(精品)基于PLC原理设计的自动售货机(2013年优秀毕业设计)

摘 要在今天的工业生产中，可编程序控制器已经成为实现工业自动化的关键。本文简要介绍了有关可编程序控制器的一些基础知识和三维力控组态软件的简单应用，而且，还介绍了可编程控制器的技术特点，并重点在硬件、软件和组态软件方面进行了介绍。对它们在工业自动化中的典型应用、最新的技术发展趋势也作了介绍。在这次毕业设计中，我以PLC原理为基础、利用三维仿真力控软件设计了自动售货机系统，利用松下编程软件FPWIN-GR编制了相应的PLC应用控制程序并进行了调试和三维力控组态软件ForceControl编制了自动售货机系统，完成了设计的基本要求.采用可编程序控制器进行实际生产过程控制，顺序严格，可靠性高。关键词：可编程序控制器；自动售货机；仿真；三维力控组态软件AbstractIn todays factories, programmable logic controllers(PLC) have become the key building blocks of industrial automation. Some basic knowledge of programmable logic controller is introduced in the paper. Moreover, the technical features, application status and technology development of PLC is presented in this paper. The hardware, software and network structure of PLC are introduced in detail. An introduction of their typical applications in industrial automation, the latest development trend and system considerations are also introduced. Vending machine system is regarded as a project to design the programmable logic controller practical system. The applied system design of water treatment system is finished by the use of FP1 C24 programmable logic controller and ForceControl 2.6. Controlling software about this system are designed, While emulation research are done in the lab. Good succession and high reliability of real production process control due to the use of programmable logic controller are available. The analog test method given in the paper may be applied to lab teach. Subject TermsProgrammable logic controller,Forcecontrol，Simulation，vending machine目 录 第一章 可编程控制器的基本知识51.1 可编程控制器的产生与发展51.2 可编程序控制器的特点和应用. .61.3 可编程序控制器与其他工业装置的比较81.4 可编程控制器的应用场合.91.5 可编程控制器的发展趋势10第二章 可编程控制器的组成和基本原理112.1 可编程控制器组成的控制系统122.2 可编程控制器的组成.132.3 可编程控制器的基本工作原理.142.4 PLC的几种编程语言.152.5 立石公司C系列P型机的基本特征182.6 松下电工可编程控制器产品FP1介绍192.7 可编程控制器的编程编制21第三章 松下电工PLC编程工具及三维组态软件的介绍213.1 松下电工PLC编程工具简介.213.2 监控组态软件简介22第四章 基于PLC原理的自动售货机的设计254.1 仿真系统组成.254.2 自动售货机功能分析254.3 设计任务的确定274.4 程序设计部分274.5 仿真界面的设计314.6 仿真界面中各变量的定义324.7 数据连接324.8 自动售货机PLC梯形图354.9 助记符语言40结束语49参考文献50第一章 可编程控制器的基本知识第一节 可编程控制器产生与发展 可编程控制器问世于1969年。20世纪60年代末期，当时美国的汽车制造工业非常发达，竞争也非常激烈。各生产成家为适应市场需求不断更新汽车型号，还必然要求相应的加工生产线随之改变，整个继电接触器控制系统也就必须重新设计和配置。这样不但造成设备的极大浪费，而且新系统的接线也非常费时。在这种情况下，采用继电器控制就显示出过多的不足。正是从汽车制造业开始了对传统继电器的挑战，1968年美国的General Motors（GM）公司，为了适应产品品种的不断更新、减少更换控制系统的费用和周期，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用程序控制器，并提出10项招标指标：（1） 编程简单，可在现场修改程序；（2） 维护方便，最好是插件式；（3） 体积小于继电器控制柜；（4） 可靠性高于继电器控制柜；（5） 可将数据直接送入管理计算机；（6） 输入可以是交流115V；（7） 输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀等；（8） 在成本上可与继电器控制柜竞争；（9） 在扩展时，原系统只需要很小变更；（10） 用户程序存贮器容量至少能扩展到4K。这就是著名的GM十条。如果说各种电控制器、电子计算机技术的发展是可编程序控制器出现的物质基础，那么GM十条就是可编程序控制器出现的直接原因。1969年，美国数字设备公司(DEC)研制生产出世界上第一台可编程控制器,并成功的应用到美国通用汽车公司的生产线上。它既具有继电控制系统的外部特性,又有计算机的可编程性、通用性和灵活性,它开创了自动控制设备的新局面。由于当时技术所限,使用的器件集成度不高,其建树良多,体积大,只有来取代继电系统,在功能上仅限于执行机电控制逻辑,定时和技术等。70年代中期,随着大规模集成电路和微型计算机技术的发展,美国,日本,德国等把微处理器引入PLC,使可编程逻辑控制器有更多的计算机功能,不仅用软件编程取代了硬连线逻辑,还增加了数字运算,数据处理和数据通信功能,并求做到了小型化。在编程方面采用了面向生产,面形用户的语言,打破了以往必须有计算机知识的人员使用的计算机编程的限制,使广大工程技术人员以及具有电工知识的人员乐于接受和应用,所以得到了迅速而广泛的推广。80年代国外工业界把引进了微处理器的可编程逻辑控制器只是命名为可编程控制器(Programmable Controller),简称PLC。在我国已不烦技术人员为了与个人计算机区别开来,把可编程控制器简称为PLC。1985年1月国际电工委员会对可编程序控制器给出了如下定义:可编程序控制器是一种数字运算的电子系统,专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器,用来在内部存储执行逻辑运算,顺序控制,定时,技术和算术运算等操作的指令,并通过数字式,模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充的原则设计。可编程控制器的发展相当迅速,在发达国家的应用几乎覆盖所有工业企业行业,PLC的销售额增长率在20%以上,PLC品种以多达数百种,世界上几十家著名的电器工厂都在生产PLC装置。目前,美国处于领先的地位,著名的生产厂有德州公司、通用公司、歌德公司、数字设备公司等。日本自1971年引进PLC技术后,发展也很快,三菱公司、日立公司和立石公司是最大的三家。德国的西门子公司、荷兰的飞利浦公司、瑞典的通用公司及英国、法国等都生产自己的PLC。近年来,国外的PLC大量的进入我国市场.我国也引进多条PLC生产线,在逐步消化国外技术的基础上防止和自行研制。PLC在我国大多数工业部门得到应用,已经取得显著的经济效益并正在迅速推广。第二节 可编程控制器的特点和应用可编程控制器专为在工业环境下应用而设计，以用户需要为主，又采用了先进的微型计算机技术，所以具有以下几个显著特点。1 可靠性高PLC由于选用了大规模集成电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬件和软件的设计制造过程中采取了一系列隔离和抗干扰措施，使它能适应恶劣的工作环境，所以具有很高的可靠性。PLC控制系统平均无故障时间可达2万小时以上。高可靠性是PLC成为通用自动控制设备的首选条件之一。2 编成简单、使用方便PLC的编程采用类似继电控制系统电器原理的梯形图，用串联、并联、定时、计数等人们所熟悉的概念，使计算机语言大众化，只要是比较熟练的电工和熟悉工业和知识的人在几天内就能学会，只是PLC得到推广的重要原因之一。3 通用性好，具有在线修改能力PLC的硬件采用模块化结构，可以灵活的组态以适应不同的控制对象、控制规模和控制功能的要求，给组成各种系统带来极大的方便。同一台PLC装置用于不同受控对象时,只是输入输出组件、功能模块和应用软件不同。同时，PLC控制系统中的控制电路是由软间编程完成的，只要对应用程序进行修改就可以满足不同的控制要求，因此PLC具有在线修改能力，功能易于扩展，给生产带来了“柔性”，具有惯犯的工业通用性。4 短设计、施工、投产试制周期，维护容易目前PLC产品已实现了系列化、标准化，正朝着通用化方向发展，设计人员只需要根据控制系统的需要，选用相应的模块进行组件设计。同时，用软件编程代替了机电控制的硬连线，大大的减轻了繁重的安装和接线工作，这不仅提高了可靠性，还极大的缩短了施工周期。PLC还具有故障检测及显示的功能，使故障处理时间可缩短为10分钟，对维护人员的技术水平要求也不太高。5 体积小由于采用了微型计算机技术，使PLC达到了小型和超小型化，很容易装入机械设备内部，便于实现机电一体化。由于上述特点，PLC作为通用自动控制设备，可用于单一机电设备的控制也可用于工艺过程的控制，而且控制精度相当高，操作简便，又具有很大的灵活性和可扩展性，使得PLC的应用越来越广泛。第三节 可编程控制器与其它工业控制装置的比较 1. PLC与集散控制系统PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来，初期的功能是以数字量的顺序控制为主。随着微电子技术、计算机技术和通讯技术的发展，PLC在逻辑运算、璧还调节的功能，运算速度提高，输入输出规模扩大，并开始与小型计算机联成网络，构成以PLC为重要部件的初级分散控制系统。集散控制系统是由回路仪表控制系统发展而来，初期的功能以回路调节为主。随着微处理器和单片机的出现，他把顺序控制技术、数据采集、过程控制的模拟量仪表和过程监控装置等有机的结合在一起，形成了新一代的集散型控制系统。可见，不论是PLC还是集散系统，在发展过程中，始终是互相渗透，互相补充。新一代的PLC增强了模拟量控制功能，可配备各种智能模块，具有了PID调节功能和构成网络系统、组成分级控制的功能。集散系统既有单回路控制功能，也有多回路控制功能，同时也有顺序控制功能。因此，当今的PLC与集散控制系统的发展越来越接近，很多生产过程的控制既可用PLC实现，也可用集散系统来实现。2. PLC与工业控制计算机 工业控制计算机是指能够提供各种数据采集和控制功能，能够和工业对象的传感器、执行机构直接接口，能够在恶劣的工业环境可靠运行的计算机系统。工业控制机是由通用微机推广应用发展而来，硬件结构方面总线标准化程度高，品种兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速，实时性强，模型复杂的工业对象的控制占有优势。但是，使用工业控制机的人员的技术水平要求较高，一般具有一定的计算机专业知识。工业控制机在整机结构上尚不能适应恶劣的工作环境，因而，不如PLC那样容易推广。PLC是专为工厂现场应用环境而设计的，结构上采用整体密封或插件组合型，并采用了一系列抗干扰措施，在工业现场使用有很高的可靠性；PLC是由电气控制厂家研制出来的，采用梯形图语言编程，使熟悉电器控制的人员易学易懂，易于推广。但是，由于PLC的运行方式不同于工业微机，微机的很多软件还不能直接应用；且PLC的标准化程度较低，各厂家的产品不通用，因此在开发上不如工业控制机那样有基础。第四节 可编程控制器的应用场合随着电子技术的快速发展，PLC的制造成本不断下降，而其功能却大大增强。目前在先进工业国家中PLC已经成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有的工业企业，诸如钢铁、冶金、采矿、水泥、石油、化工、轻工、电力、机械制造、汽车等等各行各业、特别是在轻工业中，因生产门类多，加工方式多变，产品更新换代快，所以PLC广泛应用在组合机床自动线、专用机床、塑料机械、包装机械、电梯等电器设备中。PLC已经跃居现代工业自动化三大产柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的主导地位。它的应用可大致分为以下几类：（1）逻辑控制 这是PLC最基本的也是最广泛的应用领域。可用PLC来取代继电器控制系统，实现逻辑控制、顺序控制。开关量的逻辑控制可用于单机控制、多机群控，也可用于自动生产线的控制。如化工系统中各种泵和电磁阀的控制。（2） 运动控制PLC可用于对直线运动或圆周运动的控制。早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。世界上各主要PLC厂生产的PLC几乎都有运动控制功能。PLC的运动控制空能广泛地用于各种机械，如金属切削机床、电梯等。（3） 闭环过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过模拟量I/O模块实现模拟量与数字量之间的A/D、D/A转换，并对模拟量进行闭环PID控制。这一功能可以由PID子程序来实现，也可以使用专用的智能PID模块。PLC的模拟量控制功能已经广泛应用于加热炉、热处理炉、锅炉等设备；还应用于化工等行业。（3）数据处理现代的PLC具有数学运算（包括矩阵、函数运算、逻辑运算）、数据传递、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考之相比较，也可以方便的传送到别的只能装置，或者将它们打印制表。数据处理一般用在大、中型控制系统，如柔性制造系统、过程控制系统和机器人的控制系统。（4）过程控制过程控制是通过配用A/D、D/A转换模块及智能PID模块实现对生产过程中的温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量进行单回路或多回路闭环调节控制，使这些物理参数保持在设定值上。在各种加热炉、锅炉控制记忆在化工、轻工、食品、制药、建材等许多领域的生产过程中有着广泛的应用。（5）多级控制多级控制是利用PLC的网络通信功能模块及远程I/O控制模块实现多台PLC之间的链接、PLC与上位计算机的链接，以达到上位计算机与PLC之间及PLC与PLC之间的指令下达、数据交换与数据共享，这种由PLC进行分散控制、计算机进行集中管理的方式，能够完成较大规模的复杂控制，甚至实现整个工厂生产的自动化。第五节 可编程控制器的发展趋势一 技术发展迅速，产品更新换代快 随着微电子技术、计算机技术和通讯技术的不断发展，PLC的结构和功能也不断改进，生产厂家不断推出功能更强的产品，平均35年更新换代一次。 PLC的发展主要由两个趋势：其一是向体积更小、速度更快、功能更强、价格更低的PLC发展，使之适应于复杂单机，数控机床和工业机器人等领域的控制要求。其二是向控制、管理一体化，并且具有更完善的通讯联网功能的高档大型PLC发展，使之于计算机组成单元控制系统。二 开发各种智能模块，增强过程控制功能智能I/O模块是以微处理器为基础的功能部件，它们的CPU与主CPU并行工作，占用主机CPU的时间很少，有利于提高PLC的扫描速度。智能模块主要有模拟量I/O、PID回路控制、通信控制、机械运动控制、高速计数、中断输入、BASIC与C语言组件等。由于智能I/O的应用，使过程控制功能大为增强，某些PLC的过程控制还具有自适应、参数自整定功能，使调试时间减少，控制精度提高。三 PLC与个人计算机结合目前，个人计算机主要用作PLC的编程器、操作站或人/机接口终端，其发展是使PLC具备个人计算机的功能。大型PLC采用功能很强的微处理器和大容量存储器，将逻辑控制、模拟量控制、数学运算和通讯功能紧密地结合在一起。这样，PLC与个人计算机、工业控制计算机、集散控制系统在功能和应用方面相互渗透，使控制系统的性能价格比不断提高。四 通信联网功能不断增强PLC的通信联网功能使PLC与PLC之间、PC与计算机之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所遇的PLC产品都有联网通信功能，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。目前，PLC与PLC之间的网络是各厂家专用的。通信协议想制造自动化协议靠拢，将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便的进行通信和联网。五 发展新的编程语言，增加容错功能改善和发展新的编程语言、高性能的外部设备和图形监控技术构成的人/机对话技术，除梯形图、流程图、专用语言指令外，增加BASIC语言的编程功能。增加容错功能，如双机热备、自动切换I/O、双机表决（当输出状态与PC逻辑状态比较出错时，自动断开该输出）、I/O三重表决（对I/O状态进行软硬件表决，取两台相同的），以满足极高可靠性的要求。第二章 可编程控制器的组成与基本原理可编程控制器是工业专用微机控制装置，具有典型的计算机结构。用其结构的控制系统也是典型的工业控制系统。第一节 编程控制器组成的控制系统由可编程控制器作为控制器构成的自动控制系统可实现开关量的控制，也可实现模拟量控制；可实现断续控制，也可构成闭环控制系统。该系统的组成可分为输入设备、输出设备、可编程控制器和外围设备等几部分。 图 PLC组成的控制系统 1 输入设备输入设备的作用是产生输入控制信号送入可编程控制器。常用的输入设备包括控制开关和传感器。控制开关可以是按钮限位开关、行程开关、光电开关、继电器和接触器的接点等。传感器包括各种数字式和模拟式传感器，如光栅位移式传感器、热电阻、热电偶等。另外，常用的输入设备还有接点状态编程器和通信接口以及其它计算机等。2 输出设备输出设备的作用是将可编程控制器的输出控制信号转换为能够驱动被控对象工作的信号。常用的输出设备包括电磁开关、直流电动机、功率步进电机、交流电动机、电磁阀、电磁继电器、电磁离合器和加热器等。如需要也可接CRT显示器和打印机等。3 可编程控制器可编程控制器在控制系统中起控制器的作用。它将输入信号读入后按一定的控制规律进行处理，然后产生控制信号输出，驱动输出设备工作。4 外围设备外围设备可完成用户与可编程控制器对话、程序的存储及打印等功能。可编程控制器的外围设备可供选用的较多，有编程器、盒式磁带、EPROM写入器等。另外，外围设备还有复印机、个人计算机等。不同的系统根据系统功能需要选配外围设备。外围设备在很大程度上决定了可编程控制器的发展。第二节 可编程控制器的组成可编程控制器的组成基本同计算机一样，有电源、中央处理器、输入输出接口及外围设备接口构成。如图为可编程控制器的结构框图。 图 可编程控制器的基本结构第三节 可编程控制器的基本工作原理一可编程控制器基本工作原理 可编程控自器与继电器逻辑控制电路类似，也是根据现场输入的特定状况和控制要求来完成控制任务的。但它与继电器逻辑控制电路不同的是，它不是靠逻辑电路的固定组合和系统中器件并行运行的方式来实现控制要求，而是在其硬件系统的支持下，通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务。这一点则和一般计算机的工作原理相一致。所以，从广的角度上讲，可编程控制器实质上也是一种计算机控制系统。但与计算机相比，它与工业控制相连的接口具有更强的性能，其编程语言也更易于编写。而更主要的区别则是PLC采用顺序的逐条的扫描用户程序的运行方式，具体说，如果根据程序运行的结果，一个输出线圈应接通或断开，该线圈的所有触点并不立即动作，而必须等用户程序全部扫描结束后，才会同时将输出动作信息全部送出执行，即是说，PLC采用了一种区别于一般计算机的运行方式扫描技术。二 扫描原理 如前所述，可编程控制器实施控制实质上是采用了对整个用户程序循环执行的工作方式。即执行用户程序不是只执行一遍，而是一遍一遍不停的循环执行。这里每执行一遍我们称为扫描一次。扫描一遍全部用户程序的时间叫做扫描周期。扫描周期的长短，与程序中指令的数量以及每条指令执行时间的长短有关。应保障扫描周期足够短，以保证在前一次扫描中刚好未捕捉到的某变量的变化状态，在下一次扫描过程中必定被捕捉到。就一般控制系统而言，从控制现场取得控制信息的方式有两种：（1） 实施采集 即在程序执行的过程中，如果需要某一信息，就实时采集生产现场的该信息。这种信息采集方式有两个特点：一是采集到的每个信息都是实时的；二是由于控制过程往往需要采集多个相关信息，这些相关信息采集的时间就不可能完全一致，有时还可能前后延时较多，这样也就可能破坏了这些相关信息在时间上的相关一致性。（2） 定时采集 即在每一循环扫描周期内，定时地采集所需的现场信息，存储到随机存储器指定的存储区域内，即输入映像区内，将输入映像区刷新。程序在扫描、执行过程中，均从输入映像区中获取所需的现场信息，而不是直接从外设去采集。这样采集到的现场信息尽管有先后差异，但其差异相当小，可以近似认为信息是同时采集到的。与输入类似，输出对被控制对象的控制信息，也不是采用逻辑运算决策后形成一个输出控制量就输出一个的办法，而是在扫描执行程序过程中将所求得的每一个输出存放在随机存储器指定的特定区域，即输出映像区内。直到用户程序扫描执行结束后，方将所有存储于输出映像区的被控对象的控制信息集中输出。驱动外部负载。相对于史实采集方式，这种采集方式亦有两个特点，但与实时采集方式的特点区有较大的区别：所采集到的每个信息都是实时的，但求得的控制信息并输出控制信息却不是实时的；在求得的每个控制决策信息时，更加强调输入信息在时间上的相关一致性。PLC通常采用定时采集信息、定时输出控制信号的方法。PLC的扫描工作方式可以按固定的顺序运行，即每扫描一遍即执行一遍，这种方法多用于小型PLC，其优点是提高了系统抗干扰能力；而对于大型系统，当I/O点数很多时，响应的及时性则较难于满足。此时，也可采用分时分批扫描执行的方法，以缩短扫描周期、提高系统实时响应性。显然，PLC由于定时采样，变量都是离散量，其系统处理信息的特征实际体现为数字控制系统而非模拟采样控制系统。三 控制器扫描周期的运行步骤可编程控制器是在其系统软件的支持下按扫描原理工作的，即是按顺序循环工作的。每一循环即为一个扫描周期。而每一个扫描周期均分为自诊断、采样输入、执行拥护程序、输出刷新、通信五个阶段。如图所示： 图 PLC的扫描周期1 自诊断PLC在上电后和进行每一次扫描之前都要执行自诊断程序以保证设备的可靠性。如果CPU出现故障，或用户程序执行时间太长，是扫描时间超过WDT的设定时间，WDT将使PLC停止运行，复位输入输出，并给出报警信号。而WDT的功能主要是针对CPU工作过程中出现受外界干扰而产生程序跑飞，以后始终不能再进行扫描循环的严重情况而设置的。2 采样输入在采样阶段，PLC以顺序扫描的方式采样所有输入的状态，并存入存储器输入映像区中，然后转入程序扫描执行阶段。在程序扫描执行期间，用户程序中所有的输入映像区的值，即使外部输入状态发生变化，输入映像区的内容也不会随之改变，这种变化只能在下一扫描周期输入采样时才能再度入。3 执行用户程序PLC处于运行状态时，一个扫描周期中包含了用户程序扫描状态过程。在程序扫描执行阶段，先从存储器输入映像区中读入程序中所需要的输入状态，从存储器输出映像区中读入程序中所需的输出状态，以及程序中规定要读入的内部辅助继电器、定时器、计数器的状态。然后，按照程序的安排进行逻辑运算，并将运算结果存入存储器输出映像区。由于使用了输入输出状态映像区，用户程序具有三个明显的特点：1） 由于在同一扫描周期内，对每一输入状态只采样一次，其在整个扫描周期内是一致的，因而不会造成在同一扫描周期内运算结果的混乱。2） 在同一扫描周期内，对每一输出状态一般只运算并存储一次，如果程序中运算、存储多次，则仅最后一次有效。3） 在同一扫描周期内，每一存储在输出状态映像区中的输出状态，在用户程序中亦可作为逻辑运算的条件使用。4 输出刷新在程序扫描执行阶段完成以后，存储器输出映像区中已存有所有输出继电器的状态。在输出刷新阶段，将存储器输出映像区中所有输出继电器的状态转存到输出锁存电路，并驱动多有外部输出电路，至此，才真正完成了驱动外部负载的功能。5 通信配有网络的PLC，在扫描周期的通信阶段中，进行PLC之间以及PLC与计算机之间的信息交换。在五个扫描过程中，用户程序扫描过程执行的时间是不确定的，其余四个扫描过程的时间则是确定的。用户程序扫描执行时间由两个因素决定，一是CPU的处理速度，一是用户程序的长短。实际上，由于在程序执行过程中，运算条件不同、执行语句不同、子程序的执行次数不同等，就使得每执行一次用户程序扫描周期的时间不同，量扫描周期时间显然是不准确的。第四节 PLC的几种编程语言 PLC作为专为工业控制而开发的自动装置，其主要使用者为工厂的广大电气技术人员，考虑到他们的传统习惯以利于使用推广普及，通常PLC不采用微机的编程语言，而采用梯形图语言、指令助记符语言、控制系统流程图语言、布尔代数语言等、在这些语言中，尤以梯形图、指令助记符语言最为常用。一： 梯形图语言 PLC的梯形图在形式上沿袭了传统的继电器接触器控制图，是在原继电器接触器控制系统的继电器梯形图基础上演化而来的一种图形语言。它将PLC内部的各种编程元件（如继电器的触点、线圈、定时器、计数器等）和各种具有特定功能的命令用专用图形符号、标号定义，并按逻辑要求及连线规律组合和排列，从而构成了表示PLC输入、输出之间控制关系的图形。由于它在继电接触器的基础上加进了许多功能强大、使用灵活的指令，并将计算机的特点融合进去，是逻辑关系清晰直观、编程容易、可读性强，所实现的功能大大超过传统的继电接触控制回路，所以很受用户欢迎。他是目前用的最多的PLC编程语言。在梯形图中，分别用符号 、表示PLC编程软件（软继电器）的常开触点和常闭触点。与传统的控制图一样，每个继电器和相应的触点都有自己的特定符号，以示区别，其中有些对应的PLC外部的输入。输出，有些对应内部的继电器和寄存器。应当注意的是它们并非是物理实体，而是“软继电器” 。每个“软继电器”仅对应PLC存贮单元中的一位。该位状态为“1”时，对应的继电器线圈接通，其常开触点紧闭、常闭触点断开；状态为“0”时，正好相反。还应注意的PLC梯形图表示的并不是一个实际电路，而只是一个控制程序，其间的连线表示的是他们之间的逻辑关系即所谓“软连线”。另外一些在PLC中进行特殊运算和数据处理的指令，也被看作是一些广义的、特殊的输出软件，常用类似于输出线圈的方括号加上一些特定符号来表示。这些运算符号活哈促里一般是以前面的逻辑运算作为其触发条件。二、指令助记符语言 助记符语言类似于计算机汇编语言，它用一些简洁易记的文字符号表达PLC的各种指令。对于同一厂家的PLC产品，其助记符语言和梯形图语言是相互对应的，可互相转换。助记符语言常用于手持编程器中，因其显示屏幕小不便于输入和显示梯形图。特别是再生产现场编制、调试程序时，经常适用于手持编程器。而梯形图多用于计算机编程环境中。第五节 立石公司C系列P型机的基本特性OMRON（立石）公司的C系列P型机属于小型PLC,其品种亦有100多种。由于本次毕业设计用的是C60P及C60P扩展。所以说明特性的同时主要以C60P为例。按照功能可分为三类：基本型、扩展型和专用型单元。基本型单元是带有CPU的单元，又称为主机。它既有输入端又有输出端，可以单独使用。扩展型又称为I/O单元，不带CPU，不能单独使用，只能作I/O点扩展或单一输入或单一输出扩展，以增加系统的输入输出点数。专用单元也不带CPU，不能单独使用，它们是一些专用部件，如模拟定时单元，连接单元等，不办不用作I/O扩展，而用于其它功能扩展，但要占用I/O端口地址。一 C系列P型机可编程控制器的型号 1 基本单元型号由三部分组成，与部分是系列号，I/O点数，另一部分是但愿特性，最后一部分是单元供电种类。例如C60P-CDR-D表示是C系列P型32直流24V输入，28点继电器节电输出，直流24V供电的基本单元。2 扩展单元扩展单元分为I/O扩展单元和单一扩展单元。（1）I./O扩展单元的型号和基本单元大致相同，只在型号第二个部分单元种类改用E表示扩展，I/O点数与基本单元一样。（2）单一扩展单元型号与基本单元相似，只是单元种类改为表示输入扩展，或改为输出扩展。例如：C60P-EAR-A表示C系列P型扩展单元，交流240100V供电，有32点交流100V输入，有28点继电器接（带插座）输出.3 专用单元用于其它功能扩展，要占用I/O地址。二 系统配置由C 系列P型PLC组成的控制系统，至少要一台P型的基本单元。如果系统的输入信号和输出信号控制点多，基本单元的I/O口点不够用时，可以引入I/O扩展单元来满足实际需要。有4种型号的CPU单元与6种型号的I/O扩展单元组合，构成I/O点从20点到120点的系统，可有30多种不同的组合。系统配置原则：1 一个系统只设置一个基本单元。2 一个基本单元可连接I/O扩展单元增加I/O点，I/O总数不得超过80。与下档扩展单元组合，系统的I/O点数小于2倍基本单元I/O数。与同档扩展单元组合，系统的I/O点数为基本单元I/O点数的两倍。但是厂家推荐，采用主机I/O点数大于扩展I/O点数的方式。对CPU单元来讲，只能增设一台扩展I/O单元。3 模拟定时器单元或I/O链接单元可在上述任何组合中任接一个。三 可编程控制器的器件PLC可看成许多继电器、定时器和计数器等器件组成的集合体，这些期间就称为PLC器件。一般包括：输入继电器（IR）、输出继电器（OR）、内部辅助继电器（MR）、专用内部辅助继电器（SMR）、暂存继电器（TR）、定时器/计数器（TIM/CNT）、保持继电器（HR）和数据存储区（DM）。第六节 松下电工可编程控制器产品FP1介绍日本松下电工的FP系列产品虽然进入中国市场较晚，但由于设计上的独到处以及优良的控制功能，一经推出，就备受欢迎。FP1是一种功能很强的小型机，在设计过程中采用先进的方法及组件，使其具有通常只在大型PLC中才具备的功能，且具有其他控制器所不具备的功能。虽然是小型机，但其性价比较高，比较符合我国国情，特别是适合在轻工业中、小型企业中使用。一、 FP1系列产品的类型及构成在日本松下电工公司生产的FP系列产品中，FP1属于小型PLC产品。该产品系列有紧凑小巧的C14型与C16型，还具有高级处理功能的C24、C40、C56、C72型等多种规格。扩展单元有E8E40四种规格，形成系列化产品。产品型号标志中，以C字母开头代表主控单元（或称主机），以E字母开头代表扩展单元（或称扩展机），后面跟的字母代表I/O点数。下面以FP1系列C24型可编程控制器为例子，说明控制器的各部分简单说明：（1） RS232口：只有C型机才配有，该口能与PC机通信编程，也可连接其他外围设备（I.O.P智能操作板，条形码判读器和串行打印机等）。（2） 运行监视指示灯（3） 电池座：在控制单元内设有蓄电池，电池寿命一般为3到6年。（4） 电源输入端子：FP1型主机有交流和支流两种类型，交流型接100240V交流电源，直流型接24V直流电源。（5） 工作方式选择开关：共有三个工作方式档位，即“RUN”、“REMOTE”、“PROG”。（6） 输出端子和输入端子（7） 编程工具连接插座（RS422口）：它可专用外设电缆连接编程工具。（8） 波特率选择开关：有19200bps和9600bps两档，当可编程控制器与外部设备通信时候，应根据不同的外设选择波特率。（9） I/O状态指示灯：用于指示输入/输出的通断状态。（10） I/O扩展单元接口插座：用于连接FP1扩展单元及A/D、D/A转换单元、链接单元。二、 FP1的基本指令系统基本指令分为以下四大类，即：（1） 基本顺序指令：主要执行以位（bit）为单位的逻辑操作，是继电器控制电路的基础。（2） 基本功能指令：有定时器、计数器和移位寄存器指令。（3） 控制指令：可根据条件判断，来决定程序执行顺序和流程指令。（4） 比较指令：主要惊醒数据比较。第七节 可编程控制器的编程编制 一 编程控制器程序设计语言PLC地控制逻辑是由编程实现的。PLC 的程序设计语言可分为梯形图、逻辑功能图、指令语句表及逻辑代数式等几种。各种类型PLC基本上同时具备两种或两种以上的编程语言，其中一梯形图和编码表用得最多。梯形图是在继电控制系统电气原理图基础上开发出来的一中梯形图语言。它沿用了继电器、接点、串并联等术语和类似的图形符号，信息流向清楚、简单、直观、容易看懂，不需要学习计算机专业知识。梯形图在PLC中非常普遍。通常个厂家、各类型PLC都适合于逻辑代数基础和熟悉数字电路的系统设计人员使用最为方便。各厂家各型号PLC的梯形图略有差别，但是指令功能、编程原理和方法是一致的。下面仅以日本立石公司的C系列P型机进行介绍。二 基本指令P型PLC中的基本指令可以用简易编程器上相应的指令键输入PLC。在简易编程器上的指令键有：LD、AND、OR、NOT、OUT、CNT、TIM、TR、HR、SFT。此处只对本次毕业设计过程中所用到的指令进行说明。第三章 松下电工PLC编程工具及三维监控组态软件的简介第一节 松下电工PLC编程工具简介FP1系列PLC的编程手段有两种：一是利用其配套编程软件在个人计算机上进行编程；另一种是使用FP手持编程器进行程序编辑。下面主要介绍前一种。一、 松下电工PLC编程软件日本松下电工公司开发的PLC编程软件有三种，一个是DOS环境下使用的NPSTGR；另两种软件是WINDOWS环境下使用的FPWINGR和FPSOFT。这3种软件虽然使用的环境不同，但他们均可支持所有松下电工PLC产品，其功能和操作步骤大同小异。FPWINGR软件采用的是典型的WINDOWS界面，具有中英文两种版本。菜单界面、编程界面、监控界面等可同时以窗口形式相叠或平铺显示，甚至可以把两个不同的程序在一个屏幕上同时显示，各种功能切换和指令的输入既可沿用NPSTGR软件用键盘上的快捷操作键操作，也可用鼠标点击图标操作。特别是它在软件的“帮助”菜单中增加了软件操作方法和指令、特殊内部继电器、特殊数据寄存器等一览表。这样在没有手册的情况下，用户也能方便的使用。由于FPWINGR是新近开发的软件，其各项功能更趋于合理、使用更加方便。二、 FP编程器FP编程器二是一种手持编程工具。适用于FP系列的PLC，它的功能如下：（1）程序编辑。利用FP编程器可输入修改、插入及删除已经写入CPU内部RAM的命令。用它的操作键，可容易地进行程序地编辑。（2）FP编程器具有“OP”功能。用此功能，可监视或设置存储于PLC中的继电器通/断状态、寄存器内容以及系统寄存器参数等。（3）程序双向传送到FPWINGR或PLC中等。 第二节 监控组态软件简介一、监控组态软件简介1 概念组态软件指一些数据采集与过程控制地专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级地软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式提供良好地用户开发界面和简介地使用方法，其预设置地各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层地各项功能、并能同时支持各种硬件厂家地计算机和I/O设备，与高可靠地工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软硬监地全部接口，进行系统集成。2 组态软件地发展和现状在20实际80年代末期，由于个人计算机地普及，PC机开始走上工业监控地历史舞台，与此同时开始出现基于PC总线的各种数据I/O卡板，加上软件工业地迅速发展，开始有人研究和开发通用地PC监控软件地一组态软件。世界上第一个把组态软件作为商品进行开发、销售地专业软件公司是美国地Wonderware公司，它于80年代末期率先在推出第一个商品化地监控组态软件Intouch。此后组态软件得到了迅猛地发展。目前世界上地组态软件有几十种之多，国际上较为知名地监控组态软件有：Fix，Intouch，Wincc，Labview，Citech等。3 组态软件地特点组态软件最突出地特点是实时多任务。数据地输出输入、数据地处理、显示、存储及管理等多个任务需在同一个系统中同步快速地进行。三、 力控监控组态软件简介北京三维科技股份有限公司推出地力控监控组态软件（ForceControl）是一个面向方案地HMI/SCADA平台软件。它基于流行地32位Windows平台，其丰富地I/O驱动能够连接到各种现场设备，分布式实时多数据库系统，可提供访问工厂和企业系统数据地一个公用入口。内置TCP/IP协议地网络服务程序使用户可以充分利用Internet或Internet地网络资源。力控地应用范围广泛，可用于开发石油、化工、半导体、汽车、电力、机械、冶金德国那多个行业和领域地工业自动化、过程控制、管理监测、工业现场监制、远程监视/远程诊断等系统。1 Forcecontrol的集成环境：Forcecontrol是一个集成的、开放的HMI/SCADA系统开发平台，运行在Windows98/NT/2000下。以下是集成环境提供的核心部分：开发系统（draw）：开发系统是一个集成环境，可以创建工程画面，配置各种系统参数，启动力控其他程序组件等。界面运行系统（view）：界面运行系统用来运行有开发系统创建的画面。实时数据库（DB）：实时数据库是力控软件系统的数据处理核心，构建分布式应用系统的基础。它负责实施数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等。I/O驱动程序：I/O驱动程序负责力控与I/O设备的通信。它将I/O设备寄存器中的数据读出后，传送到力控的数据库，然后在界面运行系统的画面上动态显示。网络通信程序（Netclient/Netserver）:程序采用TCP/IP通信协议，可利用Internet/Intranet实现不同的网络结点上力控之间的数据通信。2 Forcecontrol2.6中其他可选程序组件串行通信程序（SCOMClient/SCOMServer）:程序采用串行通信方式。两台计算机之间，使用RS232C/422/485接口，可实现一对一的通信；如果使用RS485总线，还可实现一对多台计算机的通信。拨号通信程序（TelClient/TelServer）：拨号通信程序使用电话拨号方式进行通信。任何地方与工业现场之间，只要能拨打电话，就可以实现对远程现场生产过