【文章內(nèi)容簡介】 這樣才能真正理解本次智能搶答器的控制原理。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 方案設(shè)計(jì)與論證 5 PLC 的概述 PLC 的定義 PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 PLC 的簡介 PLC 是以 CPU 為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置，是現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（ PLC、機(jī)器人和 CAD/CAM）之一。目前，世界上生產(chǎn) PLC 的主要廠家有 65 個(gè)，其中最有名氣的廠家在日本、美國和德國。日本的幾個(gè)廠家為三菱、富士 。 日立、東芝、橫河、立石、光洋、夏普等公司。美國的幾個(gè)廠家為德州食品公司、通用電器公司、歌德公司、數(shù)字設(shè)備公司等。還有德國的西門子，荷蘭的飛利浦，香港的鷹達(dá)等公司也是很有名氣的。 日本三菱電機(jī)公司（ MITSUBISHI）于 1971 年開始研制 PLC，目前主要有 F1,F2,FX,K,A等十幾個(gè)系列幾十種產(chǎn)品 ， 在我國（主要是華東和華南地區(qū)）的工業(yè)控制領(lǐng)域具有一定的市場(chǎng)占有率。 PLC 的 工作原理 PLC 的工作原理與計(jì)算機(jī)的工作原理基本是一致的，可以簡單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運(yùn)行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。 PLC 通電后，首先對(duì)硬件和軟件作一些初始化操作，初始化反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)。 但是 PLC 也有它自己的特點(diǎn)， PLC 在確定了工作任務(wù)，裝入了專用程序后成為一種專用機(jī)，它采用循環(huán)掃描工作方式，系統(tǒng)工作任務(wù)管理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是用循環(huán)掃描方式完成的 。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 方案設(shè)計(jì)與論證 6 PLC 的循環(huán)掃描工作 對(duì)每個(gè)程序， CPU 從第一條指令開始執(zhí)行，按指 令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。 PLC 的掃描全過程如圖 32 所示。 （ 1） 輸入刷新階段 在輸入刷新階段， CPU 掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。 （ 2） 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 （ 3） 輸出刷新階段 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成 PLC 的實(shí)際輸出。 讀取輸入 執(zhí)行用戶程序 處理通信要求 自診斷檢查 改寫輸出 RUN 狀體 讀 取輸入 處理通信要求 自診斷檢查 改寫輸出 STOP 狀體 圖 31 各階段處理任務(wù) 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 方案設(shè)計(jì)與論證 7 圖 32 PLC的掃描全過程 PLC 的編程語言 PLC 為用戶提供了完善的編程語言來滿足編制用戶程序要求。它提供的編程語言通常有以下 5種：梯形圖（ LAD）、語句表（ STL）、順序功能圖（ SFC）、功能塊圖（ FBD）和結(jié)構(gòu)文本（ ST）。 PLC 的特點(diǎn) （ 1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好 I/O 系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路； 在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。 （ 2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng) PLC 及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。 （ 3）編程方便，易于使用 PLC 程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。 （ 4）功能完善 在 PLC 內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算機(jī)、主控繼電器以及移位沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 方案設(shè)計(jì)與論證 8 寄存器、中間寄存器等。 （ 5）設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、的周期短 PLC 采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)，故僅需按性能、容量等選用組裝，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。 （ 6）體積小，維護(hù) 操作方便 PLC 體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。 （ 7）易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 PLC 可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 （ 8）可實(shí)現(xiàn)三電一體化 PLC 將電控 （邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運(yùn)動(dòng)控制）這三電集于一體 自動(dòng)售貨機(jī)的外部接線圖 本次知道售貨機(jī)的外部接線圖如圖 33 所示， SB2— SB7 為物品選擇按鈕，當(dāng)投入貨幣物品綠燈亮（ — ），按下 SB2— SB7 其中一個(gè)，對(duì)用的 KM 線圈得電電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)出相應(yīng)的物品（ — ），當(dāng)有物品銷售完其行程開關(guān)斷開，物品紅燈亮并同時(shí)向總部發(fā)送物品銷售完的信息； 當(dāng)收買物品總值低于投入總值時(shí)，可按找零按鈕 SB1 選擇找一元還是五角（ SB SB11）后 KM1 得電電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)找零 ()。 圖 33自動(dòng)售貨機(jī)外部接線圖 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 9 第四章 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 的硬件組成 PLC 的硬件主要由中央處理器（ CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口、電源等幾部分組成。其中， CPU 是 PLC 的核心；輸入單元 /輸出單元是 CPU 與現(xiàn)場(chǎng)輸入 /輸出設(shè)備之間的接口電路；通信接口用于連接編程器、上位計(jì)算機(jī)等外部設(shè)備，其硬件構(gòu)成圖如 圖 41。 圖 41PLC硬 件結(jié)構(gòu)圖 自動(dòng)售貨機(jī)的軟件設(shè)計(jì) 定時(shí)器 定時(shí)器是 PLC 中重要的編程元件，是累計(jì)時(shí)間增量的內(nèi)部器件。定時(shí)器的工作過程與繼電器控制系統(tǒng)的時(shí)間繼電器基本相同，但它沒有瞬動(dòng)觸點(diǎn)， 失電時(shí)，常閉觸點(diǎn)閉合，常開觸點(diǎn)打開 ； 定時(shí)器得電時(shí)，常閉觸點(diǎn)打開，常開觸點(diǎn)閉合 。定時(shí)器的當(dāng)前值 、設(shè)定值均為 10 位有符號(hào)整數(shù)（ INT），允許的最大值為 32767。定時(shí)器指令表見表 41。 表 41 定時(shí)器指令 語句 描述 TON Txxx， PT 接通延時(shí)定時(shí)器 TOF Txxx， PT 斷開延時(shí)定時(shí)器 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 TONR Txxx， PT 保持型接通延時(shí)定時(shí)器 BITIM OUT 起動(dòng)間隔定時(shí)器 CITIM IN,OUT 計(jì)算間隔定時(shí)器 數(shù)學(xué)運(yùn)算指令 在梯形圖中，整數(shù)、雙整數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)的加、減、乘、除指令（見表 42）分別執(zhí)行下列運(yùn)算： IN1+IN2=OUT， IN1— IN2=OUT， IN1*IN2=OUT， IN1/IN2=OUT。 表 42加減乘除指令 梯形圖 語句表 描述 梯形圖 語句表 描述 ADD_I +IINT1,OUT 整數(shù)加法 DIV_DI /D INT1,OUT 雙整數(shù)除法 SUB_I IINT1,OUT 整數(shù)減法 ADD_R +R INT1,OUT 實(shí)數(shù)加法 MUL_I *I INT1,OUT 整數(shù)乘法 SUB_R R INT1,OUT 實(shí)數(shù)減法 DIV_I /I INT1,OUT 整數(shù)除法 MUL_R *R INT1,OUT 實(shí)數(shù)乘法 ADD_