自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、項(xiàng)目1自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、教學(xué)目的1、掌握PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則、步驟與方法；2、了解PLC應(yīng)用中硬件設(shè)置和軟件設(shè)計(jì)；3、掌握傳送指令、運(yùn)算指令、移位指令、高速脈沖指令等指令的用法；4、熟悉PLC選型與資源配置；5、了解PLC通信指令與通訊協(xié)議、ModbusRTU從站協(xié)議。二、教學(xué)內(nèi)容1、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟；2、PLC的硬件設(shè)置；3、PLC的軟件設(shè)計(jì)、指令的用法；4、PLC在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用；5、運(yùn)料小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；6、平面?zhèn)}儲(chǔ)和材料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)；7、多站自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1、重點(diǎn)：指令的應(yīng)用；PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟、內(nèi)容和方法。2

2、、難點(diǎn):PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法；PLC通信指令與通訊協(xié)議。四、教學(xué)方法1、啟發(fā)式教學(xué)法：通過項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)，多媒體案例演示，提出問題，激發(fā)學(xué)生 的求知欲，啟發(fā)學(xué)生思考。2、運(yùn)用實(shí)物進(jìn)行直接教學(xué)和在實(shí)驗(yàn)（實(shí)訓(xùn)）室進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，一邊利用 課件中的動(dòng)畫教授，一邊在實(shí)驗(yàn)（實(shí)訓(xùn)）室利用實(shí)物操作演示教學(xué)，理論聯(lián)系實(shí)際， 使抽象的原理變得生動(dòng)，使學(xué)生覺得學(xué)有所用、容易理解，從而既解決了教學(xué)中的重 點(diǎn)和難點(diǎn)，又激發(fā)了學(xué)生動(dòng)手操作的欲望。3、將理論教學(xué)內(nèi)容融合到實(shí)踐教學(xué)中，讓學(xué)生一邊學(xué)習(xí)理論知識(shí)一邊動(dòng)手做實(shí) 驗(yàn)，真正做到理論聯(lián)系實(shí)際，并通過設(shè)置實(shí)訓(xùn)思考題達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、 解決問題的能力。4、暗

3、示教學(xué)發(fā)在檢查學(xué)生的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的錯(cuò)誤時(shí)，并不直接指出， 而是通過暗示，激發(fā)學(xué)生的聯(lián)想和抽象思維能力，從而找到錯(cuò)誤所在。5、分組討論、小組協(xié)作組織學(xué)生進(jìn)行討論，小組協(xié)作式學(xué)習(xí)，及時(shí)地安排適當(dāng) 的實(shí)訓(xùn)課題，組織學(xué)生以小組的形式進(jìn)行討論學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)能力以及相互 合作的精神。6、“設(shè)故障”教學(xué)法 針對(duì)每個(gè)項(xiàng)目的難點(diǎn)和重點(diǎn)，教師事先在項(xiàng)目中設(shè)置故 障，讓學(xué)生分析查找故障點(diǎn)，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。7、鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑，搶答，靈活的運(yùn)用知識(shí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。任務(wù)一機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、工作任務(wù)1、控制要求工件傳送用機(jī)械手，上升/下降和左移/右移的執(zhí)行用雙線圈二位電

4、磁閥推動(dòng)汽缸 完成，當(dāng)某個(gè)電磁閥線圈通電時(shí)，就一直保持現(xiàn)有的機(jī)械動(dòng)作，例如一旦下降的電磁 閥線圈通電，機(jī)械手下降，即使線圈再斷電，仍然保持現(xiàn)有下降動(dòng)作狀態(tài)，直到相反 方向的線圈通電為止。另外，夾緊/放松由單線圈二位電磁閥推動(dòng)汽缸完成，線圈通電 執(zhí)行夾緊動(dòng)作，斷電執(zhí)行放松動(dòng)作。設(shè)備裝有上、下限位和左、右限位開關(guān)，它的工 作過程如下：原位一下降一夾緊一上升一右移t!左移一上升一放松一下降二、相關(guān)知識(shí)1、電磁閥電磁閥是用來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)原價(jià)，屬于執(zhí)行機(jī)構(gòu)；并不限于液壓， 氣動(dòng)。電磁閥用于控制液壓流動(dòng)方向，工廠的機(jī)械裝置一般都由液壓缸控制，所 以就會(huì)用到電磁閥。2、基本功能指令移位指令：移位指令

5、分為左、右移位和循環(huán)左、右移位以及移位寄存器指令 三大類。左移和右移指令功能是將輸入數(shù)據(jù)IN左移或右移N位后，把結(jié)果送入OUT，使用應(yīng)注意：被移位數(shù)據(jù)無符號(hào)；移位時(shí)，存放被移位數(shù)據(jù)的編程元件的移出端與特殊繼電器SM1.1相連，移出位送SM1.1,另一段補(bǔ)0；移位次數(shù)N與移位數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度有關(guān)，若N小于實(shí)際數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，則執(zhí)行N次 若N大于實(shí)際數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，則執(zhí)行移位的次數(shù)等于實(shí)際數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的位數(shù)；移位數(shù)據(jù)N為字節(jié)型數(shù)據(jù)。字節(jié)移位指令SLB：字節(jié)左移位指令SRB :字節(jié)右移位指令指令格式：當(dāng)EN有效時(shí)，將字節(jié)型數(shù)據(jù)IN左移或右移N (NW8)后，送到OUT中。字移位指令SLW:字左移SRW:字右移指令格式：當(dāng)

6、EN有效時(shí)，將字型數(shù)據(jù)IN左移或右移N (NW16)后，送到OUT中。雙字移位指令SLD：字左移SRD:字右移指令格式：當(dāng)EN有效時(shí)，將雙字型數(shù)據(jù)IN左移或右移N (NW32 )后，送到OUT中。 在語句表中，OUT與IN為同一存儲(chǔ)單元。循環(huán)左移和循環(huán)右移指令指令特點(diǎn)：被移位數(shù)據(jù)無符號(hào)；移位時(shí)，存放被移位數(shù)據(jù)的編程元件的移出端與另一端相連，又與特殊繼電器sm1.1相連，移出位在被移到另一端的同時(shí)，也進(jìn)入sm1.1 ；另一端自動(dòng)補(bǔ)0；移位次數(shù)N與移位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度有關(guān)，如N小于實(shí)際數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，則執(zhí)行N次 移位；如N大于數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，則執(zhí)行移位次數(shù)為 N除以實(shí)際數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的余數(shù)；移位次數(shù)N為字節(jié)型數(shù)據(jù)。字節(jié)循環(huán)

7、移位指令RLB：字節(jié)循環(huán)左移RRB:字節(jié)循環(huán)右移指令格式：當(dāng)EN有效時(shí)，把字節(jié)型數(shù)據(jù)IN循環(huán)移位N位后送到OUT指定的字節(jié)中。字循環(huán)移位指令RLW:字節(jié)循環(huán)左移RRW:字節(jié)循環(huán)右移指令格式：當(dāng)EN有效時(shí)，把字型數(shù)據(jù)IN循環(huán)移位N位后送到OUT指定的字節(jié)中。雙字循環(huán)移位指令RLD ：雙字循環(huán)左移RRD ：雙字循環(huán)右移指令格式：當(dāng)EN有效時(shí)，把雙字型數(shù)據(jù)IN循環(huán)移位N位后送到OUT指定的雙字存儲(chǔ)單 元中。移位、循環(huán)移位指令如下：圖4-1-1移位、循環(huán)移位指令（3）移位寄存器SHRB :移位寄存器指令。指令格式：1(12+ 1EN ENOIQ3 -DATAV10Q0 -8-NLD 10.2EU口 I

8、 I I或變nni(nUSH l.SB第一次移位司I 11100101揄匕位陽RBI0.3,EB100.0、8第一次移仲后0 1001Q110 10.3第_ 次移位后op-| 11001011 H-I0.3圖4-1-2移位寄存器指令格式DATA為移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端；S_BIT為移位寄存器的最低位；N為移位寄 存器的長(zhǎng)度。特點(diǎn)：移位寄存器最低位地址為S_BIT ；最高位地址的計(jì)算方法為MSB= （N-1+ （S_BIT的位號(hào)）/8；最高位的字節(jié)號(hào)為：MSB的商+S_BIT的字 節(jié)號(hào)；最高位的位號(hào)：MSB的余數(shù)；M0時(shí)，為正向移位，即從最低位向最高位移位；M M2.6H H H/T )匕KE.0

9、H IKE.G D6 NE.U MJ.9 NE.7H H H H/H/H )M27M27 IQ4 Ml. Mil6 W.O MO.OT H H/H Hm )11L10 JT；tA IM 頂1UJ Q(WH W/H miE.44 HNE.L QO.L T.廣Mtnttn10-|pT】WS 頃LIT -)*-也UinTu5Tu)pt 1(D 齡XI22 償 Q心H HH /1( LNE.6H HXE.3 I(U頃舊T TI E：亍I(U )i：l.44 I1 / I亍圖4-1-7手動(dòng)程序6、自動(dòng)返回原點(diǎn)程序NU.2-1 IML3T I101M.4KU芹限伸易伸Ml 辰機(jī)條件滿是1T39INTONP

10、T10(&20-M1.3()松開Q0.1 R )ill 116 Q(l.l Ml.5 Ml4H H H/FH/H )上升ML 3T 菊T I INU.1HNU.4 IQ2 1(14 MLSWg 丁H H FH/NU.5H IIll 126 Q0.1 10.3 ML1 M1.0H H H H/Fd/H )W.OI.升H 1Ml .0H Ml 1T ITQZMl. 2 MilH / H4 )后行畛)M1.2 () Q0.0 () 下降圖4-1-8自動(dòng)返回原點(diǎn)程序四、任務(wù)實(shí)訓(xùn)1、彩燈控制系統(tǒng)模擬設(shè)計(jì)2、步進(jìn)電機(jī)的定位控制任務(wù)二運(yùn)料小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、工作任務(wù)1、控制要求按下自動(dòng)起停按鈕，小車進(jìn)行運(yùn)料

11、控制，到達(dá)前限位處，小車停止，翻門打開進(jìn) 行裝料，7s后向后運(yùn)行，至后限位處停止，底門打開開始卸料，5s后向前運(yùn)行，依 次循環(huán)。自動(dòng)手動(dòng)方式相結(jié)合。二、相關(guān)知識(shí)1、PLC順序控制程序設(shè)計(jì)主要介紹順序功能圖（SFC）和梯形圖程序設(shè)計(jì)。順序功能圖設(shè)計(jì)方法可以向 設(shè)計(jì)者提供控制問題描述方法的規(guī)律。（1）SFC設(shè)計(jì)方法SFC功能圖設(shè)計(jì)方法是專用于工業(yè)順序控制程序設(shè)計(jì)的一種方法。它能完整地 描述控制系統(tǒng)的工作過程、功能和特性。是分析、設(shè)計(jì)電器控制系統(tǒng)控制程序的 重要工具。SFC的基本元素為：流程步、有向線段、轉(zhuǎn)移和動(dòng)作說明。流程步流程步又叫工作步，表示控制系統(tǒng)中的一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。轉(zhuǎn)移與有向線段轉(zhuǎn)移就是從一

12、個(gè)步向另外一個(gè)步之間的切換條件，兩個(gè)步之間用一個(gè)有向線 段表示，說明從一個(gè)步切換到另一個(gè)步，向下轉(zhuǎn)移方向的箭頭可以省略。動(dòng)作說明步并不是PLC的輸出觸點(diǎn)的動(dòng)作，步只是控制系統(tǒng)中的一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。這 個(gè)狀態(tài)可以包含一個(gè)或多個(gè)PLC輸出觸點(diǎn)的動(dòng)作，也可以沒有任何輸出動(dòng)作，步 只是啟動(dòng)了定時(shí)器或一個(gè)等待過程，所以步和PLC的動(dòng)作是兩件不同的事情。（2）SFC圖的結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單的一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是步與步之間只有一個(gè)轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)移之間只有一個(gè)步。選擇性分支結(jié)構(gòu)選擇性分支結(jié)構(gòu)是一個(gè)控制流可以轉(zhuǎn)入多個(gè)可能的控制流中的某一個(gè)，不允 許多路分支同時(shí)執(zhí)行。具體進(jìn)入哪個(gè)分支，取決于控制流前面的

13、轉(zhuǎn)移條件哪一個(gè) 為真。并發(fā)性分支結(jié)構(gòu)如果某一個(gè)工作步執(zhí)行完后，需要同時(shí)啟動(dòng)若干條分支，這種結(jié)構(gòu)稱為并發(fā) 性分支結(jié)構(gòu)。循環(huán)結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)用于一個(gè)順序過程的多次重復(fù)執(zhí)行。復(fù)合結(jié)構(gòu)復(fù)合結(jié)構(gòu)就是一個(gè)集順序、選擇性分支、并發(fā)性分支和循環(huán)結(jié)構(gòu)于一體的結(jié) 構(gòu)。（3）SFC轉(zhuǎn)換成梯形圖SFC 一般不能被PLC軟件直接接受，需要將SFC轉(zhuǎn)換成梯形圖后才能被PLC 軟件所識(shí)別。進(jìn)入有效工作步停止有效工作步最后一個(gè)工作步X作步的轉(zhuǎn)移條件工作步的得電和失電選擇性分支并發(fā)性分支第0工作步動(dòng)作輸出三、任務(wù)實(shí)施1、小車運(yùn)行控制示意圖圖4-2-1小車運(yùn)行控制示意圖2、I/O分配.作方式 選擇開關(guān)手動(dòng)操作 按鈕自動(dòng)起動(dòng)按鈕 前限

14、位二后限位單周期（自動(dòng)/ I連續(xù)（自動(dòng)） ,小車向前小車向后 翻門打開I底門打開UJIklo10.110.2J0.310.4【0.5【0.60.711.0Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3圖4-2-2 I/O分配圖3、總程序結(jié)構(gòu)小車向前運(yùn)行牙醫(yī)打開 上確向后運(yùn)行口底門打開其中包括手動(dòng)程序和自動(dòng)程序兩個(gè)程序塊，由跳轉(zhuǎn)指令選擇執(zhí)行。圖4-2-3總程序結(jié)構(gòu)圖4、手動(dòng)操作方式(0.6 Q0.2 QO.3 10. Q0 0 小車向前運(yùn)動(dòng)WItQ0.0TH111.0I0J T39QO I 翻門打開7sHI)T39IN TON PT70J10,7 Q0.0 Q0.3 QO.I I0.2Q0 WHH小車向后運(yùn)動(dòng)

15、圖4-2-4手動(dòng)操作方式5、自動(dòng)操作方式SFC圖、梯形圖程序圖4-2-5自動(dòng)操作方式SFC圖圖4-2-6梯形圖程序四、自主實(shí)訓(xùn)三臺(tái)電動(dòng)機(jī)的順序啟動(dòng)任務(wù)三貨倉區(qū)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、工作任務(wù)1、控制要求裝有兩臺(tái)傳送帶的系統(tǒng)，在兩臺(tái)傳送帶之間有一個(gè)倉庫區(qū)。傳送帶1將包裹運(yùn)送 至臨時(shí)倉庫區(qū)。傳送帶1靠近倉庫區(qū)一端安裝的光電傳感器確定已有多少包裹運(yùn)送至 倉庫區(qū)。傳送帶2將臨時(shí)庫區(qū)中的包裹運(yùn)送至裝貨場(chǎng)，在這里貨物由卡車運(yùn)送至顧客。傳送帶2靠近倉庫區(qū)一端安裝的光電傳感器確定已有多少包裹從庫區(qū)運(yùn)送至裝貨場(chǎng)。顯示面板圖4-3-1顯示面板二、相關(guān)知識(shí)1、光電傳感器：光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。 它首

16、先把被 測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信 號(hào)。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式 靈活多樣，因此，光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。光電傳感器是各種光電檢測(cè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號(hào)（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。光電式傳感器是以光電器 件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測(cè)直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、 光照度、輻射測(cè)溫、氣體成分分析等；也可用來檢測(cè)能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非 電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移

17、、振動(dòng)、速度、加速度，以及物體 的形狀、工作狀態(tài)的識(shí)別等。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特 點(diǎn)，因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。2、位置傳感器，用來測(cè)量機(jī)器人自身位置的傳感器。位置傳感器可分為兩種， 直線位移傳感器和角位移傳感器。其中直線位移傳感器常用的有直線位移定位器 等，具有工作原理簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)；角位移傳感器則可選旋 轉(zhuǎn)式電位器，具有可靠性高、成本低的優(yōu)點(diǎn)。角位移器還可使用光電編碼器， 有增量式與絕對(duì)式兩種形式。其中增量式碼盤在機(jī)器人控制系統(tǒng)中得到了廣泛的 應(yīng)用。3、電磁閥：電磁閥是用來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)原價(jià)，屬于執(zhí)行機(jī)構(gòu)；并不限 于液壓，氣動(dòng)

18、。電磁閥用于控制液壓流動(dòng)方向，工廠的機(jī)械裝置一般都由液壓缸 控制，所以就會(huì)用到電磁閥。4、氣缸：?jiǎn)巫饔脷飧字挥幸磺豢奢斎雺嚎s空氣，實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。其活塞桿只能 借助外力將其推回；通常借助于彈簧力，膜片張力，重力等。單作用氣缸的特點(diǎn)是：（1）僅一端進(jìn)（排）氣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耗氣量小。（2）用彈簧力或膜片力等復(fù)位，壓縮空氣能量的一部分用于克服彈簧力或膜片張力， 因而減小了活塞桿的輸出力。（3）缸內(nèi)安裝彈簧、膜片等，一般行程較短；與相同體積的雙作用氣缸相比，有效 行程小一些。（4）氣缸復(fù)位彈簧、膜片的張力均隨變形大小變化，因而活塞桿的輸出力在行進(jìn)過 程中是變化的。三、任務(wù)實(shí)施1、I/O分配符號(hào)地址絕對(duì)

19、地址類據(jù)類型說明S0I0.0BOOL啟動(dòng)按鈕S1I0.1BOOL停止按鈕1S1I0.2BOOL位置傳感 器1S2I0.3BOOL位置傳感 器1Y1Q0.0BOOL換向閥電磁線圈1Y2Q0.1BOOL換向閥電 磁線圈M0M0.0BOOL啟動(dòng)線圈2、梯形圖程序四、自主練習(xí)1、光電傳感器控制電機(jī)運(yùn)行2、汽缸的循環(huán)往復(fù)任務(wù)四多站自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、工作任務(wù)1、控制要求實(shí)現(xiàn)多站自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、相關(guān)知識(shí)1、PLC通信方式工業(yè)上通常用的通信方式為串行通信，包括RS-232方式、RS-485方式以及以太 網(wǎng)通信等。下面我們對(duì)串行通信的基本知識(shí)加以介紹。（1）并行通信與串行通信數(shù)據(jù)通信主要有

20、并行通信和串行通信兩種方式。1）并行通信并行通信是以字節(jié)或字為單位的數(shù)據(jù)傳輸方式。而并行傳輸（Parallel Transmission）指可以同時(shí)傳輸一組比特，每個(gè)比特使用單獨(dú)的一條線路（導(dǎo)線），如圖 14a所示。r、設(shè)備1設(shè)備2M10010X/b)圖4-4-1并行和串行通信示意圖并行通信除了 8根或16根數(shù)據(jù)線、1根公共線外，還需要數(shù)據(jù)通信聯(lián)絡(luò)用的控制 線。并行通信的傳輸速度快，但當(dāng)長(zhǎng)距離傳輸時(shí)對(duì)線路要求較高，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，因而并 行通信一般用于PLC的內(nèi)部元件之間、PLC主機(jī)與擴(kuò)展模塊之間或近距離智能模塊之 間的數(shù)據(jù)通信。2）串行通信串行通信是以二進(jìn)制的位（bit）為單位的數(shù)據(jù)傳輸方式。每次

21、只傳一位，如上 圖7-4b所示。串行通信需要的信號(hào)少，最少的只需用兩三根線，適用于距離較遠(yuǎn)的 場(chǎng)合。計(jì)算機(jī)和PLC都備有通用的串行通信接口，工業(yè)控制中一般使用串行通信。串 行通信多用于PLC與計(jì)算機(jī)之間、多臺(tái)PLC之間的數(shù)據(jù)通信。在串行通信中，傳輸速率常用比特率（每秒傳送的二進(jìn)制位數(shù)）來表示，其單位 是bit/s （比特/秒）。傳輸速率是評(píng)價(jià)通信速度的重要指標(biāo)。常用的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率有 300、600、1200、2400、4800、9600和19200bit/s等。不同的串行通信的傳輸速率 差別極大，有的只有數(shù)百比特的速率，有的可達(dá)到100Mbit/s。單工通信與雙工通信串行通信按信息在設(shè)備的傳送

22、方向又可分為單工、雙工兩種方式。單工通信方式 只能沿著單一方向發(fā)送或接受數(shù)據(jù)。雙工通信方式的信息可沿兩個(gè)方向傳送，每一個(gè) 站既可以發(fā)送數(shù)據(jù)，又可以接收數(shù)據(jù)。雙工方式又分為全雙工和半雙工兩種方式。異步通信與同步通信異步通信又稱起止式傳輸。異步通信的信息格式如圖15所示，發(fā)送的數(shù)據(jù)字符 由1個(gè)起始位、78個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)奇偶校驗(yàn)位（可以沒有）和停止位（1位、1.5位 或2位）組成。異步通信傳送附加的非有效信息較多，它的傳輸速率較低，一般用于低速通信，PLC 一般使用異步通信。0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1： 1 : 1起始位校役位 停止位a)起始位（1 位）數(shù)

23、據(jù)位（5-8位）校驗(yàn)位停止位b）圖4-4-2 a）異步通信傳輸b）異步協(xié)議幀格同步通信有兩種類型。一種是面向字符同步協(xié)議，一種是面向位（bit）同步協(xié) 議。同步通信以字（B）為單位（1B=8bit），以多個(gè)字符或者多個(gè)位組合成的數(shù)據(jù)塊 為單位進(jìn)行傳輸。2、PLC常用通信接口PLC通信主要采用串行異步通信，常用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)有RS-232C、RS-422A 和 RS-485 等。（1）RS-232CRS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA于1969年公布的通信協(xié)議，它的全稱是“數(shù)據(jù) 終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口標(biāo)準(zhǔn)” RS-232C 接口標(biāo)準(zhǔn)是目前計(jì)算機(jī)

24、和PLC中最常用的一種串行通信接口。RS-232C采用負(fù)邏輯，用-5-15V表示邏輯“1”，用+5+15V表示邏輯“0”。噪 聲容限為2V，即要求接收器能識(shí)別出低至+3V的信號(hào)作為邏輯“0”，高到-3V的信號(hào) 作為邏輯“ 1”。RS-232C只能進(jìn)行一對(duì)一的通信，RS-232C可使用9針或25針的D 型連接器。（2）RS-422與RS-485串行接口標(biāo)準(zhǔn)RS-422、RS-485與RS-232不一樣，數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳 輸，它使用一對(duì)雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B。通常情況下，發(fā)送 驅(qū)動(dòng)器A、B之間的正電平在+2+6V之間，是一個(gè)邏輯狀態(tài)，負(fù)電平在-2-6V之間

25、， 是另一個(gè)邏輯狀態(tài)。另有一個(gè)信號(hào)地C，在RS-485中還有一 “使能”端，而在RS-422 中這是可用可不用的?！笆鼓堋倍擞糜诳刂瓢l(fā)送驅(qū)動(dòng)器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng)“使 能”端起到作用時(shí)，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，即它是有別于邏輯 “1”與“0”的第三態(tài)。接收器也作與發(fā)送端相對(duì)的規(guī)定，收、發(fā)端通過平衡雙絞線將AA與BB對(duì)應(yīng)相連， 當(dāng)在接收端AB之間有大于+200mV6V之間。1）RS-422的電氣規(guī)定RS-422標(biāo)準(zhǔn)全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路 的特性。典型的RS-422為四線接口，實(shí)際上還有一根信號(hào)地線，共5根線，比RS-232 有更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力

26、，故允許在相同的傳輸線上連接更多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，最多可接10個(gè) 節(jié)點(diǎn)。即一個(gè)主設(shè)備（Master），其余為從設(shè)備（Slave）。從設(shè)備之間不能通信， 所以RS-232支持點(diǎn)對(duì)多的雙向通信。RS-422的最大傳輸距離為4000ft （約1219m）， 最大傳輸速率為10Mbit/s。2）RS-485的電氣規(guī)定RS-485可以采用二線與四線方式，二線之久可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信。采用 四線連接時(shí)，與RS-422 一樣只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多的通信，即只能有一個(gè)主（Master）設(shè) 備，其余為從設(shè)備，但它比RS-422有改進(jìn)，無論四線還是二線連接方式，總線上都 可接到多大32個(gè)設(shè)備。RS-485是-7V+12V之

27、間，RS-485與RS-422 一樣，其最大傳 輸距離約為1219m，最大傳輸速率為10Mbit/s.3、PLC通信協(xié)議在目前的工業(yè)通信領(lǐng)域中，各個(gè)設(shè)備供應(yīng)商基本上都推出了自己的專用通訊協(xié) 議。為了使不同供應(yīng)商的設(shè)備能夠互相推薦，幾乎大部分設(shè)備都支持MODBUS或PROFIBUS 協(xié)議。MODBUS協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之 間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其他設(shè)備之間可以通信，它已成為一個(gè)通用的 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。此協(xié)議定義了一個(gè)監(jiān)控器能夠認(rèn)識(shí)和使用的消息結(jié)構(gòu)，而不考慮它們是經(jīng)過何種 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的

28、。它描述了一個(gè)監(jiān)控器請(qǐng)求訪問其他設(shè)備的過程，如果回應(yīng)來自其他 設(shè)備的請(qǐng)求，怎樣偵測(cè)出錯(cuò)誤并記錄下來，它還制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。當(dāng)在一個(gè)MODBUS網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備 地址，識(shí)別按地址發(fā)來的信息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，控制器將生成 反饋信息并用MODBUS協(xié)議發(fā)出。在其他網(wǎng)絡(luò)上，包含了MODBUS協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在 此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換也拓展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路 徑及錯(cuò)誤檢測(cè)的方法。（1）MODBUS的通信結(jié)構(gòu)MODBUS采用主一一從通信結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中只有一個(gè)設(shè)備（主設(shè)備）能初始化傳 輸（查詢）。其他設(shè)備（

29、從設(shè)備）根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)。典型的 主設(shè)備有計(jì)算機(jī)、可編程面板和圖像面板。典型的從設(shè)備通常是一個(gè)工業(yè)控制器等。 主設(shè)備可單獨(dú)和從設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信。如果單獨(dú)通信，從 設(shè)備返回消息作為回應(yīng)，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應(yīng)。MODBUS協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式：設(shè)備（或廣播）地址、功能代碼、所有要 發(fā)送的數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤檢測(cè)域。標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS 口是使用RS-232C兼容串行口，它定義了 連接口的陣腳、電纜、信號(hào)位、傳輸波特率、奇偶校驗(yàn)等。控制器能直接或經(jīng)由Modem 組網(wǎng)。（2）MODBUS的通信方式MODBUS定義的通信方式有兩種：ACSH和RTU

30、（遠(yuǎn)程終端單元）。在MODBUS的通信 網(wǎng)絡(luò)中只能用其中一種通信方式，兩種通信方式不能同時(shí)存在。1） acs n模式當(dāng)控制器設(shè)為在MODBUS網(wǎng)絡(luò)上以ACSn（美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼）模式通信時(shí)， 在消息中的每8Bit字節(jié)都作為兩個(gè)ACS n字符發(fā)送。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是字符發(fā)送 的時(shí)間間隔可達(dá)到1S而不產(chǎn)生錯(cuò)誤，其幀格式如圖所示。地址功能代碼數(shù)據(jù)數(shù)量數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù) nCRC高字節(jié)CRC低字節(jié)回車換行圖4-4-3 ACS n模式幀格式Acsn方式的每個(gè)字節(jié)的格式：十六進(jìn)制，ACS n字符09，AF;消息中的每個(gè)Acsn字符都是一個(gè)十六進(jìn)制字符組成。每個(gè)字節(jié)的組成：1個(gè)起始位；7個(gè)數(shù)據(jù)位，最小的有效位

31、先發(fā)送；1個(gè)奇偶校驗(yàn)位，無校驗(yàn)位則無；1個(gè)停止位（有校驗(yàn)時(shí)），2個(gè)位（無校驗(yàn)時(shí)）。錯(cuò)誤檢測(cè)域：LRC（縱向冗長(zhǎng)檢測(cè)）。2） RTU模式當(dāng)控制器設(shè)為在MODBUS網(wǎng)絡(luò)上以RTU（遠(yuǎn)程終端單元）模式通信時(shí)，在消息中的每 個(gè)8位的字節(jié)包含兩個(gè)4位的十六進(jìn)制字符。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：在同樣的波特 率下，可比ACSn方式傳送更多的數(shù)據(jù)，其幀格式如圖17所示。地址功能代碼數(shù)據(jù)數(shù)量數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)nCRC高字節(jié)CRC低字 節(jié)圖4-4-4 RTU模式幀格式RTU模式的每個(gè)8位域都是一個(gè)或兩個(gè)十六進(jìn)制字符組成。8位二進(jìn)制，十六位進(jìn)制數(shù)09, AF；消息中的每個(gè)8位域都是一個(gè)或兩個(gè)十六進(jìn)制字符組成。每個(gè)字節(jié)的組成：1

32、個(gè)起始位，最小的有效位先發(fā)送；1個(gè)奇偶校驗(yàn)位，無校驗(yàn)位則無；1個(gè)停止為（有校驗(yàn)時(shí)），2個(gè)位（無校驗(yàn)時(shí)）。錯(cuò)誤檢測(cè)域：CRC （循環(huán)冗長(zhǎng)檢測(cè)）。（3）地址域消息幀的地址包含兩個(gè)字符（ACSII）或8位（RTU）.可能的從設(shè)備地址是0-247（十 進(jìn)制）。單個(gè)設(shè)備的地址范圍是1-247.主設(shè)備通過將于聯(lián)絡(luò)的從設(shè)備的地址放入消息 中的地址域來選通從設(shè)備。當(dāng)從設(shè)備發(fā)送回應(yīng)消息時(shí)，它把自己的地址放入回應(yīng)的地 址域中，以便主設(shè)備知道是哪一個(gè)設(shè)備作出回應(yīng)。地址0用作廣播地址，以便所有的從設(shè)備都能認(rèn)識(shí)。當(dāng)MODBUS協(xié)議用于更高水 準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)，廣播不允許或以其他方式代替。（4）數(shù)據(jù)域數(shù)據(jù)域是由兩個(gè)十六進(jìn)制數(shù)構(gòu)成

33、的，范圍00-FF。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸模式，這可以是 由一對(duì)ACS II字符構(gòu)成或由一 RTUZ字符組成。從主設(shè)備發(fā)給從設(shè)備消息的數(shù)據(jù)域包含附加的信息：從設(shè)備必須用于執(zhí)行由功能 代碼所定義的行為。這包括了不連續(xù)的寄存器地址，要處理項(xiàng)的數(shù)目，域中實(shí)際暑假 字節(jié)數(shù)。如果沒有錯(cuò)誤發(fā)生，從設(shè)備返回的數(shù)據(jù)域包含請(qǐng)求的數(shù)據(jù)。如果有錯(cuò)誤發(fā)生，此 域包含一異議代碼，主設(shè)備應(yīng)用程序可以用來作為判斷采取下一步行動(dòng)的依據(jù)。在某種消息中數(shù)據(jù)域可以是不存在的（0長(zhǎng)度）。（3）MODBUS字符的連續(xù)傳輸當(dāng)消息再標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS系列網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)，每個(gè)字符或字節(jié)發(fā)送方式（從左 到右）為：最低有效位最高有效位。3、S7-200的通信

34、方式及通信模塊S7-200支持的通信協(xié)議很多，具體介紹以下集中：（1）ppi通信方式ppi是一個(gè)主從協(xié)議：主站向從站發(fā)送請(qǐng)求，從站作出應(yīng)答。從站不主動(dòng)發(fā)送 信息，而是等候主站向其發(fā)出請(qǐng)求或查詢，要求其應(yīng)答。主站通過由ppi不限制能夠 與任何一臺(tái)從站通信。ppi不限制能夠與任何一臺(tái)從站通信的主站數(shù)碼，但是卻無法 在網(wǎng)絡(luò)中安裝32臺(tái)以上主站。如果選擇“PPI高級(jí)協(xié)議”，則允許網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在設(shè)備之間建立邏輯連接。但使用 “PPI高級(jí)協(xié)議”，每臺(tái)設(shè)備可提供的連接數(shù)目有限。下面是設(shè)置PPI參數(shù)的步驟：1）在“PC/PPIcable”屬性中“站參數(shù)”區(qū)域的PPI標(biāo)記上，選擇“地址”方框中的一個(gè)數(shù)字。2）在“超

35、時(shí)”方框中選擇一個(gè)數(shù)值。3）確定希望將STEP7-Micro/WIN用在配備多臺(tái)主站的網(wǎng)絡(luò)上時(shí)。4）STEP7-Micro/WIN網(wǎng)絡(luò)上通信的速率設(shè)置。5）選擇最高站址（圖標(biāo)地址）6）單擊“本地連接”選項(xiàng)卡7）在“本地連接”選項(xiàng)卡中，選擇PC/PPI電纜與之連接的COM端口。（2）MPI方式MPI允許主站與主站或主站與從站之間的通信，如圖18所示。圖4-4-5 MPI多臺(tái)主站網(wǎng)絡(luò)在與S7-200 CPU通信時(shí)，STEP7-Micro/WIN建立主站與從站的連接。網(wǎng)絡(luò)設(shè) 備通過任何二臺(tái)設(shè)備之間的（由MPI協(xié)議管理的）不同連接進(jìn)行通信，設(shè)備之間的通信受S7-200 CPU或EM277模塊支持的連接

36、數(shù)目的限制。（3）自由口通信方式PPI通信協(xié)議是西門子公司專門為S7-200系列PLC開發(fā)的一種通信協(xié)議， 一般不對(duì)外開放。而由自由口模式則是對(duì)用戶完全開放的，在自由口模式下通信 協(xié)議有用戶定義的。在自由口模式下PC機(jī)與PLC之間是主從關(guān)系，PC機(jī)始終處 于主導(dǎo)地位，計(jì)算機(jī)通過串行口發(fā)送指令到PLC的通信端口，PLC通過RCV接收 指令接收信息，然后對(duì)指令進(jìn)行譯碼，移民后再調(diào)用相應(yīng)的子程序?qū)崿F(xiàn)PC機(jī)發(fā) 出的指令要求，并通過XMT指令返回執(zhí)行的狀態(tài)信息在進(jìn)行通信之前，必須先對(duì)通信口初始化，S7-200系列PLC（CPU224）主要 是通過對(duì)相關(guān)的特殊寄存器SMB30及其他特殊寄存器進(jìn)行設(shè)置來實(shí)現(xiàn)

37、的，SMB30 各位的含義如圖19所示，當(dāng)mm=0時(shí)PLC工作于自由口模式。圖PPdbbbmm4-4-6 SMB30各位的含義（4）PROFIBUS通信方式PROFIBUS協(xié)議用于與分布式I/O設(shè)備（遠(yuǎn)程I/O）進(jìn)行高速通信。各類制造商提 供多種PROFIBUS設(shè)備。通常，在S7-200中，PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)有一臺(tái)主站和幾臺(tái)I/O從站。通過主站的配置，可了解連接的I/O從站的類型以及連接的地址。主站初始化網(wǎng) 絡(luò)，并核實(shí)網(wǎng)絡(luò)上的從站與配置是否相符。主站不斷將輸出數(shù)據(jù)寫入從站，并從從站 設(shè)備輸入數(shù)據(jù)。四、任務(wù)實(shí)訓(xùn)1、兩臺(tái)S7-200的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：兩個(gè)PLC之間的自由口通信。已知有兩臺(tái)S7-

38、224型號(hào)PLC甲和乙。要求 甲機(jī)和乙機(jī)采用可編程通信模式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。乙機(jī)的IB0控制甲機(jī)的QB0。對(duì)發(fā)送 和接收的時(shí)間配合關(guān)系無特殊要求。乙機(jī)發(fā)送梯形圖、甲機(jī)接收梯形圖如圖所示：CPU工作方式開關(guān)在TERM位宣 時(shí).設(shè)苜自由通信協(xié)設(shè)FU工作萬式開關(guān)在RUN位苜時(shí), 設(shè)苜黑寸點(diǎn)接口協(xié)議創(chuàng)建f發(fā)違數(shù)據(jù)所指曰指定發(fā)送的字節(jié)數(shù)陪妾發(fā)送的數(shù)據(jù)首于待發(fā)詵由數(shù)據(jù) 緩忡區(qū)中執(zhí)行發(fā)送命令，將數(shù)據(jù)從端口 0發(fā) 逶到甲機(jī)的數(shù)據(jù)緩沖器中圖4-4-7乙機(jī)發(fā)送梯形圖5M0.7=-MOV_BENENO刃INOUT -$148303 MO 7SM30GT I日)5M0.QT I(ENI)CPU工作方式開關(guān)違TERM位苴

39、時(shí)，股宣自由口通信協(xié)議CPU工作方式開關(guān)在RUN位置 時(shí)、設(shè)置點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口協(xié)議設(shè)直援跋完成中斷謠拷開中斷I SM0.09甲機(jī)推收主程序wov_6將割攵到媛沖區(qū)的貌據(jù)取出EMEND男SMB2- IN_M -QBO圖4-4-8甲機(jī)發(fā)送梯形圖2、PLC與變頻器直接的通信(1) PLC與變頻器之間的通訊在西門子產(chǎn)品中是分以下幾個(gè)步驟來完成的：首 先要在STEP7-MicroWIN編程軟件上對(duì)變頻器的控制通過USS協(xié)議指令進(jìn)行各種設(shè)定，然后將其設(shè)定下載到PLC，最后連接變頻器與PLC。當(dāng)PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，就會(huì)根 據(jù)USS協(xié)議指令的要求與變頻器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制。USS_INIT初始化指令與格

40、式:梯形圖LAD語句表STL；功能操作碼操作數(shù)；USSJNIT |ENDone 用于允許和初始化ode Error CALL USS_.INITMode! Baud： Active! Error或禁止 Micro-MudMaster變頻器通信(Active|圖4-4-9 USS_INIT初始化指令與格式USS_CTRL驅(qū)動(dòng)變頻器指令：梯形圖LAD涪句表STL功能操作碼操作數(shù)USS-CTRLENRjesp_ R一RUNErrorOFF2StatusOFF3Speed:CALLRUN, OFF2s OFF3, F.ACK, DIR住. Drive! Speed_SP! Resp Rt Err餐USSjCRTL指令用于控制 被激活的MicroMaster變 頻器。USS_CRTL指令把選擇的 命在波在木通信緩沖區(qū) 內(nèi)，經(jīng)通信緩沖區(qū)發(fā)送到F_ACKRun_EN DIRD Dir DriveI nl dbit TypeFault Se/cI.eUSS-CTRLStatus, Speed, Run_ENf D_Dir? inhibit) Fault由DRIVER指定的變頻 器，如果-參變頻