霓虹灯,PLC.doc

江西航空职业技术学院毕业论文（设计）江西航空职业技术学院毕业设计说明书（论文）课题名称： PLC控制“江航”霓虹灯 专 业 数控技术 班 级 071152 学 生 姓 名 刘刚 指 导 教 师 徐剑锋 指导教师技术职称 高级工程师 2009年11月24日江西航空职业技术学院毕业设计（论文）任务书 学生姓名： 刘刚 班级： 071152 毕业设计（论文）题目： PLC控制“江航”霓虹灯 毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及技术要求：1、要求用PLC控制“江”、“航”、“学”、“院”、“欢”、“迎”、“您” 七个字的LED霓虹灯。 2、按下启动按钮要求七个字显示为红色依次点亮时间间隔为1S ，然后全亮全灭闪烁1S ，然后七个字显示为蓝色依次点亮时间间隔为1S ，然后全亮全灭闪烁1S ，要求七个字显示为白色依次点亮时间间隔为1S ，然后全亮全灭闪烁1S ，再全亮10S，依次循环下去，直到按下停止按钮。 3、系统有单步连续控制,有启动和停止按钮。 毕业设计（论文）工作内容及完成时间：1、PLC外部电路图设计：2009.10.282009.11.10 2、PLC控制程序编写：2009.11.112009.12.3 3、毕业设计（论文）的编写：2009.12.32009.12.31 毕业设计起至时间：自 2009 年 11 月 30 日至 2010 年 5 月 30 日指导教师评阅成绩： 指导教师（签名）： 日期： 毕业设计答辩成绩： 答辩小组组长（签名）： 日期： PLC控制“江航”霓虹灯作 者 ： 刘 刚指导老师 ： 徐 剑 锋（江西航空职业技术学院 数控技术071152班）摘要：随着社会主义市场经济的不断繁荣和发展,各大中小城市都在进行亮化工程。各企业为宣传自己企业的形象和产品,均采用广告手法之一:霓虹灯广告屏来实现这一目的。本论文介绍了可编程控制器PLC控制“江航”校名霓虹灯的设计过程。文中首先对LED霓虹灯的历史发展及基本结构和工作原理进行了简单介绍，然后讲述了基于三菱FX2N系列的PLC的控制系统的发展、组成结构及工作原理和PLC的功能特点，再对PLC控制系统设计做了较详细的介绍，而且还对PLC控制系统设计的一般步骤作了简单的说明，以及根据论文要求设计了以顺序控制设计法为主的编程方法来控制“江航”校名霓虹灯的亮灭、闪烁时间及流动方向等问题。关键词： 可编程控制器PLC，江航，LED霓虹灯，顺序控制设计法目 录前言.（一） 任务的控制要求.（二） 论文的主要内容.第一章 LED霓虹灯的综述.1.1 LED霓虹灯的历史及定义.1.2 LED霓虹灯的基本结构和工作原理与发光原理.1.3 LED霓虹灯的特点及功能. 1.3.1 LED霓虹灯的特点. 1.3.2 LED霓虹灯的功能.1.4 LED霓虹灯的应用领域.1.5 LED霓虹灯的发展及其趋势. 第二章 可编程控制器PLC的综述及硬件结构和编程语言.2.1 可编程控制器PLC的综述. 2.1.1 三菱PLC的历史及定义. 2.1.2 PLC的功能. 2.1.3 PLC的主要特点. 2.1.4 PLC的应用领域. 2.1.5 PLC的发展与其趋势.2.2 PLC的硬件结构. 2.2.1 PLC的组成结构. 2.2.2 PLC的工作原理.2.3 可编程控制器的编程语言及编程软件. 第三章 可编程控制器PLC的应用技术. 3.1 PLC控制系统设计的基本原则与步骤. 3.1.1 PLC控制系统设计的基本原则.3.1.2 PLC控制系统设计的步骤. 3.2 PLC的选型与硬件配置. 3.2.1 PLC机型的选择. 3.2.2 I/O分配表.3.2.3 PLC控制系统的可靠性设计. 第四章 PLC控制接线图与流程图的设计. 4.1 PLC的控制接线图的设计.4.2 PLC的流程图的设计. 第五章 PLC的应用程序设计.5.1 PLC控制梯形图的设计.5.2 PLC控制指令表的设计.第六章 程序的调试与完善.第七章 程序运行原理说明.第八章 总结论.第九章 致谢.第十章 参考文献.附录 PLC控制“江航”校名霓虹灯的程序梯形图和指令表.前 言可编程控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和网络通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是将计算机技术应用于工业控制领域的新产品。PLC从诞生至今，仅有30年的历史，早期的可编程控制器主要用来代替继电器实现逻辑控制，因此称为可编程控制器（简称PLC）。可编程控制器PLC：英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，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。随着技术的发展，现代可编程控制器得到了异常迅猛的发展，其功能已远远超过了逻辑控制的范围，并与CAD/CAM、机器人技术一起被称为当代工业自动化的三大支柱之一。本论文共分十章，第一章LED霓虹灯的综述、第二章 可编程控制器PLC的综述及硬件结构和编程语言、第三章 可编程控制器PLC的应用技术、第四章 PLC控制接线图与流程图的设计、第六章 程序的调试与完善、第七章 程序运行原理说明、第八章 总结论、第九章 致谢、第十章 参考文献。全论文共分三部分。第一部分包括前两章，重点介绍LED霓虹灯与PLC的历史发展、功能特点、工作原理、硬件结构，进一步介绍了LED霓虹灯的应用与PLC控制系统设计和PLC应用程序设计中的基本理论和方法。本论文第二部分包括第三章、第四章、第五章、第六章、第七章，重点介绍了PLC控制系统设计和PLC应用程序设计的应用实例。通过实际应用系统的设计实例，将PLC的工作原理、硬件设计和软件实设计有机地融合在一起，使我们能形成一个完整的概念。本论文第三部分主要介绍了该论文的体会结论和致谢，以及参考文献。随着社会主义市场经济的不断繁荣和发展,各大中小城市都在进行亮化工程。各企业为宣传自己企业的形象和产品,均采用广告手法之一:霓虹灯广告屏来实现这一目的。本论文就是利用PLC来实现这一目的的!利用可编程控制器PLC控制利用彩灯组成的“江”、“航”、“学”、“院”、“欢”、“迎”、“您”等七个字的循环过程,通过不同的闪烁,让人看来LED霓虹灯的美。 刘 刚 编 著第一章LED霓虹灯的综述1.1 LED霓虹灯的历史及定义LED霓虹灯是城市的美容师，每当夜幕降临时，华灯初上，五颜六色的霓虹灯就把城市装扮得格外美丽。那么，霓虹灯是怎样发明的呢？据说，霓虹灯是英国化学家拉姆赛在一次实验中偶然发现的。那是1898年6月的一个夜晚，拉姆赛和他的助手正在实验室里进行实验，目的是检查一种稀有气体是否导电。拉姆赛把一种稀有气体注射在真空玻璃管里，然后把封闭在真空玻璃管中的两个金属电极连接在高压电源上，聚精会神地观察这种气体能否导电。突然，一个意外的现象发生了：注入真空管的稀有气体不但开始导电，而且还发出了极其美丽的红光。这种神奇的红光使拉姆赛和他的助手惊喜不已，他们打开了霓虹世界的大门。拉姆赛把这种能够导电并且发出红色光的稀有气体命名为氖气。后来，他继续对其他一些气体导电和发出有色光的特性进行实验，相继发现了氙气能发出白色光，氩气能发出蓝色光，氦气能发出黄色光，氪气能发出深蓝色光不同的气体能发出不同的色光，五颜六色，犹如天空美丽的彩虹。霓虹灯也由此得名。 高亮度LED霓虹灯的起源：霓虹灯是由英文“氖灯”，即“NEON SIGN”得来的，“霓虹”两字实际上是“NEON”的译音，而现在人们已经把“霓虹灯”当作专用词运用了。霓虹灯始源于法国。当时所用的灯体玻管的直径为45毫米，先将玻璃管弯制成所需的文字或图案，然后再用1只电压为1万多伏的变压器供电，使之发光。当时，灯管两端电极采用石墨制成，内部充入氮气或二氧化碳气体，前者会发红光，后者发白光。由于这两种气体较活泼，很容易和石墨电极起化学反应，阴极溅散出的石墨很快在玻璃管内壁形成黑色薄膜层，并大量吸收充入灯管内的气体，使灯管的充气压力很快下降，致使霓虹灯的寿命很短。当时为了解决这个问题，特在霓虹灯管上加1个特殊的电磁阀门，并在霓虹灯使用一段时间以后再往灯内重新补充一定量的气体，但这样做并未能在根本上克服上述缺陷。因此，这种灯不仅寿命短、制作工艺复杂，而且造价昂贵，很难普及。1.2 LED霓虹灯的基本结构和工作原理与发光原理在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。（LED）霓虹灯自1910年问世以来，历经百年不衰。它是一种特殊的低气压冷阴极辉光放电发光的电光源，而不同于其它诸如荧光灯、高压钠灯、金属卤化物灯、水银灯、白炽灯等弧光灯。霓虹灯是靠充入玻璃管内的低压惰性气体，在高压电场下冷阴极辉光放电而发光。霓虹灯的光色是由充入惰性气体的光谱特性决定：光管型霓虹灯充入氖气，霓虹灯发红色光；荧光型霓虹灯充入氩气及汞，霓虹灯发蓝色、黄色等光，这两大类霓虹灯都是靠灯管内的工作气体原子受激辐射发光。大功率LED 小功率LEDLED霓虹灯工作原理当外电源电路接通后，变压器输出端就会产生几千伏甚至上万伏的高压。当这一高压加到霓虹灯管两端电极上时，LED霓虹灯管内的带电粒子在高压电场中被加速并飞向电极，能激发产生大量的电子。这些激发出来的电子，在高电压电场中被加速，并与灯管内的气体原子发生碰撞。当这些电子碰撞游离气体原子的能量足够大时，就能使气体原子发生电离而成为正离子和电子，这就是气体的电离现象。带电粒子与气体原子之间的碰撞，多余的能量就以光子的形式发射出来，这就完成了霓虹灯的发光点亮的整个过程。 LED发光原理 发光二极管是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。1.3 LED霓虹灯的特点及功能1.3.1 LED霓虹灯的特点（一） 高效率 LED霓虹灯是依靠灯光两端电极头在高压电场下将灯管内的惰性气体击燃，它不同于普通光源必须把钨丝烧到高温才能发光，造成大量的电能以热能的形式被消耗掉，因此，用同样多的电能，霓虹灯具有更高的亮度。（二） 温度低，使用不受气候限制LED霓虹灯因其冷阴极特性，工作时灯管温度在60C以下，所以能置于露天日晒雨淋或在水中工作。同样因其工作特性，LED霓虹灯光谱具有很强的穿透力，在雨天或雾天仍能保持较好的视觉效果。（三） 低能耗 在技术不断创新的时代，LED霓虹灯的制造技术及相关零部件的技术水平页在不断进步。新型电极、新型电子变压器的应用，使霓虹灯的耗电量大大降低，由过去的每米灯管耗电56瓦降到现在的每米灯管耗电12瓦。 （四） 寿命长 LED霓虹灯在连续工作不断电的情况下，寿命达一万小时以上，这一优势是其他任何电光源都难以达到的。 （五） 制作灵活，色彩多样 LED霓虹灯是由玻璃管制成，经过烧制，玻璃管能弯曲成任意形状，具有极大的灵活性，通过选择不同类型的管子并充入不同的惰性气体，霓虹灯能得到五彩缤纷、多种颜色的光。 （六） 动感强，效果佳，经济实用 LED霓虹灯画面由常亮的灯管及动态发光的扫描管组成，可设置为跳动式扫描，渐变式扫描、混色变色七种颜色扫描。扫描管由装有微电脑芯片编程的扫描机控制，扫描管按编好的程序亮或灭，组成一副副流动的画面，似天上彩虹、象人间银河、更酷似一个梦幻世界，引人入胜，使人难以忘怀。因此、霓虹灯是一种投入较少、效果强烈、经济实用的广告形式。 如图1-2所示： 图1-2 1.3.2 LED霓虹灯的功能（1） 环保灯具,保护地球传统的日光灯中含有大量的水银蒸汽，如果破碎水银蒸汽则会挥发到大气中。但LED日光灯则根本不使用水银，且LED产品也不含铅，对环境起到保护作用。LED日光灯 公认为二十一世纪的绿色照明。（2） 高效转换,减少发热传统灯具会产生大量的热能，而LED灯具则是把电能全都转换为光能，不会造成能源的浪费。而且对文件，衣物也不会产生退色现象。（3） 清静舒适,没有噪音 LED灯具不会产生噪音，对于使用精密电子仪器的场合为上佳之选。适合于图书馆，办公室之类的场合。（4） 光线柔和,保护眼睛 传统的日光灯使用的是交流电，所以每秒钟会产生100120次的频闪。LED灯具是把交流电直接转换为直流电，不会产生闪烁现象，保护眼睛。（5） 无紫外线,没有蚊虫 LED灯具不会产生紫外线，因此不会象传统的灯具那样，有很多蚊虫围绕在灯源旁。室内会变得更加干净卫生整洁。（6） 电压可调80V245V 传统的日光灯是通过整流器释放的高电压来点亮的，当电压降低时则无法点亮。而LED灯具在一定范围的电压之内都能点亮，还能调整光亮度。（7）节省能源,寿命更长 LED日光灯的耗电量是传统日光灯的三分之一以下，寿命也是传统日光灯的10倍(50000小时），可以长期使用而无需更换，减少人工费用。更适合于难于更换的场合。（8）坚固牢靠,长久使用 LED灯体本身使用的是环氧树脂而并非传统的玻璃，更坚固牢靠，即使砸在地板上LED也不会轻易损坏，可以放心地使用。1.4 LED霓虹灯的应用领域目前，霓虹灯市场上鱼龙混杂，有营业执照承接工程的单位只占市场的30%，这类单位有独自的设计、制作、安装能力，信誉好、产品质量过关，后期维护到位，是用户的首选单位。第二类，没有营业执照挂靠其它单位，这类“单位”专业性不强，产品质量无保证，后期维护不到位。第三类，皮包公司，无任何证件、信誉和能力，打一枪换一地，产品质量和后期维护根本谈不上。LED霓虹灯是一个专业性比较强的行业，正规单位的产品质量好，寿命长。可正是第二类和第三类公司扰乱霓虹灯市场，给用户的感觉霓虹灯容易坏。其实霓虹灯的寿命比日光灯还长，为了您的利益，请选择有执照，有能力，有信誉的单位。1.5 LED霓虹灯的发展及其趋势随着我国经济的飞速发展，霓虹灯的品种、规格也已基本系列化，可供各种用途的选择，其质量已逐步向国际水平靠拢，随着 我国加入WTO与国际水平的差距将越来越小，在不久的将来必将赶超国际先进水平，但在目前市场竞争的条件下，也确有少数厂商 缺乏诚信，在一些用户不懂霓虹灯的性能、质量的情况下，生产、制作低劣产品在市场上低价倾销，影响霓虹灯的声誉。 为了使大用户熟悉霓虹灯，了解霓虹灯，我们在此简要介绍一些霓虹灯的品种、规格以及制作霓虹灯的主要器材，以帮助用户识别 “霓虹灯”的优劣。日前光电展中，各家厂商纷纷喊出，中国大功率LED路灯大商机，原因是中国政府在2006年2月9日公布了国家中长期科学和技术发展规划纲要(20062020年)中，将高效节能、长寿命的半导体照明(LED)列入第一重点领域，引起广泛关注，经过一年来的发酵，商机已经慢慢浮现。2008商机大 中国目前能源主要来自火力发电，而火力发电采用石油以及煤，由于石油的价格不断飙涨造成发电成本增加，而燃煤会产生大量的二氧化碳造成温室效应。为了解决能源问题，中国主要朝向两个方向去着手：发展新能源与节能，目标至20102012年替代性能源将提供1530的能源需求。接获中国路灯订单提前引爆 目前大功率LED路灯的需求提前引爆，以鸿海集团取得大陆大功率LED路灯的大订单，迫使鸿海积极跨入LED产业，包括鸿准以及未上市的沛鑫，都是专攻LED商机的主力部队。 此外，璨圆光电已在3月底与中铁24局上海公司和常州市政府签署合作意向书，未来将会为其铺设近2万盏的大功率LED路灯。据了解，璨圆光电已开发出大功率 LED照明系统产品，与传统路灯比较，可节能50，为了抢攻大陆大功率LED路灯市场，璨圆也成立LED照明系统事业处，由于独特的专利节能大功率LED路灯系统设计，证明LED照明技术可以符合国际道路照明规范(IESNA)，对LED取代传统水银灯或高压钠灯具指标意义。LED封装大厂佰鸿也成功跨入大陆大功率LED路灯市场，取得当地最大的设备业者订单的3年长约，光是路灯的部分至少就会贡献8亿元以上，预期从7月起开始出货后，可带动单月营收呈现强劲成长力道。第二章 可编程控制器PLC的综述及硬件结构和编程语言2.1 可编程控制器PLC的综述可编程控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和网络通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是将计算机技术应用于工业控制领域的新产品。PLC从诞生至今，仅有30年的历史，早期的可编程控制器主要用来代替继电器实现逻辑控制，因此称为可编程控制器（简称PLC）。随着技术的发展，现代可编程控制器得到了异常迅猛的发展，其功能已远远超过了逻辑控制的范围，并与CAD/CAM、机器人技术一起被称为当代工业自动化的三大支柱之一。2.1.1 三菱PLC的历史及定义（一） 三菱PLC的历史1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数字公司研制出了第一代可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有第五代PLC产品了。 在80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。由于PLC机联系处理模拟能力和网络方面功能的进步，挤占了一部分DCS的市场(过程控制)并逐渐垄断了污水处理等行业，但是由于工业PC(IPC)的出现，特别是近年来现场总线技术的发展，IPC和FCS也挤占了一部分PLC市场，所以近年来PLC增长速度，总的说是渐缓。目前全世界有200多厂家生产300多品种PLC产品，主要应用在汽车(23%)、粮食加工(16.4%)、化学/制药(14.6%)、金属/矿山(11.5%)、纸浆/造纸(11.3%)等行业。（二） 三菱PLC的定义自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算 机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不 再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。可编程控制器PLC：英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，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。PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。三菱PLC英文名又称：Mitsubish Power Line Communication，是三菱电机在大连生产的主力产品。三菱PLC在中国市场常见的有以下型号：FR-FX1N FR-FX1S FR-FX2N FR-FX3U FR-FX2NC FR-A FR-QFX2n系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2n系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 FX2N系列如下图2-1所示： 图2-12.1.2 PLC的功能（1） 步进顺序控制 （2） 限时控制（3） 条件控制（4） 计数控制（5） 模 /数和数 /模转换（6） 数据处理（7） 通信和联网（8） 冗余控制（9） 监控功能（10） 其他功能其他功能如下：内置式24V直流电源24V、400mA直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。快速断开端子块因为采用了优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可以更换单元。时钟功能和小时表功能在所有的FX2NPLC中都有实时时钟标准。时间设置和比较指令易于操作。小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。持续扫描功能为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。输入滤波器调节功能可以用输入滤波器平整输入信号（在基本单元中x000到x017）。注解记录功能元件注解可以记录在程序寄存器中。在线程序编辑在线改变程序不会损失工作时间或停止生产运转。RUN/STOP开关面板上运行/停止开关易于操作。远程维护远处的编程软件可以通过调制解调器通信来监测、上载或卸载程序和数据密码保护使用一个八位数字密码保护您的程序2.1.3 PLC的主要特点1、高可性（1）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。（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms。（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。（4）采用性能优良的开关电源。（5）对采用的器件进行严格的筛选。（6）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。（7）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,使可性更进一步提高。 2、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；控制阀等直接连接。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。 3、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。4、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。5、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。2.1.4 PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。（1）开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。（2） 模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。（3） 运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量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。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。（4） 过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。（5） 数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。（6） 通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.1.5 PLC的发展与其趋势一个或若干PLC与PC机联出系统，PC机起到原编程器及人机界面操作站的作用，这20世纪90年代的新潮流，这样为系统集成带来了商机，同时编程软件和人机界面软件(监控软件或称组态软件)及软件接口(或称驱动软件)也得到了发展。 2001年我国机械工业成为工业发展新亮点，总产值比上年增长17.15%，汽车产量为世界前10位，机床产量为世界第5位。机械工业利润增长33.35%，占整个工业新增利润六成多。出口同样出现可喜的增长。现在机械工业提出要实施网络化，对这一点，PLC从业人员应有清醒的认识，应对网络化的开放性、网络构成的性能/价格比和网络的可靠性、安全性、先进性上特别下功夫。 PLC的应用领域是宽阔的，还有许多领域急待开拓，如用于海关过境车辆认证(深圳盐田)、自动售药(若干中药店)在我国已有实例。另外，在离散事件系统中，如公路网交通流(车辆计数、乘客计数及停留时间计量)、物流系统、柔行制造系统(敏捷制造系统)及一切非标准随服务系统中，均可以采用PLC，进而建模和采取对策并优化。PLC的前途一片美好，一切悲观的论点是站不住脚的。至于技术进步，PLC与其它技术融合以至消失，那还需要一定的时间!2.2 PLC的硬件结构2.2.1 PLC的组成结构PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，是一种以微处理器为核心的用作数字控制的特殊计算机。它的硬件配置与一般微机装置类似，主要由中央处理单元（CPU）、输入输出单元、编程器、电源和特殊输入输出单元等组成，如图2-2所示。图2-22.2.2 PLC的工作原理（一） 扫描工作原理当PLC运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。（二） PLC扫描工作过程PLC的扫描工作过程除了执行用户程序外，在每次扫描工作过程中还要完成内部处理、通信服务工作。如图2-3所示（右图），整个扫描工作过程包括内部处理、通信服务、输入采样、程序执行、输出刷新五个阶段。整个过程扫描执行一遍所需的时间称为扫描周期。扫描周期与CPU运行速度、PLC硬件配置及用户程序长短有关，典型值为1100ms。 （三） PLC执行程序的过程及特点PLC执行程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段，如图2-4所示。 图2-4 PLC执行程序过程示意图2.3 可编程控制器的编程语言及编程软件（一） 可编程控制器的编程语言国际电工委员会（IEC）于1994年公布了PLC的编程语言标准（IEC1131-3），该标准定义了5种PLC编程语言的表达方式：梯形图LAD、语句表STL、功能块图FBD、结构文本ST、顺序功能图SFC。（1） 梯形图LAD 梯形图是在传统的继电器控制系统原理图的基础上演变而来的，在形式上类似于继电器控制电路。它继承了传统的继电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，使得程序直观易懂。大多数厂家生产的PLC都采用梯形图语言编程。如图2-5所示： 图2-5 图2-6（2） 语句表STL 语句表是与计算机汇编语言相类似的助记符表达方式，它由操作码和操作熟练部分组成。如图2-6所示。 （3） 功能块图FBD 功能块图是一种与逻辑控制电路图结构相类似的图形编程语言。它类似于“与”、“或”、“非”的逻辑电路结构的编程方式。一般来说，用这三种逻辑能够表达所有的控制逻辑。 （4） 顺序功能图SFC 顺序功能图又叫做状态转移图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，同时也是设计PLC顺序控制程序的一种有力工具。如图2-7所示。 图2-7（二） 可编程控制器的编程软件编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过PLC的RS232口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过NSTP-GR软件（或WINDOWS下软件）向PLC内部输入程序。本文将以三菱公司的编程软件配合FX2N可编程控制器进行说明。FXGPWIN编程软件是火狐 狸系列专用的WINDOWS版软件，适合于Windows环境，此软件除具有一般程序设计和Windows的一般功能外，还具有PLC遥控自动停止、中文批注以及其他特殊功能。刚进入FXGPWIN的界面如图2-8所示，约隔2秒后即显示图2-9所示界面，此界面包含（1）界面名称栏；（2）菜单栏；（3）图示工具栏；（4）工作区；（5）状态栏；（6）功能键栏。 图2-8 图2-9第三章 可编程控制器PLC的应用技术3.1 PLC控制系统设计的基本原则与步骤3.1.1 PLC控制系统设计的基本原则 (1) 大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是