1、 1 毕业论文 文献综述 电气工程及自动化 PLC 在蜡烛自动化生产的应用 摘要 ： 文章主要介绍了蜡烛生产的发展历史及现今生产状况和生产技术，介绍一些蜡烛生产机器及其原理。微机控制、单片机控制以及用 PLC 来控制来实现蜡烛自动化生产控制的可行性。 关键词 ： 软件控制；自动控制；软件编程 1. 引言 当前，在世界市场中工业产品的竞争相当激烈，各生产企业都力求降低制造成本和产品价格，通过提高生产效率，增强自身的竞争能力。为此而采取的最有效的措施之一是实现生产过程的自动化，这样不仅缩减了生产人员，降低劳务费用，同时也提高了产品 质量的稳定性和可靠性。而 我国是世界第一大蜡烛生产国，多年来凭借优
2、质价廉的蜡烛产品得到世界各国的认可，随着近年来我国蜡烛出口的快速增长，国产蜡烛在国际市场的份额逐渐加大。 但 我国广大城乡寺庙及市场上所售的芦苇芯和竹子芯蜡烛大部分是采用传统的手工浸制方式制造而成，不但费时费力，而且生产工人的劳动强度很大，生产效率极低，生产出来的蜡烛个体形状差异也较大，无形中增加了蜡烛制造成本。 因此在蜡烛生产过程中实现自动化是很有必要的，至今，实现自动化的控制主要由电脑、单片机及 PLC 等等来实现，有必要研究用以上哪一种装置来控制 蜡烛生产线是最佳的方案。 2. PLC 的产生和定义 在 1969 年由美国数字设备公司 DEC 首先研发出第一台可编程控制器 PDP-14，
3、在汽车装备线上使用，取得了成功 1。可编程控制器在近 40 年来得到了迅猛的发展，至今已经成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。 国际电工委员会 (IEC)对 PLC 的定义是：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计” 2。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻 辑运算、顺序控制、定时、计数和算数等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 3. PLC 的组成及工作原理 可编程控制器实际上是一种工业计算机，因此它的组成与计算机的十分相似。从
4、硬件结构看，它有中央处理单元（ CPU）、存储器（ ROM/RAM）、输入输出单元（ I/O）、编程器、电源等主要部件组成 3。如图 1，所示 2 输入接口 CPU 输出接口 存储器 电源 通信借口 图 1 CPU 是 PLC 的逻辑运算和控制中心，用于协调系统工作； PLC 的存储器 ROM(只读存储器 )中固化着系统程序； PLC 的电源是一种将外部电源转换为 PLC 内部元器件使用的给中电压（通常是 5V、24VDC）的开关稳压电源；通信接口是 PLC 与外界进行交换信息和写入程序的通道；输入接口用来完成输入信号的引入、滤波及电平转换； PLC 的输出接口有 3 种形式：继电器输出和晶闸
5、管输出。 PLC 的工作原理可概括为：在系统管理程序监控下，对 I/O 集中采样、顺序执行用户程序并将运算结果集中输出的工作过程 4。 PLC 作为专用工业控制机，一般采用扫描用户程序工作方式，系统管理及应用程序的执行全部是以循环扫描方式完 成。当软件发生故障时，可以定时执行下一轮扫描，避免死机现象，因此可靠性更高。 4 PLC 的基本指令系统及编程 PLC 是通过系统对系统实现控制的，因此一种机型的指令系统在一定程度上反映出其控制功能的强弱。可编程控制器常用的语言是梯形图语言和助记符语言 5。 PLC 厂商提供的编程语言一般有三种：梯形图（ LAD）、指令表（ STL）和顺序功能图（ SFC
6、）。梯形图（ LAD）是在继电器接触器电路图基础上演变而来的，其编程思想也与继电器控制系统电路图基本一致。指令表（ STL）也称为语句表，类似于计算机中的助记符；所谓指 令表编程，是指用一系列的指令表达程序的控制要求。顺序功能图（ SFC）也叫状态流程图或步序图，是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来表达一个顺序控制过程 6。 5. PLC 的应用 （ 1）开关量的逻辑控制：开关量的逻辑控制是 PLC 的最基本的控制功能。诸如在冶金、机械、纺织、轻工、化工等等工业场合上都要用到。 （ 2）模拟量的闭环控制： PLC 具有 A/D 和 D/A 转换以及算数运算等功能，因此可以实现模拟量的控制
7、。 （ 3）数字量的智能控制：利用 PLC 能接受和输出高速脉冲的功能，在配合相应的传感器（如旋转编码 器）或脉冲伺服装置（如环型分配器、功放、步进电机）就能实现数字量的智能控制。 （ 4）数据采集与监控： PLC 在控制现场实现控制，把现场的数据实时显示出来或采集保存下来，供进一步分析研究是很重要的。 3 （ 5）通信联网及集散控制：除了 PLC 与 PLC 之间通信与联网外， PLC 还可以与一般通用计算机进行通信和联网，由计算机来实现对其编程和管理 7。 6. PLC 与单片机的区别 单片机是微型计算机的一个重要的分支，自 20 世纪 70 年代问世以来，以其体积小、可靠性高、控制功能强
8、、使用方便、性能价格比高、容易产品化等点，在智 能仪表、机电一体化、实时控制、分布式多机系统、家用电器等各个领域得到了广泛应用，对各个行业的技术改造和产品的更新换代起着重要的推动作用。由于单片机的重要应用领域为智能化电子产品，一般需嵌入仪器设备，故又称为嵌入式微控制器（ Embedded Microcontroller） 8在使用单片机时，必须对微型计算机原理有所了解，此外还要学习相关硬件电路设计及汇编语言 9。 PLC 与单片机的主要区别见下表 PLC 单片机 特别适合在工业环境下操作，具有较强的抗干扰能力 适合在一般环境在操作，抗干扰能力不如 PLC 有专业编程器，可以输入特定编程语言 使
9、用键盘输入汇编语言或梯形图相对应的指令 输入设备可直接连接各种开关、按键或传感器 需设计适当输入接口电路才能连接给中开关、按键或传感器 输出设备可直接驱动各种交直流负载 需设计适当输出接口电路才能驱动各种交、直流负载 无需了解微型计算机基本原理，只要具备基础控制知识即可将顺序控制电路转换成编程语言 若无专属编译器，则需要了解微型计算机基本原理，并熟悉汇编语言程序设计 程序修改具有灵活性，测试容易 程序修改不便，测试不易 价格比单片机贵 价格便宜 从上述表 格中可以看出，在蜡烛自动化生产线的应用上用 PLC 控制比用单片机更加适合。 7 PLC 在蜡烛自动控制生产线的发展动态 10-13 现代
10、PLC 的发展有两个主要趋势：其一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展；其二是向大型网络化、高可靠性、良好的兼容性和多功能方面发展，趋向于当前工业控制计算机（工控机）的性能。 PLC 是专门为工业现场的自动化4 控制而设计的，具有稳定可靠，抗干扰能力强，使用方便等优点。 目前，国内外研制的新型蜡烛自动浸制机（浸制式蜡烛机）， 多采用 PLC 控制原理， 其主要是解决了现有 技术所存在的蜡烛成型机结构较为复杂，自动化程度差，操作不简便，制作不同规格的蜡烛需要用到不同的模板或不同的机器，制作成本较高等技术问题。 基于降低生产成本考虑，对原有的设备和技术进行创新研究，着重开发新
11、型的蜡烛自动生产线，使之可以在蜡烛中填充普通石蜡，然后在表层覆盖各种式样的高档次蜡油 。 综上所述， 研制固定蜡烛不动，借助于 PLC 控制蜡烛油桶上下运动浸制蜡烛的装置是很有意义的，研究蜡烛自动生产线控制技术是非常必要的。 参考文献 1巫莉，黄江峰 .电气控制与 PLC 应用 M.北京 :中国电力出版社 ,2008,5. 2张伟林 .电气控制与 PLC 综合应用技术 M.北京 :人民邮电出版社， 2009， 5. 3蔡红斌 .电气与 PLC 控制技术 M.北京 :清华大学出版社， 2007， 8. 4汤以范，叶真，陈小异 .电气与可编程序控制器技术 M.北京 :机械工业出版社， 2004，8
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