【文章內容簡介】 的設備中。CPU負責執(zhí)行程序，輸入部分從現(xiàn)場設備中采集信號，輸出部分則輸出控制信號，驅動外部負載。從CPU模塊的功能來看，CPU模塊為CPU22*，它具有如下五種不同的結構配置的CPU單元。a. CPU221它有6輸入/4輸出，I/0共計10點。無擴展能力，程序和數(shù)據(jù)存儲容量較小，有一定的高速計數(shù)處理能力，非常適合于少點數(shù)的控制系統(tǒng)。b. CPU222它有8輸入/6輸出，I/0共計14點。和CPU 221相比，它可以進行一定的模擬量控制和2個模塊的擴展，因此是應用更廣泛的全功能控制器。c. PU224它有14輸入/10輸出，I/0共計24點。和前兩者相比，存儲容量擴大了一倍，它可以有7個擴展模塊，有內置時鐘，它有更強的模擬量和高速計數(shù)的處理能力，是使用得最多S7200產品。d. CPU226它有24輸入/16輸出，I/0共計40點，和CPU224相比，增加了通信口的數(shù)量，通信能力大大增強。它可用于點數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。CPU226XM它在用戶程序存儲容量和數(shù)據(jù)存儲容量上進行了擴展，其他指標和CPU226相同。（3）開關量I/O擴展模塊當CPU的I/0點數(shù)不夠用或需要進行特殊功能的控制時，就要進行I/O擴展，I/O擴展包括I/O點數(shù)的擴展和功能模塊的擴展。通常開關量I/O模塊產品分3種類型:輸入模塊、輸出模塊以及輸入/輸出模塊。為了保證PLC的工作可靠性，在輸入模塊中都采用提高可靠性的技術措施。如光電隔離、輸入保護(浪涌吸收器、旁路二極管、限流電阻)、高頻濾波、輸入數(shù)據(jù)緩沖器等。由于PLC要控制的對象有多種，因此輸出模塊也應根據(jù)負載進行選擇，有直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流輸出模塊。按照輸出開關器件種類不同又分為3種:繼電器輸出型、晶體管輸出型和雙向晶閘管輸出型。這三種輸出方式中，從輸出響應速度來看，晶體管輸出型最快，繼電器輸出型最差，晶閘管輸出型居中。若從與外部電路安全隔離角度看，繼電器輸出型最好。在實際使用時，亦應仔細查看開關量I/O模塊的技術特性，按照實際情況進行選擇。典型的數(shù)字量I/O擴展模塊有:輸入擴展模塊EM221有兩種:8點DC、8點AC輸入/輸出擴展模塊EM222有三種:8點DC晶體管輸出，8點AC輸出、8點繼電器輸出。輸入/輸出混合擴展模塊EM223有六種:分別為4點(8點、16點)DC輸入/4點(8點、16點)DC輸出、4點(8點、16點)DC輸入/4點(8點、16點)繼電器輸出。2．功能擴展模塊當需要完成某些特殊功能的控制任務時，就需要EM277 PROFIBUSDP模塊，在這里主要介紹模擬量輸入模塊EM231和數(shù)字量輸出模塊DEA300。EM231模擬量輸入擴展模塊提供了412位模擬量輸入的功能。其內部集成了A/D轉換器、放大器等多種功能的電路，有很強的抗干擾性，可用于復雜的控制場合，它能夠不用放大器而與傳感器直接相連，有4輸入模擬量通道，具有12位的分辨率，且具有多種輸入、輸出信號范圍。DEA300數(shù)字量輸出模塊，數(shù)字量輸出模塊將內部電平轉換為外部處理過程中所需的信號。LED以綠色顯示輸出狀態(tài)，輸出點數(shù)：16；隔離（背板總線）：允許；分組：8；輸入電壓：額定電壓：DC24V；波動電壓Vpp：；范圍（包括波動值）：20…30V；t10ms時，電壓值：50V；輸出電流：正常電流：；短路保護：電子；電路中斷引起的電壓值 限制于：48V；電纜長度：非屏蔽：600m；屏蔽：1000m；電流消耗：內部（背板總線）：45 mA；外部（+24V）：110mA；功能（額定狀態(tài)）：5W；環(huán)境溫度：工作狀態(tài)：0℃…60℃；運輸及存儲：25℃…75℃；16點輸出 （DC24V，）。本設計PLC的配置本設計選用S7200系列PLC的CPU的型號為CPU226（24輸入/16輸出，I/0共計40點）和模擬量輸入模塊EM231。EM223配置由于本顯示系統(tǒng)采用LED進行動態(tài)顯示，輸出信號的動作頻率比較高，要求輸出響應的速度也非?？?，且設計的顯示方案需要占用25個輸出點，再加上備用的輸出點數(shù)要占用30個點，因此選用開關量I/O擴展模塊EM223，輸出方式選用16位晶體管輸出。EM231配置 表41所示為如何使用DIP開關設置EM231模塊。開關2和3可選擇模擬量輸入范圍。所有的輸入設置成相同的模擬量輸入范圍。下表中，ON為接通，OFF為斷開。表41 EM231選擇模擬量輸入范圍的開關表單極性滿量程輸入分辨率SW1SW2SW3ONOFFON0到10VONOFF0到5V0到20mA5uA雙極性滿量程輸入分辨率SW1SW2SW3OFFOFFON5V到+5VONOFF+EM231輸入數(shù)據(jù)格式模擬量輸入模塊的分辨率通常以A/D轉換后的二進制數(shù)數(shù)字量的位數(shù)來表示，模擬量輸入模塊的輸入信號經A/D轉換后的數(shù)字量數(shù)據(jù)值是12位二進制數(shù)。數(shù)據(jù)值的12位在CPU中的存放格式為最高有效位為符號位：0表示正值數(shù)據(jù)字，1表示負值數(shù)據(jù)字。 1. 單極性數(shù)據(jù)格式：對于單極性數(shù)據(jù)，其2個字節(jié)的存儲單元的低3位均為0，數(shù)據(jù)值12位是放在第3～14位區(qū)域，如圖49所示。這12位數(shù)據(jù)字的最大值應為8=32760。EM231模擬量輸入模塊A/D轉換單極性數(shù)據(jù)格式的全量程范圍設置為0～32000。差值3276032000=760則用于偏置/增益，由系統(tǒng)完成。由于第15位為0，表示正值數(shù)據(jù)字。2. 雙極性數(shù)據(jù)字格式：對于雙極性數(shù)據(jù)，存儲單元（2個字節(jié)）的低4位均為0，數(shù)據(jù)值12位是存放在第4～15位區(qū)域。最高有效位為符號位，如圖45所示。雙極性數(shù)據(jù)字格式的全量程反為設置為32000～+32000。MSB LSB15 2 1 0數(shù)據(jù)值12位單極性數(shù)據(jù)MSB LSB 15 3 2 1 0數(shù)據(jù)值12位雙極性數(shù)據(jù) 圖45 EM231輸入數(shù)據(jù)字格式 顯示方案的設計 與LED顯示相關的知識本設計采用LED數(shù)碼管進行數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示。LED數(shù)碼管也稱半導體數(shù)碼管，是目前數(shù)字電路中最常用的顯示器件。七段LED顯示器由七個發(fā)光段構成，每段均是一個LED二極管，這7個發(fā)光段分別為a、b、c、d、e、 f和g,通過控制不同段的點亮和熄滅,可顯示16進制數(shù)字0～9和A、B、C、D、E、F也能顯示H、L、P等字符。有的產品還有一個小數(shù)點DP位段，用來顯示小數(shù)。LED顯示器以發(fā)光二極管作為顯示發(fā)光部件，每段并按共陰極方式或共陽極方式連接后封裝而成的。共陽極結構中，各LED二極管的陽極被連在一起，使用時要將它與+5V相連，而把各段的陰極連到器件的相應引腳上。當要點亮某一段時，只要將相應的引腳（陰極）接低電平。對于共陰極結構的LED顯示器，陰極連在一起后接地，各陽極段接到器件的引腳 上，要想點亮某一段時，只要將相應引腳接高電平。LED顯示器的一個段發(fā)光時，通過該段的平均電流約為10mA～20mA。將一個8位并行輸出口與顯示器的發(fā)光二極管引腳相連，8位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符，通常將控制發(fā)光二極管的8位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼。共陽極與共陰極的段選碼互為補數(shù)。LED顯示器與顯示方式:LED顯示器有靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示兩種方式。LED顯示器工作在靜態(tài)顯示方式下，共陰極或共陽極連接在一起接地或+5V；每位的段選線（a～d p）與一個8位并行口相連。顯示電路中，每一位可獨立顯示，只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持相應的顯示字符。由于每一位由一個8位輸出口控制段選碼，故在同一時間里每一位顯示字符可以各不相同。N位靜態(tài)顯示器要求有N8根I/O口線，占用I/O資源較多。故在位數(shù)較多時往往采用動態(tài)顯示方式。LED動態(tài)顯示方式，在多位LED顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個8位I/O口控制，而共陰極點或共陽極點分別由相應的I/O口線控制。8位LED動態(tài)顯示電路只需要兩個8位I/O口。其中一個控制段選碼，另一個控制位選。由于所有位的段選碼皆由一個I/O控制，因此，在每個瞬間，8位LED只可能顯示相同的字符。要想每位顯示不同的字符，必須采用掃描顯示方式。即在每一瞬間只使某一位顯示相應字符。在此瞬間，段選控制I/O口輸出相應字符段選碼，位選控制I/O口在該顯示位送入選通電平（共陰極送低電平，共陽極送高電平）以保證該位顯示相應字符。如此輪流，使每位顯示該位應該顯示字符，保持一段時間，以造成視覺暫留效果。 顯示方案的設計～，～、B、C及控制端。因為74LS138譯碼器輸出的是低電平選通，因此譯碼后需要連接到集電極開路六高壓正相驅動器74LS07輸出低電平來驅動16個LED數(shù)碼管，最后一個數(shù)碼管是進行溫度顯示的時候顯示“”表示輸出溫度為零下幾度。顯示原理如圖46所示：PLC74LS07驅動器LED顯示器2個74LS138譯碼器74LS07驅動器74LS06驅動器圖46 顯示方案原理框圖顯示方案采用74LS138譯碼器進行I/O口的擴展，把需要的輸出點數(shù)從25位減少到了13位，從而大大減少了所需要的輸出點數(shù)，不需要進行額外的I/O口擴展，就能實現(xiàn)十七個LED的動態(tài)顯示。 工作電源部分+5V電源是本系統(tǒng)不可缺少的部件，對電源的選擇設計應遵守三個原則: 首先是功率，即電源提供的電流應是系統(tǒng)所需電流的二倍以上。以保證電路狀態(tài)突變時有足夠的電流供應。其次是干擾，即通過電源進入系統(tǒng)的干擾盡可能的少，以避免單片機寄存器值的突變，或干擾指令的正確執(zhí)行。最后是電壓上升速度，即從上電到系統(tǒng)正常工作電壓所需時間。在溫濕度顯示的設計中，為了在工業(yè)現(xiàn)場應用的方便，設計了外接220V交流電壓的電源模塊，它可以將220V交流電壓變換為12V直流電壓輸出，12V直流電壓作為線性三端穩(wěn)壓芯片LM7805的輸入，穩(wěn)壓后可以很好的輸出5V標準直流電壓。設計電源電路原理如圖47所示：圖47 +5V電源模塊電路在電源原理圖中，C1, C2是12伏電源濾波電容，C1是一大的電解電容，C2是一個常規(guī)電容，并聯(lián)在大電容旁邊的目的是降低高頻內阻，小電容可以提供一個小內阻的高頻通道，降低電源全頻帶內阻，～，可取瓷介、獨石、紙介等電容。三端穩(wěn)壓芯片LM7805將電壓穩(wěn)壓成5伏直流電源提供給傳感器使用，C3,C4兩個電容是5伏電源的濾波電容，作用與C1, C2相同。在設計中取C1=C3=470μF, C2=C4=。電阻和綠色的LED組成5伏電源的工作指示電路，只要電源部分正常，綠色的LED就會點亮，可以根據(jù)這LED來判斷整個電源部分是否工作正常。24第5章 系統(tǒng)軟件設計 顯示系統(tǒng)主程序 本溫度濕度顯示系統(tǒng)主要測試的是室內環(huán)境的溫濕度，不需要進行溫、濕度的實時控制，因此系統(tǒng)對溫、濕度顯示精度的要求不是很高，為了省去繁瑣的數(shù)據(jù)采樣、濾波等處理程序，本設計采用定時1S進行數(shù)據(jù)讀入方式，從而簡化了程序的設計，提高了程序運行的可靠性。顯示系統(tǒng)主程序基本流程如圖51所示：開始初始化過程溫度讀取時間校正？定時時間到？時間校正LED顯示時間讀取 N Y Y圖51 顯示系統(tǒng)主程序基本流程圖 溫度讀入子程序由于本溫度、濕度監(jiān)測與顯示系統(tǒng)主要工作在室溫范圍內，因此溫度測量顯示范圍確定在50℃～60℃之間，當超過這個范圍時進行報警。集成溫度傳感器LM35測量的溫度數(shù)據(jù)信號（直流電壓信號250mV～550mV）經過模擬量輸入模塊輸入，經模塊內部的A/D轉換成12位數(shù)據(jù)存放在寄存器之中，在經過內部程序對數(shù)據(jù)進行處理和運算后，再輸入到規(guī)定的數(shù)據(jù)存儲器之中以備其他程序的調用。具體溫度讀入子程序流程圖如圖52:初始化（清AC0）讀溫度值到AC0數(shù)據(jù)處理及運算數(shù)據(jù)存儲子程序0結束子程序2開始 圖52 溫度讀入子程序流程圖由于測溫范圍設定在50℃～60℃，因此溫度顯示需要使用三個LED數(shù)碼管，兩位進行數(shù)據(jù)顯示，一位進行符號位顯示，此位LED數(shù)碼管還兼有溫度報警的作用，當溫度超過允許的設定范圍時LED最上面的“”進行閃亮顯示并發(fā)聲。因此。顯示緩沖區(qū)設定在以變量存儲器VB100開始的存儲區(qū)域內，如下表51所示:表51 顯示緩沖區(qū)地址分配年月日VB100VB101VB102VB103VB104VB105時分秒VB106VB107VB108VB109VB110VB111溫度溫度報警VB112VB113VB114 實時時鐘指令S7221和S7222沒有內置的實時時鐘功能。S7224和S7226內置的實時時鐘內容用超級電容來保持。保持時間的典型值為190小時最少120小時。可