機(jī)電一體化技術(shù)(第2版)課件：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)目錄13.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述23.2工業(yè)控制計(jì)算機(jī)33.3Arduino43.4PLC(可編程控制器）53.5總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)普通車床數(shù)控車床機(jī)電一體化與非機(jī)電一體化產(chǎn)品本質(zhì)的區(qū)別在于前者是具有計(jì)算機(jī)控制的伺服系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)作為伺服系統(tǒng)的控制器，將來自各傳感器的檢測(cè)信號(hào)與外部輸入的命令進(jìn)行采集存儲(chǔ)分析、轉(zhuǎn)換和處理，然后根據(jù)處理結(jié)果發(fā)出指令控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。本章重點(diǎn)介紹：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，Arduino，總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。

自動(dòng)控制系統(tǒng)通常由被控對(duì)象、檢測(cè)傳感裝置、控制器等組成?？刂破骷瓤梢杂赡M控制器組成，也可以由數(shù)字控制器組成，數(shù)字控制器大多是用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的。

因此計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)指的是采用了數(shù)字控制器的自動(dòng)控制系統(tǒng)。3.1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述圖3-1典型計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括控制計(jì)算機(jī)（包括硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)）和生產(chǎn)過程（包括被控對(duì)象、檢測(cè)傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)）兩大部分。3.1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心是控制程序。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)執(zhí)行控制程序的過程如下：（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集

對(duì)被控參數(shù)按一定的采樣時(shí)間間隔進(jìn)行檢測(cè)，并將結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)。（2）實(shí)時(shí)計(jì)算

對(duì)采集到的被控參數(shù)進(jìn)行處理后，按預(yù)先設(shè)計(jì)好的控制算法進(jìn)行計(jì)算，決定當(dāng)前的控制量。（3）實(shí)時(shí)控制

根據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算得到的被控量，通過D/A轉(zhuǎn)換器將控制信號(hào)作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)。（4）實(shí)時(shí)管理

根據(jù)采集到的被控參數(shù)和設(shè)備的狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督和管理。3.1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述3.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成

簡單的講，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由控制計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程兩大部分組成，控制計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的核心裝置，是系統(tǒng)中信號(hào)處理和決策的機(jī)構(gòu)，相當(dāng)于控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。生產(chǎn)過程中包含了被控對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、測(cè)量變送等裝置。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。1、系統(tǒng)硬件

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要由主機(jī)、外圍設(shè)備、過程輸入/輸出通道和生產(chǎn)過程組成。3.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述圖3-2典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（1）主機(jī)

主機(jī)由CPU和內(nèi)存儲(chǔ)器（RAM和ROM）通過系統(tǒng)總線連接而成，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。

它按照預(yù)先存放在內(nèi)存中的程序指令，由過程輸入通道不斷地獲取反映被控對(duì)象運(yùn)行工況的信息，并按程序中規(guī)定的控制算法，或操作人員通過鍵盤輸入的操作命令自動(dòng)的發(fā)出控制命令，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的自動(dòng)控制。3.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成(2)常規(guī)外部設(shè)備

計(jì)算機(jī)的常規(guī)外部設(shè)備有4類：輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、外存儲(chǔ)器和網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備。輸入設(shè)備

最常用的有鍵盤，鼠標(biāo)輸出設(shè)備

通常由CRT、LED和LED顯示器、打印機(jī)和記錄儀等。外存儲(chǔ)器

最常用的是磁盤（包括硬盤和軟盤）、光盤和磁帶機(jī)。。網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備

以上的常規(guī)外部設(shè)備通過接口和主機(jī)連接便構(gòu)成通用計(jì)算機(jī)，若要用于控制，還需配備過程輸入/輸出通道構(gòu)成控制計(jì)算機(jī)。3.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成（3）過程輸入/輸出通道過程輸入/輸出通道又簡稱過程通道。

被控對(duì)象的過程參數(shù)一般是非電物理量，必須經(jīng)過傳感器（又稱一次儀表）變換為等效的電信號(hào)。

為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過程的控制，必須在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)置信息傳遞和變換的連接通道。

過程輸入/輸出通道分為模擬量和數(shù)字量（開關(guān)量）兩大類型。3.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成（4）生產(chǎn)過程

生產(chǎn)過程包括被控對(duì)象及其測(cè)量變送儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。測(cè)量變送儀表將被控對(duì)象需要監(jiān)視和控制的各種參數(shù)（如溫度、流量、壓力、液位、位置、速度等）轉(zhuǎn)換為電的模擬信號(hào)（或數(shù)字信號(hào)），而執(zhí)行機(jī)構(gòu)將過程通道輸出的模擬控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制動(dòng)作，從而改變被控對(duì)象的被控量。3.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成2.系統(tǒng)軟件（1）系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是計(jì)算機(jī)的通用性、支撐性的軟件，是為用戶使用、管理、維護(hù)計(jì)算機(jī)提供方便的程序的總稱。（2）應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是計(jì)算機(jī)在系統(tǒng)軟件支持下實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用功能的專用程序。3.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成3.1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)圖3-3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中信號(hào)的具體變換與傳輸計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中信號(hào)的具體變換與傳輸如圖3-3所示。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)相比，有如下特點(diǎn)：1）控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)靈活、方便。2）控制精度高。3）控制效率高。4）可集中操作顯示。5）可實(shí)現(xiàn)分級(jí)控制與整體優(yōu)化，可通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與上下位計(jì)算機(jī)相通信，進(jìn)行分級(jí)控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制與生產(chǎn)管理的一體化與整體優(yōu)化，提高企業(yè)的自動(dòng)化水平。6）存在著采樣延遲。3.1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)3.1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有各種各樣的結(jié)構(gòu)和形式。按計(jì)算機(jī)參與的形式，可以分為開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)；

按采用的控制方案，又分為程序和順序控制、常規(guī)控制、高級(jí)控制（最優(yōu)、自適應(yīng)、預(yù)測(cè)、非線性等）、智能控制（FUZZY控制、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）。3.1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型

根據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史和在實(shí)際應(yīng)用中的狀態(tài)并參考以往的教材進(jìn)行分類:一般分為六大類：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)六大類。3.1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型一、采集和監(jiān)視系統(tǒng)(DAS,DataAcquisitionSystem)1、采集和監(jiān)視系統(tǒng)框圖圖3-4采集和監(jiān)視系統(tǒng)3.1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型2、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能①生產(chǎn)過程的集中監(jiān)視

DAS通過輸入通道對(duì)生產(chǎn)過程的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、加工處理，并以一定格式在CRT上顯示，或通過打印機(jī)打印出來，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的集中監(jiān)視。②操作指導(dǎo)

DAS對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,并以有利于指導(dǎo)生產(chǎn)過程的方式表示出來,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的操作指導(dǎo)。③越限報(bào)警

DAS預(yù)先將各種工藝參數(shù)的極限存入計(jì)算機(jī),DAS在數(shù)據(jù)采集過程中進(jìn)行越限判斷和報(bào)警,以確保生產(chǎn)過程安全。3.1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型二、直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC，DirectDigitalControl）1、直接數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖3-5直接數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型2、直接數(shù)字控制系統(tǒng)特點(diǎn)：①計(jì)算機(jī)通過過程控制通道對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行在線實(shí)時(shí)控制；②計(jì)算機(jī)參與閉環(huán)控制，可完全替代模擬調(diào)節(jié)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多回路多參數(shù)的控制；③系統(tǒng)是靈活性大、可靠性高，能實(shí)現(xiàn)各種從常規(guī)到先進(jìn)的控制方式。3.1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型三、監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(SCC,SupervisoryComputerControl)

在這個(gè)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)根據(jù)工藝參數(shù)和過程參數(shù)的檢測(cè)值，按照所設(shè)定的控制算法進(jìn)行計(jì)算，得出最佳設(shè)定值并直接傳遞給常規(guī)的模擬調(diào)節(jié)器或者DDC計(jì)算機(jī)，最后由擬調(diào)節(jié)器或者DDC計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)過程。3.1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型1、監(jiān)督控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(a）SCC＋模擬調(diào)節(jié)器系統(tǒng)(b）SCC＋DDC3.1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型2、監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特點(diǎn):①SCC計(jì)算機(jī)輸出不通過人去改變，而直接控制控制器，改變控制的設(shè)定值或參數(shù)，完成對(duì)生產(chǎn)過程的控制。該系統(tǒng)類似計(jì)算機(jī)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)。②SCC計(jì)算機(jī)可以利用有效的資源去完成生產(chǎn)過程控制的參數(shù)優(yōu)化，協(xié)調(diào)各直接控制回路的工作，而不直接參與直接的控制，③監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是安全性可靠性較高的一類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)集散系統(tǒng)的最初、最基本的模式。3.1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型四、集散控制系統(tǒng)(DCS，DistributedControlSystem)1、集散控制系統(tǒng)概念

集散控制系統(tǒng)又稱分布控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分散控制、集中操作、分級(jí)管理、分而自治、綜合協(xié)調(diào)形成具有層次化體系結(jié)構(gòu)的分級(jí)分布式控制；一般分為四級(jí)：過程控制級(jí)、控制管理級(jí)、生產(chǎn)管理級(jí)和經(jīng)營管理級(jí)。過程控制級(jí)是集散控制的基礎(chǔ)，直接控制生產(chǎn)過程，在這級(jí)參與直接控制的可以是計(jì)算機(jī)也可以是PLC或?qū)Ｓ脭?shù)字控制器，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備直接監(jiān)測(cè)和控制；3.1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型圖3-7集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型3、集散控制系統(tǒng)特點(diǎn)

由于生產(chǎn)過程控制分別由獨(dú)立控制器進(jìn)行控制，可以分散控制器故障，局部故障不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)工作，提高了系統(tǒng)工作可靠性。3.1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型五．現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）1、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)概念

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)：利用現(xiàn)場(chǎng)總線將各智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，各級(jí)計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化設(shè)備互聯(lián)，形成了一個(gè)數(shù)字式全分散雙向串行傳輸，多分支結(jié)構(gòu)和多點(diǎn)通信的通信網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)場(chǎng)總線：一種數(shù)字通信協(xié)議，可以連接各智能設(shè)備以形成通信網(wǎng)絡(luò)。3.1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型圖3-8現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型3、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中，生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)的各種儀表、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器都配有分級(jí)處理器，屬智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)總線可以直接連接其它的局域網(wǎng)，甚至Internet?？蓸?gòu)成不同層次的復(fù)雜控制網(wǎng)絡(luò)，它已經(jīng)成為今后工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向之一。

（2）FCS是從DCS發(fā)展而來，僅變革了DCS的控制站，形成了現(xiàn)場(chǎng)控制層，其他層不變；3.1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型六.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)1、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)概述（CIMS，Computer

Integrated

Manufacturing

Systems）

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)：將工業(yè)生產(chǎn)的全過程集成由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)在統(tǒng)一模式進(jìn)行，包括從設(shè)計(jì)、工藝、加工制造到產(chǎn)品的檢驗(yàn)出廠一體化的模式。發(fā)展：隨著現(xiàn)代市場(chǎng)需求和企業(yè)模式現(xiàn)代化，計(jì)算機(jī)集成制造已將制造集成轉(zhuǎn)換為信息集成，并融企業(yè)全面管理和市場(chǎng)營銷。前景：盡管目前CIMS工程在企業(yè)的推廣存在許多困難，但是它確實(shí)是企業(yè)真正走向現(xiàn)代化的方向。規(guī)模：CIMS是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，需要有許多基礎(chǔ)的應(yīng)用平臺(tái)支持，實(shí)現(xiàn)的是企業(yè)物流、資金流和信息流統(tǒng)一。由于涉及面廣，應(yīng)用存在困難較多，許多CIMS工程在規(guī)劃實(shí)施中都提出了整體規(guī)劃分步實(shí)施策略。3.1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型圖3-9計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2工業(yè)控制計(jì)算機(jī)

控制器是機(jī)電一體化系統(tǒng)的中樞，它的主要任務(wù)是：按照編制的程序指令、完成機(jī)械工作狀態(tài)或工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各種物理量狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息采集、加工和處理、分析、判讀、做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)校正和控制決策，發(fā)出模擬或數(shù)字形式的控制信號(hào)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作、實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)控制目標(biāo)的動(dòng)作。當(dāng)今，最能勝任這個(gè)任務(wù)的控制器就是用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。3.2.1工業(yè)控制計(jì)算機(jī)概述

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)設(shè)備和工藝過程控制的計(jì)算機(jī)，如PLC、總線型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等都是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的控制計(jì)算機(jī)，簡稱“工業(yè)控制機(jī)”或“工控機(jī)”。它的最大特點(diǎn)是抗干擾性強(qiáng)、電磁兼容性好、可靠性高、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境能力強(qiáng)。

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)按被控工業(yè)對(duì)象的控制要求、接收并處理來自被測(cè)對(duì)象的各種物理參數(shù)，然后把處理結(jié)果輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制生產(chǎn)過程，同時(shí)可對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)督、管理。3.2.2工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)

工業(yè)領(lǐng)域中，由于現(xiàn)場(chǎng)存在干擾，環(huán)境惡劣，普通計(jì)算機(jī)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不能正常運(yùn)行，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的應(yīng)用對(duì)象及使用環(huán)境的特殊性，決定了要滿足以下基本要求：（1）完善的過程輸入/輸出功能

要保證所面向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種機(jī)電設(shè)備、測(cè)量和控制的儀器儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須有豐富的模擬量和數(shù)字量的輸入/輸出通道，以方便計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集，及時(shí)放映過程控制參數(shù)的變化，要求做到信息傳遞快速、準(zhǔn)確、靈敏。3.2.2工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)（2）實(shí)時(shí)控制功能

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)應(yīng)具有時(shí)間與時(shí)間驅(qū)動(dòng)能力，在工況發(fā)生變化時(shí)，能實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)視和控制。當(dāng)被控參數(shù)出現(xiàn)偏差時(shí)，能迅速響應(yīng)與糾偏，因此必須要有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與中斷系統(tǒng)。（3）高可靠性

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)需晝夜不停的連續(xù)工作，系統(tǒng)需要高可靠性和自診斷系統(tǒng)。一般要求工控機(jī)的平均無故障時(shí)間（MTBF）不低于上萬小時(shí)，現(xiàn)有的工業(yè)控制機(jī)無故障工作時(shí)間已經(jīng)達(dá)到了幾十萬小時(shí)。3.2.2工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)（4）較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性

工控機(jī)具有能在高溫、低溫、高濕、振動(dòng)等惡劣環(huán)境工作和抗電磁干擾、電源波動(dòng)等的能力。（5）豐富的應(yīng)用軟件

工控機(jī)的控制軟件正向結(jié)構(gòu)化、組態(tài)化方向發(fā)展。在進(jìn)行控制時(shí)，一般需建立能正確反映生產(chǎn)過程規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，尋找生產(chǎn)過程的最佳工況，編制標(biāo)準(zhǔn)控制算法及控制程序。3.2.2工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)3.2.3工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的常用類型

在設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)時(shí)，必須根據(jù)控制方案、體系結(jié)構(gòu)、復(fù)雜程度、系統(tǒng)功能等具體情況、正確的選擇工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

按軟硬件結(jié)構(gòu)與應(yīng)用特點(diǎn)，常用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)有三種類型：可編程控制器（PLC），總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和單片機(jī)控制器或嵌入式單片機(jī)控制器。每種控制器具有自己的性能特點(diǎn)，它們與個(gè)人PC比較如下圖所示：3.2.3工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的常用類型3.3Arduino3.3.1什么是Arduino什么是Arduino？相信很多讀者會(huì)有這個(gè)疑問，也需要一個(gè)全面而準(zhǔn)確的答案。不僅是讀者，很多使用Arduino的人也許對(duì)這個(gè)問題都難以給出一個(gè)準(zhǔn)確的說法，甚至認(rèn)為手中的開發(fā)板就是Arduino，其實(shí)這并不準(zhǔn)確。那么，Arduino究竟該如何理解呢？3.3.1什么是Arduino1.Arduino不只是電路板Arduino是一種開源的電子平臺(tái)，該平臺(tái)最初主要基于AVR單片機(jī)的微控制器和相應(yīng)的開發(fā)軟件，目前在國內(nèi)正受到電子發(fā)燒友的廣泛關(guān)注。自從2005年Arduino騰空出世以來，其硬件和開發(fā)環(huán)境一直進(jìn)行著更新迭代?，F(xiàn)在Arduino已經(jīng)有將近十年的發(fā)展歷史，因此市場(chǎng)上稱為Arduino的電路板已經(jīng)有各式各樣的版本了。Arduino開發(fā)團(tuán)隊(duì)正式發(fā)布的是ArduinoUno和ArduinoMega2560

。3.3.1什么是Arduino圖3-10ArduinoUnoR3圖3-11ArduinoMega2560R3

上面2圖所示的開發(fā)板就是所謂的ArduinoI/O印刷電路板（PrintedCircuitBoard,PCB）。Arduino起源MassimoBanzi（馬西莫·班茲）之前是意大利Ivrea一家高科技設(shè)計(jì)學(xué)校的老師。他的學(xué)生們經(jīng)常抱怨找不到便宜好用的微控制器。2005年冬天，MassimoBanzi跟DavidCuartielles討論了這個(gè)問題。DavidCuartielles是一個(gè)西班牙籍晶片工程師，當(dāng)時(shí)在這所學(xué)校做訪問學(xué)者。兩人決定設(shè)計(jì)自己的電路板，并引入了Banzi的學(xué)生DavidMellis為電路板設(shè)計(jì)編程語言。兩天以后，DavidMellis就寫出了程式碼。又過了三天，電路板就完工了。這塊電路板被命名為Arduino。3.3.1什么是Arduino2.

Arduino程序的開發(fā)過程

由于Arduino主要是為了非電子專業(yè)和業(yè)余愛好者使用而設(shè)計(jì)的，所以Arduino被設(shè)計(jì)成一個(gè)小型控制器的形式，通過連接到計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。Arduino開發(fā)過程是：（1）開發(fā)者設(shè)計(jì)并連接好電路；（2）將電路連接到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行編程；（3）將編譯通過的程序下載到控制板中進(jìn)行觀測(cè)；（4）最后不斷修改代碼進(jìn)行調(diào)試以達(dá)到預(yù)期效果。3.3.1什么是Arduino3.為什么要使用Arduino

在嵌入式開發(fā)中，根據(jù)不同的功能開發(fā)者會(huì)用到各種不同的開發(fā)平臺(tái)。而Arduino作為新興開發(fā)平臺(tái)，在短時(shí)間內(nèi)受到很多人的歡迎和使用，這跟其設(shè)計(jì)的原理和思想是密切相關(guān)的。3.3.1什么是Arduino（1）首先，Arduino無論是硬件還是軟件都是開源的，這就意味著所有人都可以查看和下載其源碼、圖表、設(shè)計(jì)等資源，并且用來做任何開發(fā)都可以。（2）其次，正如林納斯·本納第克特·托瓦茲的Linux操作系統(tǒng)一樣，開源還意味著所有人可以下載使用并且參與研究和改進(jìn)Arduino，這也是Arduino更新?lián)Q代如此迅速的原因。3.3.1什么是Arduino圖3-12智能垃圾桶3.3.1什么是ArduinoArduino可以和LED、點(diǎn)陣顯示板、電機(jī)、各類傳感器、按鈕、以太網(wǎng)卡等各類可以輸出輸入數(shù)據(jù)或被控制的任何東西連接，在互聯(lián)網(wǎng)上各種資源十分豐富，各種案例、資料可以幫助用戶迅速制作自己想要制作的電子設(shè)備。在應(yīng)用方面，Arduino突破了傳統(tǒng)的依靠鍵盤、鼠標(biāo)等外界設(shè)備進(jìn)行交互的局限，可以更方便地進(jìn)行雙人或者多人互動(dòng)，還可以通過Flash、Processing等應(yīng)用程序與Arduino進(jìn)行交互。3.3.1什么是Arduino3.3.2Arduino硬件分類1.Arduino開發(fā)板Arduino開發(fā)板設(shè)計(jì)得非常簡潔，一塊AVR單片機(jī)、一個(gè)晶振或振蕩器和一個(gè)5V的直流電源。常見的開發(fā)板通過一條USB數(shù)據(jù)線連接計(jì)算機(jī)。Arduino有各式各樣的開發(fā)板，其中最通用的是ArduinoUNO。另外，還有很多小型的、微型的、基于藍(lán)牙和Wi-Fi的變種開發(fā)板。3.3.2Arduino硬件分類ArduinoUNO性能描述

:（1）Digital

I/O

數(shù)字輸入/輸出端口0—13。

（2）Analog

I/O

模擬輸入/輸出端口0-5。

（3）支持ISP下載功能。

（4）輸入電壓：接上USB時(shí)無須外部供電或外部5V~9V

直流電壓輸入。（5）輸出電壓：5V

直流電壓輸出和3.3V

直流電壓輸出和外部電源輸入。

（6）采用Atmel

Atmega328微處理控制器。因其支持者眾多，已有公司開發(fā)出來32位的MCU平臺(tái)支持Arduino。

3.3.2Arduino硬件分類圖3-13ArduinoUNOR3功能標(biāo)注3.3.2Arduino硬件分類2．Arduino擴(kuò)展硬件

與Arduino相關(guān)的硬件除了核心開發(fā)板外，各種擴(kuò)展板也是重要的組成部分。Arduino開發(fā)板設(shè)計(jì)的可以安裝擴(kuò)展板，即盾板進(jìn)行擴(kuò)展。它們是一些電路板，包含其他的元件，如網(wǎng)絡(luò)模塊、GPRS模塊、語音模塊等3.3.2Arduino硬件分類圖1-5ArduinoUNO與一塊原型擴(kuò)展板連接圖1-6ArduinoUNO與網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展板連接3.3.3ArduinoIDE介紹ArduinoIDE軟件，(IntegratedDevelopmentEnvironment)，譯為集成開發(fā)環(huán)境3.3.4常用的Arduino第三方軟件介紹Arduino開發(fā)環(huán)境安裝完成之后，一些第三方軟件可以幫助讀者更好地學(xué)習(xí)和使用Arduino制作電子產(chǎn)品。1．圖形化編程軟件ArduBlockArduBlock是一款專門為Arduino設(shè)計(jì)的圖形化編程軟件，由上海新車間創(chuàng)客研制開發(fā)。ArduBlock是以圖形化積木搭建的方式進(jìn)行編程的。就如同小孩子玩的積木玩具一樣，這種編程方式使得編程的可視化和交互性大大增強(qiáng)，而且降低了編程的門檻，讓沒有編程經(jīng)驗(yàn)的人也能夠給Arduino編寫程序，讓更多的人投身到新點(diǎn)子新創(chuàng)意的實(shí)現(xiàn)中來。3.3.4常用的Arduino第三方軟件介紹下載地址:/zh/3.3.4常用的Arduino第三方軟件介紹2．Arduino仿真軟件Virtualbreadboard

Virtualbreadboard是一款專門的Arduino仿真軟件，簡稱VBB，中文名為“虛擬面包板”。這款軟件主要通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)嵌入式軟件的模擬和開發(fā)環(huán)境，它不但包括了所有Arduino的樣例電路，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)面包板電路的設(shè)計(jì)和布置，非常直觀地顯示出面包板電路，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的仿真調(diào)試。3.3.4常用的Arduino第三方軟件介紹3.3.4常用的Arduino第三方軟件介紹

VBB可以模擬Arduino連接各種電子模塊，例如液晶屏、舵機(jī)、邏輯數(shù)字電路、各種傳感器以及其他的輸入/輸出設(shè)備。

這些部件都可以直接使用，也可以通過組合，設(shè)計(jì)出更復(fù)雜的電路和模塊。3.3.4常用的Arduino第三方軟件介紹3.3.5Arduino使用方法1．硬件連接：用對(duì)應(yīng)的USB線連接開發(fā)板和電腦。2.驅(qū)動(dòng)安裝：XP系統(tǒng)會(huì)提示“新硬件需要安裝驅(qū)動(dòng)”，直接關(guān)掉，選擇手動(dòng)安裝。Win7及以上系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)搜索驅(qū)動(dòng)安裝，大部分都能正確安裝，如果不能正確，直接手動(dòng)安裝，方法同XP。3.3.5Arduino使用方法3.安裝IDE軟件，(IntegratedDevelopmentEnvironment)，譯為集成開發(fā)環(huán)境。3.3.5Arduino使用方法3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例一、數(shù)字量輸出（閃爍LED）（1）簡介閃爍LED是最簡單卻經(jīng)典的程序之一。打開file->examples->01.Basics->Blink隨即系統(tǒng)打開一個(gè)新的窗口，這個(gè)就是Arduino的程序?？梢钥闯鲞@個(gè)程序非常簡潔，灰色部分的文字是注釋（注釋是解釋程序的作用和一些參數(shù)等信息說明，不參與實(shí)際運(yùn)行）。該程序是正確無誤的，下一步就是把這個(gè)程序編譯成功并燒寫到板卡中，并讓其運(yùn)行。3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例（3）程序基本結(jié)構(gòu)說明下面分析這個(gè)程序的基本內(nèi)容，通過這個(gè)程序了解一下arduino語言的特點(diǎn)。intLED=13;//定義LED引腳voidsetup(){pinMode(LED,OUTPUT);}//初始化端口voidloop()

{

digitalWrite(LED,HIGH);//設(shè)定LED為高電平

delay(1000);//延時(shí)1秒鐘，1000微秒digitalWrite(LED,LOW);//設(shè)定LED為低電平delay(1000);//延時(shí)1秒鐘}3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例（3）程序詳細(xì)解釋

程序是英文編寫的，它的格式和C語言一樣。有C語言基礎(chǔ)的同學(xué)容易看懂，arduino語言的特點(diǎn)是把所有寄存器的選擇、修改、執(zhí)行等工作編寫成了庫文件，用戶不需要了解底層的內(nèi)容就可以寫出好的應(yīng)用程序。Arduino也有關(guān)鍵字高亮功能，通過關(guān)鍵字可以看到程序的意圖，關(guān)鍵字是內(nèi)部規(guī)定的，不能修改，必須完全一樣，否則系統(tǒng)識(shí)別錯(cuò)誤。intLED=13;這句和c語言的定義是一樣的效果，指定LED燈對(duì)應(yīng)單片機(jī)硬件的第13引腳，開發(fā)板上對(duì)每個(gè)引腳都有標(biāo)號(hào)標(biāo)明。板卡的LED燈也連接到這個(gè)引腳。3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例voidsetup(){}是一個(gè)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)相當(dāng)于c中的初始化函數(shù)，一些在主程序運(yùn)行之前需要做的準(zhǔn)備工作都在這里設(shè)置完成，比如端口輸入或者輸出功能，輸出的標(biāo)準(zhǔn)或者推挽模式等。pinMode(LED,OUTPUT)這個(gè)語句的功能是把LED引腳定義為輸出，這樣就可以用來驅(qū)動(dòng)LED燈，引腳狀態(tài)有OUTPUT（輸出）和INPUT（輸入）,拼寫必須為大寫。函數(shù)loop就相當(dāng)于c語言的主循環(huán)函數(shù)，所有的需要循環(huán)執(zhí)行的功能都在這里面操作。3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例digitalWrite(LED,HIGH);譯為數(shù)字信號(hào)寫入函數(shù)，通過這個(gè)函數(shù)可以對(duì)指定的端口寫入數(shù)字信號(hào)0或1，這里用HIGH和LOW表示1或0。第一句是把LED端口置1，從硬件角度看就是點(diǎn)亮LED。

delay(1000),延時(shí)1000ms，也就是延時(shí)1秒，如果延時(shí)300ms，只要把對(duì)應(yīng)的數(shù)字改成300即可，最小值為1，這個(gè)函數(shù)的最小延時(shí)時(shí)長1ms。3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例digitalWrite(LED,LOW),熄滅LED燈。delay(1000),然后延時(shí)1秒鐘。

這樣就完成了一個(gè)閃爍周期，由于loop內(nèi)的語句是循環(huán)執(zhí)行的，之后會(huì)重新從點(diǎn)亮LED、延時(shí)1秒、熄滅LED、延時(shí)1秒，反復(fù)循環(huán)。最終看到LED燈以周期2秒的頻率閃爍（亮1秒滅1秒）。3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例二、串口通訊

利用Arduino

IDE

的串口工具，在電腦中顯示我們想要顯示的內(nèi)容。

（1）實(shí)例程序

void

setup()

{

Serial.begin(9600);//

打開串口，設(shè)置波特率為9600

Serial.println("Hello

World!");

}

void

loop()

{

}

3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例2）

說明

Serial.begin(9600);

這個(gè)函數(shù)是為串口數(shù)據(jù)傳輸設(shè)置每秒數(shù)據(jù)傳輸速率，每秒多少位數(shù)（波特率）。為了能與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，可選擇使用以下這些波特率：“300，1200，2400，4800，9600，14400，19200，28800，38400，57600

或

115200

”

3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果與操作1)

把代碼下載到Arduino控制板。

2）下載成功后，先從選項(xiàng)“tool”，選擇相應(yīng)的Arduino控制板，

和對(duì)應(yīng)的“com”口。

打開串口工具，在新打開的串口工具窗口的“右下角”

選擇相應(yīng)的波特率,顯示結(jié)果如下圖所示：3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例三、PWM應(yīng)用（PWM調(diào)控?zé)艄饬炼龋㏄WM是英文“PulseWidthModulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于測(cè)量，通信，功率控制與變換等許多領(lǐng)域。3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例

脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法，由于計(jì)算機(jī)不能輸出模擬電壓，只能輸出0或5V的的數(shù)字電壓值，我們就通過使用高分辨率計(jì)數(shù)器，利用方波的占空比被調(diào)制的方法來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例

只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。輸出的電壓值是通過通和斷的時(shí)間進(jìn)行計(jì)算的。輸出電壓=（接通時(shí)間/脈沖時(shí)間）*最大電壓值。3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例下面介紹一下PWM的三個(gè)基本參數(shù)：1、脈沖寬度變化幅度（最小值/最大值）2、脈沖周期（1秒內(nèi)脈沖頻率個(gè)數(shù)的倒數(shù)）3、電壓高度（例如：0V-5V）3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例

PWM在一些情況下可以替代DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換）功能。所以在Arduino里面使用函數(shù)analogWrite();寫模擬量，Arduino的PWM是8位，換算成數(shù)字量是0~255。PWM使用芯片內(nèi)部自帶的PWM發(fā)生器功能，只有在主板上標(biāo)有PWM的端口才能使用這個(gè)功能，否則此函數(shù)寫無效。UNO的PWM端口是3、5、6、9、10、11。

基本的硬件連接如下：3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例intLED=9;//LED引腳定義，這里需要使用有PWM功能的引腳

intbrightness=0;//LED亮度

intfadeAmount=5;//調(diào)節(jié)的單步間隔

//初始化

voidsetup(){pinMode(LED,OUTPUT);//LED引腳定義位輸出}3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例//主循環(huán)

voidloop(){analogWrite(LED,brightness);//設(shè)置了LED的亮度

brightness=brightness+fadeAmount;//下一個(gè)循環(huán)調(diào)整LED亮度//到最大值后反向調(diào)整

if(brightness==0||brightness==255){fadeAmount=-fadeAmount;}delay(30);//延時(shí)30ms}3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例四、模型量信號(hào)讀?。ü饷綦娮铚y(cè)試）（1）簡介

光敏電阻又稱光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。

光敏電阻器在電路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示。3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例（2）硬件連接3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例（3）程序intsensorPin=0;//模擬輸入引腳intLEDPin=4；//LED指示燈引腳intsensorValue=0;//模擬輸入數(shù)值變量voidsetup(){pinMode(LEDPin,OUTPUT);//聲明引腳為輸出模式}voidloop(){sensorValue=analogRead(sensorPin);//讀取電位器電壓值

if(sensorValue>=800)digitalWrite(LEDPin,HIGH);//點(diǎn)亮LEDelseif(sensorValue<=600)digitalWrite(LEDPin,LOW);//熄滅}3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例五、運(yùn)動(dòng)控制（舵機(jī)控制）（1）簡介

舵機(jī)是船舶上的一種大甲板機(jī)械。舵機(jī)的大小由外舾裝按照船級(jí)社的規(guī)范決定，選型時(shí)主要考慮扭矩大小。在航天方面，舵機(jī)應(yīng)用廣泛。航天方面，導(dǎo)彈姿態(tài)變換的俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)都是靠舵機(jī)相互配合完成的。舵機(jī)在許多工程上都有應(yīng)用，不僅限于船舶。3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例舵機(jī)基本組成

舵機(jī)主要是由外殼、電路板、無核心馬達(dá)、齒輪與位置檢測(cè)器所構(gòu)成。其工作原理是由接收機(jī)發(fā)出訊號(hào)給舵機(jī)，經(jīng)由電路板上的IC判斷轉(zhuǎn)動(dòng)方向，再驅(qū)動(dòng)無核心馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，透過減速齒輪將動(dòng)力傳至擺臂，同時(shí)由位置檢測(cè)器送回訊號(hào)，判斷是否已經(jīng)到達(dá)定位。位置檢測(cè)器其實(shí)就是可變電阻，當(dāng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電阻值也會(huì)隨之改變，藉由檢測(cè)電阻值便可知轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例舵機(jī)的控制信號(hào)實(shí)際上是PWM信號(hào)，周期不變，高電平的時(shí)間決定舵機(jī)的實(shí)際位置。標(biāo)準(zhǔn)的模擬舵機(jī)有三根接線，電源線2根，信號(hào)線1根。3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例

圖3-32小型舵機(jī)外型

圖3-33舵機(jī)接線圖3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例

舵機(jī)的控制信號(hào)為周期是20ms的脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)，其中脈沖寬度從0.5ms-2.5ms，相對(duì)應(yīng)舵盤的位置為0－180度，呈線性變化。也就是說，給它提供一定的脈寬，它的輸出軸就會(huì)保持在一個(gè)相對(duì)應(yīng)的角度上，無論外界轉(zhuǎn)矩怎樣改變，直到給它提供一個(gè)另外寬度的脈沖信號(hào)，它才會(huì)改變輸出角度到新的對(duì)應(yīng)的位置上。

由此可見，舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍不能超過180度，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的驅(qū)動(dòng)當(dāng)中。3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例（2）程序#include<Servo.h>//調(diào)用舵機(jī)庫文件Servomyservo;//最多可以控制8路舵機(jī)intpos=0;//用于存儲(chǔ)舵機(jī)位置的變量

//初始化

voidsetup(){myservo.attach(9);//舵機(jī)控制信號(hào)引腳

}3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例//主循環(huán)

voidloop(){for(pos=0;pos<180;pos+=1)//從0度-180度

{//步進(jìn)角度1度

myservo.write(pos);//輸入對(duì)應(yīng)的角度值，舵機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)到此位置delay(15);//15ms后進(jìn)入下一個(gè)位置

}for(pos=180;pos>=1;pos-=1)//從180度-0度

{myservo.write(pos);//輸入對(duì)應(yīng)的角度值，舵機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)到此位置

delay(15);//15ms后進(jìn)入下一個(gè)位置}}3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例六、直流電機(jī)控制

直流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動(dòng)機(jī)。因其良好的調(diào)速性能而在電力拖動(dòng)中得到廣泛應(yīng)用。

基本構(gòu)造：分為兩部分：定子與轉(zhuǎn)子。定子包括：主磁極，機(jī)座，換向極，電刷裝置等。轉(zhuǎn)子包括：電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，軸和風(fēng)扇等。3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例

在本例中只講解調(diào)速功能，啟停功能實(shí)際就是開關(guān)功能，無需講解，直流電機(jī)還有正反轉(zhuǎn)功能，這需要專用的驅(qū)動(dòng)芯片配合控制，比如L9110，L298等。這里不做講解。下面是簡單的連接電路圖和實(shí)物連接圖。本例使用ULN2003驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這種芯片內(nèi)部是達(dá)林頓管，寬范圍電源供電，大電流輸出，適應(yīng)性較廣，內(nèi)部集成包含二極管，是應(yīng)用驅(qū)動(dòng)喇叭，電機(jī)，繼電器等功率器件。3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例（3）程序intpotpin=0;//定義模擬接口0intledpin=9;//定義數(shù)字接口9（PWM輸出）intval=0;//暫存來自傳感器的變量數(shù)值voidsetup(){pinMode(ledpin,OUTPUT);//定義數(shù)字接口11為輸出Serial.begin(9600);//設(shè)置波特率為9600//注意：模擬接口自動(dòng)設(shè)置為輸入}3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例voidloop(){val=analogRead(potpin);//讀取傳感器的模擬值并賦值給valSerial.println(val);//顯示val變量analogWrite(ledpin,val/4);//打開LED并設(shè)置亮度（PWM輸出最大值255）delay(10);//延時(shí)0.01秒}3.3.6Arduino應(yīng)用實(shí)例3.4PLC（可編程控制器）

3.4.1PLC的產(chǎn)生和定義

1、簡介*20世紀(jì)20年代以來，繼電器控制曾一度占據(jù)工業(yè)控制領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。*繼電器控制系統(tǒng)的弱點(diǎn)：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運(yùn)行速度慢、適應(yīng)性差，等。尤其是可靠性差、不具有通用性、靈活性。*

1968年美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），擬定了十項(xiàng)公開招標(biāo)的技術(shù)要求*

1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器（PDP-14型）繼電器3.4.1PLC的產(chǎn)生和定義接觸器3.4.1PLC的產(chǎn)生和定義

PLC以順序控制為主，能完成各種邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、定位、算術(shù)運(yùn)算和通信等功能，它即能控制開關(guān)量又能控制模擬量。

從單機(jī)自動(dòng)化到整條生產(chǎn)線的自動(dòng)化，乃至整個(gè)工廠的生產(chǎn)自動(dòng)化，PLC均擔(dān)當(dāng)著重要角色，PLC的應(yīng)用最普遍，它在工廠自動(dòng)化設(shè)備中占據(jù)第一位。3.4.1PLC的產(chǎn)生和定義PLC著名品牌德國西門子公司（Siemens）臺(tái)灣臺(tái)達(dá)（DELTA）美國A－B公司（Allen－Bradley）日本歐姆公司（OMRON）日本三菱電機(jī)株式會(huì)社（MITSUBISHI）3.4.1PLC的產(chǎn)生和定義圖3-36德國西門子PLC圖3-37日本三菱PLC3.4.1PLC的產(chǎn)生和定義2、可編程邏輯控制器的特點(diǎn)（1）使用方便，編程簡單采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。（2）功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高一臺(tái)小型PLC內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。它與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價(jià)格比。PLC可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。3.4.1PLC的產(chǎn)生和定義3.4.1PLC的產(chǎn)生和定義（3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。（4）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器，由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。3.4.1PLC的產(chǎn)生和定義（5）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。（6）維修工作量小，維修方便PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。3.4.1PLC的產(chǎn)生和定義3、PLC應(yīng)用領(lǐng)域

目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。：3.4.1PLC的產(chǎn)生和定義（1）開關(guān)量的邏輯控制

這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。3.4.1PLC的產(chǎn)生和定義（2）模擬量控制

在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。3.4.1PLC的產(chǎn)生和定義（3）運(yùn)動(dòng)控制

PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。3.4.1PLC的產(chǎn)生和定義（4）過程控制

過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。3.4.1PLC的產(chǎn)生和定義（5）數(shù)據(jù)處理

現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。

數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。3.4.1PLC的產(chǎn)生和定義（6）通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。3.4.1PLC的產(chǎn)生和定義3.4.2西門子S7-1200PCL

（1）掌握S7-1200PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。（2）掌握S7-1200PLC的硬件和編程語言。（3）掌握S7-1200PLC的程序結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.1S7-1200PLC簡介

一個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)比較常見的PLC控制系統(tǒng)的示意圖如圖1-1所示。該控制系統(tǒng)主要分為三部分：上位機(jī)，控制系統(tǒng)和執(zhí)行裝置。

上位機(jī)（PC機(jī)）一般安置在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控室或者調(diào)度室，用于生產(chǎn)管理與調(diào)度人員隨時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，保證生產(chǎn)有序進(jìn)行；

控制系統(tǒng)一般安置在現(xiàn)場(chǎng)電控柜里，其中，左邊SMART700/1000為觸摸屏，用于現(xiàn)場(chǎng)操作人員控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。右邊的PLC用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，記錄現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)傳送至上位機(jī)等功能；

執(zhí)行裝置。PLC下方兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)為執(zhí)行裝置，負(fù)責(zé)執(zhí)行PLC發(fā)出的指令，完成現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程。3.4.2西門子S7-1200PCL

2025/1/4SIMATICS7-1200是西門子公司的一款緊湊型、模塊化的PLC，可完成簡單與高級(jí)邏輯控制、觸摸屏(HMI)網(wǎng)絡(luò)通信等任務(wù)。對(duì)于需要網(wǎng)絡(luò)通信功能和單屏或多屏HMI的自動(dòng)化系統(tǒng)，易于設(shè)計(jì)和實(shí)施。具有支持小型運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)的高級(jí)應(yīng)用功能。1200系列PLC的CPU將微處理器、集成電源、輸入和輸出電路、內(nèi)置PROFINET、高速運(yùn)動(dòng)控制I/O以及板載模擬量輸入組合到一個(gè)設(shè)計(jì)緊湊的外殼中來形成功能強(qiáng)大的控制器。3.4.2西門子S7-1200PCL

1.1S7-1200PLC簡介2025/1/41.2S7-1200PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理S7-1200系列CPU有五種不同型號(hào)的模塊，分別為CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C、CPU1215C和CPU1217C。每一種模塊都可以進(jìn)行擴(kuò)展，以滿足用戶系統(tǒng)需要。用戶可以在任何型號(hào)的CPU前方加入一個(gè)信號(hào)板，用來擴(kuò)展數(shù)字量或模擬量I/O，同時(shí)不影響控制器的實(shí)際大小，也可將信號(hào)模塊連接至CPU的右側(cè)以進(jìn)一步擴(kuò)展數(shù)字量或模擬量I/O的容量。3.4.2西門子S7-1200PCL

2025/1/41.2S7-1200PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理特征CPU1211CCPU1212CCPU1214CCPU1215CCPU1217C物理尺寸（mm）90*100*75110*100*75130*100*75150*100*75用戶存儲(chǔ)器工作50KB75KB100KB125KB150KB負(fù)載1MB2MB4MB

保持性10KB本地板載I/O數(shù)字量6個(gè)輸入8個(gè)輸入14個(gè)輸入4個(gè)輸出6個(gè)輸出10個(gè)輸出模擬量2路輸入2點(diǎn)輸入/2點(diǎn)輸出3.4.2西門子S7-1200PCL

2025/1/41.3S7-1200PLC的硬件組成（1）CPU模塊圖1-2CPU1211CDC/DC/RLY下面以CPU1211CDC/DC/RLY型號(hào)的CPU為例講解CPU模塊的組成與功能：①電源接口；

②存儲(chǔ)卡插槽（上保護(hù)蓋下面）；

③可拆卸用戶接線端子；

④板載I/O狀態(tài)指示LED；

⑤PROFINET連接端口（CPU的底部）。3.4.2西門子S7-1200PCL

2025/1/4（2）信號(hào)模塊

信號(hào)模塊又稱為SM模塊（SignalModule），包括數(shù)字量輸入模塊（DI）、輸出模塊(DO)和模擬量輸入模塊（AI）、輸出模塊（AO）。輸入模塊用于采集和接收輸入信號(hào)，數(shù)字量輸入模塊（DI）用于接收開關(guān)、按鈕、限位開關(guān)、光電開關(guān)、繼電器等過來的數(shù)字量輸入信號(hào)；模擬量輸入模塊（AI）用于接收電位器，溫度傳感器，測(cè)速發(fā)電機(jī)，壓力傳感器等提供連續(xù)變化的模擬量信號(hào)。輸出模塊用于控制外部設(shè)備。數(shù)字量輸出模塊（DO）用于控制接觸器、繼電器、指示燈、電磁閥等數(shù)字量控制外設(shè)；模擬量輸出模塊（AO）可用于控制變頻器、壓力閥等模擬量控制的外設(shè)。3.4.2西門子S7-1200PCL

1.3S7-1200PLC的硬件組成2025/1/4（3）通信模塊

通信模塊（CB）安裝在CPU模塊的左邊，最多可以添加三塊通信模塊，可以使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模塊、RPOFIBUS模塊、AS-i接口模塊和IO-Link模塊等。

通信模塊；②CPU；③信號(hào)板；④信號(hào)模塊。1.3S7-1200PLC的硬件組成3.4.2西門子S7-1200PCL

2025/1/4（4）CPU接線圖以1214C系列CPU為例（1214CDC/DC/DC）

其中，24VDC傳感器電源輸出要獲得更好的抗噪聲效果，即使未使用傳感器電源，也可將“M”連接到機(jī)殼接地。對(duì)于漏型輸入，將“-”連接到“M”（如圖所示）。對(duì)于源型輸入，將“+”連接到“M”3.4.2西門子S7-1200PCL

1.3S7-1200PLC的硬件組成2025/1/41.4S7-1200的編程語言（1）梯形圖梯形圖和繼電器的電氣圖比較類似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被熟悉繼電器控制的電氣工作者掌握，適合數(shù)字量邏輯控制，梯形圖也被稱為電路或者程序。梯形圖由觸點(diǎn)、線圈和用方框表示的指令框組成。觸點(diǎn)表示輸入條件，如外部按鈕、開關(guān)和內(nèi)部的中間變量條件等。線圈通常表示邏輯運(yùn)算的結(jié)果，常用于控制外部負(fù)載和內(nèi)部中間變量。指令框用于表示定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)學(xué)運(yùn)算或運(yùn)動(dòng)控制等指令。

程序段1就是一段典型的電動(dòng)機(jī)自鎖啟動(dòng)程序，I0.0是啟動(dòng)按鈕，按下后，Q0.0控制電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)Q0.0的常開點(diǎn)閉合，等啟動(dòng)按鈕I0.0松開后，能保持電路是通的，讓電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，達(dá)到自鎖的目的。I0.1是停止按鈕，按下后，Q0.0斷開。3.4.2西門子S7-1200PCL

2025/1/41.4S7-1200的編程語言（2）功能塊圖功能塊圖（FBD）使用類似于數(shù)字電路的圖形邏輯符號(hào)來表示控制邏輯，有數(shù)字電路基礎(chǔ)的人比較容易掌握，使用這種方式編程的人不多。在剛才編寫的程序段1中，用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊“MAIN(OB1)”，找到“切換編程語言”，選擇“FBD”3.4.2西門子S7-1200PCL

2025/1/41.4S7-1200的編程語言（2）功能塊圖在功能塊圖中，用類似與門（符號(hào)“&”）、或門（符號(hào)“>=1”）的方框表示邏輯運(yùn)算關(guān)系，方框左邊為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右邊為輸出變量，輸出端的小圓圈表示“非”運(yùn)算，信號(hào)的方向也是從左到右。指令框用來表示一些復(fù)雜的功能，例如數(shù)學(xué)運(yùn)算等。3.4.2西門子S7-1200PCL

2025/1/41.4S7-1200的編程語言（3）SCL語言SCL（StructuredControlLanguage，結(jié)構(gòu)化控制語言）是一種基于PASCAL的高級(jí)編程語言。SCL除了包含PLC的典型元素（例如輸入、輸出、定時(shí)器等）外，還包含高級(jí)編程語言中的表達(dá)式、運(yùn)算符和賦值運(yùn)算。SCL提供了簡便的指令進(jìn)行程序控制如創(chuàng)建程序分支、循環(huán)或跳轉(zhuǎn)。SCL主要適用于以下領(lǐng)域：數(shù)據(jù)處理、過程優(yōu)化、數(shù)學(xué)運(yùn)算和統(tǒng)計(jì)任務(wù)等。3.4.2西門子S7-1200PCL

2025/1/41.5程序結(jié)構(gòu)（1）模塊化編程塊簡要說明組織塊（OB）操作系統(tǒng)與用戶程序的接口，決定程序的結(jié)構(gòu)功能塊（FB）用戶編寫的包含經(jīng)常使用的功能的子程序，有專用的背景數(shù)據(jù)塊功能（FC）用戶編寫的包含經(jīng)常使用的功能的子程序，無專用的背景數(shù)據(jù)塊背景數(shù)據(jù)塊(DB）用于保存FB的輸如輸出參數(shù)和靜態(tài)變量，數(shù)據(jù)在編譯時(shí)自動(dòng)生成全局?jǐn)?shù)據(jù)塊(DB）存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)域，供所有的代碼塊共享

模塊化編程將復(fù)雜的任務(wù)分成較小的子任務(wù)，每個(gè)子任務(wù)對(duì)應(yīng)一個(gè)稱為“塊”的子程序，可以通過塊與塊之間的相互調(diào)用來組織程序。這樣的程序易于調(diào)試、查錯(cuò)和修改，增加了PLC程序的組織性、邏輯性和可維護(hù)性。3.4.2西門子S7-1200PCL

2025/1/41.5程序結(jié)構(gòu)（2）組織塊組織塊（OrganizationBlock,OB）是操作系統(tǒng)與用戶程序的接口，由操作系統(tǒng)調(diào)用，用于控制掃描循環(huán)和中斷程序的執(zhí)行、PLC的啟動(dòng)和錯(cuò)誤處理等。其中的程序由用戶編寫。每個(gè)組織塊必須有唯一的編號(hào)，123號(hào)之前的一些編號(hào)是保留的，其他OB的編號(hào)應(yīng)大于等于123。OB塊不能互相調(diào)用，也不能被FC和FB塊調(diào)用，只有啟動(dòng)事件（如周期性中斷事件或診斷中斷事件）可以啟動(dòng)OB塊的執(zhí)行。OB1是用戶程序中的主程序，在每一次循環(huán)中，操作系統(tǒng)程序調(diào)用一次OB1，因此OB1中的程序時(shí)循環(huán)執(zhí)行的。一個(gè)PLC程序中允許有多個(gè)程序循環(huán)，默認(rèn)的塊是OB1，其他的循環(huán)程序OB的編號(hào)必須大于等于123。3.4.2西門子S7-1200PCL

2025/1/41.5程序結(jié)構(gòu)（2）功能（函數(shù)）功能（Function，F(xiàn)C）是用戶編寫的子程序，包含完成特定任務(wù)的代碼和參數(shù)。FC和塊有與調(diào)用它的塊共享的輸入輸出參數(shù)，執(zhí)行完FC和FB后，返回調(diào)用它的代碼塊?？梢栽诔绦虻牟煌恢枚啻握{(diào)用同一個(gè)FC或FB塊，這樣可以簡化重復(fù)執(zhí)行的任務(wù)編程。FC沒有固定的存儲(chǔ)區(qū)，執(zhí)行結(jié)束后，其臨時(shí)變量中的數(shù)據(jù)也就丟失了。3.4.2西門子S7-1200PCL

2025/1/41.5程序結(jié)構(gòu)（3）功能塊功能塊（FunctionBlock,FB）是用戶編寫的子程序。調(diào)用FB時(shí)，需要指定背景數(shù)據(jù)塊，后者是功能塊專用的存儲(chǔ)區(qū)。CPU執(zhí)行FB中的程序，將塊的輸入輸出參數(shù)和局部靜態(tài)變量保存在背景數(shù)據(jù)塊中，以便在后面的掃描周期訪問它們。FB的典型應(yīng)用是執(zhí)行不能再一個(gè)掃描周期完成的操作。在調(diào)用FB時(shí)，會(huì)自動(dòng)打開對(duì)應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)塊中的變量可以供其他代碼塊使用。3.4.2西門子S7-1200PCL

2025/1/41.5程序結(jié)構(gòu)（4）數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊（DataBlock，DB）是用于存放執(zhí)行代碼塊時(shí)所需數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)，與代碼塊不同，數(shù)據(jù)塊沒有指令，STEP7按照數(shù)據(jù)生成的順序自動(dòng)為數(shù)據(jù)塊中的變量分配地址。背景數(shù)據(jù)塊存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)供特定的FB使用，保存的是對(duì)應(yīng)的FB的輸入、輸出參數(shù)和局部靜態(tài)變量。FB的臨時(shí)數(shù)據(jù)不是用背景數(shù)據(jù)塊保存的。全局?jǐn)?shù)據(jù)塊存儲(chǔ)供所有代碼塊使用的數(shù)據(jù)，所有的OB、FB和FC都可以訪問。3.4.2西門子S7-1200PCL

（1）掌握博途軟件的基本用法。（2）熟悉軟件的界面。（3）掌握程序編寫及下載方法。3.4.3博途軟件的使用2025/1/4STEP7是TIAPortal中的編程和組態(tài)軟件。除了包括STEP7外，TIAPortal中還包括設(shè)計(jì)和執(zhí)行運(yùn)行過程可視化的WinCC，以及WinCC以及STEP7的在線幫助。軟件提供了一個(gè)用戶友好的環(huán)境，供用戶開發(fā)、編輯和監(jiān)視控制應(yīng)用所需的邏輯，其中包括用于管理和組態(tài)項(xiàng)目中所有設(shè)備（例如控制器和HMI等設(shè)備）的工具。為了幫助用戶查找需要的信息，STEP7提供了內(nèi)容豐富的在線幫助系統(tǒng)。STEP7提供了標(biāo)準(zhǔn)編程語言，用于方便高效地開發(fā)適合用戶具體應(yīng)用的控制程序。3.4.3博途軟件的使用2025/1/42.1軟件的安裝安裝好軟件后，打開桌面上的“TIAPORTALV14”圖標(biāo)。可以看到軟件開始畫面。①不同任務(wù)的門戶②所選門戶的任務(wù)③所選操作的選擇面板④切換到項(xiàng)目視圖軟件打開后主要分為4個(gè)區(qū)域，功能分別如下：3.4.3博途軟件的使用切換到項(xiàng)目視圖后，可以看到軟件界面主要分為7個(gè)區(qū)域①菜單和工具欄②項(xiàng)目瀏覽器③工作區(qū)④任務(wù)卡⑤巡視窗口⑥切換到門戶視圖⑦編輯器欄2.2軟件的界面3.4.3博途軟件的使用2025/1/42.3TIAPORTAL軟件的使用用一個(gè)簡單的例子來講解博途軟件如何使用。在這個(gè)例子中，用中間變量M0.0作為輸入，M0.1作為輸出，當(dāng)M0.0置高電平時(shí)，輸出M0.1也為高電平。3.4.2博途軟件的使用2025/1/42.3TIAPORTAL軟件的使用1.CPU的L和M端分別接入24V電源的正、負(fù)極，然后新建項(xiàng)目，如圖所示：3.4.2博途軟件的使用2.3TIAPORTAL軟件的使用2.打開項(xiàng)目視圖，點(diǎn)擊“添加新設(shè)備”，選擇“CPU1214CDC/DC/RLY”：3.4.2博途軟件的使用2025/1/42.3TIAPORTAL軟件的使用3.打開PLC默認(rèn)變量表，添加變量M0.0和M0.1：3.4.2博途軟件的使用2025/1/42.3TIAPORTAL軟件的使用4.在主程序中添加如下程序段：3.4.2博途軟件的使用2025/1/42.3TIAPORTAL軟件的使用5.下載程序至PLC：3.4.2博途軟件的使用2.3TIAPORTAL軟件的使用6.打開“監(jiān)控與強(qiáng)制表”，添加新監(jiān)控表，并添加監(jiān)控變量M0.0和M0.1：3.4.2博途軟件的使用2.3TIAPORTAL軟件的使用7.擊“全部監(jiān)視”，將M0.0的修改值設(shè)置為TRUE，點(diǎn)擊“立即一次性修改全部選定值”，觀察M0.0和M0.1的值的變化,如圖，當(dāng)M0.0置位時(shí)，M0.1也被置位；M0.0復(fù)位時(shí)，M0.1也被復(fù)位.3.4.2博途軟件的使用2.3TIAPORTAL軟件的使用8.回到主程序中，點(diǎn)擊“啟用監(jiān)視”，觀察程序段的執(zhí)行狀態(tài)，可以看到M0.0被置高電平后，第一條程序段處于通路狀態(tài)，M0.1輸出高電平3.4.2博途軟件的使用3.5總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī),簡稱工控機(jī),也稱為工業(yè)計(jì)算機(jī)IPC。（IndustrialPersonalComputer）它主要用于工業(yè)過程測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)采集等工作。

典型的工控機(jī)由加固型工業(yè)機(jī)箱、工業(yè)電源、主機(jī)板、顯示板、硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器、各類輸入/輸出接口模塊、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等組成。工控機(jī)硬件組成11、全鋼機(jī)箱IPC的全鋼機(jī)箱是按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，抗沖擊、抗振動(dòng)、抗電磁干擾，內(nèi)部可安裝同PC-bus兼容的無源底板。2、無源底板

無源底板也稱之為背板(BackPlane)，以總線結(jié)構(gòu)形式(如STD、ISA、PCI總線等)設(shè)計(jì)成多插槽的底板。底板可插接各種板卡，包括CPU卡、顯示卡、控制卡、I/O卡等。3.5.1總線工業(yè)控制計(jì)算的組成與特點(diǎn)工控機(jī)機(jī)箱機(jī)箱前端機(jī)箱后端3.5.1總線工業(yè)控制計(jì)算的組成與特點(diǎn)前端蓋打開機(jī)箱俯視雙正壓風(fēng)扇3.5.1總線工業(yè)控制計(jì)算的組成與特點(diǎn)圖機(jī)箱后端3.5.1總線工業(yè)控制計(jì)算的組成與特點(diǎn)無源底板3.5.1總線工業(yè)控制計(jì)算的組成與特點(diǎn)3、主機(jī)板

工業(yè)控制機(jī)的核心，由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）和I/O接口等部件組成。主機(jī)板的作用是將采集到的實(shí)時(shí)信息按照預(yù)定程序進(jìn)行必要的數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理，及時(shí)選擇控制策略并將結(jié)果輸出到工業(yè)過程。3.5.1總線工業(yè)控制計(jì)算的組成與特點(diǎn)系統(tǒng)總線可分為內(nèi)部總線和外部總線。

內(nèi)部總線是工控機(jī)內(nèi)部各組成部分之間進(jìn)行信息傳送的公共通道，是一組信號(hào)線的集合。常用的內(nèi)部總線有IBMPC總線和STD總線。

外部總線是工控機(jī)與其它計(jì)算機(jī)和智能設(shè)備進(jìn)行信息傳送的公共通道，常用外部總線有RS-232C、RS485和IEEE-488通信總線。3.5.2工業(yè)控制計(jì)算總線結(jié)構(gòu)3.5.2工業(yè)控制計(jì)算總線結(jié)構(gòu)圖3-49系統(tǒng)總線連接示意圖5、人-機(jī)接口

人-機(jī)接口包括顯示器、鍵盤、打印機(jī)以及專用操作顯示臺(tái)等。通過人-機(jī)接口設(shè)備，操作員與計(jì)算機(jī)之間可以進(jìn)行信息交換。6、通信接口

通信接口是工業(yè)控制機(jī)與其它計(jì)算機(jī)和智能設(shè)備進(jìn)行信息傳送的通道。常用RS-232C和RS485、IEEE-488接口。為方便主機(jī)系統(tǒng)集成，USB總線接口技術(shù)正日益受到重視。3.5.1總線工業(yè)控制計(jì)算的組成與特點(diǎn)7、輸入/輸出模板

是工控機(jī)和生產(chǎn)過程之間進(jìn)行信號(hào)傳遞和變換的連接通道。包括模擬量輸入通道(AI)、模擬量輸出通道(AO)、數(shù)字量(開關(guān)量)輸入通道(DI)、數(shù)字量(開關(guān)量)輸出通道(DO)。3.5.1總線工業(yè)控制計(jì)算的組成與特點(diǎn)⑴系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件用來管理IPC的資源，并以簡便的形式向用戶提供服務(wù)。包括實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)、引導(dǎo)程序、調(diào)度執(zhí)行程序，如美國Intel公司的iRMX86實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。除了實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)以外，也常使用MS-DOS，特別是Windows軟件。⑵工具軟件工具軟件是技術(shù)人員從事軟件開發(fā)工作的輔助軟件，包括匯編語言、高級(jí)語言、編譯程序、編輯程序、調(diào)試程序、診斷程序等。⑶應(yīng)用軟件是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員針對(duì)某個(gè)生產(chǎn)過程而編制的控制和管理程序。通常包括過程輸入輸出程序、過程控制程序、人-機(jī)