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机械机电毕业设计论文
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毕业设计33知识竞赛抢答器PLC设计正文,机械机电毕业设计论文
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无锡职业技术学院毕业设计说明书 1 第一章 概述 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 PLC 1.1 PLC的 简介 国际电工委员会 （ IEC） 于 1987年对 PLC定义如下 : PLC 是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置 ,是带有存储器 ,可以编制程序的控制器 。 它能够存储和执行指令 ,进行逻辑运算 ,顺序控制 ,定时 ,计数和算 术等操作 ,并通过数字式和模拟式的输入输出 ,控制各种类型的机械和生产过程 。 PLC 及其有关的外围设备 ,都应按易于与工业控制系统形式一体 ,易于拓展其功能的原则设计 。 事实上 ,PLC 就是以嵌入式 CPU 为核心 ,配以输入 ,输出等模块 ,可以方便的用于工业控制领域的装置 。 PLC与机器人 ,计算机帮助设计与制造一起作为现代工业的三大支柱 。 1.2 PLC的用途与特点 1.2.1 PLC的用途 PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置 ,使其应用受到限制 。 但近年来由于微处理器芯片及有关元件价格大大下降 ,使 PLC的成本下降 ,同时又由于 PLC的功能大大增强 ,使 PLC 的应用越来越广泛 ,广泛应用于钢铁 、 水泥 、石油、化工 、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 2 纺织、环保等行业。 PLC 的应用通常可分为五种类型： （ 1）顺序控制 这是 PLC应用最广泛的领域， 用以取代传统的继电器顺序控制。 PLC可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。 （ 2）运动控制 PLC 制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模版 。在多数情况下， PLC 把扫描目标位 置 的数据送给模版块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。 相对来说，位置控制模块比计算机数值控制（ CNC）装置体积更小，价格更低，速度更快，操作方便。 （ 3） 闭环过程控制 PLC 能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。 PID（ Proportional Intergral Derivative） 模块的提供使 PLC 具有闭环控制功能 ,即一个具有PID 控制能力的 PLC 可用于过程控制。当过程控制中某一个变量出现偏差时 ,PID 控制算法会计算出正确的 输出 ,把变量保持在设定值上。 （ 4）数据处理 在机械加工中，出现了把支持顺序控制的 PLC和计算机数值控制（ CNC）设备紧密结合的趋向。著名的日本 FANUC公司推出的 Systen10、 11、 12系列，已将 CNC控制功能作为 PLC 的一部分。为了实现 PLC 和 CNC 设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件。通过窗口软件，用户可以独自编程，由 PLC 送至 CNC设备使用。美国 GE公司的 CNC设备新机种也同样使用了具有数据处理的 PLC。预计今后几年 CNC 系统将变成以 PLC 为主体的控制和管理系统。 （ 5）通信和联网 为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（ FA）系统、柔性制造系统（ FMS）及集散控制系统（ DCS）等发展的需要，必须发展 PLC 之间， PLC 和上级计算机之间的通信功能。作为实时控制系统，不仅 PLC 数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电故障时的对策。 1.2.2 PLC的特点 （ 1）抗干扰能力强，可靠性高 继电接触器控制系统虽具有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触头，使设备连线复杂，由于器件的老化、脱焊、触头的抖动及触头在开闭时受电弧的损害大大降低了系统的可靠性。 传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继 电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障， PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的 1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 而 PLC 采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和复杂的连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。 nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 3 微机虽然具有很强的功能，但抗干扰能力差，工业现场的电磁波干扰，电源波动，机械振动，温度和湿度的变化，都可能使一般 通用微机不能正常工作。而 PLC 在电子线路、 机械结构以及软件结构上都吸收了生产控制经验，主要模块均采用了大规模集成电路， I/O 系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、抗震等都有精确的考虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰能力，目前个生产厂家生产的 PLC，平均无故障时间都大大超过了 IEC 规定的 10万小时，有的甚至达到了几十万小时。 （ 2）控制系统 结构简单、通用性强、应用灵活 PLC产品均成系列化生产，品种齐全，外围模块品种也多，可有各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。在 PLC 构成的控制系统中，只需在 PLC 的 端子上接入相应的输入、输出信号线即可，不需要诸如继电器之类的物理电子器件和大量而有繁杂的硬件接线线路。当控制要求改变，需要变更控制系统功能时，可以用编程器在线或离线修改程序， 修改接线量很小。同一个 PLC 装置有、用于不同的控制对象，只是输入、输出组件和应用软件不同而已。 （ 3）编程方便，易于使用 PLC 是面向用户的设备， PLC 的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯， PLC 程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，直观易懂，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言， 深受现场电气技术人员的欢迎，近年来又发展了面向对象的顺序控制流程图语言，也称功能图，使编程更加简单方便。 （ 4）功能完善，扩展能力强 PLC中含有数量巨大的用于开关量处理的继电器类软件，可轻松地实现大规模的开关量逻辑控制，这是一般的继电器控制所不能实现的。 PLC 内部具有许多控制功能，能方便地实现 D/A、 A/D转换及 PID运算，实现过程控制、数字控制等功能。PLC 具有通信联网功能，他不仅可以控制一台单机，一条生产线，还可以控制一个机群，许多生产线。他不但可以进行现场控制，还可以用于远程控制。 （ 5） PLC 控 制系统设计、安装、调试方便 PLC 中相当于继电器系统中的中间继电器、时间继电器、计数器等“软元件”数量巨大，硬件齐全，且为模块化积木式结构，并已商品化，故可按性能、容量（输入、输出点、内存大小）等选用组装。又由于用软件编程取代了硬接线实现控制功能，使安装接线量大大减小，设计人员只要一台 PLC 就可进行控制系统的设计可在实验室进行模拟调试。而继电接触器系统需要在现场调试，工作量很大且繁难。 （ 6）维修方便，维修工作量小 PLC具有完善的自诊断，履历情况存储及监视功能。对于内部工作状态、通信状态、异常状态和 I/O 点的状态均有显示。工作人员通过他可查出故障原因，便于迅速处理，及时排除。 （ 7）结构紧凑 体积小、重量轻，易于实现机电一体化。 由于以上特点，使得 PLC获得极为广泛的应用。 nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 4 1.3 PLC的分类 1.3.1 按 I/O点数容量分类 一般来说， PLC 处理的 I/O 点数比较多，反映控制关系比较复杂，用户要求的程序存储器容量比较大，要求 PLC 的指令及其他功能比较多，指令执行的过程比较快等。 按 PLC 的输入输出点数可将 PLC分为三类。 （ 1）小型机 小型 PLC 的功能一般以开关量控制为主，其输入、输出总数在 256点一下，用户 程序存储器容量在 4K 字一下。现在的高性能小型机还具有一定的通信能力和少量的模拟量处理能力。这类 PLC价格低廉，体积小，适合于控制单台设备，开发机电一体化产品。 典型的小型机有 OMRON 公司的 CPM2A 系列、 SIEMEN 公司的 S7-200 系列，MITSUBISH 公司的 FX 系列和 AB 公司的 SLC500 系列等整式 PLC 等产品。 （ 2）中型机 中型机 PLC 的输入、输出总点数在 256-2048 点之间，用户程序存储器容量达到 2-8K字。中型机 PLC 不仅具有 开关量和模拟量的控制功能，还具有更强的数字计算能力，他的通信 功能和模拟量处理能力更强大。中型机的指令比小型机更丰富，适用于更复杂的逻辑控制系统以及连续生产过程控制场合。 典型的中型机有 SIEMENS公司的 S-300系列、 OMRON公司的 C200H系列、 AB公司的 SLC500系列模块式 PLC等产品。 （ 3）大型机 大型机 PLC 的输入、输出总点数在 2048 点以上，用户程序存储器容量达到 8-6K字。大型 PLC的性能已经与工业控制计算机相当，他具有计算、控制和调节的功能，还具有很强的网络结构和通信联网能力。他的监视采用 CRT 显示，能够 表示过程动态流程，纪录各种曲线， PID 调节参数选择图；他配备多种智能板，构成一个多功能系统。这种系统还可以和其他型号的 PLC 互联，和上位机相连，组成一个集中分散的生产过程和产品质量控制系统。大型机适用于设备自动化控制、过程自动化控制和过程监控系统。 典型的大型 PLC 有 SIEMENS 公司的 S7-400 系列、 OMRON 公司的 CVM1 和 CS1 系列、 SB 公司的 SLC5/05系列等产品。 上述划分没有严格的界限，随着 PLC 技术的飞速发展，某些小型 PLC 也具备 中型机和大型机的功能，这也是 PLC 的发展趋势。 1.3.2 按结构形式分类 按 PLC物理结构形式的 不同，可分为整体式（也称单元式）和组合式（也称模块式）两类。 （ 1）整体式结构 整体式结构的 PLC是将中央处理单元（ CPU）、存储器、输入单元、电源、通信端口、 I/O 扩展端口等组装在一个箱体内构成主机。内外还有独立的 I/O 扩展单元等通过 扩展电缆与主机上的扩展端口相连，以构成 PLC 不同配置与主机配合使用。整体式结nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 5 构的 PLC结构紧凑、体积小、成本低、安装方便。小型机常用这种结构。 （ 2）组合式结构 这种结构的 PLC是将 CPU、输入单元、输出单元、电源单元、智能 I/O单元，通信单元等分别做成相应的电路板和扩展 模块。组合式的特点是配置灵活，输入接点、输出接点的数量可以自由选择，各种功能模块可以依需要灵活配置。大、中型 PLC 常用组合式结构。 nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 6 第二章 整体方案的选择 2.1整体功能介绍 知识竞赛抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反应时间，思维运转快慢的新型电器。随着社会科技技术的不断发展，他的应用场合也随之增加 ； 技术含量大大 提升；更加方便可靠。 目前 , 形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校及企事业单位 , 它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性 , 在一定程度上丰富了人们的业余生活 。用PLC进行知识竞赛抢答器设计，其控制方便，灵活，只要改变输入 PLC的控制程序，便可改变竞赛抢答器的抢答 方案。抢答器 应用场合效果 如下图 2-1所示： 图 2-1抢答器应用场合效果 2.2 竞赛抢答器的控制要求 （ 1）知识竞赛抢答器能使 4个队同时参加抢答。 （ 2）设裁判队为裁判 台，参赛对为参赛台。裁判台设有音响和裁判灯，并且设有裁判台开始按钮 SB0和裁判台复位按钮 SB5；参赛台设有参赛台抢答按钮以及参赛台灯。 1-4号参赛台分别对应按钮 SB1-SB4 及参赛台 灯 EL1-EL4。 （ 3）知识竞赛抢答器能适合以下比赛规则： 出题后，各队抢答必须在裁判说出“开始”并按下裁判台的开始按钮 SB0 后 15S 内抢答，并由数码管显示时间。如提前抢答，抢答器发出“违规”信号。 15S 时间到，如无队抢答，则抢答器给出时间已到信号，该题作废。在有队抢答的情况下，则抢答器发出“抢答”信号，数码管开始计时，并由数码管 显示出抢到题的参考队号，抢到题的队必须在 30S内答完题，如 30S内未答完，则作超时处理。 （ 4）灯光与音响信号的意义如下： 1 音响叫（响 1S） +某台灯亮，由某参赛队正常抢答。 2 音响叫（响 1S） +某台灯亮 +总台灯亮，某参赛队违规。 nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 7 3 音响叫（响 1S） +裁判台灯亮，无人抢答或答题超时。 （ 5）在某个题结束后，裁判员按下台上的复位按钮 SB5，抢答器恢复原来的状态，为下一轮抢答作好准备。 （ 6）各输出端口统一采用直流 24V电源。 2.3 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nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 8 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。 综合以上的分析和比较，最终决定采用 PLC。 nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 9 第 三 章 硬件电路设计 3.1控制特点分析 知识 竞赛抢答器通过 PLC 进行按控制要求编程，其 主要的输入就是通过裁判员和参赛选手的按钮 ，然后将信号传递给信息分析中心（ PLC）， PLC 将根据信号作出相应的响应。知识竞赛抢答器有六个输入信号（即六个按钮），九个输出信号（即五个台灯信号、一个音响信号、三个数码管输出信号）。由上可知 PLC 共有六个输入点，九个输出点。系统控制 结构框 图如下图 3-1 所示： 主持人按钮 抢答按钮 PLC 计时电路 违规电路 音响电路 组显电路 时间显示 图 3-1系统控制结构框图 STARARESTSB1 SB2 SB3 SB4 nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 10 3.2 PLC机型的选择步骤与原则 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。 PLC 的选择主要应从 PLC 的机型、容量、 I/O 模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。 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 I O 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 I O 点数、输入点数与输出点数的比例、 I O 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 I O 式以及多台 PLC 联网的分布式。 集中式不需要设置驱动远程 I O 硬件，系统反应快、成本低；远程 I O 式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程 I O 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 I O 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 A D 和 D A 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制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nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 11 该慎重考虑 PLC 的响应速度，可选用具有高速 I O 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。 综上所述，基于以上思想，选用日本三菱公司 FX-48MR 系列的 PLC 作为控制主机。 3.3流程图（见附图） 当 裁判按下开始按钮时，四个参赛对处于抢答状态，假如是一号参赛队先抢到题目， PLC先判断抢答是否成功，若成功，则进行下一部看是否在规定的抢答时间内答题，若在规定时间内，则答题 结束；若超时，则提示主持人；如果抢答没有成功，则判断是否抢答犯规 ，若法规，某法规台灯亮，总台灯亮； 主持人按下复位，整个答题结束。 3.4 程序中所使用的 FX 系列 PLC 的编程元件 的介绍 3.4.1 三菱 FX系列 PLC取指令与输出指令（ LD/LDI/LDP/LDF/OUT） 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 OFF ON）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 3-2所示。 nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 12 图 3-2 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 3-2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。 5） OUT指令目标元件为 Y、 M、 T、 C和 S，但不能用于 X。 3.4.2 三菱 FX系列 PLC触点串 联指令（ AND/ANI/ANDP/ANDF） 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 3-3所示。 nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 13 图 3-3 触点串联指令的使用 触点串联指令的使用的使用说明： 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 3-4(b)中 OUT M101 指令之后通过 T1的触点去驱动 Y4称为连续输出。 3.4.3 三菱 FX系列 PLC触点并联指令（ OR/ORI/ORP/ORF） 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 3-4所示。 图 3-4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、 LDPnts无锡职业技术学院毕业设计说明书 14 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。 3.4.4 三菱 FX系列 PLC块操作指令（ ORB / ANB） 块操作指令 （ 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 3-5所示。 图 3-5 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 3-6所示。 图 3-6 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nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 15 可连续使用 ANB，但与 ORB 一样，使用次数在 8次以下。 3.4.5 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 3-7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 3-7 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。 3.4.6 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 3-8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。 nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 16 图 3-8 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 3-9 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 3-9 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 3-10 所示，当 X0 为 ON 时，执行 CML，将 D0 的低 4 位取反向后传送到 Y3 Y0中。 nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 17 图 3-10 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 3-11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 3-11 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 3-12所示，当 X0为 ON时，把 K0 传送到 D0 D9中。 nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 18 图 3-12 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。 3.4.7 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。 3.4.8 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 3-13 所示为输入继电器 X1 的等效电路。 图 3-13 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 X000X267nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 19 （ 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。 3.4.9 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 3-14所示为输出继电器 Y0的等效电路 。 图 3-14 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。 3.4.10 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（ M0 M499） 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nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 20 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 M0 M499变为断电保持辅助继电器。 2断电保持辅助继电器（ M500 M3071） FX2N 系列有 M500 M3071 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 M500 M1023可由软件将其设定为通用辅助继电器。 3特殊辅助继电器 PLC 内有大量的特殊辅助继电器，它们都有各自的特殊功能。 FX2N 系列中有 256 个特殊辅助继电器，可分成触点型和线圈型两大类 （ 1）触点型 其线圈由 PLC自动驱动，用 户只可使用其触点。例如： M8000：运行监视器（在 PLC运行中接通）， M8001 与 M8000相反逻辑。 M8002：初始脉冲（仅在运行开始时瞬间接通）， M8003与 M8002相反逻辑。 M8011、 M8012、 M8013 和 M8014 分别是产生 10ms、 100ms 、 1s 和 1min 时钟脉冲的特殊辅助继电器。 M8000、 M8002、 M8012 的波形图如图 3-15所示。 图 3-15 M8000、 M8002、 M8012 的波形图 （ 2）线圈型 由用户程序驱动线圈后 PLC执行特定的动作。例 如： M8033：若使其线圈得电，则 PLC停止时保持输出映象存储器和数据寄存器内容。 M8034：若使其线圈得电，则将 PLC的输出全部禁止。 M8039：若使其线圈得电，则 PLC按 D8039中指定的扫描时间工作。 3.4.11 三菱 FX系列 PLC 定时器 （ T） nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 21 PLC 中的定时器（ T）相当于继电器控制系统中的通电型时间继电器。它可以提供无限对常开常闭延时触点。定时器中有一个设定值寄存器（一个字长），一个当前值寄存器（一个字长）和一个用来存储其输出触点的映象寄存器（一个二进制位），这三个量使用同一地址编号。但使用场 合不一样，意义也不同。 FX2N 系列中定时器时可分为通用定时器、积算定时器二种。它们是通过对一定周期的时钟脉冲的进行累计而实现定时的，时钟脉冲有周期为 1ms、 10ms、 100ms 三种，当所计数达到设定值时触点动作。设定值可用常数 K 或数据寄存器 D 的内容来设置。 1通用定时器 通用定时器的特点是不具备断电的保持功能，即当输入电路断开或停电时定时器复位。通用定时器有 100ms 和 10ms 通用定时器两种。 （ 1） 100ms 通用定时器（ T0 T199） 共 200 点，其中 T192 T199 为子程序和中断服务程序专用定 时器。这类定时器是对 100ms 时钟累积计数，设定值为 1 32767，所以其定时范围为 0.1 3276.7s。 （ 2） 10ms 通用定时器（ T200 T245） 共 46 点。这类定时器是对 10ms 时钟累积计数，设定值为 1 32767，所以其定时范围为 0.01 327.67s。 举例说明通用定时器的工作原理。如图 3-16 所示，当输入 X0 接通时，定时器 T200 从 0开始对 10ms 时钟脉冲进行累积计数，当计数值与设定值 K123 相等时 ， 定时器的常开接通Y0，经过的时间为 123 0.01s=1.23s。当 X0 断开后定时器复 位，计数值变为 0，其常开触点断开， Y0 也随之 OFF。若外部电源断电，定时器也将复位。 图 3-16 通用定时器工作原理 nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 22 2积算定时器 积算定时器具有计数累积的功能。在定时过程中如果断电或定时器线圈 OFF，积算定时器将保持当前的计数值（当前值），通电或定时器线圈 ON 后继续累积，即其当前值具有保持功能，只有将积算定时器复位，当前值才变为 0。 （ 1） 1ms 积算定时器（ T246 T249） 共 4 点，是对 1ms 时钟脉冲进行累积计数的，定时的时间范围为 0.001 32.767s。 （ 2） 100ms 积算定时器（ T250 T255）共 6 点，是对 100ms 时钟脉冲进行累积计数的定时的时间范围为 0.1 3276.7s。 以下举例说明积算定时器的工作原理。如图 3-17 所示，当 X0 接通时， T253 当前值计数数器开始累积 100ms的时钟脉冲的个数。当 X0 经 t0后断开，而 T253尚未计数到设定值 K345，其计数的当前值保留。当 X0 再次接通， T253 从保留的当前值开始继续累积，经过 t1 时间，当前值达到 K345 时，定时器的触点动作。累积的时间为 t0+t1=0.1345=34.5s。当复位输入X1 接通时，定时器 才复位，当前值变为 0，触点也跟随复位。 图 3-17 积算定时器工作原理 3.4.12 微分指令 （ PLS/PLF） （ 1） PLS（上升沿微分指令） 在输入信号上升沿产生一个扫描周期的脉冲输出。 （ 2） PLF（下降沿微分指令） 在输入信号下降沿产生一个扫描周期的脉冲输出。 微分指令的使用如图 3-18 所示，利用微分指令检测到信号的边沿，通过置位和复位命令控制 Y0的状态。 nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 23 图 3-18 微分指令的使用 PLS、 PLF 指令的使用说明： 1） PLS、 PLF 指令的 目标元件为 Y 和 M； 2）使用 PLS 时，仅在驱动输入为 ON 后的一个扫描周期内目标元件 ON，如图 3-18 所示， M0 仅在 X0 的常开触点由断到通时的一个扫描周期内为 ON；使用 PLF 指令时只是利用输入信号的下降沿驱动，其它与 PLS 相同。 3.4.13 位右移和位左移指令 移位指令是 PLC的一条重要指令 ， 可用于步进顺序控制 ， 利用这种顺序控制方式可实现其它一些控制功能。 位右、左移指令 SFTR(P)和 SFTL(P)的编号分别为 FNC34和 FNC35。它们使位元件中的状态成组地向右（或向左）移动。 n1指定位元件的长度， n2指定 移位位数， n1和n2的关系及范围因机型不同而有差异，一般为 n2 n1 1024。位右移指令使用如图 3-19所示。 nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 24 图 3-19 位右移指令的使用 使用位右移和位左移指令时应注意： 1）源操作数可取 X、 Y、 M、 S，目标操作数可取 Y、 M、 S。 2）只有 16位操作，占 9个程序步。 3.5 PLC与七段 LED 显示器 连接 设计 3.5.1 LED数码管的结构及 主要特性 1. LED数码管的结构 LED 数码管是由发光二极管构成的，亦称半导体数码管。将条状发光二极管按照共阴极（负极）或共 阳极（正极）的方法连接，组成“ 8”字，再把发光二极管另一电极作笔段电极，就构成了 LED 数码管。若按规定使某些笔段上的发光二极管发光，就能显示从 0 9 的一系列数字。同荧光数码管（ VFD）、辉光数码管（ NRT）相比，它具有：体积小、功耗低、耐震动、寿命长、亮度高、单色性好、发光响应的时间短，能与 TTL、 CMOS 电路兼容等优点。现已广泛用作数字化仪表、数控装置、家用电器中的数显器件。 常见 LED 数码管的外形及内部结构如图 3-20所示。图 3-20属于共阳极结构，图 3-20采用共阴极结构。分别表示公共阳极和 公共阴极。 a g 是 7 个笔段电极， DP 为小数点。另有一种字高为 7.6 mm 的超小型 LED 数码管，管脚从左右两排引出，小数点则是独立的。 nts无锡职业技术学院毕业设计说明书 25 图 3-20 常见 LED 数码管的外形及内部结构 2. LED数码
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