了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。

［1］［2］

1.1.2 PLC的优点

PLC是传统的继电器技术和计算机技术相结合的产物，所以在工业控制方面，它具有继电器控制或通用计算机所无法比拟的特点。

（1）高可靠性

PLC的高可靠性主要表现在硬件和软件两个方面：

在硬件方面，由于采用性能优良的开关电源，并且对采用的器件进行严格的筛选，加上合理的系统结构，最后加固、简化安装，因此PLC具有很强的抗振动冲击性能；无触点的半导体电路来完成大量的开关动作，就不会出现继电器控制系统中的器件老化、脱焊、触点电弧等问题；所有的输入/输出（I/O）接口都采用了光电隔离措施，使外部电路和PLC内部电路能有效的进行隔离；PLC模块式的结构，可以在其中一个模块出现故障时迅速地判断出故障的模块并进行更换，这样就能尽量缩短系统的维修时间。

在软件方面，PLC的监控定时器可用于监视执行用户程序的专用运算处理器的延迟，保证在程序出错和程序调试时，避免因程序错误而出现死循环；当CPU、电池、I/O口、通信等出现异常时，PLC的自诊断功能可以检测到这些错误，并采取相应的措施，以防止故障扩大；停电时，后备电池和正常工作时一样，进行对用户程序及动态数据的保护，确保信息不丢失。

（2）应用灵活、使用方便

模块化的PLC设计，使用户能根据自己控制系统的大小、工艺流程和控制要求等来选择自己所需的PLC的模块并进行资源配置和PLC编程。这样，控制系统就不再需要大量硬件装置，用户只需根据控制需要设计PLC的硬件配置和I/O的外部接线即可。而在PLC控制系统中，当控制要求改变时，不改动PLC外部接线，只需修改程序即可。

（3）面向控制过程的编程语言，容易掌握

PLC的编程语言采用继电器控制电路的梯形图语言，清晰直观。虽然PLC是以微处理器为核心的控制装置，但是它不需要用户具有很强的程序设计能力，只要用户具备一定的计算机软、硬件知识和电器控制方面的知识即可。这种面向控制过程的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这种时耗是微不足道的。

（4）易于安装、调试、维修

在安装时，由于PLC的输入/输出接口已经做好，因此可以直接和外部设备相连，而不再需要专用的接口电路。而且PLC的软件功能取代了原来继电器控制中

2

的中间继电器、定时器、计数器等一些器件，所以硬件安装上的工作量相应减少。

PLC的调试可先在实验室模拟完成，模拟调试完成后再现场安装、调试。这样就可以避免可能在现场会出现的一些问题，从而缩短调试周期。

在维修方面，PLC完善的诊断和显示功能，可以通过模块上的显示或编程器等很容易地找出故障的模块，而且由于模块化设计，因此只需要对出错的模块进行更换即可。

（5）网络功能强大

PLC具有强大的网络功能。PLC不仅能做到远程控制、进行PLC内部通信与上位机进行通信，还具备专线上网、无线上网等功能。

这样，PLC就可以组成范围很大的控制网络，整个工厂，甚至整个系统都可以实现自动化，从而提高生产的效率。

（6）体积小、重量轻

由于PLC内部电路主要采用微电子技术设计，因此它具有体积小、重量轻等特点。

［3］

1.1.3 PLC的应用

可编程控制器是“专为工业环境下应用而设计的”工业控制计算机，由于其具有很强的抗干扰能力，很高的可靠性，能在恶劣环境下工作的大量的I/0接口，因此，伴随着新产品、新技术的不断涌现，始终保持着旺盛的市场生命力。可编程控制器的出现，除了取代传统的继电器控制外，正在逐步占领DCS和PID市场份额。国际市场:当今世界的PLC生产厂家约200多家，生产400多种PLC。全球最大的5家PLC制造商，德国SIEMENS公司、美国A-B公司、SCHNEIDER公司、日本的MITSUBISHI公司、OMRON公司、三菱公司约占全球市场销售额的67%。我国对可编程控制器的研制始于1974年，目前全国有几十个生产厂家，但产品多为128个开关量I/O点以下的小型机。我国应用PLC还处于初级阶段，而且局限于钢铁、化工、汽车、机床、煤炭、电站等领域，其它行业的应用尚未普及，中国尚有广阔的应用领域等待开拓。我国90%的PLC市场由国外占领，中、大型PLC中，几乎100%是国外产品，以美国MODICON公司、GE公司、西德SIEMENS，日本富士公司为主。我国的饮料包装设备在许多方面采用了PLC，并取得了非常好的效果。

［4］［5］

1.1.4 PLC控制系统发展趋势

PLC具有可靠性高、使用方便、编程简单、体积小、重量轻等特点。目前，全世界PLC生产厂家约为200家，生产300多个品种。作为控制装置，它在许多工业领域都得到广泛的应用。随着微处理器技术和现代通信技术的发展，PLC也

3

得到了迅速发展，其技术和产品日趋完善。PLC的主要发展趋势主要表现在以下几个方面。

（1）高速度、高I/O容量、功能强大

随着CPU处理速度的提高，PLC程序执行的速度也越来越快；大规模和超大规模集成电路的发展，相应地使I/O的容量也得到增加；智能模块的增加，使PLC能够实现的功能越来越多。

（2）强大的PLC联网能力

随着人们对工业自动化的要求越来越高，人们已经不再满足对几个设备、几条生产线的PLC控制，而是要求实现对全工厂的自动化，所以提高PLC控制系统的网络功能成为PLC的发展趋势。以后人们不仅能通过通信模块进行PLC与PLC、PLC与上位机之间的连接，还能通过拨号或者无线的方式使PLC联网。

（3）编程软件多样化

PLC的梯形图语言、助记符语言和功能模块语言虽然使用方便，而且也能很好地实现控制要求，但是在处理一些高级功能（复杂运算、报表生成和打印等功能）时存在明显的不足，所以就要求高级语言（BASIC、C、FORTRAN等）、图形语言、汇编语言兼容。这样不仅可以通过梯形图语言、助记符语言和功能模块语言来编写程序，也可以通过高级语言来编程。

1.2 包装码垛自动生产线的发展

包装码垛自动生产线属于工业机器人。工业机器人是在第二次世界大战期间发展起来的，始于40年代的美国橡树岭国家实验室的搬运核原料的遥控机械操作手。工业机器人是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多关节的操作机。它可以是固定式或移动式的，用于工业自动化作业中。工业机器人与其它专用自动机的主要区别在于，专用自动机是适应于大量生产的专用自动化设备，而工业机器人是一种能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化设备。包装码垛生产线是机电仪一体化高技术产品，适用于化工、粮食、食品及医药等行业。它可实现对粉、粒、块状物料（如塑料、化肥、合成橡胶、粮食等）的称重、供袋、装袋、折边、封袋、倒袋整形、金属检测、重量复检、批号打印、转位编组、码垛、托盘和垛盘的输送等作业全部实现自动化。通过可编程控制器，对整个生产线的工作过程进行自动控制，对运行过程中出现的故障或供料不足，供袋不及时、出垛不及时等，进行声光报警。该设备具有操作简单，运行可靠，维修方便等优点。根据用户要求，配上通讯接口和打印机，有打印日、月累计报表的功能。还可与上位机或触摸屏连接，对包装码垛自动生产线实现实时监控、远程诊断和网络化管理。包装码垛自动生产线以PLC为控制核心，以键盘、按钮或触摸屏为输入设备，PLC通过总线进行通信，完成对各电机转速、转向及各个接触

4

器、中继器等的控制。包装码垛生产线简单地讲，它是由包装机械和码垛机械组成的，其中的主要部分还是包装机械，码垛机械是从包装生产在线分离出来而发展起来的。其流程图如图1-1所示。

来自 主厂 房的 物料 传感 器称 重料 斗 ［6］

电子 称重 封 口 机 码垛 系统 仓 库

图1-1 包装码垛生产线流程图

1.3 课题主要研究内容

随着科学技术的迅猛发展,生产力水平的不断提高,人们对降低劳动强度、改善工作环境日益重视起来。石油化工、煤化工、化肥、粮食、港口等行业对包装质量和劳动效率的要求也日益提高,从而促进了这些企业的现代化改造。而传统的人工包装由于其生产效率低下而成为这些行业产量和包装质量提高的巨大障碍,已不能满足现代化大生产的需要。因此对包装码垛自动生产线的应用研究具有重大的经济意义和现实意义。本课题主要研究PLC在包装码垛生产线自动控制系统中的应用。

该课题主要完成以下四个方面的工作: (1)掌握PLC控制原理及编程；

(2)熟识包装码垛生产线的工艺过程及动作流程； (3)PLC控制系统的软、硬件设计； (4)包装码垛生产线的程序调试。

5