PLC四路抢答器.doc

盐城工学院博雅学院盐城工学院博雅学院 plc论文设计题目： 基于plc的四路抢答器控制设计 姓 名： 蒋健所在系部： 电气控制及其自动化 班级名称： mz电气101 学 号： 0903290237 指导老师： 2012年 11 月目录摘 要4第一章 plc概述51.1 plc的由来、定义及发展史51.1.1 plc 的由来61.1.2 plc 的定义61.1.3 plc 的发展71.2 plc的特点81.3 plc的功能81.4 plc的基本结构91.4.1 中央处理单元（cpu）91.4.2.存储器91.4.3.电源101.5 plc的工作原理101.6用单片机和plc分别做系统的比较12第二章 plc硬件电路设计152.1 plc控制分析152.2plc机型的选择步骤与原则162.3程序中所使用的fx系列plc的编程元件介绍172.3.1三菱fx系列plc取指令与输出指令（ld/ldi/ldp/ldf/out）172.3.2三菱fx系列plc触点串联指令（and/ani/andp/andf）192.3.3三菱fx系列plc触点并联指令（or/ori/orp/orf）202.3.4三菱fx系列plc块作指令（orb / anb）202.3.5三菱fx系列plc置位与复位指令（set/rst）212.3.6传送类指令mov smov cmov bmov fmov222.3.7三菱fx系列plc常数（k、h）252.3.8三菱fx系列plc输入继电器（x）252.3.9三菱fx系列plc输入继电器（y）262.3.10辅助继电器272.4 plc控制中显示器的连接292.4.1显示器的基本内容292.4.2显示器的主要特性302.4.3显示器（led数码管）与plc连接阻值计算302.5 外部硬件接线30第三章 plc软件设计323.1 i/o分配323.2 根据要求进行梯形图设计333.3 程序运行过程分析38第四章 总结40参考文献41摘 要随着微处理器、计算机和数字通讯技术的飞速发展，计算机控制已扩展到所有的控制领域。而实用的抢答器这一种产品又是各个竞赛类活动或者各种竞技累节目等等场合所必不可少的一个辅助设备，随着社会经济的发张，各类选秀、比赛、智力竞赛等等越来越多，在需求量增加的前提下，对于抢答器这一辅助设备的功能要求也越来越多。而目前市场上的大多数的所谓智能抢答器多是早期设计型号，功能不全，大多只是带有抢答锁定的单一功能。而目前最近采用的一批抢答器型号，技术上也是越来越成熟，一般采用模拟电路或者数字电路控制，或者是模数结合的控制形式。目前比较先进的抢答器一般都具有倒计时、定时、自动（手动）复位、报警（有以音乐、蜂鸣声、钟表滴答声等等来体现）、屏幕显示、按键发光等多种复合功能。而我们都知道越是功能繁杂，工艺要求越是高，成本高，损坏检修难度也相对比较困难。基于市场上抢答器的这一情况，要想改变这样的这样的一个现状，必须化繁为简，节约成本，提高准确率，而以plc作为其核心部件来进行逻辑控制及信号的产生，用plc这一手段来达到最快最准最简的目的。关键词： plc 抢答器 数码管 三菱fx第一章 plc概述1.1 plc的由来、定义及发展史可编程控制器（programmable controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（programmable logic controller）， 简称plc，它主要用来代替继电器实现逻辑控制随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称pc。但是为了避免与个人计算机（personal computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称plc。 可编程控制器（plc）是一种新型的通用自动化控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。可编程控制器(programmable logic controller)即plc。现已广泛应用于工业控制的各个领域。他以微处理为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时，计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。美国电气制造商协会经过4年调查，与1980年将其正式命名为可编程控制器（programmable controller），简写为pc。后来由于pc这个名称常常被用来称呼个人电脑（personal computer），为了区别，现在也把可编程控制器称为plc。长见的几种plc如下图1-1所示：图1-1 三种常见的plc1.1.1 plc 的由来 在60 年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969 年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：1编程方便现场可修改程序； 2维修方便采用模块化结构； 3可靠性高于继电器控制装置； 4体积小于继电器控制装置； 5数据可直接送入管理计算机； 6成本可与继电器控制装置竞争； 7输入可以是交流115v； 8输出为交流115v 2a 以上能直接驱动电磁阀接触器等； 9在扩展时原系统只要很小变更； 10用户程序存储器容量至少能扩展到4k。 1969 年，美国数字设备公司（dec） 研制出第一台plc，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971 年，已经成功地应用于食品饮料冶金造纸等工业。 这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971 日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台plc。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台plc。我国从1974 年开始研制，于1977年开始工业应用。 1.1.2 plc 的定义 plc 问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会nema（national electrical manufactory association） 经过四年的调查工作，于1984 年首先将其正式命名为pc（programmable controller），并给pc 作了如下定义 “pc 是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行pc 之功能着，亦被视为pc，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。” 以后国际电工委员会（iec）又先后颁布了plc 标准的草案第一稿，第二稿，并在1987 年2 月通过了对它的定义： “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。” 总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。1.1.3 plc 的发展一、早期的plc（60 年代末70 年代中期）早期的plc一般称为可编程逻辑控制器。这时的plc 多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在i/o 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早期的plc 的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中plc 特有的编程语言梯形图一直沿用至今。 二、中期的plc（70 年代中期80 年代中后期） 在70 年代微处理器的出现使plc 发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为plc 的中央处理单元（cpu）。 这样，使plc 得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程i/o模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使plc 得应用范围得以扩大。 三、近期的plc（80 年代中后期至今） 进入80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的plc 所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高plc 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得plc 软、硬件功能发生了巨大变化。1.2 plc的特点一、高可靠性 所有的i/o 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与plc 内部电路之间电气上隔离。 各输入端均采用r-c滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms。 各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 采用性能优良的开关电源。 对采用的器件进行严格的筛选。 良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，cpu立即采用有效措施，以防止故障扩大。大型plc 还可以采用由双cpu 构成冗余系统或有三cpu 构成表决系统,使可靠性更进一步提高。 二、丰富的i/o 接口模块 plc针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的i/o 模块与工业现场的器件或设备，如：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器；电磁线圈，控制阀，直接连接另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。 三、采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型plc 以外绝大多数plc 均 采用模块化结构plc 的各个部件包括cpu 电源i/o 等均采用模块化设计由 机架及电缆将各模块连接起来系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合 四、编程简单易学 plc的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式对使用者来说 不需要具备计算机的专门知识因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握 五、安装简单维修方便 plc不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行使用时只需将现 场的各种设备与plc 相应的i/o 端相连接即可投入运行各种模块上均有运行和 故障指示装置便于用户了解运行情况和查找故障 由于采用模块化结构因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的 方法使系统迅速恢复运行. 1.3 plc的功能（1） 逻辑控制 （2） 定时控制 （3） 计数控制 （4） 步进（顺序）控制 （5） pid 控制 （6） 数据控制 plc 具有数据处理能力 （7） 通信和联网 （8） 其它 plc还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，crt 模块。1.4 plc的基本结构plc 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。1.4.1 中央处理单元（cpu） 中央处理单元（cpu）是plc 的控制中枢。它按照plc 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据：检查电源、存储器、i/o 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误，当plc 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入i/o 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入i/o 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将i/o 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高plc 的可靠性，近年来对大型plc 还采用双cpu 构成冗余系统，或采用三cpu 的表决式系统。这样，即使某个cpu 出现故障，整个系统仍能正常运行。 1.4.2.存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 一、 plc 常用的存储器类型 ram （random assess memory） 这是一种读/写存储器（随机存储器）其存取速度最快由锂电池支持。eprom （erasable programmable read only memory） 这是一种可擦除的只读存储器在断电情况下存储器内的所有内容保持不变。（在紫外线连续照射下可擦除存储器内容） eeprom（electrical erasable programmable read only memory） 这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。 二、 plc 存储空间的分配 虽然各种plc的cpu的最大寻址空间各不相同，但是根据plc的工作原理其存储空间一般包括以下三个区域： 系统程序存储区 系统ram 存储区（包括i/o 映象区和系统软设备等） 用户程序存储区 系统程序存储区 在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化在eprom 中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该plc 的性能。 系统ram 存储区 系统ram 存储区包括i/o 映象区以及各类软设备，如： 逻辑线圈 数据寄存器 计时器 计数器 变址寄存器 累加器 等存储器 ai/o 映象区 由于plc 投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元（ram）以存放i/o 的状态和数据，这些单元称作i/o 映象区。 一个开关量i/o 占用存储单元中的一个位（bit），一个模拟量i/o 占用存储单元中的一个字（16 个bit）。因此整个i/o 映象区可看作两个部分组成： 开关量i/o 映象区 模拟量i/o 映象区 b系统软设备存储区 除了i/o 映象区区以外，系统ram 存储区还包括plc 内部各类软设备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在plc 断电时，由内部的锂电池供电，数据不会遗失；后者当plc 断电时，数据被清零。 1） 逻辑线圈 与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统ram 存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器。另外，不同的plc 还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。 2）数据寄存器 与模拟量i/o 一样，每个数据寄存器占用系统ram 存储区中的一个字（16bits）。另外，plc 还提供数量不等的特殊数据寄存器，具有不同的功能。 3） 计时器 4） 计数器 （3）用户程序存储区 用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的plc，其存储容量各不相同。1.4.3.电源plc 的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可靠得电源系统是无法正常工作的，因此plc 的制造商对电源的设计和制造也十分重视。 一般交流电压波动在10%（15%）范围内，可以不采取其它措施而将plc 直接连接到交流电网上去。1.5 plc的工作原理最初研制生产的plc 主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的： 继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。 plc 的cpu 则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。 为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms 以上，而plc 扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，plc采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式扫描技术。这样在对于i/o 响应要求不高的场合，plc 与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。 1扫描技术 当plc 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，plc 的cpu 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 （1） 输入采样阶段 在输入采样阶段，plc以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入i/o 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，i/o 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 （2） 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，plc总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统ram 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在i/o 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在i/o 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在i/o 映象区或系统ram 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 （3）输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，plc就进入输出刷新阶段。在此期间，cpu按照i/o映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是plc 的真正输出。 比较下二个程序的异同： 程序1 程序2 这两段程序执行的结果完全一样但在plc中执行的过程却不一样。 程序1 只用一次扫描周期，就可完成对m4 的刷新； 程序2 要用四次扫描周期，才能完成对m4 的刷新。 这两个例子说明：同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，也可以看到：采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。 一般来说，plc 的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。 2plc 的i/o 响应时间 为了增强plc 的抗干扰能力，提高其可靠性，plc的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。 为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，plc 采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。 以上两个主要原因，使得plc 得i/o 响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。 所谓i/o 响应时间指从plc 的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。其最短的i/o 响应时间与最长的i/o 响应时间如图所示： 最短i/o 响应时间： 最长i/o 响应时间： 八、plc 的i/o 系统 1i/o 寻址方式 plc的硬件结构主要分单元式和模块式两种。前者将plc 的主要部分（包括i/o 系统和电源等）全部安装在一个机箱内。后者将plc 的主要硬件部分分别制成模块，然后由用户根据需要将所选用的模块插入plc 机架上的槽内，构成一个plc 系统。 不论采取哪一种硬件结构，都必须确立用于连接工业现场的各个输入/输出点与plc 的i/o 映象区之间的对应关系，即给每一个输入/输出点以明确的地址确立这种对应关系所采用得方式称为i/o 寻址方式。 i/o寻址方式有以下三种 固定的i/o 寻址方式 这种i/o 寻址方式是由plc 制造厂家在设计、生产plc 时确定的，它的每一个输入/输出点都有一个明确的固定不变的地址。一般来说，单元式的plc 采用这种i/o寻址方式。 开关设定的i/o 寻址方式 这种i/o 寻址方式是由用户通过对机架和模块上的开关位置的设定来确定的。 用软件来设定的i/o 寻址方式 这种i/o 寻址方式是有用户通过软件来编制i/o 地址分配表来确定的。1.6用单片机和plc分别做系统的比较所谓单片机系统就是采用目前市场上的单片机cpu及其它外围芯片，根据不同系统设计电路板，最终设计成一台简易的计算机系统，并在此基础上设计程序以达到所要求的控制功能。这种形式在 80年代国内很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面 的限制，目前除了仪表上仍然采用外，在工业现场的应用已逐步被plc所代替。单片机的可靠性：由于目前国内市场上的单片机芯片的品质良莠不齐，很大一部分还是国外筛选出来的次等品，加上其它外围元件（如电阻、电容等）的参数离散性也很大，批量小的产品不可能经过筛选配对等技术处理，因此这样的产品很难做到很好的一致性和高可靠性，因为任一元件的参数偏离设计要求都会引起系统的不稳定。另外，单片机的所有器件均不是工业级的，抗干扰性特别是抗电源干扰能力很弱，而国内的电源一般都很差，加上压片机的变频调速对电源的干扰很大，因此，更可能引起单片机系统的不稳定。 单片机的可扩展性：由于单片机的线路是根据一定的功能要求特别设计的，所以要增加一个功能就要重新设计线路，而且对应的程序都要重新设计。这样对于增加功能的开发成本和周期都会增加。单片机的可维护性：一旦单片机系统出现故障，很难诊断出故障元件，最简单的方法是更换整个系统，这样维修成本增加了。操作：现在国内单片机系统的操作均采用自设计的键盘，设定数据用拨码开关，显示用led，整个面板显得繁锁，而且为了减少操作键，设计时往往一键多用，操作人员很难脱开说明书操作。特别是故障显示只能显示故障代码，一旦发生故障，操作人员必须翻阅说明书方能发现故障所在，最终按说明书指示排除故障，这样排除故障的时间相对较长。总之，这样的人机对话不够友善。特点：不可靠，价格便宜。可编程控制器（plc）： 所谓plc系统就是采用目前市场上各大工业控制厂家生产的可编程控制器，根据要求选用不同的模块，在此基础上设计程序以达到所设计的功能。这种形式目前在工业现场应用最为广泛。plc的可靠性：进口plc采用的cpu都是生产厂家专门设计的工业级专用处理器，其余各元件也是直接向生产厂家购买的，经过严格挑选的工业级元件，另外它的电源模块也是集各大公司工业控制的经验而特别设计的，抗干扰性特别是抗电源干扰能力有很大提高，即使在电源很差和变频调速的干扰下仍能正常工作。plc的可扩展性：要增加一个功能只要增加相应的模块和修正对应的程序，而plc的编程相对比较简单，这样对于开发周期会缩短。plc的可维护性：plc本身有很强的自诊断功能，一旦系统出现故障，根据自诊断很容易诊断出故障元件，即使非专业人员也能维修，如果故障由于程序设计不合理引起，由于它提供完善的调试工具，要找出故障也较为简单。操作：plc的操作采用触摸式操作终端，人机界面，全屏显示，上面设计了很详尽的操作指南，即使第一次使用，也能根据提示顺利操作，这就降低了对操作人员的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系统发生故障，画面自动切换到故障提示画面，提示故障原因和排除方法。甚至可以显示故障在机器上的位置，维修人员可以根据提示很快排除故障。特点：价格与前二种控制器相比略贵，可靠性好，操作简单第二章 plc硬件电路设计2.1 plc控制分析基于plc控制的抢答器进行编写程序，通过主持人和参赛选手的按钮，将命令通过通道传入plc内部，然后进行判断和发出指令。主要有以下几个元件构成整个系统：属于输入元件的有主持人的开始按钮和还原按钮，4位选手的答题按钮；属于输出元件的有开始指示灯，四个参赛选手的台灯，音响和3个数码管！所以综上所述共有6个输入点，9个输出点；如果以系统框图可以如下所示：主持人开始按钮显 参赛选手号码示 计数器个位器 计数器十位plc1号选手答题按钮2号选手答题按钮3号选手答题按钮4号选手答题按钮音 响1号台指示灯2号台指示灯3号台指示灯4号台指示灯主持人复位按钮图2-1 示意图2.2plc机型的选择步骤与原则plc机型的选择plc机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：（一）合理的结构型式plc主要有整体式和模块式两种结构型式。整体式plc的每一个io点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式plc的功能扩展灵活方便,在io点数、输入点数与输出点数的比例、io模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。(二)安装方式的选择plc系统的安装方式分为集中式、远程io式以及多台plc联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程io硬件，系统反应快、成本低；远程io式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程io可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程io电源；多台plc联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型plc，但必须要附加通讯模块。(三)相应的功能要求一般小型(低档)plc具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带ad和da转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档plc。对于控制较复杂，要求实现pid运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档plc。但是中、高档plc价格较贵，一般用于大规模过程控和集散控制系统等场合。(四)响应速度要求plc是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次plc的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用plc，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑plc的响应速度，可选用具有高速io处理功能的plc，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的plc等。(五)系统可靠性的要求对于一般系统plc的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。(六)机型尽量统一一个企业，应尽量做到plc的机型统一。主要考虑到以下三方面问题：)机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。)机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。)机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。随着plc技术的发展，plc产品的种类也越来越多。不同型号的plc，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用plc，对于提高plc控制系统的技术经济指标有着重要意义。2.3程序中所使用的fx系列plc的编程元件介绍fx2n的共有27条基本逻辑指令，其中包含了有些子系列plc的20条基本逻辑指令。2.3.1三菱fx系列plc取指令与输出指令（ld/ldi/ldp/ldf/out）（1）ld（取指令） 一个常开触点与左母线连接的指令，每一个以常开触点开始的逻辑行都用此指令。（2）ldi（取反指令） 一个常闭触点与左母线连接指令，每一个以常闭触点开始的逻辑行都用此指令。（3）ldp（取上升沿指令） 与左母线连接的常开触点的上升沿检测指令，仅在指定位元件的上升沿（由offon）时接通一个扫描周期。（4）ldf（取下降沿指令） 与左母线连接的常闭触点的下降沿检测指令。（5）out（输出指令） 对线圈进行驱动的指令，也称为输出指令。取指令与输出指令的使用如图1所示。图1 取指令与输出指令的使用取指令与输出指令的使用说明：1）ld、ldi指令既可用于输入左母线相连的触点，也可与anb、orb指令配合实现块逻辑运算；2）ldp、ldf指令仅在对应元件有效时维持一个扫描周期的接通。图3-15中，当m1有一个下降沿时，则y3只有一个扫描周期为on。3）ld、ldi、ldp、ldf指令的目标元件为x 、y 、m 、t、c、s；4）out指令可以连续使用若干次（相当于线圈并联），对于定时器和计数器，在out指令之后应设置常数k或数据寄存器。2.3.2三菱fx系列plc触点串联指令（and/ani/andp/andf）（1）and（与指令） 一个常开触点串联连接指令，完成逻辑“与”运算。（2）ani（与反指令） 一个常闭触点串联连接指令，完成逻辑“与非”运算。（3）andp 上升沿检测串联连接指令。（4）andf 下降沿检测串联连接指令。触点串联指令的使用如图2所示。图2触点串联指令的使用说明：1）and、ani、andp、andf都指是单个触点串联连接的指令，串联次数没有限制，可反复使用。2）and、ani、andp、andf的目标元元件为x、y、m、t、c和s。3）图2中out m101指令之后通过t1的触点去驱动y4称为连续输出。2.3.3三菱fx系列plc触点并联指令（or/ori/orp/orf）（1）or（或指令） 用于单个常开触点的并联，实现逻辑“或”运算。（2）ori（或非指令） 用于单个常闭触点的并联，实现逻辑“或非”运算。（3）orp 上升沿检测并联连接指令。（4）orf 下降沿检测并联连接指令。触点并联指令的使用如图3所示。图3 触点并联指令的使用触点并联指令的使用说明：1）or、ori、orp、orf指令都是指单个触点的并联，并联触点的左端接到ld、ldi、ldp或lpf处，右端与前一条指令对应触点的右端相连。触点并联指令连续使用的次数不限；2）or、ori、orp、orf指令的目标元件为x、y、m、t、c、s。2.3.4三菱fx系列plc块作指令（orb / anb）（1）orb（块或指令）用于两个或两个以上的触点串联连接的电路之间的并联。orb指令的使用如图4.1所示图4.1 orb指令的使用orb指令的使用说明：1）几个串联电路块并联连接时，每个串联电路块开始时应该用ld或ldi指令；2）有多个电路块并联回路，如对每个电路块使用orb指令，则并联的电路块数量没有限制；3）orb指令也可以连续使用，但这种程序写法不推荐使用，ld或ldi指令的使用次数不得超过8次，也就是orb只能连续使用8次以下。（2）anb（块与指令）用于两个或两个以上触点并联连接的电路之间的串联。 anb 指令的使用说明如图 4.2 所示。 如图 4.2 anb 指令的使用anb指令的使用说明：1）并联电路块串联连接时，并联电路块的开始均用ld或ldi指令；2）多个并联回路块连接按顺序和前面的回路串联时，anb指令的使用次数没有限制。也可连续使用anb，但与orb一样，使用次数在8次以下。2.3.5三菱fx系列plc置位与复位指令（set/rst）置位与复位指令（set/rst）（1）set（置位指令） 它的作用是使被操作的目标元件置位并保持。（2）rst（复位指令） 使被操作的目标元件复位并保持清零状态。set、rst指令的使用如图5所示。当x0常开接通时，y0变为on状态并一直保持该状态，即使x0断开y0的on状态仍维持不变；只有当x1的常开闭合时，y0才变为off状态并保持，即使x1常开断开，y0也仍为off状态。图5置位与复位指令的使用set 、rst指令的使用说明：1）set指令的目标元件为y、m、s，rst指令的目标元件为y、m、s、t、c、d、v 、z。rst指令常被用来对d、z、v的内容清零，还用来复位积算定时器和计数器。2）对于同一目标元件，set、rst可多次使用，顺序也可随意，但最后执行者有效。2.3.6传送类指令mov smov cmov bmov fmov（1）传送指令mov (d)mov(p)指令的编号为fnc12，该指令的功能是将源数据传送到指定的目标。如图1所示，当x0为on时，则将s.中的数据k100传送到目标操作元件d.即d10中。在指令执行时，常数k100会自动转换成二进制数。当x0为off时，则指令不执行，数据保持不变。 图6传送指令的使用使用应用mov指令时应注意：1）源操作数可取所有数据类型，标操作数可以是kny、knm、kns、t、c、d、v、z。2）16位运算时占5个程序步，32位运算时则占9个程序步。（2）移位传送指令smov smov(p)指令的编号为fnc13。该指令的功能是将源数据（二进制）自动转换成4位bcd码，再进行移位传送，传送后的目标操作数元件的bcd码自动转换成二进制数。如图2所示，当x1为on时，将d1中右起第4位（m1=4）开始的2位(m2=2) bcd码移到目标操作数d2的右起第3位(n=3)和第2位。然后d2中的bcd码会自动转换为二进制数，而d2中的第1位和第4位bcd码不变。图2 移位传送指令的使用使用移位传送指令时应该注意：1）源操作数可取所有数据类型，目标操作数可为kny、knm、kns、t、c、d、v、z。2）smov指令只有16位运算，占11个程序步。（3）取反传送指令cml (d)cml(p)指令的编号为fnc14。它是将源操作数元件的数据逐位取反并传送到指定目标。如图3所示，当x0为on时，执行cml，将d0的低4位取反向后传送到y3y0中。图3取反传送指令的使用使用取反传送指令cml时应注意：1）源操作数可取所有数据类型，目标操作数可为kny、knm、kns、t、c、d、v、z.，若源数据为常数k，则该数据会自动转换为二进制数。2）16位运算占5个程序步，32位运算占9个程序步。（4）块传送指令bmov bmov(p)指令的alce编号为fnc15，是将源操作数指定元件开始的n个数据组成数据块传送到指定的目标。如图4所示，传送顺序既可从高元件号开始，也可从低元件号开始，传送顺序自动决定。若用到需要指定位数的位元件，则源操作数和目标操作数的指定位数应相同。图4块传送指令的使用使用块传送指令时应注意：1）源操作数可取knx、 kny、knm、kns、t、c、d和文件寄存器，目标操作数可取. knt、knm、kns、t、c和d；2）只有16位操作，占7个程序步；3）如果元件号超出允许范围，数据则仅传送到允许范围的元件。（5）多点传送指令fmov (d)fmov(p)指令的编号为fnc16。它的功能是将源操作数中的数据传送到指定目标开始的n个元件中，传送后n个元件中的数据完全相同。如图5所示，当x0为on时，把k0传送到d0d9中。图5多点传送指令应用使用多点传送指令fmov时应注意：1）源操作数可取所有的数据类型，目标操作数可取knx、knm、kns、t、c、和d，n小等于512；2）16位操作占7的程序步，32位操作则占13个程序步；3）如果元件号超出允许范围，数据仅送到允许范围的元件中。2.3.7三菱fx系列plc常数（k、h）k是表示十进制整数的符号，主要用来指定定时器或计数器的设定值及应用功能指令操作数中的数值；h是表示十六进制数，主要用来表示应用功能指令的操作数值。 例如20用十进制表示为k20，用十六进制则表示为h14。2.3.8三菱fx系列plc输入继电器（x）输入继电器与输入端相连，它是专门用来接受plc外部开关信号的元件。plc通过输入接口将外部输入信号状态（接通时为“1”，断开时为“0”）读入并存储在输入映象寄存器中。如图1所示为输入继电器x1的等效电路。图1 输入继电器的等效电路输入继电器必须由外部信号驱动，不能用程序驱动，所以在程序中不可能出现其线圈。由于输入继电器（x）为输入映象寄存器中的状态，所以其触点的使用次数不限。fx系列plc的输入继电器以八进制进行编号，fx2n输入继电器的编号范围为x000x267（184点）。注意，基本单元输入继电器的编号是固定的，扩展单元和扩展模块是按与基本单元最靠近开始，顺序进行编号。例如：基本单元fx2n-64m的输入继电器编号为x000x037（32点），如果接有扩展单元或扩展模块，则扩展的输入继电器从x040开始编号。2.3.9三菱fx系列plc输入继电器（y）输出继电器是用来将plc内部信号输出传送给外部负载（用户输出设备）。输出继电器线圈是由plc内部程序的指令驱动，其线圈状态传送给输出单元，再由输出单元对应的硬触点来驱动外部负载。如图1所示为输出继电器的等效电路。图1 输出继电器的等效电路 每个输出继电器在输出单元中都对应有维一一个常开硬触点，但在程序中供编程的输出继电器，不管是常开还是常闭触点，都可以无数次使用。 fx系列plc的输出继电器也是八进制编号其中fx2n编号范围为y000y267（184点）。与输入继电器一样，基本单元的输出继电器编号是固定的，扩展单元和扩展模块的编号也是按与基本单元最靠近开始，顺序进行编号。在实际使用中，输入、输出继电器的数量，要看具体系统的配置情况。2.3.10辅助继电器辅助继电器是plc中数量最多的一种继电器，一般的辅助继电器与继电器控制系统中的中间继电器相似。辅助继电器不能直接驱动外部负载，负载只能由输出继电器的外部触点驱动。辅助继电器的常开与常闭触点在plc内部编程时可无限次使用。辅助继电器采用m与十进制数共同组成编号（只有输入输出继电器才用八进制数）。1通用辅助继电器（m0m499）fx2n系列共有500点通用辅助继电器。通用辅助继电器在plc运行时，如果电源突然断电，则全部线圈均off。当电源再次接通时，除了因外部输入信号而变为on的以外，其余的仍将保持off状态，它们没有断电保护功能。通用辅助继电器常在逻辑运算中作为辅助运算、状态暂存、移位等。根据需要可通过程序设定，将m0m499变为断电保持辅助继电器。2断电保持辅助继电器（m500m3071）fx2n系列有m500m3071共2572个断电保持辅助继电器。它与普通辅助继电器不同的是具有断电保护功能，即能记忆电源中断瞬时的状态，并在重新通电后再现其状态。它之所以能在电源断电时保持其原有的状态，是因为电源中断时用plc中的锂电池保持它们映像寄存器中的内容。其中m500m1023可由软件将其设定为通用辅助继电器。下面通过小车往复运动控制来说明断电保持辅助继电器的应用，如图1所示。图1 断电保持辅助继电器的作用小车的正反向运动中，用m600、m601控制输出继电器驱动小车运动。x1、x0为限位输入信号。运行的过程是x0= onm600=ony0=on小车右行停电小车中途停止上电（m600=ony0=on）再右行x1=onm600=off、m601=ony1=on（左行）。可见由于m600和m601具有断电保持，所以在小车中途因停电停止后，一旦电源恢复，m600或m601仍记忆原来的状态，将由它们控制相应输出继电器，小车继续原方向运动。若不用断电保护辅助继电器当小车中途断电后，再