【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的設(shè)備中。CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，輸入部分從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中采集信號(hào)，輸出部分則輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。從CPU模塊的功能來(lái)看，CPU模塊為CPU22*，它具有如下五種不同的結(jié)構(gòu)配置的CPU單元。a. CPU221它有6輸入/4輸出，I/0共計(jì)10點(diǎn)。無(wú)擴(kuò)展能力，程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量較小，有一定的高速計(jì)數(shù)處理能力，非常適合于少點(diǎn)數(shù)的控制系統(tǒng)。b. CPU222它有8輸入/6輸出，I/0共計(jì)14點(diǎn)。和CPU 221相比，它可以進(jìn)行一定的模擬量控制和2個(gè)模塊的擴(kuò)展，因此是應(yīng)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(jì)24點(diǎn)。和前兩者相比，存儲(chǔ)容量擴(kuò)大了一倍，它可以有7個(gè)擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時(shí)鐘，它有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)的處理能力，是使用得最多S7200產(chǎn)品。d. CPU226它有24輸入/16輸出，I/0共計(jì)40點(diǎn)，和CPU224相比，增加了通信口的數(shù)量，通信能力大大增強(qiáng)。它可用于點(diǎn)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(chǔ)容量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量上進(jìn)行了擴(kuò)展，其他指標(biāo)和CPU226相同。（3）開(kāi)關(guān)量I/O擴(kuò)展模塊當(dāng)CPU的I/0點(diǎn)數(shù)不夠用或需要進(jìn)行特殊功能的控制時(shí)，就要進(jìn)行I/O擴(kuò)展，I/O擴(kuò)展包括I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和功能模塊的擴(kuò)展。通常開(kāi)關(guān)量I/O模塊產(chǎn)品分3種類(lèi)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(shù)措施。如光電隔離、輸入保護(hù)(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(duì)象有多種，因此輸出模塊也應(yīng)根據(jù)負(fù)載進(jìn)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(kāi)關(guān)器件種類(lèi)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(yīng)速度來(lái)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(shí)際使用時(shí)，亦應(yīng)仔細(xì)查看開(kāi)關(guān)量I/O模塊的技術(shù)特性，按照實(shí)際情況進(jìn)行選擇。典型的數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊有:輸入擴(kuò)展模塊EM221有兩種:8點(diǎn)DC、8點(diǎn)AC輸入/輸出擴(kuò)展模塊EM222有三種:8點(diǎn)DC晶體管輸出，8點(diǎn)AC輸出、8點(diǎn)繼電器輸出。輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊EM223有六種:分別為4點(diǎn)(8點(diǎn)、16點(diǎn))DC輸入/4點(diǎn)(8點(diǎn)、16點(diǎn))DC輸出、4點(diǎn)(8點(diǎn)、16點(diǎn))DC輸入/4點(diǎn)(8點(diǎn)、16點(diǎn))繼電器輸出。2．功能擴(kuò)展模塊當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時(shí)，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(kuò)展模塊提供了412位模擬量輸入的功能。其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器、放大器等多種功能的電路，有很強(qiáng)的抗干擾性，可用于復(fù)雜的控制場(chǎng)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(hào)范圍。DEA300數(shù)字量輸出模塊，數(shù)字量輸出模塊將內(nèi)部電平轉(zhuǎn)換為外部處理過(guò)程中所需的信號(hào)。LED以綠色顯示輸出狀態(tài)，輸出點(diǎn)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(dòng)電壓Vpp：；范圍（包括波動(dòng)值）：20…30V；t10ms時(shí)，電壓值：50V；輸出電流：正常電流：；短路保護(hù)：電子；電路中斷引起的電壓值 限制于：48V；電纜長(zhǎng)度：非屏蔽：600m；屏蔽：1000m；電流消耗：內(nèi)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(yùn)輸及存儲(chǔ)：25℃…75℃；16點(diǎn)輸出 （DC24V，）。本設(shè)計(jì)PLC的配置本設(shè)計(jì)選用S7200系列PLC的CPU的型號(hào)為CPU226（24輸入/16輸出，I/0共計(jì)40點(diǎn)）和模擬量輸入模塊EM231。EM223配置由于本顯示系統(tǒng)采用LED進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，輸出信號(hào)的動(dòng)作頻率比較高，要求輸出響應(yīng)的速度也非?？欤以O(shè)計(jì)的顯示方案需要占用25個(gè)輸出點(diǎn)，再加上備用的輸出點(diǎn)數(shù)要占用30個(gè)點(diǎn)，因此選用開(kāi)關(guān)量I/O擴(kuò)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(kāi)關(guān)設(shè)置EM231模塊。開(kāi)關(guān)2和3可選擇模擬量輸入范圍。所有的輸入設(shè)置成相同的模擬量輸入范圍。下表中，ON為接通，OFF為斷開(kāi)。表41 EM231選擇模擬量輸入范圍的開(kāi)關(guān)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(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)數(shù)字量的位數(shù)來(lái)表示，模擬量輸入模塊的輸入信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量數(shù)據(jù)值是12位二進(jìn)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(hào)位：0表示正值數(shù)據(jù)字，1表示負(fù)值數(shù)據(jù)字。 1. 單極性數(shù)據(jù)格式：對(duì)于單極性數(shù)據(jù)，其2個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)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(yīng)為8=32760。EM231模擬量輸入模塊A/D轉(zhuǎn)換單極性數(shù)據(jù)格式的全量程范圍設(shè)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(duì)于雙極性數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)單元（2個(gè)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(hào)位，如圖45所示。雙極性數(shù)據(jù)字格式的全量程反為設(shè)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(shè)計(jì) 與LED顯示相關(guān)的知識(shí)本設(shè)計(jì)采用LED數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示。LED數(shù)碼管也稱(chēng)半導(dǎo)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(gè)發(fā)光段構(gòu)成，每段均是一個(gè)LED二極管，這7個(gè)發(fā)光段分別為a、b、c、d、e、 f和g,通過(guò)控制不同段的點(diǎn)亮和熄滅,可顯示16進(jìn)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(chǎn)品還有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)DP位段，用來(lái)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(yáng)極方式連接后封裝而成的。共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)中，各LED二極管的陽(yáng)極被連在一起，使用時(shí)要將它與+5V相連，而把各段的陰極連到器件的相應(yīng)引腳上。當(dāng)要點(diǎn)亮某一段時(shí)，只要將相應(yīng)的引腳（陰極）接低電平。對(duì)于共陰極結(jié)構(gòu)的LED顯示器，陰極連在一起后接地，各陽(yáng)極段接到器件的引腳 上，要想點(diǎn)亮某一段時(shí)，只要將相應(yīng)引腳接高電平。LED顯示器的一個(gè)段發(fā)光時(shí)，通過(guò)該段的平均電流約為10mA～20mA。將一個(gè)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(chēng)為段選碼。共陽(yáng)極與共陰極的段選碼互為補(bǔ)數(shù)。LED顯示器與顯示方式:LED顯示器有靜態(tài)顯示與動(dòng)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(yáng)極連接在一起接地或+5V；每位的段選線（a～d p）與一個(gè)8位并行口相連。顯示電路中，每一位可獨(dú)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(yīng)的顯示字符。由于每一位由一個(gè)8位輸出口控制段選碼，故在同一時(shí)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(shí)往往采用動(dòng)態(tài)顯示方式。LED動(dòng)態(tài)顯示方式，在多位LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，而共陰極點(diǎn)或共陽(yáng)極點(diǎn)分別由相應(yīng)的I/O口線控制。8位LED動(dòng)態(tài)顯示電路只需要兩個(gè)8位I/O口。其中一個(gè)控制段選碼，另一個(gè)控制位選。由于所有位的段選碼皆由一個(gè)I/O控制，因此，在每個(gè)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(yīng)字符。在此瞬間，段選控制I/O口輸出相應(yīng)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(yáng)極送高電平）以保證該位顯示相應(yīng)字符。如此輪流，使每位顯示該位應(yīng)該顯示字符，保持一段時(shí)間，以造成視覺(jué)暫留效果。 顯示方案的設(shè)計(jì)～，～、B、C及控制端。因?yàn)?4LS138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(kāi)路六高壓正相驅(qū)動(dòng)器74LS07輸出低電平來(lái)驅(qū)動(dòng)16個(gè)LED數(shù)碼管，最后一個(gè)數(shù)碼管是進(jìn)行溫度顯示的時(shí)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(qū)動(dòng)器LED顯示器2個(gè)74LS138譯碼器74LS07驅(qū)動(dòng)器74LS06驅(qū)動(dòng)器圖46 顯示方案原理框圖顯示方案采用74LS138譯碼器進(jìn)行I/O口的擴(kuò)展，把需要的輸出點(diǎn)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(diǎn)數(shù)，不需要進(jìn)行額外的I/O口擴(kuò)展，就能實(shí)現(xiàn)十七個(gè)LED的動(dòng)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(duì)電源的選擇設(shè)計(jì)應(yīng)遵守三個(gè)原則: 首先是功率，即電源提供的電流應(yīng)是系統(tǒng)所需電流的二倍以上。以保證電路狀態(tài)突變時(shí)有足夠的電流供應(yīng)。其次是干擾，即通過(guò)電源進(jìn)入系統(tǒng)的干擾盡可能的少，以避免單片機(jī)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(shí)間。在溫濕度顯示的設(shè)計(jì)中，為了在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的方便，設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)直流電壓。設(shè)計(jì)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(gè)常規(guī)電容，并聯(lián)在大電容旁邊的目的是降低高頻內(nèi)阻，小電容可以提供一個(gè)小內(nèi)阻的高頻通道，降低電源全頻帶內(nèi)阻，～，可取瓷介、獨(dú)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(gè)電容是5伏電源的濾波電容，作用與C1, C2相同。在設(shè)計(jì)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(huì)點(diǎn)亮，可以根據(jù)這LED來(lái)判斷整個(gè)電源部分是否工作正常。24第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 顯示系統(tǒng)主程序 本溫度濕度顯示系統(tǒng)主要測(cè)試的是室內(nèi)環(huán)境的溫濕度，不需要進(jìn)行溫、濕度的實(shí)時(shí)控制，因此系統(tǒng)對(duì)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(shè)計(jì)采用定時(shí)1S進(jìn)行數(shù)據(jù)讀入方式，從而簡(jiǎn)化了程序的設(shè)計(jì)，提高了程序運(yùn)行的可靠性。顯示系統(tǒng)主程序基本流程如圖51所示：開(kāi)始初始化過(guò)程溫度讀取時(shí)間校正？定時(shí)時(shí)間到？時(shí)間校正LED顯示時(shí)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(cè)與顯示系統(tǒng)主要工作在室溫范圍內(nèi)，因此溫度測(cè)量顯示范圍確定在50℃～60℃之間，當(dāng)超過(guò)這個(gè)范圍時(shí)進(jìn)行報(bào)警。集成溫度傳感器LM35測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)信號(hào)（直流電壓信號(hào)250mV～550mV）經(jīng)過(guò)模擬量輸入模塊輸入，經(jīng)模塊內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換成12位數(shù)據(jù)存放在寄存器之中，在經(jīng)過(guò)內(nèi)部程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算后，再輸入到規(guī)定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之中以備其他程序的調(diào)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(yùn)算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子程序0結(jié)束子程序2開(kāi)始 圖52 溫度讀入子程序流程圖由于測(cè)溫范圍設(shè)定在50℃～60℃，因此溫度顯示需要使用三個(gè)LED數(shù)碼管，兩位進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，一位進(jìn)行符號(hào)位顯示，此位LED數(shù)碼管還兼有溫度報(bào)警的作用，當(dāng)溫度超過(guò)允許的設(shè)定范圍時(shí)LED最上面的“”進(jìn)行閃亮顯示并發(fā)聲。因此。顯示緩沖區(qū)設(shè)定在以變量存儲(chǔ)器VB100開(kāi)始的存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)，如下表51所示:表51 顯示緩沖區(qū)地址分配年月日VB100VB101VB102VB103VB104VB105時(shí)分秒VB106VB107VB108VB109VB110VB111溫度溫度報(bào)警VB112VB113VB114 實(shí)時(shí)時(shí)鐘指令S7221和S7222沒(méi)有內(nèi)置的實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。S7224和S7226內(nèi)置的實(shí)時(shí)時(shí)鐘內(nèi)容用超級(jí)電容來(lái)保持。保持時(shí)間的典型值為190小時(shí)最少120小時(shí)。可