畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)_可編程序控制器

1、<p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　本書以培養(yǎng)綜合型應(yīng)用人才為目標(biāo)，在注重基礎(chǔ)理論教育的同時(shí)，突出實(shí)踐性教育環(huán)節(jié)，力圖做到深入淺出，便于教學(xué)，突出高等職業(yè)教育的特點(diǎn)，適合高職高專工科學(xué)生使用。</p><p>　　可編程控制器（PLC）是工業(yè)自動化的主導(dǎo)產(chǎn)品，具有控制能力強(qiáng)，可靠性高，使用方便，編程簡單，易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今以及今后工

2、業(yè)控制的主要手段和重要的自動化控制設(shè)備。</p><p>　　近年來，德國西門子公司的S7系列PLC在我國已經(jīng)廣泛使用，并在各行各業(yè)的生產(chǎn)過程的自動控制擔(dān)任著重要角色。本書以S7-200系列的CPU22X為例，講述了小型可編程控制器的的構(gòu)成、原理、指令系統(tǒng)、應(yīng)用以及系統(tǒng)的設(shè)置、調(diào)試方法，每章都配有習(xí)題和實(shí)驗(yàn)。本課程建議學(xué)時(shí)數(shù)48～64學(xué)時(shí)。</p><p>　　近年來，德國西門子公司的S7

3、系列PLC在我國已經(jīng)廣泛使用，并在各行各業(yè)的生產(chǎn)過程的自動控制擔(dān)任著重要角色。本書以S7-200系列的CPU22X為例，講述了小型可編程控制器的的構(gòu)成、原理、指令系統(tǒng)、應(yīng)用以及系統(tǒng)的設(shè)置、調(diào)試方法，每章都配有習(xí)題和實(shí)驗(yàn)。本課程建議學(xué)時(shí)數(shù)48～64學(xué)時(shí)。</p><p>　　關(guān)鍵字：PLC　　 S7-200　　原理　　指令系統(tǒng)　　習(xí)題</p><p><b>　　目 錄<

4、/b></p><p>　　第一章 可編程序控制器概述……………………………………………………1</p><p>　　1.1 可編程序控制器的產(chǎn)生和定義…………………………………………1</p><p>　　1.2 可編程序控制器的主要功能及特點(diǎn)……………………………………2</p><p>　　1.3 可編程序控制器的分類……

5、……………………………………………4</p><p>　　1.4 可編程序控制器的發(fā)展趨勢……………………………………………6</p><p>　　第二章 可編程序控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理…………………………………… 7</p><p>　　2.1 可編程序控制器的組成與基本結(jié)構(gòu)……………………………………7</p><p>　　2.2

6、 可編程序控制器的工作原理及主要技術(shù)指標(biāo)………………………9</p><p>　　2.3 S7-200 系列可編程控制器……………………………………………12</p><p>　　2.4 可編程序控制器的編程語言…………………………………………13</p><p>　　致謝………………………………………………………………………………………15</p>

7、<p>　　參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………………16</p><p>　　第一章 可編程序控制器概述</p><p>　　可編程控制器（Programmable Controller簡稱PLC）。PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏

8、輯、記時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)?？删幊炭刂破骶哂心芰?qiáng)、可靠性高、配置靈活、編程簡單等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)自動化的主要手段和重要的自動化控制設(shè)備。</p><p>　　1.1 可編程序控制器的產(chǎn)生和定義</p><p>　　一、可編程序控制器的產(chǎn)生</p><p>　　在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是以繼電控制器占主導(dǎo)地位的。這種由繼電

9、器構(gòu)成的控制系統(tǒng)有著明顯的缺點(diǎn)：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運(yùn)行速度不高，尤其是對生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性更差，一旦生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計(jì)，并改變硬件結(jié)構(gòu)，這造成了時(shí)間和資金的嚴(yán)重浪費(fèi)。</p><p>　　20世紀(jì)60年代末期，為了使汽車改型或改變工藝流程時(shí)不改動原有繼電器柜內(nèi)的接線，以便降低生產(chǎn)成本，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，以滿足生產(chǎn)的需求。美國通用汽車公司(GM公司) 1968年提出了研

10、制新型控制裝置的十項(xiàng)指標(biāo)，其主要內(nèi)容如下：</p><p>　　(1) 編程簡單，可在現(xiàn)場修改和調(diào)試程序；</p><p>　　(2) 價(jià)格便宜，性價(jià)比高于繼電器控制系統(tǒng)；</p><p>　　(3) 可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)；</p><p>　　(4) 體積小于有繼電器控制柜的體積，能耗少；</p><p>　　(

11、5) 能與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信； </p><p>　　(6) 輸入量是交流115 V電壓信號（美國電網(wǎng)電壓是110V）；</p><p>　　(7) 輸出量是交流115 V電壓信號、輸出電流在2 A以上，能直接驅(qū)動電磁閥等；</p><p>　　(8) 具有靈活的擴(kuò)展能力；</p><p>　　(9) 硬件維護(hù)方便，采用插入式模塊結(jié)構(gòu)；<

12、;/p><p>　　(10) 用戶存儲器容量至少在4 KB以上(根據(jù)當(dāng)時(shí)的汽車裝配過程的要求提出)。</p><p>　　從上述10項(xiàng)指標(biāo)可以看出，它實(shí)際上就是當(dāng)今可編程序控制器最基本的功能，具備了可編程序控制器的特點(diǎn)。</p><p>　　1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEG）根據(jù)上述要求研制出第一臺可編程序控制器，型號為PDP-14，并在GM公司的汽車生產(chǎn)線上適用成

13、功，于是第一臺可編程序控制器誕生了。</p><p>　　二、可編程序控制器的定義</p><p>　　由于PLC在不斷發(fā)展，因此，對它進(jìn)行確切的定義是比較困難的。美國電氣制造商協(xié)會(NEMA)經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于1980年正式將可編程序控制器命名為PC(Programmable Controller)，但為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)PC（Personal Computer）相區(qū)別，常將可編程序控制

14、器簡稱為PLC，并給PLC作了定義：可編程序控制器是一種帶有指令存儲器、數(shù)字的或模擬的輸入/輸出接口，以位運(yùn)算為主，能完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等功能，用于控制機(jī)器或生產(chǎn)過程的 自動化控制裝置。 </p><p>　　1982年，國際電工委員會(International Electrical Committee，IEC)頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿，1985年提交了第2稿，并在1987年的第3稿中對

15、PLC作了如下的定義：“PLC是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，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)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?！?lt;/p><p>　　上述的定義表明，PLC是一種能直接應(yīng)用于工

16、業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，是以微處理器為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)，用面向控制過程、面向用戶的“自然語言”編程的一種簡單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。</p><p>　　1.2 可編程序控制器的主要功能及特點(diǎn)</p><p>　　一、可編程序控制器的主要功能</p><p>　　1 . 開關(guān)邏輯和順序控制 </p>

17、<p>　　這是PLC應(yīng)用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能是完成開關(guān)邏輯運(yùn)算和進(jìn)行順序邏輯控制，從而可以實(shí)現(xiàn)各種控制要求。</p><p>　　2. 模擬控制 （A/D和D/A控制）</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，許多連續(xù)變化的需要進(jìn)行控制的物理量，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。過去，PLC長于邏輯運(yùn)算控制，對于模擬量的控制主要靠儀表或分布式控制系統(tǒng)

18、，目前大部分PLC產(chǎn)品都具備處理這類模擬量的功能，而且編程和使用方便。</p><p>　　3. 定時(shí)/計(jì)數(shù)控制 </p><p>　　PLC具有很強(qiáng)的定時(shí)、計(jì)數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個(gè)定時(shí)器與計(jì)數(shù)器。對于定時(shí)器，定時(shí)間隔可以由用戶加以設(shè)定；對于計(jì)數(shù)器，如果需要對頻率較高的信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，則可以選擇高速計(jì)數(shù)器。</p><p><b>　　4.

19、 步進(jìn)控制</b></p><p>　　PLC為用戶提供了一定數(shù)量的移位寄存器，用移位寄存器可方便地完成步進(jìn)控制功能。</p><p><b>　　5．運(yùn)動控制</b></p><p>　　在機(jī)械加工行業(yè)，可編程序控制器與計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）集成在一起，用以完成機(jī)床的運(yùn)動控制。</p><p><b&g

20、t;　　6. 數(shù)據(jù)處理 </b></p><p>　　大部分PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理能力，它不僅能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送，而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等操作，有些PLC還可以進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算和函數(shù)運(yùn)算。</p><p><b>　　7. 通信聯(lián)網(wǎng)</b></p><p>　　PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與

21、PLC 之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。</p><p>　　二、可編程序控制器的特點(diǎn)</p><p>　　PLC能如此迅速發(fā)展的原因，除了工業(yè)自動化的客觀需要外，還有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。其主要特點(diǎn)如下：</p><p><b&

22、gt;　　1. 可靠性高</b></p><p>　　可靠性指的是可編程控制器平均無故障工作時(shí)間。由于可編程序控制器采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場?？删幊绦蚩刂破饕驯粡V大用戶公認(rèn)為是最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。</p><p><b>　　2. 控制功能強(qiáng)</b>&

23、lt;/p><p>　　一臺小型可編程序控制器內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，它具有很高的性能價(jià)格比?？删幊绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制與集中管理。</p><p>　　3. 用戶使用方便 </p><p>　　可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，

24、用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破鞯陌惭b接線也很方便，有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。</p><p>　　4. 編程方便、簡單</p><p>　　梯形圖是可編程序控制器使用最多的編程語言，其電路符號、表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似。梯形圖語言形象、直觀、

25、簡單、易學(xué)，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。</p><p>　　5. 設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試周期短</p><p>　　可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少，縮短了施工周期。可編程序控制器的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，模擬調(diào)試好后再將PLC控制系

26、統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行安裝和接線，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，大大縮短了設(shè)計(jì)和投運(yùn)周期。</p><p>　　6. 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 </p><p>　　可編程序控制器體積小、重量輕、功耗低、抗振防潮和耐熱能力強(qiáng)，使之易于安裝在機(jī)器設(shè)備內(nèi)部，制造出機(jī)電一體化產(chǎn)品。目前以PLC作為控制器的CNC設(shè)備和機(jī)器人裝置已成為典型。</p><p>　

27、　1.3 可編程序控制器的分類</p><p>　　目前PLC的種類非常多，型號和規(guī)格也不統(tǒng)一，了解PLC的分類有助于PLC的選型和應(yīng)用。</p><p>　　1. 按點(diǎn)數(shù)和功能分類</p><p>　　為了適應(yīng)不同工業(yè)生產(chǎn)過程的應(yīng)用要求，可編程序控制器能夠處理的輸入/輸出信號數(shù)是不一樣的。一般將一路信號叫做一個(gè)點(diǎn)，將輸入點(diǎn)數(shù)和輸出點(diǎn)數(shù)的總和稱為機(jī)器的點(diǎn)數(shù)，簡稱I

28、/O點(diǎn)數(shù)。一般講，點(diǎn)數(shù)多的PLC，功能也越強(qiáng)。按照點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為超小(微)、小、中、大四種類型。</p><p>　?。?）超小型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)為64點(diǎn)以內(nèi)，內(nèi)存容量為256～1000字節(jié)；</p><p>　　（2）小型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)為64～256，內(nèi)存容量為1～3.6K字節(jié)；</p><p>　　小型及超小型PLC主要用于小型設(shè)備的開關(guān)量控制，具有

29、邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、通信等功能。</p><p>　　（3）中型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)為256～1024，內(nèi)存容量為3.6～13K字節(jié)；</p><p>　　中型PLC除具有小型、超小型PLC的功能外，還增加了數(shù)據(jù)處理能力，適用于小規(guī)模的綜合控制系統(tǒng)。</p><p>　?。?）大型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)為1024以上，內(nèi)存容量為13K字節(jié)以上；</p>

30、<p>　　大型PLC的功能更加完善，多用于大規(guī)模過程控制、集散式控制和工廠自動化網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　2. 按結(jié)構(gòu)形式分類</p><p>　　通常從PLC硬件結(jié)構(gòu)形式上分整體式結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　?。?) 整體式結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　一般的小型及超小型PLC多為

31、整體式結(jié)構(gòu)，這種可編程序控制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及與編程器或EPROM寫入器相連的接口、輸入/輸出端子、電源、指示燈等都裝配在一起的整體裝置。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，成本低，安裝方便，缺點(diǎn)是主機(jī)的I/O點(diǎn)數(shù)固定，使用不靈活。西門子公司的S7-200系列PLC為整體式結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　?。?) 模塊式結(jié)構(gòu)</b></p><p>

32、　　模塊式結(jié)構(gòu)又叫積木式。這種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)是把PLC的每個(gè)工作單元都制成獨(dú)立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、通信模塊等。另外，機(jī)器上有一塊帶有插槽的母板，實(shí)質(zhì)上就是計(jì)算機(jī)總線。把這些模塊按控制系統(tǒng)需要選取后，都插到母板上，就構(gòu)成了一個(gè)完整的PLC。這種結(jié)構(gòu)的PLC的特點(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)成非常靈活，安裝、擴(kuò)展、維修都很方便，缺點(diǎn)是體積比較大。常見產(chǎn)品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西門子公司的S5-

33、115U、S7-300、S7-400系列等。 </p><p>　　3. 按生產(chǎn)廠家分類</p><p>　　PLC的生產(chǎn)產(chǎn)家很多，國內(nèi)國外都有，其點(diǎn)數(shù)、容量、功能各有差異，但都自成系列，比較有影響的廠家有：</p><p>　　日本立石（OMRON）公司的C系列可編程序控制器；</p><p>　　日本三菱（MITSUBISHI）公司的F、

34、F1、F2、FX2系列可編程序控制器；</p><p>　　日本松下（PANASONIC）電工公司的FP1系列可編程序控制器；</p><p>　　美國通用電氣（GE）公司的GE系列可編程序控制器；</p><p>　　美國艾論—布拉德利（A--B）公司的PLC-5系列可編程序控制器；</p><p>　　德國西門子（SIEMENS）公司的S

35、5、S7系列可編程序控制器。</p><p>　　1.4 可編程序控制器的發(fā)展趨勢</p><p>　　隨著PLC技術(shù)的推廣、應(yīng)用，PLC將向兩個(gè)方面發(fā)展：一方面向著大型化的方向發(fā)展，另一方面則向著小型化的方向發(fā)展。</p><p>　　PLC向大型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在大中型PLC高功能、大容量、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，使之能與計(jì)算機(jī)組成集成控制系統(tǒng)，對大規(guī)模、復(fù)雜

36、系統(tǒng)進(jìn)行綜合的自動控制。</p><p>　　PLC向小型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：為了減小體積、降低成本，向高性能的整體型發(fā)展；在提高系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上，產(chǎn)品的體積越來越小，功能越來越強(qiáng)；應(yīng)用的專業(yè)性，使得控制質(zhì)量大大提高。</p><p>　　另外，PLC在軟件方面也將有較大的發(fā)展。系統(tǒng)的開放使第三方的軟件能方便地在符合開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的PLC上得到移植。除了采用標(biāo)準(zhǔn)化的硬件外，

37、采用標(biāo)準(zhǔn)化的軟件也能大大縮短系統(tǒng)開發(fā)周期；同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化的軟件由于經(jīng)受了實(shí)際應(yīng)用的考驗(yàn)，它的可靠性也明顯提高。</p><p>　　總之，PLC總的發(fā)展趨勢是：高功能、高速度、高集成度、容量大、體積小、成本低、通信聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)。</p><p>　　第二章 可編程序控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理</p><p>　　2.1 可編程序控制器的組成與基本結(jié)構(gòu)</p>

38、<p>　　PLC是微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，從廣義上講，PLC也是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只不過它比一般計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的輸入/輸出接口，具有更適用于控制要求的編程語言，具有更適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境的抗干擾性能。因此，PLC是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)，它的實(shí)際組成與一般微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。 </p><p>　　一、可編程序控制器的硬件系

39、統(tǒng)</p><p>　　PLC的硬件系統(tǒng)由主機(jī)系統(tǒng)、輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)及外部設(shè)備組成。</p><p><b>　　1. 主機(jī)系統(tǒng) </b></p><p>　　圖2.1 PLC結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　(1) 微處理器單元(Central Processing Unit，CPU)。CPU是PLC的核心部分，它包

40、括微處理器和控制接口電路。微處理器是PLC的運(yùn)算控制中心，由它實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作。它的運(yùn)行是按照系統(tǒng)程序所賦予的任務(wù)進(jìn)行的。</p><p>　　(2) 存儲器。存儲器是PLC存放系統(tǒng)程序、用戶程序和運(yùn)行數(shù)據(jù)的單元。它包括只讀存儲器(ROM)和隨機(jī)存取存儲器(RAM)。只讀存儲器(ROM)在使用過程中只能取出不能存儲，而隨機(jī)存取存儲器(RAM)在使用過程中能隨時(shí)取出和存儲。</p&g

41、t;<p>　　(3) 輸入/輸出模塊單元。PLC的對外功能主要是通過各類接口模塊的外接線，實(shí)現(xiàn)對工業(yè)設(shè)備和生產(chǎn)過程的檢測與控制。通過各種輸入/輸出接口模塊，PLC既可檢測到所需的過程信息，又可將處理結(jié)果傳送給外部過程，驅(qū)動各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的控制。通過輸入模塊單元，PLC能夠得到生產(chǎn)過程的各種參數(shù)；通過輸出模塊單元，PLC能夠把運(yùn)算處理的結(jié)果送至工業(yè)過程現(xiàn)場的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)控制。為適應(yīng)工業(yè)過程現(xiàn)場對不同輸入/輸

42、出信號的匹配要求，PLC配置了各種類型的輸入/輸出模塊單元。</p><p>　　(4) I/O擴(kuò)展接口。I/O擴(kuò)展接口是PLC主機(jī)為了擴(kuò)展輸入/輸出點(diǎn)數(shù)和類型的部件，輸入/輸出擴(kuò)展單元、遠(yuǎn)程輸入/輸出擴(kuò)展單元、智能輸入/輸出單元等都通過它與主機(jī)相連。I/O擴(kuò)展接口有并行接口、串行接口等多種形式。</p><p>　　(5) 外設(shè)I/O接口。外設(shè)I/O接口是PLC主機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話、機(jī)機(jī)對話

43、的通道。通過它，PLC可以和編程器、彩色圖形顯示器、打印機(jī)等外部設(shè)備相連，也可以與其他PLC或上位計(jì)算機(jī)連接。外設(shè)I/O接口一般是RS232C或RS422A串行通信接口，該接口的功能是進(jìn)行串行/并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，通信格式的識別，數(shù)據(jù)傳輸?shù)某鲥e(cuò)檢驗(yàn)，信號電平的轉(zhuǎn)換等。對于一些小型PLC，外設(shè)I/O接口中還有與專用編程器連接的并行數(shù)據(jù)接口。</p><p>　　(6) 電源。電源單元是PLC的電源供給部分。它的作用是把

44、外部供應(yīng)的電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各單元所需的電源，有的電源單元還向外提供直流電源，給與開關(guān)量輸入單元連接的現(xiàn)場電源開關(guān)使用。電源單元還包括掉電保護(hù)電路和后備電池電源，以保持RAM在外部電源斷電后存儲的內(nèi)容不丟失。PLC的電源一般采用開關(guān)電源，其特點(diǎn)是輸入電壓范圍寬，體積小，質(zhì)量輕，效率高，抗干擾性能好。</p><p>　　2. 輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié) </p><p>　　輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)是

45、PLC輸入輸出單元的擴(kuò)展部件，當(dāng)用戶所需的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)或類型超出主機(jī)的輸入/輸出單元所允許的點(diǎn)數(shù)或類型時(shí)，可以通過加接輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)來解決。輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)與主機(jī)的輸入/輸出擴(kuò)展接口相連，有兩種類型：簡單型和智能型。簡單型的輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)本身不帶中央處理單元，對外部現(xiàn)場信號的輸入/輸出處理過程完全由主機(jī)的中央處理單元管理，依賴于主機(jī)的程序掃描過程。通常，它通過并行接口與主機(jī)通信，并安裝在主機(jī)旁邊，在小型PLC的輸入/輸出擴(kuò)展

46、時(shí)常被采用。智能型的輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)本身帶有中央處理單元，它對生產(chǎn)過程現(xiàn)場信號的輸入/輸出處理由本身所帶的中央處理單元管理，而不依賴于主機(jī)的程序掃描過程。通常，它采用串行通信接口與主機(jī)通信，可以遠(yuǎn)離主機(jī)安裝，多用于大中型PLC的輸入/輸出擴(kuò)展。</p><p><b>　　3. 外部設(shè)備</b></p><p>　　(1) 編程器。它是編制、調(diào)試PLC用戶程序的外部

47、設(shè)備，是人機(jī)交互的窗口。通過編程器可以把新的用戶程序輸入到PLC的RAM中，或者對RAM中已有程序進(jìn)行編輯。通過編程器還可以對PLC的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和跟蹤，這對調(diào)試和試運(yùn)行用戶程序是非常有用的。</p><p>　　除了上述專用的編程器外，還可以利用微機(jī)(如IBM-PC)，配上PLC生產(chǎn)廠家提供的相應(yīng)的軟件包來作為編程器，這種編程方式已成為PLC發(fā)展的趨勢?，F(xiàn)在，有些PLC不再提供編程器，而只提供微機(jī)編程軟件，

48、并且配有相應(yīng)的通信連接電纜。</p><p>　　(2) 彩色圖形顯示器。大中型PLC通常配接彩色圖形顯示器，用以顯示模擬生產(chǎn)過程的流程圖、實(shí)時(shí)過程參數(shù)、趨勢參數(shù)及報(bào)警參數(shù)等過程信息，使得現(xiàn)場控制情況一目了然。</p><p>　　(3) 打印機(jī)。PLC也可以配接打印機(jī)等外部設(shè)備，用以打印記錄過程參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)以及報(bào)警事故記錄表等。</p><p>　　PLC還可以

49、配置其他外部設(shè)備，例如，配置存儲器卡、盒式磁帶機(jī)或磁盤驅(qū)動器，用于存儲用戶的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)；配置EPROM寫入器，用于將程序?qū)懭氲紼PROM中。</p><p>　　二、可編程序控制器的軟件系統(tǒng)</p><p>　　PLC除了硬件系統(tǒng)外，還需要軟件系統(tǒng)的支持，它們相輔相成，缺一不可，共同構(gòu)成PLC。PLC的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序(又稱系統(tǒng)軟件)和用戶程序(又稱應(yīng)用軟件)兩大部分組成。</

50、p><p><b>　　1. 系統(tǒng)程序 </b></p><p>　　系統(tǒng)程序由PLC的制造企業(yè)編制，固化在PROM或EPROM中，安裝在PLC上，隨產(chǎn)品提供給用戶。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和供系統(tǒng)調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)程序模塊等。</p><p><b>　　2. 用戶程序 </b></p><p&

51、gt;　　用戶程序是根據(jù)生產(chǎn)過程控制的要求由用戶使用制造企業(yè)提供的編程語言自行編制的應(yīng)用程序。用戶程序包括開關(guān)量邏輯控制程序、模擬量運(yùn)算程序、閉環(huán)控制程序和操作站系統(tǒng)應(yīng)用程序等。</p><p>　　2.2 可編程序控制器的工作原理及主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　一、可編程序控制器的工作原理</p><p>　　可編程控制器是一種專用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其工作原

52、理與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理基本相同。</p><p>　　PLC是采用周期循環(huán)掃描的工作方式，CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。CPU對用戶程序的執(zhí)行過程是CPU的循環(huán)掃描，并用周期性地集中采樣、集中輸出的方式來完成的。一個(gè)掃描周期（工作周期）主要分為以下幾個(gè)階段：</p><p>　　1.輸入采樣掃描階段</p><p>　　這是第一個(gè)集中批處理過

53、程，在這個(gè)階段中，PLC按順序逐個(gè)采集所有輸入端子上的信號，不論輸入端子上是否接線，CPU順序讀取全部輸入端，將所有采集到的一批輸入信號寫到輸入映像寄存器中，在當(dāng)前的掃描周期內(nèi)，用戶程序用到的輸入信號的狀態(tài)（ON或OFF）均從輸入映像寄存器中去讀取，不管此時(shí)外部輸入信號的狀態(tài)是否變化。即使此時(shí)外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，也只能在下一個(gè)掃描周期的輸入采樣掃描階段去讀取，對于這種采集輸入信號的批處理，雖然嚴(yán)格上說每個(gè)信號被采集的時(shí)間有先有

54、后，但由于PLC的掃描周期很短，這個(gè)差異對一般工程應(yīng)用可忽略，所以可以認(rèn)為這些采集到的輸入信息是同時(shí)的。</p><p>　　2.執(zhí)行用戶程序掃描階段</p><p>　　這是第二個(gè)集中批處理過程，在執(zhí)行用戶程序階段，CPU對用戶程序按順序進(jìn)行掃描。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、從左至右的順序進(jìn)行掃描，每掃描到一條指令，所需要的輸入信息的狀態(tài)均從輸入映像寄存器中去讀取，而不是直接

55、使用現(xiàn)場的立即輸入信號。對其他信息，則是從PLC的元件映像寄存器中去讀取，在執(zhí)行用戶程序中，每一次運(yùn)算的中間結(jié)果都立即寫入元件映像寄存器中，對輸出繼電器的掃描結(jié)果，也不是馬上去驅(qū)動外部負(fù)載，而是將其結(jié)果寫入到輸出映像寄存器中。在此階段，允許對數(shù)字量I/O指令和不設(shè)置數(shù)字濾波的模擬量I/O指令進(jìn)行處理，在掃描周期的各個(gè)部分，均可對中斷事件進(jìn)行響應(yīng)。</p><p>　　在這個(gè)階段，除了輸入映像寄存器外，各個(gè)元件映像

56、寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行而不斷變化的。</p><p>　　3.輸出刷新掃描階段</p><p>　　這是第三個(gè)集中批處理過程，當(dāng)CPU對全部用戶程序掃描結(jié)束后，將元件映像寄存器中各輸出繼電器的狀態(tài)同時(shí)送到輸出鎖存器中，再由輸出鎖存器經(jīng)輸出端子去驅(qū)動各輸出繼電器所帶的負(fù)載。</p><p>　　在輸出刷新階段結(jié)束后，CPU進(jìn)入下一個(gè)掃描周期，重新執(zhí)行輸入采樣，周

57、而復(fù)始。</p><p>　　二、可編程序控制器的主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　1. 輸入/輸出點(diǎn)數(shù) </p><p>　　可編程控制器的I/O點(diǎn)數(shù)指外部輸入、輸出端子數(shù)量的總和。它是描述的PLC大小的一個(gè)重要的參數(shù)。</p><p><b>　　2. 存儲容量 </b></p><p>　　

58、PLC的存儲器由系統(tǒng)程序存儲器，用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器三部分組成。PLC存儲容量通常指用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器容量之和，表征系統(tǒng)提供給用戶的可用資源，是系統(tǒng)性能的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。 </p><p><b>　　3. 掃描速度 </b></p><p>　　可編程控制器采用循環(huán)掃描方式工作，完成1次掃描所需的時(shí)間叫做掃描周期。影響掃描速度的主要因素有用戶程序的長

59、度和PLC產(chǎn)品的類型。PLC中CPU的類型、機(jī)器字長等直接影響PLC運(yùn)算精度和運(yùn)行速度 </p><p><b>　　4. 指令系統(tǒng) </b></p><p>　　指令系統(tǒng)是指PLC所有指令的總和。可編程控制器的編程指令越多，軟件功能就越強(qiáng)，但掌握應(yīng)用也相對較復(fù)雜。用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際控制要求選擇合適指令功能的可編程控制器。</p><p><

60、b>　　5. 通信功能 </b></p><p>　　通信有PLC之間的通信和PLC與其他設(shè)備之間的通信。通信主要涉及通信模塊，通信接口，通信協(xié)議和通信指令等內(nèi)容。PLC的組網(wǎng)和通信能力也已成為PLC產(chǎn)品水平的重要衡量指標(biāo)之一。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　行掃描。如果程序用梯形圖表示，則

61、總是按先上后下、從左至右的順序進(jìn)行掃描，每掃描到一條指令，所需要的輸入信息的狀態(tài)均從輸入映像寄存器中去讀取，而不是直接使用現(xiàn)場的立即輸入信號。對其他信息，則是從PLC的元件映像寄存器中去讀取，在執(zhí)行用戶程序中，每一次運(yùn)算的中間結(jié)果都立即寫入元件映像寄存器中，對輸出繼電器的掃描結(jié)果，也不是馬上去驅(qū)動外部負(fù)載，而是將其結(jié)果寫入到輸出映像寄存器中。在此階段，允許對數(shù)字量I/O指令和不設(shè)置數(shù)字濾波的模擬量I/O指令進(jìn)行處理，在掃描周期的各個(gè)部分

62、，均可對中斷事件進(jìn)行響應(yīng)。</p><p>　　在這個(gè)階段，除了輸入映像寄存器外，各個(gè)元件映像寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行而不斷變化的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 呂家東．振動料斗CAD系統(tǒng)研究 ． 碩士學(xué)位論文，東南大學(xué)，2000． </p><p>　　[2] 許林成，

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