畢業(yè)設(shè)計(jì)基于plc的電子鐘控制系統(tǒng)

1、<p>　　中圖分類號(hào)： 密級(jí)：</p><p>　　UDC： 編號(hào)：</p><p><b>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目名稱： 基于PLC的電子鐘控制系統(tǒng)<

2、/p><p>　　學(xué) 生 姓 名 ： </p><p>　　專業(yè)名稱： 機(jī)電一體化 </p><p>　　班 級(jí)： 機(jī)電10-1 </p><p>　　學(xué) 制： 三 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： 1050243330 </p><p

3、>　　學(xué)歷層次: 專科 </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　評(píng) 閱 人： </p><p>　　論文（設(shè)計(jì)）提交日期： 2013年 6月10日</p><p>　　論文（設(shè)計(jì)）答辯日期： 2013年 6月19日</p&

4、gt;<p>　　江 蘇 建 筑 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院</p><p>　　二〇一三年 六月 十日 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　時(shí)間是人類生活必不可少的重要元素，如果沒有時(shí)間的概念，社會(huì)將不會(huì)有所發(fā)展和進(jìn)步。從古代的水漏、十二天干地支，到后來(lái)的機(jī)械鐘表以及當(dāng)今的石英鐘，都充分

5、顯現(xiàn)出了時(shí)間的重要，同時(shí)也代表著科技的進(jìn)步。到了近、現(xiàn)代，由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。在其推動(dòng)下，電子鐘的性能也得到了極大的改善，具有走時(shí)準(zhǔn)確性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)。因此，它廣泛應(yīng)用于計(jì)時(shí)、自動(dòng)報(bào)時(shí)及自動(dòng)控制等各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等。因此，研究電子鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，

6、有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。</p><p>　　本系統(tǒng)由七段LED數(shù)碼管來(lái)顯示可編程控制器（PLC）所輸出的信號(hào)。由于本系統(tǒng)采用的處理器是西門子CPU224,輸出端的數(shù)量少于需求的數(shù)量，因此需要外接一個(gè)擴(kuò)展模塊--西門子EM222。所以，總體設(shè)計(jì)方案由主體模塊和擴(kuò)展模塊兩大部分組成。其中主體模塊完成電子鐘的顯示時(shí)位功能,擴(kuò)展模塊完成電子鐘的顯示分位功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：可編程控制器

7、（PLC），LED數(shù)碼管，西門子CPU224，西門子EM222。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1章 可編程控制器（PLC）的基礎(chǔ)知識(shí)1</p><p>　　1.1 PLC的產(chǎn)生、定義及分類1</p><p>　　1.1.1 PLC的產(chǎn)生1</p><p>

8、　　1.1.2 PLC的定義2</p><p>　　1.1.3 PLC的分類3</p><p>　　1.2 PLC的構(gòu)成與性能指標(biāo)6</p><p>　　1.2.1 PLC的硬件結(jié)構(gòu)6</p><p>　　1.2.2 PLC的性能指標(biāo)10</p><p>　　1.3 PLC的工作原理12</p>

9、<p>　　1.3.1 PLC內(nèi)外部電路12</p><p>　　1.3.2 PLC的控制系統(tǒng)14</p><p>　　1.3.3 PLC的工作過程16</p><p>　　1.3.4 用戶程序循環(huán)掃描17</p><p>　　第2章 基于PLC的電子鐘控制系統(tǒng)的硬件分析19</p><p>　

10、　2.1 S7-200PLC的概述19</p><p>　　2.1.1 S7-200的系統(tǒng)基本構(gòu)成19</p><p>　　2.1.2 S7-200PLC的結(jié)構(gòu)20</p><p>　　2.1.3 S7-200PLC的工作方式及掃描周期21</p><p>　　2.1.4 S7-200PLC的編程語(yǔ)言22</p>&l

11、t;p>　　2.1.5 S7-200PLC的程序結(jié)構(gòu)26</p><p>　　2.2 CPU224的技術(shù)參數(shù)28</p><p>　　2.2.1 CPU224的相關(guān)參數(shù)28</p><p>　　2.2.2 CPU224的接線28</p><p>　　2.3 LED數(shù)碼管的技術(shù)參數(shù)30</p><p>　

12、　2.3.1 數(shù)碼管的分類30</p><p>　　2.3.2 LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)30</p><p>　　2.4 西門子EM222的技術(shù)參數(shù)31</p><p>　　2.5 基于PLC電子鐘控制系統(tǒng)的硬件接線圖37</p><p>　　第3章 數(shù)字電子鐘梯形圖程序39</p><p><b>　　

13、第4章 總結(jié)52</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)53</b></p><p><b>　　致 謝54</b></p><p>　　第1章 可編程控制器（PLC）的基礎(chǔ)知識(shí)</p><p>　　可編程序控制器（Programmable Logic Controlle,簡(jiǎn)

14、稱PLC），它是以微處理器為核心的通用工業(yè)控制裝置，是在繼電器—接觸器控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。隨著現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平的日益提高及微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，當(dāng)今的PLC已將3C（Computer、Control、Communication）技術(shù)，即微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)及通信技術(shù)融為一體，在控制系統(tǒng)中又能起到“3電”控制作用，即電控、電儀、電信這三個(gè)不同作用的一種可靠性控制器，是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的重要支柱。

15、</p><p>　　1.1 PLC的產(chǎn)生、定義及分類</p><p>　　1.1.1 PLC的產(chǎn)生</p><p>　　PLC產(chǎn)生以前，以各種繼電器為主要元件的電氣控制線路承擔(dān)著生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的艱巨任務(wù)。這些器件組成的控制系統(tǒng)需要大量的導(dǎo)線，大量的控制柜，占據(jù)大量的空間。當(dāng)這些繼電器運(yùn)行時(shí)又產(chǎn)生大量的噪聲，消耗大量的電能。為保證控制系統(tǒng)正常運(yùn)行，需要安排大量的電

16、氣技術(shù)人員進(jìn)行維護(hù)，有時(shí)某個(gè)繼電器的損壞，甚至某繼電器的觸點(diǎn)接觸不良都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。檢查和排除故障又是非常困難的，現(xiàn)場(chǎng)電氣技術(shù)人員的技術(shù)水平也直接影響設(shè)備恢復(fù)運(yùn)行的速度。尤其是在生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，可能需要增加很多繼電器或繼電氣控制柜，重新接線或改線的工作量極大，甚至可能需要重新設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。面對(duì)這種局面，人們迫切需要一種新的工業(yè)控制裝置來(lái)取代傳統(tǒng)的繼電氣控制系統(tǒng)，使電氣控制系統(tǒng)工作更可靠、更容易維修、更能適應(yīng)經(jīng)常變化的生產(chǎn)

17、工藝的要求。</p><p>　　20世紀(jì)60年代末期，美國(guó)的汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈。各生產(chǎn)廠家的汽車型號(hào)不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制亦隨之改變，以及對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)重新配置。為此要尋求一種比繼電器更可靠、響應(yīng)速度更快、功能更強(qiáng)大的通用工業(yè)控制器。GM公司提出了著名的10條技術(shù)指標(biāo)在社會(huì)上招標(biāo)，要求控制設(shè)備制造商為其生產(chǎn)線提供一種新型的通用工業(yè)控制器，它應(yīng)具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　

18、編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；</p><p>　　維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；</p><p>　　可靠性高于繼電器控制裝置；</p><p>　　體積小于繼電器控制裝置；</p><p>　　數(shù)據(jù)可直接進(jìn)入管理計(jì)算機(jī)；</p><p>　　成本可與繼電器控制盤競(jìng)爭(zhēng)；</p><p>　　輸入可以

19、是交流115V（美國(guó)電壓標(biāo)準(zhǔn)）；</p><p>　　輸出為交流115V，2A以上；</p><p>　　擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最??；</p><p>　　用戶存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)展到4KB。</p><p>　　1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)上述要求，研制開發(fā)出世界上第一臺(tái)可編程序控制器，在美國(guó)通用汽車公司的汽車自動(dòng)裝配線上使用，取得了巨大

20、的成功，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。之后，可編程序控制器很快在世界各國(guó)的工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。</p><p>　　1.1.2 PLC的定義</p><p>　　國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC的定義是：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入

21、和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！?lt;/p><p>　　定義強(qiáng)調(diào)了PLC應(yīng)直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別于一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。</p><p>　　總之，PLC是一臺(tái)專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有多種類型的輸入/

22、輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。PLC產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件要根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件要根據(jù)用戶的控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.1.3 PLC的分類</p><p>　　PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)有了多種形式，而且功能也不盡相同。分類時(shí)，一般按以下原則來(lái)考慮[1]。</p><p>　　（1）按I/O點(diǎn)數(shù)容量分類<

23、;/p><p>　　一般而言，處理I/O點(diǎn)數(shù)越多，控制關(guān)系就越復(fù)雜，用戶要求的程序存儲(chǔ)器容量越大，要求PLC指令及其他功能比較多，指令執(zhí)行的過程也比較快。按PLC的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的多少可將PLC分為以下三類。</p><p><b>　　小型機(jī)</b></p><p>　　小型機(jī)PLC的功能一般以開關(guān)量控制為主，小型PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)一般在256

24、點(diǎn)以下，用戶程序存儲(chǔ)器容量在4K左右?，F(xiàn)在的高性能小型PLC還具有一定的通訊能力和少量的模擬量處理能力。這類的PLC的特點(diǎn)是價(jià)格低廉，體積小巧，適合于控制單臺(tái)設(shè)備和開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品。</p><p>　　典型的小型機(jī)有SIEMENS公司的S7-200系列、OMRON公司的CPM2A系列、MITUBISH公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整體式PLC產(chǎn)品。</p><p><

25、;b>　　中型機(jī)</b></p><p>　　中型PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在256到2048點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到8K字左右。中型PLC不僅具有開關(guān)量和模擬量的控制功能，還具有更強(qiáng)的數(shù)字計(jì)算能力，它的通信功能和模擬量處理功能更強(qiáng)大，中型機(jī)比小型機(jī)更豐富，中型機(jī)適用于更復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)線的過程控制系統(tǒng)場(chǎng)合。</p><p>　　典型的中型機(jī)有SIEME

26、NS公司的S7-300系列、OMRON公司的C200H系列、AB公司的SLC500系列等模塊式PLC產(chǎn)品。</p><p><b>　　大型機(jī)</b></p><p>　　大型機(jī)總點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，用戶程序儲(chǔ)存器容量達(dá)到16K以上。大型PLC的性能已經(jīng)與大型PLC的輸入、輸出工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相當(dāng)，它具有計(jì)算、控制和調(diào)節(jié)的能力，還具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信聯(lián)網(wǎng)能力，有些

27、PLC還具有冗余能力。它的監(jiān)視系統(tǒng)采用CRT顯示，能夠表示過程的動(dòng)態(tài)流程，記錄各種曲線，PID調(diào)節(jié)參數(shù)等；它配備多種智能板，構(gòu)成一臺(tái)多功能系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還可以和其他型號(hào)的控制器互聯(lián)，和上位機(jī)相聯(lián)，組成一個(gè)集中分散的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)。大型機(jī)適用于設(shè)備自動(dòng)化控制、過程自動(dòng)化控制和過程監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400、OMRON公司的CVM1和CS1系列、AB

28、公司的SLC5/05等系列。</p><p>　?。?）按結(jié)構(gòu)形式分類</p><p>　　根據(jù)PLC結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC主要可分為整體式和模塊式以及分散式三類。</p><p><b>　　整體式結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　整體式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是將PLC的基本部件，如CUP板、輸入板、輸出板、電源板等緊湊的安裝在一

29、個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)整體，組成PLC的一個(gè)基本單元（主機(jī)）或擴(kuò)展單元?；締卧显O(shè)有擴(kuò)展端口，通過擴(kuò)展電纜與擴(kuò)展單元相連，配有許多專用的特殊功能的模塊，如模擬量輸入/輸出模塊、熱電偶、熱電阻模塊、通信模塊等，以構(gòu)成PLC不同的配置。整體式結(jié)構(gòu)的PLC體積小，成本底，安裝方便。</p><p>　　微型和小型PLC一般為整體式結(jié)構(gòu)。如西門子的S7-200</p><p><b>

30、;　　模塊式結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　模塊式結(jié)構(gòu)的PLC是由一些模塊單元構(gòu)成，這些標(biāo)準(zhǔn)模塊如CUP模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊和各種功能模塊等，將這些模塊插在框架上和基板上即可。各個(gè)模塊功能是獨(dú)立的，外型尺寸是統(tǒng)一的，可根據(jù)需要靈活配置。</p><p>　　目前大、中型PLC都采用這種方式。如西門子的S7-300和S7-400系列。</p><

31、;p><b>　　分散式結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　所謂分散式的結(jié)構(gòu)就是將PLC的電源、CPU、存儲(chǔ)器集中放置在控制室，而將各I/O模板分散放置在各個(gè)工作站，由通信接口進(jìn)行通信連接，由CPU集中指揮。</p><p><b>　　（3）按功能分類</b></p><p>　　根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PL

32、C分為低檔、中檔、高檔三類。</p><p>　　低檔PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系統(tǒng)。</p><p>　　中檔PLC除具有低檔PLC的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通信聯(lián)

33、網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、PID控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。</p><p>　　高檔PLC除具有中檔機(jī)的功能外，還增加了帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。</p><p>　　1.2 PLC的構(gòu)成與性能指標(biāo)</p&

34、gt;<p>　　1.2.1 PLC的硬件結(jié)構(gòu)</p><p>　　PLC基本組成包括中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口（縮寫為I/O，包括輸入接口、輸出接口、外部設(shè)備接口、擴(kuò)展接口等）、外部設(shè)備編程器及電源模塊組成，見圖圖1-2-1 PLC的基本組成圖</p><p>　　1-2-1[2]。PLC內(nèi)部各組成單元之間通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接，外

35、部則根據(jù)實(shí)際控制對(duì)象配置相應(yīng)設(shè)備與控制裝置構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)。</p><p><b>　?。?）中央處理器 </b></p><p>　　中央處理器（CPU）由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成并集成在一個(gè)芯片內(nèi)。CPU通過數(shù)據(jù)總線總線、地址總線、控制總線和電源總線與存儲(chǔ)器、輸入輸出接口、編程器和電源相連接。 </p><p>　　小型PLC的CPU

36、采用8位或16位微處理器或單片機(jī)，如8031、M68000等，這類芯片價(jià)格很低；中型PLC的CPU采用16位或32位微處理器或單片機(jī)，如8086、96系列單片機(jī)等，這類芯片主要特點(diǎn)是集成度高、運(yùn)算速度快且可靠性高；而大型PLC則需采用高速位片式微處理器。 </p><p>　　CPU按照PLC內(nèi)系統(tǒng)程序賦予的功能指揮PLC控制系統(tǒng)完成各項(xiàng)工作任務(wù)。</p><p><b>　　（

37、2）存儲(chǔ)器 </b></p><p>　　PLC內(nèi)的存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和數(shù)據(jù)等。</p><p>　　系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 　　PLC系統(tǒng)程序決定了PLC的基本功能，該部分程序由PLC制造廠家編寫并固化在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中，主要有系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和功能程序與系統(tǒng)程序調(diào)用等部分?！　∠到y(tǒng)管理程序主要控制PLC的運(yùn)行，使PLC按正確的次序工作；用戶指令解

38、釋程序?qū)LC的用戶指令轉(zhuǎn)換為機(jī)器語(yǔ)言指令，傳輸?shù)紺PU內(nèi)執(zhí)行；功能程序與系統(tǒng)程序調(diào)用則負(fù)責(zé)調(diào)用不同的功能子程序及其管理程序。 　　系統(tǒng)程序?qū)儆谛栝L(zhǎng)期保存的重要數(shù)據(jù)，所以其存儲(chǔ)器采用ROM或EPROM。ROM是只讀存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器只能讀出內(nèi)容，不能寫入內(nèi)容，ROM具有非易失性，即電源斷開后仍能保存已存儲(chǔ)的內(nèi)容。EPEROM為可電擦除只讀存儲(chǔ)器，須用紫外線照射芯片上的透鏡窗口才能擦除已寫入內(nèi)容，可電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器還有E2PROM、

39、FLASH等。 　　2）用戶程序存儲(chǔ)器 　　用戶程序存儲(chǔ)器用于存放用戶載入的PLC應(yīng)用程序，載入初期的用戶程序因需修改與調(diào)試，所以稱為用戶調(diào)試程序，存放在可以隨機(jī)讀寫操作的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM內(nèi)以方便用戶修改與調(diào)試。 　　通過修改與調(diào)試后的程序稱為用戶執(zhí)行程序，由于不需要再作修改與調(diào)試，所以用</p><p><b>　?。?）接口</b></p><p>　　

40、輸入輸出接口是PLC與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制或檢測(cè)元件和執(zhí)行元件連接的接口電路。PLC的輸入接口有直流輸入、交流輸入、交直流輸入等類型；輸出接口有晶體管輸出、晶閘管輸出和繼電器輸出等類型。晶體管和晶閘管輸出為無(wú)觸點(diǎn)輸出型電路，晶體管輸出型用于高頻小功率負(fù)載、晶閘管輸出型用于高頻大功率負(fù)載；繼電器輸出為有觸點(diǎn)輸出型電路，用于低頻負(fù)載。 　　現(xiàn)場(chǎng)控制或檢測(cè)元件輸入給PLC各種控制信號(hào)，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)以及其他一些傳感器輸出的開關(guān)量或模

41、擬量等，通過輸入接口電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的信號(hào)。輸出接口電路將CPU送出的弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。 　　1）輸入接口 　　輸入接口用于接收和采集兩種類型的輸入信號(hào)，一類是由按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸頭等開關(guān)量輸入信號(hào)；另一類是由電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變換器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號(hào)。 以圖1-2-2所示的直流輸入接口電路為例，R1

42、是限流與分壓電阻，R2與C構(gòu)成濾波電路。</p><p>　　圖1-2-2 直流輸入接口電路圖</p><p>　　電路濾波后的輸入信號(hào)經(jīng)光耦合器T與內(nèi)部電路耦合。當(dāng)輸入端的按鈕SB接通時(shí)，光耦合器T導(dǎo)通，直流輸入信號(hào)被轉(zhuǎn)換成PLC能處理的5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)電平（簡(jiǎn)稱TTL），同時(shí)LED輸入指示燈亮，表示信號(hào)接通。微電腦輸入接口電路一般由寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求邏輯電路組成，這些電路集成在一個(gè)

43、芯片上。 </p><p>　　濾波電路用以消除輸入觸頭的抖動(dòng)，光電耦合電路可防止現(xiàn)場(chǎng)的強(qiáng)電干擾進(jìn)入PLC。由于輸入電信號(hào)與PLC內(nèi)部電路之間采用光信號(hào)耦合，所以兩者在電氣上完全隔離，使輸入接口具有抗干擾能力?，F(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)通過光電耦合后轉(zhuǎn)換為5V的TTL送入輸入數(shù)據(jù)寄存器，再經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳送給CPU。 　　2）輸出接口 　　輸出接口電路向被控對(duì)象的各種執(zhí)行元件輸出控制信號(hào)。常用執(zhí)行元件有接觸器、電磁閥、調(diào)節(jié)閥

44、（模擬量）、調(diào)速裝置（模擬量）、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等。輸出接口電路一般由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成，與輸入接口電路類似，內(nèi)部電路與輸出接口電路之間采用光電耦合器進(jìn)行抗干擾電隔離。 　　微電腦輸出接口電路一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求邏輯電路集成在芯片上，CPU通過數(shù)據(jù)總線將輸出信號(hào)送到輸出數(shù)據(jù)寄存器中，功率放大電路是為了適應(yīng)工業(yè)控制要求，將微電腦的輸出信號(hào)放大。 　　3）其它接口 　　若主機(jī)單元的I

45、/O數(shù)量不夠用，可通過I/O擴(kuò)展接口電纜與I/O擴(kuò)展單元（不帶CPU）相接進(jìn)行擴(kuò)充。PLC還常配置連接各種外圍設(shè)備的接口，可通過電纜實(shí)現(xiàn)串行通信、EPROM寫入等功能。</p><p><b>　?。?）編程器</b></p><p>　　編程器作用是將用戶編寫的程序下載至PLC的用戶程序存儲(chǔ)器，并利用編程器檢查、修改和調(diào)試用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行過程，顯示PLC

46、狀態(tài)、內(nèi)部器件及系統(tǒng)的參數(shù)等?！　【幊唐饔泻?jiǎn)易編程器和圖形編程器兩種。簡(jiǎn)易編程器體積小，攜帶方便，但只能用語(yǔ)句形式進(jìn)行聯(lián)機(jī)編程，適合小型PLC的編程及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。圖形編程器既可用語(yǔ)句形式編程，又可用梯形圖編程，同時(shí)還能進(jìn)行脫機(jī)編程?！　∧壳癙LC制造廠家大都開發(fā)了計(jì)算機(jī)輔助PLC編程支持軟件，當(dāng)個(gè)人計(jì)算機(jī)安裝了PLC編程支持軟件后，可用作圖形編程器，進(jìn)行用戶程序的編輯、修改，并通過個(gè)人計(jì)算機(jī)和PLC之間的通信接口實(shí)現(xiàn)用戶程序的雙向傳送

47、、監(jiān)控PLC運(yùn)行狀態(tài)等。</p><p><b>　?。?）電源</b></p><p>　　PLC的電源將外部供給的交流電轉(zhuǎn)換成供CPU、存儲(chǔ)器等所需的直流電，是整個(gè)PLC的能源供給中心。PLC大都采用高質(zhì)量的工作穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)的開關(guān)穩(wěn)壓電源，許多PLC電源還可向外部提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于向輸入接口上的接入電氣元件供電，從而簡(jiǎn)化外圍配置。</p&

48、gt;<p>　　1.2.2 PLC的性能指標(biāo)</p><p>　　性能指標(biāo)是用戶評(píng)價(jià)和選購(gòu)機(jī)型的依據(jù)。如何評(píng)價(jià)一臺(tái)PLC的檔次高低、規(guī)模大小、適用場(chǎng)所，至今還沒有一個(gè)統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)。但是，當(dāng)用戶在進(jìn)行PLC的選型時(shí)，可以參照生產(chǎn)廠商提供的技術(shù)指標(biāo)，從以下幾個(gè)方面考慮[3]：</p><p><b>　?。?）存儲(chǔ)容量</b></p>&l

49、t;p>　　存儲(chǔ)容量是指用戶程序存儲(chǔ)器的容量。用戶程序存儲(chǔ)器的容量大，可以編制出復(fù)雜的程序。一般來(lái)說，小型PLC的用戶存儲(chǔ)器容量為幾千字，而大型機(jī)的用戶存儲(chǔ)器容量為幾萬(wàn)字。</p><p><b>　　（2）I/O點(diǎn)數(shù)</b></p><p>　　輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)是PLC可以接受的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總和，是衡量PLC性能的重要指標(biāo)。I/O點(diǎn)數(shù)越多，外部

50、可接的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備就越多，控制規(guī)模就越大。</p><p><b>　　（3）掃描速度</b></p><p>　　掃描速度是指PLC執(zhí)行用戶程序的速度，是衡量PLC性能的重要指標(biāo)。一般以掃描1K字用戶程序所需的時(shí)間來(lái)衡量掃描速度，通常以ms/K字為單位。PLC用戶手冊(cè)一般給出執(zhí)行各條指令所用的時(shí)間，可以通過比較各種PLC執(zhí)行相同的操作所用的時(shí)間，來(lái)衡量掃描速度

51、的快慢。</p><p>　?。?）指令的功能與數(shù)量</p><p>　　指令功能的強(qiáng)弱、數(shù)量的多少也是衡量PLC性能的重要指標(biāo)。編程指令的功能越強(qiáng)、數(shù)量越多，PLC的處理能力和控制能力也越強(qiáng)，用戶編程也越簡(jiǎn)單和方便，越容易完成復(fù)雜的控制任務(wù)。</p><p>　　（5）內(nèi)部元件的種類與數(shù)量</p><p>　　在編制PLC程序時(shí)，需要用到大

52、量的內(nèi)部元件來(lái)存放變量、中間結(jié)果、保持?jǐn)?shù)據(jù)、定時(shí)計(jì)數(shù)、模塊設(shè)置和各種標(biāo)志位等信息。這些元件的種類與數(shù)量越多，表示PLC的存儲(chǔ)和處理各種信息的能力越強(qiáng)。</p><p><b>　?。?）特殊功能單元</b></p><p>　　特殊功能單元種類的多少與功能的強(qiáng)弱是衡量PLC產(chǎn)品的一個(gè)重要指標(biāo)。近年來(lái)各PLC廠商非常重視特殊功能單元的開發(fā)，特殊功能單元種類日益增多，功能

53、越來(lái)越強(qiáng)，使PLC的控制功能日益擴(kuò)大</p><p><b>　?。?）可擴(kuò)展能力</b></p><p>　　PLC的可擴(kuò)展能力包括I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展、存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展、聯(lián)網(wǎng)功能的擴(kuò)展、各種功能模塊的擴(kuò)展等。在選擇PLC時(shí)，經(jīng)常需要考慮PLC的可擴(kuò)展能力。</p><p>　　1.3 PLC的工作原理</p><p>　　

54、1.3.1 PLC內(nèi)外部電路 </p><p>　?。?）外部電路接線 </p><p>　　a) 主電路 b) 控制線路</p><p>　　圖1-3-1 電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)電氣控制線路圖</p><p>　　圖1-3-1是電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)控制的接觸器電氣控制線路，控制邏輯由交流接觸器KM線圈、指示燈

55、HL1、HL2、熱繼電器常閉觸頭FR、停止按鈕SB2、起動(dòng)按鈕SB1及接觸器常開輔助觸頭KM通過導(dǎo)線連接實(shí)現(xiàn)。合上QS后按下起動(dòng)按鈕SB1，則線圈KM通電并自鎖，接通指示燈HL1所在支路的輔助觸頭KM及主電路中的主觸頭， HL1亮、電動(dòng)機(jī)M起動(dòng)；按下停止按鈕SB2，則線圈KM斷電，指示燈HL1滅，M停轉(zhuǎn)。</p><p>　　a)主電路 b)I

56、/O實(shí)際接線圖</p><p>　　圖1-3-2 電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)PLC控制接線圖</p><p>　　圖1-3-2是采用西門子的一款S7系列PLC實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)控制的外部接線圖。主電路保持不變，熱繼電器常閉觸頭FR、停止按鈕SB2、起動(dòng)按鈕SB1等作為PLC的輸入設(shè)備接在PLC的輸入接口上，而交流接觸器KM線圈、指示燈HL1、HL2等作為PLC的輸出設(shè)備接在PLC的輸出接口上。按制邏輯

57、通過執(zhí)行按照電動(dòng)機(jī)全壓控制要求編寫并存入程序存儲(chǔ)器內(nèi)的用戶程序?qū)崿F(xiàn)。</p><p>　　2）建立內(nèi)部I/O映像區(qū) </p><p>　　在PLC存儲(chǔ)器內(nèi)開辟了I/O映像存儲(chǔ)區(qū)，用于存放I/O信號(hào)的狀態(tài)，分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器，此外PLC其它編程元件也有相對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)器，稱為元件映像寄存器。</p><p>　　I/O映像區(qū)的大小由PLC的系統(tǒng)程序

58、確定，對(duì)于系統(tǒng)的每一個(gè)輸入點(diǎn)總有一個(gè)輸入映像區(qū)的某一位與之相對(duì)應(yīng)，對(duì)于系統(tǒng)的每一個(gè)輸出點(diǎn)也都有輸出映像區(qū)的某一位與之相對(duì)應(yīng)，且系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)的編址號(hào)與I/O映像區(qū)的映像寄存器地址號(hào)也對(duì)應(yīng)。</p><p>　　PLC工作時(shí)，將采集到的輸入信號(hào)狀態(tài)存放在輸入映像區(qū)對(duì)應(yīng)的位上，運(yùn)算結(jié)果存放到輸出映像區(qū)對(duì)應(yīng)的位上，PLC在執(zhí)行用戶程序時(shí)所需描述輸入繼電器的等效觸頭或輸出繼電器的等效觸頭、等效線圈狀態(tài)的數(shù)據(jù)取用于I/O

59、映像區(qū)，而不直接與外部設(shè)備發(fā)生關(guān)系。</p><p>　　I/O映像區(qū)的建立使PLC工作時(shí)只和內(nèi)存有關(guān)地址單元內(nèi)所存的狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)生關(guān)系，而系統(tǒng)輸出也只是給內(nèi)存某一地址單元設(shè)定一個(gè)狀態(tài)數(shù)據(jù)。這樣不僅加快了程序執(zhí)行速度，而且使控制系統(tǒng)與外界隔開，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。</p><p><b>　　3）內(nèi)部等效電路 </b></p><p>　　圖

60、1-3-3 PLC內(nèi)部等效電路圖</p><p>　　圖1-3-3是PLC的內(nèi)部等效電路，以其中的起動(dòng)按鈕SB1為例，其接入接口I0.0與輸入映像區(qū)的一個(gè)觸發(fā)器I0.0相連接，當(dāng)SB1接通時(shí)，觸發(fā)器I0.0就被觸發(fā)為“1”狀態(tài)，而這個(gè)“1”狀態(tài)可被用戶程序直接引用為I0.0觸頭的狀態(tài)，此時(shí)I0.0觸頭與SB1的通斷狀態(tài)相同，則SB1接通，I0.0觸頭狀態(tài)為“1”，反之SB1斷開，I0.0觸頭狀態(tài)為“0”，由于I0

61、.0觸發(fā)器功能與繼電器線圈相同且不用硬連接線，所以I0.0觸發(fā)器等效為PLC內(nèi)部的一個(gè)I0.0軟繼電器線圈，直接引用I0.0線圈狀態(tài)的I0.0觸頭就等效為一個(gè)受I0.0線圈控制的常開觸頭（或稱為動(dòng)合觸頭）。</p><p>　　同理，停止按鈕SB2與PLC內(nèi)部的一個(gè)軟繼電器線圈I0.1相連接，SB2閉合，I0.1線圈的狀態(tài)為“1”，反之為“0”，而繼電器線圈I0.1的狀態(tài)被用戶程序取反后引用為I0.1觸頭的狀態(tài)，

62、所以I0.1等效為一個(gè)受I0.1線圈控制的常閉觸頭（或稱動(dòng)斷觸頭）。而輸出觸頭Q0.0、Q0.1則是PLC內(nèi)部繼電器的物理常開觸頭，一旦閉合，外部相應(yīng)的KM線圈、指示燈HL1就會(huì)接通。PLC輸出端有輸出電源用的公共接口COM。 </p><p>　　1.3.2 PLC的控制系統(tǒng) </p><p>　　用PLC實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)電氣控制系統(tǒng)，其主電路基本保持不變，而用PLC替代電氣控制線路[

63、4]。</p><p>　?。?）PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成 </p><p>　　電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)的PLC控制系統(tǒng)可分成輸入電路、輸出電路和內(nèi)部控制電路三個(gè)部分。</p><p><b>　　a、輸入電路部分</b></p><p>　　輸入電路的作用是將輸入控制信號(hào)送入PLC，輸入設(shè)備為按鈕SB1、SB2及FR常閉觸頭。外部輸

64、入的控制信號(hào)經(jīng)PLC輸入到對(duì)應(yīng)的一個(gè)輸入繼電器，輸入繼電器可提供任意多個(gè)常開觸頭和常閉觸頭，供PLC內(nèi)容控制電路編程使用。 </p><p><b>　　b、輸出電路</b></p><p>　　輸出電路的作用是將PLC的輸出控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為能

65、夠驅(qū)動(dòng)KM線圈和HL1指示燈的信號(hào)。PLC內(nèi)部控制電路中有許多輸出繼電器，每個(gè)輸出繼電器除了PLC內(nèi)部控制電路提供編程用的常開觸頭和常閉觸頭外，還為輸出電路提供一個(gè)常開觸頭與輸出端口相連，該觸頭稱為內(nèi)部硬觸頭，是一個(gè)內(nèi)部物理常開觸頭。通過該觸頭驅(qū)動(dòng)外部的KM線圈和HL1指示燈等負(fù)載，而KM線圈再通過主電路中KM主觸頭去控制電動(dòng)機(jī)M的起動(dòng)與停止。驅(qū)動(dòng)負(fù)載的電源由外電部電源提供，PLC的輸出端口中還有輸出電源用的COM公共端。</p&

66、gt;<p><b>　　C、內(nèi)部控制電路</b></p><p>　　內(nèi)部控制電路由按照被控電動(dòng)機(jī)實(shí)際控制要求編寫的用戶程序形成，其作用是按照用戶程序規(guī)定的邏輯關(guān)系，對(duì)輸入、輸出信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算、處理和判斷，然后得到相應(yīng)的輸出控制信號(hào)，通過控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備：電動(dòng)機(jī)M、指示燈HL1等。</p><p>　　用戶程序通過個(gè)人計(jì)算機(jī)通信或編程器輸入等方

67、式，把程序語(yǔ)句全部寫到PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。用戶程序的修改只需通過編程器等設(shè)備改變存儲(chǔ)器中的某些語(yǔ)句，不會(huì)改變控制器內(nèi)部接線，實(shí)現(xiàn)了控制的靈活性。</p><p>　　（2）PLC控制梯形圖</p><p>　　梯形圖是一種將PLC內(nèi)部等效成由許多內(nèi)部繼電器的線圈、常開觸頭、常閉觸頭或功能程序塊等組成的等效控制線路。 </p><p>　　a、梯形圖

68、中繼電器元件物理結(jié)構(gòu)不同于電氣元件</p><p>　　PLC梯形圖中的線圈、觸頭只是功能上與電氣元件的線圈、觸頭等效。梯形圖中的線圈、觸頭在物理意義上只是輸入、輸出存儲(chǔ)器中的一個(gè)存儲(chǔ)位，與電氣元件的物理結(jié)構(gòu)不同。</p><p>　　b、梯形圖中繼電器元件的通斷狀態(tài)不同于電氣元件</p><p>　　梯形圖中繼電器元件的通斷狀態(tài)與相應(yīng)存儲(chǔ)位上的保存的數(shù)據(jù)相關(guān)，如果

69、該存儲(chǔ)位的數(shù)據(jù)為“1”，則該元件處于“通”狀態(tài)，如果該位數(shù)據(jù)為“0”，則表示處于“斷”狀態(tài)。與電氣元件實(shí)際的通斷狀態(tài)不同。</p><p>　　c、梯形圖中繼電器元件狀態(tài)切換過程不同于電氣元件</p><p>　　梯形圖中繼電器元件的狀態(tài)切換只是PLC對(duì)存儲(chǔ)位的狀態(tài)數(shù)據(jù)的操作，如果PLC對(duì)常開觸頭等效的存儲(chǔ)位數(shù)據(jù)賦值為“1”，就完成動(dòng)合操作過程，同樣如對(duì)常閉觸頭等效的存儲(chǔ)位數(shù)據(jù)賦值為“0”

70、，就可完成動(dòng)斷操作過程，切換操作過程沒有時(shí)間延時(shí)。而電氣元件線圈、觸頭進(jìn)行動(dòng)合或動(dòng)斷切換時(shí)，必定有時(shí)間延時(shí)，且一般要經(jīng)過先斷開后閉合的操作過程。</p><p>　　d、梯形圖中繼電器所屬觸頭數(shù)量與電氣元件不同</p><p>　　如果PLC從輸入繼電器I0.0相應(yīng)的存儲(chǔ)位中取出了位數(shù)據(jù)“0”，將之存入另一個(gè)存儲(chǔ)器中的一個(gè)存儲(chǔ)位，被存入的存儲(chǔ)位就成了受I0.0繼電器控制的一個(gè)常開觸頭，被存

71、入的數(shù)據(jù)為“0”；如在取出位數(shù)據(jù)“0”之后先進(jìn)行取反操作，再存入一個(gè)存儲(chǔ)器的一個(gè)存儲(chǔ)位，則該位存入的數(shù)據(jù)為“1”，該存儲(chǔ)位就成了受繼電器I0.0控制的一個(gè)常閉觸頭。</p><p>　　只要PLC內(nèi)部存儲(chǔ)器足夠多，這種位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移操作就可無(wú)限次進(jìn)行，而每進(jìn)行一次操作，就可產(chǎn)生一個(gè)梯形圖中的繼電器觸頭，由此可見，梯形圖中繼電器觸頭原則上可以無(wú)限次反復(fù)使用。</p><p>　　但是PLC內(nèi)部的

72、線圈通常只能引用一次，如需重復(fù)使用同一地址編號(hào)的線圈應(yīng)慎之又慎。與PLC不同的是電氣元件中觸頭數(shù)量是有限的。</p><p>　　梯形圖每一行畫法規(guī)則為從左母線開始，經(jīng)過觸頭和線圈（或功能方框），終止于右母線。一般并聯(lián)單元畫在每行的左側(cè)、輸出線圈則畫在右側(cè)，其余串聯(lián)元件畫在中間。 </p><p>　　1.3.3 PLC的工作過程 </p><p>　　PLC上電后

73、，在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下周而復(fù)始地按一定的順序?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部的各種任務(wù)進(jìn)行查詢、判斷和執(zhí)行等。</p><p><b>　?。?）上電初始化 </b></p><p>　　PLC上電后，首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括硬件初始化，I/O模塊配置檢查、停電保持范圍設(shè)定及清除內(nèi)部繼電器、復(fù)位定時(shí)器等。</p><p>　?。?）CPU自診斷 </p>

74、<p>　　在每個(gè)掃描周期須進(jìn)行自診斷，通過自診斷對(duì)電源、PLC內(nèi)部電路、用戶程序的語(yǔ)法等進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)異常，CPU使異常繼電器接通，PLC面板上的異常指示燈LED亮，內(nèi)部特殊寄存器中存入出錯(cuò)代碼并給出故障顯示標(biāo)志。如果不是致命錯(cuò)誤則進(jìn)入PLC的停止（STOP）狀態(tài)；如果是現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)，則CPU被強(qiáng)制停止，等待錯(cuò)誤排除后才轉(zhuǎn)入STOP狀態(tài)。</p><p>　?。?）與外部設(shè)備通信 </p

75、><p>　　與外部設(shè)備通信階段，PLC與其他智能裝置、編程器、終端設(shè)備、彩色圖形顯示器、其他PLC等進(jìn)行信息交換，然后進(jìn)行PLC工作狀態(tài)的判斷。</p><p>　　PLC有STOP和RUN兩種工作狀態(tài)，如果PLC處于STOP狀態(tài)，則不執(zhí)行用戶程序，將通過與編程器等設(shè)備交換信息，完成用戶程序的編輯、修改及調(diào)試任務(wù)；如果PLC處于RUN狀態(tài)，則將進(jìn)入掃描過程，執(zhí)行用戶程序。</p>

76、<p><b>　?。?）掃描過程 </b></p><p>　　以掃描方式把外部輸入信號(hào)的狀態(tài)存入輸入映像區(qū)，再執(zhí)行用戶程序，并將執(zhí)行結(jié)果輸出存入輸出映像區(qū)，直到傳送到外部設(shè)備。</p><p>　　PLC上電后周而復(fù)始地執(zhí)行上述工作過程，直至斷電停機(jī)。 </p><p>　　1.3.4 用戶程序循環(huán)掃描 </p>

77、<p>　　PLC對(duì)用戶程序進(jìn)行循環(huán)掃描分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段[5]。</p><p>　　（1）輸入采樣階段 </p><p>　　CPU將全部現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)，如按鈕、限位開關(guān)、速度繼電器的通斷狀態(tài)經(jīng)PLC的輸入接口讀入映像寄存器，這一過程稱為輸入采樣。輸入采樣結(jié)束后進(jìn)入程序執(zhí)行階段后，期間即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，輸入映像寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)不再隨之變化，直至一個(gè)掃描循

78、環(huán)結(jié)束，下一次輸入采樣時(shí)才會(huì)更新。這種輸入工作方式稱為集中輸入方式。 </p><p>　?。?）程序執(zhí)行階段 </p><p>　　PLC在程序執(zhí)行階段，若不出現(xiàn)中斷或跳轉(zhuǎn)指令，就根據(jù)梯形圖程序從首地址開始按自上而下、從左往右的順序進(jìn)行逐條掃描執(zhí)行，掃描過程中分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中將有關(guān)編程元件的狀態(tài)數(shù)據(jù)“0”或“1”讀出，并根據(jù)梯形圖規(guī)定的邏輯關(guān)系執(zhí)行相應(yīng)

79、的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果寫入對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器中保存。而需向外輸出的信號(hào)則存入輸出映像寄存器，并由輸出鎖存器保存。</p><p>　?。?）輸出處理階段 </p><p>　　CPU將輸出映像寄存器的狀態(tài)經(jīng)輸出鎖存器和PLC的輸出接口傳送到外部去驅(qū)動(dòng)接觸器和指示燈等負(fù)載。這時(shí)輸出鎖存器保存的內(nèi)容要等到下一個(gè)掃描周期的輸出階段才會(huì)被再次刷新。這種輸出工作方式稱為集中輸出方式。</p>

80、<p>　　第2章 基于PLC的電子鐘控制系統(tǒng)的硬件分析</p><p>　　本章主要是立足于本課題的具體要求，對(duì)西門子S7-200PLC作了主要的概述，分析了主機(jī)單元的CPU224、數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM222以及LED數(shù)碼管的技術(shù)指標(biāo)等。</p><p>　　2.1 S7-200PLC的概述</p><p>　　S7-200PLC是德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的

81、一種小型PLC，但其許多功能已經(jīng)達(dá)到大、中型PLC的水平，而價(jià)格卻與小型機(jī)一樣，因此，它一經(jīng)推出，即受到了廣泛關(guān)注。特別是S7-200 CPU22X系列PLC，由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，還可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)更加簡(jiǎn)單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)。</p><p>　　S7-200是西門子公司前

82、幾年投入市場(chǎng)的小型可編程控制器，可以單機(jī)控制，也可以進(jìn)行輸入/輸出和功能模塊的擴(kuò)展。S7-200屬于整體式結(jié)構(gòu)，它價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)小巧，可靠性高，運(yùn)行速度快，有極豐富的指令集，具有強(qiáng)大的多種集成功能和實(shí)時(shí)特性，具有很高的性能價(jià)格比。根據(jù)控制規(guī)模的大?。摧斎?輸出點(diǎn)數(shù)的多少），可以選擇相應(yīng)的CPU主機(jī)。除了CPU221以外，其他CPU主機(jī)均可進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展，在規(guī)模不太大的控制領(lǐng)域是較為理想的控制設(shè)備。</p><p>

83、;　　2.1.1 S7-200的系統(tǒng)基本構(gòu)成 </p><p>　　圖2-1-1 S7-200PLC系統(tǒng)的基本構(gòu)成圖</p><p>　　同其他的PLC一樣，S7-200的系統(tǒng)基本組成也是由主機(jī)單元加編程器組成。在需要進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，系統(tǒng)組成中還可以包括：數(shù)字量擴(kuò)展單元模塊、模擬量擴(kuò)展單元模塊、通信模塊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、人機(jī)界面（HMI）等。S7-200的基本構(gòu)成如圖2-1-1所示。</p

84、><p>　　2.1.2 S7-200PLC的結(jié)構(gòu)</p><p>　　S7-200PLC系列主要有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四種CPU基本單元。其外部結(jié)構(gòu)大體相同[5]。如圖2-1-2所示。</p><p>　　（1）狀態(tài)指示燈LED：顯示CPU所處的狀態(tài)（系統(tǒng)錯(cuò)誤/診斷、運(yùn)行、停止）。</p><p>　　（2）可

85、選卡插槽：可以插入存儲(chǔ)卡、時(shí)鐘卡和電池卡。</p><p>　　（3）通信口：RS-485總線接口，可通過它與其他設(shè)備連接通信。</p><p>　　圖2-1-2 S7-200系列CPU單元的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　前蓋：前蓋下面有模式選擇開關(guān)（運(yùn)行/終端/停止）、模擬電位器和擴(kuò)展端口。模式選擇開關(guān)用于S7-200 PLC工作方式的選擇。模擬電位器可以當(dāng)作電位器

86、使用,可以設(shè)置0-255之間的值，可以在程序中用于各種不同的功能,例如為計(jì)時(shí)器或計(jì)數(shù)器改動(dòng)預(yù)設(shè)值等。</p><p>　?。?）頂部端子蓋下邊為輸出端子和PLC供電電源端子。輸出端子的運(yùn)行狀態(tài)可以由頂部端子蓋下方的一排指示燈顯示，ON狀態(tài)對(duì)應(yīng)指示燈亮。底部端子蓋下邊為輸入端子和傳感器電源端子。輸入端子的運(yùn)行狀態(tài)可以由底部端子蓋上方一排指示燈顯示，ON狀態(tài)對(duì)應(yīng)指示燈亮。</p><p>　　

87、2.1.3 S7-200PLC的工作方式及掃描周期</p><p><b>　?。?）工作方式</b></p><p>　　S7-200PLC有3種工作方式：RUN（運(yùn)行）、STOP（停止）、TERM（Terminal終端）工作方式，可以通過安裝在PLC上的方式選擇開關(guān)進(jìn)行切換。</p><p>　　RUN方式：在RUN方式下，CPU執(zhí)行用戶程

88、序；</p><p>　　STOP方式：在STOP方式下，不能運(yùn)行用戶程序，可以向CPU裝載用戶程序或進(jìn)行CPU的設(shè)置；</p><p>　　TERM方式：在TERM方式下，允許使用工業(yè)編程軟件STEP7-Micro/WIN32來(lái)控制CPU的工作方式</p><p><b>　　(2)掃描周期</b></p><p>　

89、　在RUN方式下，系統(tǒng)周期性地循環(huán)執(zhí)行用戶程序。在每個(gè)掃描周期內(nèi)，主要完成的任務(wù)如圖2-1-3所示。</p><p>　　圖2-1-3 S7-200PLC的掃描周期圖</p><p>　　a、讀輸入階段（輸入采樣階段）</p><p>　　在輸入采樣階段，根據(jù)輸入量的不同，所做的工作也不同。如果輸入量是數(shù)字量，則在每個(gè)掃描周期的開始，先進(jìn)行輸入采樣，將數(shù)字量輸入點(diǎn)的

90、當(dāng)前值，寫到輸入映像寄存器中。如果輸入量是模擬量，對(duì)于輸入信號(hào)變換較慢的模擬量，則采用數(shù)字濾波，CPU從模擬量輸入模塊讀取濾波值；對(duì)于高速信號(hào)，一般不用數(shù)字濾波，CPU直接讀取模擬值 </p><p>　　對(duì)于需要利用模擬量控制字傳遞報(bào)警信息的模塊，則不能使用模擬量的數(shù)字濾波功能，對(duì)于RTD、熱電偶及AS-i主站模塊，禁止進(jìn)行數(shù)字濾波。

91、 </p><p><b>　　b、執(zhí)行程序階段 </b></p><p>　　在執(zhí)行程序階段，對(duì)于普通的數(shù)字量輸入和輸出，CPU以循環(huán)掃描的工作方式，從用戶程序的第一條指令開始，執(zhí)行到結(jié)束指令，完成一個(gè)掃描周期，又進(jìn)入下一個(gè)掃描周期，與圖2-1-3所

92、描述的掃描過程是一致的。而對(duì)于立即I/O指令、模擬量I/O指令和中斷指令，則與圖2-1-3所描述的掃描過程有所不同。</p><p>　　立即I/O指令：這是在程序中安排的對(duì)輸入點(diǎn)的信息立即讀取，或?qū)敵鳇c(diǎn)的狀態(tài)立即刷新的指令，執(zhí)行該指令時(shí)，不受掃描周期的約束；</p><p>　　模擬量I/O指令：對(duì)于不設(shè)數(shù)字濾波的直接模擬量的輸入/輸出，其執(zhí)行方式與立即I/O指令基本相同；</p

93、><p>　　中斷指令：如果在程序中使用了中斷指令，則在處理中斷事件時(shí)，中斷子程序與主程序一起被存入存儲(chǔ)器，進(jìn)入CPU的掃描周期。中斷程序的執(zhí)行，增加了CPU的掃描周期，并且使掃描周期變得不固定。在編制用戶程序時(shí)，必須考慮到這一點(diǎn)。</p><p>　?。?）處理通信請(qǐng)求階段</p><p>　　在處理通信請(qǐng)求階段，CPU自動(dòng)檢測(cè)來(lái)自各個(gè)通信端口的通信信息，并對(duì)這些信息

94、進(jìn)行自動(dòng)處理。</p><p>　　（4）CPU自診斷階段</p><p>　　在CPU自診斷階段，CPU檢測(cè)主機(jī)硬件，同時(shí)監(jiān)察所有的I/O模塊的狀態(tài)。</p><p>　　（5）寫輸出階段（輸出刷新階段）</p><p>　　在輸出刷新階段，CPU用輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)對(duì)輸出點(diǎn)進(jìn)行刷新。</p><p>　　2.1

95、.4 S7-200PLC的編程語(yǔ)言</p><p>　　與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比，PLC的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。各廠家的PLC編程語(yǔ)言和指令系統(tǒng)的功能和表達(dá)方式也不一致，有的甚至有相當(dāng)大的差異，因此各廠家的PLC互不兼容。IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）于1994年5月公布了PLC標(biāo)準(zhǔn)（IEC61131），該標(biāo)準(zhǔn)鼓勵(lì)不同的PLC制造商提供在外觀和操作上相似的指令。它由以下五 </

96、p><p>　　個(gè)部分組成：通用信息、設(shè)備與測(cè)試要求、編程語(yǔ)言、用戶指南和通信。其中的第三部分（IEC61131-3）是PLC的編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)。IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)使用戶在使用新的PLC時(shí)，可以減少重新培訓(xùn)的時(shí)間；對(duì)于廠家，使用該標(biāo)準(zhǔn)將減少產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間，可以投入更多的精力去滿足用戶的特殊需求。</p><p>　　IEC61131-3詳細(xì)地說明了句法、語(yǔ)義和下述五種編程語(yǔ)言的表達(dá)方式如圖2

97、-1-4所示。</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)有兩種圖形語(yǔ)言——梯形圖（Ladder Diagram，LD）和功能塊圖（Function Block Diagram，F(xiàn)BD），還有兩種文字語(yǔ)言——指令表（Instruction List，IL）和結(jié)構(gòu)文本圖2-1-4 PLC編程語(yǔ)言圖</p><p>　?。⊿tructured Text，ST）。可以認(rèn)為，順序功能圖（Sequential Fun

98、ction Chart，SFC）是一種結(jié)構(gòu)塊控制程序流程圖[6]。</p><p>　?。?）順序功能圖（SFC）</p><p>　　這是一種位于其他編程語(yǔ)言之上的圖形語(yǔ)言，用來(lái)編制順序控制程序，順序功能圖提供了一種組織程序的圖形方法，在順序功能圖中可以用別的語(yǔ)言嵌套編程。步、轉(zhuǎn)換和動(dòng)作是順序功能圖中的3種主要元件。可以用順序功能圖來(lái)描述系統(tǒng)的功能，根據(jù)它可以很容易地畫出梯形圖程序。&l

99、t;/p><p>　　順序功能圖的組成要素</p><p>　　順序功能圖主要由步（初始步和活動(dòng)步）、有向連線、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動(dòng)作（或命令）等要素組成。</p><p>　　初始步：與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的步稱為初始步。初始狀態(tài)一般是系統(tǒng)等待啟動(dòng)命令的相對(duì)靜止的狀態(tài)。初始步用雙線方框表示，每一個(gè)順序功能圖至少應(yīng)該有一個(gè)初始步。</p><p>

100、　　活動(dòng)步：當(dāng)系統(tǒng)處于某一步所在的階段時(shí)，該步處于活動(dòng)狀態(tài) ，稱該步為活動(dòng)步。步處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的動(dòng)作被執(zhí)行；步處于不活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的非存儲(chǔ)型命令被停止執(zhí)行。</p><p>　　動(dòng)作：對(duì)于被控系統(tǒng)，在某一步中要完成某些“動(dòng)作”；對(duì)于失控系統(tǒng)，在某一步中則要向被控系統(tǒng)發(fā)出某些“命令”。</p><p>　　轉(zhuǎn)換條件：與轉(zhuǎn)換相關(guān)的邏輯命題。轉(zhuǎn)換條件可以用文字語(yǔ)言、布爾代數(shù)表達(dá)式或圖形符

101、號(hào)標(biāo)注在表示轉(zhuǎn)換的短劃線旁邊。</p><p>　　順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)步與步之間的轉(zhuǎn)換的不同情況，順序功能圖有3種不同的基本結(jié)構(gòu)形勢(shì)：?jiǎn)涡蛄薪Y(jié)構(gòu)、選擇序列結(jié)構(gòu)和并行序列結(jié)構(gòu)。</p><p>　　順序功能圖繪制的注意事項(xiàng)</p><p>　　兩個(gè)步絕對(duì)不能直接相連，必須用一個(gè)轉(zhuǎn)換將它們隔開。</p>

102、<p>　　兩個(gè)轉(zhuǎn)換也不能直接相連，必須用一個(gè)步將它們隔開。</p><p>　　一個(gè)順序功能圖至少有一個(gè)初始步，初始步一般對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)等待啟動(dòng)的初始狀態(tài)，初始步可能沒有任何輸出動(dòng)作，但初始步是必不可少的。</p><p>　　自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)能多次重復(fù)執(zhí)行同一工藝過程，因此在順序功能圖中一般應(yīng)有由步和有向連線組成的閉環(huán)，即在完成一次工藝過程的全部操作之后，應(yīng)從最后一步返回初始步，系

103、統(tǒng)停留在初始狀態(tài)，在連續(xù)循環(huán)工作方式時(shí)，將從最后一步返回下一個(gè)工作周期開始運(yùn)行的第一步。</p><p>　　在順序功能圖中，只有當(dāng)某一步的前級(jí)步是活動(dòng)步時(shí)，該步才有可能變成活動(dòng)步。如果用沒有斷電保持功能的編程元件代表各步，進(jìn)入RUN工作方式時(shí)，它們均處于OFF狀態(tài)，必須用初始化脈沖M8002的動(dòng)合觸點(diǎn)作為轉(zhuǎn)換條件，將初始步預(yù)置位活動(dòng)步，否則，因順序功能圖中沒有活動(dòng)步，系統(tǒng)將無(wú)法工作。如果系統(tǒng)有自動(dòng)、手動(dòng)兩種工作

104、方式，順序功能圖是用來(lái)描述自動(dòng)工作過程的，這時(shí)還應(yīng)在系統(tǒng)由手動(dòng)工作方式進(jìn)入自動(dòng)工作方式時(shí)，用一個(gè)適當(dāng)?shù)男盘?hào)將初始步設(shè)置為活動(dòng)步。</p><p>　?。?）梯形圖（LD）</p><p><b>　　梯形圖的相關(guān)定義</b></p><p>　　梯形圖是使用得最多的PLC圖形編程語(yǔ)言。梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀、易懂的優(yōu)點(diǎn)，

105、很容易被工廠熟悉繼電器控制的電氣人員掌握，特別適用于數(shù)字量邏輯控制。有時(shí)把梯形圖稱為電路或程序。</p><p>　　梯形圖由觸點(diǎn)、線圈和用方框表示的功能塊組成。觸點(diǎn)代表邏輯輸入條件，例如外部圖2-1-5 梯形圖與語(yǔ)句表圖</p><p>　　的開關(guān)、按鈕和內(nèi)部條件等。線圈通常代表邏輯輸出結(jié)果，用來(lái)控制外部的指示燈、交流接觸器和內(nèi)部條件等。功能塊用來(lái)表示定時(shí)器、計(jì)數(shù)器或者數(shù)學(xué)運(yùn)算等附加指令

106、。</p><p>　　在分析梯形圖中的邏輯關(guān)系時(shí)，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩</p><p>　　側(cè)垂直“電源線”之間有一個(gè)左正右負(fù)的直流電源電壓（S7-200PLC的梯形圖中省略了右側(cè)的垂直電源線）。如圖2-1-5所示，當(dāng)圖中的I0.1與I0.2的觸點(diǎn)接通，或M0.3與I0.2的觸點(diǎn)接通時(shí)，有一個(gè)假想的“能流”流過Q1.1的線圈。利用能流這一概念，可以幫助我們更好地

107、理解和分析梯形圖，能流只能從左向右流動(dòng)。 </p><p>　　觸點(diǎn)和線圈等組成的獨(dú)立電路稱為網(wǎng)絡(luò)，用編程軟件生成的梯形圖和語(yǔ)句表程序中有網(wǎng)絡(luò)編號(hào)，允許以網(wǎng)絡(luò)為單位，給梯形圖加注釋。在網(wǎng)絡(luò)中，程序的邏輯運(yùn)算按從左到右的方向執(zhí)行，與能流的方向一致。各網(wǎng)絡(luò)按從上到下的順序執(zhí)行，執(zhí)行完所有的網(wǎng)絡(luò)后，返回最上面的網(wǎng)絡(luò)重新執(zhí)行。</p>&

108、lt;p>　　使用編程軟件可以直接生成和編輯梯形圖，并將它下載到PLC。</p><p><b>　　梯形圖的優(yōu)缺點(diǎn)</b></p><p>　　梯形圖編程語(yǔ)言形象直觀，類似電氣控制系統(tǒng)中繼電器控制電路圖。</p><p>　　梯形圖邏輯關(guān)系明顯。</p><p>　　（3）功能塊圖（FBD）</p>

109、<p>　　這是一種類似于數(shù)字邏輯門電路的編程語(yǔ)言，有數(shù)字電路基礎(chǔ)的人很容易掌握。該編程語(yǔ)言用類似與門、或門的方框來(lái)表示邏輯關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量，輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運(yùn)算，方框被“導(dǎo)線”連接在一起，信號(hào)自左向右流動(dòng)。圖2-1-6中的控制邏輯與圖2-1-5中相同。西門子公司的“LOGO！”系列微型PLC使用功能塊圖語(yǔ)言，除此之外，國(guó)內(nèi)很少有人使用功能塊圖語(yǔ)言。</p>&

110、lt;p>　　圖2-1-6 功能塊圖 </p><p>　?。?）語(yǔ)句表（STL）</p><p>　　S7系列PLC將指令表稱為語(yǔ)句表。PLC的指令表是一種與微機(jī)的匯編語(yǔ)言中的指令相似的助記符表達(dá)式，由指令組成的程序叫做指令表程序或語(yǔ)句表程序。</p><p>　　語(yǔ)句表比較適合熟悉PLC和邏輯程序設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員使用。</p><