PLC控制跑馬燈系統(tǒng)的設(shè)計

1、.'河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012 2013 學(xué)年第一學(xué)期畢業(yè)設(shè)計課題名稱：PLC 控制跑馬燈系統(tǒng)的設(shè)計設(shè)計時間：系部：機電工程系班級：機電 1003姓名：楊杰指導(dǎo)教師：朱 文 琦;.'目錄前言 .3第 1 章概 論 . .51.1跑馬燈系統(tǒng)的意義、現(xiàn)狀及要求 . .51.1.2技術(shù)現(xiàn)狀 .51.2彩燈的發(fā)展 .61.2.1彩燈的最初來源 .61.2.2彩燈給城市帶來的五彩繽紛 .61.3PLC 的發(fā)展前景及趨勢 .71.4PLC 的定義及特點 .11第 2 章硬件電路的設(shè)計 . .132.1跑馬燈電路的設(shè)計 .132.2開關(guān)電路的設(shè)計 .14第 3 章軟件設(shè)計 . .153.1

2、軟件設(shè)計的方案 .113.2PLC 結(jié)構(gòu) .143.3工作原理 .153.4編程語言 .163.5S7-200的指令系統(tǒng) .183.6跑馬燈的工作要求 .193.7梯形圖.20結(jié)束語 .26致謝 .27;.'參考文獻28附圖29PLC控制跑馬燈系統(tǒng)的設(shè)計 摘要 本次畢業(yè)設(shè)計是應(yīng)用S7-200 PLC 跑馬燈設(shè)計的硬件電路，并利用OB1的梯形圖控制程序設(shè)計。通過控制S7 200 PLC的定時繼電器的功能來實現(xiàn)各彩燈按一定的規(guī)律點亮和熄滅。接通延遲定時器 SD的特點（如果 RLO有正跳沿，則接通延遲定時器啟動指令，以設(shè)定的時間值啟動指令的定時器）。這種控制電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，應(yīng)用性強；

3、軟件程序適應(yīng)范圍廣，對各彩燈按一定的規(guī)律點亮和熄滅的控制，只需要改變相應(yīng)的定時器的時間接通即可。 關(guān)鍵詞 PLC彩燈梯形圖；;.'前言隨著科技的飛速發(fā)展，無論在日常生活中，還是在工農(nóng)業(yè)發(fā)展中，PLC具有廣泛的應(yīng)用。 PLC的一般特點：抗干擾能力強，可靠性極高、編程簡單方便、使用方便、維護方便、設(shè)計、施工、調(diào)試周期短、易于實現(xiàn)機電一體化。PLC總的發(fā)展趨勢是：高功能、高速度、高集成度、大容量、小體積、低成本、通信組網(wǎng)能力強。本次畢業(yè)設(shè)計是應(yīng)用S7-200 PLC 跑馬燈設(shè)計的硬件電路，并利用OB1的梯形圖控制程序設(shè)計。 通過控制 S7200 PLC的定時繼電器的功能來實現(xiàn)各彩燈按一定的規(guī)

4、律點亮和熄滅。接通延遲定時器SD的特點（如果 RLO有正跳沿，則接通延遲定時器啟動指令，以設(shè)定的時間值啟動指令的定時器）。這種控制電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，應(yīng)用性強；軟件程序適應(yīng)范圍廣，對各彩燈按一定的規(guī)律點亮和熄滅的控制，只需要改變相應(yīng)的定時器的時間接通即可。;.'第1章概論本篇概述跑馬燈系統(tǒng)有關(guān)的一些基本知識， 為對該彩燈系統(tǒng)的了解做一個基礎(chǔ)。首先要說明彩燈系統(tǒng)的意義、 要求及本設(shè)計的任務(wù)， 然后介紹跑馬燈系統(tǒng)的基本組成單元及功能原理； 接著講述元器件的選擇與參數(shù)設(shè)置要求， 最后講述軟件的調(diào)試和硬件的調(diào)試。1.1跑馬燈系統(tǒng)的意義、現(xiàn)狀及要求課題背景及目的隨著科學(xué)技術(shù)的的不斷提高， 社

5、會經(jīng)濟的不斷發(fā)展， 人們對城市的裝束有了很大的變化。 在城市的夜晚， 大街小巷都布滿了五顏六色的彩燈， 給原來蕭條的城市帶來了氣息和活力， 給人們的視覺很大的沖擊， 有的地方將彩燈很好的配置安裝在城市主要建筑物上， 使之絢麗多彩， 更加吸引人的眼球， 有的則利用彩燈裝扮城市，給當(dāng)?shù)氐某鞘袔砹素S富的旅游資源。技術(shù)現(xiàn)狀本課題與同類相比， 優(yōu)越性更大， 不過各有各的特點， 市場上大部分是單片;.'機做的，而本設(shè)計是用 S7200 PLC 做的，是用 S7-200 PLC 的硬件和軟件結(jié)合起來。這樣的設(shè)計可以控制和設(shè)定不同的彩燈變化方式， 相比之下，實用性和操作性更高一些，易學(xué)易懂，深受工程

6、技術(shù)人員的歡迎。1.2彩燈的發(fā)展彩燈的最初來源1879 年，美國著名的科學(xué)家愛迪生發(fā)明了白熾燈，結(jié)束了人類“黑暗”的歷史。然而白熾燈只是給人類為以后各種各樣彩燈的發(fā)展埋下了伏筆。 1902 年，黑維特發(fā)明了水銀燈。這種水銀燈是在真空的燈管中充入水銀和少量氬氣。通電后，水銀蒸發(fā)，受電子激發(fā)而發(fā)光。水銀燈會輻射出大量紫外線，而紫外線是對人體有害的，且水銀燈光線太亮，太刺眼，因此它不能得到廣泛應(yīng)用。又經(jīng)過了很長一段時間的發(fā)展，最值得一提的就是美國通用電子公司的研究員伊曼，與其他科學(xué)家一樣， 從霓虹燈的亮光中， 看到了光明的前途。 他加快了研究的步伐。終于在 1938 年，突破了啟動裝置的設(shè)計與制作大

7、關(guān)，制作了與水銀等性能截然不同的熒光燈。 這種熒光燈是在一根玻璃管內(nèi)，充進一定量的水銀， 管的內(nèi)壁涂有熒光粉，管的兩端各有一個燈絲做電極。它的工作原理是：通電后，水銀蒸氣放電，同時產(chǎn)生紫外線， 紫外線激發(fā)管內(nèi)壁的熒光物質(zhì)而發(fā)出可見光。 顯然，熒光燈沒有水銀燈的弊端，它比白熾燈更亮，且電能利用率高，省電。因此，它一誕生，便很快進入了一般家庭和公司。彩燈給城市帶來的五彩繽紛隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展， 越來越多的城市大街小巷都布滿了彩燈， 這給原來并不怎么好看很單調(diào)的城市帶來了朝氣， 隨著城市里彩燈的不斷增加， 光效的不同，;.'給了人們視覺很大的享受和沖擊，給原本蕭條的城市帶來了繁榮的景象。1.

8、3PLC 的發(fā)展前景及趨勢PLC發(fā)展至今，已有30 余年的歷史，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制領(lǐng)域已有翻天復(fù)地的變化，PLC亦在不斷的發(fā)展變化之中，PLC正朝著新的技術(shù)發(fā)展。向高性能、高速度、大容量發(fā)展大型 PLC大多采用多 CPU結(jié)構(gòu)，不斷向高性能、高速度和大容量方向發(fā)展。三菱的 AnA系列 PLC使用了世界上第一個在一塊芯片上實現(xiàn) PLC全部功能的 32位微處理器，即順序控制專用芯片，其掃描時間為每條基本指令 0.15 s。松下公司的 FP10SH系列 PLC采用 32 位 5 級流水線 RISC結(jié)構(gòu)的 CPU，可以同時處理 5 條指令，順序指令的執(zhí)行速度高達 0.0

9、4 s/ 步，高級功能指令的執(zhí)行速度也有很大的提高。 在有 2 個通信接口、 256 個 I/O 點的情況下， FP10SH總的掃描時間為 0.27 0.42ms。在模擬量控制方面，除了專門用于模擬量閉環(huán)控制的 PID 指令和智能 PID 模塊，某些 PLC還具有模擬量模糊控制、 自適應(yīng)、參數(shù)自整定功能，使調(diào)試時間減少，控制精度提高。增強小型 PLC的功能小型 PLC一般指 I/O 點數(shù)小于等于 256 的 PLC，大多采用整體式結(jié)構(gòu)。小型PLC的價格便宜，性能價格比不斷提高，很適合于單機自動化或組成分布式控制系統(tǒng)。近年來， PLC生產(chǎn)廠商不斷推出功能更強的小型 PLC，更新?lián)Q代的周期越來越短

10、。如三菱公司的小型 PLCFX系列先后推出了 FX、2FX、FX、FX、 FX、FX、 FX0SN 2C C 1S和 FX等系列，它們的性能價格比 1N 越來越高。除了開關(guān)量邏輯控制功能外，現(xiàn)代的小型 PLC一般具有以下功能：(1) 多種工作模式的 32 位高速計數(shù)器， 當(dāng)計數(shù)值達到預(yù)置值時， 用中斷方式改變 PLC的輸出。高速計數(shù)功能是用中斷方式實現(xiàn)的， 因此其計數(shù)頻率受到限制。三菱的 FX1S和 FX 的計數(shù)頻率可達 100kHz。 1N;.'(2) 包括脈沖列輸出 (PTO)和脈寬調(diào)制 (PWM)的高速輸出功能 FX、FX 的輸出脈沖頻率可達 1S 1N100kHz。(3) 中斷

11、功能，包括開關(guān)量輸入中斷、定時中斷、高速計數(shù)輸入中斷、高速脈沖輸出中斷和通信中斷等。(4) 脈沖捕獲功能，可捕獲脈寬為數(shù)十 s 的輸入脈沖。(5) 內(nèi)置的實時鐘，或可以選配實時鐘模塊。(6) 內(nèi)置的 1 個或 2 個模擬量輸入電位器，可用于調(diào)節(jié)控制參數(shù)，如修改定時器的設(shè)定值。 FX可選配 有 8 個模擬量輸入電位器的功能擴展板。 (7) 整數(shù)運算、浮點數(shù)運算和函數(shù)運算功能。(8) 用 EEPROM代替 RAM和鋰電池，使 PLC成為完全免維護的設(shè)備。(9) 用戶程序可用密碼保護，有的可設(shè)多級密碼。(10) 將過去許多需要特殊功能模塊完成的功能軟件化，如用 PID 指令實現(xiàn) PID 控制，用定位

12、控制指令實現(xiàn)位置控制。 有的小型 PLC具有超高速的運算速度 , 如 FX 執(zhí)行基本指令的時 間僅 0.08 s，運算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于某些大中型 PLC的運算速度。小型 PLC不斷增加特殊功能模塊的品種， 一般有下列特殊模塊：模擬量輸入輸出模塊、熱電阻 / 熱電偶溫度傳感器模塊、溫度調(diào)節(jié)模塊、高速計數(shù)模塊、脈沖輸出模塊、位置控制模塊、可編程凸輪開關(guān)模塊和多種通信模塊等。FX系列 PLC的功能擴展板體積小巧，價格便宜，可安裝在基本單元內(nèi)。 FX 系列有下述功能擴展板： 4 點開關(guān)量輸入板、 2 點開關(guān)量輸出板、 2 路模擬量輸入板、 1 路模擬量輸出板、 8 點模擬量調(diào)整板， RS232C、 RS4

13、85 和 RS422通信板。各 PLC廠家近年來推出了一些價格便宜的專用人機接口裝置， 用來監(jiān)視PLC的內(nèi)部變量和修改控制參數(shù)。與西門子 S7200 配套的 TD200文本顯示器可顯示兩行字符，每行10 個漢字或 20 個字符，可用 S7 200 的編程軟件設(shè)置TD 200 的顯示內(nèi)容。與三菱公司的 FX 系列配套的 FX1N 5DM微型顯示模塊的體積小巧，正面尺寸僅為32mm×40mm，直接安裝在三菱FX/FX1S1N 系列 PLC基本單元的頂部，無需連線；配有帶背光的 LED，可以監(jiān)視和修改PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)，可與功能擴展板一起使用，網(wǎng)上報價僅 300多元。 2003 年初松下電工

14、推出了面板安裝型 PLC FPe，它有 2 行顯示，每行顯示 5 個字符，每行可單獨變換 3 種顏色，同時帶有相應(yīng)的提示符號；有 8 點輸入和 5 點晶體管、 1 點繼電器輸出；面板有 6 個操作按鍵，可用于改變設(shè)定值和作為操作開關(guān)輸入，不占用外部 I/O 點；除編程口外，還有 RS232C通信端口，功能增強型的 FP e 可支持日歷時鐘功能及熱電偶輸入。 不斷提高編程軟;.'件的功能編程軟件日益普及 PLC的手持式編程器編程功能有限， 使用不便。隨著計算機的迅速普及、 升級以及編程軟件性能的不斷提高， 使用編程軟件的人越來越多，筆記本電腦的大幅度降價解決了計算機編程的現(xiàn)場調(diào)試問題大多

15、數(shù) PLC 廠家都向用戶提供免費使用的演示版編程軟件， 正版編程軟件的價格也在不斷降低。編程軟件可以對 PLC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)， 在屏幕上可以直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和順序功能圖程序， 并可以實現(xiàn)不同編程語言的相互轉(zhuǎn)換。程序可以下載、存盤和打印，通過網(wǎng)絡(luò)或電話線，還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程編程?，F(xiàn)在有的 PLC(如西門子的 S7 200 系列 ) 用基于 PC的編程軟件來編程，已沒有配置手持式編程器。 編程軟件的功能不斷提高 PLC的編程軟件升級更新非?？?， 如三菱先后推出了 MEDOC、SWOPCFXGP/WIN、GPPW編程軟件和 LLT 模擬仿真軟件。大多數(shù)廠家的編程軟件都有漢化版，

16、方便了英語水平較差的國內(nèi)用戶。編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化 PLC的編程語言標(biāo)準(zhǔn) IEC611311 已公布了多年，歐美的PLC廠家的編程語言基本上符合 IEC 標(biāo)準(zhǔn)。某些“軟 PLC”( 即在 PC上運行的可實現(xiàn) PLC功能的軟件包 ) 幾乎都是按 IEC 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的。隨著時間的推移， IEC 標(biāo)準(zhǔn)會得到越來越廣的使用。使用編程向?qū)Ш喕幊踢^程S7 200 的編程軟件 STEP 7MicroWIN32 配備了大量的編程向?qū)?，?PID、網(wǎng)絡(luò)讀寫、高速計數(shù)器和高速輸出指令的編程向?qū)В?位置控制模塊、 文本顯示器TD200、調(diào)制解調(diào)器模塊、以太網(wǎng)模塊、互聯(lián)網(wǎng)模塊、 AS i 通信模塊等的編程向?qū)?。使用這些編

17、程向?qū)r， 只需要輸入要求的數(shù)據(jù)或確定選項， 編程軟件就可以自動地生成用戶程序。編程軟件配備仿真功能有的 PLC生產(chǎn)廠家提供了在計算機上運行， 可以用來代替 PLC的硬件調(diào)試用戶程序的仿真軟件，例如西門子公司與 STEP7 編程軟件配套使用的 S7 PLCSIM 仿真軟件、三菱公司與 SW3D5CGPPWC 編程軟件配套的 SW3D5C LLTC 仿真軟件，歐姆龍公司與 CXProgrammer 編程軟件配套的仿真軟件 CXSimulator 等，西門子的“ LOGO！”可編程邏輯模塊的編程軟件也有仿真功能。PLC的仿真軟件也是初學(xué)者學(xué)習(xí)編程和程序調(diào)試方法的很好的學(xué)習(xí)工具。通信功能的增強和標(biāo)準(zhǔn)

18、化不斷增強通信功能隨著計算機網(wǎng)絡(luò)通信在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用， 通信功能受到越來越高的重視， 因此小型 PLC的通信功能在不斷擴展和增強。以三菱的 FX 系列為例，它可以接入開放式通信網(wǎng)絡(luò)，為此提供了 CC Link 系統(tǒng)主站模塊、 CCLink 接口模塊、 ASi 主站模塊、 DeviceNet接口模塊和 Profibus 接口模塊。使用 MELSEC遠(yuǎn)程 I/O 鏈接系統(tǒng)主站模塊可組成遠(yuǎn)程 I/O 網(wǎng)絡(luò)。 RS232C通信接口模塊、 RS232C適配器、 RS485 通信板適配器、 RS232C/RS485 轉(zhuǎn)換接口等提供了標(biāo)準(zhǔn)的串行通信接口。在軟件方面 FX 提供了一些專用的通信協(xié)議，如并

19、行鏈接、N：N鏈接、計算機鏈接和I/O;.'鏈接。計算機鏈接協(xié)議基本上符合Modbus通信協(xié)議中的 ASCII 傳輸模式， PLC與 PC通信時， PLC一側(cè)不需要用戶編程。其余的幾種鏈接的通信是周期性地自動實現(xiàn)的，用戶只需要作一些簡單的設(shè)置。 GEFanuc 公司的 Versa Max系列 PLC可與現(xiàn)場總線 Device Net 、Profibus DP和 Genius 鏈接。用戶可使用 Modbus RTU從站、 ASCII 讀寫和 SNP等通信協(xié)議。 Micro Logix系列 PLC可選擇對等通信、 Device Net 和 SCADA/RTU網(wǎng)絡(luò)通信。提高通信的開放程度早期

20、的 PLC基本上采用廠家專用的通信協(xié)議， 給不同廠家的產(chǎn)品互聯(lián)互通和用戶的使用帶來了很大的困難。 現(xiàn)在的發(fā)展趨勢是盡可能地采用符合國際標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，如符合現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn) IEC 61158 和 IEC 62026 中的某些總線標(biāo)準(zhǔn)。值得一提的是 Modbus通信協(xié)議，該協(xié)議包括兩種傳輸模式 (ASCII 和 RTU)，它們在 PLC的通信中得到了廣泛的使用， Modbus協(xié)議已經(jīng)成為事實上的標(biāo)準(zhǔn)。有的廠家對 Modbus協(xié)議作了一些改動?，F(xiàn)場總線與 PLC緊密結(jié)合現(xiàn)場總線與 PLC有著天然的聯(lián)系，因為很多現(xiàn)場總線都是 PLC生產(chǎn)廠家開發(fā)出來的，如 Rockwell的 Control Net

21、 和 Device Net，西門子的 Profibus 等，現(xiàn)在已經(jīng)有相當(dāng)多的 PLC有現(xiàn)場總線通信功能。 值得關(guān)注的是已進入國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線， 在 PLC中使用得較多的現(xiàn)場總線有 ProfibusDeviceNet 和 AS i( 執(zhí)行器、傳感器接口 ) 等。簡化通信程序的設(shè)計實際中用得較多的是計算機與 PLC之間的通信。有的通信協(xié)議只需要編寫計算機一側(cè)的通信程序， PLC接收和發(fā)送通信幀是自動完成的。為了減少用戶編寫計算機通信程序的工作量， 不少廠家設(shè)計了計算機與 PLC通信的接口軟件，如 Prodave 是西門子公司為解決計算機與 PLC進行數(shù)據(jù)交換而設(shè)計的動態(tài)鏈接庫， 使用 VB、V

22、C和 Delphi 等編程語言均可以用其中的函數(shù)， 計算機可以很方便地讀寫西門子 PLC(S7200/300/400)的存儲區(qū)。在 GE Fanuc 公司的RTU協(xié)議中，計算機作主站， PLC作從站，只有計算機能主動發(fā)送命令幀，PLC收到后返回響應(yīng)幀。 響應(yīng)幀 ( 包括其中的 CRC校驗字 ) 是自動生成的， 計算機發(fā)出的命令幀則需要用戶編程。西門子最近推出的EM241 Mo-dem模塊可用 STEP 7Micro/WIN 編程軟件中的調(diào)制解調(diào)器組態(tài)向?qū)碓O(shè)置程序中需要的參數(shù)，完成設(shè)置后，向?qū)檫x擇的組態(tài)生成程序塊和數(shù)據(jù)塊。PLC的軟件化與 PC化個人計算機 (PC)的價格便宜，有很強的數(shù)據(jù)

23、運算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機交互的功能。 過去個人計算機主要用作PLC的編程器、操作站或人 / 機接口終端，如果用于工業(yè)控制現(xiàn)場，必須使用加固型的工業(yè)個人計算機，一般稱為工業(yè)控制計算機。目前已有多家廠商推出了在PC機上運行的可實現(xiàn) PLC功能的軟件包，如北京同拓公司等的推出的eMbiz 低成本開放式控制與自動化方案套裝軟件，包含通用及嵌入式人機界面、符合IEC11313 標(biāo)準(zhǔn)的軟邏輯控制及 Internet 功能。北京俄華通儀表技術(shù)有限公司的 TRANCE MODE工控組態(tài)軟件的邏輯控制 ( 即開關(guān)量控制 ) 部分、亞控公司的 King PLC、研華公司的基于 PC的軟邏輯控制器 ADAM 55

24、01/P31，均是按 IEC1131 3 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的軟件 PLC，后者可在 PC上用梯形圖、順序功能圖和功能塊圖這 3 種 IEC11313 標(biāo)準(zhǔn)的圖形語言來編程;.'1.4PLC 的定義及特點（1）可編程控制器，簡稱PLC（Programmable logic Controller）, 是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置?！?PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置” 。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。（2） PLC

25、的特點：a. 可靠性高，抗干擾能力強；b. 配套齊全，功能完善，適用性強；c. 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；d. 系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造；e. 體積小，重量輕，能耗低。;.'第 2 章 硬件電路的設(shè)計2.1跑馬燈電路的設(shè)計PLC工作的時間基準(zhǔn)是由跑馬燈電路提供的。在PLC的輸出的端部，接一只電阻和一個發(fā)光二極管或接一只電阻并聯(lián)兩個發(fā)光二極管就構(gòu)成了PLC 的跑馬燈電路，如圖 2-1 所示。;.'圖 2-1跑馬燈硬件電路的設(shè)計圖電路中的器件選擇可以通過計算和實驗確定，也可以參考一些典型電路的參數(shù)。電路中，電阻有分壓作用，電阻值大概在13K，一個及兩個并聯(lián)

26、發(fā)光二極管所承受的電壓在3V 左右， PLC的工作電壓在 +24V，這樣可以使跑馬燈正常工作。2.2開關(guān)電路的設(shè)計開關(guān)是 PLC的信號輸入端口。輸入端的開關(guān)是來控制輸出端的運行和關(guān)閉交通燈的運行，啟動開關(guān)sd1,I0.0得電（“ 1”狀態(tài)），交通燈按照設(shè)計好的程序運行， sd2 閉合， I0.1斷電（“0”狀態(tài)）系統(tǒng)停止工作，如圖2-2 所示。圖 2-2跑馬燈開關(guān)電路的設(shè)計圖說明： Sd1 閉合系統(tǒng)得電運行， Sd2 閉合系統(tǒng)停止運行。;.'第 3章軟件設(shè)計3.1軟件設(shè)計的方案進行應(yīng)用軟件設(shè)計時可采用模塊化程序設(shè)計方法，其優(yōu)點是：跑馬燈控制采用 PLC比傳統(tǒng)的采用電子線路和繼電器具有可

27、靠性高、 維護方便、使用簡單、通用性強等特點， PLC還可以聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)需要控制城市里的各個景點的燈光配置和各道路的路燈控制，有效的減輕了人類的體力活動。3.2PLC 結(jié)構(gòu)從可編程控制器的定義可知，PLC也是一種計算機，它有著與通用計算機相類似的結(jié)構(gòu)，即可編程控制器也是由中央處理器 （CPU）、存儲器、輸入 / 輸出（I/O ）接口及電源組成的。 只不過它比一般的通用計算機具有更強的工業(yè)過程相連的接口能力和更直接的適應(yīng)控制要求的編程語言。;.'圖 3-1 PLC 的基本機構(gòu)用可編程控制器作為控制器的自動控制系統(tǒng)，就是工業(yè)計算機系統(tǒng)， 它即可進行開關(guān)量的控制，也可實現(xiàn)模擬量的控制。3.

28、3工作原理可編程控制器是一種專業(yè)的工業(yè)控制計算機， 因此，其工作原理建立在計算機控制系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上。 但為了可靠地應(yīng)用在工業(yè)環(huán)境下， 便于電氣技術(shù)人員的使用和維護， 它有著大量的接口器件、 特定的監(jiān)控軟件、專用的編輯器件。所以，不但其外觀不像計算機， 它的操作使用方法、 編程語言及工作過程與計算機控制系統(tǒng)也是有區(qū)別的。PLC的控制系統(tǒng)的等效工作電路分為 3 個部分，即輸入部分、內(nèi)部控制電路和輸出部分。 輸入部分就是采集輸入信號， 輸出部分就是系統(tǒng)的執(zhí)行部件， 這兩部分與繼電器控制電路相同。 內(nèi)部控制電路是通過編程方法實現(xiàn)的控制邏輯， 用軟件編程代替繼電器電路的功能。（1）輸入部分輸入部分

29、由外部輸入電路、 PLC輸入接線端子和輸入繼電器組成。外部輸入信號經(jīng) PLC輸入接線端子去驅(qū)動輸入繼電器的線圈。 每個輸入端子與其相同編號的輸入繼電器有著唯一確定的對應(yīng)關(guān)系， 當(dāng)外部的輸入元件處于接通狀態(tài)時， 對應(yīng)的輸入繼電器線圈“得電” 。;.'（2）內(nèi)部控制電路所謂內(nèi)部控制電路是由用戶程序形成的用 “軟繼電器” 來代替硬繼電器的控制邏輯。它的作用是按照用戶程序規(guī)定的邏輯關(guān)系， 對輸入信號的狀態(tài)進行檢測、判斷、運算和處理，然后得到相應(yīng)的輸出。（3）輸出部分輸出部分是由在 PLC 內(nèi)部且與內(nèi)部控制電路隔離的輸出繼電器的外部常開點、輸出接線端子和外部驅(qū)動電路組成，用來驅(qū)動外部負(fù)載。PLC

30、的內(nèi)部控制電路中有許多輸出繼電器， 每個輸出繼電器除了有為內(nèi)部控制提供編程用的任意多個常開、 常閉接點外， 還為外部輸出電路提供了一個實際的常開接點與輸出接線端子相連。綜上所述，可對 PLC的等效電路作進一步簡化而深刻的理解， 即將輸入等效為一個繼電器的線圈，將輸出等效為繼電器的一個常開接點3.4編程語言可編程控制器的應(yīng)用軟件是指用戶根據(jù)自己的控制要求編寫的用戶程序。 由于可編程控制器的應(yīng)用場合是工業(yè)現(xiàn)場， 它的主要用戶是電氣技術(shù)人員， 所以其編程語言與通用的計算機編程語言相比， 具有明顯的特點，它既不同于高級語言，又不同于匯編語言， 它要滿足易于編寫和易于調(diào)試的要求， 還要考慮現(xiàn)場電氣技術(shù)人

31、員的接受水平和應(yīng)用習(xí)慣。 因此，可編程控制器通常使用梯形圖語言， 又稱繼電器語言，更有人稱之為電工語言。另外，為滿足各種不同形式的編程需要，根據(jù)不同的編程器和支持軟件， 還可以采用指令語句表、 邏輯功能圖、 順序功能圖、流程圖及高級語言進行編程。 梯形圖是一種圖形編程語言， 是面向控制過程的一種“自然語言”，它沿用繼電器的觸點（觸點在梯形圖中又常稱為接點） 、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號， 同時也增加了一些繼電器控制系統(tǒng)中所沒有的特殊功能符號。 梯形圖語言比較形象、 直觀，對于熟悉繼電器控制線路的電氣技術(shù)人員來說，很容易被接受，且不需要學(xué)習(xí)專門的計算機知識，因此，在 PLC應(yīng)用中，梯形圖是使用

32、得最基本、 最普遍的編程語言。 但這種編程方式只能用圖形編;.'程器直接編程。PLC的梯形圖雖然是從繼電器控制線路圖發(fā)展而來的，但與其又有一些本質(zhì)的區(qū)別：（1）PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、保持繼電器、中間繼電器等。但是，這些繼電器并不是真實的物理繼電器，而是“軟繼電器” 。這些繼電器中的每一個，都與PLC用戶程序存儲器中的數(shù)據(jù)存儲區(qū)中的元件映像寄存器的一個具體基本單元相對應(yīng)。如果某個基本單元為“ 1”狀態(tài)，則表示與這個基本單元相對應(yīng)的那個繼電器的“線圈得電”。反之，如果某個基本單元為“0”狀態(tài)，則表示與這個基本單元相對應(yīng)的那個繼電器的“線

33、圈斷電” 。這樣，就能根據(jù)數(shù)據(jù)存儲區(qū)中某個基本單元的狀態(tài)是“ 1” 還是“ 0”，判斷與之對應(yīng)的那個繼電器的線圈是否“得電” 。（2）PLC 梯形圖中仍然保留了常開接點和常閉接點的名稱，這些接點的接通或斷開，取決于其線圈是否得電 （這對于熟練繼電器控制線路的電氣技術(shù)人員來說，是最基本的概念） 。（3）PLC 梯形圖中的各種繼電器接點的串、并聯(lián)連接，實質(zhì)上是將對應(yīng)這些基本單元的狀態(tài)依次取出來，進行“邏輯與” 、“邏輯或”等邏輯運算。而計算機對進行這些邏輯運算的次數(shù)是沒有限制的， 因此，可在編制程序時無限次地使用各種繼電器的接點，且可根據(jù)需要采用常開（動合）或常閉（動斷）的形式。注意，在梯形圖程序

34、中，同一個繼電器的線圈一般只能使用一次。（4）在繼電器控制線路圖中，左、右兩側(cè)的母線為電源線，在電源線中間的各個支路上都加有電壓， 當(dāng)某個或某些支路滿足接通條件時，就會有電流流過接點和線圈。（5）在繼電器控制線路圖中，各個并聯(lián)電路是同時加電壓并行工作的，由于實際元件動作的機械慣性，可能會發(fā)生接點競爭現(xiàn)象。（6）PLC 梯形圖中的輸出線圈只對應(yīng)存儲器中的輸出映像區(qū)的相應(yīng)位，不能用必須通過指定的輸出繼電器，經(jīng) I/O 接口上對應(yīng)的輸出單元（或輸出端子）才能驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)。d. 各種信號模板 SM，安裝在 4 號 11 號槽位上。從 4 號槽位開始， CPU為信號模板分配 I/O 地址，且根據(jù)信號

35、模板的類型遞增 I/O 地址。;.'3.5 S7-200的指令系統(tǒng)接通延遲定時器SD，如果 RLO有正跳沿，則接通延遲定時器啟動，以設(shè)定的時間值啟動指定的定時器。達到設(shè)定時間后，定時器的動合觸點閉合并保持，直到 RLO變?yōu)?0 時，定時器被復(fù)位。如果定時器運行時間（RLO為 1 時）少于定時器時間設(shè)定值，則當(dāng)RLO由 1 變到 0 時，定時器也被復(fù)位。;.'3.6 跑馬燈的工作要求跑馬燈的走勢如下：當(dāng)按下啟動按鈕時，L0、 L1、 L2、 L3 先亮；0.5s 后， L0、 L3 、L4 、 L5 亮； 0.5s 后， L0 、 L5、 L6、 L7 亮； 0.5s 后 L0

36、、 L1 、 L7、 L8 亮， 0.5s 后 L0 、 L1 、L2 、 L3 亮，如此循環(huán)50 次后自動停止；如需急?？砂聪峦Ｖ拱粹o。（ 1） 本設(shè)計的系統(tǒng)配置及輸入/ 輸出繼電器地址分配如下：編程元件I/0 端子電路器件作用輸入繼電器I0.0SD1啟動I0.1SD2關(guān)閉;.'Q0.0L1Q0.1L2Q0.2L3Q0.3L4輸出繼電器Q0.4L5Q0.5L6Q0.6L7Q0.7L8Q1.0L9T1定時器 T1控制燈的點亮?xí)r間T2定時器 T2控制燈的點亮?xí)r間定時器定時器 T3T3控制燈的點亮?xí)r間T4定時器 T4控制燈的點亮?xí)r間;.'3.7梯形圖當(dāng)按下啟動按鈕或T40 得電時：

37、紅燈 0 亮黃燈 1亮綠燈 2亮黃燈 3亮綠燈 4不亮黃燈 5不亮綠燈 6不亮黃燈 7不亮綠燈 8不亮T37 得電;.'延時 0.5s 后 T37 接通時：黃燈 1 滅綠燈 2滅綠燈 4亮黃燈 5亮?xí)r間繼電器T38 得電;.'延時 0.5s 后 T38 接通時：黃燈 3 滅綠燈 4滅綠燈 6亮黃燈 7亮?xí)r間繼電器T38 得電;.'延時 0.5s 后 T39 接通時：黃燈 5 滅綠燈 6滅綠燈 7亮黃燈 8亮?xí)r間繼電器T38 得電;.'T40 每接通一計數(shù)器就會減一當(dāng)接通50 次時，計數(shù)器得電，當(dāng)停止按鈕接通時計數(shù)器復(fù)位通時跑馬燈停止。;.'當(dāng)計數(shù)器達到 50 次時，計數(shù)器常開閉合，常閉斷開跑馬燈停止運行；當(dāng)按下停止按鈕是常開閉合，常閉斷開跑馬燈停止運行。即彩燈全部熄滅。;.'結(jié)束語本次設(shè)計旨在利用S7-200 控制跑馬燈系統(tǒng)的設(shè)計，熟悉掌握