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3系统元件的选择
3.1 PLC控制要求和内容及选型 3. 1. 1 基础 PLC
可编程控制器是工业自动化的基础。在工业现场中用于对大量的数字量和模 拟量进行控制，例如电磁阀的开闭，电动机的启停，温度、压力、流量的设置与 控制，产品的计数与控制等。
3. 1.2可编程控制器的特点
(1) 可靠性高，抗干扰能力强
微机虽然具有很强的功能，但单抗干扰能力差，工业现场环境的电磁干扰、 电源波动、机械振动、温度和湿度的变化等都可能使一般通用微机不能实现正常 工作。而PLC是专为工业环境应用而设计的，故对可能受到的电磁干扰、高低温 及电源波动等影响，其已在PLC硬件及软件的设计上采用了一定的措施。如在硬 件方面采用了电和磁的屏蔽，对I/O接口采用了光电隔离技术，对电源及I/O接 口线采用了数种滤波等。而在软件方面采用了故障监测、诊断、信息防护和复位 等手段，一旦发生非正常状况，CPU立马进行行之有效的方案，防止故障向更糟的 方向发展，使PLC的可靠度大为提高。
(2) 机构简单，应用灵活
PLC在硬件结构上采用模块化中的类似积木式的结构，输入和输出信号模块、 通信模块及一些特别功能模块类型繁多。面对不同的控制对象，可以方便、快速 灵活地组合成完成其功能的控制系统。
(3)
编程方便，易于使用
PLC采用了与继电器控制电路有许多相似之处的梯形图作为主要的编程语言， 形象直观的程序，简单易学指令，容易理解和掌握编程步骤和方法，不需要具备 专门的计算机知识，使具有一定的电工和工艺知识的人员可以在短时间内学会。
(4)
功能完善，适用性强
PLC具有强大的对数字量和模拟量处理的功能，如一般逻辑、算术运算、常见 特
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殊函数运算等。PLC具有多种常用的功能，如PID闭环回路控制、中断控制等。 PLC还可以扩展好多特殊功能，如高速计数、电子凸轮控制、伺服电动机定位、多 轴运动插补控制等。PLC组成的多种工业网络，可实现数据传送、上位监测控制等 功能。
3.1.3 PLC的安装与接线
PLC —般要求安装在环境温度为0到55摄氏度，相对湿度小于85%，无粉尘、 油烟，无腐蚀性及可燃性气体的场合中。为了达到这一目的，其不要安装在发热 器件附近，不能安装在结露，雨淋的场所，在粉尘多，油烟大、有腐蚀性气体的 场合安装时要采取封闭措施，在封闭的电器柜中安装时，要注意解决通风问题。 另外，PLC要安装在远离强烈振动和电磁干扰源的场合，否则需要对其采取减震 及屏蔽措施。
PLC的安装固定常有两种方式，一是直接利用机箱上的安装孔，用螺钉把机箱 固定在控制柜的背板或面板上；二是利用DIN导板安装，这需先将DIN导板先固 定好，再将PLC与各种扩展单元卡上DIN导板。并注意在PLC周围留足散热及接 线的空间。
PLC在工作前必须正确地接入控制系统，和其连接的主要有PLC的电源接线， 输入输出器件的接线，通信线，接地线。
3. 1.4设计PLC控制时，应遵循以下基本原则
(1)
最大限度地满足被控对象的要求
(1) 最大限度地满足被控对象的要求
充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的要求，被称为设计系统的 居于第一的目标和任务，这也是设计中最该铭记的一条原则。这就要求设计人员 在设计前就要深入现场进行细致的调査研究，收集有关控制现场的资料，收集相 关先进的中国、外国资料。同时还要留心和在场的管理人员、监管人员、现场操 作维修人员密切配合，相互深入沟通，定制相关控制方案，共同解决设计中的重 点问题和疑难问题，力求方案准确高效的实施。
(2) 确保PLC控制系统安全可靠
保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的最为 重要原则。这就要求设计者更加全面考虑系统总体设计、元器件选择、软件编程， 以
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确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而 且在特殊非正常条件下（如突然停电再上电、按钮按错，继电器不动作等)，也能 正常工作。
(3)
力求简单、经济、使用及维修方便
在充分满足被控制要求的基础上，一方面要注意不断地扩大工程的效率与利 益，另一方面也要注意不断地降低其成本，力求工程的经济性。这就要求设计者 不仅应该使控制系统较简易、实惠，而且要使系统的使用及维护更简单、花费更 低，不宜盲目地追求过程的自动化和高指标。
(4)
适应生产发展的需要
这就要求在选择PLC、输入输出模块、输入输出点数和内部存储器容量时，要 适当留有一定的裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。
事实上PLC控制系统的设计：首先考虑的是应是系统的安全性、可靠性设计， 然后才是根据控制工艺要求进行控制流程的设计，最后就是编写切实可行、简单、 高效的PLC程序，安全性、可靠性设计要求的前提下，编写相应的PLC程序非常 重要，硬件上保证的安全性与可靠性，以及软件PLC程序中的安全性考虑应该同 步进行。
3.1.5 PLC的工作原理
PLC的工作方式
(1)
PLC采用的是周期性循环扫描的工作方式。 (2)
PLC的工作过程
PLC用户程序的工作过程可分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段。 PLC的工作过程包括初始化，CPU自诊断，通信信息处理，PLC与外部设备交 换信息，执行用户程序，输入输出信息处理等六步。
3.1.6 PLG选型与硬件配置
选择PLC，主要是确定它的生产厂家与型号。挑选生产厂家，用户的要求、设 计使用者的习惯、熟悉程度、配套产品的一致性是主要应考虑的几个方面，编程
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器等附加设备的通用性、技术服务等方面的因素也应加以考虑。
在生产厂家确定后，它的型号主要决定于控制要求，在满足设备控制要求的 前提下，必须考虑生产成本。
选择PLC型号时应注意以下指标：1. CPU性能2.输出输入总数3.功能模块的 配套4?通信能力。
考虑到生产规模的扩大、生产工艺的改进、控制任务的增加以及维护重接线 的需要，在选择硬件模块时要留有适当的余量。
根据已经确定的I/O设备统计所需要的I/O信号的点数和类型，预留10%至 15%的空间，选择I/O信号模块。
根据特殊功能要求选择智能单元. 根据通信要求选择通信接口模块。
依据饮料罐装自动生产线的工艺流程图，PLC控制系统有均为开关量的9个输 人信号。PLC控制系统的有10个输出信号。
FX2N系列的PLC有继电器输出方式，晶体管输出方式和双向晶闸管输出方式 三种，继电器输出方式其特点是：可接通交、直流电源，其反应慢，但有干结点， 安全性及其隔离性好，可靠性高；晶体管输出方式其特点是：只能接入直流电源， 无干接点，其响应速度最快——场效应管输出模块的工频可达20kHz，但过度负载 能力较差；双向晶闸管输出方式其特点是：只能接入交流电源，无干接点。
综合以上相关信息，并结合经济实用性的考虑，系统选用FX2N-32MR型号的 PLC:继电器输出方式，输人点数输出点数均为16点，可以满足工艺要求，且留有 一定的余量。便于以后的修改和扩展。根据系统的性能与要求，PLC输入/输出端 口地址的分配如表4所示。
3. 1.7 PLC的性能指标
1.用户程序存储容量2.输入输出总点数3 .扫描速度4.指令种类5.内部寄存器 的配置及容量6.特殊功能。
表1 PLC I/O端地址编号对照表
输入信号 输出信号
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名称 SBO SB1 STO SO SB4 SB5 SB6 SB7 SB10
功能 启动按钮 停止按钮 行程开关 光电传感器 大包 中包 小包 散装 手动复位
编号 名称 X0 XI X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10
KM1 YV1 YV2 YV3 HL4 HL5 HL6 HL7 HL10 HL11
功能 传送带电动机 灌装电磁阀 小瓶封盖 大瓶封盖 大包指示灯 中包指示灯 小包指示灯 散装指示灯 系统上电显示 灌装过程显示
编号 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 Y11
3. 2电动机的选型 目前市面上的电动机类型多种多样，用于驱动传送带传送的电动机的类型也 数
不胜数。基于该系统的控制要求与各类型电动机的结构特点和工作场合，并考 虑到经济性和实用性，本系统选择的电动机型号为Y132M-4,其性能参数如表5所
表2 Y132M~4型电动机的性能参数 电流 电压 堵转转矩 15.4A 最大转矩 2.3 n.m 额定转速 1440 r/min 极数 4 频率 50 Hz 额定功率 7.5KW 380V 2.2 n.m 3. 3接触器的选型 接触器是一种用来接通或断开带负载的交、直流主电路或大型控制电路的切 换
器，主要控制目标是电动机。通用接触器可大致分以下两类。
1)
交流接触器。主要有电磁机构、触头系统、灭弧装置等组成。常用的是
CJ1、 CJ12、CJ12B 等系列。
2)
直流接触器，一般用于控制直流电器设备，线圈中通以直流电，直交流
接 触器有几乎相同的动作原理和结构。
接触器的选型有诸多因素外与负载密切相关一般三相异步电机的起动电流为 额
定电流的3-5倍。综上所述，本系统选用CJ10-40接触器：额定电流为40A，额 定电压为380V。
3. 4热继电器的选型
热继电器由安装的位置不同的两部分组成。一部分是主触点，接在电动机与 接触器KM之间。另一部分是接在控制电路中，与接触器KM的线圈电路相串联。 热继电
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