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1、精选优质文档-倾情为你奉上摘要 食品机械是专为食品工业提供服务的，大约有70%的包装机械是为食品包装提供服务的，最近几年饮料业迅速发展，市场对液体灌装设备的需求量增长迅猛。国内的包装机械起歩较晚, 而国外发达国家的包装设备已经向高效率、高精度、高自动化程度方向发展，目前虽然采用引进一消化的发展模式能满足生产需求，但技术含量不高，特别是对光、磁和计算机等先进技术的应用较少，从而使得国内与国外相比在包装机械的包装精度和运行稳定性上还是存在着较大差距的。本论文以全自动液体灌装机作为研究对象，采用欧姆龙CMP1A型PLC对其控制系统进行软件设计，并利用组态王做出监控系统，实现基于欧姆龙PLC与组态王的
2、控制系统。采用模块化的设计方法，对全自动液体灌装机的主要控制要求进行程序设计，由理瓶机、灌装机、封盖机和外围辅机构成的四块控制模块，再结合组态王软件开发设计出一种适合工厂流水线化作业的全自动灌装机控制系统界面，对灌装机的工作流程实现实时监控，实现控制系统的分块管理、集中控制的功能，实现了灌装生产高速化、精确化、智能化、多功能化以及操作界面人性化的要求。关键词：灌装机、PLC、组态王。AbstractFood Machinery is designed to provide services to the food industry, about 70% of the packaging mac
3、hinery is to provide services for the food packaging, beverage industry developed rapidly in recent years, market demand for the rapid growth of liquid filling equipment. Domestic packaging machinery since late walk, and packaging equipment in developed countries has been developed to a high efficie
4、ncy, high precision, high degree of automation direction, although the current model of development with the introduction of a digestion can meet the production needs, but not high-tech, in particular the application of less light, magnetism and advanced computer technology, making domestic and fore
5、ign in the packaging compared the accuracy and stability of packaging machinery running or there is a big gap.In this paper, automatic liquid filling machine as the research object, using Omron CMP1A its type PLC control system software design and configuration king made use of monitoring systems, O
6、mron PLC-based control system and configuration of the king. Modular design approach, the main control requirements for automatic liquid filling machine for program design, control module consists of four Unscramble, filling machine, capping machine and peripheral auxiliary composition, combined wit
7、h so fewer configuration king development and design of a suitable factory assembly line jobs automatic filling machine interface control system, filling machine workflow for real-time monitoring, management and control system of the block, centralized control function to achieve a high-speed bottli
8、ng oriented, accurate, intelligent, multi-functional and user-friendly interface requirements. Keywords: filling machine, PLC, King View.目录专心-专注-专业1 绪论1.1 课题研究的意义随着全球经济的迅速发展，人们在日常生活中对包装品的需求越来越大，而且与传统包装工业相比，精确、节约、高效成了现代包装技术的发展方向，从而使得包装机械不论在制造水平还是在技术上都需要不断的创新。美国和日本在包装机械上无论是技术、产品或者市场占有情况等诸多方面在世界上都是名列前茅
9、的。世界工业的领头羊美国，其包装工业起步较早，发展到现在已具有完备的包装工业体系。其包装设备通常都以高、精、尖著称，而且由于计算机信息技术比其他国领先，所以计算机在工业中的使用和普及比其他国家都早，计算机技术被广泛应用于包装机械中，较早地形成了自动化控制生产模式。日本与美国相比，起步虽然相对较晚，但60年代至90年代，日本包装业大量引进先进技术，并在此基础上消化吸收，而且取得了非常显著的成果，使其包装工业的制造水平能持续快速的发展。日本小型和微型电子技术较为先进成熟，所以其包装工业虽然起歩较晚，但在消化他国的技术中，将其擅长的微电子技术应用其中，特别是后来的工业机器人技术和模块化技术的应用，为
10、包装工业的发展提供了更多的空间，至今仍影响着包装机械的走向。我国制造工业还处在低谷时，美国和日本等发达工业国家却在高速发展工业，而且我国都是在新中国成立之后才开始发展包装机械与其他工业产品，包装工业的发展期主要是改革开放之后。随着我国经济开始迅速发展，人们的消费水平也大大提高，从而使得生产设备特别是包装机械的需求变得空前紧缺。这就逼迫我们要提高包装工业的技术水平，其中不乏通过进口国外的先进技术和生产线，回来慢慢研究消化吸收并进行改良，发展自己的包装工业。目前进口一台全自动液体灌装生产线大概需400万元人民币，这大大的提高了生产成本，根据这一状况，我们参照国外全自动液体灌装机的先进机型和技术，结
11、合国内液体灌装的实际情况，独立开发设计并制造出新型全自动液体灌装生产线，并根据测算，与国外同类产品相比，价格仅是进口设备35%，并且完全可以代替进口同类产品，具有良好的价格性能比，所以开发优质的灌装成套设备取代进口设备，在医药、饮料和酒等灌装业具有很深远的意义和广阔的前景。1.2 全自动灌装机的发展概况1.2.1 国内外全自动灌装机的发展状况我国饮料灌装机械制造业起步晚，建国后基本上采用的是手工灌装，当时国内啤酒厂和汽水厂都是使用国外早期比较落后的设备，工艺落后，灌装速度慢，而且在卫生上也存在很大问题，严重影响了我国饮料行业的发展。改革开放后，随着轻工业的迅速发展，一方面我国先后引进了一些国外
12、灌装生产线，在改造一些饮料生产企业的同时，另一方面我国也在自行研制，这就促进了我国的包装机械行业进入了一个新的发展时期，开发出各种自动、半自动中小型的灌装机械，提供给国内大批饮料厂，促进了我国饮料业的迅速发展。进入20世纪80年代，我国采用技术与贸易相结合的方式，引进德国SEN公司20000瓶/小时的啤酒灌装线和日本三菱公司18000瓶/小时的含气体饮料灌装线的制造技术，到1991年又引进了德国KHS公司36000瓶/小时的啤酒灌装线及生产技术。这样，我国不仅能够生产中小型的灌装机，且开始生产大型灌装机。我们参照国外全自动液体灌装机的先进机型，结合国内液体灌装的实际情况，独立开发设计并制造新型
13、全自动液体灌装生产线，并根据测算，与国外同类产品相比，价格仅是进口设备价格的35%，并且完全可以代替同类进口产品，具有良好的性价比，同时技术水平也上了一个台阶，将我国液体灌装设备制造业的整体水平提高到一个新的水平。我国的灌装机械制造业，经历了仿制、引进技术、消化吸收、创新、自主开发的过程，技术进步及创新的速度很快，而且在不断缩小与国外先进技术之间的差距。国内很多厂家生产的灌装机比较有代表性，能在模仿的基础上发展出自己的特色，且能够溶入高新技术，比如有灌装时灌装头自动伸入瓶内缓缓上升，使液体不向外溢，灌装量通过PLC控制在荧屏显示，适合有一定泡沫的药液或化妆品的潜入式灌装机；攻克了屋顶形包装机不
14、能热灌装、不能加盖等难题。1.2.2 国内外全自动灌装机制造业的发展趋势随着食品工业的发展，在饮料灌装、包装设备方面也不断的向高的方向发展。目前在这方面的发展水平还是体现在美国、德国、意大利、英国和日本等国家，我国也不断在向这个方向发展。其主要表现为：生产的高速化、设备结构合理化、设备的多功能化、控制的智能化，以及设备的绿色化等。生产的高速化为了迎合市场发展的需求，获取大的经济利益，提高生产速度似乎已经成为生产控制中的一个重要因素。在一定程度上讲，提高生产速度在不增加劳动力的情况下，唯一的方法就是改进设备，用同样的时间和同样的劳动力去操纵高效率的机器，以生产出相对多的产品。因此在这方面，提高设
15、备的生产能力就成为重中之重。目前，在碳酸饮料灌装中，灌装机的灌装速度最高可达2000罐分，灌装阀头数也分别达到140头、160头、180头；非碳酸饮料灌装机的灌装阀头数也达到50-100头。在灌装速度上，灌装速度最高可达1000瓶分，最高的已经超过1500瓶分。结构的合理化国内外灌装机械制造商都在致力于产品结构的优化，不断的在对老产品进行优化的同时开发出新的产品以适合市场的变化。一方面是零部结构的优化，设备可靠性的提高，另一方面则围绕设备成本降低，以及操作方便和可维护性进行研究。例如，德国KRONES公司贴标机的转换部件大大减少，贴标的功能及数量反而增加。有的“冲一灌一封一一体机全部采用瓶颈夹
16、持输送装置，省去了输瓶导板、导轨、底板等转换部件，不论PET瓶体积大小如何，均不需要调整灌装机和封口机的高度，在各种生产时速和各种灌装方式中都能够高速、平稳地输送包装容器。设备多功能化设备在不断的向多功能化方向发展，早期的灌装设备，功能单一，只适应一种容器或一种液体的灌装，而且灌装量调节范围比较小，不能够适应用户改变包装容器、改变灌装液体及灌装量的变化。而新型的灌装设备是由几台可以独立工作的设备经过智能组合，按用户的要求组成的不同形式的生产线，用户只需在更换小的部件的情况下就能完全满足对不同容器、不同液体的灌装，而且灌装速度调节自如，这样就可以满足用户的不同灌装要求。控制的智能化早期的灌装设备
17、都是通过机构的功能来进行机械操作，使得设备庞大，运转不灵活，而且可控制性差，误差大等。随着电子技术的发展，各种功能的传感器和可编程控制器普遍应用于灌装机的控制系统中，而且大型设备更是采用计算机控制，人机界面，故障自我诊断等，实现了设备运行的智能化。现代灌装技术的目标是精确、高效、自动化。精确的灌装量、灌装过程的高速、减少尽量小的液损、整条生产线的最优化控制，都由于电子技术的实际应用而成为可能。1.3 全自动灌装生产线全自动液体灌装机的使用和需求日益增长，已经逐步代替手工灌装或半自动灌装，并将发展成为液体灌装行业所必备的设备。目前，市场上对全自液体灌装机没有明确的定义和划分，大多只对能进行自动计
18、量或某部分机构能实现自动控制就定义其为全自动灌装机，这种定义不完全，不能真正的对全自动液体灌装机进行定义。1.3.1 液体灌装的基本原理灌装就是将一定量的液体物料注入到包装容器中的过程。这种液体物料主要是指具有低粘度的可流动型液体物料，如酒类、汽水、果汁等。它们可以依靠自重以一定速度流入到包装容器中。另外还可灌装一些中等粘稠液体物料和一些高粘度物料，如果酱、油脂，牙膏及黄油等。对这些物料的灌装依靠重力是不能使其按要求流动的，因此需要施加一定的压力将其挤入或压入到包装容器中。由于液体种类很多，其性能不一，如粘度、起沫性、含气性、挥发性等各不相同，所以采用的灌装方法不一样，其次液料的包装容器也不同
19、，有玻璃瓶、金属罐、塑料瓶、复合纸盒等，所以，依据不同的包装容器、包装物料及不同的灌装工艺，灌装机的灌装方法也是不相同的。1.3.2 液体灌装的方式由于液体物料性能不同，灌装方式多种多样。根据灌装压力的不同可分为常压灌装、负压灌装、等压灌装等。1.3.3 灌装的定量方法1）常压灌装常压灌装，又称重力灌装，即在常压下，利用液体自身的重力将其灌入包装容器内，其整个系统处于敞开状态下工作，该灌装方法是最原始的灌装方法。至今仍被用在流动性很好的液体灌装中，这各方法比较适用于流动性好、不含气、不易挥发的液体中。如矿泉水、白酒、酱油、牛奶等。2）负压灌装负压灌装是先将包装容器抽气形成负压，再将液体物料灌入
20、包装容器内。这种灌装方法不但能提高灌装速度，而且能减少包装容器内残存的空气，防止液体物料氧化变质，可延长产品的保存期。此外，还能限制毒性液体的逸散，并可以避免灌装有裂纹或缺口的容器，减少浪费，适用于不含气体，且怕接触空气而氧化变质的粘度稍大的液体物料，以及有毒的液体物料。如果汁、果酱、糖浆、油类、农药、药水等。这种灌装分为两种形式，一是重力式负压灌装，即贮液缸与包装容器具有相等的真空度，液体是在真空等压状态下以重力流动方式完成灌装的；二是压差式负压灌装，即包装容器的真空度大于贮液缸的真空度(贮液缸处于常压状态、只对包装容器抽气)，液体是在压差状态下完成灌装的。重力负压灌装是低真空(1016kP
21、a)下的重力灌装。其灌装方法基本与重力灌装相同，但比重力灌装速度快，可以避免灌装有裂纹或有缺口的容器，还可以防止液体的滴漏。压差式负压灌装(纯真空灌装)，灌装系统内的压力应低于大气压力。灌装阀密封块抵住容器的同时开启阀门，由于与真空室相通的容器内处于真空，液体可被迅速抽进容器中，直至灌装到预定液位。最后会有相当量的液体被抽到排出管中，进入溢流槽后被回收再循环。纯真空灌装的真空度一般保持在6-7kPa。真空法可提高灌装速度，减少产品与空气的接触，有利于延长产品的保存期，其全封闭状态还限制了产品中有效成分的逸散。压差式负压灌装尤其适用于不宜多暴露于空气中的含维生素的液料，如蔬菜汁、果汁以及有毒的液
22、体(如农药、化学药水)等。压差真空式即贮液箱内处于常压，只对包装容器抽气使之形成真空，液料依靠贮液箱与待灌容器间的压差作用产生流动而完成灌装，国内此种方法较常用。重力真空式即贮液箱内处于真空，包装容器首先抽气使之形成与贮液箱内相等的真空，随后液料依靠自重流进包装容器内，因结构较复杂，国内较少用。真空法灌装应用面较广，它即适用于灌装粘度稍大的液体物料，如油类、糖浆等，也适用于灌装含维生素的液体物料，如蔬菜汁、果子汁等，瓶内形成真空就意味着减少了液料与空气的接触，延长了产品的保质期，真空法还适用于灌装有毒的物料，如农药等，以减少毒性气体的外溢，改善劳动条件。3）等压灌装等压灌装，即先向包装容器内充
23、气，使容器内压力与贮液缸内压力相等，再将贮液缸的液体物料灌入包装容器内。等压灌装又称压力重力灌装、气体压力灌装。这种灌装方法只适用于含气饮料，如啤酒、汽水、香槟等。1.3.4 影响灌装的因素被灌装的液体物料涉及面很广、种类很多，其物理、化学性质差异很大，因此，对灌装的要求也各不相同。影响灌装的主要因素是液体的粘度，其次是液体内是否溶有气体、固体颗粒等。一般液体按粘度可分为三类：第一类为流体：在自身重力作用下即可以按一定速度流过圆管的任何液体。流速主要是受流体粘度和压力影响，一般粘度范围规定为1100厘泊，流动性好的稀薄液体物料，如酒类、果汁、牛奶、酱油等。这些物料粘度小、流动性好，在管道中流动
24、阻力小，对灌装设备要求也小。第二类为半流体：在大于自身重力的压力作用下才能在圆管中流动的液体叫半流体，粘度范围为100一1000厘泊，其属于流动性比较差的粘稠液体物料，如番茄酱、油脂等物料，这些物料在容器和管道中流动时阻力比较大，一般需要施加一定的压力才能达到预定要求。粘滞流体：产品粘度超过10000厘泊的液流动性差的粘糊状液体物料，需要借助比较大的外力才能使其流动。如：果酱、牙膏、浆糊、高粘度油脂等物料。这些物料一般在小的管道中很难流动，必须施加外力才能推动其流动。因此，这类物料在包装中对设备有较高的要求。另外，对于低粘度液料，根据液体中是否含有二氧化碳气体，可分为不含气(如白酒、矿泉水等)
25、和含气(如啤酒、汽酒、香槟、汽水等)两类；对于是否含有酒精成份又可分为软饮料(不含酒精)和硬饮料(含有酒精)。流体的流动特性还会受温度、粘度、固体粒子的含量、分解性、表面张力或起泡特性等因素的影响，所以灌装时，要对这些因素加以控制。1.3.5 灌装机及外围辅机的概况与种类我国的灌装设备主要是应用在酒水、饮料的灌装上，从灌装原理上大体可分为负压灌装机、常压灌装机、等压灌装机、定量灌装机、料位灌装机等几种类型。但是目前各个设备生产厂家的灌装机在灌装能力、效率、适宜瓶型范围及自动化程度等方面各有优缺点，不同程度地制约着产品包装质量和生产率。目前，灌装机呈现出新的发展动向，主要为：多功能同一台设备，可
26、进行多种饮料的灌装、可进行玻璃瓶与聚酯瓶的灌装。高速度、高产量碳酸饮料灌装机的灌装速度最高达2000瓶分，非碳酸饮料灌装速度最高达1500瓶分。技术含量高、可靠性高、计量精确。因此，在灌装机及其辅机方面也不能简单的进行划分归类。不同的灌装方式配合不同的进瓶方式和封盖方式，以及采用的自动化水平的高低将会成为以后灌装机的新类型，而且，这些新的产品将会同时包含上述的所有功能。1.4 本论文研究的主要内容1）本论文从实际应用当中的全自动灌装机出发，首先明确全自动灌装机的输入输出。由于是模拟实际的全自动灌装机，利用组态王监控，故输入处省去了传感器的环节，输出省去了故障显示和机械动作部分。当计算出全自动灌
27、装机的输入输出点数时，即可选择合适的PLC型号。选型之后，根据输入输出点数列出地址表，之后即可进行软件设计。全自动灌装机的软件设计可以分成多个小段来进行，详见第四章。2）在编写好PLC控制程序之后，利用组态王制作组态监控界面，首先选择与所用PLC相符合的通信方式，然后设置所连接PLC的端口以及通信的基本参数，并且断开编程软件与PLC之间的通信，以便于组态王与PLC进行通信。在设置好通信参数之后，需要新建变量然后进行组态界面制作。动作画面建立好之后，即可与PLC进行通信，在这之前须保证全自动灌装机的控制程序已经下载到PLC当中了。若通信成功即可进行联机调试。详见第五章。2 可编程控制器可编程控制
28、器是在继电器和计算机控制的基础上开发出来的产品，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置，是近十几年得到较快发展的一种新型工业控制器。由于它把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广泛等优点与继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，而其本身又具备体积小、重量轻、耗电少等优点，近年来受到人们的普遍关注，并在各行各业的工业电气控制和自动化领域得到广泛的应用。2.1 PLC发展的历史在可编程控制器问世前夕，在工业控制领域当中占主导地位的是继电器接触器，而继电器接触器的控制系统都是采用固定接线来实现逻辑控制的。一旦生产任务
29、或者工艺得到革新，就必须重新设计而需要重新改变硬件结构，这样明显会显得非常繁琐而耗时耗力。另外，在大型的控制系统当中，所使用的接触器控制器繁多，系统的体积庞大，耗电量大，而且继电器接触器的触点都是机械触点，动作频率低，寿命短，故障率高，从而导致控制系统可靠性很低。在工业生产过程中，具有大量的开关量顺序控制，要求按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集等。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM(通用汽车)公司公开招标，提出研制能够取代继电器的控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司(DEC)研制出了基于集成电路和电子技术
30、的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller(PC)。个人计算机(简称PC)发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC)。PLC的定义有许多种，国际电工委员会(IEC)对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字量、模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可
31、编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30-40。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，而且在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。现今，PLC已经具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。在可预见的将来，PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的主导地位，是其他控制技术无法取代的。2.2 可编程控制器的发展阶段及其定义2.2.1 可编程控制器的发展
32、阶段可编程序控制器的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关。这些高新技术的发展推动了可编程序控制器的发展，而可编程序控制器的发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了它们的发展。从控制功能束分，可编程序控制器的发展经历了下列四个阶段：第一阶段：从第一台可编程序控制器问世到20世纪70年代中期，是可编程序控制器的初创阶段。这一阶段的产品主要用于逻辑运算和计时、计数运算，它的CPU由中小规模的数字集成电路组成，它的控制功能较简单。典型产品有 MODICON 公司的 084、ALLEN-BRADLEY(AB)公司的PDQ2、DEC的PDP-1
33、4、日立公司的SCY-022等。由于这些产品主要完成逻辑运算功能，因此被称为可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller-PLC)。第二阶段：从20世纪70年代中期到末期，是可编程序控制器的扩展阶段，在这一阶段，产品的主要控制功能得到了较大的发展，它的发展主要来自两方面，从可编程序控制器发展而来的控制器，它的主要功能是逻辑运算，同时扩展了其他运算功能；而从模拟仪表发展而来的控制器，其功能主要是模拟运算，同时扩展了逻辑运算功能。因此，按习惯的分类方法，前者被称为可编程序逻辑控制器(PLC），后者被称为单回路或多回路控制器。可编程序控制器的名称缩写为PC(Prog
34、rammable Controller)，但是为了与个人计算机(Personal Computer)的名称缩写PC相区别，通常还是把可编程序控制器简称为PLC，这一阶段的产品有MODICON公司的184、284、384，西门子公司的SomaticS3系列，富士电机公司的SC系列等产品第三阶段：从20世纪70年代末期到20世纪80年代中期，是PLC通信功能实现阶段。与计算机通信的发展相联系，PLC也在通信方面有了很大的发展，初步形成了分布式的通信网络体系，但是，由于制造企业各自为政，通信系统自成系统，因此，各产品的互相通信是较困难的。在该阶段，由于生产过程控制的需要，对PLC的需求大大增加，产品
35、的功能也得到了发展，数学运算的功能得到了较大的扩充，产品的可靠性进一步提高。这一阶段的产品有西门子公司的SYMATIC S6系列、富士电机公司的MICREX和德州仪器公司的T1530等等。第四阶段：从20世纪80年代中期开始是PLC的开放阶段。由于开放系统的提出，使PLC也得到了较大的发展。主要表现在通信系统的开放，使各制造企业的产品可以通信，通信协议的标准化使用户得到了好处。在这一阶段，增大了产品的规模，不断完善功能，大中型的产品多数有CRT屏幕的显示功能，产品的扩展也因通信功能的改善而变得更加方便，此外，还采用了标准的软件系统，增加了高级编程语言等。这一阶段的产品有西门子公司的SYMA7I
36、C S5和S7系列、AB公司的PLC-5等。2.2.2 可编程控制器的定义PLC发展初期，不同的开发制造商对PLC的定义不尽相同。为了使这一新型的工业控制装置的生产和发展规范化，国际电工委员会（IEC）于1985年1月定制了PLC的标准，并给它做了如下定义：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。可编程序控制器及其有关的为外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则而设计。2.3
37、PLC的特点PLC是综合继电器接触器控制的优点和计算机的灵活、方便的优点而设计制造和开发的，这就使得PLC具有许多其他控制器所无法比拟的特点。1可靠性高，抗干扰能力强微型计算机虽然具有很强大的功能，但其抗干扰能力很差，工业现场的电磁干扰、电源波动、机械振动、温度和湿度的变化都可能是一般的微型计算机不能够正常工作。而PLC是专为工业环境而设计的，已经在PLC的硬件和软件方面采取了措施，是的PLC的可靠性得到了大大的提高。(1) 硬件措施屏蔽：对PLC的电源变压器、内部CPU、编程器等主要部件采用导电导磁良好的材料进行屏蔽，以防止外界的电磁干扰。滤波：对PLC的输入输出线路采用了多种形式的滤波，以
38、消除、抑制高频干扰。隔离：在PLC内部的微处理器和输入输出电路之间，采用了光电隔离技术，有效的隔离了输入输出之间电的联系，减少了误动作和故障。采用模块式结构：这种结构有利于在故障情况下短时修复，一旦查出某一模块出现故障，可以迅速更换，是系统回复正常运行。(2) 软件措施故障检测：设计了故障检测软件定期的检测外界环境。如掉电、欠电压、强干扰信号等，以便及时进行处理。信息保护和恢复：信息保护和恢复软件是PLC偶发性故障条件出现时，将PLC内部信息进行保护，不受破坏。一旦故障条件消失，恢复原来的信息，使之正常工作。设置了警戒时钟WDT：如果PLC每次循环执行程序时间超过了WDT所规定的时间，预示程序
39、进入死循环，立即发出警告。对程序进行检查和检验，一旦程序出错，立即发出警报，并停止执行。采用以上措施之后，使得PLC的可靠性得到了大大的提高，一般能连续无故障运行几万小时以上。2. 结构简单，应用灵活PLC发展至今，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备各种输入输出信号模块、通信模块以及一些特殊的功能模块。这对不同的控制对象，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能，不同规模的控制系统。当生产要求发生改变时，不需要重新接线，通过修改应用软件，就可以实现新工艺要求的控制功能。3.编程方便，易于使用学习目前PLC采用了与电气控制电路相似的梯形图语言作为主要
40、的编程语言，程序形象直观，指令简单易学，变成步骤和方法容易理解和掌握，不需要具备专业的计算机知识，只要具备一定的电工和电气控制工艺的人员都可以在短时间内学会。4.功能强大，实用性强，性价比高PLC具有很强的数字量和模拟量的处理能力，如逻辑运算、算术运算、特殊函数运算等。PLC具有常用的控制功能，如PID闭环回路控制、中断控制等。PLC可以扩展特殊功能，如高速计数、电子凸轮控制、伺服电机定位、多轴运动插补控制等。PLC可以组成多种工业网络，实现数据传送、HMI监控功能。与相同功能的继电控制系统相比具备很高的性能价格比。5.系统设计周期短由于系统硬件的设计任务仅仅是根据对象的控制要求配置适当的模块
41、，而不需要去设计具体的接口电路，这样大大缩减了整个系统设计所花费的时间，加快了整个工程的进度。6.安装简单、调试方便、维护工作量小PLC控制系统的安装接线工作量比电气控制系统的接线要少得多，只需要将现场的各种设备与PLC相应的I/O端连接。PLC软件设计和调试大多可以在实验室里面进行，用模拟试验开关代替输入信号，其输出信号可以观察PLC上面所对应的发光二极管，也可以另接输出模拟实验板。模拟调试好之后，再将PLC控制系统安装到现场进行联机调试，这样即省时间又方便。由于PLC本身的可靠性很高，又有完善的自诊断能力，一旦发生故障，可以根据报警信息迅速查明原因。如果是PLC本身，则可以更换模块来排除故
42、障。这样提高了维护的工作效率，保证了生产的正常运行。7.体积小、能耗低对于复杂的控制系统，使用PLC之后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积紧紧相当于几个继电器的大小，因此可以将开关柜的体积将缩小到原来的1/101/20。PLC的配线比电气控制的配线要少得多，因此可以省去大量的配线和附件，减少大量安装接线和元器件，因此可以减少能耗。2.4 可编程控制器的分类2.4.1 按照容量和功能分类按容量和功能分，大致可以分为小型、中型、大型三类机型。（1） 小型机 小型PLC的功能一般以开关量控制为主（有些小型机可带少量的模拟量I/O模块），它们的输入、输出点数较适合接触器、继电器控
43、制的场合，还能直接驱动电磁阀等执行文件。这类小型机还具有上百不等的内部辅助继电器，它是内存中的一个单元，可以起到记忆中间状态的作用。同时还具有计时、计数、寄存器等功能。这类PLC的特点是价格低廉、体积小巧，较适合于控制单台设备。例如：日本三菱公司的F1系列、OMRON（立石公司）的CPM系列等小型机。（2） 中型机 中型PLC一般都具有开关量和模拟量的两种控制功能，除了具有小型机的一般功能外，还具有较强的数字计算功能。为能将温度、压力、流量等模拟量与数字量进行转换，一般都有8位或12位的A/D、D/A转化模块。中型机的指令系统比小型机丰富，在被固化的程序中，一般都具有PID调节、整数/浮点、二
44、进制/BCD码转换等功能模块提供给用户使用。中型机适合于温度、压力、流量等的控制和较复杂的开关量控制以及要求连续生产过程控制的场合。例如：日本OMRON（立石公司）的C200H、德国西门子公司的S5-115U等中型机。（3） 大型机 大型PLC的功能已具备某些工业控制计算机的功能，它不仅具有计算、控制和调节的功能，还具有网络连接和通信的功能。这类大型PLC的控制点数一般都在1000点以上，内存容量超过640KB，监视系统采用CRT终端，能显示控制过程的动态情况，各种记录曲线，PID调节的参数选择图，配备多种智能模块就组成一台多功能监控系统。这种系统还可以和其他型号的控制器连接，和上位机相连，组
45、成一个既集中又分散的生产过程和产品质量监控系统。大型PLC适用于设备自动化控制、过程自动化控制和生产过程监控系统。例如：日本OMRON（立石公司）的P-5000、美国GE公司的GE-6和GE-6/P系列等大型机。2.4.2 按照结构形式分类按照可编程控制器的硬件结构形状来分类，一般可分为整体式、机架模块式和叠装式三类。（1） 整体式结构PLC 小型的PLC一般都采用整体式结构类型。这种结构把中央处理器，存储器，输入输出接口和电源部件集中装在一个金属或塑料机箱内，结构比较紧凑，输入、输出接线端子和电源进线分别安装在机箱两侧，并有相应的发光二极管显示输入、输出状态。画板上分别留有编程器插座、EPR
46、OM插座和扩展单元接口插座等。扩展单元和基本单元可用专用扁平电缆连接。这种结构的PLC具有体积小。重量轻、价格便宜及易于安装等优点，广泛用于单台设备控制和机电一体化产品的开发。整体式结构的PLC如三菱公司的F系列、欧姆龙公司的C系列的P型机，CPM系列以及富士公司的NB系列等产品。（2） 机架模块式结构PLC 机架模块式又称插件式结构，许多大、中型PLC都采用这种结构。这种结构由一个机架和若干功能组成，机架上有电源和拨动开关，对PLC系统供电，机架底板有专用插座且与PLC总线相连。功能模块独立成件，如输入、输出模块，A/D、D/A模块及其他功能模块，也有的PLC电源和CPU做在一起成独立模块等
47、，使用是选用合适的功能模块沿轨道插入机架底座就构成一台可编程控制器。每台CPU机架通过专用电缆还可连接37个扩展机架，使整机容量和I/O点数大大增加以满足实际应用的需要。机架模块式PLC的特点是配置灵活，安装和维修都很方便，也能满足功能扩展的需要。采用这种PLC结构形式的有欧姆龙公司的C200H，西门子公司的S5系列，美国GE公司的GE-1、美国A-B公司的PLC5系列等产品。（3） 叠装式结构PLC 这类结构形式的PLC吸收了整体式和模块式结构的优点。它的基本单元、扩展单元以及各种功能模块的高度。宽度均相等，但长度不等。它们不采用底座，用户根据需要把各单元和功能模块经紧密拼装后组成一个整齐的
48、长方体，再经专用的扁平电缆连接而成一台叠装式PLC，其特点是输入、输出控制点数和功能模块配置较为灵活。较典型的有三菱公司的FX2N系列产品、欧姆龙公司的CQMI型等产品。2.4.3 按照使用情况分类按照使用情况可以讲PLC分成通用型和专用型。（1）通用型 通用型PLC可供个工业控制系统选用，通过不同的配置和应用软件的编写可满足不同的需要。（2）专用型 专用型PLC是为某类控制系统所专门设计的PLC，不好移植到其他系统当中。如数控机床专用型PLC。2.5 PLC的应用目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、交通运输及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 （1） 开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、包装生产线、电镀流水线等。 (2) 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温