【文章內(nèi)容簡介】 、 編程器 、計(jì)算機(jī) 、打印機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。 為了 實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模控制 也可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò) 。 （ 5） 外部設(shè)備接口 外部設(shè)備接口 是 一種 令 PLC 主機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話或者 機(jī)機(jī)對(duì)話 的通道。 PLC 與一些外部設(shè)備相連，如 編程器，也可以和其他 PLC 或者上位計(jì)算機(jī)相連。外部設(shè)備接口一般是 RS232C 或 RS422A 串行通信接口，該接口的功能是串行 /并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、通信格式的識(shí)別、數(shù)據(jù)傳輸?shù)某鲥e(cuò)檢驗(yàn)、信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換等。對(duì)于一些小型 PLC，外部設(shè)備接口中還有與專用編程器連接的并行數(shù)據(jù)接口。 （ 6） 電源單元 PLC 的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在 +10%(+15%）范圍內(nèi)，可以不采取 其它措施而將 PLC 直接連接到 交流電 網(wǎng)上去 。 PLC的電源一般采用開關(guān)電源，其特點(diǎn)是輸入電壓范圍寬、體積小、質(zhì)量輕、效率高、抗干擾性能好。 當(dāng)用戶所需點(diǎn)數(shù)或類型超出主機(jī)所允許的范圍時(shí)可以使用輸入輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié) ，通過添加輸入輸出擴(kuò)展環(huán)來解決。一般擴(kuò)展環(huán)節(jié)可以簡單型 和 智能型 兩種 。 智能型的輸入輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)因?yàn)?自帶 CPU， 可以 是靠所自帶的 CPU 管理的，不用特別 靠近主機(jī) ，智能 型的輸入輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié) 通常用在大型 PLC 的輸入輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)。 簡單型的輸入輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)是 則依賴于主機(jī)的程序掃描過程 ， 必須 通過并行 接 口和主機(jī)相通，常用在小型 PLC 輸入輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)。 圖 22 I/O 接口電路結(jié)構(gòu)框圖 外 部 設(shè)備 保持器 保持器 保持器 光電隔離器 光電隔離器 光電隔離器 功率放大 功率放大 功率放大 信號(hào)發(fā)送回路 輸出狀態(tài)寄存器 8 PLC 的外部設(shè)備主 要有 編程設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備 、輸入輸 出設(shè)備等。 （ 1） 編程設(shè)備 編程器是一個(gè) 將 數(shù)據(jù)寫到可編程的集成電路 上的外部設(shè)備 ,主要用于存儲(chǔ)器和單片機(jī)之類芯片 的程序編寫。 編程器 可分 為 兩種：專用編程器 和 通用 編程器 ， 其中 專用型編程器適用芯片種類較少 但是 價(jià)格最低 ， 適用范圍較窄 ，如僅僅需要對(duì) PLC 系列編程。 PLC 的工作狀態(tài)還可以通過編程器來 進(jìn)行 跟蹤和 監(jiān)視， 有利于調(diào)試用戶程序 。 （ 2） 監(jiān)控設(shè)備 除了不能改變 PLC 的用戶程序 以外 ， 監(jiān)控設(shè)備和 編程器相當(dāng)類似 ， 但是 監(jiān)控設(shè)備簡單 明了， 可以直觀的觀察 PLC 的 各種情況，監(jiān)控設(shè)備 是 一個(gè) 使用 PLC 很好的界面。這種外部設(shè)備已經(jīng)越 來越多的出現(xiàn)在 PLC 身上 。 （ 3） 存儲(chǔ)設(shè)備 存儲(chǔ)設(shè)備可以 永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)， 防止 用戶 的 程序 發(fā)生 丟失。 存儲(chǔ) 設(shè)備 包括 只讀存儲(chǔ)器 、 存儲(chǔ)卡 、軟磁盤 和 存儲(chǔ)磁帶 等等， 相應(yīng)的 也 有 ROM 寫入器 、 軟驅(qū) 、 存卡器 和 磁帶機(jī) 等 來連接相應(yīng)的存儲(chǔ)設(shè)備 。 PLC 在 這方面的配套設(shè)施 相當(dāng) 普遍 。 （ 4）輸入輸出設(shè)備 通常輸入輸出設(shè)備用來 輸出 或者 接收信號(hào)，便于與 PLC 進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。輸入輸出設(shè)備實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話更方便，可在現(xiàn)場(chǎng)條件下實(shí)現(xiàn)，并便于使用 。 可編程控制器的軟件系統(tǒng) PLC 的軟件系統(tǒng)通?？煞譃?兩大部分： 系統(tǒng)程序和用戶程序， PLC 所使用的程序的 集合 就是 軟件系統(tǒng) 。 PLC 基本功能由 PLC 系統(tǒng)程序決定，主要有 系統(tǒng)程序調(diào)用、功能程序、系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序 等部分。 系統(tǒng)程序 主要 用來 控制 PLC 的運(yùn)行， 由于 系統(tǒng)程序是重要數(shù)據(jù) 并且需要長期保存 ，所以其采用 EPROM 存儲(chǔ)器或 ROM。 用戶載入的 PLC 應(yīng)用程序 稱為用戶程序 ， 由于 載入初期的用戶程序修改與調(diào)試 較為頻繁 ， 為了方便用戶調(diào)試所以 存放在隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM 內(nèi)。 監(jiān)控程序、編譯程序及診斷程序等 構(gòu)成 了系統(tǒng)程序 。監(jiān)控程序 （ 管理程序 ） ，主要發(fā)揮 的是 管理全機(jī) 的 功能 。編譯程序 的 功能是 將 程序語言翻譯成機(jī)器語言。 診斷程序的 功能是 診斷機(jī)器 的 故障。 系統(tǒng)程序是由 PLC 的制造商編制，固化在 PROM 或 EPROM中，隨 PLC 一起提供給用戶使用 。 系統(tǒng)程序包括 系統(tǒng)管理程序，用戶指令解釋程序和供系統(tǒng)調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)程序 模塊 。 9 用戶程序 是 用戶利用企業(yè)提供的程序編譯語言編制出 符合 生產(chǎn) 要求的 程序 的 應(yīng)用程序。 模擬量運(yùn)算程序、閉環(huán)控制程序、開關(guān)量邏輯控制程序 和操作站系統(tǒng)應(yīng)用程序等 都被包括 在用戶程序中 。 （ 1） 開關(guān)量邏輯控制程序 PLC 用戶程序中最重要的一部分 就是開關(guān)量邏輯控制程序 ， 不同的 PLC 的制造企業(yè)其編程語言 也并不相同， 一般 公司 主要 采用梯形 圖、助記符或功能表圖等編程語言編制， 全部兼容的 編程語言尚未 被 研發(fā)完成 。 （ 2） 模擬量運(yùn)算程序及閉環(huán)控制程序 在大中型 PLC 上實(shí)施的程序 通常是模擬量運(yùn)算程序及閉環(huán)控制程序， 用戶 的 程序編制主要 根據(jù) 的是所需 PLC 提供 的軟硬件功能 。編程語言 基本 采用 匯編語言和高級(jí)語言 ，一些 公司 也有提供相應(yīng)編程軟件 以方便用戶編程 。 （ 3） 操作站系統(tǒng)程序 大型 PLC 系統(tǒng) 通過 通信 的聯(lián)網(wǎng) 為進(jìn)行信息 的管理和交換 而編制的程序 被稱為操作站系統(tǒng)程序 。 操作站系統(tǒng)程序 包括了各類畫面的操作顯示程序， 基本 采用高級(jí)語言，用戶可憑借 制造商提供的軟件使用 的 說明進(jìn)行 人機(jī)界面操 作和 操作站的系統(tǒng) 編制和 畫面組態(tài) 等 相應(yīng)的應(yīng)用程序。 可編程控制器的工作過 程和工作原理 工作 原理 PLC 工作的 要點(diǎn)是 可靠物理實(shí)現(xiàn)和出入信息交換。 出入信息交換 的 實(shí)現(xiàn)主要依靠運(yùn)行 位 PLC 內(nèi)存中的程序。這程序既有系統(tǒng)的，又有用 戶的。系統(tǒng)程序 不僅 為用戶程序提供 運(yùn)行和編輯的 平臺(tái)，同時(shí)， 系統(tǒng)程序 還進(jìn)行必要的公共處理， 包括 I/O 刷新、自檢 、與 上位計(jì)算機(jī) 和外設(shè) 或其他 PLC 通訊等處理。 用戶可以根據(jù)自己的需求自行設(shè)計(jì)用戶程序 。 需要 什么控制就 可以編制 什么用戶程序。 可靠物理實(shí)現(xiàn) 一般 通過輸入（ I、 INPUT） 和 輸出（ O、 OUTPUT） 電路。每 個(gè) I或 O 電路都處在 一 個(gè) 輸入點(diǎn)或輸出點(diǎn) 上面 。 PLC 的 I/O 系統(tǒng) 由 若干模版集成而成 ， 這些模版依靠若干個(gè)輸入輸出電路集成 。 PLC 體積的大部分 都是 由這些模版組成 ，但由于 這些模版 都是 高度 集成化的，所以 PLC 的 體積 并不是很大 。 PLC 的 I/O 電路的寄存器也可以說是 輸出鎖存器 和輸入暫存器 。 輸出鎖存器和輸入暫存器 通過 PLC 的 I/O 總線和 運(yùn)行 PLC 系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn) 與 PLC 內(nèi)存交換信息 。 接受模擬信號(hào)的輸入電路和 可接收開關(guān)的輸入電路 這些功能 PLC 都有 。 知識(shí)接受模擬信號(hào) 的輸入電路需要 先將 模擬信號(hào) 轉(zhuǎn)換 為 數(shù)字信號(hào) ，然后在將轉(zhuǎn)換 完成 的數(shù)字信號(hào) 存入 PLC 中的 內(nèi)存單元中。如果 要進(jìn)行 模擬量 的 輸出， 那么 模擬量 的 輸出電路 是 必不可少 的 ，靠 模擬量的輸出電路 對(duì) PLC 之中的 內(nèi)存單元 里面的 內(nèi)容進(jìn)行 數(shù)字信號(hào)、 模 10 擬信號(hào) 轉(zhuǎn)換，并產(chǎn)生輸出。 PLC 工作過程 簡單來說是 是： 輸入刷新 — 運(yùn)行用戶程序 — 輸出刷新， 輸入刷新 —運(yùn)行用戶程序 — 輸出刷新， 反復(fù)順序地 運(yùn)行 。 實(shí)現(xiàn) 用 PLC 的 控制 也正是因?yàn)橛辛诉@個(gè)過程 。可把輸入電路 傳送的 輸入信息 通過 輸入刷新 存入 PLC 里面的 輸入映射區(qū) 內(nèi) ；輸出映射區(qū) 通過運(yùn)行用戶程序 得到 經(jīng)過變換 的信息；再 通過 輸出刷新，輸出鎖存器 可以通過輸出電 路產(chǎn)生相應(yīng)的輸出 來顯示輸出映射區(qū)的狀態(tài) 。 反復(fù)順序地 運(yùn)行 ，所以， 輸入的變化總能 依靠 輸出 來 反映 出來 。 只有 一個(gè)缺點(diǎn)就是 響應(yīng)的時(shí)間上略有滯后， 不過由于 控制器的工作速度非?？炜?，所以滯后時(shí)間極短 ， 大約也就是幾毫秒不超過 200毫秒。 過程 11 圖 23 PLC 工作過程 啟動(dòng) 初始化 監(jiān)視定時(shí)器（ WDT） 與編程器交換信息 與數(shù)字處理器交換信息 與外部設(shè)備交換信息 執(zhí)行用戶程序 輸入輸出信息處理 處理中斷 處理中斷 處理中斷 處理中斷 處理中斷 12 89C51 單片機(jī)的簡介 89C51 單 片機(jī)的總體結(jié)構(gòu) 單片機(jī)片上硬件資源 89C51 為典型的 ROM 型單片機(jī)，內(nèi)部硬件資源有： 1） . 面向控制的 8 位中央處理器； 2） . 4K 字節(jié)掩膜 ROM 程序存貯器； 3） . 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM 數(shù)據(jù)存貯器； 4） . 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 5） . 1 個(gè)全雙工的異步串行口； 6） . 5 個(gè)中斷源、 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷控制器； 7） . 時(shí)鐘電路，時(shí)鐘頻率為 ～ 12MHz 單片機(jī)結(jié)構(gòu) 89C51 采用模塊式的結(jié)構(gòu)，有多個(gè)存貯空間，其結(jié)構(gòu)框圖如 圖 24 所示。 單片機(jī)引腳圖 89C51 單片機(jī)引腳圖如圖 25 圖 24 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 P0 P1 P2 P3 數(shù)據(jù)存貯器 程序存貯器 內(nèi)部中斷 時(shí)鐘 OSC ALE CPU 串行口 4K 字節(jié)RAM 4╳ 8 I/O 口 128 字節(jié)RAM 中斷控制 外部中斷 定時(shí)器 1 定時(shí)器 0 外部計(jì)數(shù) 脈沖 總線控制 PSEN TXD RXD 13 單片機(jī)中 CPU 的工作原理 CPU 在執(zhí)行程序過程中起關(guān)鍵作用，它是由運(yùn)算器和控制器組成?？刂破鞲鶕?jù)指令碼產(chǎn)生控制信號(hào)，使存儲(chǔ)器、運(yùn)算器和輸入 /輸出端口之間能協(xié)調(diào)地工作；運(yùn)算器進(jìn)行邏輯運(yùn)算、算數(shù)及位操作處理等。 CPU 通過對(duì)控制器和運(yùn)算器的控制與管理，讓單片機(jī)完成指定任務(wù) 。 單片機(jī)擁有的中央處理器 CPU 是單片機(jī)的核心， 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器使 CPU 能處理8 位二進(jìn)制代碼或數(shù)據(jù)，中央處理器進(jìn)行調(diào)度、控制和指揮單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出的操作。 CPU 通過單片機(jī)的內(nèi)部總線，將單片機(jī)內(nèi)的各部分：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)、程序存儲(chǔ)器 (ROM)、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行接口、并行接口和中斷系統(tǒng)等聯(lián)系在一起。內(nèi)部總線有三種：控制總線用來傳送 CPU 各種控制命令，以便 CPU 統(tǒng)一指揮協(xié)調(diào)工作，數(shù)據(jù)總線用來傳送數(shù)據(jù)信息，地址總線用來傳送 地址信息，選中各操作單元。完成程序所需要 執(zhí)行的功 能。 CPU 執(zhí)行程序主要包括兩個(gè)過程：一是取指過程， CPU 從 ROM 中取出指令，指令的地址由 PC 指針提供， PC 指針將在 CPU 取指后加一，所以 PC 指針總指向接下來一個(gè)要執(zhí)行的操作數(shù)或指令代碼。這樣能保證程序順序地往下執(zhí)行。二是執(zhí)指過程，取出的指令代碼被送到 CPU 控制器里面的指令寄存器，通過指令譯碼器編譯成各個(gè)電信號(hào)來實(shí)現(xiàn)指令的各種功能。 圖 25 14 第 3章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如 圖 31 所示： 本圖 是整 個(gè)系統(tǒng)的 完整 設(shè)計(jì)思 想，逐步完善了初步設(shè)計(jì) 。 防盜磁條控制系統(tǒng)由 89C51 單片機(jī)、 PLC 可編程邏輯控制器、步進(jìn)電機(jī)和觸摸屏技術(shù) 等各個(gè) 部件合作 完成的 ， 圖 12 表示的是 防盜磁條自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)機(jī)械總圖 ： 信息時(shí)代的便捷 被觸摸屏技術(shù)展現(xiàn)得淋漓盡致 ，整個(gè)系統(tǒng) 就是 因?yàn)?它的發(fā)明和使用 才能擁有 優(yōu)秀的人機(jī)界面。 正常使用觸摸屏的 操作離不開所加入的開關(guān)電源 ， 磁條的長度、鋼帶的長度和段數(shù) 可以 直接 在觸摸屏上 進(jìn)行設(shè)定， PLC 接收到 的信息就是用戶在觸摸屏上所設(shè)置的 ， 用戶設(shè)置的 磁條長度和鋼帶長度通過 PLC 換算成脈沖，非晶磁條、膠帶和鋼帶 在 設(shè)置完成后 才能 傳送 ，膠帶有黏性的一面?zhèn)魉偷侥硞€(gè)點(diǎn)與非晶磁條黏合，下方膠帶有黏性的一面?zhèn)魉偷搅硗庖粋€(gè)點(diǎn)跟切斷的鋼帶黏合，再由送料步進(jìn)電機(jī)將黏合鋼帶的膠帶以及黏合非晶磁條的膠帶壓實(shí)復(fù)合，最后將成型的非晶磁條按規(guī)定的長度切斷，到此非晶磁條的生產(chǎn) 過程結(jié)束 。 圖 31 系