基于PLC的水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

aragraphFormatLineSpaci2222222222222222222222ngLinesToPoints2SelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointselectionParagraphFccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPoctionParagraSelec aragraphFormatLineSpaci2222222222222222222222ngLinesToPoints2SelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointselectionParagraphFccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPoctionParagraSelec 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20* 20*學(xué)年 第 一 學(xué)期 畢業(yè)設(shè)計(jì) 課題 名稱： 基 于 PLC 控制系統(tǒng)的水塔水位設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)時(shí)間： 系 部 ： 班 級(jí) ： 姓 名： 指導(dǎo)教師： aragraphFormatLineSpaci2222222222222222222222ngLinesToPoints2SelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointselectionParagraphFccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPoctionParagraSelec aragraphFormatLineSpaci2222222222222222222222ngLinesToPoints2SelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointselectionParagraphFccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPoctionParagraSelec 任務(wù)書 系 部 指導(dǎo)教師 職稱 學(xué)生姓名 班級(jí) 學(xué)號(hào) 設(shè)計(jì)題目 基于 PLC 控制系統(tǒng)的水塔水位設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) 內(nèi)容 目標(biāo) 和 要求 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容和目標(biāo)： 1、 應(yīng)用 S7-300 PLC 控制水塔水位系統(tǒng)的硬件電路，并利用OB1 的梯形圖控制程序設(shè)計(jì)。通過控制 S7 300 PLC 的定時(shí)繼電器的功能來實(shí)現(xiàn) 水塔水位控制 的運(yùn)行。 2、本次畢業(yè)設(shè)計(jì)目標(biāo)： （ 1）通過對(duì)工程實(shí)例的模擬，熟練地掌握 PLC 的編程和程序調(diào)試方法； （ 2）進(jìn)一步熟悉 PLC 的 I/O 連接； （ 3）熟悉 水塔水位 等類似邏輯的工程實(shí) 際的編程方法。 二、 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文要求： 1、提出選題的初步設(shè)想和研究目的 ； 2、完成輸入和輸出分析 ； 3、 完成本畢業(yè)設(shè)計(jì)硬件組態(tài) 和 I/0 分配表 ； 4、 完成本畢業(yè)設(shè)計(jì) 梯形圖控制 程序設(shè)計(jì) ； 5、 完成程序調(diào)試 ； 6、完成 WinCC 畫面調(diào)試； 7、根據(jù)本畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)、編程、工作過程，形成符合學(xué)校規(guī)定的畢業(yè)設(shè)計(jì)書面文檔。 教研室 審核 系部 審核 aragraphFormatLineSpaci2222222222222222222222ngLinesToPoints2SelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointselectionParagraphFccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPoctionParagraSelec aragraphFormatLineSpaci2222222222222222222222ngLinesToPoints2SelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointselectionParagraphFccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPoctionParagraSelec 開開 題題 報(bào)報(bào) 告告 書書 （ 表表 1） 學(xué)生姓名 專業(yè) 班級(jí) 學(xué) 號(hào) 題 目 基于 PLC 水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 李建榮 職稱 講師 學(xué) 位 學(xué)士 題目類別 工程設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)研究 應(yīng)用研究 其它 【課題的內(nèi)容與要求】 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容是應(yīng)用 S7-300 PLC 控制水塔水位系統(tǒng)的硬件電路，并利用 OB1 的梯形圖控制程序設(shè)計(jì)。通過控制 S7 300 PLC 的 定時(shí)繼電器的功能來實(shí)現(xiàn)水塔水位的升降。 要求 ：（ 1） 水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的， 4 個(gè)液位指示燈全亮。當(dāng)執(zhí)行程序時(shí)，掃描到水池為液位低于水池下限液位時(shí)，電磁閥打開，開始往水池離境稅，如果進(jìn)水超過 4 秒，而水池液位沒有超過水池下限位，說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。若 4 秒之后水池液位按預(yù)定的超過水池下限位，說明系統(tǒng)在正常的工作，水池下限位的指示燈 A1 滅，此時(shí)，水池的液位已經(jīng)超過了下限位了，系統(tǒng)檢測到此 信號(hào)時(shí)，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵開始工作，向水塔供水。 （ 2） 當(dāng)水池的液位超過 水池上限液位時(shí)，水池上限指示燈 A2 滅，電磁閥就關(guān)閉，但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，可此時(shí)水塔液位已經(jīng)超過水塔下限水位，則水塔下限指示燈 A3 滅，水泵繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽滿時(shí)，水塔液位超過水塔上限，水塔上限指示燈 A4 滅，但剛剛給水塔供水的時(shí)候，水泵已經(jīng)把水池的水抽走了，此時(shí)水塔液位已經(jīng)低于水池上限，水池上限指示燈 A2 亮。此次給水塔供水完成。 【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(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，可靠性極高、編程簡單方便、使用方便、 維護(hù)方便、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)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(qiáng)。 aragraphFormatLineSpaci2222222222222222222222ngLinesToPoints2SelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointselectionParagraphFccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPoctionParagraSelec aragraphFormatLineSpaci2222222222222222222222ngLinesToPoints2SelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointselectionParagraphFccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPoctionParagraSelec 【 方案的 比較與評(píng)價(jià) 】 PLC 的應(yīng)用大大地減少了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)時(shí)間和勞動(dòng)力。同時(shí)， PLC 方便了工廠管理和工人的操作，提高了經(jīng)濟(jì)效益。 采用 PLC 控制系統(tǒng)以后，提高了自動(dòng)控制的可靠性。 當(dāng) PLC 存在故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)報(bào)警并顯示故障原因，安全性能較好，便于維修。 【預(yù)期的 效果及指標(biāo) 】 通過 STEP7 仿真軟件調(diào)試，實(shí)現(xiàn)所有的控制任務(wù)。能建立 WINCC 畫面模擬 監(jiān)控，可以看到水位調(diào)控的的過程，達(dá)到任務(wù)的要求。 指標(biāo)：系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試后，能穩(wěn)定正常工作，在故障狀態(tài)能發(fā)出報(bào)警。通過 Wincc 畫面，能控制、監(jiān)控系統(tǒng)工作全過程，系統(tǒng)報(bào)警在 Wincc 畫面能準(zhǔn)確及時(shí)反應(yīng)。 【進(jìn)度安排】 20* 年 9 月 21 日 - 2010 年 9 月 30 日 選題、調(diào)研、收集資料 20* 年 10 月 8 日 - 2010 年 10 月 15 日 論證、開題 2010 年 10 月 16 日 - 2010 年 11 月 30 日 設(shè)計(jì)（寫作初稿） 2010 年 12 月 1 日 - 2011 年 1 月 10 日 修改、定稿、打印 【參考文獻(xiàn)】 1胡學(xué)林 . 可編程控制器原理及應(yīng)用 .北京 .電子工業(yè)出版社 ， 2007. 2胡學(xué)林 . 可編程控制器教程（提高篇） .北京 .電子工業(yè)出版社 ， 2005. 3汪志峰 .可編程控制器原理及應(yīng)用 .西安 .電子科技大學(xué)出版社 ， 2004. 4廖常初 . S7-300/400PLC 應(yīng)用技術(shù) .北京 .機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2005. 【指導(dǎo)教師意見】（有針對(duì)性地說明選題意義及工作安排是否恰當(dāng)?shù)龋?同意提交開題論證 修改后提交 不同意提交（請說明理由） 指導(dǎo)教師簽章： 年 月 日 【系部意見】 同意指導(dǎo)教師意見 不同意指導(dǎo)教師意見（請說明理由） 其它（請說明） 系（部）主任簽章： 年 月 日 aragraphFormatLineSpaci2222222222222222222222ngLinesToPoints2SelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointselectionParagraphFccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPoctionParagraSelec aragraphFormatLineSpaci2222222222222222222222ngLinesToPoints2SelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointselectionParagraphFccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPoctionParagraSelec 基于 PLC 控制系統(tǒng)控制的水塔水位 摘 要 隨著科技的發(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(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，可靠性極高、編程簡單方便、使用方 便、維護(hù)方便、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)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(qiáng)。本水塔水位控制系統(tǒng)采用 PLC 為控制核心，具備開啟和全部停止功能， 這是一種 PLC 控制的自動(dòng) 調(diào)節(jié) 控制系統(tǒng)。應(yīng)用此控制系統(tǒng)能顯著提高勞動(dòng) 效 率，減少勞動(dòng) 強(qiáng)度。 關(guān)鍵詞 高集成度 通信組網(wǎng) 水塔水位 PLC aragraphFormatLineSpaci2222222222222222222222ngLinesToPoints2SelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointselectionParagraphFccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPoctionParagraSelec aragraphFormatLineSpaci2222222222222222222222ngLinesToPoints2SelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointselectionParagraphFccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPoctionParagraSelec Based on PLC control system control towers water level Abstract： With technological development, both in daily life, or the industrial and agricultural development, plc have wide application. PLC general features: strong anti-jamming capability, high reliability, programming is simple and convenient, easy operation and maintenance convenience, design, construction, commissioning period is short, easy to realize the electromechanical integration. PLC general development trend is: high function, high speed, high level of integration, large capacity, small volume, low cost, communication networking capability is strong. This water tower water level control system adopts PLC as control core, with open and full stop functions， this is a kind of PLC automatic adjustment of the control system. Application of this control system can significantly improve the work efficiency and reduces labor intensity. Key words： The high level of Integration communication networking towers Water level PLC aragraphFormatLineSpaci2222222222222222222222ngLinesToPoints2SelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointselectionParagraphFccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPoctionParagraSelec aragraphFormatLineSpaci2222222222222222222222ngLinesToPoints2SelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointselectionParagraphFccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPoctionParagraSelec 目 錄 第 1 章 緒 論 . - 1 - 1.1 可編程控制器 . - 1 - 1.2 可編程控制器使 用前景 . - 2 - 1.3 PLC 的發(fā)展 . - 3 - 1.4 PLC 的基本結(jié)構(gòu) . - 4 - 1.5 PLC 的控制原理 . - 9 - 1.6 PLC 的特點(diǎn) . - 10 - 第 2 章 水塔水位控制系統(tǒng) PLC 硬件設(shè)計(jì) . - 13 - 2.1 水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 . - 13 - 2.2 水塔水位控制系統(tǒng)主電路 . - 13 - 2.3 I/O 接口分配 . - 14 - 2.3.1 列出水塔水位控制系統(tǒng) PLC 的輸入 /輸出接口分配表。 . - 14 - 2.3.2 水塔水位控制系統(tǒng)的 I/O 設(shè)備 . - 14 - 第 3 章 水塔水位控制系統(tǒng) PLC 軟件設(shè)計(jì) . - 15 - 3.1 程序流程圖 . - 15 - 3.2 梯形圖程序設(shè)計(jì)及工作過程分析 . - 16 - 3.2.1 工作過程 . - 17 - 3.2.2 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖 . - 17 - 第 4 章 水塔水位控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì) . - 20 - 4.1 組態(tài)軟件概述 . - 20 - 4.2 組態(tài)軟件在我國的發(fā)展 . - 20 - 4.3 組態(tài)軟件的功能特點(diǎn)發(fā)展方向 . - 21 - 4.4 建立 WINCC 組態(tài)畫面 . - 21 - 4.4.1 WINCC 組態(tài)畫面 . - 21 - 4.4.2 畫面演示 . - 22 - 總結(jié) . - 28 - 致 謝 . - 29 - 參考文獻(xiàn) . - 30 - 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - 1 - 第 1 章 緒 論 1.1 可編程控制器 可編程控制器（ Programmable Controller ） , 也稱可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller），是以微處理器為核心的工業(yè)自動(dòng)控制通用裝置，是計(jì)算機(jī)家族的一名成員，簡稱 PC，為了避免與個(gè)人電腦（也簡稱為 PC）相混淆，通常將可編程控制器簡稱為 PLC。 可編程控制器的產(chǎn)生與繼電器 接觸器控制系統(tǒng)有很大的關(guān)系。繼電器 接觸器控制已有 上百年的歷史，它是一種用弱電信號(hào)控制強(qiáng)電信號(hào)的電磁開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡單、電路直觀、價(jià)格低廉、容易操作、易于維修的優(yōu)點(diǎn)。此種控制系統(tǒng)布局固定，按預(yù)先規(guī)定的時(shí)間、條件、順序工作。對(duì)于工作模式固定、要求比較簡單的場合非常適用，至今仍有廣泛的用途。但是當(dāng)工作模式改變時(shí)，就必須改變控制系統(tǒng)的硬件接線，控制柜內(nèi)的物件和接線都要作相應(yīng)的變動(dòng)，改造工期長，費(fèi)用高，用戶改造時(shí)寧愿扔掉舊控制柜，另作一個(gè)新控制柜使用，阻礙了產(chǎn)品更新?lián)Q代。 隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場競爭激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期日益縮短，工業(yè)生產(chǎn)從大批量、少品種向 小批量、多品種轉(zhuǎn)換，繼電器 接觸器控制難以滿足市場需要，此問題首先被美國通用汽車公司（ GM 公司）提了出來。通用汽車公司為適合汽車型號(hào)的不斷翻新，滿足用戶對(duì)產(chǎn)品的多樣性的需求，公開對(duì)外招標(biāo)，要求制造一種新的工業(yè)控制裝置，取代傳統(tǒng)的繼電器 接觸器控制。其對(duì)新裝置性能提出的要求就是著名的 GM10 條，即 編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序。 維護(hù)方便，最好是插件式。 可靠性高于繼電器控制柜。 體積小于繼電器控制柜 。 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)。 在成本上可與繼電器控制柜競爭。 輸入可以是交流 115V。 輸出可以是交流 115V、 2A 以上，可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥。 在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只要很小變更。 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - 2 - 用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展 4KB。 這十項(xiàng)指標(biāo)就是現(xiàn)代 PLC 的最基本功能，值得注意的是 PLC 并不等同于普通計(jì)算機(jī)，它與有關(guān)的外部設(shè)備，按照“易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一體”和“便于擴(kuò)充功能”的原則來設(shè)計(jì)。 用可編程控制器代替了繼電器 接觸器的控制，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制功能，并且具有計(jì)算機(jī)功能靈活、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，用程序代替硬接線，減少了重新設(shè)計(jì)，重新接線的工作，此種控制器借鑒計(jì)算機(jī)的高級(jí)語言，利用面向控制過程，面向問題的“自然語言”編程，其標(biāo)志性語 言是極易為 IT 電器人員掌握的梯形圖語言，使得不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。這樣，工作人員不必在編程上發(fā)費(fèi)大量的精力，只需集中精力去考慮如何操作并發(fā)揮該裝置的功能即可，輸入、輸出電平與市電接口，是控制系統(tǒng)可方便地在需要的地方運(yùn)行。所以，可編程控制器廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域。 1969 年，第一臺(tái)可編程控制器 PDP-14 由美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）制作成功，并在 GM 公司汽車生產(chǎn)線上使用取得良好的效果，可編程控制器由此誕生，在控制領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生了歷史性革命。 PLC 問世時(shí)間不長，但是隨著微處理器的發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模 集成電路不斷出現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)不斷進(jìn)步， PLC 迅速發(fā)展。 PLC 進(jìn)入 90 年代后，工業(yè)控制領(lǐng)域幾乎全被 PLC 占領(lǐng)。國外專家預(yù)言， PLC 技術(shù)將在工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（ PLC、機(jī)器人和 CAD/CAM）中躍居首位。 我國在 80 年代初才開始使用 PLC，目前從國外引進(jìn)的 PLC 使用較為普遍的有日本 OMRON 公司 C 系列、三菱公司 F 系列、美國 GE 公司 GE 系列和德國西門子公司 S 系列等。 1.2 可編程控制器 使用前景 可編程控制器是 20 世紀(jì) 70 年代發(fā)展起來的控制設(shè)備，是集微處理器、存儲(chǔ)器、輸入 /輸出接口與中斷于一體的器件，已經(jīng)被 廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、化工、能源、交通等各個(gè)行業(yè)。計(jì)算機(jī)在操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、通行能力上的飛速發(fā)展，大大增強(qiáng)了可編程控制器通信能力，豐富了可編程控制器編程軟件和編程技巧，增強(qiáng)了 PLC 過程控制能力。因此，無論是單機(jī)還是多機(jī)控制、是流水線控制還是過程控制，都可以采用可編程控制器。 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - 3 - 在改革開放最初幾年，我國工業(yè)生產(chǎn)還處于手動(dòng)操作階段，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)力浪費(fèi)嚴(yán)重，生產(chǎn)發(fā)展緩慢。而國際工業(yè)發(fā)展都處于自動(dòng)化向高度自動(dòng)化水平前進(jìn)，生產(chǎn)效率高，節(jié)約勞動(dòng)力和生產(chǎn)成本，社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平也隨之提升快。我國正處于工業(yè)發(fā)展階段，工 業(yè)生產(chǎn)水平急需提高， 推廣和普及可編程控制器的使用技術(shù)對(duì)提高我國的工業(yè)自動(dòng)化水平及生產(chǎn)效率都有十分重要的意義 。 1.3 PLC 的發(fā)展 雖然 PLC 問世時(shí)間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步， PLC 也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分三個(gè)階段： 早期的 PLC 一般稱為可編程邏輯控制器。這時(shí)的 PLC 多少有點(diǎn)繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制，定時(shí)等。它在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在 I/O 接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場 的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式 梯形圖。因此，早期的 PLC 的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。其中 PLC 特有的編程語言 梯形圖一直沿用至今。 在 70 年代，微處理器的出現(xiàn)使 PLC 發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為 PLC 的中央處理單元 (CPU)。 這樣，使 PLC 得功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程 I/O 模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使 PLC 得應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。 進(jìn)入 80 年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價(jià)格大幅度下跌，使得各種類型的 PLC 所采用的微處理器的當(dāng)次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高 PLC 的處理速度 ，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得 PLC 軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - 4 - 1.4 PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖 1-1 所示： 一 、中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、 I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接 收現(xiàn)場各輸入裝置的狀 態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 圖 1-1 PLC 控制系統(tǒng)示意圖 如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 為了進(jìn)一步提高 PLC 的可靠性，近年來對(duì)大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 二 、存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件 的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。 PLC 常用的存儲(chǔ)器類型 RAM （ Random Assess Memory） 這是一種讀 /寫存儲(chǔ)器 (隨機(jī)存儲(chǔ)器 )，其存取速度最快，由鋰電池支持。 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - 5 - EPROM（ Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除的只讀存儲(chǔ)器。在斷電情況下，存儲(chǔ)器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。 (在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲(chǔ)器內(nèi)容 )。 EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除的只讀存儲(chǔ)器。使用編程器就能很容易地對(duì)其所存儲(chǔ)的內(nèi)容進(jìn)行修改。 PLC 存儲(chǔ)空間的分配 雖然各種 PLC 的 CPU 的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù) PLC 的工作原理，其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域： 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū) 系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)（包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等） 用戶程序存儲(chǔ)區(qū) 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化在 EPROM 中，用戶不能直接存取。它和硬件一 起決定了該 PLC 的性能。 系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)：系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)包括 I/O 映象區(qū)以及各類軟設(shè)備，如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計(jì)時(shí)器；計(jì)數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲(chǔ)器。 I/O 映象區(qū)：由于 PLC 投入運(yùn)行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此，它需要一定數(shù)量的存儲(chǔ)單元 (RAM)以存放 I/O 的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作 I/O映象區(qū)。一個(gè)開關(guān)量 I/O 占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位（ bit），一個(gè)模擬量 I/O 占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字（ 16 個(gè) bit）。因此整個(gè) I/O 映象 區(qū)可看作兩個(gè)部分組成：開關(guān)量 I/O 映象區(qū)；模擬量 I/O 映象區(qū)。 系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū) ：除了 I/O 映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)還包括 PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域，前者在PLC 斷電時(shí)，由內(nèi)部的鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會(huì)遺失；后者當(dāng) PLC 斷電時(shí)，數(shù)據(jù)被清零。 用戶程序存儲(chǔ)區(qū) ：主要用來存放用戶的應(yīng)用程序。所謂用戶程序是指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的控制程序。此程序由使用者通過編程揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - 6 - 器輸入到 PLC 機(jī)的 RAM 存貯器中，以便于用戶隨時(shí)修改。也可將用戶程序存放在 EEPROM 中。 三 、輸入 /輸出模塊 輸入 /輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的接口?，F(xiàn)場的輸入信號(hào)，如按鈕開關(guān)，行程開關(guān)、限位開關(guān)以及傳感輸出的開關(guān)量或模擬量 (壓力、流量、溫度、電壓、電流 )等，都要通過輸入模塊送到 PLC。由于這些信號(hào)電平各式各樣，而可編程控制器 CPU 所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以輸入模塊還需將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成 PLC 能夠接受和處理的數(shù)字信號(hào)。輸出模塊的作用是接收中央處理 器處理過的數(shù)字信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行部件所能接受的控制信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)如電磁閥、燈光顯示、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？删幊炭刂破饔卸喾N輸入 /輸出模塊，其類型有數(shù)字量輸入 /輸出模塊和模擬量輸入 /輸出模塊。這些模塊又分直流和交流、電壓和電流類型，每種類型又有不同的參數(shù)等級(jí)，主要有數(shù)字量輸入 /輸出模塊和模擬量輸入 /輸出模塊，部件上都設(shè)有輸入接線端子排，為了濾除信號(hào)的噪聲和便于 PLC 內(nèi)部對(duì)信號(hào)的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)鎖存電路。數(shù)字量輸入模塊帶有光電禍合電路，其目的是把PLC 與外部電路隔離開來，以提高 PLC 的抗千擾能力。數(shù)字量輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸入 /輸出模塊主要用來實(shí)現(xiàn)模擬量一數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，即 A/D 或 D/A 轉(zhuǎn)換。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一些信號(hào)是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過模擬量輸入 /輸出模塊與 PLC 的中央處理器連接。模擬量輸入模塊 A/D 轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)光電禍合器和輸入鎖存緩沖器與 PLC 的 1/0 總線掛接。模擬量輸出模塊 D/A 轉(zhuǎn)換前的二進(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)光電禍合器和輸出鎖存器與 PLC 的 1/0 總線掛接?，F(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓主要是 0 一 5 伏和 O 一 10 伏兩種，模擬電流主要是 0 一 ZomA 和 4 一 ZomA 兩種。另外還有。一 somV， o 一 IV、一 5 一 +SV、一 10 一 +10V， o 一 10mA 等。模擬量輸入模塊接收到標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓或電流后，把它轉(zhuǎn)換成 8 位、 10 位或 12 位的二制數(shù)字信號(hào)，送給中央處理器進(jìn)行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流輸出信號(hào)，提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 四 、擴(kuò)展模塊 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - 7 - 當(dāng)一個(gè) PLC 中心單元的 1/0 點(diǎn)數(shù)不夠用時(shí)，就要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展接口就是用于連接中心基本單元與擴(kuò) 展單元的。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，各可編程控制器制造廠家已經(jīng)開發(fā)出一系列的智能接口模塊，使可編程控制器的功能更加強(qiáng)大和完善。智能 1/0 接口模塊種類很多，例如高速技術(shù)模塊、 PLCA 控制模塊、數(shù)字位基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)置譯碼模塊、閥門控制模塊、中斷控制模塊、智能存貯模塊以及智能 1/0 模塊等。 五 、編程器 它的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機(jī)或磁帶機(jī)相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在 磁帶上，磁帶上的信息可以重新裝入 PLC。目前編程器主要有以下三種類型 :便攜式編程器 (也叫簡易編程器 );圖形編程器 ;用于 IBM 一 PC 及其兼容機(jī)的編程器。便于攜帶的特點(diǎn)，一般只能用指令形式編程，通過按鍵輸入指令，通過數(shù)碼管或液晶顯示器加以顯示、這種編程器適合小型可編程控制器的編程要求。圖形編程器以液晶顯示器 (LCD)或陰極射線管 (CRT)作屏幕，用來顯示編程內(nèi)容和提供如輸入、輸出、輔助繼電器的占有情況、程序容量等各種信息，還可在調(diào)試程序、檢查程序執(zhí)行時(shí)顯示各種信號(hào)狀態(tài)、出錯(cuò)提示等。使用圖形編程器可以月多種編程語 言編程，梯形圖顯示在屏幕上十分直觀。圖形編程器還可與打印機(jī)、錄音機(jī)、繪畫儀等設(shè)備連接，有較強(qiáng)的監(jiān)控功能。但它的價(jià)格高，適用于中、大型可編程控制器的編程要求。用于 IBM 一 PC 及其兼容機(jī)的編程器是個(gè)人計(jì)算機(jī)加上適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐?，也可直接編制成梯形圖，其監(jiān)控功能也很強(qiáng)。編程器工作方式主要有編程和監(jiān)控兩種，編程工作方式是在 PLC 機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)可以進(jìn)行編程，它的功能主要是輸入新的程序，或者對(duì)已有的程序予以編輯和修改。監(jiān)控工作方式可以對(duì)運(yùn)行中的控制器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和跟蹤，一般可以對(duì)某一線圈或觸點(diǎn)的工 作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，也可以對(duì)成組器件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，還可以跟蹤某一器件在不同時(shí)間的工作狀態(tài)，除搜索、監(jiān)視、跟蹤外，還可以對(duì)一些器件進(jìn)行操作。因此編程器的監(jiān)控方式對(duì)控制器中新輸入程序的調(diào)試與試運(yùn)行是非常有用和方便的。編程器的結(jié)構(gòu)一般包括顯示部分與鍵盤部分。顯示一般用液晶顯示器，主要的顯示內(nèi)容包括地址、數(shù)據(jù)、工作方式、指令執(zhí)行情況及系統(tǒng)工作狀態(tài)等。鍵盤有單功能鍵和雙功能鍵，在使用雙功能鍵的時(shí)候鍵盤中都備有一揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - 8 - 個(gè)選擇鍵，以選擇其中一種方式工作?，F(xiàn)在產(chǎn)品越來越模塊化，可編程控制器也不例外，它的結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)固，外形小巧 ， CPU 本身只提供了一定數(shù)量的數(shù)字輸入和輸出點(diǎn)數(shù)。不同廠家、不同型號(hào)的 PLC 的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)也不同，有的大型機(jī)輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)可達(dá) 16K，而很多小型機(jī)僅有 10 來點(diǎn)，而且 CPU 本身不帶模擬輸入與輸出，但 CPU 一般都帶有擴(kuò)展接口。因此，用戶選型后，所需的輸入或輸出點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，就需對(duì)系統(tǒng)做出必要的擴(kuò)展，各個(gè)廠家也生產(chǎn)了專用于擴(kuò)展用的各模板供用戶選用。擴(kuò)展模板的外形一般也小巧、堅(jiān)固，有易于接線的端子排，帶有擴(kuò)展總線或通過總線連接器與 CPU