基于组态的自动售货机PLC控制

1、常州信息职业技术学院 学生毕业设计（论文）报告 系 别： 机电工程系 专 业： 机电一体化 班 号： 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 设计（论文）题目： 基于组态的自动售货机 PLC 控制 指 导 教 师： 设 计 地 点： 常州信息职业技术学院 起 迄 日 期： 09.08.0109.08.30 毕毕业业设设计计（论论文文）任任务务书书 专业专业 机电一体化机电一体化 班级班级 姓名姓名 一、课题名称：一、课题名称： 基于组态的自动售货机基于组态的自动售货机 PLC 控制控制 二、主要技术指标二、主要技术指标：1、此售货机可投入 1 元、 5 元或 10 元硬币。 2、当投入的硬币总值超

2、过 12 元时，汽水按钮指示灯亮；当投入的硬币总值超过 15 元时，汽水及 咖啡按钮指示都亮。 3、当汽水按钮灯亮时，按汽水按钮，则汽水排出 7s 后自动停止，这段时间内，汽水指示灯闪烁动。 4、当咖啡按钮灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡排出 7s 后自动停止，这段时间内，咖啡指示灯闪烁动。 5、若投入硬币总值超过按钮所需的钱数（汽水 12 元，咖啡 15 元）时，找钱指示灯亮，表示找钱动 作， 并退出多余的钱, 找钱、汽水及咖啡的指示灯为 6.3V 指示灯。 6、完成组态环境的设计、PLC 控制程序设计，组态与 PLC 的通讯。 三、工作内容和要求三、工作内容和要求：1、应用 PLC 的原理、特点

3、、功能 2、自动售货机的历史、发展前景 3、应用 PLC 基本功能指令的使用方法 4、自动售货机的组态界面的设计 5、PLC 与组态画面之间的连接通讯 6、整体调试、完成设计报告 四、主要参考文献：四、主要参考文献： 1夏新明、黄鸿、高岩编著.可编程控制器技术及应用第二版M.北京理工大学出版社,2007.6 . 2周美兰、周封、王岳宇编著.PLC 电气控制与组态设计M.科学出版社,2004.8. 3 马国华监控组态软件及其应用M清华大学出版社,2004,8. 4 钟肇新，范建东，冯太合可编程控制器原理及应用M华南理工大学出版社,2008,2. 5 封定国组态软件在实验教学中的应用J教学研究，2

4、007,(8):58-59. 6 博傲自动化科技FP 系列松下 PLC 编程手册J/OL辽宁：沈阳博傲自动化科技有限公司 7 叶磊基于力控组态软件的压力机监控系统D广西大学，控制工程硕士论文，2008，48 8 袁云龙基于组态软件的 PLC 控制系统仿真实现J自动化仪表，2006，(5):57 一 58 9 贾德胜PLC 应用开发实用子程序M北京：人民邮电出版社，2006 10汪志锋工控组态软件M北京：电子工业出版社，2007 学 生（签名） 年 月 日 指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日 系 主 任（签名） 年 月 日 毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）开

5、题报告 设计（论文题目）设计（论文题目） 自自 基于组态的自动售货机基于组态的自动售货机 PLCPLC 控制控制 一、选题的背景和意义： 自动售货机是一种的新型商业形态，是时代进步的产物在中国各大城市正日益受到消费者的 推崇，其内所售的产品已成为时尚的标志、尤其成为年轻人-学生的最爱。 学校是最能体现自 动售货机消费功能的场所，亦是销售业绩最好的商业网点。自动售货机是一种集销售与展示于一 体的新型商业形态，是时代进步的产物在中国各大城市正日益受到消费者的推崇，其内所售的产 品已成为时尚的标志、尤其成为年轻人的最爱。 学校是经营自动售货机的最理想的黄金场所。 因 为学生大多是独生了手上经济较宽松

6、，同时，校园内商业设施较少，所以购买力非常的大。 二、课题研究的主要内容： 1、应用 PLC 的原理、特点、功能 2、自动售货机的历史、发展前景 3、应用自动售货机的原理 4、应用 PLC 基本功能指令的使用方法 5、自动售货机的组态界面的设计 6、PLC 与组态画面之间的连接通讯 7、完成毕业设计说明书 8、翻译约 3000 字的英文资料 三、主要研究（设计）方法论述： 本文从不同方面论述了自动售货机的有关内容。先从自动售货机的原理入手，利用 PLC 来实 现整体控制，利用组态软件来展示自动售货机的实际画面和模拟工作过程,参考资料从多方面分 析自动售货机的设计过程,且本文分析简洁明了,使文章

7、有说服力。 四、设计（论文）进度安排： 时间（迄止日期） 工 作 内 容 8.18.5选题，查找、分析资料、完成开题报告 8.68.7 熟悉自动售货机要求，确定输入输出设备 8.88.10 选择 PLC，设计出初步控制程序 8.118.13 设计系统流程图，设计程序，PLC 程序模拟调试 8.148.17 利用组态软件设计自动售货机的组态画面 8.188.21 对 PLC 和组态软件进行数据连接调试 8.228.25 完成初稿，交指导老师审阅 8.268.27 完善初稿 8.278.30 完成论文并定稿，答辩 五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日 六、系部意见： 系主任签名： 年 月

8、 日 目目 录录 第第 1 1 章章 自动售货机介绍自动售货机介绍 .1 1 1.1 自动售货机功能分析.1 1.1.1 自动售货机的基本功能.1 1.2 PLC 的选型原则 .2 1.3 PLC 的概述 .2 1.3.1 PLC 的产生 .2 1.3.2 PLC 的定义.3 1.3.3 PLC 的发展趋势 .3 1.3.4 PLC 的特点.4 1.3.5 PLC 的主要功能.6 1.4 PLC 的基本结构及原理 .7 1.4.1 PLC 的系统结构.7 1.4.2 PLC 各部分的作用.7 第第 2 2 章章 松下电工松下电工 PLCPLC 编程工具介绍编程工具介绍 .1010 2.1 松下

9、电工 PLC 编程工具简介 .10 2.1.1概述 .10 2.1.2FPWIN-GR 软件操作说明.10 2.1.3FPWINGR 应用举例 .14 2.2 FP 编程器介绍 .15 2.2.1 FP 编程器键盘功能介绍.15 2.2.2 指令输入方式 .18 2.2.3 清除命令 .19 第第 3 3 章章 组态软件选型及与组态软件选型及与 PLCPLC 的通信的通信 .2020 3.1 监控组态软件简介 .20 3.2 力控监控组态软件简介.20 3.2.1 ForceControl 集成环境.21 3.2.2 ForceControl 中还包含其它可选程序组件.21 3.2 组态软件与

10、 PLC 通讯设置 .22 3.2.1 建立工程 .22 3.2.2 创建点 .22 3.3.3 定义 I/O 设备.24 3.3.4 创建窗口 .25 3.3.5 制作动画连接 .26 3.3.6 配置系统 .27 第第 4 4 章章 自动售货机自动售货机 PLCPLC 控制与监控组态设计控制与监控组态设计 .2828 4.1 基于组态的仿真系统组成.28 4.2 自动售货机功能分析.28 4.3 自动售货机总体的设计任务.29 4.4 基于组态售货机控制程序设计.29 4.4.1 控制程序设计的说明 .29 4.4.2 PLC 控制程序设计 .29 4.5 仿真界面的设计 .38 4.6

11、仿真界面中各变量的定义.40 5 5 结论结论 .5151 6 6 答谢辞答谢辞 .5252 7 7 参考文献参考文献 .5252 附录附录：自动售货机完整的：自动售货机完整的 PLCPLC 梯形图程序梯形图程序 .5353 基于组态的自动售货机基于组态的自动售货机 PLCPLC 控制控制 摘要：摘要：目前 PLC 作为现在仪器发展的一个全新方向，越来越受到人们的关注。现在 PLC 不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也有着十分重要的作用。本论文首 先讨论了什么是 PLC，及其特点和功能。然后介绍了自动售货机的基本原理以及工作流 程，然后以一次交易过程为例，把交易过程分为几个程序块，

12、然后分别对程序块进行编 程，并且利用组态软件模拟自动售货机交易的真实画面和环境，利用松下 PLC 来实现整 个系统的控制，通过 PLC 控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证自动售货机能够 长期稳定运行。 关键词：关键词：自动售货机；组态；PLC Abstract: PLC as the current development of the epuipment is now a new direction,and attracts more and more peoples attention .The PLC not only make great a importance in the

13、logic control, but also in the motion control, process control and other fields. This paper discuss that what is the PLC ,PLCs features and function firstly. Then this article introduced vending machines basic principle as well as the work flow, then take a transaction process as examples, divides i

14、nto several blocks the transaction process, then carries on the programming separately to the block. Explained the programmable controllers in vending machine function specifically. The procedure involved the vending machine work major part process. Enhanced systems stability using the PLC controls

15、vending machine, the guarantee vending machine has been able the long-term stability movement. Key word: vending machine;Configuration;Programmable control 第第 1 1 章章 自动售货机介绍自动售货机介绍 1.11.1 自动售货机功能分析自动售货机功能分析 这部分阐述了自动售货机的各种动作功能和控制要求，给出了完整的自动售货机 操作规程，并介绍了自动售货机运行系统种所包括的人工操作步骤。 1.1.11.1.1 自动售货机的基本功能自动售货机

16、的基本功能 在进行上、下位机程序编写之前，首先要做的工作是确定自动售货机本身所具备 的功能及在进行某种操作后所具有的状态。 在实际生活中，我们见到的售货机可以销售一些简单的日用品，如饮料、常用药 品和小的生活保健用品等。售货机的基本功能就是对投入的货币进行运算，并根据货 币数值判断是否能够购买某种商品，并作出相应的反应。举一个简单的例子来说明， 例如：售货机中有 8 中商品，其中 01 号商品（代表第一种商品）价格为 2.60 元，02 商品为 3.50 元，其余类推。现投入 1 个 1 元硬币，当投入的货币超过 01 商品的价格时， 01 商品的选择按钮处应有变化，提示可以购买，其他商品同比

17、。当按下选择 01 商品的 价格时，售货机进行减法运算，从投入的货币总值中减去 01 商品的价格同时启动相应 的电机，提取 01 号商品到出货口。此时售货机继续进行等待外部命令，如继续交易， 则同上，如果此时不再购买而按下退币按钮，售货机则要进行退币操作，退回相应的 货币，并在程序中清零，完成此次交易。由此看来，售货机一次交易要涉及加法运算、 减法运算以及在退币时的除法运算，这是它的内部功能。还要有货币识别系统和货币 的传动来实现完整的售货、退币功能。自动售货机的工作流程图如图 1.1 所示。 图 1.1 自动售货机工作流程图 1.21.2 PLCPLC 的选型原则的选型原则 当某一个控制任务

18、决定由 PLC 来完成后，选择 PLC 就成为最重要的事情。一方面 要选择多大容量的 PLC ,另一方面是选择什么公司的 PLC 及外设。 对第一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的 I/O 点找出来，包括 开关量 I/O 和模拟量 I/O 以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。控制系统输出 点的类型非常关键，如果他们之中既有交流 220V 的接触器、电磁阀，又有 24V 的指示 灯，则最后选用的 PLC 的输出点数有可能大于实际电数。因为 PLC 的输出点一般是几 个一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。所以一旦它们是交 流 220V 的负载负载使用。则直

19、流 24V 的负载只能使用其他的输出端了。这样有可能造 成输出点浪费，增加成本。所以要尽可能选择相同等级和种类的负载，比如使用交流 220V 的指示灯等。一般情况下继电器输出的 PLC 使用最多，但对于要求高速输出的情 况，就要使用无触点的晶体管输出的 PLC 了。 对第二个问题，则有以下几个方面要考虑： （1）功能方面 所有 PLC 一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道 所选用的 PLC 是否有能力控制任务。如对 PLC 与 PLC、PLC 与智能仪表及上位机之间 有灵活方便的通信要求；或对 PLC 的计算速度、用户程序容量等有特殊要求；或对 PLC 的位置控制有特殊要求等。这就

20、要求用户对市场上流行的 PLC 品种有一个详细的了解， 以便做出正确的选择。 （2）价格方面 不同厂家的 PLC 产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、 I/O 点数相当的 PLC 的价格能相差 40%以上。在使用 PLC 较多的情况下，这样的差价当 然是必须考虑的因数。 PLC 主机选定后，如果控制系统需要，则相应的配套模块也就选定了。 1.31.3 PLCPLC 的概述的概述 1.3.11.3.1 PLCPLC 的产生的产生 20 世纪 20 年代起，人们把各种继电器。定时器。接触器及其触点按一定的逻辑关系 连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制

21、系统.由于它结构简单。容易掌握。价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用 面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位.但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设 备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是 靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘 就要更换，所以通用性和灵活性较差. 20 世纪 60 年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断 更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置.为抛弃 传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968 年美国通用汽车 公司

22、公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是： （1） 编程方便，可现场修改程序 （2） 维修方便，采用插件式结构 （3） 可靠性高于继电器控制装置 （4） 体积小于继电器控制盘 （5） 数据可直接送入管理计算机 （6） 成本可与继电器控制盘竞争 （7） 输入可以是交流 150V 以上 （8） 输出为交流 115V，容量要求在 2A 以上，可直接驱动接触器，电磁阀等 （9） 扩展时原系统改变最小 （10）用户存储器至少能扩张到 4KB（适应当时汽车装配过程的需要） 十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大 规模生产线的流程控制。 1.3.21.

23、3.2 PLCPLC 的定义的定义 美国国际电工委员会（IEC）在 1987 年对可编程序控制器做出如下定义：可编程序 控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的 存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功 能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生 产过程。可遍程序控制器极其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整 体，易于扩展其功能的原则而设计。 定义强调了 PLC 应直接应用与工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适 应能力和应用范围。这也是区别与一般微机控制系统的一个重

24、要特征。 定义还强调了 PLC 是“数字运算操作的电子系统” ，他也是一种计算机，它是“专为 在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令” ，因 此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作，它还具有 “数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体” ，易 于“扩充” 。 1.3.3 PLC 的发展趋势的发展趋势 PLC 总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向 发展。具体表现在以下几个方面。 （1）向小型化、专用化、低成本方向发展 随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高功能和降低价格

25、，使 PLC 结构更 为 凑，相当与一本精装本书的大小，操作使用十分方便。PLC 的功能不断增加，将原来大、 中型 PLC 才有的功能部分地移植到小型 PLC 上。 （2）向大容量、高速度方向发展 大型 PLC 采用多微处理器系统，有的采用了 32 位微处理器，可同时进行多任务操 作，处理速度提高，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外，存储容量大大增 加。 （3）智能型 I/O 模块的发展 智能型 I/O 模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们的 CPU 与 PLC 的主 CPU 并行工作，占用主 CPU 的时间很少，有利于提高 PLC 的扫描速度。 （4）基于 PC 的编程软件

26、取代编程器 随着计算机的日益普及，越来越多的用户使用基于个人计算机上的编程软件。编 程软件可以对 PLC 控制系统的硬件组态，即设置硬件的结构和参数，例如设置各框架各 个插槽上模块的型号、模块的参数、各串行通行接口的参数等。 （5）PLC 编程语言的标准化 与个人计算机相比，PLC 的硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。在 硬件方面，各厂家的 CPU 模块和 I/O 模块互不通用。PLC 的编程语言和指令系统的功能 和表达式也不一致，因此各厂家的可遍程序控制器互不兼容。为了解决这一问题，IEC 制定了可遍程序控制器标准。标准中共有 5 种编程语言，允许编程者在同一程序中使用 多种编程语

27、言，这使编程能够选择不同的语言来适应特殊的工作。 （6）PLC 通信的易用化 PLC 的通信联网功能使它能与个人计算机和其他智能控制设备交换数字信息，使 系统形成一个统一的整体，实现分散控制和集中控制。 （7）组态软件与 PLC 的软件化 个人计算机（PC）的价格便宜，有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互 的功能。 （8）PLC 与现场总线相结合 现场总线 I/O 与 PLC 可以组成功能强大的、廉价的 DCS 系统。 （9）开发新型特殊功能模块 I/O 组件可以提高 PLC 的智能化、高密集度和增大处理能力。 (10) CPU 的处理速度进一步加快 目前，PLC 的处理速度与计算机相比

28、还比较慢，其高的 CPU 也不过 80486，将来会 全面使用 64 位的 RISC 芯片，采用多 CPU 进行处理、分时处理或分任务处理方式，将各 种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，这样可使 PLC 的处理速度达到纳秒级。 1.3.41.3.4 PLCPLC 的特点的特点 （1）抗干扰能力强，可靠性好 PLC 在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控 制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。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、防尘、抗震等都有周到的考虑。具体措 施主要有以下几个方面： 1）隔离：这是抗干扰的主要措

29、施之一。PLC 的输入、输出接口电路一般采用光电 耦合器来传递信号。这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系， 可有效的抑制外部干扰源对于 PLC 的影响，同时防止外部高电压串入，从而减少故障 和误操作。 2）滤波：这是抗干扰的另一个主要措施。在 PLC 的电源电路和输入/输出电路中 设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效的抑制。 3）对内部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保护供电 质量。另外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。 4）内部设置了连锁、环境检测与诊断、watchdog（“看门狗” ）等电路，一旦发 现故障或程序循环执行

30、时间超过了警戒时钟（WDT）规定时间（预示程序进入了死循 环） ，立即报警，以保证 CPU 可靠运行。 5）利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用 信息保护和恢复措施。 6）对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或信息不 丢失。 7）采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。 8）以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性。 而采用循环扫描的工作循环方式，也提高了抗干扰能力。 （2）控制系统结构简单，通用性强 PLC 及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系 统。 （3）编程方

31、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，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只 要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可在短时间内学会。 （4）功能完善 PLC 的输出/输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开关量和模 拟量的输入/输出。在 PLC 内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器 以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、 锁存、比较、跳转、和强制 I/O 等诸

32、多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转 换、以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功 能。 （5）设计、施工、调试、的周期短 用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然 后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用 PLC 控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、 容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在 PLC 到货前进行，因而缩短了设 计周期，使设计和施工可同时进行。 （6）体积小，维护操作方便 PLC 体积小，质量轻，便于安装。PLC 的输入/输出系统能够直观的

33、反映现场总线 信号的变化状态，还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态。 （7）易于实现网络化 PLC 可连成功能很强的网络系统。 （8）可实现三电一体化 PLC 将电控（逻辑控制） 、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体， 可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制 的需要。 1.3.51.3.5 PLCPLC 的主要功能的主要功能 （1） 条件控制功能 条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是指用 PLC 的与、或、非指令取代继 电器接触的串联、并联极其他各种逻辑连接，进行开关控制。 （2） 定时/记数控制功能 定时/记数控制功能指用 PLC 提

34、供的定时器、记数器指令实现对某种操作的定时或 记数控制，以取代时间继电器和记数继电器。 （3） 数据处理功能 数据处理功能是指 PLC 能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻 辑运算以及编码和译码等操作。 （4） 步进控制功能 步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工 序完成以后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。 （5） A/D 与 D/A 转换功能 A/D 与 D/A 转换功能是指通过 A/D、D/A 模块完成模拟量和数字量之间的转换。 （6） 运动控制功能 运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运

35、动控制。 （7） 过程控制功能 过程控制功能是指通过 PLC 的 PID 控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流 量等物理参数的闭环控制。 （8） 扩展功能 扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元（即 I/O 扩展单元）模块来增加输入输 出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高 PLC 的控制功能。 （9） 远程 I/O 功能 远程 I/O 功能是指通过 I/O 单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与 PLC 主 机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。 （10） 通信联网功能 通信联网功能是指通过 PLC 之间的联网、PLC 与上位机的链接等，实现远程 I/O 控

36、制或数据交换，以完成较大规模系统的复杂控制。 （11） 监控功能 监控功能是指 PLC 能监视系统各部分的进行状态和进程，对系统中出现的异常情 况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器、 记数器等设定值或强制 I/O 状态。 1.41.4 PLCPLC 的基本结构及原理的基本结构及原理 1.4.11.4.1 PLCPLC 的系统结构的系统结构 目前 PLC 种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用 做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。 主要包括中央处理单元 CPU、存储器 RAM 和 ROM、输入输出

37、接口电路、电源、I/O 扩展 接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。 如图 1.2 所示，PLC 控制系统由输入量PLC输出量组成，外部的各种开关信号、 模拟信号、传感器检测的各种信号均作为 PLC 的输入量，它们经 PLC 外部输入端子， 作为 PLC 的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，PLC 的基本结构有控制部分输 入和输出组成。 1.4.21.4.2 PLCPLC 各部分的作用各部分的作用 (1) 中央处理器 CPU 是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是 进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不

38、紊地 工作，它的基本功能是从内存中取指令和执行指令。他的重要功能如下： 诊断 PLC 电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 采集由现场输入装置送来的状态或数据，并送入 PLC 的寄存器中。 按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指 令规定的任务完成各种运算和操作。 将存于寄存器中的处理结果送至输出端。 应各种外部设备的工作请求。 图 1.2 PLC 硬件结构图 (2) 存储器 PLC 的存储器分为两大部分： 一大部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。 二大部分是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。 (3) 输入输出接

39、口电路 PLC 通过输入输出（I/O）接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过 PLC 的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成 CPU 所能接受和处 理的数字信号。 (4) 电源 PLC 的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满 足 PLC 的 CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电 源模块。 (5) 输入输出 I/O 扩展接口 若主机单元的 I/O 点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电 缆线将 I/O 扩展单元与主机单元相连接。 (6) PLC 的基本工作原理 PLC 采用的是循环扫描工作方式。对每个程序

40、，CPU 从第一条指令开始执行， 按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从则从第一条指令开 始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不 断循环，每一个循环称为一个扫描周期。PLC 的扫描全过程如图 1.3 所示。 输入刷新阶段 在输入刷新阶段，CPU 扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。 完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。 程序执行阶段 在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相 应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。 输出刷新阶段 当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次

41、送到输出锁存电路， 并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成 PLC 的实际输出。 图 1.3 PLC 的扫描全过程 显然扫描周期的长短主要取决与程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。由 于每一个扫描周期只进行一次 I/O 刷新，即每一个扫描周期 PLC 只对输入、输出状态 寄存器更新一次，故使系统存在输入、输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的 响应速度。由此可见，若输入变量在 I/O 刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输 出会相应地发生变化。反之，若在本次刷新之后输入变量才发生变化，则本次扫描输 出不变，而要到下一次扫描的 I/O 刷新期间输出才会发生变化。这对于一

42、般的开关量 控制系统来说是完全允许的，不但不会造成不利影响，反而可以增强系统的抗干扰能 力。这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行，PLC 在一个工作周期的大部分时间里实 际上是外设隔离的。而工业现场的干扰常常是脉冲式的、短时的，由于系统响应较慢， 往往要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，因瞬间干扰而引起的误操作将会大 大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对于控制时间要求较严格、响应速度要 求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期 造成的响应滞后等不良影响。 第第 2 章章 松下电工松下电工 PLC 编程工具介绍编程工具介绍 2.12.1 松下电工松下电

43、工 PLCPLC 编程工具简介编程工具简介 2.1.1 概述概述 日本松下电工公司开发的 PLC 编程软件有三种： DOS 环境下使用的 NPST-GR Windows 环境下 FPSOFT Windows 环境下 FPWIN-GR NPST-GR 采用的是典型的 DOS 界面。具有中、英文两种版本。因 NPST-GR 开 发的比较早，对近几年生产的 FPO、FP2 等系列 PLC 不支持。 FPWIN-GR 软件采用的是典型的 Windows 界面。具有中、英文两种版本。由于 FPWIN-GR 是新近开发出来的软件，其各项功能更趋合理、使用更加方便。 FPSOFT 软件是早期开发的，它的出现

44、开创了 Windows 环境的 PLC 编程软件的先 河。但由于它开发得较早，虽大部分功能与上述 FPWIN-GR 相似，但有些功能不如 FPWIN-GR 那样完善 2.1.2FPWIN-GR 软件操作说明软件操作说明 (1) 认识 FPWINGR FPWIN- GR 界面各部分名称及分布： 输入段栏 显示当前正在输入的回路。通过单击输入栏中的Enter或按键盘中的Enter键确认 输入内容。 功能键栏 在编写程序时： 用鼠标点击“功能键栏” 实现指令输入。 用功能键“F1”“F12”与“SHIFT” 的组合实现指令输入。 用功能键“F1”“F12”与“CTRL”的组合实现指令输入。 各个按钮

45、左下角的数字表示所对应的功能键号。第 1 段、第 2 段中分布的是主要指 令的快捷键。第 1 段的操作只需按功能键即为有效。第 2 段的操作需同时按 Shift + 功 能键有效。第 3 段中分布的是功能的快捷键。第 3 段的操作需同时按 Ctrl + 功能键有效。 (a) 在功能键栏中输入F1、F2、F4、F8或SHIFT+F1（F2、F8）时，将显示 触点线圈的基本指令如下图： X：输入外部输入 Y：输入外部输出 R：输入内部继电器 L：链接继电器 P：脉冲继电器 T：定时器触点 C：输入计数器触点 E：输入错误警告继电器 比较：输入数据比较指令 NOT/： 将到光标位置为止的运算结果反转

46、 INDEX：输入索引修饰 清除： 清除输入区段中的设备编号 ：用于上升沿检出/下降沿检出的图形符号。能否使用本功能取决于所用 PLC 机型。 (b) 在功能键栏中输入F5时，将显示定时器/计数器指令(TM/CT)。 TMX：输入 0.1 秒定时器 TMY：输入 1 秒定时器 TMR：输入 0.01 秒定时器 TML：输入 0.001 秒定时器 CT： 在输入区段中输入计数器 INDEX：在输入区段中输入索引修饰 (c)在功能键栏中输入SHIFT+F5时，将显示比较指令(CMP)。 D： 在进行双字(32 位)比较指令时输入 =： 相等比较时输入 ： 大于比较时输入 ： 小于比较时输入 (d)

47、 在功能键栏中输入F6、SHIFT+F6或SHIFT+F9时，将显示高级指令列表。 高级指令有以下两种类型： FUN： 每次扫描执行型指令，按F6键。 PFUN：微分执行型指令，按 Shift + F6键。 在高级指令列表中： 左侧选择指令的类型，右侧会显示出该类型中的相关指令。按指令的序号排列。下部 显示相应指令的说明。选择OK，指令出现在编辑画面中。 一个高级指令出现在编辑画面后，需添加相应的指令参数，将光标移到指令中的将光标移到指令中的 ?位置处进行添加。位置处进行添加。这时功能键栏变为下图。 WX：输入 WX (以字指定的外部输入) WY：输入 WY (以字指定的外部输出) WR：输入

48、 WR (以字指定的内部继电器) WL：WL (以字指定的链接继电器) DT：输入 DT (数据寄存器) LD：输入 LD (链接数据) FL：输入 FL (文件寄存器) SV：输入 SV (定时器计数器的设定值) EV：输入 EV (定时器计数器的目标值) K： 在输入区段中输入 10 进制常数 允许输入范围： 16 位运算时：K-32,768 K32,767 32 位运算时：K-2,147,483,648 K2,147,483,647 H： 在输入区段中输入 16 进制常数 允许输入范围： 16 位运算时：H0 HFFFF 32 位运算时：H0 HFFFFFFFF M：输入字符串常数 f：

49、输入实数常数 INDEX： 在输入区段中输入索引寄存器，或者在输入区段内输入设备索引修饰。 清除： 清除输入区段中的设备编号 (e)在功能键栏中输入F9时，将显示指定索引。 在符号梯形图编辑模式下编写了程序以后，为了确定由梯形图所编写的程序，必须进 行“程序转换”处理。 在进行程序转换处理时，有以下几点限制： 1) 程序行数的限制 一次可转换的程序行数须在 33 行以内。 2)折回点的限制 在一个程序块中，所使用的折回点总数不能超过 32 个。 3)OR 指令数的限制 连续输入的 OR 指令数量不能超过 33 个。 4)OT 指令数的限制 连续输入的 OT 指令数量不能超过 33 个。 5)P

50、SHS 指令数的限制 可连续使用的 PSHS 指令的次数有一定限制。限制数量随 PLC 机型的不同而有所差别。 FP0、FP1、FP-M：最多最多 8 次次 FP10、FP10S：最多 5 次 FP5、FP3、FP-C、FP2、FP2SH、FP10SH：最多 7 次 2.1.3FPWINGR 应用举例应用举例 下面通过一个简单的例子说明如何利用 FPWIN-GR 输入程序。梯形图程序如图所示。 X0 Y0 X1Y1R901C Y2 （ ED ） 0STX0 1OTY0 2ST X1 3ANR901C 4 OT Y1 5 OT Y2 6 ED 启动 FPWIN-GR，选择选择“创建新程序创建新程

51、序”，在选择机型的对话框中选择“FP1 C24，C40” ，此时在屏幕上显示的是“符号梯形图编辑”区(若在标题栏显示的不是“符 号梯形图编辑” ，可以选择菜单“视图符号梯形图编辑”)，在屏幕的左上角显示一个绿 色的矩形光标。 利用鼠标（也可用键盘）操作输入程序如下： 1) 输入 F1-F1-0-Enter，显示结点 X0。 2) 输入 F4-F2-0-Enter，显示结点 Y0。 通过 1） 、2）两步所输入的程序如下图所示: 3）输入F1-F1-1-Enter，显示结点 X1。 4）输入F1-F3-9-0-1-C-Enter，显示结点 R901C。 5）输入F4-F2-1-Enter，显示结

52、点 Y1。通过以上几步所输入的程序如下图： 6）将光标放在结点 R901C 和 Y1 之间的下一行,输入F3-F4-F2-2-Enter 显示结点 Y2。 输入的程序如下图所示： 7）输入Shift+F4-Enter，显示程序结束标志。此时完全输入例程。 8) Ctrl+F1,进行程序转换，然后保存文件即可。 选择菜单“视图布而非梯形图编辑” ，即可看到本程序的助记符程序。 2.22.2 FPFP 编程器编程器介绍介绍 FP 编程器是一种手持编程工具。适用于 FP 系列的 PLC(FP1、FP3、FP5、FPl0S、FPl0、FP-C 和 FP-M 等)。 手持编程器的功能如下： 程序编辑。

53、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。 X0 Y0 X0 Y0 X1Y1R901C X0 Y0 X1Y1R901C Y2 程序双向传送到 FPWINGR 或 PLC 中等。 2.2.1 FP 编程器编程器键盘功能介绍键盘功能介绍 FP 编程器如下图所示。 (1)插座 插座是 FP 编程器与 PLC、PC 机或调制解调器相连接的接口。当与 FP1、FP3、 FP5、FPl0S 或 FPl0 相连时，可用作为 RS422 接口；当与 FP-C 和 FP-M 连 接时，可作为 RS232 接口。 (2)液晶显示器(L

54、CD) LCD 用于显示指令及信息。在显示窗口可同时显示两行信息或数据。若出现 错误，在显示窗口的上一行将显示出错信息。 (3)操作键 利用操作键，可通过 FP 编程器进行输入指令与设置系统寄存器值，以及监视 继电器或寄存器等项操作。 FP 编程器上共有 35 个键。 继电器指令键： 说明： (1)有些键具有两种或多种功能，如 键既可以输入 ST 指令，也可以输入继电器名称 X、WX。而具体输入的内容将根据当时的操作而自动识别。当需输入指令码时，按此 键输入的是 ST；若是在输入基本指令后再按此键，则输入 X；当输入高级指令 例如 F0（MV）之后,按此键则输入为 WX。 (2)一些操作键上的

55、斜线（）表示每按一次键，被斜线隔开的字符将交替输入显示。 (3)一些操作键上用橙色表示的字符或功能（如 BIN、DELT、HELP） ，只有先按了 键后再按这些键才有效。 (4)每按一次键，蜂鸣器会响一下。如果输入了错误的数值，蜂鸣器就会响两次。所以， 当听到蜂鸣器响两声时，须重新输入正确的数值。若连续发声报警，说明操作或运行 有误。错误信息随之显示于 LCD 的上面一行。 若要停止报警，可按 键或 键停止报警并删除错误指令或解除错误运行 状态。 2.2.2 指令输入方式指令输入方式 指令按其输入方式可分为三类：键盘指令、非键盘指令和高级功能指令。 1）键盘指令 这类指令是指键盘上已标明的指令

56、，只需直接按键即可输人。 2）非键盘指令 这类指令是指键盘上没有，需用指令代码方可输入的指令。输入步骤分 为两种： 3）高级功能指令 这类指令是指键盘上没有，需借助于 键方可输人的指令，一条完整的指令包括有 “F” 、功能号、助记符和若干操作数，其中除助记符可自动生成之外，其它都需一步一 步地输入。每输入完一个内容后，用 键将其存人程序缓冲器中，只有到输入完最 后一个操作数后，才用 键将其指令存人 PLC。高级功能指令根据指令中是否有操 作数而输入步骤不同。 2.2.3 清除命令清除命令 第第 3 章章 组态软件选型及与组态软件选型及与 PLC 的通信的通信 3.1 监控组态软件简介监控组态软

57、件简介 1、概念、概念 组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级 的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户 开 发界面和简捷的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层 的 各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和 I/O 设备，与高可靠的工控计算机和 网络系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。 2、组态软件的发展和现状、组态软件的发展和现状 在 80 年代末期，由于个人计算机的普及，PC 机开始走上工业监控的历史舞台，与此 同时开始出现基于 PC 总线的各种数据 I/O

58、板卡，加上软件工业的迅速发展，开始有人 研究和开发通用的 PC 监控软件组态软件。世界上第一个把组态软件做为商品进行开 发、销售的专业软件公司是美国的 Wonderware 公司，它于 80 年代末率先推出第一个 商品化监控组态软件 Intouch。此后组态软件得到了迅猛的发展。目前世界上的组态软件 有几十种之多，国际上较知名的监控组态软件有： Fix，Intouch，Wincc，LabView，Citech 等。 3、组态软件的特点、组态软件的特点 组态软件最突出的特点就是实时多任务。数据的输入输出、数据的处理、显示、存 储 及管理等多个任务需在同一个系统中同步快速的运行。 组态软件的用户是

59、自动化工程设计人员，组态软件的目的就是让用户迅速开发出适合 自己需要的可靠的应用系统。因此，组态软件一般具备以下特点： （1） 使用简单，用户只需编写少量自己所需的控制算法代码，甚至可以不写代码。 （2） 运行可靠，用户在组态软件平台上开发出的应用系统可以长时间的连续可靠运 行，在运行期间实现免维护。 （3） 提供数据采集设备的驱动程序，以把控制现场的数据采集到计算机中，并把运算 的控制结果送回到控制现场的执行机构。 （4） 提供自动化应用系统所需的通用监控软件的组件。 （5） 强大的图形设计工具。 3.23.2 力控监控组态软件简介力控监控组态软件简介 北京三维科技股份有限公司推出的力控监控

60、组态软件（ForceControl）是一个面向方 案的 HMI/SCADA（human machine interface/ supervisory control and dataacquisition）平台 软件。它基于流行的 32 位 Windows 平台，其丰富的 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的一个公共入口。内置 TCP/IP 协议的网络服务程序使用户可以充分利用 Intranet 或 Internet 的网络资源。 力控的应用范围广泛，可用于开发石油、化工、半导体、汽车、电力、机械、冶金、 交通、楼宇自动化、食品、医药、环