畢業(yè)設計（論文）基于plc原理設計的自動售貨機

1、摘 要在今天的工業(yè)生產中，可編程序控制器已經成為實現工業(yè)自動化的關鍵。本文簡要介紹了有關可編程序控制器的一些基礎知識和三維力控組態(tài)軟件的簡單應用，而且，還介紹了可編程控制器的技術特點，并重點在硬件、軟件和組態(tài)軟件方面進行了介紹。對它們在工業(yè)自動化中的典型應用、最新的技術發(fā)展趨勢也作了介紹。在這次畢業(yè)設計中，我以plc原理為基礎、利用三維仿真力控軟件設計了自動售貨機系統(tǒng)，利用松下編程軟件fpwin-gr編制了相應的plc應用控制程序并進行了調試和三維力控組態(tài)軟件forcecontrol編制了自動售貨機系統(tǒng)，完成了設計的基本要求.采用可編程序控制器進行實際生產過程控制，順序嚴格，可靠性高。關鍵詞：

2、可編程序控制器；自動售貨機；仿真；三維力控組態(tài)軟件abstractin todays factories, programmable logic controllers(plc) have become the key building blocks of industrial automation. some basic knowledge of programmable logic controller is introduced in the paper. moreover, the technical features, application status and technolog

3、y development of plc is presented in this paper. the hardware, software and network structure of plc are introduced in detail. an introduction of their typical applications in industrial automation, the latest development trend and system considerations are also introduced. vending machine system is

4、 regarded as a project to design the programmable logic controller practical system. the applied system design of water treatment system is finished by the use of fp1 c24 programmable logic controller and forcecontrol 2.6. controlling software about this system are designed, while emulation research

5、 are done in the lab. good succession and high reliability of real production process control due to the use of programmable logic controller are available. the analog test method given in the paper may be applied to lab teach. subject termsprogrammable logic controller,forcecontrol，simulation，vendi

6、ng machine目 錄 第一章 可編程控制器的基本知識51.1 可編程控制器的產生與發(fā)展51.2 可編程序控制器的特點和應用. .61.3 可編程序控制器與其他工業(yè)裝置的比較81.4 可編程控制器的應用場合.91.5 可編程控制器的發(fā)展趨勢10第二章 可編程控制器的組成和基本原理112.1 可編程控制器組成的控制系統(tǒng)122.2 可編程控制器的組成.132.3 可編程控制器的基本工作原理.142.4 plc的幾種編程語言.152.5 立石公司c系列p型機的基本特征182.6 松下電工可編程控制器產品fp1介紹192.7 可編程控制器的編程編制21第三章 松下電工plc編程工具及三維組態(tài)軟件的

7、介紹213.1 松下電工plc編程工具簡介.213.2 監(jiān)控組態(tài)軟件簡介22第四章 基于plc原理的自動售貨機的設計254.1 仿真系統(tǒng)組成.254.2 自動售貨機功能分析254.3 設計任務的確定274.4 程序設計部分274.5 仿真界面的設計314.6 仿真界面中各變量的定義324.7 數據連接324.8 自動售貨機plc梯形圖354.9 助記符語言40結束語49參考文獻50第一章 可編程控制器的基本知識第一節(jié) 可編程控制器產生與發(fā)展 可編程控制器問世于1969年。20世紀60年代末期，當時美國的汽車制造工業(yè)非常發(fā)達，競爭也非常激烈。各生產成家為適應市場需求不斷更新汽車型號，還必然要求相

8、應的加工生產線隨之改變，整個繼電接觸器控制系統(tǒng)也就必須重新設計和配置。這樣不但造成設備的極大浪費，而且新系統(tǒng)的接線也非常費時。在這種情況下，采用繼電器控制就顯示出過多的不足。正是從汽車制造業(yè)開始了對傳統(tǒng)繼電器的挑戰(zhàn)，1968年美國的general motors（gm）公司，為了適應產品品種的不斷更新、減少更換控制系統(tǒng)的費用和周期，要求制造商為其裝配線提供一種新型的通用程序控制器，并提出10項招標指標：（1） 編程簡單，可在現場修改程序；（2） 維護方便，最好是插件式；（3） 體積小于繼電器控制柜；（4） 可靠性高于繼電器控制柜；（5） 可將數據直接送入管理計算機；（6） 輸入可以是交流115v

9、；（7） 輸出為交流115v、2a以上，能直接驅動電磁閥等；（8） 在成本上可與繼電器控制柜競爭；（9） 在擴展時，原系統(tǒng)只需要很小變更；（10） 用戶程序存貯器容量至少能擴展到4k。這就是著名的gm十條。如果說各種電控制器、電子計算機技術的發(fā)展是可編程序控制器出現的物質基礎，那么gm十條就是可編程序控制器出現的直接原因。1969年，美國數字設備公司(dec)研制生產出世界上第一臺可編程控制器,并成功的應用到美國通用汽車公司的生產線上。它既具有繼電控制系統(tǒng)的外部特性,又有計算機的可編程性、通用性和靈活性,它開創(chuàng)了自動控制設備的新局面。由于當時技術所限,使用的器件集成度不高,其建樹良多,體積大,

10、只有來取代繼電系統(tǒng),在功能上僅限于執(zhí)行機電控制邏輯,定時和技術等。70年代中期,隨著大規(guī)模集成電路和微型計算機技術的發(fā)展,美國,日本,德國等把微處理器引入plc,使可編程邏輯控制器有更多的計算機功能,不僅用軟件編程取代了硬連線邏輯,還增加了數字運算,數據處理和數據通信功能,并求做到了小型化。在編程方面采用了面向生產,面形用戶的語言,打破了以往必須有計算機知識的人員使用的計算機編程的限制,使廣大工程技術人員以及具有電工知識的人員樂于接受和應用,所以得到了迅速而廣泛的推廣。80年代國外工業(yè)界把引進了微處理器的可編程邏輯控制器只是命名為可編程控制器(programmable controller),

11、簡稱plc。在我國已不煩技術人員為了與個人計算機區(qū)別開來,把可編程控制器簡稱為plc。1985年1月國際電工委員會對可編程序控制器給出了如下定義:可編程序控制器是一種數字運算的電子系統(tǒng),專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器,用來在內部存儲執(zhí)行邏輯運算,順序控制,定時,技術和算術運算等操作的指令,并通過數字式,模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備,都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯成一個整體,易于擴充的原則設計?？删幊炭刂破鞯陌l(fā)展相當迅速,在發(fā)達國家的應用幾乎覆蓋所有工業(yè)企業(yè)行業(yè),plc的銷售額增長率在20%以上,plc品種以多達數百種,世界上幾十家著

12、名的電器工廠都在生產plc裝置。目前,美國處于領先的地位,著名的生產廠有德州公司、通用公司、歌德公司、數字設備公司等。日本自1971年引進plc技術后,發(fā)展也很快,三菱公司、日立公司和立石公司是最大的三家。德國的西門子公司、荷蘭的飛利浦公司、瑞典的通用公司及英國、法國等都生產自己的plc。近年來,國外的plc大量的進入我國市場.我國也引進多條plc生產線,在逐步消化國外技術的基礎上防止和自行研制。plc在我國大多數工業(yè)部門得到應用,已經取得顯著的經濟效益并正在迅速推廣。第二節(jié) 可編程控制器的特點和應用可編程控制器專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計，以用戶需要為主，又采用了先進的微型計算機技術，所以具有

13、以下幾個顯著特點。1 可靠性高plc由于選用了大規(guī)模集成電路和微處理器，使系統(tǒng)器件數大大減少，并且在硬件和軟件的設計制造過程中采取了一系列隔離和抗干擾措施，使它能適應惡劣的工作環(huán)境，所以具有很高的可靠性。plc控制系統(tǒng)平均無故障時間可達2萬小時以上。高可靠性是plc成為通用自動控制設備的首選條件之一。2 編成簡單、使用方便plc的編程采用類似繼電控制系統(tǒng)電器原理的梯形圖，用串聯、并聯、定時、計數等人們所熟悉的概念，使計算機語言大眾化，只要是比較熟練的電工和熟悉工業(yè)和知識的人在幾天內就能學會，只是plc得到推廣的重要原因之一。3 通用性好，具有在線修改能力plc的硬件采用模塊化結構，可以靈活的組

14、態(tài)以適應不同的控制對象、控制規(guī)模和控制功能的要求，給組成各種系統(tǒng)帶來極大的方便。同一臺plc裝置用于不同受控對象時,只是輸入輸出組件、功能模塊和應用軟件不同。同時，plc控制系統(tǒng)中的控制電路是由軟間編程完成的，只要對應用程序進行修改就可以滿足不同的控制要求，因此plc具有在線修改能力，功能易于擴展，給生產帶來了“柔性”，具有慣犯的工業(yè)通用性。4 短設計、施工、投產試制周期，維護容易目前plc產品已實現了系列化、標準化，正朝著通用化方向發(fā)展，設計人員只需要根據控制系統(tǒng)的需要，選用相應的模塊進行組件設計。同時，用軟件編程代替了機電控制的硬連線，大大的減輕了繁重的安裝和接線工作，這不僅提高了可靠性，

15、還極大的縮短了施工周期。plc還具有故障檢測及顯示的功能，使故障處理時間可縮短為10分鐘，對維護人員的技術水平要求也不太高。5 體積小由于采用了微型計算機技術，使plc達到了小型和超小型化，很容易裝入機械設備內部，便于實現機電一體化。由于上述特點，plc作為通用自動控制設備，可用于單一機電設備的控制也可用于工藝過程的控制，而且控制精度相當高，操作簡便，又具有很大的靈活性和可擴展性，使得plc的應用越來越廣泛。第三節(jié) 可編程控制器與其它工業(yè)控制裝置的比較 1. plc與集散控制系統(tǒng)plc是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，初期的功能是以數字量的順序控制為主。隨著微電子技術、計算機技術和通訊技術的發(fā)展

16、，plc在邏輯運算、璧還調節(jié)的功能，運算速度提高，輸入輸出規(guī)模擴大，并開始與小型計算機聯成網絡，構成以plc為重要部件的初級分散控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)是由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展而來，初期的功能以回路調節(jié)為主。隨著微處理器和單片機的出現，他把順序控制技術、數據采集、過程控制的模擬量儀表和過程監(jiān)控裝置等有機的結合在一起，形成了新一代的集散型控制系統(tǒng)。可見，不論是plc還是集散系統(tǒng)，在發(fā)展過程中，始終是互相滲透，互相補充。新一代的plc增強了模擬量控制功能，可配備各種智能模塊，具有了pid調節(jié)功能和構成網絡系統(tǒng)、組成分級控制的功能。集散系統(tǒng)既有單回路控制功能，也有多回路控制功能，同時也有順序控制功能。

17、因此，當今的plc與集散控制系統(tǒng)的發(fā)展越來越接近，很多生產過程的控制既可用plc實現，也可用集散系統(tǒng)來實現。2. plc與工業(yè)控制計算機 工業(yè)控制計算機是指能夠提供各種數據采集和控制功能，能夠和工業(yè)對象的傳感器、執(zhí)行機構直接接口，能夠在惡劣的工業(yè)環(huán)境可靠運行的計算機系統(tǒng)。工業(yè)控制機是由通用微機推廣應用發(fā)展而來，硬件結構方面總線標準化程度高，品種兼容性強，軟件資源豐富，特別是有實時操作系統(tǒng)的支持，故對要求快速，實時性強，模型復雜的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。但是，使用工業(yè)控制機的人員的技術水平要求較高，一般具有一定的計算機專業(yè)知識。工業(yè)控制機在整機結構上尚不能適應惡劣的工作環(huán)境，因而，不如plc那樣

18、容易推廣。plc是專為工廠現場應用環(huán)境而設計的，結構上采用整體密封或插件組合型，并采用了一系列抗干擾措施，在工業(yè)現場使用有很高的可靠性；plc是由電氣控制廠家研制出來的，采用梯形圖語言編程，使熟悉電器控制的人員易學易懂，易于推廣。但是，由于plc的運行方式不同于工業(yè)微機，微機的很多軟件還不能直接應用；且plc的標準化程度較低，各廠家的產品不通用，因此在開發(fā)上不如工業(yè)控制機那樣有基礎。第四節(jié) 可編程控制器的應用場合隨著電子技術的快速發(fā)展，plc的制造成本不斷下降，而其功能卻大大增強。目前在先進工業(yè)國家中plc已經成為工業(yè)控制的標準設備，應用面幾乎覆蓋了所有的工業(yè)企業(yè)，諸如鋼鐵、冶金、采礦、水泥、

19、石油、化工、輕工、電力、機械制造、汽車等等各行各業(yè)、特別是在輕工業(yè)中，因生產門類多，加工方式多變，產品更新換代快，所以plc廣泛應用在組合機床自動線、專用機床、塑料機械、包裝機械、電梯等電器設備中。plc已經躍居現代工業(yè)自動化三大產柱（plc、robot、cad/cam）的主導地位。它的應用可大致分為以下幾類：（1）邏輯控制 這是plc最基本的也是最廣泛的應用領域?？捎胮lc來取代繼電器控制系統(tǒng)，實現邏輯控制、順序控制。開關量的邏輯控制可用于單機控制、多機群控，也可用于自動生產線的控制。如化工系統(tǒng)中各種泵和電磁閥的控制。（2） 運動控制plc可用于對直線運動或圓周運動的控制。早期直接用開關量i

20、/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。世界上各主要plc廠生產的plc幾乎都有運動控制功能。plc的運動控制空能廣泛地用于各種機械，如金屬切削機床、電梯等。（3） 閉環(huán)過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。plc通過模擬量i/o模塊實現模擬量與數字量之間的a/d、d/a轉換，并對模擬量進行閉環(huán)pid控制。這一功能可以由pid子程序來實現，也可以使用專用的智能pid模塊。plc的模擬量控制功能已經廣泛應用于加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設備；還應用于化工等行業(yè)。（3）數據處理現代的plc具有數學運算（包括矩陣、函數運算、邏輯運算）、數據傳遞、轉

21、換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析和處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考之相比較，也可以方便的傳送到別的只能裝置，或者將它們打印制表。數據處理一般用在大、中型控制系統(tǒng)，如柔性制造系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)和機器人的控制系統(tǒng)。（4）過程控制過程控制是通過配用a/d、d/a轉換模塊及智能pid模塊實現對生產過程中的溫度、壓力、流量、速度等連續(xù)變化的模擬量進行單回路或多回路閉環(huán)調節(jié)控制，使這些物理參數保持在設定值上。在各種加熱爐、鍋爐控制記憶在化工、輕工、食品、制藥、建材等許多領域的生產過程中有著廣泛的應用。（5）多級控制多級控制是利用plc的網絡通信功能模塊及遠程i/o控制模塊實現

22、多臺plc之間的鏈接、plc與上位計算機的鏈接，以達到上位計算機與plc之間及plc與plc之間的指令下達、數據交換與數據共享，這種由plc進行分散控制、計算機進行集中管理的方式，能夠完成較大規(guī)模的復雜控制，甚至實現整個工廠生產的自動化。第五節(jié) 可編程控制器的發(fā)展趨勢一 技術發(fā)展迅速，產品更新換代快 隨著微電子技術、計算機技術和通訊技術的不斷發(fā)展，plc的結構和功能也不斷改進，生產廠家不斷推出功能更強的產品，平均35年更新換代一次。 plc的發(fā)展主要由兩個趨勢：其一是向體積更小、速度更快、功能更強、價格更低的plc發(fā)展，使之適應于復雜單機，數控機床和工業(yè)機器人等領域的控制要求。其二是向控制、管

23、理一體化，并且具有更完善的通訊聯網功能的高檔大型plc發(fā)展，使之于計算機組成單元控制系統(tǒng)。二 開發(fā)各種智能模塊，增強過程控制功能智能i/o模塊是以微處理器為基礎的功能部件，它們的cpu與主cpu并行工作，占用主機cpu的時間很少，有利于提高plc的掃描速度。智能模塊主要有模擬量i/o、pid回路控制、通信控制、機械運動控制、高速計數、中斷輸入、basic與c語言組件等。由于智能i/o的應用，使過程控制功能大為增強，某些plc的過程控制還具有自適應、參數自整定功能，使調試時間減少，控制精度提高。三 plc與個人計算機結合目前，個人計算機主要用作plc的編程器、操作站或人/機接口終端，其發(fā)展是使p

24、lc具備個人計算機的功能。大型plc采用功能很強的微處理器和大容量存儲器，將邏輯控制、模擬量控制、數學運算和通訊功能緊密地結合在一起。這樣，plc與個人計算機、工業(yè)控制計算機、集散控制系統(tǒng)在功能和應用方面相互滲透，使控制系統(tǒng)的性能價格比不斷提高。四 通信聯網功能不斷增強plc的通信聯網功能使plc與plc之間、pc與計算機之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現分散集中控制?，F在幾乎所遇的plc產品都有聯網通信功能，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內交換信息。目前，plc與plc之間的網絡是各廠家專用的。通信協議想制造自動化協議靠攏，將使不同機型的plc之間、plc

25、與計算機之間可以方便的進行通信和聯網。五 發(fā)展新的編程語言，增加容錯功能改善和發(fā)展新的編程語言、高性能的外部設備和圖形監(jiān)控技術構成的人/機對話技術，除梯形圖、流程圖、專用語言指令外，增加basic語言的編程功能。增加容錯功能，如雙機熱備、自動切換i/o、雙機表決（當輸出狀態(tài)與pc邏輯狀態(tài)比較出錯時，自動斷開該輸出）、i/o三重表決（對i/o狀態(tài)進行軟硬件表決，取兩臺相同的），以滿足極高可靠性的要求。第二章 可編程控制器的組成與基本原理可編程控制器是工業(yè)專用微機控制裝置，具有典型的計算機結構。用其結構的控制系統(tǒng)也是典型的工業(yè)控制系統(tǒng)。第一節(jié) 編程控制器組成的控制系統(tǒng)由可編程控制器作為控制器構成的

26、自動控制系統(tǒng)可實現開關量的控制，也可實現模擬量控制；可實現斷續(xù)控制，也可構成閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的組成可分為輸入設備、輸出設備、可編程控制器和外圍設備等幾部分。 圖 plc組成的控制系統(tǒng) 1 輸入設備輸入設備的作用是產生輸入控制信號送入可編程控制器。常用的輸入設備包括控制開關和傳感器?？刂崎_關可以是按鈕限位開關、行程開關、光電開關、繼電器和接觸器的接點等。傳感器包括各種數字式和模擬式傳感器，如光柵位移式傳感器、熱電阻、熱電偶等。另外，常用的輸入設備還有接點狀態(tài)編程器和通信接口以及其它計算機等。2 輸出設備輸出設備的作用是將可編程控制器的輸出控制信號轉換為能夠驅動被控對象工作的信號。常用的輸出設

27、備包括電磁開關、直流電動機、功率步進電機、交流電動機、電磁閥、電磁繼電器、電磁離合器和加熱器等。如需要也可接crt顯示器和打印機等。3 可編程控制器可編程控制器在控制系統(tǒng)中起控制器的作用。它將輸入信號讀入后按一定的控制規(guī)律進行處理，然后產生控制信號輸出，驅動輸出設備工作。4 外圍設備外圍設備可完成用戶與可編程控制器對話、程序的存儲及打印等功能?？删幊炭刂破鞯耐鈬O備可供選用的較多，有編程器、盒式磁帶、eprom寫入器等。另外，外圍設備還有復印機、個人計算機等。不同的系統(tǒng)根據系統(tǒng)功能需要選配外圍設備。外圍設備在很大程度上決定了可編程控制器的發(fā)展。第二節(jié) 可編程控制器的組成可編程控制器的組成基本同

28、計算機一樣，有電源、中央處理器、輸入輸出接口及外圍設備接口構成。如圖為可編程控制器的結構框圖。 圖 可編程控制器的基本結構第三節(jié) 可編程控制器的基本工作原理一可編程控制器基本工作原理 可編程控自器與繼電器邏輯控制電路類似，也是根據現場輸入的特定狀況和控制要求來完成控制任務的。但它與繼電器邏輯控制電路不同的是，它不是靠邏輯電路的固定組合和系統(tǒng)中器件并行運行的方式來實現控制要求，而是在其硬件系統(tǒng)的支持下，通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來完成控制任務。這一點則和一般計算機的工作原理相一致。所以，從廣的角度上講，可編程控制器實質上也是一種計算機控制系統(tǒng)。但與計算機相比，它與工業(yè)控制相連的接口具有更強的

29、性能，其編程語言也更易于編寫。而更主要的區(qū)別則是plc采用順序的逐條的掃描用戶程序的運行方式，具體說，如果根據程序運行的結果，一個輸出線圈應接通或斷開，該線圈的所有觸點并不立即動作，而必須等用戶程序全部掃描結束后，才會同時將輸出動作信息全部送出執(zhí)行，即是說，plc采用了一種區(qū)別于一般計算機的運行方式掃描技術。二 掃描原理 如前所述，可編程控制器實施控制實質上是采用了對整個用戶程序循環(huán)執(zhí)行的工作方式。即執(zhí)行用戶程序不是只執(zhí)行一遍，而是一遍一遍不停的循環(huán)執(zhí)行。這里每執(zhí)行一遍我們稱為掃描一次。掃描一遍全部用戶程序的時間叫做掃描周期。掃描周期的長短，與程序中指令的數量以及每條指令執(zhí)行時間的長短有關。應

30、保障掃描周期足夠短，以保證在前一次掃描中剛好未捕捉到的某變量的變化狀態(tài)，在下一次掃描過程中必定被捕捉到。就一般控制系統(tǒng)而言，從控制現場取得控制信息的方式有兩種：（1） 實施采集 即在程序執(zhí)行的過程中，如果需要某一信息，就實時采集生產現場的該信息。這種信息采集方式有兩個特點：一是采集到的每個信息都是實時的；二是由于控制過程往往需要采集多個相關信息，這些相關信息采集的時間就不可能完全一致，有時還可能前后延時較多，這樣也就可能破壞了這些相關信息在時間上的相關一致性。（2） 定時采集 即在每一循環(huán)掃描周期內，定時地采集所需的現場信息，存儲到隨機存儲器指定的存儲區(qū)域內，即輸入映像區(qū)內，將輸入映像區(qū)刷新。

31、程序在掃描、執(zhí)行過程中，均從輸入映像區(qū)中獲取所需的現場信息，而不是直接從外設去采集。這樣采集到的現場信息盡管有先后差異，但其差異相當小，可以近似認為信息是同時采集到的。與輸入類似，輸出對被控制對象的控制信息，也不是采用邏輯運算決策后形成一個輸出控制量就輸出一個的辦法，而是在掃描執(zhí)行程序過程中將所求得的每一個輸出存放在隨機存儲器指定的特定區(qū)域，即輸出映像區(qū)內。直到用戶程序掃描執(zhí)行結束后，方將所有存儲于輸出映像區(qū)的被控對象的控制信息集中輸出。驅動外部負載。相對于史實采集方式，這種采集方式亦有兩個特點，但與實時采集方式的特點區(qū)有較大的區(qū)別：所采集到的每個信息都是實時的，但求得的控制信息并輸出控制信息

32、卻不是實時的；在求得的每個控制決策信息時，更加強調輸入信息在時間上的相關一致性。plc通常采用定時采集信息、定時輸出控制信號的方法。plc的掃描工作方式可以按固定的順序運行，即每掃描一遍即執(zhí)行一遍，這種方法多用于小型plc，其優(yōu)點是提高了系統(tǒng)抗干擾能力；而對于大型系統(tǒng)，當i/o點數很多時，響應的及時性則較難于滿足。此時，也可采用分時分批掃描執(zhí)行的方法，以縮短掃描周期、提高系統(tǒng)實時響應性。顯然，plc由于定時采樣，變量都是離散量，其系統(tǒng)處理信息的特征實際體現為數字控制系統(tǒng)而非模擬采樣控制系統(tǒng)。三 控制器掃描周期的運行步驟可編程控制器是在其系統(tǒng)軟件的支持下按掃描原理工作的，即是按順序循環(huán)工作的。每

33、一循環(huán)即為一個掃描周期。而每一個掃描周期均分為自診斷、采樣輸入、執(zhí)行擁護程序、輸出刷新、通信五個階段。如圖所示： 圖 plc的掃描周期1 自診斷plc在上電后和進行每一次掃描之前都要執(zhí)行自診斷程序以保證設備的可靠性。如果cpu出現故障，或用戶程序執(zhí)行時間太長，是掃描時間超過wdt的設定時間，wdt將使plc停止運行，復位輸入輸出，并給出報警信號。而wdt的功能主要是針對cpu工作過程中出現受外界干擾而產生程序跑飛，以后始終不能再進行掃描循環(huán)的嚴重情況而設置的。2 采樣輸入在采樣階段，plc以順序掃描的方式采樣所有輸入的狀態(tài)，并存入存儲器輸入映像區(qū)中，然后轉入程序掃描執(zhí)行階段。在程序掃描執(zhí)行期間

34、，用戶程序中所有的輸入映像區(qū)的值，即使外部輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映像區(qū)的內容也不會隨之改變，這種變化只能在下一掃描周期輸入采樣時才能再度入。3 執(zhí)行用戶程序plc處于運行狀態(tài)時，一個掃描周期中包含了用戶程序掃描狀態(tài)過程。在程序掃描執(zhí)行階段，先從存儲器輸入映像區(qū)中讀入程序中所需要的輸入狀態(tài)，從存儲器輸出映像區(qū)中讀入程序中所需的輸出狀態(tài)，以及程序中規(guī)定要讀入的內部輔助繼電器、定時器、計數器的狀態(tài)。然后，按照程序的安排進行邏輯運算，并將運算結果存入存儲器輸出映像區(qū)。由于使用了輸入輸出狀態(tài)映像區(qū)，用戶程序具有三個明顯的特點：1） 由于在同一掃描周期內，對每一輸入狀態(tài)只采樣一次，其在整個掃描周期內是一致

35、的，因而不會造成在同一掃描周期內運算結果的混亂。2） 在同一掃描周期內，對每一輸出狀態(tài)一般只運算并存儲一次，如果程序中運算、存儲多次，則僅最后一次有效。3） 在同一掃描周期內，每一存儲在輸出狀態(tài)映像區(qū)中的輸出狀態(tài)，在用戶程序中亦可作為邏輯運算的條件使用。4 輸出刷新在程序掃描執(zhí)行階段完成以后，存儲器輸出映像區(qū)中已存有所有輸出繼電器的狀態(tài)。在輸出刷新階段，將存儲器輸出映像區(qū)中所有輸出繼電器的狀態(tài)轉存到輸出鎖存電路，并驅動多有外部輸出電路，至此，才真正完成了驅動外部負載的功能。5 通信配有網絡的plc，在掃描周期的通信階段中，進行plc之間以及plc與計算機之間的信息交換。在五個掃描過程中，用戶程

36、序掃描過程執(zhí)行的時間是不確定的，其余四個掃描過程的時間則是確定的。用戶程序掃描執(zhí)行時間由兩個因素決定，一是cpu的處理速度，一是用戶程序的長短。實際上，由于在程序執(zhí)行過程中，運算條件不同、執(zhí)行語句不同、子程序的執(zhí)行次數不同等，就使得每執(zhí)行一次用戶程序掃描周期的時間不同，量掃描周期時間顯然是不準確的。第四節(jié) plc的幾種編程語言 plc作為專為工業(yè)控制而開發(fā)的自動裝置，其主要使用者為工廠的廣大電氣技術人員，考慮到他們的傳統(tǒng)習慣以利于使用推廣普及，通常plc不采用微機的編程語言，而采用梯形圖語言、指令助記符語言、控制系統(tǒng)流程圖語言、布爾代數語言等、在這些語言中，尤以梯形圖、指令助記符語言最為常用。

37、一： 梯形圖語言 plc的梯形圖在形式上沿襲了傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制圖，是在原繼電器接觸器控制系統(tǒng)的繼電器梯形圖基礎上演化而來的一種圖形語言。它將plc內部的各種編程元件（如繼電器的觸點、線圈、定時器、計數器等）和各種具有特定功能的命令用專用圖形符號、標號定義，并按邏輯要求及連線規(guī)律組合和排列，從而構成了表示plc輸入、輸出之間控制關系的圖形。由于它在繼電接觸器的基礎上加進了許多功能強大、使用靈活的指令，并將計算機的特點融合進去，是邏輯關系清晰直觀、編程容易、可讀性強，所實現的功能大大超過傳統(tǒng)的繼電接觸控制回路，所以很受用戶歡迎。他是目前用的最多的plc編程語言。在梯形圖中，分別用符號 、表示

38、plc編程軟件（軟繼電器）的常開觸點和常閉觸點。與傳統(tǒng)的控制圖一樣，每個繼電器和相應的觸點都有自己的特定符號，以示區(qū)別，其中有些對應的plc外部的輸入。輸出，有些對應內部的繼電器和寄存器。應當注意的是它們并非是物理實體，而是“軟繼電器” 。每個“軟繼電器”僅對應plc存貯單元中的一位。該位狀態(tài)為“1”時，對應的繼電器線圈接通，其常開觸點緊閉、常閉觸點斷開；狀態(tài)為“0”時，正好相反。還應注意的plc梯形圖表示的并不是一個實際電路，而只是一個控制程序，其間的連線表示的是他們之間的邏輯關系即所謂“軟連線”。另外一些在plc中進行特殊運算和數據處理的指令，也被看作是一些廣義的、特殊的輸出軟件，常用類似

39、于輸出線圈的方括號加上一些特定符號來表示。這些運算符號活哈促里一般是以前面的邏輯運算作為其觸發(fā)條件。二、指令助記符語言 助記符語言類似于計算機匯編語言，它用一些簡潔易記的文字符號表達plc的各種指令。對于同一廠家的plc產品，其助記符語言和梯形圖語言是相互對應的，可互相轉換。助記符語言常用于手持編程器中，因其顯示屏幕小不便于輸入和顯示梯形圖。特別是再生產現場編制、調試程序時，經常適用于手持編程器。而梯形圖多用于計算機編程環(huán)境中。第五節(jié) 立石公司c系列p型機的基本特性omron（立石）公司的c系列p型機屬于小型plc,其品種亦有100多種。由于本次畢業(yè)設計用的是c60p及c60p擴展。所以說明特

40、性的同時主要以c60p為例。按照功能可分為三類：基本型、擴展型和專用型單元?；拘蛦卧菐в衏pu的單元，又稱為主機。它既有輸入端又有輸出端，可以單獨使用。擴展型又稱為i/o單元，不帶cpu，不能單獨使用，只能作i/o點擴展或單一輸入或單一輸出擴展，以增加系統(tǒng)的輸入輸出點數。專用單元也不帶cpu，不能單獨使用，它們是一些專用部件，如模擬定時單元，連接單元等，不辦不用作i/o擴展，而用于其它功能擴展，但要占用i/o端口地址。一 c系列p型機可編程控制器的型號 1 基本單元型號由三部分組成，與部分是系列號，i/o點數，另一部分是但愿特性，最后一部分是單元供電種類。例如c60p-cdr-d表示是c系

41、列p型32直流24v輸入，28點繼電器節(jié)電輸出，直流24v供電的基本單元。2 擴展單元擴展單元分為i/o擴展單元和單一擴展單元。（1）i./o擴展單元的型號和基本單元大致相同，只在型號第二個部分單元種類改用e表示擴展，i/o點數與基本單元一樣。（2）單一擴展單元型號與基本單元相似，只是單元種類改為表示輸入擴展，或改為輸出擴展。例如：c60p-ear-a表示c系列p型擴展單元，交流240100v供電，有32點交流100v輸入，有28點繼電器接（帶插座）輸出.3 專用單元用于其它功能擴展，要占用i/o地址。二 系統(tǒng)配置由c 系列p型plc組成的控制系統(tǒng)，至少要一臺p型的基本單元。如果系統(tǒng)的輸入信號

42、和輸出信號控制點多，基本單元的i/o口點不夠用時，可以引入i/o擴展單元來滿足實際需要。有4種型號的cpu單元與6種型號的i/o擴展單元組合，構成i/o點從20點到120點的系統(tǒng)，可有30多種不同的組合。系統(tǒng)配置原則：1 一個系統(tǒng)只設置一個基本單元。2 一個基本單元可連接i/o擴展單元增加i/o點，i/o總數不得超過80。與下檔擴展單元組合，系統(tǒng)的i/o點數小于2倍基本單元i/o數。與同檔擴展單元組合，系統(tǒng)的i/o點數為基本單元i/o點數的兩倍。但是廠家推薦，采用主機i/o點數大于擴展i/o點數的方式。對cpu單元來講，只能增設一臺擴展i/o單元。3 模擬定時器單元或i/o鏈接單元可在上述任何

43、組合中任接一個。三 可編程控制器的器件plc可看成許多繼電器、定時器和計數器等器件組成的集合體，這些期間就稱為plc器件。一般包括：輸入繼電器（ir）、輸出繼電器（or）、內部輔助繼電器（mr）、專用內部輔助繼電器（smr）、暫存繼電器（tr）、定時器/計數器（tim/cnt）、保持繼電器（hr）和數據存儲區(qū)（dm）。第六節(jié) 松下電工可編程控制器產品fp1介紹日本松下電工的fp系列產品雖然進入中國市場較晚，但由于設計上的獨到處以及優(yōu)良的控制功能，一經推出，就備受歡迎。fp1是一種功能很強的小型機，在設計過程中采用先進的方法及組件，使其具有通常只在大型plc中才具備的功能，且具有其他控制器所不具

44、備的功能。雖然是小型機，但其性價比較高，比較符合我國國情，特別是適合在輕工業(yè)中、小型企業(yè)中使用。一、 fp1系列產品的類型及構成在日本松下電工公司生產的fp系列產品中，fp1屬于小型plc產品。該產品系列有緊湊小巧的c14型與c16型，還具有高級處理功能的c24、c40、c56、c72型等多種規(guī)格。擴展單元有e8e40四種規(guī)格，形成系列化產品。產品型號標志中，以c字母開頭代表主控單元（或稱主機），以e字母開頭代表擴展單元（或稱擴展機），后面跟的字母代表i/o點數。下面以fp1系列c24型可編程控制器為例子，說明控制器的各部分簡單說明：（1） rs232口：只有c型機才配有，該口能與pc機通信編

45、程，也可連接其他外圍設備（i.o.p智能操作板，條形碼判讀器和串行打印機等）。（2） 運行監(jiān)視指示燈（3） 電池座：在控制單元內設有蓄電池，電池壽命一般為3到6年。（4） 電源輸入端子：fp1型主機有交流和支流兩種類型，交流型接100240v交流電源，直流型接24v直流電源。（5） 工作方式選擇開關：共有三個工作方式檔位，即“run”、“remote”、“prog”。（6） 輸出端子和輸入端子（7） 編程工具連接插座（rs422口）：它可專用外設電纜連接編程工具。（8） 波特率選擇開關：有19200bps和9600bps兩檔，當可編程控制器與外部設備通信時候，應根據不同的外設選擇波特率。（9）

46、 i/o狀態(tài)指示燈：用于指示輸入/輸出的通斷狀態(tài)。（10） i/o擴展單元接口插座：用于連接fp1擴展單元及a/d、d/a轉換單元、鏈接單元。二、 fp1的基本指令系統(tǒng)基本指令分為以下四大類，即：（1） 基本順序指令：主要執(zhí)行以位（bit）為單位的邏輯操作，是繼電器控制電路的基礎。（2） 基本功能指令：有定時器、計數器和移位寄存器指令。（3） 控制指令：可根據條件判斷，來決定程序執(zhí)行順序和流程指令。（4） 比較指令：主要驚醒數據比較。第七節(jié) 可編程控制器的編程編制 一 編程控制器程序設計語言plc地控制邏輯是由編程實現的。plc 的程序設計語言可分為梯形圖、邏輯功能圖、指令語句表及邏輯代數式等

47、幾種。各種類型plc基本上同時具備兩種或兩種以上的編程語言，其中一梯形圖和編碼表用得最多。梯形圖是在繼電控制系統(tǒng)電氣原理圖基礎上開發(fā)出來的一中梯形圖語言。它沿用了繼電器、接點、串并聯等術語和類似的圖形符號，信息流向清楚、簡單、直觀、容易看懂，不需要學習計算機專業(yè)知識。梯形圖在plc中非常普遍。通常個廠家、各類型plc都適合于邏輯代數基礎和熟悉數字電路的系統(tǒng)設計人員使用最為方便。各廠家各型號plc的梯形圖略有差別，但是指令功能、編程原理和方法是一致的。下面僅以日本立石公司的c系列p型機進行介紹。二 基本指令p型plc中的基本指令可以用簡易編程器上相應的指令鍵輸入plc。在簡易編程器上的指令鍵有：

48、ld、and、or、not、out、cnt、tim、tr、hr、sft。此處只對本次畢業(yè)設計過程中所用到的指令進行說明。第三章 松下電工plc編程工具及三維監(jiān)控組態(tài)軟件的簡介第一節(jié) 松下電工plc編程工具簡介fp1系列plc的編程手段有兩種：一是利用其配套編程軟件在個人計算機上進行編程；另一種是使用fp手持編程器進行程序編輯。下面主要介紹前一種。一、 松下電工plc編程軟件日本松下電工公司開發(fā)的plc編程軟件有三種，一個是dos環(huán)境下使用的npstgr；另兩種軟件是windows環(huán)境下使用的fpwingr和fpsoft。這3種軟件雖然使用的環(huán)境不同，但他們均可支持所有松下電工plc產品，其功能

49、和操作步驟大同小異。fpwingr軟件采用的是典型的windows界面，具有中英文兩種版本。菜單界面、編程界面、監(jiān)控界面等可同時以窗口形式相疊或平鋪顯示，甚至可以把兩個不同的程序在一個屏幕上同時顯示，各種功能切換和指令的輸入既可沿用npstgr軟件用鍵盤上的快捷操作鍵操作，也可用鼠標點擊圖標操作。特別是它在軟件的“幫助”菜單中增加了軟件操作方法和指令、特殊內部繼電器、特殊數據寄存器等一覽表。這樣在沒有手冊的情況下，用戶也能方便的使用。由于fpwingr是新近開發(fā)的軟件，其各項功能更趨于合理、使用更加方便。二、 fp編程器fp編程器二是一種手持編程工具。適用于fp系列的plc，它的功能如下：（1

50、）程序編輯。利用fp編程器可輸入修改、插入及刪除已經寫入cpu內部ram的命令。用它的操作鍵，可容易地進行程序地編輯。（2）fp編程器具有“op”功能。用此功能，可監(jiān)視或設置存儲于plc中的繼電器通/斷狀態(tài)、寄存器內容以及系統(tǒng)寄存器參數等。（3）程序雙向傳送到fpwingr或plc中等。 第二節(jié) 監(jiān)控組態(tài)軟件簡介一、監(jiān)控組態(tài)軟件簡介1 概念組態(tài)軟件指一些數據采集與過程控制地專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級地軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式提供良好地用戶開發(fā)界面和簡介地使用方法，其預設置地各種軟件模塊可以非常容易地實現和完成監(jiān)控層地各項功能、并能同時支持各種硬件廠家地計算機和i

51、/o設備，與高可靠地工控計算機和網絡系統(tǒng)結合，可向控制層和管理層提供軟硬監(jiān)地全部接口，進行系統(tǒng)集成。2 組態(tài)軟件地發(fā)展和現狀在20實際80年代末期，由于個人計算機地普及，pc機開始走上工業(yè)監(jiān)控地歷史舞臺，與此同時開始出現基于pc總線的各種數據i/o卡板，加上軟件工業(yè)地迅速發(fā)展，開始有人研究和開發(fā)通用地pc監(jiān)控軟件地一組態(tài)軟件。世界上第一個把組態(tài)軟件作為商品進行開發(fā)、銷售地專業(yè)軟件公司是美國地wonderware公司，它于80年代末期率先在推出第一個商品化地監(jiān)控組態(tài)軟件intouch。此后組態(tài)軟件得到了迅猛地發(fā)展。目前世界上地組態(tài)軟件有幾十種之多，國際上較為知名地監(jiān)控組態(tài)軟件有：fix，into

52、uch，wincc，labview，citech等。3 組態(tài)軟件地特點組態(tài)軟件最突出地特點是實時多任務。數據地輸出輸入、數據地處理、顯示、存儲及管理等多個任務需在同一個系統(tǒng)中同步快速地進行。三、 力控監(jiān)控組態(tài)軟件簡介北京三維科技股份有限公司推出地力控監(jiān)控組態(tài)軟件（forcecontrol）是一個面向方案地hmi/scada平臺軟件。它基于流行地32位windows平臺，其豐富地i/o驅動能夠連接到各種現場設備，分布式實時多數據庫系統(tǒng)，可提供訪問工廠和企業(yè)系統(tǒng)數據地一個公用入口。內置tcp/ip協議地網絡服務程序使用戶可以充分利用internet或internet地網絡資源。力控地應用范圍廣泛，

53、可用于開發(fā)石油、化工、半導體、汽車、電力、機械、冶金德國那多個行業(yè)和領域地工業(yè)自動化、過程控制、管理監(jiān)測、工業(yè)現場監(jiān)制、遠程監(jiān)視/遠程診斷等系統(tǒng)。1 forcecontrol的集成環(huán)境：forcecontrol是一個集成的、開放的hmi/scada系統(tǒng)開發(fā)平臺，運行在windows98/nt/2000下。以下是集成環(huán)境提供的核心部分：開發(fā)系統(tǒng)（draw）：開發(fā)系統(tǒng)是一個集成環(huán)境，可以創(chuàng)建工程畫面，配置各種系統(tǒng)參數，啟動力控其他程序組件等。界面運行系統(tǒng)（view）：界面運行系統(tǒng)用來運行有開發(fā)系統(tǒng)創(chuàng)建的畫面。實時數據庫（db）：實時數據庫是力控軟件系統(tǒng)的數據處理核心，構建分布式應用系統(tǒng)的基礎。它負

54、責實施數據處理、歷史數據存儲、統(tǒng)計數據處理、報警處理、數據服務請求處理等。i/o驅動程序：i/o驅動程序負責力控與i/o設備的通信。它將i/o設備寄存器中的數據讀出后，傳送到力控的數據庫，然后在界面運行系統(tǒng)的畫面上動態(tài)顯示。網絡通信程序（netclient/netserver）:程序采用tcp/ip通信協議，可利用internet/intranet實現不同的網絡結點上力控之間的數據通信。2 forcecontrol2.6中其他可選程序組件串行通信程序（scomclient/scomserver）:程序采用串行通信方式。兩臺計算機之間，使用rs232c/422/485接口，可實現一對一的通信；如果使用rs485總線，還可實現一對多臺計算機的通信。撥號通信程序（telclient/telserver）：撥號通信程序使用電話撥號方式進行通信。任何地方與工業(yè)現場之間，只要能撥打電話，就可以實現對遠程現場生產過程的實時控制，惟