州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20* 20*學(xué)年 第 一 學(xué)期 畢業(yè)設(shè)計(jì) 課題 名稱： 基 于 制系統(tǒng)的水塔水位設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)時(shí)間： 系 部 ： 班 級(jí) ： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 務(wù)書(shū) 系 部 指導(dǎo)教師 職稱 學(xué)生姓名 班級(jí) 學(xué)號(hào) 設(shè)計(jì)題目 基于 制系統(tǒng)的水塔水位設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) 內(nèi)容 目標(biāo) 和 要求 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容和目標(biāo)： 1、 應(yīng)用 制水塔水位系統(tǒng)的硬件電路，并利用梯形圖控制程序設(shè)計(jì)。通過(guò)控制 300 定時(shí)繼電器的功能來(lái)實(shí)現(xiàn) 水塔水位控制 的運(yùn)行。 2、本次畢業(yè)設(shè)計(jì)目標(biāo)： （ 1）通過(guò)對(duì)工程實(shí)例的模擬，熟練地掌握 編程和程序調(diào)試方法； （ 2）進(jìn)一步熟悉 I/O 連接； （ 3）熟悉 水塔水位 等類似邏輯的工程實(shí) 際的編程方法。 二、 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文要求： 1、提出選題的初步設(shè)想和研究目的 ； 2、完成輸入和輸出分析 ； 3、 完成本畢業(yè)設(shè)計(jì)硬件組態(tài) 和 I/0 分配表 ； 4、 完成本畢業(yè)設(shè)計(jì) 梯形圖控制 程序設(shè)計(jì) ； 5、 完成程序調(diào)試 ； 6、完成 面調(diào)試； 7、根據(jù)本畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)、編程、工作過(guò)程，形成符合學(xué)校規(guī)定的畢業(yè)設(shè)計(jì)書(shū)面文檔。 教研室 審核 系部 審核 開(kāi) 題題 報(bào)報(bào) 告告 書(shū)書(shū) （ 表表 1） 學(xué)生姓名 專業(yè) 班級(jí) 學(xué) 號(hào) 題 目 基于 塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 李建榮 職稱 講師 學(xué) 位 學(xué)士 題目類別 工程設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)研究 應(yīng)用研究 其它 【課題的內(nèi)容與要求】 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容是應(yīng)用 制水塔水位系統(tǒng)的硬件電路，并利用 梯形圖控制程序設(shè)計(jì)。通過(guò)控制 300 定時(shí)繼電器的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)水塔水位的升降。 要求 ：（ 1） 水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的， 4 個(gè)液位指示燈全亮。當(dāng)執(zhí)行程序時(shí)，掃描到水池為液位低于水池下限液位時(shí)，電磁閥打開(kāi)，開(kāi)始往水池離境稅，如果進(jìn)水超過(guò) 4 秒，而水池液位沒(méi)有超過(guò)水池下限位，說(shuō)明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。若 4 秒之后水池液位按預(yù)定的超過(guò)水池下限位，說(shuō)明系統(tǒng)在正常的工作，水池下限位的指示燈 ，此時(shí)，水池的液位已經(jīng)超過(guò)了下限位了，系統(tǒng)檢測(cè)到此 信號(hào)時(shí)，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵開(kāi)始工作，向水塔供水。 （ 2） 當(dāng)水池的液位超過(guò) 水池上限液位時(shí)，水池上限指示燈 ，電磁閥就關(guān)閉，但是水塔現(xiàn)在還沒(méi)有裝滿，可此時(shí)水塔液位已經(jīng)超過(guò)水塔下限水位，則水塔下限指示燈 ，水泵繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽滿時(shí)，水塔液位超過(guò)水塔上限，水塔上限指示燈 ，但剛剛給水塔供水的時(shí)候，水泵已經(jīng)把水池的水抽走了，此時(shí)水塔液位已經(jīng)低于水池上限，水池上限指示燈 。此次給水塔供水完成。 【前言】 隨著科技的飛速發(fā)展，無(wú)論在日常生活中，還是在工農(nóng)業(yè)發(fā)展中， 有廣泛的應(yīng)用。 干擾能力強(qiáng)，可靠性極高、編程簡(jiǎn)單方便、使用方便、 維護(hù)方便、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。 的發(fā)展趨勢(shì)是：高功能、高速度、高集成度、大容量、小體積、低成本、通信組網(wǎng)能力強(qiáng)。 方案的 比較與評(píng)價(jià) 】 應(yīng)用大大地減少了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)時(shí)間和勞動(dòng)力。同時(shí)， 便了工廠管理和工人的操作，提高了經(jīng)濟(jì)效益。 采用 制系統(tǒng)以后，提高了自動(dòng)控制的可靠性。 當(dāng) 在故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)報(bào)警并顯示故障原因，安全性能較好，便于維修。 【預(yù)期的 效果及指標(biāo) 】 通過(guò) 真軟件調(diào)試，實(shí)現(xiàn)所有的控制任務(wù)。能建立 面模擬 監(jiān)控，可以看到水位調(diào)控的的過(guò)程，達(dá)到任務(wù)的要求。 指標(biāo)：系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)試后，能穩(wěn)定正常工作，在故障狀態(tài)能發(fā)出報(bào)警。通過(guò) 面，能控制、監(jiān)控系統(tǒng)工作全過(guò)程，系統(tǒng)報(bào)警在 面能準(zhǔn)確及時(shí)反應(yīng)。 【進(jìn)度安排】 20* 年 9 月 21 日 - 2010 年 9 月 30 日 選題、調(diào)研、收集資料 20* 年 10 月 8 日 - 2010 年 10 月 15 日 論證、開(kāi)題 2010 年 10 月 16 日 - 2010 年 11 月 30 日 設(shè)計(jì)（寫(xiě)作初稿） 2010 年 12 月 1 日 - 2011 年 1 月 10 日 修改、定稿、打印 【參考文獻(xiàn)】 1胡學(xué)林 . 可編程控制器原理及應(yīng)用 電子工業(yè)出版社 ， 2007. 2胡學(xué)林 . 可編程控制器教程（提高篇） 電子工業(yè)出版社 ， 2005. 3汪志峰 .可編程控制器原理及應(yīng)用 電子科技大學(xué)出版社 ， 2004. 4廖常初 . 00用技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2005. 【指導(dǎo)教師意見(jiàn)】（有針對(duì)性地說(shuō)明選題意義及工作安排是否恰當(dāng)?shù)龋?同意提交開(kāi)題論證 修改后提交 不同意提交（請(qǐng)說(shuō)明理由） 指導(dǎo)教師簽章： 年 月 日 【系部意見(jiàn)】 同意指導(dǎo)教師意見(jiàn) 不同意指導(dǎo)教師意見(jiàn)（請(qǐng)說(shuō)明理由） 其它（請(qǐng)說(shuō)明） 系（部）主任簽章： 年 月 日 于 制系統(tǒng)控制的水塔水位 摘 要 隨著科技的發(fā)展，無(wú)論在日常生活中，還是在工農(nóng)業(yè)發(fā)展中， 有廣泛的應(yīng)用。 一般特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，可靠性極高、編程簡(jiǎn)單方便、使用方 便、維護(hù)方便、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。 的發(fā)展趨勢(shì)是：高功能、高速度、高集成度、大容量、小體積、低成本、通信組網(wǎng)能力強(qiáng)。本水塔水位控制系統(tǒng)采用 控制核心，具備開(kāi)啟和全部停止功能， 這是一種 制的自動(dòng) 調(diào)節(jié) 控制系統(tǒng)。應(yīng)用此控制系統(tǒng)能顯著提高勞動(dòng) 效 率，減少勞動(dòng) 強(qiáng)度。 關(guān)鍵詞 高集成度 通信組網(wǎng) 水塔水位 LC in or is is to of is LC as is a LC of of LC 錄 第 1 章 緒 論 . - 1 - 可編程控制器 . - 1 - 可編程控制器使 用前景 . - 2 - 發(fā)展 . - 3 - 基本結(jié)構(gòu) . - 4 - 控制原理 . - 9 - 特點(diǎn) . - 10 - 第 2 章 水塔水位控制系統(tǒng) 件設(shè)計(jì) . - 13 - 水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 . - 13 - 水塔水位控制系統(tǒng)主電路 . - 13 - I/O 接口分配 . - 14 - 列出水塔水位控制系統(tǒng) 輸入 /輸出接口分配表。 . - 14 - 水塔水位控制系統(tǒng)的 I/O 設(shè)備 . - 14 - 第 3 章 水塔水位控制系統(tǒng) 件設(shè)計(jì) . - 15 - 程序流程圖 . - 15 - 梯形圖程序設(shè)計(jì)及工作過(guò)程分析 . - 16 - 工作過(guò)程 . - 17 - 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖 . - 17 - 第 4 章 水塔水位控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì) . - 20 - 組態(tài)軟件概述 . - 20 - 組態(tài)軟件在我國(guó)的發(fā)展 . - 20 - 組態(tài)軟件的功能特點(diǎn)發(fā)展方向 . - 21 - 建立 態(tài)畫(huà)面 . - 21 - 態(tài)畫(huà)面 . - 21 - 畫(huà)面演示 . - 22 - 總結(jié) . - 28 - 致 謝 . - 29 - 參考文獻(xiàn) . - 30 - 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - 1 - 第 1 章 緒 論 可編程控制器 可編程控制器（ , 也稱可編程邏輯控制器（ 是以微處理器為核心的工業(yè)自動(dòng)控制通用裝置，是計(jì)算機(jī)家族的一名成員，簡(jiǎn)稱 了避免與個(gè)人電腦（也簡(jiǎn)稱為 混淆，通常將可編程控制器簡(jiǎn)稱為 可編程控制器的產(chǎn)生與繼電器 接觸器控制系統(tǒng)有很大的關(guān)系。繼電器 接觸器控制已有 上百年的歷史，它是一種用弱電信號(hào)控制強(qiáng)電信號(hào)的電磁開(kāi)關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電路直觀、價(jià)格低廉、容易操作、易于維修的優(yōu)點(diǎn)。此種控制系統(tǒng)布局固定，按預(yù)先規(guī)定的時(shí)間、條件、順序工作。對(duì)于工作模式固定、要求比較簡(jiǎn)單的場(chǎng)合非常適用，至今仍有廣泛的用途。但是當(dāng)工作模式改變時(shí)，就必須改變控制系統(tǒng)的硬件接線，控制柜內(nèi)的物件和接線都要作相應(yīng)的變動(dòng)，改造工期長(zhǎng)，費(fèi)用高，用戶改造時(shí)寧愿扔掉舊控制柜，另作一個(gè)新控制柜使用，阻礙了產(chǎn)品更新?lián)Q代。 隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期日益縮短，工業(yè)生產(chǎn)從大批量、少品種向 小批量、多品種轉(zhuǎn)換，繼電器 接觸器控制難以滿足市場(chǎng)需要，此問(wèn)題首先被美國(guó)通用汽車(chē)公司（ 司）提了出來(lái)。通用汽車(chē)公司為適合汽車(chē)型號(hào)的不斷翻新，滿足用戶對(duì)產(chǎn)品的多樣性的需求，公開(kāi)對(duì)外招標(biāo)，要求制造一種新的工業(yè)控制裝置，取代傳統(tǒng)的繼電器 接觸器控制。其對(duì)新裝置性能提出的要求就是著名的 ，即 編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序。 維護(hù)方便，最好是插件式。 可靠性高于繼電器控制柜。 體積小于繼電器控制柜 。 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)。 在成本上可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)。 輸入可以是交流 115V。 輸出可以是交流 115V、 2A 以上，可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥。 在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只要很小變更。 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - 2 - 用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展 4 這十項(xiàng)指標(biāo)就是現(xiàn)代 最基本功能，值得注意的是 不等同于普通計(jì)算機(jī)，它與有關(guān)的外部設(shè)備，按照“易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一體”和“便于擴(kuò)充功能”的原則來(lái)設(shè)計(jì)。 用可編程控制器代替了繼電器 接觸器的控制，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制功能，并且具有計(jì)算機(jī)功能靈活、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，用程序代替硬接線，減少了重新設(shè)計(jì)，重新接線的工作，此種控制器借鑒計(jì)算機(jī)的高級(jí)語(yǔ)言，利用面向控制過(guò)程，面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程，其標(biāo)志性語(yǔ) 言是極易為 器人員掌握的梯形圖語(yǔ)言，使得不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。這樣，工作人員不必在編程上發(fā)費(fèi)大量的精力，只需集中精力去考慮如何操作并發(fā)揮該裝置的功能即可，輸入、輸出電平與市電接口，是控制系統(tǒng)可方便地在需要的地方運(yùn)行。所以，可編程控制器廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域。 1969 年，第一臺(tái)可編程控制器 美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（ 作成功，并在 司汽車(chē)生產(chǎn)線上使用取得良好的效果，可編程控制器由此誕生，在控制領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生了歷史性革命。 世時(shí)間不長(zhǎng)，但是隨著微處理器的發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模 集成電路不斷出現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)不斷進(jìn)步， 速發(fā)展。 入 90 年代后，工業(yè)控制領(lǐng)域幾乎全被 領(lǐng)。國(guó)外專家預(yù)言， 術(shù)將在工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（ 器人和 躍居首位。 我國(guó)在 80 年代初才開(kāi)始使用 前從國(guó)外引進(jìn)的 用較為普遍的有日本 司 C 系列、三菱公司 F 系列、美國(guó) 司 列和德國(guó)西門(mén)子公司 S 系列等。 可編程控制器 使用前景 可編程控制器是 20 世紀(jì) 70 年代發(fā)展起來(lái)的控制設(shè)備，是集微處理器、存儲(chǔ)器、輸入 /輸出接口與中斷于一體的器件，已經(jīng)被 廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、化工、能源、交通等各個(gè)行業(yè)。計(jì)算機(jī)在操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、通行能力上的飛速發(fā)展，大大增強(qiáng)了可編程控制器通信能力，豐富了可編程控制器編程軟件和編程技巧，增強(qiáng)了 程控制能力。因此，無(wú)論是單機(jī)還是多機(jī)控制、是流水線控制還是過(guò)程控制，都可以采用可編程控制器。 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - 3 - 在改革開(kāi)放最初幾年，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)還處于手動(dòng)操作階段，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)力浪費(fèi)嚴(yán)重，生產(chǎn)發(fā)展緩慢。而國(guó)際工業(yè)發(fā)展都處于自動(dòng)化向高度自動(dòng)化水平前進(jìn)，生產(chǎn)效率高，節(jié)約勞動(dòng)力和生產(chǎn)成本，社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平也隨之提升快。我國(guó)正處于工業(yè)發(fā)展階段，工 業(yè)生產(chǎn)水平急需提高， 推廣和普及可編程控制器的使用技術(shù)對(duì)提高我國(guó)的工業(yè)自動(dòng)化水平及生產(chǎn)效率都有十分重要的意義 。 發(fā)展 雖然 世時(shí)間不長(zhǎng)，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步， 迅速發(fā)展，其發(fā)展過(guò)程大致可分三個(gè)階段： 早期的 般稱為可編程邏輯控制器。這時(shí)的 少有點(diǎn)繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制，定時(shí)等。它在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在 I/O 接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng) 的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式 梯形圖。因此，早期的 性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡(jiǎn)單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。其中 有的編程語(yǔ)言 梯形圖一直沿用至今。 在 70 年代，微處理器的出現(xiàn)使 生了巨大的變化。美國(guó)，日本，德國(guó)等一些廠家先后開(kāi)始采用微處理器作為 中央處理單元 ( 這樣，使 功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開(kāi)關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程 I/O 模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使 應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。 進(jìn)入 80 年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌，使得各種類型的 采用的微處理器的當(dāng)次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高 處理速度 ，各制造廠商還紛紛研制開(kāi)發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得 、硬件功能發(fā)生了巨大變化。 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - 4 - 基本結(jié)構(gòu) 質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖 1示： 一 、中央處理單元 (中央處理單元 ( 控制中樞。它按照 統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、 I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng) 入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接 收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀 態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 圖 1制系統(tǒng)示意圖 如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 為了進(jìn)一步提高 可靠性，近年來(lái)對(duì)大型 采用雙 成冗余系統(tǒng)，或采用三 表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè) 現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 二 、存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件 的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。 用的存儲(chǔ)器類型 這是一種讀 /寫(xiě)存儲(chǔ)器 (隨機(jī)存儲(chǔ)器 )，其存取速度最快，由鋰電池支持。 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - 5 - 是一種可擦除的只讀存儲(chǔ)器。在斷電情況下，存儲(chǔ)器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。 (在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲(chǔ)器內(nèi)容 )。 是一種電可擦除的只讀存儲(chǔ)器。使用編程器就能很容易地對(duì)其所存儲(chǔ)的內(nèi)容進(jìn)行修改。 儲(chǔ)空間的分配 雖然各種 最大尋址空間各不相同，但是根據(jù) 工作原理，其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域： 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū) 系統(tǒng) 儲(chǔ)區(qū)（包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等） 用戶程序存儲(chǔ)區(qū) 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化在 ，用戶不能直接存取。它和硬件一 起決定了該 性能。 系統(tǒng) 儲(chǔ)區(qū)：系統(tǒng) 儲(chǔ)區(qū)包括 I/O 映象區(qū)以及各類軟設(shè)備，如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計(jì)時(shí)器；計(jì)數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲(chǔ)器。 I/O 映象區(qū)：由于 入運(yùn)行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此，它需要一定數(shù)量的存儲(chǔ)單元 (存放 I/O 的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作 I/個(gè)開(kāi)關(guān)量 I/O 占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位（ 一個(gè)模擬量 I/O 占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字（ 16 個(gè) 因此整個(gè) I/O 映象 區(qū)可看作兩個(gè)部分組成：開(kāi)關(guān)量 I/O 映象區(qū)；模擬量 I/O 映象區(qū)。 系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū) ：除了 I/O 映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng) 儲(chǔ)區(qū)還包括 輯線圈、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無(wú)失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域，前者在電時(shí)，由內(nèi)部的鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會(huì)遺失；后者當(dāng) 電時(shí)，數(shù)據(jù)被清零。 用戶程序存儲(chǔ)區(qū) ：主要用來(lái)存放用戶的應(yīng)用程序。所謂用戶程序是指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程和工藝要求編寫(xiě)的控制程序。此程序由使用者通過(guò)編程揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - 6 - 器輸入到 的 貯器中，以便于用戶隨時(shí)修改。也可將用戶程序存放在 。 三 、輸入 /輸出模塊 輸入 /輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程連接的接口。現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)，如按鈕開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)以及傳感輸出的開(kāi)關(guān)量或模擬量 (壓力、流量、溫度、電壓、電流 )等，都要通過(guò)輸入模塊送到 于這些信號(hào)電平各式各樣，而可編程控制器 處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以輸入模塊還需將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成 夠接受和處理的數(shù)字信號(hào)。輸出模塊的作用是接收中央處理 器處理過(guò)的數(shù)字信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行部件所能接受的控制信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)如電磁閥、燈光顯示、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？删幊炭刂破饔卸喾N輸入 /輸出模塊，其類型有數(shù)字量輸入 /輸出模塊和模擬量輸入 /輸出模塊。這些模塊又分直流和交流、電壓和電流類型，每種類型又有不同的參數(shù)等級(jí)，主要有數(shù)字量輸入 /輸出模塊和模擬量輸入 /輸出模塊，部件上都設(shè)有輸入接線端子排，為了濾除信號(hào)的噪聲和便于 部對(duì)信號(hào)的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)鎖存電路。數(shù)字量輸入模塊帶有光電禍合電路，其目的是把外部電路隔離開(kāi)來(lái)，以提高 抗千擾能力。數(shù)字量輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸入 /輸出模塊主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬量一數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，即 A/D 或 D/A 轉(zhuǎn)換。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一些信號(hào)是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過(guò)模擬量輸入 /輸出模塊與 中央處理器連接。模擬量輸入模塊 A/D 轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)光電禍合器和輸入鎖存緩沖器與 1/0 總線掛接。模擬量輸出模塊 D/A 轉(zhuǎn)換前的二進(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)光電禍合器和輸出鎖存器與 1/0 總線掛接?，F(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓主要是 0 一 5 伏和 O 一 10 伏兩種，模擬電流主要是 0 一 4 一 種。另外還有。一 o 一 5 一 + 10 一 +10V， o 一 10。模擬量輸入模塊接收到標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓或電流后，把它轉(zhuǎn)換成 8 位、 10 位或 12 位的二制數(shù)字信號(hào)，送給中央處理器進(jìn)行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流輸出信號(hào)，提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 四 、擴(kuò)展模塊 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - 7 - 當(dāng)一個(gè) 心單元的 1/0 點(diǎn)數(shù)不夠用時(shí)，就要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展接口就是用于連接中心基本單元與擴(kuò) 展單元的。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，各可編程控制器制造廠家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一系列的智能接口模塊，使可編程控制器的功能更加強(qiáng)大和完善。智能 1/0 接口模塊種類很多，例如高速技術(shù)模塊、 制模塊、數(shù)字位基于 變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)置譯碼模塊、閥門(mén)控制模塊、中斷控制模塊、智能存貯模塊以及智能 1/0 模塊等。 五 、編程器 它的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機(jī)或磁帶機(jī)相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來(lái)或存放在 磁帶上，磁帶上的信息可以重新裝入 前編程器主要有以下三種類型 :便攜式編程器 (也叫簡(jiǎn)易編程器 );圖形編程器 ;用于 其兼容機(jī)的編程器。便于攜帶的特點(diǎn)，一般只能用指令形式編程，通過(guò)按鍵輸入指令，通過(guò)數(shù)碼管或液晶顯示器加以顯示、這種編程器適合小型可編程控制器的編程要求。圖形編程器以液晶顯示器 (陰極射線管 (屏幕，用來(lái)顯示編程內(nèi)容和提供如輸入、輸出、輔助繼電器的占有情況、程序容量等各種信息，還可在調(diào)試程序、檢查程序執(zhí)行時(shí)顯示各種信號(hào)狀態(tài)、出錯(cuò)提示等。使用圖形編程器可以月多種編程語(yǔ) 言編程，梯形圖顯示在屏幕上十分直觀。圖形編程器還可與打印機(jī)、錄音機(jī)、繪畫(huà)儀等設(shè)備連接，有較強(qiáng)的監(jiān)控功能。但它的價(jià)格高，適用于中、大型可編程控制器的編程要求。用于 其兼容機(jī)的編程器是個(gè)人計(jì)算機(jī)加上適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐?，也可直接編制成梯形圖，其監(jiān)控功能也很強(qiáng)。編程器工作方式主要有編程和監(jiān)控兩種，編程工作方式是在 處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)可以進(jìn)行編程，它的功能主要是輸入新的程序，或者對(duì)已有的程序予以編輯和修改。監(jiān)控工作方式可以對(duì)運(yùn)行中的控制器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和跟蹤，一般可以對(duì)某一線圈或觸點(diǎn)的工 作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，也可以對(duì)成組器件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，還可以跟蹤某一器件在不同時(shí)間的工作狀態(tài)，除搜索、監(jiān)視、跟蹤外，還可以對(duì)一些器件進(jìn)行操作。因此編程器的監(jiān)控方式對(duì)控制器中新輸入程序的調(diào)試與試運(yùn)行是非常有用和方便的。編程器的結(jié)構(gòu)一般包括顯示部分與鍵盤(pán)部分。顯示一般用液晶顯示器，主要的顯示內(nèi)容包括地址、數(shù)據(jù)、工作方式、指令執(zhí)行情況及系統(tǒng)工作狀態(tài)等。鍵盤(pán)有單功能鍵和雙功能鍵，在使用雙功能鍵的時(shí)候鍵盤(pán)中都備有一揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - 8 - 個(gè)選擇鍵，以選擇其中一種方式工作?，F(xiàn)在產(chǎn)品越來(lái)越模塊化，可編程控制器也不例外，它的結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)固，外形小巧 ， 身只提供了一定數(shù)量的數(shù)字輸入和輸出點(diǎn)數(shù)。不同廠家、不同型號(hào)的 輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)也不同，有的大型機(jī)輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)可達(dá) 16K，而很多小型機(jī)僅有 10 來(lái)點(diǎn)，而且 身不帶模擬輸入與輸出，但 般都帶有擴(kuò)展接口。因此，用戶選型后，所需的輸入或輸出點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，就需對(duì)系統(tǒng)做出必要的擴(kuò)展，各個(gè)廠家也生產(chǎn)了專用于擴(kuò)展用的各模板供用戶選用。擴(kuò)展模板的外形一般也小巧、堅(jiān)固，有易于接線的端子排，帶有擴(kuò)展總線或通過(guò)總線連接器與 連。主要有數(shù)字輸入 /輸出模板，模擬輸入 /輸出模板，熱電阻、電偶擴(kuò)展模板，還有智 能模板等許多具有專用功能的特殊模板。用擴(kuò)展模板來(lái)擴(kuò)展系統(tǒng)，具有以下的優(yōu)點(diǎn) 用戶可根據(jù)自己時(shí)間控制系統(tǒng)的要求，選用各種合適的擴(kuò)展模塊對(duì) 硬件組態(tài)，以求達(dá)到各種功能或控制精度，同時(shí)節(jié)省開(kāi)支，減少不必要的投資。當(dāng)己運(yùn)行的系統(tǒng)需要改造或擴(kuò)充時(shí)， 以隨時(shí)進(jìn)行升級(jí)或改版，所作的工作僅僅是替換或增加擴(kuò)展模板和修改相應(yīng)的控制軟件。特殊模板及智能模板的開(kāi)發(fā)將進(jìn)一步擴(kuò)展可編程控制的功能，專用模板的開(kāi)發(fā)不僅擴(kuò)大了可編程控制系統(tǒng)的控制功能，而且將進(jìn)一步提高控制質(zhì)量與可靠性。 六 、 電源 的電源一般有三類： 1、 +5V、 ±15V 直流電源：供 片和集成運(yùn)放使用； 2、 供輸出接口使用的高壓大電流的功率電源； 3、 鋰電池及其充電電源。 考慮到系統(tǒng)的可靠性以及光電隔離器的使用，不同類型的電源其地線也不同。 目前 發(fā)展非常迅速，型號(hào)眾多，各種特殊功能模板不斷涌現(xiàn)。通常根據(jù)其 I/O 點(diǎn)的數(shù)量將 為三大類： 小型機(jī)： 256 點(diǎn)以下（無(wú)模擬量）； 中型機(jī)： 256 2048 點(diǎn)（ 64 128 路模擬量）； 大型機(jī)： 2048 點(diǎn)以上（ 128 512 路模擬量）。 具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，通常采用模板式結(jié)構(gòu)，以便用戶根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行配置。揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - 9 - 但一些小型機(jī)常制作成一體機(jī)，其配置固定，主要供定型成套設(shè)備使用；而一些大型機(jī)一般在電源、或者 至兩者都作了熱備份。 控制 原理 最初研制生產(chǎn)的 要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的 。 繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制線路的哪個(gè)位置上都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。 采用順序邏輯 掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開(kāi)，該線圈的所有觸點(diǎn) (包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn) )不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。 為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在 100上，而 描用戶程序的時(shí)間一般均小于 100此， 用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式 掃描技術(shù)。這樣在對(duì)于 I/O 響應(yīng)要求不高的場(chǎng)合， 繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒(méi)有什么區(qū)別了。 當(dāng) 入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即 輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間， 一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 如圖 1示： 圖 1描 周期圖 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， 掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程 序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) - 10 - 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， 是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) 儲(chǔ)區(qū)中對(duì) 應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在 I/O 映象區(qū)或