PLC四路搶答器

1、鹽城工學院博雅學院PLC論文設計題目： 基于PLC的四路搶答器控制設計 姓 名： 蔣健所在系部： 電氣控制及其自動化 班級名稱： MZ電氣101 學 號： 0903290237 指導老師： 2012年 11 月目錄摘 要4第一章 PLC概述51.1 PLC的由來、定義及發(fā)展史51.1.1 PLC 的由來61.1.2 PLC 的定義61.1.3 PLC 的發(fā)展71.2 PLC的特點81.3 PLC的功能81.4 PLC的基本結構91.4.1 中央處理單元（CPU）91.4.2.存儲器91.4.3.電源101.5 PLC的工作原理101.6用單片機和PLC分別做系統的比較12第二章 PLC硬件電路

2、設計152.1 PLC控制分析152.2PLC機型的選擇步驟與原則162.3程序中所使用的FX系列PLC的編程元件介紹17三菱FX系列PLC取指令與輸出指令（LD/LDI/LDP/LDF/OUT）17三菱FX系列PLC觸點串聯指令（AND/ANI/ANDP/ANDF）19三菱FX系列PLC觸點并聯指令（OR/ORI/ORP/ORF）20三菱FX系列PLC塊作指令（ORB / ANB）20三菱FX系列PLC置位與復位指令（SET/RST）21傳送類指令MOV SMOV CMOV BMOV FMOV22三菱FX系列PLC常數（K、H）25三菱FX系列PLC輸入繼電器（X）25三菱FX系列PLC輸入

3、繼電器（Y）26輔助繼電器272.4 PLC控制中顯示器的連接29顯示器的基本內容29顯示器的主要特性30顯示器（LED數碼管）與PLC連接阻值計算302.5 外部硬件接線30第三章 PLC軟件設計323.1 I/O分配323.2 根據要求進行梯形圖設計333.3 程序運行過程分析38第四章 總結40參考文獻41摘 要隨著微處理器、計算機和數字通訊技術的飛速發(fā)展，計算機控制已擴展到所有的控制領域。而實用的搶答器這一種產品又是各個競賽類活動或者各種競技累節(jié)目等等場合所必不可少的一個輔助設備，隨著社會經濟的發(fā)張，各類選秀、比賽、智力競賽等等越來越多，在需求量增加的前提下，對于搶答器這一輔助設備的功

4、能要求也越來越多。而目前市場上的大多數的所謂智能搶答器多是早期設計型號，功能不全，大多只是帶有搶答鎖定的單一功能。而目前最近采用的一批搶答器型號，技術上也是越來越成熟，一般采用模擬電路或者數字電路控制，或者是模數結合的控制形式。目前比較先進的搶答器一般都具有倒計時、定時、自動（手動）復位、報警（有以音樂、蜂鳴聲、鐘表滴答聲等等來體現）、屏幕顯示、按鍵發(fā)光等多種復合功能。而我們都知道越是功能繁雜，工藝要求越是高，成本高，損壞檢修難度也相對比較困難。基于市場上搶答器的這一情況，要想改變這樣的這樣的一個現狀，必須化繁為簡，節(jié)約成本，提高準確率，而以PLC作為其核心部件來進行邏輯控制及信號的產生，用P

5、LC這一手段來達到最快最準最簡的目的。關鍵詞： PLC 搶答器 數碼管 三菱FX第一章 PLC概述1.1 PLC的由來、定義及發(fā)展史可編程控制器（Programmable Controller）是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）， 簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現邏輯控制隨著技術的發(fā)展這種裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC

6、。 可編程控制器（PLC）是一種新型的通用自動化控制裝置，它將傳統的繼電器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體，具有控制功能強，可靠性高，使用靈活方便，易于擴展等優(yōu)點而應用越來越廣泛。可編程控制器(Programmable Logic Controller)即PLC?，F已廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域。他以微處理為核心，用編寫的程序不僅可以進行邏輯控制，還可以定時，計數和算術運算等，并通過數字量和模擬量的輸入/輸出來控制機械設備或生產過程。美國電氣制造商協會經過4年調查，與1980年將其正式命名為可編程控制器（Programmable Controller），簡寫為PC。后來由于PC這個名稱常

7、常被用來稱呼個人電腦（Personal Computer），為了區(qū)別，現在也把可編程控制器稱為PLC。長見的幾種PLC如下圖1-1所示：圖1-1 三種常見的PLC1.1.1 PLC 的由來 在60 年代，汽車生產流水線的自動控制系統基本上都是由繼電器控制裝置構成的。當時汽車的每一次改型都直接導致繼電器控制裝置的重新設計和安裝。隨著生產的發(fā)展，汽車型號更新的周期愈來愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經常地重新設計和安裝，十分費時，費工，費料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現狀，美國通用汽車公司在1969 年公開招標，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標指標，即： 

8、;1編程方便現場可修改程序； 2維修方便采用模塊化結構； 3可靠性高于繼電器控制裝置； 4體積小于繼電器控制裝置； 5數據可直接送入管理計算機； 6成本可與繼電器控制裝置競爭； 7輸入可以是交流115V； 8輸出為交流115V 2A 以上能直接驅動電磁閥接觸器等； 9在擴展時原系統只要很小變更； 10用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。 1969 年，美國數字設備公司（DEC） 研制出第一臺PLC，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，很快地在美國其他工業(yè)領域推廣應用。到1971 年，已經成

9、功地應用于食品飲料冶金造紙等工業(yè)。 這一新型工業(yè)控制裝置的出現，也受到了世界其他國家的高度重視。1971 日本從美國引進了這項新技術，很快研制出了日本第一臺PLC。1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺PLC。我國從1974 年開始研制，于1977年開始工業(yè)應用。 1.1.2 PLC 的定義 PLC 問世以來，盡管時間不長，但發(fā)展迅速。為了使其生產和發(fā)展標準化，美國電氣制造商協會NEMA（National Electrical Manufactory Association） 經過四年的調查工作，于1984 年首先將其正式命名為PC（Programmable Controller），并給PC

10、 作了如下定義 “PC 是一個數字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令。用來執(zhí)行諸如邏輯，順序，計時，計數與演算等功能，并通過數字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機械或工作程序。一部數字電子計算機若是從事執(zhí)行PC 之功能著，亦被視為PC，但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器?！?以后國際電工委員會（IEC）又先后頒布了PLC 標準的草案第一稿，第二稿，并在1987 年2 月通過了對它的定義： “可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或

11、模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關外部設備，都按易于與工業(yè)控制系統聯成一個整體，易于擴充其功能的原則設計?！?總之，可編程控制器是一臺計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應用而設計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅動能力。但可編程控制器產品并不針對某一具體工業(yè)應用，在實際應用時，其硬件需根據實際需要進行選用配置，其軟件需根據控制要求進行設計編制。1.1.3 PLC 的發(fā)展一、早期的PLC（60 年代末70 年代中期）早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這時的PLC 多少有點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、

12、定時等。它在硬件上以準計算機的形式出現，在I/O 接口電路上作了改進以適應工業(yè)控制現場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。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)點包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復使用等。其中PLC 特有的編程語言梯形圖一直沿用至今。 二、中期的PLC（70 年代中期80 年代中后期） 在70 年代微處理器的出現使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

13、器作為PLC 的中央處理單元（CPU）。 這樣，使PLC 得功能大大增強。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數等功能以外，還增加了算術運算、數據處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數量增加，還提供了一定數量的數據寄存器，使PLC 得應用范圍得以擴大。 三、近期的PLC（80 年代中后期至今） 進入80 年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的PLC 所采用的微處理器的當次普遍提高。而且，為了進一步提高

14、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。1.2 PLC的特點一、高可靠性 所有的I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現場的外電路與PLC 內部電路之間電氣上隔離。 各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數一般為1020ms。 各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 采用性能優(yōu)良的開關電源。 對采用的器件進行嚴格的篩選。 良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟、硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴大。大型PLC 還可以采用由雙CPU 構成冗余系統或有三CPU 構成表決系統,使可靠性更進一步提高。 二、豐富的I/

15、O 接口模塊 PLC針對不同的工業(yè)現場信號，如：交流或直流；開關量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強電或弱電等。有相應的I/O 模塊與工業(yè)現場的器件或設備，如：按鈕、行程開關、接近開關、傳感器及變送器；電磁線圈，控制閥，直接連接另外為了提高操作性能，它還有多種人-機對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網絡，它還有多種通訊聯網的接口模塊，等等。 三、采用模塊化結構 為了適應各種工業(yè)控制需要除了單元式的小型PLC 以外絕大多數PLC 均 采用模塊化結構PLC 的各個部件包括CPU 電源I/O 等均采用模塊化設計由 機架及電纜將各模塊連接起來系統的規(guī)模和功能可根據用戶的需要自行組合 四、編程簡單易學

16、PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式對使用者來說 不需要具備計算機的專門知識因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握 五、安裝簡單維修方便 PLC不需要專門的機房可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行使用時只需將現 場的各種設備與PLC 相應的I/O 端相連接即可投入運行各種模塊上均有運行和 故障指示裝置便于用戶了解運行情況和查找故障 由于采用模塊化結構因此一旦某模塊發(fā)生故障用戶可以通過更換模塊的 方法使系統迅速恢復運行. 1.3 PLC的功能（1） 邏輯控制 （2） 定時控制 （3） 計數控制 （4） 步進（順序）控制 （5） PID 控制 （6） 數據控制 PLC 具有數據處理能力

17、（7） 通信和聯網 （8） 其它 PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT 模塊。1.4 PLC的基本結構PLC 實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同。1.4.1 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 系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據：檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤，當PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態(tài)和數據，并分別存入I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋

18、后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數運算的結果送入I/O 映象區(qū)或數據寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 為了進一步提高PLC 的可靠性，近年來對大型PLC 還采用雙CPU 構成冗余系統，或采用三CPU 的表決式系統。這樣，即使某個CPU 出現故障，整個系統仍能正常運行。 1.4.2.存儲器存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。 存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 一、 PLC 常用的存儲器類型 RAM （Random Assess Memory） 這是一種讀/寫存儲器（隨機存儲器）其存

19、取速度最快由鋰電池支持。EPROM （Erasable Programmable Read Only Memory） 這是一種可擦除的只讀存儲器在斷電情況下存儲器內的所有內容保持不變。（在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內容） EEPROM（Electrical Erasable Programmable Read Only Memory） 這是一種電可擦除的只讀存儲器。使用編程器就能很容易地對其所存儲的內容進行修改。 二、 PLC 存儲空間的分配 雖然各種PLC的CPU的最大尋址空間各不相同，但是根據PLC的工作原理其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域： 系統程序存儲區(qū) 系統RAM 存儲區(qū)（包括I/O

20、 映象區(qū)和系統軟設備等） 用戶程序存儲區(qū) 系統程序存儲區(qū) 在系統程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操作系統的系統程序。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RAM 存儲區(qū) 系統RAM 存儲區(qū)包括I/O 映象區(qū)以及各類軟設備，如： 邏輯線圈 數據寄存器 計時器 計數器 變址寄存器 累加器 等存儲器 AI/O 映象區(qū) 由于PLC 投入運行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數據，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數據送至相應的外設。因此，它需要一定數量的存儲單元（RAM）以

21、存放I/O 的狀態(tài)和數據，這些單元稱作I/O 映象區(qū)。 一個開關量I/O 占用存儲單元中的一個位（bit），一個模擬量I/O 占用存儲單元中的一個字（16 個bit）。因此整個I/O 映象區(qū)可看作兩個部分組成： 開關量I/O 映象區(qū) 模擬量I/O 映象區(qū) B系統軟設備存儲區(qū) 除了I/O 映象區(qū)區(qū)以外，系統RAM 存儲區(qū)還包括PLC 內部各類軟設備（邏輯線圈、計時器、計數器、數據寄存器和累加器等）的存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在PLC 斷電時，由內部的鋰電池供電，數據不會遺失；后者當PLC 斷電時，數據被清零。 1） 邏輯線圈 與開關輸出一樣，每個邏輯

22、線圈占用系統RAM 存儲區(qū)中的一個位，但不能直接驅動外設，只供用戶在編程中使用，其作用類似于電器控制線路中的繼電器。另外，不同的PLC 還提供數量不等的特殊邏輯線圈，具有不同的功能。 2）數據寄存器 與模擬量I/O 一樣，每個數據寄存器占用系統RAM 存儲區(qū)中的一個字（16bits）。另外，PLC 還提供數量不等的特殊數據寄存器，具有不同的功能。 3） 計時器 4） 計數器 （3）用戶程序存儲區(qū) 用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的PLC，其存儲容量各不相同。1.4.3.電源PLC 的電源在整個系統中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統是無法正常工作的，因此PLC

23、 的制造商對電源的設計和制造也十分重視。 一般交流電壓波動在±10%（±15%）范圍內，可以不采取其它措施而將PLC 直接連接到交流電網上去。1.5 PLC的工作原理最初研制生產的PLC 主要用于代替?zhèn)鹘y的由繼電器接觸器構成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的： 繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點（包括其常開或常閉觸點）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。 PLC 的CPU 則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點（包括其常開或常閉觸點）不會立即動

24、作，必須等掃描到該觸點時才會動作。 為了消除二者之間由于運行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在100ms 以上，而PLC 掃描用戶程序的時間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式掃描技術。這樣在對于I/O 響應要求不高的場合，PLC 與繼電器控制裝置的處理結果上就沒有什么區(qū)別了。 1掃描技術 當PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC 的CPU 以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 （1） 輸入采樣階段 在輸入采樣階段

25、，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數據，并將它們存入I/O 映象區(qū)中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化，I/O 映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 （2） 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果

26、，刷新該邏輯線圈在系統RAM 存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O 映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O 映象區(qū)內的狀態(tài)和數據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O 映象區(qū)或系統RAM 存儲區(qū)內的狀態(tài)和數據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 （3）輸出刷新階段 當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按

27、照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC 的真正輸出。 比較下二個程序的異同： 程序1 程序2 這兩段程序執(zhí)行的結果完全一樣但在PLC中執(zhí)行的過程卻不一樣。 程序1 只用一次掃描周期，就可完成對M4 的刷新； 程序2 要用四次掃描周期，才能完成對M4 的刷新。 這兩個例子說明：同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結果也不同。另外，也可以看到：采用掃描用戶程序的運行結果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運行的結果有所區(qū)別。當然，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。 一般來說，PLC 的掃描周期包

28、括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時間的總和。 2PLC 的I/O 響應時間 為了增強PLC 的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個開關量輸入端都采用光電隔離等技術。 為了能實現繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC 采用了不同于一般微型計算機的運行方式（掃描技術）。 以上兩個主要原因，使得PLC 得I/O 響應比一般微型計算機構成的工業(yè)控制系統滿的多，其響應時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長。 所謂I/O 響應時間指從PLC 的某一輸入信號變化開始到系統有關輸出端信號的改變所需的時間。其最短的I/O 響

29、應時間與最長的I/O 響應時間如圖所示： 最短I/O 響應時間： 最長I/O 響應時間： 八、PLC 的I/O 系統 1I/O 尋址方式 PLC的硬件結構主要分單元式和模塊式兩種。前者將PLC 的主要部分（包括I/O 系統和電源等）全部安裝在一個機箱內。后者將PLC 的主要硬件部分分別制成模塊，然后由用戶根據需要將所選用的模塊插入PLC 機架上的槽內，構成一個PLC 系統。 不論采取哪一種硬件結構，都必須確立用于連接工業(yè)現場的各個輸入/輸出點與PLC 的I/O 映象區(qū)之間的對應關系，即給每一個輸入/輸出點以明確的地址確立這種對應關系所采用得方式稱為I/O 尋址方式。 I/O尋址方式有以下三種

30、固定的I/O 尋址方式 這種I/O 尋址方式是由PLC 制造廠家在設計、生產PLC 時確定的，它的每一個輸入/輸出點都有一個明確的固定不變的地址。一般來說，單元式的PLC 采用這種I/O尋址方式。 開關設定的I/O 尋址方式 這種I/O 尋址方式是由用戶通過對機架和模塊上的開關位置的設定來確定的。 用軟件來設定的I/O 尋址方式 這種I/O 尋址方式是有用戶通過軟件來編制I/O 地址分配表來確定的。1.6用單片機和PLC分別做系統的比較所謂單片機系統就是采用目前市場上的單片機CPU及其它外圍芯片，根據不同系統設計電路板，最終設計成一臺簡易的計算機系統，并在此基礎上設計程序以達到所要求的控制功能

31、。這種形式在 80年代國內很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面 的限制，目前除了儀表上仍然采用外，在工業(yè)現場的應用已逐步被PLC所代替。單片機的可靠性：由于目前國內市場上的單片機芯片的品質良莠不齊，很大一部分還是國外篩選出來的次等品，加上其它外圍元件（如電阻、電容等）的參數離散性也很大，批量小的產品不可能經過篩選配對等技術處理，因此這樣的產品很難做到很好的一致性和高可靠性，因為任一元件的參數偏離設計要求都會引起系統的不穩(wěn)定。另外，單片機的所有器件均不是工業(yè)級的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力很弱，而國內的電源一般都很差，加上壓片機的變頻調速對電源的干擾很大，因此，更可能引起單片機系統的不穩(wěn)定。

32、 單片機的可擴展性：由于單片機的線路是根據一定的功能要求特別設計的，所以要增加一個功能就要重新設計線路，而且對應的程序都要重新設計。這樣對于增加功能的開發(fā)成本和周期都會增加。單片機的可維護性：一旦單片機系統出現故障，很難診斷出故障元件，最簡單的方法是更換整個系統，這樣維修成本增加了。操作：現在國內單片機系統的操作均采用自設計的鍵盤，設定數據用撥碼開關，顯示用LED，整個面板顯得繁鎖，而且為了減少操作鍵，設計時往往一鍵多用，操作人員很難脫開說明書操作。特別是故障顯示只能顯示故障代碼，一旦發(fā)生故障，操作人員必須翻閱說明書方能發(fā)現故障所在，最終按說明書指示排除故障，這樣排除故障的時間相對較長?？傊?/p>

33、這樣的人機對話不夠友善。特點：不可靠，價格便宜?？删幊炭刂破鳎≒LC）： 所謂PLC系統就是采用目前市場上各大工業(yè)控制廠家生產的可編程控制器，根據要求選用不同的模塊，在此基礎上設計程序以達到所設計的功能。這種形式目前在工業(yè)現場應用最為廣泛。PLC的可靠性：進口PLC采用的CPU都是生產廠家專門設計的工業(yè)級專用處理器，其余各元件也是直接向生產廠家購買的，經過嚴格挑選的工業(yè)級元件，另外它的電源模塊也是集各大公司工業(yè)控制的經驗而特別設計的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻調速的干擾下仍能正常工作。PLC的可擴展性：要增加一個功能只要增加相應的模塊和修正對應的程序，而PLC

34、的編程相對比較簡單，這樣對于開發(fā)周期會縮短。PLC的可維護性：PLC本身有很強的自診斷功能，一旦系統出現故障，根據自診斷很容易診斷出故障元件，即使非專業(yè)人員也能維修，如果故障由于程序設計不合理引起，由于它提供完善的調試工具，要找出故障也較為簡單。操作：PLC的操作采用觸摸式操作終端，人機界面，全屏顯示，上面設計了很詳盡的操作指南，即使第一次使用，也能根據提示順利操作，這就降低了對操作人員的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系統發(fā)生故障，畫面自動切換到故障提示畫面，提示故障原因和排除方法。甚至可以顯示故障在機器上的位置，維修人員可以根據提示很快排除故障。特點：價格與前二種控制器相比略貴，可靠

35、性好，操作簡單第二章 PLC硬件電路設計2.1 PLC控制分析基于PLC控制的搶答器進行編寫程序，通過主持人和參賽選手的按鈕，將命令通過通道傳入PLC內部，然后進行判斷和發(fā)出指令。主要有以下幾個元件構成整個系統：屬于輸入元件的有主持人的開始按鈕和還原按鈕，4位選手的答題按鈕；屬于輸出元件的有開始指示燈，四個參賽選手的臺燈，音響和3個數碼管！所以綜上所述共有6個輸入點，9個輸出點；如果以系統框圖可以如下所示：主持人開始按鈕顯 參賽選手號碼示 計數器個位器 計數器十位PLC1號選手答題按鈕2號選手答題按鈕3號選手答題按鈕4號選手答題按鈕音 響1號臺指示燈2號臺指示燈3號臺指示燈4號臺指示燈主持人復

36、位按鈕圖2-1 示意圖2.2PLC機型的選擇步驟與原則PLC機型的選擇PLC機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點：（一）合理的結構型式PLC主要有整體式和模塊式兩種結構型式。整體式PLC的每一個IO點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小,一般用于系統工藝過程較為固定的小型控制系統中；而模塊式PLC的功能擴展靈活方便,在IO點數、輸入點數與輸出點數的比例、IO模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復雜的控制系統。(二) 安裝方式的選擇PLC系統的安裝方式分為集中式、遠程IO式以及多臺PLC聯網的分布式

37、。集中式不需要設置驅動遠程IO硬件，系統反應快、成本低；遠程IO式適用于大型系統，系統的裝置分布范圍很廣，遠程IO可以分散安裝在現場裝置附近，連線短，但需要增設驅動器和遠程IO電源；多臺PLC聯網的分布式適用于多臺設備分別獨立控制，又要相互聯系的場合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。(三)相應的功能要求一般小型(低檔)PLC具有邏輯運算、定時、計數等功能，對于只需要開關量控制的設備都可滿足。對于以開關量控制為主，帶少量模擬量控制的系統，可選用能帶AD和DA轉換單元，具有加減算術運算、數據傳送功能的增強型低檔PLC。對于控制較復雜，要求實現PID運算、閉環(huán)控制、通信聯網等功能，可視控制

38、規(guī)模大小及復雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價格較貴，一般用于大規(guī)模過程控和集散控制系統等場合。(四)響應速度要求PLC是為工業(yè)自動化設計的通用控制器，不同檔次PLC的響應速度一般都能滿足其應用范圍內的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號有特殊的速度要求時，則應該慎重考慮PLC的響應速度，可選用具有高速IO處理功能的PLC，或選用具有快速響應模塊和中斷輸入模塊的PLC等。(五)系統可靠性的要求對于一般系統PLC的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統，應考慮是否采用冗余系統或熱備用系統。(六)機型盡量統一一個企業(yè)，應盡量做到PLC的機型統一。主要考慮到以下三方面問題

39、：)機型統一，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理。)機型統一，其功能和使用方法類似，有利于技術力量的培訓和技術水平的提高。)機型統一，其外部設備通用，資源可共享，易于聯網通信，配上位計算機后易于形成一個多級分布式控制系統。 隨著PLC技術的發(fā)展，PLC產品的種類也越來越多。不同型號的PLC，其結構形式、性能、容量、指令系統、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側重。因此，合理選用PLC，對于提高PLC控制系統的技術經濟指標有著重要意義。2.3程序中所使用的FX系列PLC的編程元件介紹FX2N的共有27條基本邏輯指令，其中包含了有些子系列PLC的20條基本邏輯指令。2.

40、3.1三菱FX系列PLC取指令與輸出指令（LD/LDI/LDP/LDF/OUT）（1）LD（取指令） 一個常開觸點與左母線連接的指令，每一個以常開觸點開始的邏輯行都用此指令。（2）LDI（取反指令） 一個常閉觸點與左母線連接指令，每一個以常閉觸點開始的邏輯行都用此指令。（3）LDP（取上升沿指令） 與左母線連接的常開觸點的上升沿檢測指令，僅在指定位元件的上升沿（由OFFON）時接通一個掃描周期。（4）LDF（取下降沿指令） 與左母線連接的常閉觸點的下降沿檢測指令。（5）OUT（輸出指令） 對線圈進行驅動的指令，也稱為輸出指令。取指令與輸出指令的使用如圖1所示。圖1 取指令與輸出指令的使用取指令

41、與輸出指令的使用說明：1）LD、LDI指令既可用于輸入左母線相連的觸點，也可與ANB、ORB指令配合實現塊邏輯運算；2）LDP、LDF指令僅在對應元件有效時維持一個掃描周期的接通。圖3-15中，當M1有一個下降沿時，則Y3只有一個掃描周期為ON。3）LD、LDI、LDP、LDF指令的目標元件為X 、Y 、M 、T、C、S；4）OUT指令可以連續(xù)使用若干次（相當于線圈并聯），對于定時器和計數器，在OUT指令之后應設置常數K或數據寄存器。2.3.2三菱FX系列PLC觸點串聯指令（AND/ANI/ANDP/ANDF）（1）AND（與指令）  一個常開觸點串聯連接指令，完成邏輯“與”運算。（

42、2）ANI（與反指令）  一個常閉觸點串聯連接指令，完成邏輯“與非”運算。（3）ANDP  上升沿檢測串聯連接指令。（4）ANDF  下降沿檢測串聯連接指令。觸點串聯指令的使用如圖2所示。圖2觸點串聯指令的使用說明：1）AND、ANI、ANDP、ANDF都指是單個觸點串聯連接的指令，串聯次數沒有限制，可反復使用。2）AND、ANI、ANDP、ANDF的目標元元件為X、Y、M、T、C和S。3）圖2中OUT M101指令之后通過T1的觸點去驅動Y4稱為連續(xù)輸出。2.3.3三菱FX系列PLC觸點并聯指令（OR/ORI/ORP/ORF）（1）OR（或指令） 用于單個常開觸

43、點的并聯，實現邏輯“或”運算。（2）ORI（或非指令） 用于單個常閉觸點的并聯，實現邏輯“或非”運算。（3）ORP 上升沿檢測并聯連接指令。（4）ORF 下降沿檢測并聯連接指令。觸點并聯指令的使用如圖3所示。圖3 觸點并聯指令的使用觸點并聯指令的使用說明：1）OR、ORI、ORP、ORF指令都是指單個觸點的并聯，并聯觸點的左端接到LD、LDI、LDP或LPF處，右端與前一條指令對應觸點的右端相連。觸點并聯指令連續(xù)使用的次數不限；2）OR、ORI、ORP、ORF指令的目標元件為X、Y、M、T、C、S。2.3.4三菱FX系列PLC塊作指令（ORB / ANB）（1）ORB（塊或指令） 用

44、于兩個或兩個以上的觸點串聯連接的電路之間的并聯。ORB指令的使用如圖4.1所示圖4.1 ORB指令的使用ORB指令的使用說明：1）幾個串聯電路塊并聯連接時，每個串聯電路塊開始時應該用LD或LDI指令；2）有多個電路塊并聯回路，如對每個電路塊使用ORB指令，則并聯的電路塊數量沒有限制；3）ORB指令也可以連續(xù)使用，但這種程序寫法不推薦使用，LD或LDI指令的使用次數不得超過8次，也就是ORB只能連續(xù)使用8次以下。（2）ANB（塊與指令） 用于兩個或兩個以上觸點并聯連接的電路之間的串聯。 ANB 指令的使用說明如圖 4.2 所示。 如圖 4.2 ANB 指令的使用ANB指令的使用說明：1

45、）并聯電路塊串聯連接時，并聯電路塊的開始均用LD或LDI指令；2）多個并聯回路塊連接按順序和前面的回路串聯時，ANB指令的使用次數沒有限制。也可連續(xù)使用ANB，但與ORB一樣，使用次數在8次以下。2.3.5三菱FX系列PLC置位與復位指令（SET/RST）置位與復位指令（SET/RST）（1）SET（置位指令） 它的作用是使被操作的目標元件置位并保持。（2）RST（復位指令） 使被操作的目標元件復位并保持清零狀態(tài)。SET、RST指令的使用如圖5所示。當X0常開接通時，Y0變?yōu)镺N狀態(tài)并一直保持該狀態(tài)，即使X0斷開Y0的ON狀態(tài)仍維持不變；只有當X1的常開閉合時，Y0才變?yōu)镺FF狀態(tài)并保持，即使

46、X1常開斷開，Y0也仍為OFF狀態(tài)。圖5 置位與復位指令的使用SET 、RST指令的使用說明：1）SET指令的目標元件為Y、M、S，RST指令的目標元件為Y、M、S、T、C、D、V 、Z。RST指令常被用來對D、Z、V的內容清零，還用來復位積算定時器和計數器。2）對于同一目標元件，SET、RST可多次使用，順序也可隨意，但最后執(zhí)行者有效。2.3.6傳送類指令MOV SMOV CMOV BMOV FMOV（1）傳送指令MOV    (D)MOV(P)指令的編號為FNC12，該指令的功能是將源數據傳送到指定的目標。如圖1所示，當X0為ON時，則將S.中的數據

47、K100傳送到目標操作元件D.即D10中。在指令執(zhí)行時，常數K100會自動轉換成二進制數。當X0為OFF時，則指令不執(zhí)行，數據保持不變。 圖6  傳送指令的使用使用應用MOV指令時應注意：1）源操作數可取所有數據類型，標操作數可以是KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z。2）16位運算時占5個程序步，32位運算時則占9個程序步。（2）移位傳送指令SMOV    SMOV(P)指令的編號為FNC13。該指令的功能是將源數據（二進制）自動轉換成4位BCD碼，再進行移位傳送，傳送后的目標操作數元件的BCD碼自動轉換成二進制數。如圖2所示，當X1為

48、ON時，將D1中右起第4位（m1=4）開始的2位(m2=2) BCD碼移到目標操作數D2的右起第3位(n=3)和第2位。然后D2中的BCD碼會自動轉換為二進制數，而D2中的第1位和第4位BCD碼不變。圖2 移位傳送指令的使用使用移位傳送指令時應該注意：1）源操作數可取所有數據類型，目標操作數可為KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z。2）SMOV指令只有16位運算，占11個程序步。（3）取反傳送指令CML    (D)CML(P)指令的編號為FNC14。它是將源操作數元件的數據逐位取反并傳送到指定目標。如圖3所示，當X0為ON時，執(zhí)行CML，將D0的低4位取反

49、向后傳送到Y3Y0中。圖3  取反傳送指令的使用使用取反傳送指令CML時應注意：1）源操作數可取所有數據類型，目標操作數可為KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z.，若源數據為常數K，則該數據會自動轉換為二進制數。2）16位運算占5個程序步，32位運算占9個程序步。（4）塊傳送指令BMOV    BMOV(P)指令的ALCE編號為FNC15，是將源操作數指定元件開始的n個數據組成數據塊傳送到指定的目標。如圖4所示，傳送順序既可從高元件號開始，也可從低元件號開始，傳送順序自動決定。若用到需要指定位數的位元件，則源操作數和目標操作數的指定位數應

50、相同。圖4  塊傳送指令的使用使用塊傳送指令時應注意：1）源操作數可取KnX、 KnY、KnM、KnS、T、C、D和文件寄存器，目標操作數可取. KnT、KnM、KnS、T、C和D；2）只有16位操作，占7個程序步；3）如果元件號超出允許范圍，數據則僅傳送到允許范圍的元件。（5）多點傳送指令FMOV    (D)FMOV(P)指令的編號為FNC16。它的功能是將源操作數中的數據傳送到指定目標開始的n個元件中，傳送后n個元件中的數據完全相同。如圖5所示，當X0為ON時，把K0傳送到D0D9中。圖5  多點傳送指令應用使用多點傳

51、送指令FMOV時應注意：1）源操作數可取所有的數據類型，目標操作數可取KnX、KnM、KnS、T、C、和D，n小等于512；2）16位操作占7的程序步，32位操作則占13個程序步；3）如果元件號超出允許范圍，數據僅送到允許范圍的元件中。2.3.7三菱FX系列PLC常數（K、H）K是表示十進制整數的符號，主要用來指定定時器或計數器的設定值及應用功能指令操作數中的數值；H是表示十六進制數，主要用來表示應用功能指令的操作數值。 例如20用十進制表示為K20，用十六進制則表示為H14。2.3.8三菱FX系列PLC輸入繼電器（X）輸入繼電器與輸入端相連，它是專門用來接受PLC外部開關信號的元件。PLC通

52、過輸入接口將外部輸入信號狀態(tài)（接通時為“1”，斷開時為“0”）讀入并存儲在輸入映象寄存器中。如圖1所示為輸入繼電器X1的等效電路。圖1 輸入繼電器的等效電路輸入繼電器必須由外部信號驅動，不能用程序驅動，所以在程序中不可能出現其線圈。由于輸入繼電器（X）為輸入映象寄存器中的狀態(tài)，所以其觸點的使用次數不限。FX系列PLC的輸入繼電器以八進制進行編號，FX2N輸入繼電器的編號范圍為X000X267（184點）。注意，基本單元輸入繼電器的編號是固定的，擴展單元和擴展模塊是按與基本單元最靠近開始，順序進行編號。例如：基本單元FX2N-64M的輸入繼電器編號為X000X037（32點），如果接有擴展單元或

53、擴展模塊，則擴展的輸入繼電器從X040開始編號。2.3.9三菱FX系列PLC輸入繼電器（Y）輸出繼電器是用來將PLC內部信號輸出傳送給外部負載（用戶輸出設備）。輸出繼電器線圈是由PLC內部程序的指令驅動，其線圈狀態(tài)傳送給輸出單元，再由輸出單元對應的硬觸點來驅動外部負載。如圖1所示為輸出繼電器的等效電路。圖1   輸出繼電器的等效電路   每個輸出繼電器在輸出單元中都對應有維一一個常開硬觸點，但在程序中供編程的輸出繼電器，不管是常開還是常閉觸點，都可以無數次使用。    FX系列PLC的輸出繼電器也是八進制編號其中FX2N編號

54、范圍為Y000Y267（184點）。與輸入繼電器一樣，基本單元的輸出繼電器編號是固定的，擴展單元和擴展模塊的編號也是按與基本單元最靠近開始，順序進行編號。在實際使用中，輸入、輸出繼電器的數量，要看具體系統的配置情況。2.3.10輔助繼電器輔助繼電器是PLC中數量最多的一種繼電器，一般的輔助繼電器與繼電器控制系統中的中間繼電器相似。輔助繼電器不能直接驅動外部負載，負載只能由輸出繼電器的外部觸點驅動。輔助繼電器的常開與常閉觸點在PLC內部編程時可無限次使用。輔助繼電器采用M與十進制數共同組成編號（只有輸入輸出繼電器才用八進制數）。1通用輔助繼電器（M0M499）FX2N系列共有500點通用輔助繼電

55、器。通用輔助繼電器在PLC運行時，如果電源突然斷電，則全部線圈均OFF。當電源再次接通時，除了因外部輸入信號而變?yōu)镺N的以外，其余的仍將保持OFF狀態(tài)，它們沒有斷電保護功能。通用輔助繼電器常在邏輯運算中作為輔助運算、狀態(tài)暫存、移位等。根據需要可通過程序設定，將M0M499變?yōu)閿嚯姳３州o助繼電器。2斷電保持輔助繼電器（M500M3071）FX2N系列有M500M3071共2572個斷電保持輔助繼電器。它與普通輔助繼電器不同的是具有斷電保護功能，即能記憶電源中斷瞬時的狀態(tài)，并在重新通電后再現其狀態(tài)。它之所以能在電源斷電時保持其原有的狀態(tài)，是因為電源中斷時用PLC中的鋰電池保持它們映像寄存器中的內容

56、。其中M500M1023可由軟件將其設定為通用輔助繼電器。下面通過小車往復運動控制來說明斷電保持輔助繼電器的應用，如圖1所示。圖1  斷電保持輔助繼電器的作用小車的正反向運動中，用M600、M601控制輸出繼電器驅動小車運動。X1、X0為限位輸入信號。運行的過程是X0= ONM600=ONY0=ON小車右行停電小車中途停止上電（M600=ONY0=ON）再右行X1=ONM600=OFF、M601=ONY1=ON（左行）?？梢娪捎贛600和M601具有斷電保持，所以在小車中途因停電停止后，一旦電源恢復，M600或M601仍記憶原來的狀態(tài)，將由它們控制相應輸出繼電器，小車繼續(xù)原方向運動。

57、若不用斷電保護輔助繼電器當小車中途斷電后，再次得電小車也不能運動。2.4 PLC控制中顯示器的連接2.4.1顯示器的基本內容顯示器主要是有LED數碼管構成，而LED又是由發(fā)光二極管構成；將條狀發(fā)光二極管按照共陰極（負極）或共陽極（正極）的方法連接，組成“8”字，再把發(fā)光二極管另一電極做筆段電極，就構成LED數碼管。常見的LED數碼管的外形和內部結構如圖1-1所示。圖1-1（b）是采用共陽極結構；圖1-1(C)是采用共陰極結構；ag是7個筆段電極，DP為小數點。另一種是高7.6mm的超小型LED數碼管，管腳從左右兩端引出，小數點則是獨立的。圖2-2 常見的LED數碼管的外形和內部結構2.4.2顯示器的主要特性工作電壓1.5V5V，一般為1.5V2.5V，工作電流一般為510m