毕业论文-基于plc的自动打铃控制器设计

本科生毕业设计基于PLC的自动打铃控制器的设计学院、系电气与信息工程学院专业自动化学生姓名班级学号指导教师姓名职称最终评定成绩毕业设计课题任务书院系电气与信息工程学院专业自动化指导教师学生姓名课题名称基于PLC的自动打铃控制器的设计内容及任务内容根据学校作息时间表,该控制系统的要求如下1上课铃与下课铃要分开铃声响的频率不一样,起床晚自习等时间的铃声为连续打铃,每次打铃的时间为20S2要具备时间调整功能3星期六星期日不打铃,星期一至星期五按下表所示作息时间表打铃4具有时间显示功能,要有分时和星期的显示作息时间表600起床15301615第七节课620640做操16251710第八节课640730早餐17101800晚餐820第一节预备上课铃18001845第九节课830915第一节课18551940第十节课9251010第二节课19502035第十一节课10301115第三节课2200就寝11251210第四节课2300熄灯12101320午餐午休1320第五节预备铃13301415第五节课14251510第六节课主要任务1、确定总统方案和流程框图；2、根据任务要求选择硬件设备；3、编出PLC控制程序。拟达到的要求或技术指标拟达到的基本要求能根据学校作息时间表,控制打铃上课铃与下课铃要分开铃声响的频率不一样,起床、晚自习等时间的铃声为连续打铃,每次打铃的时间为20S。星期六、星期日不打铃,星期一至星期五按作息时间表打铃，具有时间显示功能,要有分、时和星期的显示,要具备时间调整功能。起止日期工作内容2007/4/182007/4/20学生收集资料、熟悉毕业设计课题2007/4/202007/4/23总体方案设计2007/4/232007/4/30硬件系统设计进度安排2007/4/302007/5/14软件系统设计2007/5/142007/6/5编写毕业设计说明书2007/6/62007/6/11教师评阅设计，学生进行总结、准备答辩2007/6/122007/6/15毕业设计答辩主要参考资料1陈立定，吴玉香，苏开才电气控制与可编程控制器广州华南理工大学出版社，20012钟肇新，彭侃可编程控制器原理及应用（第3版）广州华南理工大学出版社，20053金广业，李景学编可编程序控制器原理与应用北京电子工业出版社，1991（TP301/5）4史国生编电气控制与可编程控制器技术北京化学工业出版社，20045杨振兴，陈登顺可编程序控制器原理和应用长沙中南工业大学出版社，19936吕景泉可编程控制器技术教程北京高等教育出版社，20017胡学林可编程控制器应用技术北京高等教育出版社，20018日本三菱公司三菱微型可编程控制器MELSECFFX系列编程手册19989日本三菱公司三菱微型可编程控制器MELSECFFX系列特殊模块编程手册199810刑郁甫、杨天民、赵积善编新编实用电工手册,北京地质出版社，1997教研室意见签名年月日院系主管领导意见签名年月日大学本科毕业设计开题报告学院、系电气与信息工程学院专业自动化学生姓名班级学号指导教师姓名职称题目基于PLC的自动打铃控制器的设计1结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写15002000字左右的文献综述。在当今社会，人们的生活质量日益提高、科技的发展也使人们的工作更加轻松。自动控制工业的发展出现了越来越多的自动化产品，使人们摆脱了以前的烦琐体力劳动。在众多的控制设备中由于PLC具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点，所以PLC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，成为工业自控设备之首。在PLC应用方面，我国也很活跃，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿人民币，应用的行业也很广。但是与其它国家相比，在机械加工及生产线方面的应用，还需要加大投入。可以预计21世纪可编程控制器将会有更大的发展，从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计及制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能水平更高的品种出现。从产品规模上看，会进一步向超小型及超大两个方向发展。从产品的配套性能上看，产品的品种会更丰富、规格会更齐备。完美的人机界面、完备的通讯设备会更好地适应各种工业控制场合的需求。从网络的发展状况来看，可编程控制器和其他工业控制计算机网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络或国际通用网络的重要组成部分，将在众多领域发挥越来越大的作用。PLC对实现我国工业自动化有重要的意义。电铃在现代社会中应用的非常广泛，学校、机关、工厂、车站、码头、医院、邮电等企事业单位通常都是以电铃作为作息时间信号,铃声已日益成为人们生活中的一部分。铃声作为作息时间信号，最原始的控制方式就是人工控制。按照作息时间表敲铃，以及后来出现了电铃但没有能实现自动控制而是由人工按电钮开关来使电铃发出铃声都是人工控制方式。随着计算机技术、自动控制技术和通讯技术的发展，出现了新兴的技术电气控制与可编程控制技术，而计算机向微型方向的一个分支发展，则出现了主要是用于控制领域的单片机。由于这些新兴的控制技术的各种应用芯片的发展。目前的自动打铃器，主要包括用单片机控制、用PLC控制、用电脑程序控制、用继电器控制这几种控制方式。继电器控制的优点是较直观形象，装置结构简单，价格便宜，抗干扰能力强。但是，这也是随之带来的一些问题。绝大多数控制继电器在长期磨损和疲劳工作条件下，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。再者，对一个具体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统要是用大量的硬件控制电路，这在更改方案时，工作量相当大，需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试，有时甚至相当于重新设计一台新的装置。总的来说这种控制方式只适用于对控制对象要求不高的小型控制系统中。单片机靠执行指令来完成各种功能，不论多高的工作时钟频率或多么好的指令时序，其排队式串行指令执行方式使得工作速度和效率大打折扣。在高速实时仿真、高速数据采集等方面显得力不从心。单片机的复位工作方式使单片机工作之初需花一段时间经历复位过程，工作时在某种干扰性突变情况下，也会复位，复杂的复位过程很可能就是工作不可靠的根源。单片机在偶然因素下，会引起程序跑飞。虽然有“看门狗”或其他抗干扰措施，在极复杂的情况下，单片机的程序仍存在跑飞的可能，从而进入“死机”。在单片机系统中，单片机的芯片通过印制板与系统中由其他集成电路组成的逻辑电路相连。一旦改变设计，可能重新制版，加长了开发周期。PLC控制方式可靠性高，抗干扰能力强高,易学易用，系统的设计、建造工作量小，维护方便，用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。2选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。学校以及一些企事业单位通常使用电铃声作为上下班、上下课等作息时间信号。电铃已是学校以及一些企事业单位不可缺少的设备。铃声的自动控制系统摆脱人工打铃、打钟的繁琐，铃声的单调乏味，以及控制时间的长短不便，把人们从繁烦的操作中解放出来，也最大限度的缓解各企事业单们的资金负担,所以说自动打铃器有着广阔的市场,非常好的前景。用PLC控制方式具可靠性高，抗干扰能力强的特点，更能适应恶劣的环境。设计采用的是FX2N32MR001PLC来控制数码管的显示和铃声的输出，时、分、星期显示均采用7448进行外部七段译码。其中时间显示为动态显示，星期显示为静态显示，该系统能根据作息时间表自动控制电铃,有时间星期显示调节及周末、假期控制功能。3工作进度及具体安排。2007/4/182007/4/20学生收集资料、熟悉毕业设计课题2007/4/212007/4/23总体方案设计2007/4/242007/4/30硬件系统设计2007/5/12007/5/14软件系统设计2007/5/152007/6/5编写毕业设计说明书2007/6/62007/6/11教师评阅设计，学生进行总结、准备答辩2007/6/122007/6/15毕业设计答辩4指导教师意见。指导教师年月日摘要学校以及一些企事业单位通常使用电铃声作为上下课、上下班等作息时间信号。电铃已是学校以及一些企事业单位不可缺少的设备，随着社会的发展不但对其需求量越来越大，对电铃的自动控制要求也越来越高，于是人们设计了通过不同控制方式来实现的自动打铃系统。本文介绍一种采用三菱PLC控制的作息时间自动打铃控制系统，详细地阐述了系统的组成、系统硬件接线和系统软件设计，并详细介绍了系统工作原理。该系统具有外设电路配置简单、扩展方便、操作容易，可靠性高实用性强等特点。该系统用于学校电铃的自动控制，具有周末和假期控制功能和星期与时间的显示功能，实现了作息时间无人控制的自动化、科学化管理与操作。关键词作息时间控制系统，PLC，I/O接线，软件设计ABSTRACTSCHOOLUSESTHEELECTRICITYTINKLEOFBELLSTOBEWORKANDRESTTIMESIGNALSUCHASONOROFFDUTY,GOINGAHEADTOFINISHCLASSGENERALLYASWELLASSOMEANXIOUSLYEXPECTINSTITUTIONTHEELECTRICBELLHASALREADYBEENTHATSCHOOLANDAFEWANXIOUSLYEXPECTESSENTIALEQUIPMENTOFINSTITUTION,HASBEENWITHTHEDEVELOPMENTOFSOCIETYNOTONLYMOREANDMOREBIGTOITSNEEDAMOUNTS,THEAUTOCONTROLTOTHEELECTRICBELLHASDEMANDEDALSOMOREANDMOREHIGHLY,PEOPLEHASDESIGNEDTHATTHEAUTOMATIONBYTHEFACTTHATDIVERSITYCOMESTRUECOMINGTHECONTROLMODESTRIKESBELLSYSTEMTHEREUPONONEKINDOFTHEWORKANDRESTTHATPLCCONTROLSWITHADOPTMITSUBISHITIMETHEMAINBODYOFABOOKISINTRODUCEDHASSTRICKENBELLNAVALVOLUNTARILY,COMPOSITION,SYSTEMHARDWARECONNECTIONANDSYSTEMSOFTWAREHAVINGSETFORTHSYSTEMDETAILEDLYHAVEDESIGNED,ANDINTRODUCEDDETAILEDLYSYSTEMOPERATINGPRINCIPLETHATSYSTEMISEASYTOHAVETHEOUTSIDESETTINGUPTHECIRCUITDEPLOYGOINGTOTHELAVATORYSIMPLE,EXTENDED,HANDLE,THEGOODPRAGMATISMOFRELIABILITYWAITSFORACHARACTERISTICBYFORCEHAVEOWEDSYSTEMTHEAUTOCONTROLBEINGUSEDFORSCHOOLELECTRICBELL,HAVEHADTHEWEEKENDANDVACATIONCONTROLLINGTHEFUNCTIONANDTHEWEEKDISPLAYFUNCTIONWITHTIME,HAVEREALIZEDTHEAUTOMATIONTHATTHEWORKANDRESTTIMESELFSERVICECONTROLS,HAVESCIENTISTADMINISTRATIONANDOPERATIONKEYWORDSCONTROLSYSTEMOFDAILYSCHEDULE,PLC,I/OWORKSATELEPHONESWITCHBOARD,THESOFTWAREISDESIGNED目录第1章绪论111系统背景112课题的目的和意义113本人的主要工作2第2章方案的论证321继电器控制322单片机控制323PLC控制4第3章可编程控制概述531可编程控制器的基本概念532可编程控制器的发展历史533PLC的发展方向及前景634PLC的应用领域735PLC的主要技术指标836PLC的选型937FX2N功能介绍1338FX2N规格型号14第4章系统总体设计1841系统组成1842显示接口电路18437448芯片介绍2044电铃电路2245PLC的硬件设计22451PLC的选型22452PLCI/O端口的分配2346系统I/O接线图2447系统作息时间表及要求2448系统工作原理25第5章软件设计及调试2651系统流程图2652总体程序的设计26521计时及时间调节程序27522显示程序27523作息时间表程序28524控制程序3053程序的调试31结论35致谢36参考文献36附录程序清单37第1章绪论11系统背景学校、机关、工厂、车站、码头、医院、邮电等企事业单位通常都是以电铃作为作息时间信号,铃声已日益成为人们生活中的一部分。铃声作为作息时间信号，最原始的控制方式就是人工控制。按照作息时间表敲铃，以及后来出现了电铃但没有能实现自动控制也是由人工按电钮开关来电铃发出铃声都是人工控制方式。随着计算机技术、自动控制技术和通讯技术的发展，出现了新兴的技术电气控制与可编程控制技术，而计算机向微型方向的一个分支发展，则出现了主要是用于控制领域的单片机。由于这些新兴的控制技术的各种应用芯片的发展，人们用不同的方法实现打铃的自动化。目前的自动打铃器，主要包括用单片机控制、用PLC控制、用电脑程序控制、用继电器控制这几种控制方式。12课题的目的和意义本次设计的作息时间控制系统采用的是可编程控器控制方式。可编程控制器的英文为PROGRAMMABLECONTROLLER，在二十世纪7080年代一直简称为PC。由于到90年代，个人计算机发展起来，也简称为PC；加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国AB公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器PLCPROGRAMMABLELOGICCONTROLLER，为了方便，仍简称PLC为可编程序控制器。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是“PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”由于PLC具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点，所以PLC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,成为工业自控设备之首。在PLC应用方面，我国也很活跃，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿人民币，应用的行业也很广。但是与其它国家相比，在机械加工及生产线方面的应用，还需要加大投入。可以预计21世纪可编程控制器将会有更大的发展从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计及制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能水平更高的品种出现。从产品规模上看，会进一步向超小型及超大两个方向发展。从产品的配套性能上看，产品的品种会更丰富、规格会更齐备。完美的人机界面、完备的通讯设备会更好地适应各种工来控制场合的需求。从网络的发展状况来看，可编程控制器和其他工业控制计算机网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展主向。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络或国际通用网络的重要组成部分，将在众多领域发挥越来越大的作用。PLC对实现我国工业自动化有重要的意义1。虽然用其它三种控制方式也可以实现作息时间控制的自动化，但是用PLC控制方式具可靠性高，抗干扰能力强的特点，PLC无故障时间高达30万小时，更能适应恶劣的环境。铃声的自动控制系统摆脱人工打铃、打钟的繁琐，铃声的单调乏味，以及控制时间的长短不便，把人们从繁烦的操作中解放出来，也最大限度的缓解各企事业单们的资金负担，真正实现打铃的无人看守。13本人的主要工作本课题主要通过研究PLC来控制打铃和时间星期显示来了解PLC的工作原理及编程方法。硬件电路的设计,分析电铃电路了解电铃的工作原理,了解各种显示器的型号及工作原理，查阅资料选择七段译码显示器芯片，分析系统控制的输入与输出点数，根据输入输出点数确定PLC的型号，设计PLC控制系统的I/O接线图，根据系统总体要求编写梯形图，最后用GXDEVELOPER软件进行仿真调试，调试的结果很成功，该系统能根据作息时间表自动控制电铃,有时间、星期显示及周末、假期控制功能。第2章方案的论证21继电器控制继电器控制的优点是较直观形象，装置结构简单，价格便宜，抗干扰能力强。但是，这也是随之带来的一些问题。绝大多数控制继电器在长期磨损和疲劳工作条件下，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。再者，对一个具体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统要是用大量的硬件控制电路，这在更改方案时，工作量相当大，需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试，有时甚至相当于重新设计一台新的装置。总的来说这种控制方式只适用于对控制对象要求不高的小型控制系统中2。22单片机控制单片微型计算机SINGLECHIPMICROCOMPUTER，简称单片机，就是将微处理器CPU、存储器存放程序或数据的ROM和RAM、总线、定时器/计数器、输入/输出接口I/O口和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计算机。单片机的主要特点有可靠性高、便于扩展、控制功能强、低电压、低功耗、片内存储容量较小,除此之外单片机还具有集成度高，体积小，性价比高，应用广泛，易于产品化等特点。但是，单片机存在不可克服的缺点和弱点，如低速单片机靠执行指令来完成各种功能，不论多高的工作时钟频率或多么好的指令时序，其排队式串行指令执行方式使得工作速度和效率大打折扣。在高速实时仿真、高速数据采集等方面显得力不从心。复位工作方式单片机工作之初，需花一段时间经历复位过程；工作时，在某种干扰性突变情况下，也会复位，复杂的复位过程很可能就是工作不可靠的根源。程序跑飞偶然因素，会引起程序跑飞。虽然有“看门狗”或其他抗干扰措施，在极复杂的情况下，单片机的程序仍存在跑飞的可能，从而进入“死机”。在单片机系统中，单片机的芯片通过印制板与系统中由其他集成电路组成的逻辑电路相连。一旦改变设计，可能重新制版，加长了开发周期。23PLC控制1可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，严格的生产工艺制造，内部电路采用了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触控制系统相比，电气接线及开关接点已减少到原来的数百甚至数千分之一，故障也将随之大大降低。此外，PLC具有硬件故障的自我检测功能，出现故障时可及时发出报警信息。在应用软件中，用户还可以编入外围器件的故障自诊断程序，是系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统就具有了极高的可靠性3。2配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各个规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能外，现代PLC大多数具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。3易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备，其编程语言易于为工程技术人员接受。像梯形图语言的图形符号和表达方式与继电器电路图非常接近，只用PLC的少量开关逻辑控制指令就可以方便地实现继电接触器电路的功能。4系统设计周期短，维护方便，改造容易PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大地减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计周期大大缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序来改变生产过程成为可能。因此很适合多品种、小批量的生产场合。5体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，其新近产品的品种底部尺寸小于100，重量小于150G，2M功耗。仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。由于作息时间自动控制系统，要求能长期稳定工作，软件可修改性强和设备易于维护，综合上述各控制方式的特点该系统采用PLC来控制。第3章可编程控制概述31可编程控制器的基本概念国际电工委员会（INTERNATIONALELECTRICALCOMMITTEE）在1987年颁布的PLC标准草案中对PLC作了如下定义“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应安装易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”1可编程控制器是“数字运算操作的电子装置”，其中带有“可以编制程序的存储器”，可以进行“逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算”工作，可以认为可编程控制器具有计算机的基本特征。事实上，可编程控制器无论从内部构造、功能及工作原理上看都不折不扣的是计算机。2可编程控制器是“为工作环境下应用”而设计的计算机。工业环境和一般办公环境有较大的区别，PLC具有特殊的构造，是它能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。为了能控制“机械或生产过程”，它又要能“易于与工业控制系统形成一个整体”这些都是个人计算机不可能做到的。因此可编程控制器不是普通的计算机，它是一种工业现场使用的计算机。3可编程控制器能控制“各种类型”的工业设备及生产过程。它“易于扩展其功能”，它的程序能根据控制对象的不同要求，让使用者“可以编制程序”。也就是说，可编程控制器较其以前的工业控制计算机，如单片机工业控制系统，具有更大的灵活性，它可以方便地应用在各个场合，是一种通用的工业控制计算机。相对一般意义上的计算机，可编程控制器并不仅仅具有计算机的内核，它还配置了许多使其适用于工业控制的器件。它实质上是经过一次开发的工业控制用计算机。但是，从另一个方面来说，它是一种通用机，不经过二次开发，它就不能在任何具体的工业设备上使用4。32可编程控制器的发展历史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。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中获得了广泛的应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。许多可编程控制器的生产厂家已闻名于全世界。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业控制的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机及超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各种控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通讯单元，使应用可编程控制器的工业控制设置的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用得到了长足的发展。PLC经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。产量产值大幅度上升而价格则不断下降。世界上PLC产品可按地域分成三大流派一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品。美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离情况下独立研究开发的，因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性。而日本的PLC技术是由美国引进的，对美国的PLC产品有一定的继承性，但日本的主推产品定位在小型PLC上。美国和欧洲以大中型PLC而闻名，而日本则以小型PLC著称。目前，世界上有200多个厂家生产PLC，较有名的美国AB通用电气、莫迪康公司；日本三菱、富士、欧姆龙、松下电工等；德国西门子公司；法国TE施耐德公司；韩国三星、LG公司等。33PLC的发展方向及前景目前，国外PLC制造商不断推出新产品。西门子最初推出S5系列，然后推出S7系列；三菱开始是F系列，FX系列，现在是A系列（A1、A2、A2X）。大趋势是功能越来越多，集成度越来越高，网络功能越来越强。特别是网络，因为联网是一个大潮流。1产品规模向大、小两个方向发展大I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。小由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。2PLC在闭环过程控制中应用日益广泛3不断加强通讯功能4新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。5编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统。6发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。7追求软硬件的标准化。预计21世纪可编程控制器将会有更大的发展目前的积散控制系统（DISTRIBUTEDCONTROLSYSTEM）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络或国际通用网络的重要组成部分，将在众多领域发挥越来越大的作用5。34PLC的应用领域1开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，可用它取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控制及自动化流水线。2模拟量控制在工业生产过程中，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能处理模拟量信号，PLC厂家生产有配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器可用于模拟量控制。3运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配制来说，早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在可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。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控制是一般闭环控制系统中常用的控制方法。目前不仅大中型PLC都有PID模块，而且许多小型PLC也具有PID功能。PID处理一般是运行专用的PID子程序。5数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、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。这些数据可以与储存在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作。6通信及联网PLC通信包含PLC之间的通信以及PLC与其他智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展将会加快，各PLC厂商都十分重视PLC的通讯功能，纷纷推出各自的网络系统。最新生产的PLC都具有通讯接口，实现通讯非常方便。35PLC的主要技术指标1存储器容量存储器用来存储程序和系统参数等，其容量是由用户程序存储器组成的。程序存储器容量大小决定了用户所能编写程序的最大长度，一般中小型的PLC的存储器容量在16KB以下，大型的PLC可达到2MB左右。2输入/输出（I/O）点数输入/输出点数是指根据工业系统控制所得到的对应PLC的输入/输出端的个数。I/O点数越多，说明需要控制的器件和设备就越多。3扫描时间扫描时间是指CPU内部根据用户程序，按逻辑顺序，从开始到结束扫描一次所需的时间。PLC用户手册一般给出执行指令所用的时间。4指令种类和数量指令的种类和数量决定用户编制程序的方式和PLC的处理能力和控制能力。5内部寄存器的种类的数量内部寄存器主要包括定时器、计数器、中间继电器、数据寄存器和特殊寄存器等。它们主要用来完成计时、技术、中间数据存储、数据存储还有其他一些功能。种类和数量越多，PLC的功能就越强大。6扩展能力PLC扩展能力是指PLC是否具有I/O扩展、联网等一些功能。7智能模块的种类的数量智能模块是指能完成模拟量控制、远程控制以及通信等功能的模块。智能模块种类和数量越多。说明PLC功能越强大。8编程工具可以使用编程器或者使用专用的编程软件。一般编程只能使用助记符语言，而用编程软件则可使用梯形图和助记符等语言来进行编程6。36PLC的选型1、输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加1020的可扩展。2、存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25考虑余量。3、控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。（1）运算功能简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在PLC中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。2控制功能控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。3通信功能大中型PLC系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工业以太网、常用DCS接口等；大中型PLC通信总线（含接口设备和电缆）应11冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。PLC系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1MBPS，通信负荷不大于60。PLC系统的通信网络主要形式有下列几种形式PC为主站，多台同型号PLC为从站，组成简易PLC网络；1台PLC为主站，其他同型号PLC为从站，构成主从式PLC网络；PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网；专用PLC网络（各厂商的专用PLC通信网络）。为减轻CPU通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、工业以太网）通信处理器7。4编程功能离线编程方式PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。五种标准化编程语言顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如C，BASIC等，以满足特殊控制场合的控制要求。5诊断功能PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。6处理速度PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。目前，PLC接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0204LS，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足小型PLC的扫描时间不大于05MS/K；大中型PLC的扫描时间不大于02MS/K。4、机型的选择1PLC的类型PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。按结构形式分类根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。整体式PLC整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。模块式PLC模块式PLC是将PLC各组成部分，分别做成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。按功能分类根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。高档PLC除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。小型PLCI/O点数2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量816K如S7400德国西门子公司GEGE公司C2000立石公司K3三菱公司按输出形式分类按输出形式分可分为R继电器输出有触点，可带交直流负载；S双向晶闸管输出（无触点，带交流负载）；T晶体管输出（无触点，带直流负载）。5、经济性的考虑选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。因需要7个输入点，14个输出点，考虑到实际应用留有一定的I/O端口余量，且电铃为直流负载，由于三菱FX2N系列的PLC在小型控制系统中比较占有优势和市场，本次设计也是小型的控制系统，我们学习的也是三菱FX2N系列的PLC，所以我们采用我们熟悉的三菱FX2N32MR001来控制该系统8。37FX2N功能介绍FX2N系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。控制规模16256点（基本单元16/32/48/64/80/128点）特点（1）集成型高性能。CPU、电源、输入输出三位一体。对6种基本单元，可以以最小8点为单元连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出256点。（2）高速运算基本指令008S/指令应用指令152数100S/指令（3）安心、宽裕的存储器规格内置8000步RAM存贮器，安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。（4）丰富的软元件范围辅助继电器3072点定时器256点计数器235点数据寄存器8000点（5）除了具有输入输出16256点的一般速途，还有模拟量控制、定位控制等特殊控制。（6）面向海外的产品适合各种安全规格为大量实际应用而开发的特殊功能开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要模拟I/O，高速计数器。定位控制达到16轴，脉冲串输出或为J和K型热电偶或PT传感器开发了温度模块。对每一个FX2N主单元可配置总计达8个特殊功能模块。网络和数据通信连接到世界上最流行的开放式网络CCLINK，PROFIBUSDP和DEVICENET或者采用传感器层次的网络解决您的通信需要。38FX2N规格型号FX2N系列PLC可以分为交流输入和直流输入两大类。交流输入见表31，直流输入见表329。表31交流电源、24V直流输入类型输入输出模型I/O总数数目类型数目类型尺寸MM英寸）（宽）X（厚）X（高）FX2N16MR001继电器FX2N16MT168漏型8晶体管130X87X90512X34X35FX2N32MR001继电器FX2N32MT3216漏型16晶体管150X87X9059X34X35FX2N48MR001继电器FX2N48MT4824漏型24晶体管182X87X9072X34X35FX2N64MR001继电器FX2N64MT6432漏型32晶体管220X87X9087X34X35FX2N80MR001继电器FX2N80MT8040漏型40晶体管285X87X90112X34X35FX2N128MR001继电器FX2N128MT12864漏型64晶体管350X87X90138X34X35表3224V直流电源、24V直流输入类型输入输出模型I/O总数数目类型数目类型尺寸MM英寸）（宽）X（厚）X（高）FX2N32MRD继电器FX2N32MTD3216漏型16晶体管150X87X9059X34X35FX2N48MRD继电器FX2N48MTD4824漏型24晶体管182X87X9072X34X35FX2N64MRD继电器FX2N64MTD6432漏型32晶体管220X87X9087X34X35FX2N80MRD8040漏型40继电器285X87X90112X34X35FX2N系列PLC的技术指标包括一般技术指标、电源技术指标、输入技术指标、输出技术指标和性能技术指标。表33给出了性能技术指标10。表33FX2N性能技术指标项目规格备注运转控制方法通过储存的程序周期运转I/O控制方法批次处理方法（当执行END指令时）I/O指令可以刷新运转处理方法基本指令008S应用指令152至几百S指令编程语言逻辑梯形图和指令清单使用步进梯形图能生成SFC类型程序程式容量8000步内置使用附加寄存器盒可扩展到16000步指令数目基本顺序指令27步进梯形指令2应用指令128最大可用298条应用指令I/O配置最大硬体I/O配置256，依赖于用户的选择（最大软件可设定地址输入256、输出256）一般500点M0到M499锁定2572点M384至M3071辅助继电器（M线圈）特殊256点M8000至8255一般490点S0至S499初始10点（子系统）S0至S9T0至T199状态继电器锁定400点S500至S899（S线圈）信号报警器100点S900至S999100毫秒范围0至32767秒200点T0至T19910毫秒范围0至32767秒46点T200至T2451毫秒保持型范围0001至32767秒4点T246至T249定时器（T）100毫秒保持型范围0至32767秒6点T250至T255一般范围0至32767数200点C0至C199类型16位上计数器锁定16位100点（子系统）C100至C199类型16位上计数器一般32位范围2147483648至32147483648数目35点C200至C219类型32位上/下计数器计数器（C）锁定32位15点C220至C234类型32位上/下计数器单相C235至C2406点单相C/W起始停止输入C241至C2455点双相C246至C2505点高速计数器（C）A/B相范围21474836482147483648数一般规则选择组合计数频率不大于20KHZ计数器组合注意所有的计数器都锁定。C251至C2525点一般200点D0至D199类型32位元件的16位数据存储寄存器数据寄存器（D）锁定7800点D200至D7999类型32位元件的16位数据存储寄存器文件寄存器7000点D1000至D7999通过14块500程式步的参数设置类型16位数据存储寄存器特殊256点从D8000至D8255类型16位数据存储寄存器变址16点V0至V7和Z0至Z7类型16位数据存储寄存器指标（P）用于CALL128点N0至P127嵌套层次用于MC和MRC时8点N0至N7十进位K16位32768至3276832位2