PLC控制跑馬燈系統(tǒng)的設計

1、河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院1河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院20122013 學年第一學期畢業(yè)設計畢業(yè)設計課題名稱：課題名稱： PLC 控制跑馬燈系統(tǒng)的設計 設計時間：設計時間： 20012.9.2520012.10.21 系系 部：部： 機電工程系 班班 級：級： 機電 1003 姓姓 名：名： 楊 杰 指導教師：指導教師： 朱 文 琦 河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院2目目 錄錄前 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.6

2、1.3 PLC 的發(fā)展前景及趨勢.71.4 PLC 的定義及特點.11第 2 章 硬件電路的設計.132.1 跑馬燈電路的設計 .132.2 開關(guān)電路的設計 .14第 3 章 軟件設計.153.1 軟件設計的方案 .113.2 PLC 結(jié)構(gòu).113.3 工作原理.153.4 編程語言.163.5 S7-200 的指令系統(tǒng) .183.6 跑馬燈的工作要求.183.7 梯形圖.20結(jié)束語.26致 謝.27參考文獻.28附 圖.29河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院3PLCPLC 控制跑馬燈系統(tǒng)的設計控制跑馬燈系統(tǒng)的設計摘 要 本次畢業(yè)設計是應用 S7-200 PLC 跑馬燈設計的硬件電路，并利

3、用 OB1的梯形圖控制程序設計。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)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，應用性強；軟件程序適應范圍廣，對各彩燈按一定的規(guī)律點亮和熄滅的控制，只需要改變相應的定時器的時間接通即可。關(guān)鍵詞 PLC 彩燈 梯形圖；河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院4前前 言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、

4、維護方便、設計、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)設計是應用 S7-200 PLC 跑馬燈設計的硬件電路，并利用 OB1 的梯形圖控制程序設計。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)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，應用性強；軟件程序適應范圍廣，對各彩燈按一定的規(guī)律點亮和熄滅的控制，只需要改變相應的定時器的時間接通即可。河 南 工 業(yè) 職

5、 業(yè) 技 術(shù) 學 院5第第 1 1 章章 概概 論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、要求及本設計的任務，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)設置要求，最后講述軟件的調(diào)試和硬件的調(diào)試。1.11.1 跑馬燈系統(tǒng)的意義、現(xiàn)狀及要求跑馬燈系統(tǒng)的意義、現(xiàn)狀及要求1.1.1 課題背景及目的隨著科學技術(shù)的的不斷提高，社會經(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

6、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?shù)氐某鞘袔砹素S富的旅游資源。1.1.2 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。這樣的設計可以控制和設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，易學易懂，深受工程技術(shù)人員的歡迎。河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院61.21.2 彩燈的發(fā)展彩燈的發(fā)展1.2.1 彩燈的最初來源1879 年，美國著名的科學家愛迪生發(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

7、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計與制作大關(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

8、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。 1.2.2 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。河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院71.31.3 PLCPLC 的發(fā)展的發(fā)展前景及趨勢前景及趨勢PLC 發(fā)展至今，已有 30 余年的歷史，隨著半導體技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)

9、展，工業(yè)控制領(lǐng)域已有翻天復地的變化，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 0.15s。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 0.04s/步，高級功能指令的執(zhí)行速度也有很大的提高。在有 2

10、個通信接口、256 個 I/O 點的情況下，F(xiàn)P10SH 總的掃描時間為 0.270.42ms。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、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。如三菱公司的小型 PLCFX 系列先后推出了FX、2FX、F

11、X、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，當計數(shù)值達到預置值時，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)

12、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。河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院8(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備。(9)用戶程序可用密碼保護，有的可設多級密碼。(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,

13、 如 FX 執(zhí)行基本指令的時 間僅 0.08s，運算速度遠遠高于某些大中型 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、RS485 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

14、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 S7200 的編程軟件設置 TD 200 的顯示內(nèi)容。與三菱公司的 FX 系列配套的 FX1N5DM 微型顯示模塊的體積小巧，正面尺寸僅為32mm40mm，直接安裝在三菱 FX/FX1S 1N 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 年初松下電工推出了面板安裝型 PLCFPe，它有 2 行顯示，每行顯示 5 個字符，每行可

15、單獨變換 3 種顏色，同時帶有相應的提示符號；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 FPe 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 P

16、LC 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)絡或電話線，還可以實現(xiàn)遠程編程?，F(xiàn)在有的 PLC(如西門子的 S7200 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 編程軟件和河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院9LLT 模擬仿真軟件。大多數(shù)廠家的編程軟件都有漢化版，方便了英語水平較差的國內(nèi)用戶。編程語言的標準化 PLC 的編程語言標準 I

17、EC611311 已公布了多年，歐美的 PLC 廠家的編程語言基本上符合 IEC 標準。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 標準設計的。隨著時間的推移，IEC 標準會得到越來越廣的使用。使用編程向?qū)Ш喕幊踢^程使用編程向?qū)Ш喕幊踢^程S7200 的編程軟件 STEP 7MicroWIN32 配備了大量的編程向?qū)?，如PID、網(wǎng)絡讀寫、高速計數(shù)器和高速輸出指令的編程向?qū)?，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、ASi 通信模塊等的編程向?qū)АＪ褂眠@些編程向?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

18、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 STEP 7 編程軟件配套使用的S7PLCSIM 仿真軟件、三菱公司與 SW3D5CGPPWC 編程軟件配套的 SW3D5CLLTC 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者學習編程和程序調(diào)試方法的很好的學習工具。通信功能的增強和標準化不斷增強通信功能隨著計算機網(wǎng)絡通信在控制系統(tǒng)中的廣泛應用，通信

19、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，為此提供了 CCLink 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 遠程 I/O 鏈接系統(tǒng)主站模塊可組成遠程 I/O 網(wǎng)絡。RS232C 通信接口模塊、RS232C 適配器、RS485 通信板適配器、RS232C/RS485 轉(zhuǎn)換接口等提供了標準的串行通信接口。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

20、 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置。GEFanuc公司的 Versa Max 系列 PLC 可與現(xiàn)場總線 Device Net、ProfibusDP 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)絡通信。河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院10提高通信的開放程度提高通信的開放程度早期的 PLC 基本上

21、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?，F(xiàn)在的發(fā)展趨勢是盡可能地采用符合國際標準的通信協(xié)議，如符合現(xiàn)場總線國際標準 IEC 61158 和 IEC 62026 中的某些總線標準。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)成為事實上的標準。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 和 De

22、vice Net，西門子的 Profibus 等，現(xiàn)在已經(jīng)有相當多的 PLC 有現(xiàn)場總線通信功能。值得關(guān)注的是已進入國際標準的現(xiàn)場總線，在 PLC 中使用得較多的現(xiàn)場總線有 ProfibusDeviceNet 和 ASi(執(zhí)行器、傳感器接口)等。簡化通信程序的設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)交換而設計的動態(tài)鏈接庫，使用 VB、VC 和 Delph

23、i 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 GEFanuc 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 收到后返回響應幀。響應幀(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置程序中需要的參數(shù)，完成設置后，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)運算、數(shù)據(jù)處理、通信

24、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 標準的軟邏輯控制及 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 ADAM5501/P31，均是

25、按 IEC11313 標準設計的軟件 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標準的圖形語言來編程河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院111.41.4 PLCPLC 的定義的定義及特點及特點（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)境下應用而設計的數(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

26、的機械或生產(chǎn)過程。（2） PLC 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.易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；d.系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造；e.體積小，重量輕，能耗低。河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院12第第 2 2 章章 硬件電路的設計硬件電路的設計2.12.1 跑馬燈電路的設計跑馬燈電路的設計PLC 工作的時間基準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計圖電路中的器件選擇可以通過計算和實驗

27、確定，也可以參考一些典型電路的河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院13參數(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)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。2.22.2 開關(guān)電路的設計開關(guān)電路的設計開關(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)電路的設計圖說明：Sd1 閉合系統(tǒng)得電運行，Sd2 閉合系統(tǒng)停止運

28、行。河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院14第第 3 3 章章 軟件設計軟件設計3.13.1 軟件設計的方案軟件設計的方案進行應用軟件設計時可采用模塊化程序設計方法，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，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。3.23.2 PLCPLC 結(jié)構(gòu)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

29、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)，它即河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院15可進行開關(guān)量的控制，也可實現(xiàn)模擬量的控制。3.33.3 工作原理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。

30、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關(guān)系，當外部的輸入元件處于接通狀態(tài)時，對應的輸入繼電器線圈“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

31、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)動外部負載。PLC 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河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院163.43.4 編程語言編程語

32、言可編程控制器的應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)人員的接受水平和應用習慣。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

33、（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，且不需要學習專門的計算機知識，因此，在 PLC 應用中，梯形圖是使用得最基本、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

34、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。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的那個繼電器的“線圈斷電” 。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” ，判斷與之對應的那個繼電器的線圈是否“得電” 。河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院17（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）PL

35、C 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。（

36、6）PLC 梯形圖中的輸出線圈只對應存儲器中的輸出映像區(qū)的相應位，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)信號模板的類型遞增 I/O 地址。河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院183.53.5 S7-200S7-200 的指令系統(tǒng)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，以設定的時間值啟動指定的定時器。達到設定時間后，定時器的動合觸點閉合并保持，直到 RLO 變?yōu)?0 時，定時器被

37、復位。如果定時器運行時間（RLO 為 1 時）少于定時器時間設定值，則當 RLO 由 1 變到 0 時，定時器也被復位。3.63.6 跑馬燈的工作要求跑馬燈的工作要求跑馬燈的走勢如下：當按下啟動按鈕時，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、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。河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院19（1） 本設計的系統(tǒng)配置及輸入/輸出繼電器地址分配如下：編程元件編程元件I/0I/0 端子端子電路器件電

38、路器件作用作用輸入繼電器I0.0I0.1SD1SD2啟動關(guān)閉輸出繼電器Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0L1L2 L3L4L5L6L7L8L9定時器T1T2T3T4定時器 T1定時器 T2定時器 T3定時器 T4控制燈的點亮時間控制燈的點亮時間控制燈的點亮時間控制燈的點亮時間河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院203.73.7 梯形圖梯形圖 當按下啟動按鈕或 T40 得電時： 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 得電河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院21延時 0

39、.5s 后 T37 接通時： 黃燈 1 滅綠燈 2 滅綠燈 4 亮黃燈 5 亮時間繼電器 T38 得電河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院22延時 0.5s 后 T38 接通時： 黃燈 3 滅綠燈 4 滅綠燈 6 亮黃燈 7 亮時間繼電器 T38 得電河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院23延時 0.5s 后 T39 接通時： 黃燈 5 滅綠燈 6 滅綠燈 7 亮黃燈 8 亮時間繼電器 T38 得電河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院24T40 每接通一計數(shù)器就會減一當接通 50 次時，計數(shù)器得電，當停止按鈕接通時計數(shù)器復位通時跑馬燈停止。河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院25當計數(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。河 南 工