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1、济城学院毕 业 设 计题 目 基于PLC的啤酒生产线剔除器 自动控制系统设计 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 班 学 生 学 号 指导教师 二一 五 年 四 月 二十五 日摘 要 随着啤酒消费量的增长，生产啤酒的速度也因此而加速。在啤酒生产线整个过程中有多个单元，有冲洗、灌装、封盖等。在如此高速的生产环境中，人工灯光检验空瓶质量的速度很难跟上去，并且当人工劳累时会出现漏检、错捡等情况，因此研制出符合验瓶要求的机器至关重要。本文针对啤酒生产线进行了啤酒瓶剔除器的设计，内容主要分为以下几个方面：首先，介绍出剔除器的硬件组成结构，将其组成和工作原理进行设计。计算出剔除器的输入输出点数，选择出
2、合适型号的PLC。在剔除系统中将光电传感器、旋转编码器和电磁阀的型号进行了选择。然后将剔除器的软件流程图进行了设计。最后，对系统设置了防干扰措施。设计出的系统可将不符合要求的瓶子剔除出去，让合格的瓶子进入到灌装过程。本系统经检验符合期望的要求，可推广使用。关键词：剔除器；PLC；光电传感器ABSTRACT As the growth of the beer consumption, thus accelerate the speed of the production of beer. In the whole process of beer production line with mult
3、iple units, such as washing, filling and capping. In such a high speed production environment, artificial lighting inspection empty bottle mass velocity is difficult to follow up, and when the artificial tired when a leak, wrong to pick up, etc., thus developed to meet the requirements of test bottl
4、e machine is very important. Based on beer production line of beer bottles eliminating design, main content is divided into the following several aspects: first, introduce the hardware structure of excluding, its composition and working principle of the design. Calculate out of input and output poin
5、ts, choose the right type of PLC. Photoelectric sensors, rotary encoder in eliminating system and selection model of solenoid valve. Then out of flow chart of software design. Finally, the system sets the anti jamming measures. Design of the system can not meet the requirements the bottle, let quali
6、fied into the bottle filling process. This system accord with the requirement of expectations after inspection, can promote the use.Keywords：Excluding device；PLC；Photoelectric sensor目 录摘 要IABSTRACTII1 前言11.1 啤酒生产线剔除器概述11.2 啤酒生产线剔除器的国内外发展及研究意义12 啤酒生产线剔除器原理分析22.1 啤酒生产线剔除器的工作原理22.2 啤酒生产线剔除器工作的流程33剔除器的硬
7、件结构43.1剔除器的结构概述43.2基本组成结构53.3电气控制63.4控制单元设计的原则及要求63.5控制单元硬件选型7 3.5.1电气控制PLC73.5.2 传感器选型93.5.3 旋转编码器选型103.5.4 电磁阀选型114剔除器的软件设计114.1进瓶检测介绍及结构设计114.2进瓶单元软件流程图设计125抗干扰措施125.1软件抗干扰135.2硬件抗干扰136 结 论14参 考 文 献15致 谢16附 录171 前言1.1 啤酒生产线剔除器概述有需求就有创造，目前啤酒产量日益上升，在高速的生产线上，用人工灯光验瓶的速度难以提高效率，由此生产出符合验瓶质量的机器油然而生，国外率先进
8、行了研制，目前已经成熟，经实践啤酒生产线剔除器能够完全代替人工，并且验瓶的质量符合要求，由此啤酒生产线剔除器逐渐发展起来。啤酒生产线剔除器是啤酒生产线中得关键组成部分，它是一种集各种知识于一体的高科技产品，可以检测出生产线上不合格的瓶子并自动将其剔除。啤酒生产线剔除器可以对不同的瓶型进行检测，主要是通过显示屏里面的设置将参数设置成所测瓶子的参数即可。在输送带上有可调节皮带通道的宽度的设置，然后再配上探测光电管传感器组件就可以对瓶型进行检测。参数的设定至关重要，因此在设置参数时要非常的重视，准确的设定是非常关键的。在啤酒生产线中剔除器它有专门的计时器可以对不合格的瓶子进行计数，快速的计算出剔除率
9、。当系统出现故障的时候，在显示屏上会有专门的故障提示，并且外部会有相应的指示灯闪烁，可以通知操作者第一时间发现并且第一时间的知故障原由并且处理。在目前来讲，啤酒生产线剔除器某些功能还有待于提高，对一些有大面积形状图案的瓶子难以对这些检测。6 随着企业生产产品数量的不断提高，也促使着这方面机械智能化的发展，传统的人工检测瓶也逐渐的被替带，啤酒生产线剔除器的出现使得产品的质量和数量都有所提高。1.2 啤酒生产线剔除器的国内外发展及研究意义 就目前来说，剔除器的发展在国外是较为完善的。在美国某公司很早就研制出空瓶检测系统并且投入工厂中进行使用。在很快的时间内就遍及了各个工厂中。在国外有多家有名的工厂
10、研制出了属于自己的机型，这些工厂包括德国克朗斯、德国海富等等。他们所生产的设备都采用了机器视觉的原理，将光、机、电合理的结合到了一起，大都采用的直线式的传动结构形式。 此技术的设计是复杂精巧的，就目前来说，我国还没有生产出完全符合要求的机型来，有实力的企业都是用的国外的设备。由于价格方面由此限制了中小企业的使用。我国目前的研制水平在总体上落后于国外，虽然是已经有一些成型的产品，但是不符合企业家们的要求，在功能完善、检测速度、检测精度等各方面都还有待于提高，一些科研机构对空瓶的研究也进行了努力，但是突破性不大，一些关键的核心技术还需要引进。目前国家和企业对产品质量的保证非常的重视，由于人民生活水
11、平的提高，啤酒的产量也是逐年的增加，人工检测啤酒瓶质量的速度已跟不上机械运转的速度，为了提高生产速度，企业家们不得不引进国外的先进设备，但是引进先进设备费用高后期的维护费用也高，只有一些有经济实力的大企业有能力引进此设备，而国内的中小啤酒厂因无法承担高额的费用而无法引进。因此，空瓶检测设备在国内中小企业的应用较少。由于中国的中小企业数量庞大，因此研制出属于中国人自己的啤酒生产线剔除器至关重要，将节省几亿的引进国外设备的费用。 终上所述，我们在这里进行研究了啤酒生产线剔除器的剔除部分的设计开发。2 啤酒生产线剔除器原理分析2.1 啤酒生产线剔除器的工作原理目前国内中需要安装剔除器设备的工厂，都安
12、装了一般带有高度检测、瓶底瓶身检测和瓶口密封面检测较常见功能的设备。1、高度检测 高度检测瓶子主要用高度探测光电传感器组件来进行探测,当传感组件检测到瓶子的信息后会与内存中标准数据进行对比，当瓶子不合格时，机器会根据程序的要求让剔除器进行次瓶的剔除(图2.l)为高度检测示意图。图2.1 高度检测示意图2、瓶身和瓶底检测瓶子通过触发光电管传感器组件检测到瓶子的相关信息,传感器会将信号传给处理器进行模型对比，将不合格瓶子进行记录并且将处理结果传给剔除装置进行剔除。(图2.2)为瓶身检测示意图和(图2.3)瓶底检测示意图。 图2.2 瓶身检测示意图 图2.3 瓶底检测示意图3、剔除装置 瓶子在经每个
13、单元后都会将不符合要求的次瓶剔除出去，当出现不合格瓶子信息时会被记录下并传送到控制单元，控制单元会将信息进行处理与标准数据进行对比，确定准确后会控制剔除系统将其剔除。2.2 啤酒生产线剔除器工作的流程该机主要有进瓶检测、瓶口瓶壁检测等各单元，由传动装置、速差传送装置、光电传感检测装置、推瓶装置、分瓶装置和计算机等组成。此机器的工作流程是：瓶子经过洗瓶机后，由输送带传输来到该机器，在该设备中第一个经过的是进瓶检测单元，此单元由安装在合适位置的光电传感和封盖检测结构组成，当瓶子运动过来后，各检测器件都开始启动，记录下与系统设定值所不一样的瓶子，当计算机得到某个瓶子的信息后，判断此瓶是否合格，如合格
14、继续前进，前往下一个单元接受检测，如不合格，计算机将通知推瓶器，把不合格的次瓶推送到另一条传送带上面收集起来。 入前检测单元主要检测空瓶是否是高瓶、低瓶和带有金属盖的不合格瓶；当瓶子来到此处时有不符合要求时会触发相应的光电传感器将信号传给处理器，处理器将信号处理后传给剔除装置，将不符合要求的瓶子推送到另一条传送带。下图为剔除器大体结构示意图：图2.5 剔除器大体结构示意图3剔除器的硬件结构3.1剔除器的结构概述 剔除器是啤酒生产线剔除器中的执行部分，它需要作出实质性的动作将不合格产品剔除出去。在这个系统中，要设计出能接收信号并执行信号去完成剔除动作的装置。该装置能够准确的按指令要求将通过的不合
15、格瓶子剔除出去或送入另一个传送带。击出器的功能方框图如下：图3.1 击出器功能方框图 控制器主要负责接收来自通信接口的指令，控制驱动部件去动作。驱动气缸主要是提供驱动部件的能量。气源通过气压调节设备提供所需压力的气体。控制器通过控制电磁阀的开关来控制气流的导通方向，从而驱动气缸的往复运动，完成击出动作。 气压的调节和控制器改变电磁阀的开关让驱动部件运动，由此来适应不同的生产要求。当一个物体从一个位置直接推出传送带时，考虑到在传送速度不变的条件下，首先气缸的运行的速度要足够的快，行程要长，这样物体就会一次性的被推出传送带，但是这样的话物体就会不稳定，如果物体太高的话就会被推倒，如果这样的话对气缸
16、和电磁阀的要求也会很高。因此，在这里击出物体时采用了在连续的多个位置进行剔除，将需要被剔除的物体逐渐的推出传送带。这样的方法保证了高的物体被推出时具有稳定的特点，并且对气缸以及电磁阀的要求也降低。 如此，本设计可以适应在稳定性要求较高的场合，尤其是一些高的容易倒的物体，或者是要求生产中不可晃动的物体。 3.2基本组成结构 击出器的结构设计如图3.2，由于驱动气缸是多个且都是一样的，在这里谨画出三个气缸和一个调压阀来进行说明。气缸上面连接碰撞面，每个气缸对应一个电磁阀。为了保证瓶子被剔除时不被损坏，碰撞面的材料应为特制的软胶垫。气缸的运动带动着碰撞面的运动，使得碰撞面能够在垂直于传送带的方向上做
17、往复运动。气源可通过气压调节装置给系统提供所需的压力。然后是通过多个一位二通电磁阀开关分别控制着A和B两个气孔相连接。当电磁阀没有工作时，气流的流动方向是B孔进A孔出。此时的气缸属于缩回的初始状态，碰撞面也被拉回到传送带的一侧，此刻，物体可自由通过。当电磁阀工作时，气流从气缸的A孔流入，从B孔流出，此时，气缸处于击出状态。如果此时传送带上有物体通过时，则会由于气缸运动带动碰撞面去碰撞物体。此刻，物体会沿着碰撞面的方向移动一定的距离。各个气缸被安装在一个底座上，可以在水平方向上，前后左右的移动调整。每个气缸根据实际情况的需要，彼此间按切合实际的间距安装，每个气缸与传送带的距离是不一样的。图3.2
18、 击出器基本结构3.3电气控制电气系统的组成是由一个旋转编码器(精度500线/转以上)和一台可编程控制器组成，所有的电磁阀由该PLC进行控制，该PLC还带有串行的通信接口，能够接收外部的主控系统的指令。如下图为电气原理简图。图3.3 击出器电气原理图 旋转编码器的作用在这里的功能是很大的，它可以精确的测量出传送带的移动距离，因为它的转轴就连接在驱动传送带的电机主轴上。可编程控制器根据旋转编码器的输出，又可以精确地依次控制电磁阀的动作，使得气缸带动碰撞面依次与传送带上的物体碰撞，由此来达到击出物体的目的。3.4控制单元设计的原则及要求 剔除器中得控制单元主要是把各个单元的内容收集并把这些信息处理
19、，从而控制剔除器把不合格的瓶子准确的剔除，与此同时对整个检测过程进行检测，有异常时发出报警并处理。1、控制单元的原则 控制单元总体设计原则。实用性：由于工厂环境恶劣，必须选择能在这种恶劣条件仍然能稳定控制各单元。可靠性：此产品要成熟，经历过严格把关。先进性：具有先进的系统设计，系统软件具有可发展性。2、控制单元的功能要求分析系统功能并参考国内外资料列出以下几种基本功能： 能够准确的判断当时空瓶的大小形状和是否带有金属盖；能够准确的接受并处理瓶子信息；能够准确剔除不合格瓶子；能够对剔除错误的瓶子做出报警；能够对整个检测过程进行监控。表3.1 控制单元主要列表序号名称序号名称1电源模块6高速计数模
20、块2CPU7光电传感器3数字量输入模块8接近开关4数字量输出模块9旋转编码器5模拟量输出模块10电磁阀电源模块是为传感器、输入输出模块等供电的；CPU模块的功能是接收处理检测信息，然后做出判断；数字输入模块接收各个传感器的检测信息；数字输出模块控制不合格瓶子的剔除等；模拟量输出模块是为残液装置提供参考电压；计数模块主要是接收旋转编码器的脉冲信号。根据上述控制单元的基本要求，定义了如下的输入输出点。其中输入点为8个,输出点为5个。表3.2 输入输出点序号I/O定义序号I/O定义1I0.0瓶高不合格信号8I0.7急停2I0.1瓶低不合格信号9Q0.0运行指示（绿灯亮）3I0.2瓶有盖不合格信号10
21、Q0.1急停报警（蜂鸣声）4I0.3检测停止信号11Q0.2急停报警（红灯亮）5I0.4输送带急停信号12Q0.3非致命错误报警（黄灯亮）6I0.5剔除确认信号13Q0.4剔除信号7I0.6一路旋转编码器信号3.5控制单元硬件选型 随着智能化技术的提高，目前国内外各种控制设备种类繁多，在这里考虑到环境因素、成本因素等各方面原因，用PLC做为此次设计控制单元的核心是首当选择的。当今PLC的型号也是很多的，有西门子、三菱、欧姆龙等各种类别。从基本性能、高速处理和位置控制功能的提升、显示功能、集成的模拟量I/O与闭环控制功能、通信处理能力和编程向导简化对复杂任务的编程等各方面考虑去选择合适适用的型号
22、。PLC的选择，西门子S7200的运算速度高，程序储存和数据储存都比较大，在数据监视和采集，通信等各方面的功能都有所提高，储存卡可永久保存设备等信息。在S7200中位置控制功能也是很高的，它的高速计数器频率提高到200KHz。S7200很强的部分在过程控制方面的能力也是可以的，并且它的PID自动调试也是简单方便的。 S7200中的PC Access V1.0的功能主要是专们为了连接S7200 PLC和S7200通信模块设计的OPC服务器的,它支持了所有的S7 200的通信协议、还有多个PLC连接和标准的OPC 客户机。 现在生产的计算机一般都带有RS232接口，与可编程控制器进行通信时可以很好
23、的进行沟通。网络通信、高速计数器、PID控制、位置控制、数据记录、文本显示器和配方是目前来说在可编程控制器程序设计的难点。当我们用普通的方法对他们进行编程时，我们要去熟悉关于它的特殊存储器的意义。在编程的时候对它赋值，运行的时候可以通过访问他们来实现所对应的功能。这些个程序有的还与中断有关，编程时的过程既是繁琐而且又容易出错。在所设计的S7200的编程软件中还有大量的编程时的向导，只要我们在对话框中输入我们需要的一些参数，软件就可以自动生成包括中断在内的用户程序。 从以上几个方面考虑后，又经过实际的操作运用，最终确定选择西门子S7-200系列的型号。 3.5.1电气控制PLC一、PLC概述 1
24、、 PLC的发展 PLC是继继电器之后主要控制工业领域的新生产业。由于继电器的使用不能灵活多变，适应性差，为此生产出适应工厂需求的控制系统至关重要。美国是第一个因生产需要而开始研制PLC的国家，研制时的要求主要从简单、方便、适应性强、灵活性高等方面考虑。在市场的如此需求下PLC就随此而诞生了。所生产的PLC特点为：成本低，研发时间短；编程简单方便；数据可以直接被计算机所接收输入输出为交流115V,还可完全驱动电磁阀。第一台可编程控制器是由美国的数字设备公司研制成功的。随后日本从美国引进并且通过学习研制出了属于自己的型号。我国是从1974年才开始研究，1977年开始实际在工厂中应用。 微电子技术
25、在不断的发展，到了20世纪70年代的时候，可编程控制器采用了通信微处理后，它的功能也强大了许多，不在局限于当初的逻辑运算了。到了20世纪80年代的时候，大规模和超大规模集成电路等微电子技术的快速发展，它的功能更加的强大，处理速度更快，在编程和维护方面更加灵活、方便。 1987年国际电工委员会（International Electrical Committee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“可编程控制器是一种专门为了在工业环境中应用而设计出的数字运算操作的电子装置，它的内部可以存储各种逻辑运算、计时和算数运算顺序运算等，它是可以编制程序的存储器，它可以通过模拟式或者数字式的输入
26、输出来以此控制各种的机械或者生产的过程。可编程控制器以及它的外部设备都可以与工业控制系统合并称为一个整体的系统，设计可编程控制器时主要考虑的设计原则是易于扩展的原则”。2、 PLC的硬件基础构成 PLC的组成分为以下几个部分：有中央处理器（CPU)、存储器（ROM/RAM)、输入/输出单元（I/O单元）、编程器、电源等主要部件组成。 (1)中央处理器：CPU就像是PLC的心脏，当我们编辑好的程序输入到PLC里面的时候，会送到用户程序的存储器里面，然后CPU就会解释翻译这些程序，让这些程序赋给他们所对应的功能职责。其主要任务是： 接受解释程序和数据。当用户编制好程序和数据的时候，就需要把这些程序
27、和数据输入到PLC里面，这时CPU就起作用了，它负责接收和解释处理这些程序和数据，并且可以让显示器去显示出这些程序的具体内容以及存储的地址。 检查和校验用户程序。程序输入到存储器里面后，程序有时也会出错，这时，它就会对所输入的程序进行彻底的检查，当发现语法错误的时候，它就会做出相应的动作或者指示，如发出警报声红灯闪烁，并且会让用户停止输入。当在运行的时候，则会立即的停止程序的运行。 接收和调用现场的信息。在现场运行时，会有数据的不断改变，而此时它就会接受更改的数据并且保存起来，在当这些数据需要的时候在调用出来到该用这些数据的地方。 执行用户程序。当可编程控制器启动后，进入运行的状态，此时，CP
28、U就会发挥作用，它会依据用户的程序存放的顺序，一条一条的进行读取、解释并且去执行这些程序，在当完成用户程序中规定的各种操作后，会将这些程序执行的结果送到输出端口，这样才可以驱动PLC的玩不的负载。 故障诊断。当有故障出现时，显示器就会显示，我们就可以根据显示的内容进行故障的维修，显示的都是具体的出错信息，所以能很快的将故障排除掉。 现在的PLC种类繁多，而且每一种PLC的芯片也是不一样的。有些厂家会专门的自主研发出符合自己厂家PLC的芯片，有的厂家仍然选用普遍的通用的型号CPU，有8031、8051等等。西门子公司自主研发的专用型号的CPU，它的性能非常的好，一个性能好的CPU直接决定着PLC
29、的性能也会是好的，体现在运行速度和处理信号的能力上面。芯片的位数高的话，系统处理信息的量就会很大，并且运算的速度也会很快。 (2)存储器：PLC的存储器有三种，分别是系统程序存储器、用户程序存储器和工作数据存储器。 系统程序存储器。系统程序存储器顾名思义，它主要是用来存放系统程序的，系统程序是由可编程控制器的生产厂家编写的，直接固化到ROM中，此程序时系统固有的程序，用户是无法去更改的。它是可编程控制器具有的最基本的智能功能。它可以完成PLC设计者所规定的各项工作。可编程控制器的性能取决于系统程序的好坏，质量好的系统程序也就意味着此种PLC的性能好，它包括有三个部分：第一个部分是系统的管理程序
30、，它在这里的作用主要是控制PLC的运行，使得让其整个可编程控制器能够按部就班的去完成人们赋予他们的职责。第二部分为用户指令的解释程序，它在这里的主要目的是为用户指令去解释程序，将可编程控制器的的编程语言变成为及其能读懂的机器语言，然后CPU去执行操作这些程序指令。第三部分是标准程序模块与系统调用程序，它在这里的目的主要包括许多个不同功能的子程序及其调用管理程序，如会完成输入、输出及特殊运算等的子程序，可编程控制器的大部分具体的工作都是由这部分程序来完成的，这一部分程序的多少直接决定了PLC性能的好坏。 用户程序存储器。用户程序存储器可以理解为对用户所编写的程序进行存放的存储器。当用户编写好对一
31、些具体任务所做的程序时，都需要输入到用户程序存储器，PLC的编程语言是人们专门发明的，简单方便易学，完全可以满足人们的需求。用户程序存储器根据所选择的存储器单元类型的不同，主要有RAM、EPROM、EEPROM存储器,他们的内容用户可以随意的更改和删除。在目前的市场上，可随时读写的快闪存储器作为用户程序存储器是较为先进的存储器，快闪存储器它不需后备的电池，掉电时数据也不会丢失。 工作数据存储器。工作数据存储器即是用户程序中使用的ON/OFF状态和数值数据等信息，主要可以用来存储工作时的数据。在他们的工作的数据区中我们开发出来的有元件的映像寄存器和数据库。在目前来说其中元件映像寄存器主要用来存储
32、开关量输入/输出状态以及定时器、辅助继电器、计数器等的内部器件的ON/OFF状态。数据表的使用，它主要是用来存放各种数据，它的功能也是很多的，在数据的转变中它起着很重要的作用，它可以存储用户程序数据的转换执行的某种可变参数值及A/D转换得到的等重要的信息数字量和数字运算的结果等。在PLC断电时能保持数据的存储器区为数据保持区。(3)输入、输出接口：输入、输出接口是可编程控制器与外界相连接的接口。在输入信号中主要有两种分别是接受和采集，它们来自输入接口。信号的采集至关重要，没有输入的信号就不可能会有输出的信号，这都是想联系的，主要有两类，其中一类是由按钮、继电器触点、行程开关、接近开关、光电开关
33、、选择开关、数字拨码开关等的开关量输入信号；另一类是由测速发电机、电位器和各种变换器等传来的模拟量输入信号。输出接口主要用来连接被控对象中的各种执行元件，如电磁阀、接触器、调节阀、指示灯、调速装置等。输入、输出接口有数字量的输入（包括开关量）、模拟量和输出量的输入、输出两种形式。在这里解释一下数字量的输入、输出的接口，他们的作用主要是将外面的信号通过数据线与现场的模拟信号进行数字的信号的相互转换，与PLC的。一般他们都具有滤波和光电的隔离输入输出的接口。他们的主要作用主要是把PLC与外部的电路分隔开来，以此用来提高PLC的抗干扰能力。按电源不同，PLC的开关量输入接口可分为三种类型:有直流12
34、V24V输入接口，有交流100V120V或200V240V输入接口和交直流（AC/DC）1224V输入接口。在输入开关中可以是无源触点或者是传感器的集电极开路的晶体管。按输出开关器件的种类PLC的开关量输出可分为三种形式：第一种形式是晶体管的输出型，它通过光电耦合使得晶体管截止或者饱和导通以此来控制外部的电路。第二种形式是双向晶闸管的输出型，它选用的是光触发型双向晶闸管，通过负载使用电源的不同，分为三个接口有交流输出接口、交直流输出接口和第三种是直流输出接口。第三种形式是继电器输出型，CPU输出时可接通或者断开继电器的线圈，使得继电器触点闭合或者断开。(4)电源：电源主要是为可编程控制器提供能
35、量的，PLC一般是使用的220V单相的交流电源，电源部件会将交流电转换成为中央处理器、存储器等电路工作所需的直流电，以此来保证PLC的正常工作。有一些小型的整体式的PLC内部有一个开关稳定的电源，此电源一方面可为CPU、I/O单元及扩展单元提供直流5V工作电源，另一方面可为外部输入元件提供直流24V电源。电源部位的位置可以有多种，在这里说一下整体式结构的PLC，电源通常封装在机箱内部；还有组合式的PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与CPU封装到一个模块。(5)各种接口： 扩展接口。扩展接口的用途主要是将扩展单元与基本单元相连接，接口可以使得PLC的配置可以变得更加灵活，以此来满足不同控制
36、要求的系统。 通信接口。通信接口的用途主要是为了可以人机或者机人之间的对话交流，可编程控制器配有多种通信接口。可编程控制器可以通过这些通信接口与各种外部驱动部件相连接，如打印机、监视器和其他的可编程控制器或者计算机相连接。当PLC与打印机相连接时，当与监视器（CRT)相连时，可将打印的信息以及数据输出进行打印。可以组成多机的系统联系或者连城的网络，实现更大规模的控制。可将过程图像显示出来；当与其他的可编程控制器相连时，当与计算机相连时，可以组成多级的控制系统，实现控制与管理相结合的综合控制。(6) 编程工具： 编程工具的作用是给用户进行编辑程序、调试和监视设备所制造的。编程器有简易型的和智能型
37、的两种类型。通过这些软件用户可以进行编辑修改程序。简易型的编程器只能用做联机编程，且往往是先将梯形图转化它的功能主要有LCD或者CRT图形显示。成为机器语言助记符（指令表）后才能输入。它一般是由简易键盘和发光二极管或其他显示器件组成。智能型编程器又称为图形编程器，它可以联机，也可以脱机编程，可以直接通过屏幕进行人机对话和直接输入梯形图。还可以通过微机辅助编程，许多的厂家为自己设计的PLC产品进行设计了计算机的辅助编程软件。打印文件、采集和处理数据、监控系统的运行情况、对工业现场系统的仿真等等。如果想要直接和可编程控制器进行通信，还应该要配有相应的电缆通信线。(7) 智能单元：各种类型的可编程控
38、制器都配有一些智能单元，他们一般都有适合自己的CPU，通过通信的方式接受主机的管道，设计出了自己的系统软件，可以独立的完成专门的一项任务。智能单元是通过总线与主机相连的，目前常用的智能单元有D/A单元、定位单元、A/D单元、高速计数单元等。(8)其他软件：现在的可编程控制器还可配有EPROM写入器、存储器卡、盒式磁带机等其他的外部的设备。3PLC的工作方式 循环扫描是PLC的工作方式，当PLC处在运行状态的时候，它的运行周期可划分为基本的三个阶段：输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。(1) 输入采样阶段。在此周期阶段，PLC会逐个的扫描每个输入端口，将所有的输入设备的当前状态保存到相应的
39、存储区内，输入映像寄存器是专用于存储输入设备状态的存储区。当输入映像寄存器的状态被刷新后，将会一直的保存，有时直至下一个循环才会被重新刷新，所有当输入采样结束后。如果当发生变化时输入设备的状态，可编程控制器也只能在下一个周期被接收到。(2)程序执行阶段。输入状态所有的采集完毕后被PLC，然后会进入用户程序的执行阶段。我们所讲的用户程序的执行，并不是所说的系统会将CPU的工作交给用户程序去管理。CPU所执行的指令所谓用户程序的执行，并非是系统将CPU的工作交由用户程序来管理，CPU所执行的指令仍然是系统程序中得指令。CPU是在系统程序的指示下工作的，CPU是从用户程序存储区中逐条的进行读取用户的
40、指令，经解释处理后去执行到相应的具体动作，由此产生相应的结果，当我们刷新相应的输出映像寄存器时，期间需要用到输入映像寄存器、输出映像寄存器的相应状态。(3)输出刷新阶段。当来到此阶段时，系统的程序会把输出映像寄存器中的内容依次的传送到输出锁存器中，经过输出接口、输出端子输出，驱动外部负载。输出锁存器会将状态一直循环到下一个循环周期。而输出映像寄存器的状态在程序执行阶段是动态的。3.5.2 传感器选型 光电传感器就像人的眼睛，监视着瓶子的状态信号，因此选择出合适的光电传感也是不容忽视的。当啤酒瓶在高速运行状态时,空瓶的精确定位和跟踪对图像采集和不合格瓶的剔除十分关键。如果空瓶定位、跟踪不准,会导
41、致空瓶质量的误判及剔除器不能准确剔除不合格瓶,因此光电传感器选型十分重要。在本系统研发过程中,我们试验了多种光电传感器。以下面两种型号的光电传感器进行说明:一种是普通红光的光电传感器,另一种为红色激光光电传感器。两种光电传感器的关键技术数据如表3.3所示,两种光电传感器实物见图3.6所示。普通红光光电传感器的光源为普通的红色LED光源，发射的光线有较强的发散性。激光光电传感器的光源为红色激光、光束直径约为1mm，在检测距离内光束直径几乎不变,应答时间也非常短，非常适合进行精确定位，所以选用反射式激光光电传感器。表3.3 两款光电传感器关键性能对比描述普通红光光电传感器激光光电传感器检测距离3m
42、3.5m光束直径发散1mm标准检测物体75mm以上的不透明物体0.5mm以上光源红色发光二极管（660nm)红色激光（650mm)应答时间动作、复位：各1ms以下700usON/OFF a)普通红光光电传感器 b)激光光电传感器图3.6 为光电传感器 3.5.3 旋转编码器选型 在这次设计中旋转编码器的作用发挥着重大的作用，它可以对输送带上的空瓶位置进行实时的跟踪。精确的检测出空瓶的的缺失以及倒瓶和不合格，将其准确的剔除，所以，旋转编码器可以精确的对瓶子的位置进行追踪定位。1.旋转编码器原理 旋转编码器有两个种类，分别是增量式和绝对式。首先增量式旋转编码器是在转动时会有脉冲的输出，它的工作原理
43、主要是通过专门的计数的模块进行计算运动位置。当旋转编码器不动的时候或者停电的时候，计数模块会记忆运动的位置。在有如此功能的情况下，当断电的时候，旋转编码器不会发生任何的移动情况。当通电后旋转编码器正常运转时候，旋转编码器不会有干扰而丢失脉冲，要不然的话计数就会出错。然后是绝对式的旋转编码器，它的光码盘上有许多道刻度线，它的每道刻度线依次的数是2、4、6等的偶数。这样的话，在读旋转编码器的每一个位置时,通过读取每道刻线的通、暗，会获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码(格雷码)，这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置所决定的，它的好处是不受停电和干扰的影响，计
44、数可靠性高4。2.旋转编码器选型 对于本次设计，检测过程中出现断电的情况对系统的检测影响并不是致命的。意外断电后，操作人员只需将检测设备内的空瓶全部取出，重新上电后编码器零点可自动复位，因此本系统选用增量式旋转编码器。在经过实际的测算后，系统的传动使得电机每旋转一圈的时候，输送带前进的距离是500mm左右，如果想要实现对空瓶的精确追踪的话,旋转编码器每个脉冲对应至少1mm的距离。考虑到对空瓶跟踪的精确性，系统选用中分辨率为1000p/r的旋转编码器，这样输送带每向前运动1mm编码器将产生2个脉冲，保证了系统对空瓶跟踪的准确。增量式旋转编码器的实物见下图3.7所示。3.5.4 电磁阀选型 电磁阀
45、是在工业中控制流体自动化基本的元器件。它是执行器，相当于人的肌肉，可调节介质的方向、速度、流量和其他参数。它的精度和灵活性都都有所保证。它可以配合不同的电路来达到期望的控制。其种类繁多，不同类型的器型发挥着不同的作用，最常见的有安全阀、方向控制阀和速度调节阀等。 电磁阀的结构是用密封的腔和在不同位置开孔组成，每个孔连接的油管不同，腔的中间是活塞，两面是两块电磁阀，哪面的电磁铁线圈得电，电磁体就会被吸引到那边。控制阀体的移动可开启或关闭排油孔。进油的孔是常开的，液压油会进入不同的排油管，来推动油缸的活塞。活塞带动活塞杆，活塞杆带动装置的移动，如此机械运动就形成了。 本次设计所选器件均是性能好的，能够满足系统的所需要的速度。在这次设计中电磁阀也选择了动作频率大于50Hz的产品，确保执行时速度的要求，电磁阀实物见图3.8所示。 图3.7 增量式编码器 图3.8 MAC电磁阀 4剔除器的软件设计4.1进瓶检测介绍及结构设计 剔除器中，主要是将不合格的瓶子剔除出传送带，让合格瓶子进入到灌装流程。现在啤酒的空瓶主要是回收瓶，所以高低会有所不同，在这里
