【正文】 2所示的直流輸入接口電路為例， R1是限流與分壓電阻， R2 與 C構(gòu)成濾波電路 。 3）數(shù)據(jù)存儲器 PLC運(yùn)行過程中需生成或調(diào)用中間結(jié)果數(shù)據(jù)（如輸入 /輸出元件的狀態(tài)數(shù)據(jù)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的預(yù)置值和當(dāng) 前值等 ）和組態(tài)數(shù)據(jù)（如輸入輸出組態(tài)、設(shè)置輸入濾波、脈沖捕捉、輸出表配置、定義存儲區(qū)保持范圍、模擬電位器設(shè)置、高速計(jì)數(shù)器配置、高速脈沖輸出配置、通信組態(tài)等），這類數(shù)據(jù)存放在工作數(shù)據(jù)存儲器中，由于工作數(shù)據(jù)與組態(tài)數(shù)據(jù)不斷變化，且不需要長期保存，所以采用隨機(jī)存取存儲器 RAM。 （ 2）存儲器 PLC內(nèi)的存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和數(shù)據(jù)等。 ○ 3 高檔 PLC 除具有中檔機(jī)的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表格傳送功能等。 目前大、中型 PLC都采用這種方式。 典型的大型 PLC有 SIEMENS 公司的 S7400、 OMRON 公司的 CVM1和 CS1系列、 AB 公司的 SLC5/05等系列。 ○ 2 中型機(jī) 中型 PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在 256到 2048點(diǎn)之間，用戶程序存儲器容量達(dá)到 8K字左右。 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書 3 PLC的分類 PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)有了多種形式，而且功能也不盡相同。 PLC的定義 國際電工委員會（ IEC）對 PLC的定義是：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。尤其是在生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，可能需要增加很多繼電器或繼電氣控制柜，重新接線或改線的工作量極大，甚至可能需 要重新設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。 關(guān)鍵 詞： 可編程控制器（ PLC） ， LED 數(shù)碼管 ， 西門子 CPU224，西門子 EM222。到了近、現(xiàn)代，由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，電子技術(shù)獲得了 飛速的發(fā)展。因此，研究電子鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。 PLC的產(chǎn)生、定義及分類 PLC的產(chǎn)生 PLC 產(chǎn)生以前，以各 種繼電器為主要元件的電氣控制線路承擔(dān)著生產(chǎn)過程自動控制的艱巨任務(wù)。各生產(chǎn)廠家的汽車型號不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制亦隨之改變，以及對整個控制系統(tǒng)重新配置。” 定義強(qiáng)調(diào)了 PLC應(yīng)直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。按 PLC的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的多少可將 PLC分為以下三類。 ○ 3 大型機(jī) 大型機(jī)總點(diǎn)數(shù)在 2048 點(diǎn)以上，用戶程序儲存器容量達(dá)到 16K以上?；締卧显O(shè)有擴(kuò)展端口，通過擴(kuò)展電纜與擴(kuò)展單元相連，配有許多專用的特殊功能的模塊，如模擬量輸入 /輸出模塊、熱電偶、熱電阻模塊、通信模塊等，以構(gòu)成 PLC 不同的配置。 （ 3） 按功能分類 根據(jù) PLC所具有的功能不同，可將 PLC分為低檔、中檔、高檔三類。 PLC內(nèi)部各組成單元之間通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接，外部則根據(jù)實(shí)際控制對象配置相應(yīng)設(shè)備與控制裝置構(gòu)成 PLC控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)程序?qū)儆谛栝L期保存的重要數(shù)據(jù)，所以其存儲器采用 ROM 或 EPROM。 PLC的輸入接口有直流輸入、 交流輸入、交直流輸入等類型；輸出接口有晶體管輸出、晶閘管輸出和繼電器輸出等類型。微電腦輸入接口電路一般由寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路組成，這些電路集成在一個芯片上。 3）其它接口 若主機(jī)單元的 I/O數(shù)量不夠用，可通過 I/O擴(kuò)展接口電纜與 I/O擴(kuò)展單元（不帶 CPU）相接進(jìn)行 擴(kuò)充。 PLC大都采用高質(zhì)量的工作穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)的開關(guān)穩(wěn)壓電源，許多 PLC電源還可向外部提供直流 24V穩(wěn)壓電源，用于向輸入接口上的接入電氣元件供電，從而簡化外圍配置。 （ 3）掃描速度 掃描速度是指 PLC執(zhí)行用戶程序的速度，是衡量 PLC性能的重要指標(biāo)。近年來各 PLC廠商非常重視特殊功能單元的開發(fā)，特殊功能單元種類日益增多，功能越來越強(qiáng)，使 PLC的控制功能日益擴(kuò)大 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書 11 （ 7）可擴(kuò)展能力 PLC 的可擴(kuò)展能力包括 I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展、存儲容量的擴(kuò)展、聯(lián)網(wǎng)功能的擴(kuò)展、各種功能模 塊的擴(kuò)展等。 I/O 映像區(qū)的大小由 PLC 的系統(tǒng)程序確定，對于系統(tǒng)的每一個輸入點(diǎn)總有一個輸入映像區(qū)的某一位與之相對應(yīng)，對于系統(tǒng)的每一個輸出點(diǎn)也都有輸出映像區(qū)的某一位與之相對應(yīng)，且系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)的編址號與 I/O映像區(qū)的映像寄存器地址號也對應(yīng)。 PLC的 控制系統(tǒng) 用 PLC實(shí)現(xiàn)電動機(jī)全壓起動電氣控制系統(tǒng)，其主電路基本保持不變，而用 PLC替代電氣控制線路 [4]。 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書 15 C、 內(nèi)部控制電路 內(nèi)部控制電路由按照被控電動機(jī)實(shí)際控制要求編寫的用戶程序形成，其作用是按照用戶程序規(guī)定的邏輯關(guān)系，對輸入、輸出信號的狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算、處理和判斷，然后得到相應(yīng)的輸出控制信號， 通過控制信號驅(qū)動輸出設(shè)備：電動機(jī) M、指示燈 HL1等。 c、 梯形圖中繼電器元件狀態(tài)切換過程不同于電氣元件 梯形圖中繼電器元件的狀態(tài)切換只是 PLC對存儲位的狀態(tài)數(shù)據(jù)的操作，如果 PLC對常開觸頭等效的存儲位數(shù)據(jù)賦值為“ 1”，就完成動合操作過程，同樣 如對常閉觸頭等效的存儲位數(shù)據(jù)賦值為“ 0”，就可完成動斷操作過程，切換操作過程沒有時(shí)間延時(shí)。 PLC 的 工作過程 PLC 上電后，在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下周而復(fù)始地按一定的順序?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部的各種任務(wù)進(jìn)行查詢、判斷和執(zhí)行等 。 用戶程序循環(huán)掃描 PLC對用戶程序進(jìn)行循環(huán)掃描分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段 [5]。這種輸出工作方式稱為集中輸出方式。 S7200 的系統(tǒng)基本構(gòu)成 圖 211 S7200PLC 系統(tǒng)的基本構(gòu)成 圖 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書 20 同其他的 PLC一樣， S7200的系統(tǒng)基本組成也是由主機(jī)單元加編程器組成。 （ 3）通信口： RS485總線接口，可通過它與其他設(shè)備連接通信。 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書 21 S7200PLC 的工作方式及掃描周期 （ 1）工作方式 S7200PLC 有 3種工作方式： RUN（運(yùn)行）、 STOP（停止）、 TERM（ Terminal 終端）工作方式，可以通過安裝在 PLC上的方式選擇開關(guān)進(jìn)行切換。 ○ 1 立即 I/O指令：這是在程序中安排的對輸入點(diǎn)的信息立即讀取，或?qū)敵鳇c(diǎn)的狀態(tài)立即刷新的指令，執(zhí)行該指令時(shí)，不受掃描周期的約束； ○ 2 模擬量 I/O指令：對于不設(shè)數(shù)字濾波的直接模擬量的輸入 /輸出，其執(zhí)行方式與立即 I/O指令基本相同； ○ 3 中 斷指令：如果在程序中使用了中斷指令，則在處理中斷事件時(shí)，中斷子程序與主程序一起被存入存儲器，進(jìn)入 CPU的掃描周期。 IEC（國際電工委員會）于 1994年 5月公布了 PLC標(biāo)準(zhǔn)（ IEC61131），該標(biāo)準(zhǔn)鼓勵不同的 PLC制造商提供在外觀和操作上相似的指令。步、轉(zhuǎn)換和動作是順序功能圖中的 3種主要元件。 動作：對于被控系統(tǒng)，在某一步中要完成某些“動作”；對于失控系統(tǒng)，在某一步中則要向被控系統(tǒng)發(fā)出某些“命令”。 e. 在順序功能圖中，只有當(dāng)某一步的前級步是活動步時(shí)，該步才有可能變成活動步。線圈通常代表邏輯輸出結(jié)果，用來控制外部的指示燈、交流接觸器和內(nèi)部條件等。 使用編程軟件可以直接生成和編輯梯形圖，并將它下載到 PLC。 PLC的指令表是一種與微機(jī)的匯編語言中的指令相似的助記符表達(dá)式，由指令組成的程序叫做指令表程序或語句表程序。編譯時(shí)編程軟件自動對各個程序段進(jìn)行連接。 （ 5） 子程序 子程序是一個可選的指令的集合，僅在被其他程序調(diào)用時(shí)執(zhí)行。 CPU224 的相關(guān)參數(shù) (1)CPU224 外形尺寸： *80*62mm (2)存儲器 ： 程序存儲器 4096字 、 用戶數(shù) 據(jù) 2560字 。 1L+、 2L+分別為公共端。 2 組 、 3 組的接線與第 1 組相似。 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書 30 LED 數(shù)碼管的技術(shù)參數(shù) 數(shù)碼管的分類 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管 ， 八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管 單元（多一個小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個“ 8”可分為 1 位、 2 位、4 位等數(shù)碼管 。共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。 C時(shí) 最大 20 A 3 A 最高 40 176。 30 W DC。 C時(shí)，最大 20 A 8 A A 最高 40 176。 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書 31 西門子 EM222 的技術(shù)參數(shù) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求：電子鐘顯示控制器為一西門子主機(jī)模塊 CPU224，另加一 I/O擴(kuò)展模塊EM222等。 LED 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu) LED 數(shù)碼管（ LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管 封裝在一起組成“ 8”字型的 器件 ，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃 、 公共電極。也就是說你可以使用 CPU自帶的電源 ， 也可以使用外部提供的 DC24V電源 ， 而且是部分正反的 。 DC 輸入 、 繼電器輸出 ： DC 輸入端與 CPU224的 DC輸入 DC輸出相同 ； 繼電器輸出端由 3組構(gòu)成，其中 N()、 1L、 ? 1組， N()、江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書 29 2L、 ? 組， N()、 3L、 ? 3組。 CPU224 的接線 DC 輸入 ： DC 輸入端由 1M、 ? 為第１組， 2M、 ? 為第２組， 1M、 2M 分別為各組的公共端 。 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書 28 CPU224 的技術(shù)參數(shù) CPU224本機(jī)集成了 14點(diǎn)輸入 點(diǎn) ， 10點(diǎn)輸出 點(diǎn) ， 共有 24個數(shù)字量 I/O。 （ 3） 參數(shù)塊 在 S7200PLC中，參數(shù)塊中存放的是 CPU組態(tài)數(shù)據(jù)，如果在編程軟件或其他編程工具上未進(jìn)行 CPU的組態(tài)，則系統(tǒng)以默許值進(jìn)行自動配置。 S7200PLC 的程序結(jié)構(gòu) S7200PLC 的程序結(jié)構(gòu)屬于線性化 編程，其用戶程序一般由 3部分構(gòu)成：用戶程序、數(shù)據(jù)塊和參數(shù)表。該編程語言用類似與門、或門的方框來表示邏輯關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量，輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運(yùn)算，方框被“導(dǎo)線”連接在一起，信號自左向右流動。利用能流這一概念，可以幫助我們更好地理解和分析梯形圖，能流只能從左向右流動。梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀、易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠熟悉繼電器控制的電氣人員掌握，特別適用于數(shù)字量邏輯控制。 ○ 3 順序功能圖繪制的注意事項(xiàng) a. 兩個步絕對不能直接相連，必須用一個轉(zhuǎn)換將它們隔開。初始狀態(tài)一般是系統(tǒng)等待啟動命令的相對靜止的狀態(tài)。 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書 23 IEC611313詳細(xì)地說明了句法、語義和下述五種編程語言的表達(dá)方式如圖 214所示 。 （ 4） CPU自診斷階段 在 CPU自診斷階段， CPU檢測主機(jī)硬件，同時(shí)監(jiān)察所有的 I/O模塊的狀態(tài)。如果輸入量是數(shù)字量，則在每個掃描周期的開始，先進(jìn)行輸入采樣，將數(shù)字量輸入點(diǎn)的當(dāng)前值，寫到輸入映像寄存器中。 （ 5）頂部端子蓋下邊為輸出端子和 PLC供電電源端子。其外部結(jié)構(gòu)大體相同 [5]。 S7200是西門子公司前幾年投入市場的小型可編程控制器，可以單機(jī)控制，也可以進(jìn)行輸入 /輸出和功能模塊的擴(kuò)展。 （ 2）程序執(zhí)行階段 PLC在程序執(zhí)行階段，若不出現(xiàn)中斷或跳轉(zhuǎn)指令，就根據(jù)梯形圖程序從首地址開始按自上而下、從左往右的順序進(jìn)行逐條掃描執(zhí)行，掃描過程中分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中將有關(guān)編程元件的狀態(tài)數(shù)據(jù)“ 0”或“ 1”讀出，并根據(jù)梯形圖規(guī)定的邏輯關(guān)系執(zhí)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果寫入對應(yīng)的元件映像寄存器中保存。 （ 3）與外部設(shè)備通信 與外部設(shè)備通信階段， PLC與其他智能裝置、編程器、終端設(shè)備、彩色圖形顯示器、其他 PLC等進(jìn)行信息交換，然后進(jìn)行 PLC工作狀態(tài)的判斷。 但是 PLC內(nèi)部的線圈通常只能引用一次，如需重復(fù)使用同一地址編號的線圈應(yīng)慎之又慎。 a、 梯形圖中繼電器元件物理結(jié)構(gòu)不同于電氣元件 PLC 梯形圖中的線圈、觸頭只是功能上與電氣元件的線圈、觸頭等效。 b、 輸出電路 輸出電路的作用是將 PLC 的輸出控制信號轉(zhuǎn)換為能夠驅(qū)動 KM線圈和 HL1 指示燈的信號。 3）內(nèi)部等效電路 圖 133 PLC 內(nèi)部等效電路 圖 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì)說明書 14 圖 133是 PLC的內(nèi)部等效電路，以其中的起動按鈕 SB1 為例，其接入接口 輸入映像區(qū)的一個觸發(fā)器 相連接，當(dāng) SB1接通時(shí)，觸發(fā)器 就被觸發(fā)為“ 1”狀態(tài)，而這個“ 1”狀態(tài)可被用戶程序直接引用為 觸頭的狀態(tài)，此時(shí) 觸頭與 SB1的通斷狀態(tài)相同，則 SB1接通， “ 1”，反之 SB1斷開， “ 0”，由于 觸發(fā)器功能與繼電器線圈