基于PLC的水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計

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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 課題 名稱： 基 于 制系統(tǒng)的水塔水位設(shè)計 設(shè)計時間： 系 部 ： 班 級 ： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 務(wù)書 系 部 指導(dǎo)教師 職稱 學(xué)生姓名 班級 學(xué)號 設(shè)計題目 基于 制系統(tǒng)的水塔水位設(shè)計 設(shè)計 內(nèi)容 目標(biāo) 和 要求 一、畢業(yè)設(shè)計內(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。通過控制 300 定時繼電器的功能來實現(xiàn) 水塔水位控制 的運行。 2、本次畢業(yè)設(shè)計目標(biāo)： （ 1）通過對工程實例的模擬，熟練地掌握 編程和程序調(diào)試方法； （ 2）進一步熟悉 I/O 連接； （ 3）熟悉 水塔水位 等類似邏輯的工程實 際的編程方法。 二、 畢業(yè)設(shè)計論文要求： 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)計硬件組態(tài) 和 I/0 分配表 ； 4、 完成本畢業(yè)設(shè)計 梯形圖控制 程序設(shè)計 ； 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)計的設(shè)計、編程、工作過程，形成符合學(xué)校規(guī)定的畢業(yè)設(shè)計書面文檔。 教研室 審核 系部 審核 開 題題 報報 告告 書書 （（ 表表 1）） 學(xué)生姓名 專業(yè) 班級 學(xué) 號 題 目 基于 塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計 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 □ 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。通過控制 300 定時繼電器的功能來實現(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 個液位指示燈全亮。當(dāng)執(zhí)行程序時，掃描到水池為液位低于水池下限液位時，電磁閥打開，開始往水池離境稅，如果進水超過 4 秒，而水池液位沒有超過水池下限位，說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會自動報警。若 4 秒之后水池液位按預(yù)定的超過水池下限位，說明系統(tǒng)在正常的工作，水池下限位的指示燈 ，此時，水池的液位已經(jīng)超過了下限位了，系統(tǒng)檢測到此 信號時，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵開始工作，向水塔供水。 （ 2） 當(dāng)水池的液位超過 水池上限液位時，水池上限指示燈 ，電磁閥就關(guān)閉，但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，可此時水塔液位已經(jīng)超過水塔下限水位，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，水塔液位超過水塔上限，水塔上限指示燈 ，但剛剛給水塔供水的時候，水泵已經(jīng)把水池的水抽走了，此時水塔液位已經(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，可靠性極高、編程簡單方便、使用方便、 維護方便、設(shè)計、施工、調(diào)試周期短、易于實現(xiàn)機電一體化。 的發(fā)展趨勢是：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。 方案的 比較與評價 】 應(yīng)用大大地減少了操作工人的勞動強度，節(jié)省了勞動時間和勞動力。同時， 便了工廠管理和工人的操作，提高了經(jīng)濟效益。 采用 制系統(tǒng)以后，提高了自動控制的可靠性。 當(dāng) 在故障時，會自動報警并顯示故障原因，安全性能較好，便于維修。 【預(yù)期的 效果及指標(biāo) 】 通過 真軟件調(diào)試，實現(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)控的的過程，達(dá)到任務(wù)的要求。 指標(biāo)：系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試后，能穩(wěn)定正常工作，在故障狀態(tài)能發(fā)出報警。通過 面，能控制、監(jiān)控系統(tǒng)工作全過程，系統(tǒng)報警在 面能準(zhǔn)確及時反應(yīng)。 【進度安排】 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、開題 2010 年 10 月 16 日 - 2010 年 11 月 30 日 設(shè)計（寫作初稿） 2010 年 12 月 1 日 - 2011 年 1 月 10 日 修改、定稿、打印 【參考文獻】 [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)》 機械工業(yè)出版社 ， 2005. 【指導(dǎo)教師意見】（有針對性地說明選題意義及工作安排是否恰當(dāng)?shù)龋? □同意提交開題論證 □修改后提交 □不同意提交（請說明理由） 指導(dǎo)教師簽章： 年 月 日 【系部意見】 □同意指導(dǎo)教師意見 □不同意指導(dǎo)教師意見（請說明理由） □其它（請說明） 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：抗干擾能力強，可靠性極高、編程簡單方便、使用方 便、維護方便、設(shè)計、施工、調(diào)試周期短、易于實現(xiàn)機電一體化。 的發(fā)展趨勢是：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。本水塔水位控制系統(tǒng)采用 控制核心，具備開啟和全部停止功能， 這是一種 制的自動 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 效 率，減少勞動 強度。 [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 ............................................................................................ - 10 - 第 2 章 水塔水位控制系統(tǒng) 件設(shè)計 ....................................................... - 13 - 水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計要求 ................................................................. - 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 ....................................................... - 15 - 程序流程圖 ............................................................................................. - 15 - 梯形圖程序設(shè)計及工作過程分析 ......................................................... - 16 - 工作過程 ....................................................................................... - 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 ............................................................... - 20 - 組態(tài)軟件概述 ......................................................................................... - 20 - 組態(tài)軟件在我國的發(fā)展 ......................................................................... - 20 - 組態(tài)軟件的功能特點發(fā)展方向 ............................................................. - 21 - 建立 態(tài)畫面 ......................................................................... - 21 - 態(tài)畫面 ........................................................................ - 21 - 畫面演示 ....................................................................................... - 22 - 總結(jié) ......................................................................................................................... - 28 - 致 謝 ....................................................................................................................... - 29 - 參考文獻 ................................................................................................................. - 30 - 揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 - 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)自動控制通用裝置，是計算機家族的一名成員，簡稱 了避免與個人電腦（也簡稱為 混淆，通常將可編程控制器簡稱為 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控制強電信號的電磁開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡單、電路直觀、價格低廉、容易操作、易于維修的優(yōu)點。此種控制系統(tǒng)布局固定，按預(yù)先規(guī)定的時間、條件、順序工作。對于工作模式固定、要求比較簡單的場合非常適用，至今仍有廣泛的用途。但是當(dāng)工作模式改變時，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，改造工期長，費用高，用戶改造時寧愿扔掉舊控制柜，另作一個新控制柜使用，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，市場競爭激烈，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需要，此問題首先被美國通用汽車公司（ 司）提了出來。通用汽車公司為適合汽車型號的不斷翻新，滿足用戶對產(chǎn)品的多樣性的需求，公開對外招標(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。其對新裝置性能提出的要求就是著名的 ，即 編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序。 維護方便，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)直接送入管理計算機。 在成本上可與繼電器控制柜競爭。 輸入可以是交流 115V。 輸出可以是交流 115V、 2A 以上，可直接驅(qū)動電磁閥。 在擴展時，原有系統(tǒng)只要很小變更。 揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 - 2 - 用戶程序存儲器容量至少能擴展 4 這十項指標(biāo)就是現(xiàn)代 最基本功能，值得注意的是 不等同于普通計算機，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“便于擴充功能”的原則來設(shè)計。 用可編程控制器代替了繼電器 — 接觸器的控制，實現(xiàn)了邏輯控制功能，并且具有計算機功能靈活、通用性強等優(yōu)點，用程序代替硬接線，減少了重新設(shè)計，重新接線的工作，此種控制器借鑒計算機的高級語言，利用面向控制過程，面向問題的“自然語言”編程，其標(biāo)志性語 言是極易為 器人員掌握的梯形圖語言，使得不熟悉計算機的人也能方便地使用。這樣，工作人員不必在編程上發(fā)費大量的精力，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，第一臺可編程控制器 美國數(shù)字設(shè)備公司（ 作成功，并在 司汽車生產(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。 世時間不長，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)。國外專家預(yù)言， 術(shù)將在工業(yè)自動化的三大支柱（ 器人和 躍居首位。 我國在 80 年代初才開始使用 前從國外引進的 用較為普遍的有日本 司 C 系列、三菱公司 F 系列、美國 司 列和德國西門子公司 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)展起來的控制設(shè)備，是集微處理器、存儲器、輸入 /輸出接口與中斷于一體的器件，已經(jīng)被 廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、化工、能源、交通等各個行業(yè)。計算機在操作系統(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，增強了 程控制能力。因此，無論是單機還是多機控制、是流水線控制還是過程控制，都可以采用可編程控制器。 揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 - 3 - 在改革開放最初幾年，我國工業(yè)生產(chǎn)還處于手動操作階段，生產(chǎn)效率低，勞動力浪費嚴(yán)重，生產(chǎn)發(fā)展緩慢。而國際工業(yè)發(fā)展都處于自動化向高度自動化水平前進，生產(chǎn)效率高，節(jié)約勞動力和生產(chǎn)成本，社會經(jīng)濟水平也隨之提升快。我國正處于工業(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)對提高我國的工業(yè)自動化水平及生產(chǎn)效率都有十分重要的意義 。 發(fā)展 雖然 世時間不長，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)的不斷進步， 迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分三個階段： 早期的 般稱為可編程邏輯控制器。這時的 少有點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，定時等。它在硬件上以準(zhǔn)計算機的形式出現(xiàn)，在 I/O 接口電路上作了改進以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場 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，存儲器采用磁芯存儲器。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)點包括簡單易懂，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，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為 中央處理單元 ( 這樣，使 功能大大增強。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運算、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。并擴大了存儲器的容量，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)用范圍得以擴大。 進入 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，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的 采用的微處理器的當(dāng)次普遍提高。而且，為了進一步提高 處理速度 ，各制造廠商還紛紛研制開發(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。 揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 - 4 - 基本結(jié)構(gòu) 質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，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從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、 I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng) 入運行時，首先它以掃描的方式接 收現(xiàn)場各輸入裝置的狀 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器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(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)運行，直到停止運行。 為了進一步提高 可靠性，近年來對大型 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 現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 二 、存儲器 存放系統(tǒng)軟件 的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 用的存儲器類型 這是一種讀 /寫存儲器 (隨機存儲器 )，其存取速度最快，由鋰電池支持。 揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 - 5 - 是一種可擦除的只讀存儲器。在斷電情況下，存儲器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。 (在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容 )。 是一種電可擦除的只讀存儲器。使用編程器就能很容易地對其所存儲的內(nèi)容進行修改。 儲空間的分配 雖然各種 最大尋址空間各不相同，但是根據(jù) 工作原理，其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域： 系統(tǒng)程序存儲區(qū) 系統(tǒng) 儲區(qū)（包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等） 用戶程序存儲區(qū) 系統(tǒng)程序存儲區(qū)：在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當(dāng)于計算機操作系統(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) 儲區(qū)：系統(tǒng) 儲區(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；計時器；計數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲器。 I/O 映象區(qū)：由于 入運行后，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)量的存儲單元 (存放 I/O 的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作 I/個開關(guān)量 I/O 占用存儲單元中的一個位（ 一個模擬量 I/O 占用存儲單元中的一個字（ 16 個 因此整個 I/O 映象 區(qū)可看作兩個部分組成：開關(guān)量 I/O 映象區(qū)；模擬量 I/O 映象區(qū)。 系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū) ：除了 I/O 映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng) 儲區(qū)還包括 輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在電時，由內(nèi)部的鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會遺失；后者當(dāng) 電時，數(shù)據(jù)被清零。 用戶程序存儲區(qū) ：主要用來存放用戶的應(yīng)用程序。所謂用戶程序是指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的控制程序。此程序由使用者通過編程揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 - 6 - 器輸入到 的 貯器中，以便于用戶隨時修改。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)過程連接的接口?，F(xiàn)場的輸入信號，如按鈕開關(guān)，行程開關(guān)、限位開關(guān)以及傳感輸出的開關(guān)量或模擬量 (壓力、流量、溫度、電壓、電流 )等，都要通過輸入模塊送到 于這些信號電平各式各樣，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轉(zhuǎn)換成 夠接受和處理的數(shù)字信號。輸出模塊的作用是接收中央處理 器處理過的數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行部件所能接受的控制信號，以驅(qū)動如電磁閥、燈光顯示、電機等執(zhí)行機構(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，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，為了濾除信號的噪聲和便于 部對信號的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號鎖存電路。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來，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 /輸出模塊主要用來實現(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)行機構(gòu)有一些信號是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過模擬量輸入 /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。現(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，送給中央處理器進行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流輸出信號，提供給執(zhí)行機構(gòu)。 四 、擴展模塊 揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 - 7 - 當(dāng)一個 心單元的 1/0 點數(shù)不夠用時，就要對系統(tǒng)進行擴展，擴展接口就是用于連接中心基本單元與擴 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)計置譯碼模塊、閥門控制模塊、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或磁帶機相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在 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 (也叫簡易編程器 );圖形編程器 ;用于 其兼容機的編程器。便于攜帶的特點，一般只能用指令形式編程，通過按鍵輸入指令，通過數(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)行時顯示各種信號狀態(tài)、出錯提示等。使用圖形編程器可以月多種編程語 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、錄音機、繪畫儀等設(shè)備連接，有較強的監(jiān)控功能。但它的價格高，適用于中、大型可編程控制器的編程要求。用于 其兼容機的編程器是個人計算機加上適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐鳎部芍苯泳幹瞥商菪螆D，其監(jiān)控功能也很強。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 處于停機狀態(tài)時可以進行編程，它的功能主要是輸入新的程序，或者對已有的程序予以編輯和修改。監(jiān)控工作方式可以對運行中的控制器工作狀態(tài)進行監(jiān)視和跟蹤，一般可以對某一線圈或觸點的工 作狀態(tài)進行監(jiān)視，也可以對成組器件的工作狀態(tài)進行監(jiān)視，還可以跟蹤某一器件在不同時間的工作狀態(tài)，除搜索、監(jiān)視、跟蹤外，還可以對一些器件進行操作。因此編程器的監(jiān)控方式對控制器中新輸入程序的調(diào)試與試運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。鍵盤有單功能鍵和雙功能鍵，在使用雙功能鍵的時候鍵盤中都備有一揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 - 8 - 個選擇鍵，以選擇其中一種方式工作?，F(xiàn)在產(chǎn)品越來越模塊化，可編程控制器也不例外，它的結(jié)構(gòu)緊密、堅固，外形小巧 ， 身只提供了一定數(shù)量的數(shù)字輸入和輸出點數(shù)。不同廠家、不同型號的 輸入 /輸出點數(shù)也不同，有的大型機輸入 /輸出點數(shù)可達(dá) 16K，而很多小型機僅有 10 來點，而且 身不帶模擬輸入與輸出，但 般都帶有擴展接口。因此，用戶選型后，所需的輸入或輸出點數(shù)不夠時，就需對系統(tǒng)做出必要的擴展，各個廠家也生產(chǎn)了專用于擴展用的各模板供用戶選用。擴展模板的外形一般也小巧、堅固，有易于接線的端子排，帶有擴展總線或通過總線連接器與 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。用擴展模板來擴展系統(tǒng)，具有以下的優(yōu)點 用戶可根據(jù)自己時間控制系統(tǒng)的要求，選用各種合適的擴展模塊對 硬件組態(tài)，以求達(dá)到各種功能或控制精度，同時節(jié)省開支，減少不必要的投資。當(dāng)己運行的系統(tǒng)需要改造或擴充時， 以隨時進行升級或改版，所作的工作僅僅是替換或增加擴展模板和修改相應(yīng)的控制軟件。特殊模板及智能模板的開發(fā)將進一步擴展可編程控制的功能，專用模板的開發(fā)不僅擴大了可編程控制系統(tǒng)的控制功能，而且將進一步提高控制質(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，型號眾多，各種特殊功能模板不斷涌現(xiàn)。通常根據(jù)其 I/O 點的數(shù)量將 為三大類： 小型機： 256 點以下（無模擬量）； 中型機： 256 ~ 2048 點（ 64 ~ 128 路模擬量）； 大型機： 2048 點以上（ 128 ~ 512 路模擬量）。 具體實現(xiàn)時，通常采用模板式結(jié)構(gòu)，以便用戶根據(jù)實際應(yīng)用需求進行配置。揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 - 9 - 但一些小型機常制作成一體機，其配置固定，主要供定型成套設(shè)備使用；而一些大型機一般在電源、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，但這兩者的運行方式是不相同的 。 繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點（包括其常開或常閉觸點）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。 采用順序邏輯 掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點 (包括其常開或常閉觸點 )不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。 為了消除二者之間由于運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的動作時間一般在 100上，而 描用戶程序的時間一般均小于 100此， 用了一種不同于一般微型計算機的運行方式 —— 掃描技術(shù)。這樣在對于 I/O 響應(yīng)要求不高的場合， 繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。 當(dāng) 入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即 輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間， 一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 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)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 - 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，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) 儲區(qū)中對 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)行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在 I/O 映象區(qū)或