【正文】 可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。小型PLC從產(chǎn)生到現(xiàn)在，實(shí)現(xiàn)了接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍；其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；如今的小型PLC在編程，I/O擴(kuò)展，通訊接口，開(kāi)關(guān)量和模擬量的調(diào)節(jié)以及一些特殊功能模塊如高速計(jì)數(shù)輸入和脈沖輸出的應(yīng)用上已經(jīng)基本滿足用戶的需求了。但隨著應(yīng)用需求及關(guān)聯(lián)產(chǎn)品技術(shù)性能的提升（如步進(jìn)驅(qū)動(dòng)的脈沖響應(yīng)頻率及精度，HMI及關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的通訊功能），PLC將繼續(xù)得已完善和發(fā)展。我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開(kāi)放開(kāi)始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器?？梢灶A(yù)期，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。 論文的主要研究工作掌握步進(jìn)電機(jī)的原理及其驅(qū)動(dòng)方法，掌握西門子S7200 PLC的原理與程序設(shè)計(jì)方法。掌握步進(jìn)電機(jī)的電氣控制試驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理，基于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)S7200 PLC程序，實(shí)現(xiàn)主站PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。第二章 西門子 S7200 PLC PLC的產(chǎn)生傳統(tǒng)的繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于掌握、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。但是，這些控制裝置體積大、動(dòng)作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是接線復(fù)雜、排除故障非常困難而且要花費(fèi)大量的時(shí)間。如果工藝要求發(fā)生變化，控制柜內(nèi)的元件和接線也需要作相應(yīng)的變動(dòng)，改造的工期長(zhǎng)、費(fèi)用高，通用性和靈活性較差。1968年，美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷翻新，想尋找一種方法，以盡可能減少重新設(shè)計(jì)繼電器控制系統(tǒng)和接線、降低成本、縮短時(shí)間，而考慮把計(jì)算機(jī)的功能完善、通用靈活等優(yōu)點(diǎn)與繼電器控制的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，制成一種通用控制裝置，提出了研制PLC的基本設(shè)想：，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；，最好是插件式結(jié)構(gòu)；；；；；；，2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥；，原有系統(tǒng)只需做很小的改動(dòng)；。根據(jù)以上設(shè)想和要求，1969年美國(guó)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，并在通用汽車公司的汽車生產(chǎn)線上試用成功，從而開(kāi)創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。從此，這一更新技術(shù)就以很快的速度發(fā)展起來(lái)，現(xiàn)代的PLC已成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC，機(jī)器人和CAD／CAM）之一。 PLC的特點(diǎn) 編程方法簡(jiǎn)單易學(xué) 考慮到企業(yè)中一般電氣技術(shù)人員和技術(shù)工人的傳統(tǒng)讀圖習(xí)慣和應(yīng)用微機(jī)的實(shí)際水平，PLC配備有他們最容易接受和掌握的梯形圖語(yǔ)言。梯形圖語(yǔ)言的電路符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖非常接近。而且某些僅有開(kāi)關(guān)量邏輯控制功能的PLC只有十幾條指令。通過(guò)閱讀PLC的使用手冊(cè)或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員或技術(shù)工人只要幾天的時(shí)間就可以熟悉梯形圖語(yǔ)言，并用來(lái)編制用戶程序。 硬件配套齊全，用戶使用方便 PLC配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶不必自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。用戶在硬件方面的設(shè)計(jì)工作只是確定PLC的硬件配置和外部接線。PLC的安裝接線也很方便。 通用性強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng) PLC的生產(chǎn)具有系列化和模塊化特點(diǎn)，硬件配置相當(dāng)靈活，可以很方便地組成能滿足各種控制要求的控制系統(tǒng)。組成系統(tǒng)后，如果工藝變化，可以通過(guò)修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)變化。 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 絕大多數(shù)用戶都將可靠性作為選擇控制裝置的首要條件。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。PLC的平均無(wú)故障間隔時(shí)間高，如日本三菱公司的FF2系列PLC的平均無(wú)故障間隔時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30萬(wàn)小時(shí)，這是一般微機(jī)所不能比擬的。 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，控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序很容易掌握，設(shè)計(jì)和調(diào)試梯形圖所花的時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖花的時(shí)間要少得多。 維修工作量小，維修方便PLC的故障率很低，并且有完善的診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)PLC上的指示燈或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因。用更換模塊的方法可以迅速地排除PLC的故障。 體積小，能耗低以F1意40M型PLC為例，其外形尺寸為305ll0110mm，功耗小于25VA。由于體積小，PLC很容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想的控制設(shè)備。 PLC的系統(tǒng)構(gòu)成PLC實(shí)際上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機(jī)相似，主要由主機(jī)、I/O擴(kuò)展機(jī)、外圍設(shè)備三部分組成， 主機(jī)主機(jī)由CPU（微處理器）、存儲(chǔ)器、輸入／輸出單元、電源等部分組成。CPU是PLC的核心，其作用類似于人的大腦。它能夠識(shí)別用戶按特定格式輸入的指令，并按照指令完成預(yù)定的控制任務(wù)。另外，它還能識(shí)別用戶所輸入的指令序列的格式和語(yǔ)法錯(cuò)誤，還具有系統(tǒng)測(cè)試與診斷功能。PLC的存儲(chǔ)器有兩種：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)正常工作所必須的程序，如系統(tǒng)診斷程序、鍵盤輸入處理程序、指令解釋程序、監(jiān)控程序等。這些程序與用戶無(wú)直接關(guān)系，已由廠家直接固化進(jìn)EPROM中，不能由用戶直接存取、修改。用戶程序存儲(chǔ)器主要存放用戶程序（用戶利用PLC的編程語(yǔ)言按不同控制要求所編制的控制程序或數(shù)據(jù)，這相當(dāng)于設(shè)計(jì)繼電器控制系統(tǒng)硬接線的控制電路圖），可通過(guò)編程器進(jìn)行修改。輸入輸出（I／O）單元是PLC與輸入控制信號(hào)和被控制設(shè)備連接起來(lái)的部件，輸入單元接收從開(kāi)關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)和傳感器等輸入的現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能接收和處理的數(shù)字信號(hào)。輸出單元接收經(jīng)過(guò)CPU處理過(guò)的輸出數(shù)字信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成被控制設(shè)備或顯示裝置所能接收的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥和指示器件等。電源部件是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電的裝置，它向PLC提供所需要的直流電源。電源組件具有很高的抗干擾能力，適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用，供電穩(wěn)定、安全可靠。電源組件內(nèi)還裝有備用鋰電池，以保證在斷電時(shí)保存必要的信息。PLC還有各種接口，PLC通過(guò)這些接口可與監(jiān)視器、打印機(jī)、其它的PLC或計(jì)算機(jī)等相連。 I/O擴(kuò)展機(jī)每種PLC都有與主機(jī)相配的擴(kuò)展模塊，用來(lái)擴(kuò)展輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，以便根據(jù)控制要求靈活組合系統(tǒng)。PLC擴(kuò)展模塊內(nèi)不設(shè)CPU，僅對(duì)I/O通道進(jìn)行擴(kuò)展，不能脫離主機(jī)獨(dú)立實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。 外部設(shè)備外部設(shè)備包括編程器、盒式磁帶機(jī)、打印機(jī)、EPROM寫入器、圖形監(jiān)控系統(tǒng)等。其中編程器是PLC必不可少的重要外圍設(shè)備，由鍵盤、顯示器、工作方式選擇開(kāi)關(guān)和外存儲(chǔ)器接插口等部件組成，主要用于對(duì)用戶程序進(jìn)行輸入、檢查、調(diào)試和修改，并用來(lái)監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。編程器有簡(jiǎn)易型和智能型兩類。簡(jiǎn)易型編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且需將梯形圖轉(zhuǎn)化為助記符后才能送入。智能型編程器又稱圖形編程器，它既可聯(lián)機(jī)編程，又可脫機(jī)編程，具有圖形顯示功能，可直接輸入梯形圖和通過(guò)屏幕對(duì)話，但價(jià)格較貴?，F(xiàn)在也可在個(gè)人計(jì)算機(jī)上填加適當(dāng)?shù)挠布涌?，利用生產(chǎn)廠家提供的編程軟件包就可將計(jì)算機(jī)作為編程器使用，而且還可以在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)試。PLC與打印機(jī)相連可將過(guò)程信息，系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印。當(dāng)與監(jiān)視器相連時(shí)可將控制過(guò)程圖象顯示出來(lái)。當(dāng)PLC與PLC相連時(shí)，可組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模控制。當(dāng)PLC與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可組成多級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合系統(tǒng)。脈沖輸出（PLS）指令功能為：使能有效時(shí)，檢查用于脈沖輸出（）的特殊存儲(chǔ)器位（SM），然后執(zhí)行特殊存儲(chǔ)器位定義的脈沖操作。指令格式如表21所示。表21 脈沖輸出（PLS）指令格式LADSTL操作數(shù)及數(shù)據(jù)類型PLS ：常量（0或1）數(shù)據(jù)類型 字（）的特殊存儲(chǔ)器（1）控制字節(jié)和參數(shù)的特殊存儲(chǔ)器每個(gè)PTO/PWM發(fā)生器都有：一個(gè)控制字節(jié)（8位）、一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)值（無(wú)符號(hào)的32位數(shù)值）和一個(gè)周期時(shí)間和脈寬值（無(wú)符號(hào)的16位數(shù)值）。這些值都放在特定的特殊存儲(chǔ)區(qū)（SM），如表4所示。執(zhí)行PLS指令時(shí)，S7200讀這些特殊存儲(chǔ)器位（SM），然后執(zhí)行特殊存儲(chǔ)器位定義的脈沖操作，即對(duì)相應(yīng)的PTO/PWM發(fā)生器進(jìn)行編程。表22 脈沖輸出（）的特殊存儲(chǔ)器