【導(dǎo)讀】掌握異步電動(dòng)機(jī)的工作原理和控制方法；掌握PLC工作原理、工作過程及其使用；完成編程實(shí)現(xiàn)PC與PLC的通信；完成與控制系統(tǒng)配套的模擬實(shí)驗(yàn)；氣控制中占有越來越重要的地位。PLC與上位機(jī)的結(jié)合，并通過傳送數(shù)據(jù)所。本文正是為了適應(yīng)社會(huì)這一需求而設(shè)計(jì)的?，F(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間在自由口通信協(xié)議下數(shù)據(jù)信息的雙向傳輸，好地解決了工程應(yīng)用中的一些實(shí)際問題。電動(dòng)機(jī)控制的各種梯形圖、指令表。本設(shè)計(jì)以在，實(shí)現(xiàn)PLC與計(jì)算機(jī)

　　

【正文】 的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入。在輸出處理階段， CPU 將輸出映像寄存器的通/斷狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。 圖 32PLC工作原理 可編程控制器的編程語言概述 現(xiàn)代的可編程控制器一般備有多種編程語言，供用戶使用。 IEC11313— 可編程序控制器編程語言的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)的說明了下述可編程控 制器編程語言： 1） 順序功能圖 2） 梯形圖 3） 功能塊圖 4） 指令表 5） 結(jié)構(gòu)文本 其中梯形圖是使用得最多的可編程控制器圖形編程語言。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，特別適用于開關(guān)量邏輯控制，主要特點(diǎn)如下： 1）可編程控制器梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實(shí)的物理繼電器（即硬件繼電器），而是在軟件中使用的編程元件。每一編程元件與可編程序控制器存儲(chǔ) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì) 第 19 頁(yè) 器中元件 映像寄存器的一個(gè)存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)。 2）梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為公共母線（ BUS bar）。在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時(shí)，為了借用繼電器電路的分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線之間有一個(gè)左正右負(fù)的直流電源電壓，當(dāng)圖中的觸點(diǎn)接通時(shí)，有一個(gè)假想的“概念電流”或“能流（ Power flow）從左到右流動(dòng)，這一方向與執(zhí)行用戶程序時(shí)的邏輯運(yùn)算的順序是一致的。 3）根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對(duì)應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。邏輯解算是按梯形圖中從上到下、從左到右的順序進(jìn)行的。 4）梯形圖中的 線圈和其他輸出指令應(yīng)放在最右邊。 5）梯形圖中各編程元件的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)均可以無限多次地使用。 可編程控制器的編程步驟 [5] （ 1）確定被控系統(tǒng)必須完成的動(dòng)作及完成這些動(dòng)作的順序。 （ 2）分配輸入輸出設(shè)備，即確定哪些外圍設(shè)備是送信號(hào)到 PLC，哪些是外圍設(shè)備是接收來自 PLC 信號(hào)的。并將 PLC 的輸入、輸出口與之對(duì)應(yīng)進(jìn)行分配。 （ 3）設(shè)計(jì) PLC 程序畫出梯形圖。梯形圖體現(xiàn)了按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關(guān)系。 （ 4）實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)對(duì) PLC 的梯形圖直接編程。 （ 5）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試（模擬和現(xiàn)場(chǎng)）。 （ 6）保存已完成的程序。 顯然，在建立一個(gè) PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，必須首先把系統(tǒng)的需要的輸入、輸出數(shù)量確定下來，然后按需要確定各種控制動(dòng)作的順序和各個(gè)控制裝置彼此之間的相互關(guān)系。確定控制上的相互關(guān)系之后，就可進(jìn)行編程的第二步──分配輸入輸出設(shè)備，在分配了 PLC 的輸入輸出點(diǎn)、內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器之后，就可以設(shè)計(jì) PLC 程序畫出梯形圖。在畫梯形圖時(shí)要注意每個(gè)從左邊母線開始的邏輯行必須終止于一個(gè)繼電器線圈或定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，與實(shí)際的電路圖不一樣。梯形圖畫好后，使用編程軟件直接把梯形圖輸入計(jì)算機(jī)并下載到 PLC 進(jìn) 行模擬調(diào)試，修改→下載直至符合控制要求。這便是程序設(shè)計(jì)的整個(gè)過程。 S7200PLC 概述 S7200PLC 是德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的一種小型 PLC，其許多功能達(dá)到大、中型 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì) 第 20 頁(yè) PLC 的水平。特別是 CPU22X 系列，具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，易于組網(wǎng)和完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單。 S7200 系列是西門子公司前幾年剛剛投入市場(chǎng)的小型 PLC，可以單機(jī)運(yùn)行，也可以進(jìn)行輸入 /輸出和功能模塊的擴(kuò)展。它價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)小巧，可靠性高，運(yùn)行速度快，有極豐富的指令集，性能價(jià)格比非常高，在各行各業(yè)中迅 速推廣，在規(guī)模不太大的控制領(lǐng)域是較為理想的控制設(shè)備 。 因此 S7200 系列具有極高的性能 /價(jià)格比。 S7200 系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 極高的可靠性 、 極豐富的指令集 、 易于掌握 、 便捷的操作 、 豐富的內(nèi)置集成功能 、 實(shí)時(shí)特性 、 強(qiáng)勁的通訊能力 、 豐富的擴(kuò)展模塊 S7200 系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床 ，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。 S7200 系列 PLC 的硬件系統(tǒng) [6] S7200PLC 硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式加積木式，即主機(jī)中包含一定數(shù)量的輸入 /輸出（ I/O）點(diǎn)，同時(shí)還可以擴(kuò)展 I/O 模塊和各種功能模塊。 一個(gè)完整的系統(tǒng)組成包含以下幾個(gè)部分： （ 1）基本單元（主機(jī)） （ 2）擴(kuò)展單元 （ 3）特殊功能模塊 （ 4）相關(guān)設(shè)備 （ 5）工業(yè)軟件 主機(jī)結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn) S7200 的 CPU模塊包括一個(gè)中央處理單元、電源以及數(shù)字 I/O 點(diǎn)，這些都被集成 在一個(gè)緊湊、獨(dú)立的設(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 S7200PLC 的電源電壓有 (~)VDC 和 (85~264)VAC 兩種 ,主機(jī)上還集成了 24V直流電源 ,可以直接用于傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu) .它的輸出類型有晶體管 (DC)、繼電器（ DC/AC）兩種輸出方式。它可以用普通端子捕捉比 CPU掃描周期更快的脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高速計(jì)數(shù)。 2 路最大可達(dá) 20kHz 的高頻脈沖輸出，可用以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì) 第 21 頁(yè) 機(jī)和伺服電機(jī)以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位任務(wù)?？?以用主機(jī)上的電位器來改變它對(duì)應(yīng)的特殊寄存器中的數(shù)值，可以實(shí)時(shí)更改程序運(yùn)行中的一些參數(shù)，如定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的設(shè)定值、過程量的控制參數(shù)等。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可用于對(duì)信息加注時(shí)間標(biāo)記，記錄機(jī)器運(yùn)行時(shí)間或?qū)^程進(jìn)行時(shí)間控制。 CPU模塊內(nèi)部配備一定容量的 RAM 和 EEPROM，同時(shí)還支持 EEPROM 存儲(chǔ)器卡。 輸入 /輸出的擴(kuò)展 當(dāng)主機(jī)的 I/O 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 的擴(kuò)展 . 典型的數(shù)字量輸入 /輸出擴(kuò)展模塊有 :輸入擴(kuò)展模塊 EM221 有兩種 :8 點(diǎn) DC 輸入 、 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。 （ 1）模擬量輸入 /輸出擴(kuò)展模塊 模擬量輸入擴(kuò)展模塊 EM231 有三種： 4 路模擬量輸入、 2 路熱電阻輸入和 4路熱電偶輸入。模擬量輸出擴(kuò)展模塊 EM232 具有 2 路模擬量輸出。模擬量輸入 /輸出擴(kuò)展模塊 EM235 具有 4 路模擬量輸入 /1 路模 擬量輸出（占用 2 路輸出地址）。 （ 2）特殊功能模塊 功能模塊有： EM253 位置控制模塊、 EM277 PROFIBUSDP 模塊、 EM241 調(diào)制解調(diào)器模塊、 CP2431 以太網(wǎng)模塊、 CP2432 ASi 接口模塊等。 CPU22X 系列的每種主機(jī)所提供的本機(jī) I/O 點(diǎn)的 I/O 地址是固定的，進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，可以在 CPU右邊連接多個(gè)擴(kuò)展模塊，每個(gè)擴(kuò)展模塊的組態(tài)地址編號(hào)取決于各模塊的類型和該模塊在 I/O 鏈中所處的位置。編址的方法是同種類型輸入 /輸出的模塊在鏈中按與主機(jī)的位置而遞增，其他類型模塊 的有無以及所處的位置不影響本類型模塊的編號(hào)。 S7200 系統(tǒng)擴(kuò)展對(duì)輸入 /輸出的組態(tài)規(guī)則為： ① 同類型輸入或輸出點(diǎn)的模塊進(jìn)行順序編址。 ② 對(duì)于數(shù)字量，輸入 /輸出映像寄存器的單位長(zhǎng)度為 8 位（ 1 個(gè)字節(jié)），本模塊高位實(shí)際位數(shù)未滿 8 位的，未用位不能分配給 I/O 鏈的后續(xù)模塊。 ③ 對(duì)于模擬量，輸入 /輸出以 2 個(gè)字節(jié)（ 1 個(gè)字）遞增方式來分配空間。 S7200 系列 PLC 的內(nèi)部資源 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì) 第 22 頁(yè) （軟繼電器） 用戶使用的 PLC 中的每一個(gè)輸入 /輸出、內(nèi)部存儲(chǔ)單元、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器等都稱為軟元件。各元件有其不同 的功能，有固定的地址。軟元件的數(shù)量決定了可編程序控制器的規(guī)模和數(shù)據(jù)處理能力，每一種 PLC 的軟元件是有限的。 軟元件 PLC 內(nèi)部的具有一定功能的器件，這些器件實(shí)際上是由電子電路和寄存器及存儲(chǔ)器單元等組成。例如，輸入繼電器是由輸入電路和輸入映像寄存器構(gòu)成；輸出繼電器是由輸出電路和輸出映像寄存器構(gòu)成；定時(shí)器和計(jì)數(shù)器也都是由特定功能的寄存器構(gòu)成。它們都具有繼電器特性，但沒有機(jī)械性觸點(diǎn)。為了把這種元器件與傳統(tǒng)電氣控制電路中的繼電器區(qū)別開來，就把它們稱為軟元件或軟繼電器。這些軟繼電器的最大特點(diǎn)是其觸點(diǎn)（包括常開觸點(diǎn)和常閉 觸點(diǎn)）可以無限次使用，并且它們的壽命長(zhǎng)。編程時(shí)，用戶只需要記住軟元件的地址即可。每一種軟元件都有一個(gè)地址與之相對(duì)應(yīng)，軟元件的地址編排采用區(qū)域號(hào)加區(qū)域內(nèi)編號(hào)的方式。例如：輸入 /輸出 繼電器區(qū)、定時(shí)器區(qū)、計(jì)數(shù)器區(qū)、特殊繼電器區(qū)等，分別用 I、Q、 T、 C、 SM 等來表示。 （ 1）輸入繼電器（ I） 輸入繼電器一般都有一個(gè) PLC 的輸入端子與之對(duì)應(yīng)，它用于接收外部的開關(guān)信號(hào)。當(dāng)外部的開關(guān)信號(hào)閉合，則輸入繼電器的線圈得電，在程序中其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。這些觸點(diǎn)可以在編程時(shí)任意使用，使用次數(shù)不受限制。 （ 2）輸出繼電器（ Q） 輸出繼電器一般都有一個(gè) PLC 上的輸出端子與之對(duì)應(yīng)。當(dāng)通過程序使得輸出繼電器線圈得電時(shí)， PLC 上的輸出端開關(guān)閉合，它可以作為控制外部負(fù)載的開關(guān)信號(hào)。同時(shí)在程序中，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。這些觸點(diǎn)可以在編程時(shí)任意使用，使用次數(shù)不受限制。 （ 3）通用輔助繼電器（ M） 通用輔助繼電器的作用和繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器相同，它在 PLC 中沒有輸入 /輸出端子與之對(duì)應(yīng)，因此它的觸點(diǎn)不能驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。它主要起邏輯控制作用。 （ 4）特殊繼電器（ SM） 有些輔助繼電器具有特殊功能或用來存儲(chǔ)系統(tǒng)的狀 態(tài)變量、有關(guān)的控制參數(shù)和信息，稱為特殊繼電器。用戶可以通過特殊標(biāo)志來溝通 PLC 與被控對(duì)象之間的信息，如可以讀取程序運(yùn)行過程中的設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)算結(jié)果信息，利用這些信息實(shí)現(xiàn)一定的控制動(dòng)作。用戶也可通過直接設(shè)置某些特殊繼電器位來使設(shè)備實(shí)現(xiàn)某種功能。例如： 首次掃描為 1，以后為 0，常用來對(duì)程序進(jìn)行初始化，屬只讀型； 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì) 第 23 頁(yè) 當(dāng)機(jī)器執(zhí)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果為負(fù)時(shí)，該位被置為 1，屬只讀型。 SMB28 和 SMB29 分別存儲(chǔ)模擬調(diào)節(jié)器 0 和 1 的輸入值， CPU 每次掃描時(shí)更新該值，屬只讀型。 （ 5）變量存儲(chǔ)器（ V） 變量存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)變量。它可以存放程序執(zhí)行過程中控制邏輯操作的中間結(jié)果，也可以使用變量存儲(chǔ)器來保存與工序或任務(wù)相關(guān)的其他數(shù)據(jù)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，變量存儲(chǔ)器會(huì)被經(jīng)常使用。 （ 6）局部變量存儲(chǔ)器（ L） 局部變量存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)局部變量。局部變量與全局變量十分相似，主要區(qū)別在于全局變量是全局有效的，而局部變量是局部有效的。全局有效是指同一個(gè)變量可以被任何程序（包括主程序、子程序和中斷程序）訪問；而局部有效是指變量只和特定的程序相關(guān)聯(lián)。 S7200PLC 提供 64 個(gè)字節(jié)的局部存儲(chǔ)器，其中 60個(gè)可以作暫時(shí)存儲(chǔ)器或給子 程序傳遞參數(shù)。主程序、子程序和中斷程序都有 64 個(gè)字節(jié)的局部存儲(chǔ)器可以使用。不同程序的局部存儲(chǔ)器不能互相訪問。 （ 7）順序控制繼電器（ S） 有些 PLC 中把順序控制繼電器稱為狀態(tài)器。順序控制繼電器用在順序控制或步進(jìn)控制中。 （ 8）定時(shí)器（ T） 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。電氣自動(dòng)控制的大部分領(lǐng)域都需要用定時(shí)器進(jìn)行時(shí)間控制，靈活地使用定時(shí)器可以編制出復(fù)雜動(dòng)作的控制程序。定時(shí)器的工作與繼電器接觸器控制系統(tǒng)的時(shí)間繼電器基本相同，但它沒有瞬動(dòng)觸觸點(diǎn)。使用時(shí)要提前輸入時(shí)間值。當(dāng)定時(shí)器的輸入條 件滿足時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)前值從 0 開始按一定的時(shí)間單位增加；當(dāng)定時(shí)器的當(dāng)前值達(dá)到預(yù)定值時(shí)，定時(shí)器觸點(diǎn)動(dòng)作，利用定時(shí)器的觸點(diǎn)就可以得到控制所需的延時(shí)時(shí)間。 （ 9）計(jì)數(shù)器（ C） 計(jì)數(shù)器用來累計(jì)輸入脈沖的個(gè)數(shù)，經(jīng)常用來對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)或進(jìn)行特定功能的編程。使用時(shí)要提前輸入它的設(shè)定值（計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)）。當(dāng)輸入觸發(fā)條件滿足時(shí)，計(jì)數(shù)器開始累計(jì)它的輸入端脈沖電位上升沿（正跳變）的次數(shù)；當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)定的設(shè)定值時(shí)，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。 （ 10）模擬量輸入映像寄存器（ AI）、模擬量輸出映像寄存器（ AQ） 模擬量輸入電路用以 實(shí)現(xiàn)模擬量 /數(shù)字量（ A/D）之間的轉(zhuǎn)換，而模擬量輸出電路用以實(shí)現(xiàn)數(shù)字量 /模擬量（ D/A）之間的轉(zhuǎn)換。 在模擬量輸入 /輸出映像寄存器中，數(shù)字量的長(zhǎng)度為 1 個(gè)字長(zhǎng)（ 16 位），且從偶數(shù)號(hào)字節(jié)進(jìn)行編址來存取轉(zhuǎn)換過的模擬量值，如 0、