第1章 引言 ············································· 1

  1.1 设计内容 ··········································1 1.2 控制要求 ··········································1

  (3)运动控制。PLC 能够适用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置 来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在通常用 专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模 块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，大范围的使用在各种机械、 机床、机器人、电梯等场合。

  第 2 章 系统总体方案设计 ································2

  2.1 PLC 的工作原理 ·····································2 2.2 可编程序控制器的组成 ·······························2 2.3 可编程序控制器的特点 ······························· 3 2 .4 可 编 程 控 制 器 PLC 的 应 用 ··························· 4 2 .5 系 统 可 靠 性 设 计 ····································5

  (3)编程方便，易于使用。PLC 是面向用户的设备，PLC 的设计者充分考虑 到现场工程技术人员的技能和习惯。PLC 程序的编制，采用梯形图或面向工业控 制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言形象直观，容 易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺知识的人 员都可在短时间学会。

  附录 1 ····················································24

  附录 2 ····················································31

  参考文献 ·················································32

  的心脏部分。CPU 由微处理器（Microproce-ssor）存储实际控制逻辑的程序存 储器和存储数据、变量的数据储器构成。

  PLC 采用循环扫描的工作方式，即顺序扫描，不断循环这种工作方式是在系 统软件控制下进行的。当 PLC 运行时，CPU 按照每个用户按控制要求编写好并存于用 户存储器中的程序，按序号作周期性的程序循环扫描，程序从第一条指令开始， 逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。然后重新返回第一条指令，再开始下一 次扫描；如此周而复始。实际上，PLC 扫描工作除了执行用户程序外，还要完成 其他工作，整个工作过程分为自诊断、通讯服务、输入处理、输出处理、程序执 行五个阶段。如图 2-1：

  (5)功能完善。PLC 的输入输出系统功能完善，性能可靠，能适应于各种 形式和性质的开关量和模拟量的输入输出。由于采用了微处理器，它能够很方便 地实现定时、计数、锁存、比较、跳转和强制 I/O 等诸多功能，不仅仅具备逻辑 运算、算术运算、数制转换以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监 控、打印及报表生成功能。此外，它还可以和其他微机系统、控制设备共同组成 分布式或分散式控制系统，还能实现成组数据传送、矩阵运算、闭环控制、排序 与查表、函数运算及快速中断等功能。因此 PLC 具有极强的适应性，能够很好 地满足很多类型控制的需要。

  作为通用工业控制计算机，可编程控制器实现了工业控制领域接线逻辑到存 储逻辑的飞跃，在世界工业控制中发挥着逐渐重要的作用。而现代社会对灌装 食品的安全要求慢慢的升高，为使灌装出的食品整齐、美观并且拥有非常良好的包装质 量，要求灌装机具有精确的动作、定位精度及较高的生产率和一定的柔性，因此 对灌装机的控制要求是慢慢的升高。传统的继电器已经不能够满足现代生产的要求 了。所以研制高效、经济且有一定柔性的新型灌装机械是非常迫切的。本课题利 用 PLC 的功能和特点设计出了一款饮料灌装生产流水线控制管理系统。主要用了西门 子 S7-200PLC，传感器，继电器等。采用 PLC 是用了它的自动控制能力好的特 点，这样做才能够在生产的全部过程中无需有人控制。设计了以 S7-200 系列 PLC 为基础 的灌装机控制管理系统，硬件设计包括控制管理系统的硬件配置、输入输出点分配、计数 显示和 PLC 外部接线图的绘制；软件设计包括梯形图、语句表设计和控制管理系统流 程图的绘制和七段码显示。

  目前，PLC 在国内外已大范围的应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制 造、汽车、轻纺、交通运输、环保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、磨床、包 装生产线、电镀流水线等。

  输入输出（简称 I/O）是可编程序控制器的“手”和“脚”或者叫作系统的 “眼睛”和“视觉”。输入信号包括按扭开关、限位开关、接近开关、光电传感 器、热电偶、热电阻、位置检测开关和编码器等。输出信号包括继电器、指示灯、 显示器、电机启动等直流和交流设备。

  编程器（Programmer）：在一般的情况下，编程器用于系统初始状态的配置， 控制逻辑程序编制和加载，不能对系统操作。编程器也可用于控制程序的调试和 控制管理系统故障时作为检查故障的有效工具。

  现代工业生产是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。可编程序控制 器一经出现就受到了广大工程技术人员的欢迎。它的主要特征如下：

  (1)抗干扰能力强，可靠性高。 微机虽然具有很强的功能，但抗干扰能力差， 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，都可以使一般 通用微机异常工作。而 PLC 在电子线路、机械结构和软件结构上都吸取 生产厂商长期积累的工业控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电 路，I／0 系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮பைடு நூலகம் 防尘、抗震等都有精确考虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措 施；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施；所有这些使 PLC 具有较 高的抗干扰的能力。PLC 的平均无故障时间通常在几万小时之后，这是一般微机不 能比拟的。 继电器—接触器控制管理系统虽有较好的抗干扰的能力，但使用了大量的 机械触点，使设备连线复杂，且触点在开闭时易受电弧的损害，寿命短，系统可 靠性差。而 PLC 采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来 完成，大部分继电器和繁杂连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。

  第 3 章 PLC 控制管理系统设计 ·······························7

  3.1 确定 I/O 信号数量，选择 PLC 类型 ·····················7 3.2 I/O 地址的分配与编号 ································8 3.3 PLC 外部接线图 ······································9 3.4 七段码显示器示意图·································10 3.5 七段码显示器显示数字 0—9···························10 3.6 控制流程图 ·········································11 3.7 程序梯形图编制······································12

  （4）若 12 瓶为一箱，显示产品箱数。 （5）可以手动对计数值清零（复位）。

  PLC 英文全称 Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控 制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。 它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制， 定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制 各种机械或生产过程。

  结论 ······················································21

  设计总结 ·················································22

  谢辞 ······················································23

  电源 （Power Supply）：给中央处理器提供必需的工作电源。 输入组件 （Inputs）：输入组件的功能是将操作开关和现场信号送给中央处理器。现场信 号可能是开关量、模拟量或针对某一特定目的使用的特殊变量。 输出组件 （Outputs）：输出组件接收 CPU 的控制信号，并把它转换成电压或电流等现场 执行机构所能接收的信号后，传送控制命令给现场设备的执行器。

  (5)数据处理。现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、 数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，能够实现数据的采集、分析 及处理。这一些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作， 也可通过通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用 于大型控制管理系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制管理系统，如造纸、 冶金、食品制造业中的一些大型控制系统。

  (2)模拟量控制。在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压 力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实 现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂 家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

  (2)控制管理系统结构相对比较简单，通用性强。PLC 及外围模块品种多，可由各种组件 灵活组合成各种大小和不一样的要求的控制管理系统。在 PLC 构成的控制管理系统中，只需 在 PLC 的端子上接入相应的输入输出信号线即可，不需要诸如继电器之类的物

  理器件和大量而又繁杂的硬接线线路。当需要变更控制管理系统的功能时，可以用编 程器在线或离线修改程序，同一个 PLC 装置用于不同的控制对象，只是输入输 出组件和应用软件的不同。PLC 的输入输出可直接与交流 220 V，直流 24V 等强 电相连，并有较强的带负载能力。

  (4)过程控制。过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作 为工业控制计算机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制管理系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目 前许多小型 PLC 也具有此功能模块。PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过 程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有十分普遍的应用。

  （1）系统通过开关设定为自动操作模式，一旦启动，则传送带的驱动电机 启动并从始至终保持到停止开关动作或灌装设备下的传感器检验测试到一个瓶子时停止； 瓶子装满饮料后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或 停止开关动作。

  （2）当瓶子定位在灌装设备下时，停顿 1s，灌装设备开始工作，灌装过程 为 5s 钟，灌装过程应有报警显示，5s 后停止并不再显示报警；报警方式为红 灯以 0.5s 间隔闪烁。

  （3）用两个传感器和若干个加法器检测并记录空瓶数和满瓶数，一旦启动 系统后，必须记录空瓶数和满瓶数，设最多不超过 99999999 瓶。