基于plc的包装机控制系统

基于plc的包装机控制系统内容摘要：

做强，靠技术进步来推动行业发展。 （ 2） 产品两极化： 使用 包装机械的最终目的在于提高生产率和产品多样化。 这就使得包装机 械产品规格朝着多功能与单一、高速两极化方向发展。 （ 3） 市场垄断化： 包装机械市场日趋垄断化 ， 目前我国除了一些小型包装机有一定规模和优势以外，其他包装机械几乎不成体系和规模，特别是市场上需求量大的一些成套包装 生 产线，在世界包装市场中均被几家大包装机械企业所垄断。 （ 4） 技术含量将不断增加： 随着我国包装工业快速发展，包装机械市场也趋向更高 层次，包装机械技术含量日渐提高，一些最新包装技术都已运用在包装设备上。 未来几年，我国包装设备应尽快提高产品技术含量，加快研制步伐， 另外也要加快产品的技术革新。 （ 5） 产业结 构调整加快： 产业结构调整仍将是未来几年包装机械行业的主题 ， 在产业结构调整上，要提高生产 集中度，促进专业化、系列化生产，提高产品质量和对市场的适应能力， 积极发展和扶持骨干企业，加快现代企业制度的建立和完善。 自动包装设备的市场分析 众所周知，生产效率是企业在激烈的市场竞争中获取胜利的关键。 近年来，随着全球经济的快速发展，各国人民的生活水平不断提高，食品、建材等工业发展越来越快，各个行业对自动包装设备的需求越来越大 ， 因此自动包装设备在国内外 都 拥有 着长春工业大学学士学位论文 4 很大的市场潜力。 据统计： 2020 年，中国全部包装专用 设备制造企业实现累计工业总产值 万 元，全国包装机械累计产量为 108397 台，实现累计产品销售收入 万 元，实现累计利润总额为 413382 千元。 2020 年，中国全部包装专用设备制造企业实现累计工业总产值 12， 181， 万 元，全国包装机械累计产量为 192167 台，实现累计产品销售收入 11， 036， 万 元，实现累计利润总额为 万 元。 2020 年 14 月，全国包装机械累计产量为 26596 台， 12 月中国全部包装专用设备制造企业实现累计工业总产值 万 元 ，实现累计产品销售收入 万元，实现累计利润总额为 万 元。 由此可以看出包装设备投入的增加创造了更大的价值 ， 市场对于包装设备的需求必将会大幅增加，为自动包装行业创造了良好的市场环境。 在国际出口方面，中国自动包装设备有着庞大的出口商机。 其中印度政府于2020～ 2020 年间，向食品加工包装业投资高达 200 亿美元；埃及食品包装设备市场的需求也在不断的快速增长；另外，以农业为经济支柱的西非国家也将积极开发食品加工业，并且需要进口大量的食品加工包装设备。 以埃及为例，由于埃及新的内阁政府颁发了 关于 “到 2020 年，所有的食品都必须有包装 ”的法规，再加上埃及私有化进程的进行，使得埃及的包装设备市场需求量一直以每年 25%的速度增长，它的包装设备市场充满着非常多的商业机会，具有很大的潜力，但是埃及的包装设备仅 30%由本地提供，而 70%则由国外进口 ， 进口国家主要有意大利、中国、德国和西班牙。 综上所述， 包装设备是包装行业最重要的配套设备，与人们的生活息息相关 ，并对国民经济整体结构的发展起着重要的作用。 可以说，只要有人类的存在，就必然有包装机械行业的存在。 目前，人类的科学技术水平仍以非常迅速的速度发展着， 包装机械工业必定会随着科技的不断进步而持续发展 ， 众所瞩目，包装行业是一个前景非常乐观的行业，新兴的包装机械设备和技术拥有广阔 的市场发展 空间。 可编程控制技术的现状 可编程控制器 （ Programmable Controller） 是 以自动控制技术、微计算机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，目前已被广泛应用在各个领域。 可编程控制器 （ Programmable Logical Controller） 简称 PLC， 它是 20 世纪 60年代末发明的工业控制器件，美国数字 设备 公司 （ DEC） 研制出 了世界上第一台 PLC， 在 美国通用公司 （ GM） 的汽车自动装备生产上获得成功后，由于 PLC 优越的性能， PLC 软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向长春工业大学学士学位论文 5 不断发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。 现代 PLC 已经成为真正的工业控制设备。 最初， PLC 主要是用在生产线控制和大型机械的控制上。 但不久，西德的西门子（ SIEMENS） 公司、 BBC 公司就开始研制 PLC，当时主要是用于大型设备上。 70 年代初，日本的 OMRON 也推出了他们的 PLC。 三菱、日立、富土、东芝、横河、日电等公司也先后加入了 PLC 制造者的行列。 70 年代中期，美国和西德首先出现了微电脑化的小型 PLC。 由于 PLC 是为工业控制所生产的通用性很强，适合于大批量生产的装置，所以成本迅速下降；加上其是专为工业控制所设计，所以具有极好的抗干扰性能；并且他的 连接和使用 都极为方便，实现了低水平的操作、高性能的控制，所以在机械制造业深受欢迎。 小型 PLC 开始步入诸如塑料注塑机、包装机械、橡胶机械、纺织机械等轻工机械的控制领域，其成本的低廉和性能的优良对直接使用微机作为控制单元的做法构成了强有力的挑战，更有全面取代传统继电器控制屏的趋势。 据国外资料介绍 :2020 年美国 PLC 用户中，有 42%来自自动程序操作部门 （ 如汽车、拖拉机工业、机械工业等 ） 、 33%来自石油化工业、 11%来自食品饮料业、 8%来自冶金工业、其余部分来自造纸、采矿、污水处理等部门。 近年来，随着我国对外开放，日、美、德等国生产的 PLC 已通过多种途径进入了我国，引起了各方面的重视并得到应用。 如宝钢工程应用了数百台 PLC，首钢、武钢、开滦煤矿也分别应用了美国和德 国 的 PLC。 可编程控制技术的发展趋势 随着 微处理器技术 的发展和工业 生产控制的广泛 需 要 ，可编程控制技术得到了飞速的发展， 其技术和产品日趋完善。 仅仅将 PLC 理解为开关量控制的时代已经过去， PLC 不仅以其良好的性能满足了工业生产的广泛需要，而且将通信技术和信息处理技术融为一体。 目前， PLC 技术和产品的发展非常活跃，各厂家不同类型的 PLC品种繁多，各具特色。 综合来看， PLC 的发展趋势有以下几个方面 ： （ 1） 体系结构开放化及通信功能 的标准化 ： 大多数 PLC 系统都采用了开放性体系结构。 通过制定系统总线接口、扩展接口和通信接口标准，使 PLC 系统能够根据应用要求的发小任意扩展。 目前，各个公司的总线、扩展接口及通信功能都是各自独立制 定的，现在还没有实现统一标准化。 为了适应环境的要求，制定统一的、规范化的 PLC 产品标准是今后发展的必然趋势。 （ 2） CPU 处理速度进一步加快 ： 目前 PLC 的 CPU 与微型计算机的 CPU 相比，还处在比较落后的地步，最高的也仅仅处在 80486 一级。 将来会全部使用 64 位 RISC 芯片，实现多 CPU 并行处理或分时处理或分任务处理，实现各种模块智能化，且部分系统程序用门阵列电路固化。 长春工业大学学士学位论文 6 这样 PLC 执行指令的速度将达到纳秒级。 （ 3） 可编程控制技术的智能化 ： 提高一个系统的智能程度不仅提高系统的品质，在某种意义 上也提高了系统的可靠性。 （ 4） 系统的开放性和兼容性 ： 开放性和兼容性是不可分割的而且是相辅相成的概念。 一方面是某一产品和第三家同类产品在通信上的兼容程度，另一方面是指某系统尤其是软件上的开发平台对使用者有多大的开放程度。 当今可编程控制产品种类繁多，加上自动化项目越来越大，致使常常在一个工程项目中出现不同厂家的产品做主从站的现象，这就要求每一厂家的产品族中，都要考虑到和其他厂家产品的兼容性问题 ： 另一方面，可编程控制器与工业控制机等其他装置的通信难易也体现了开放性的特点。 除此之外，同一厂家产品族中的各 系列产品兼容性也代表了可编程控制产品的水平。 （ 5） 通用性和专业化的结合 ： 可编程控制产品是通用的。 但是工业的每一领域都有其自己的特点。 怎样才能使一个系统既具有通用性又具备专业化呢 ?硬件系统的模块化便是解决这一矛盾的钥匙。 这样，适合于某个行业或某些特殊问题的专用模块就可以很容易地集成到通用系统中去。 常用的专用模块包括 :定位模块、温度测量模块、高速采样模块、网络接口模块等。 （ 6） 可靠性进一步提高 ： 随着 PLC 进入过程控制的领域，对 PLC 可靠性的要求进一步提高。 硬件冗余的容错技术将进一步得到应用，不仅会有 CPU 单元冗余、通信单元冗余、电源单元冗余、 1/0 单元冗余、而且整个系统都会实现冗余。 但从根本上来讲，系统的可靠性取决于系统各单元的可靠程度。 要保证整个系统的可靠运行，首先要求系统各单元的质量要得到保证。 MTBF（ 平均无故障时间 ） 是衡量产品质量的重要指标。 纵观各著名厂商，其 PLC 产品都有不同程度的冗余功能，而且发展越来越完善。 （ 7） 控制系统分散化 ： 根据分散控制、集中管理的原则， PLC 控制系统的 1/0 模块将直接安装在控制现场，通过通信电缆或光纤与主 CPU 进行数据通信。 这样使控制更有效，系统更可靠。 （ 8） 控制与管理功能一体化 ： 为了满足现代化大生产的控制与管理的需要， 提高工厂自动化水平， PLC 将广泛采用计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使 PLC 系统的生产控制功能和信息管理功能融为一体。 从而更好的满足现代化大生产的控制和管理需要。 综上所述，我们不难得出下面几个结论 ： （ 1） 工控机、计算机集散控制系统及 PLC 正在走着一条相互融合的道路 ； （ 2） 智能分布式控制是可编程控制系统基于现场总线的新型控制思想 ； 长春工业大学学士学位论文 7 （ 3） 系统的智能性将越来越重要，因此系统的分析运算能力将越来越强 ； （ 4） 基于标准化的开放性和兼容性是衡量系统质量的重要判据 ； （ 5） 通用性、高度专业化的融合是可编程控制系统的新特征。 PLC 与其它工业控制系统的比较 在现代工业设备及自动化项目中，我们会遇到大量的开关量、脉冲量及模拟量等控制装置。 如电机的启动与停止，电磁阀的开闭，工件的位置、速度、加速度的测定，产品的计数以及温度、压力、流量等物理量的设定和控制等等。 传统的工业自动控制主要是由继电器或分离的电子线路来实现的。 这种控制方式虽然造价便宜，但却存在许多致命的弱点 :只适用于简单的逻辑控制，仅适用某种控制项目 ，缺乏通用性，一旦要实现改动或者优化，只能通过硬件的重新组合来实现。 目前，工业界比较有代表性的控制方式主要有以下几个类别 :继电器控制系统，单片机控制系统，微型计算机系统，集散型控制系统。 PLC 与继电器控制系统的比较 继电器控制是采用硬接线逻辑，利用继电器触点的串、并联及时间继电器的延迟动作来组成控制逻辑，其缺点是一个系统一旦确定就很难轻易再改动。 如果要在现场做一些更改和扩展更是难以实行。 而 PLC 是利用其内部的存储器以数据形式将控制逻辑存储起来的，所以只要改变 PLC 内存储器的内容，也就可以实现更 改控制逻辑的目的。 对于 PLC 来讲，只要用 PLC 配备的编程器在现场就可以完成更改。 至于 PLC对外部的联系，只有 1/0 点，只要输入输出对象不变，就无须对硬接线作任何改动。 继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作来实现的。 工作频率很低。 一次动作一般为数十毫秒。 对于复杂的控制，使用的继电器越多，反应就越慢。 而 PLC 是以微型计算机为基础的控制装置，其运行速度为每个指令步数十微秒 （ 对于高速 PLC 则是 5微秒以下 ）。 并且内部有严格的同步，所以不会出现抖动的问题。 对于限时控制，继电器是利用时间继电器的延时动作来实现的。 由于时间继电器是利用空气阻力，半导体延时电路来实现延时的，所以其定时精度低，调整不方便。 且环境温度变化等因素都会对定时精度有直接的影响。 而 PLC 则是由晶体振荡器所产生的脉冲经多次分频后得到的时基脉冲进行计数来定时的，定时范围一般为 秒，也有 秒的，精度一般高于 10 毫秒，只要根据需要由编程器送入时间常数即可实现定时时间的设定或更改。 由于 PLC 的定时是对时基脉冲进行计数来实现的，所以如果是对外脉冲进行计数，就成为计数器。 现代的 PLC 一般都具有定时器和计数器功能。 从可靠性和可维护性方面来看，继 电器控制逻辑由于使用了大量的机械触点，连接线也多，触点开闭时产生的电弧会使触点损坏，动作时的机械振动还可能使接线松长春工业大学学士学位论文 8 动，所以可靠性和可维护性都较差。 而 PLC 则采用了无触点的电子电路来替代继电器触点，确切地说是用存贮器内的数据来代替触点，因此不存在上述缺点。 而且体积小、功耗小、寿命长、可靠性高、还具有监控功能和自检功能，使程序的运行过程成为透明。 PLC 一般还具有步进控制指令，可以进行步进控制，而继电器逻辑就比较困难。 继电器逻辑只能对开关量进行控制。 而 PLC 除了具有开关量控制功能外，有些功能较全的 PLC 还具有 A/D、 D/A 转换装置，可以用来对模拟量进行控制。 但是目前在成本方面 PLC 还比继电器贵，根据点数以及输出方式来区分价格，点数越多价格越贵，有 16 点、 20。