电气工程毕业设计 PLC控制全自动洗衣机

1、PLC控制全自动洗衣机毕业设计（论文）题目：PLC控制全自动洗衣机毕业设计（论文）英文题目：PLC automatic control of washing machineI摘 要自从全自动洗衣机诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进。设计方法也开始多种多样，从而使全自动洗衣机显得更加智能化。可编程控制器(PLC)以微处理器为核心，普遍采用依据继电接触器控制系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计，编程容易，功能扩展方便，修改灵活,而且结构简单，抗干扰能力强。三菱可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备更是符合全自动洗衣机控

2、制系统的要求与特点。本文选择三菱可编程控制器FX-32MR为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形图和语句表进行编程，实现了全自动洗衣机控制系统的自动化。关键词： PLC ； 控制系统 ； 自动化AbstractSince the birth of full-automatic washing machine, its internal circuitry since control system is constantly being improved. Design method also began varied, thus appears to be more intelligent

3、 automatic washing machine.Programmable controller (PLC) is a microprocessor as the core, widespread use of the relay contact device control system according to the principle of electrical diagram ladder diagram language program design, programming easy, function expansion is convenient, simple stru

4、cture, and modify flexible, strong anti-jamming capability. Mitsubishi programmable controller, can receive all instructions rich output and input expansion equipment, has the rich special extension of equipment, including the analog input devices and communications equipment is automatic washing ma

5、chine control system with the requirements and characteristics.This article chooses mitsubishi programmable controller for core components 32MR FX -, and emphatically hardware interface design, use ladder diagram and statement table programming, realize the automatic washing machine control system o

6、f automation.Keywords: PLC ；control system ；automation目 录0 前 言11 PLC的基础知识21.1 概述21.2 PLC的由来31.3 PLC的特点31.4 PLC的工作原理51.5 PLC的结构71.5.1 中央处理单元(CPU)81.5.2 存储器91.5.3 电源101.5.4 I/O 模块101.5.5 PLC系统的其它设备111.5.6 PLC的通信联网111.5.7 外部设备121.5.8 PLC与计算机的链接方式121.6 PLC的基本性能指标151.6.1 工作速度151.6.2 控制规模161.6.3 组成模块161.6

7、.4内存容量181.6.5 指令系统181.6.6 支持软件191.6.7可靠控制201.6.8 经济指标201.7 PLC未来展望和发展方向212 传感器的应用222.1传感器的作用和地位222.2传感器分类232.3传感器的基础知识242.4传感器的基础知识253 全自动洗衣机介绍和控制要求273.1洗衣机简介273.1.1洗衣机类型273.1.2 全自动洗衣机新技术273.1.3 洗衣机发展趋势283.2 全自动洗衣机的工作原理293.2.1 洗衣机洗净衣物的原理293.2.2 PLC在全自动洗衣机中的应用293.3 设备控制要求313.3.1 正常运行313.3.2 强制停止324 全

8、自动洗衣机控制系统的PLC程序设计344.1 全自动洗衣机PLC控制分析344.2 全自动洗衣机控制系统的资源配置344.3 全自动洗衣机控制系统的PLC程序设计35总 结47致 谢48参考文献490 前 言全自动洗衣机就是将洗衣的全过程(启动-漂洗-脱水)预先设定好N个程序，洗衣时选择其中一个程序，打开水龙头和启动洗衣机开关后洗衣的全过程就会自动完成，洗衣完成时由蜂鸣器发出响声。目前市场上出售的全自动洗衣机大体分为三类。发明最早的是前置式侧开门滚筒式洗衣机，这种洗衣机是欧洲发明的，擅长洗涤真丝、棉毛等面料，不缠绕无磨损，在洗涤时保证衣物不受损害，而且有良好的加温措施。但也有它不好的一面，由于

9、不缠绕无磨损洗涤方式等因素，这种洗衣机洗涤时间长、洗净度差、用水用电量大，是其它洗衣机的几倍，尤其是采用了不锈钢内筒，产生的噪音较大。这种洗衣机适用于生活水平较高，穿着大体以真丝、纯毛、棉毛之类较高档的面料为主，而且更换衣服较勤的家庭。发明最晚的洗衣机是亚洲人发明的波轮上开门洗衣机。市场上有多种品牌，如“小天鹅”、“海棠”、“荣事达”等，这种洗衣机的特点是洗涤时间短，用水量小，洗净度高，是滚筒式的很多倍，由于内筒是塑料材料制成，噪音小，而且上开盖，能使洗涤液反复利用，价格也比较经济。这种洗衣机适用于居住在绿化较差，空气尘埃量较大，平均每2至3天换一次衣服的家庭，主要以洗净度为主，服装面料以化纤

10、、腈纶为主。另外一种是美洲人发明的“搅拌式”洗衣机，由于美洲风沙比较大，人们主要穿着牛仔服装之类粗厚面料的服装，所以他们适用搅拌式洗衣机，这种洗衣机洗净度非常高，是波轮式洗衣机的十几倍，但由于洗净度和磨损率成正比，所以很损伤衣物，这种洗衣机市场上很少见。PLC控制全自动洗衣机的研究意义。PLC控制全自动洗衣机的编程语言容易掌握，是电控人员熟悉的梯形语言，使用术语依然是“继电器”一类术语，大部分与继电器触头的连接相对应，使电控人员一目了然，PLC控制使用简单，他的I/O已经做好，输入输出信号可直接连接，非常方便，而输出口具有一定驱动能力，其输出触头容易达220V，2A。PLC是专门应用手工业现场

11、自动控制装置，再系统软硬件上采用抗干扰措施。当工作程序需要改变时，只需改变PLC的内部，惊醒重新编程而无需对外围进行重新改动，从这些方面突出了使用PLC控制全自动洗衣机的优越性。1 PLC的基础知识1.1 概述 早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制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，所以将可编程序控制器简称PLC。国际

12、电工委员会（IEC）在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：“可编程逻辑控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程逻辑控制器的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和自述运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。PLC的产生和发展与继电器控制系统有很大的关系。继电器控制系统已有上百年的应用历史，它是一种用弱电信号控制强电的电力控制系统。在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除是非常困难

13、的，可能会花费大量的时间，严重地影响生产。如果工艺要求发生变化，控制柜内的元件和接线需要作相应的变动，这种改造的工期长、费用高，以至于有的用户宁愿扔掉旧的控制柜，另外制作一台新的控制柜。现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，这就需要寻求一种新的控制装置来取代老式的继电器控制系统，使电气控制系统的工作更加可靠、更容易维修、更能适应经常变动的工艺条件。PLC正是顺应这一要求出现的。1968年，美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司（GM）提出了研制PLC的基本设想，即

14、：（1）能用于工业现场。（2）能改变其控制“逻辑”，而不需要变动组成它的元件和修改内部接线。（3）出现故障时易于诊断和维修。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台PLC。现代PLC不仅能实现对数字量的逻辑控制，还具有数学运算、数据处理、运动控制、模拟量PID控制、通信联网等功能。在发达的工业化国家，PLC已经广泛地应用在所有的工业部门，其应用已扩展到楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域。1.2 PLC的由来PLC自1966年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。在60年代，汽车生产流水线的自动控制

15、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

16、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，可行性高，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

17、制。于1977年开始工业应用。1.3 PLC的特点（1）编程方法简单易学 梯形图是使用最多的PLC的编程语言，其电路符号和表达式与继电器电路原理图相似。梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。梯形图语言实际上是一种面向用户的高级语言，PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。（2）功能强，性能价格比高 一台小型PLC内有成百上千个供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。（

18、3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 PLC产品已经标准化、系统化、模块化、配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力、可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。（4）可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大师的中间继电器、时间继电器。由于触点不良，容易出现故障。PLC用软件代替大师的中间继电器和时间继电器，仅剩下下输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1

19、/100，因触点接触不良千万的故障大为减少。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到娄万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被告广大公认为最可靠的工业控制设备之一。（5）系统的设计、安装、调试工作量少PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PL

20、C上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。（6）维修工作量小，维修方便PLC的故障率很好低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。（7）体积小，能耗低对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2-1/10。PLC的配线比继电器控制系统的配线少

21、得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，加上开关柜体积的缩小，可以节省大量的费用。1.4 PLC的工作原理PLC系统内部的工作原理可分为6个步序：读取输入、执行用户程序、智能模块通信、通信信息处理、自诊断检查、修改输出。PLC通电后，需要对硬件和软件做一些初始化的工作。为了使PLC的输出及时地响应各种输入信号，初始化后反复不停地分阶段处理各种不同的任务（见图1-1），这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。执行用户程序智能模块通信通信信息处理自诊断检查修改输出读取输入修改输出自诊断检查通信信息处理智能模块通信读取输入图1-1 PLC工作扫描过程PLC的工作状态分为两种：运

22、行状态（RUN）和停止状态（STOP）。当PLC处于RUN状态时，PLC按步序从读取输入开始，到修改输出结束一个执行周期，一个执行周期结束后，将立即开始下一个周期的执行，即返回到第一个步序：读取输入，如此一直循环下去；当PLC处于STOP状态时，PLC按步序从读取输入开始，行方式称为循环扫描方式，而每执行一个执行周期所需时间称为循环扫描时间或扫描周期。1）读取输入在PLC的存储中，设置了一片区域来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器，CPU以字节（8位）为单位来读写输入/输出（I/O）映像寄存器。在读取输入阶段，PLC把所有的外部数字量输入电路的ON/OFF

23、（1/0）状态读入输入映像寄存器。外接的输入电路闭合时，对应的输入映像寄存器为1状态，梯形图中对应的输入点的洞察一切触点接通，常闭触点断开。外接的输入电路断开时，对应的输入映像寄存器为0状态，梯形图中对应的输入点的常开触点断开，常闭触点接通。2）执行用户程序PLC是用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按顺序排列。在RUN工作方式的程序执行阶段，在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直至遇到结束（END）指令。遇到结束指令时，CPU检查系统的智能模块是否需要服务。在执行指令时，从I/O映像寄存器或别的位元件的映像寄存器读出其0/1状态，并根据指令的要求执行相应的逻

24、辑运算，运算的结果写入到相应的映像寄存器中。因此，各映像寄存器（只读的输入映像寄存器除外）的内容随着程序的执行而变化。在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之变化，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的读取输入阶段被读入。执行程序时，对输入/输出的存取通常是通过映像寄存器，而不是实际的I/O点，这样做有以下优点：（1）程序执行阶段的输入值是固定的，程序执行完后再用输出映像寄存器的值更新输出点，使系统的运行稳定。（2）用户程序读写I/O映像寄存器比读写I/O点快得多，这样可以提高程序的执行速度。（3）I/O点必须按位来存取，而映像寄存可按位、字节、字或

25、双字来存取，灵活性好。3）通信处理在智能模块通信处理阶段，CPU模块检查智能模块是否需要服务，如果需要，读取智能模块的信息并存放在缓冲区中，供下一招供周期使用。在通信信息处理阶段，CPU处理通信口接收到的信息，在适当的时候将信息传送给通信请求方。4）CPU自诊断测试自诊断测试包括定期检查EEPROM、用户程序存储器、I/O模块状态以及I/O扩展总线的一致性，将监控定时器复位，以及完成一些另的内部工作。5）修改输出CPU执行完用户程序后，将输出映像寄存的0/1状态传送到输出模块并锁存起来。梯形图中某一输出位的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为1状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输

26、出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。若梯形图中输出点的线圈“通电”，对应的输出映像寄存器中存放的二进制数为0，将它送到继电器型输出模块，对应的硬件继电器的线圈断电，其常用开触点断开，外部负载断电，停止工作。当CPU的工作方式从RUN变为STOP时，数字量输出被置为系统块中的输出表定义的状态，或保持当时的状态。默认的设置是数字量输出清零，模拟量输出保持最后写的值。6）中断程序的处理如果在程序中使用了中断，中断事件发生时立即执行中断程序，中断程序可能在扫描周期的任意点上被执行。7）立即I/O处理在程序执行过程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O点。用立即I/O

27、指令读输入点的值时，相应的输入映像寄存器的值未被更新。用立即I/O指令来改写输出点时，相应的输出映像寄存器的值被更新。1.5 PLC的结构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从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面 板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。图1-2 PLC基本结构图 1.5.1 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

28、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

29、整个系统仍能正常运行。CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要

30、详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模1.5.2 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。1） PLC 常用的存储器类型（1） RAM (Random Assess Memory)，这是一种读/写存储器(随机存储

31、器) ，其存取速度最快，由锂电池支持。（2） 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)。（3） 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。2） 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；

32、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。(1)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。(2)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。 I/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

33、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。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

34、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。(3) 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 还提供数量不的特殊数据寄存器，具有不同的功能。(4) 计时器(8) 计数器(6) 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。1.5.3 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

35、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。1.5.4 I/O 模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。常用的I/O分类如下： 1） 开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离

36、和晶体管隔离。 2） 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 3） 除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 4） 按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 1.5.5 PLC系统的其它设备 编程设备，编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编

37、程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。 人机界面，最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 1.5.6 PLC的通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出网络就是控制器的观点说法。PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都

38、有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。 1.5.7 外部设备外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类 1） 编程设备，有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。 2） 监控

39、设备，有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。 3） 存储设备，有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。 4） 入输出设备，用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等。 了解了PLC的基本结构，我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念，做到既经济又合理，尽可能发挥PLC所提供的最佳1.5.8 PLC与计算机的链接方式计算机的 串行接口与PLC的连接，通过RS-232C与PLC的编程设备、数据存储单元接线插座连接。FX2N-48MR型PLC的面板如图：24个输入端口，2

40、4个输出端口，5个COM端口。COM1对应Y0-Y3COM2对应Y4-Y7COM3对应Y10-Y13COM4对应Y14-Y17COM5对应Y20-Y27+24V电源图1-3 内置运行/停止开关（也具有外部运行/停止功能）图1-4硬件图 1） 计算机从可编程控制器读取数据。2） 计算机向可编程控制器发送数据如图1-5所示为可编程控制器的读、写及状态控制的数据流图：图1-5可编程控制器的读、写及状态控制的数据流图3） 可编程控制器向计算机发送数据站号图1-6可编程控制器向计算机发送数据站号流程图站号即可编程控制器提供的数字，用来确定计算机在访问哪一个可编程控制器。在FX系列可编程控制器中，站号是通

41、过特殊数据寄存器D8121来设定的。设定范围是从00H到0FH。最多可以实现16台通信。如图1-7所示： 图1-7特殊设计寄存器设定流程图1.6 PLC的基本性能指标1.6.1 工作速度 工作速度是指PLC的CPU执行指令的速度及对急需处理的输入信号的响应速度。工作速度是PLC工作的基础。速度高了，才可能通过运行程序实现控制，才可能不断扩大控制规模，才可能发挥PLC的多种多样的作用。 PLC的指令是很多的。不同的PLC。指令的条数也不同。少的几十条，多的几百条。指令不同，执行的时间也不同。但各种PLC总有一些基本指令，而且各种的PLC都有这些基本指令，故常以执行一条基本指令的时间来衡量这个速度

42、。这个时间当然越短越好，已从微秒级缩短到零点微秒级。并随着微处理器技术的进步，这个时间还在缩短。 执行时间短可加快PLC对一般输入信号的响应速度。从讨论PLC的工作原理知，从对PLC加入输入信号，到PLC产生输出，最理想的情况也要延迟一个PLC运行程序的周期。因为PLC监测到输入信号，经运行程序后产生的输出，才是对输入信号的响应。不理想时，还要多延长一个周期。当输入信号送入PLC时，PLC的输入刷新正好结束，就是这种情况。这时，要多等待一个周期，PLC的输入映射区才能接受到这个新的输入信号。对一般的输入信号，这个延迟虽可以接受，但对急需响应的输入信号，就不能接受了。对急需处理的输人信号延迟多长

43、时间PLC能予以响应，要另作要求。为了处理急需响应的输入信号，PLC有种种措施。不同的PLC措施也不完全相同，提高响应速度的效果也不同。一般的作法是采用输入中断，然后再输出即时刷新，即中断程序运行后，有关的输出点立即刷新，而不等到整个程序运行结束后再刷新。 这个效果可从两个方面来衡量：一是能否对几个输入信号作快速响应；二是快速响应的速度有多快。多数PLC都可对一个或多个输入点作快速响应，快速响应时间仅几个毫秒。性能高的、大型的PLC响应点数更多。 工作速度关系到PLC对输入信号的响应速度，是PLC对系统控制是否及时的前提。控制不及时，就不可能准确与可靠，特别是对一些需作快速响应的系统。这就是把

44、工作速度作为PLC第一指标的原因。 1.6.2 控制规模 控制规模代表PLC控制能力，看其能对多少输入、输出点及对多少路模拟进行控制。 控制规模与速度有关。因为规模大了，用户程序也长，执行指令的速度不快，势必延长PLC循环的时间，也必然会延长PLC对输入信号的响应。为了避免这个情况，PLC的工作速度就要快。所以，大型PLC的工作速度总是比小的要快。 控制规模还与内存区的大小有关。规模大，用户程序长，要求有更大的用户存储区。同时点数多，系统的存储器输入、输出的信号区（输入输出继电器区或称输入、输出映射区）也大。这个区大，相应地内部器件（解释见后）也要增多，这些都要求有更大的系统存储区。 控制规模

45、还与输入、输出电路数有关。如控制规模为1024点，那就得有1024条I/O电路。这些电路集成于I/O模块中，而每个模块有多少路的I/O点总是有数的。所以，规模大，所使用的模块也多。 控制规模还与PLC指令系统有关。规模大的PLC指令条数多，指令的功能也强，才能应付对点数多的系统进行控制的需要。 控制规模是对PLC其它性能指标起着制约作用的指标；也是PLC划分为微、小、中、大和特大型 1.6.3 组成模块 PLC的结构虽有箱体及模块式之分，但从质上看，箱体也是模块，只是它集成了更多的功能。在此，不妨把PLC的模块组成当作所有PLC的结构性能。 这个性能含义是指某型号PLC具有多少种模块，各种模块

46、都有什么规格，并各具什么特点。 一般讲，规模大的PLC，档次高的PLC模块的种类也多，规格也多，反映它的特点的性能指标也高。但模块的功能则单一些。相反，小型PLC、档次低的PLC模块种类也少，规格也少，指标也低。但功能则多样些，以至于集成为箱体。 组成PLC的模块是PLC的硬件基础，只有弄清所选用的PLC都具有那些模块及其特点，才能正确选用模块，去组成一台完整的PLC，以满足控制系统对PLC的要求。 常见的PLC模块有： CPU模块，它是PLC的硬件核心。PLC的主要性能，如速度、规模都由它的性能来体现。 电源模块，它为PLC运行提供内部工作电源，而且，有的还可为输入信号提供电源。 I/O模块

47、，它集成了I/O电路，并依点数及电路类型划分为不同规格的模块。 内存模块，它主要存储用户程序，有的还为系统提供辅加的工作内存。在结构上内存模块都是附加于CPU模块之中。 底板、机架模块，它为PLC各模块的安装提供基板，并为模块间的联系提供总线。若干底板间的联系有的用接口模块，有的用总线接口。不同厂家或同一厂家但不同类型的PLC都不大相同。 箱体式的PLC还有I/O扩展箱体，它不含CPU，仅有电源及I/O单元的功能。扩展箱体也依I/O点数的多少划分有不同的规格。 除上述模块，PLC还有特殊的或称智能或称功能模块。如A/D（模入）模块、D/A（模出）模块、高速计数模块、位控模块、温度模块等等。这些

48、模块有自己的CPU，可对信号作预处理或后处理，以简化PLC的CPU对复杂的程控制量的控制。智能模块的种类、特性也大不相同，性能好的PLC，这些模块种类多，性能也好。 通讯模块，它接人PLC后，可使PLC与计算机，或PLC与PLC进行通讯，有的还可实现与其它控制部件，如变频器、温控器通讯，或组成局部网络。通讯模块代表PLC的组网能力，代表着当今PLC性能的重要方面。 掌握PLC性能，一定要了解它的模块，并通过了解模块的性能，去弄清楚PLC的性能。 除了模块，PLC还有外部设备。 尽管用PLC实现对系统的控制可不用外部设备，配置好合适的模块就行了。然而，要对PLC编程，要监控PLC及其所控制的系统

49、的工作状况，以及存储用户程序、打印数据等，就得使用PLC的外部设备。故一种PLC的性能如何，与这种PLC所具外部设备丰富与否，外部设备好用与否直接相关。 1.6.4内存容量 PLC内存有用户及系统两大部分。用户内存主要用以存储用户程序，个别的还将其中的一部分划为系统所用。系统内存是与CPU配置在一起的。CPU既要具备访问这些内存的能力，还应提供相应的存储介质。 用户内存大小与可存储的用户程序量有关。内存大，可存储的程序量大，也就可进行更为复杂的控制。从发展趋势看，内存容量总是在不断增大着。大型PLC的内存容量可达几十k，以至于一百多k，系统内存对于用户，主要体现在PLC能提供多少内部器件。不同

50、的内部器件占据系统内存的不同区域。在物理上并无这些器件，仅仅为RAM。但通过运行程序进行使用时，给使用者提供的却实实在在有这些器件。 内存器件种类越多，数量越多，越便于PLC进行种种逻辑量及模拟控制。它也是代表 1.6.5 指令系统 PLC有多少条指令，各条指令又具有什么功能，是了解与使用PLC的重要方面。你不懂PLC指令怎么编程，没有程序，PLC又怎么工作？ PLC的指令越来越多，越来越丰富。功能很强的指令，综合多种作用的指令日见增多。 PLC的指令繁多，但主要的有这么几种类型： 基本逻辑指令，用于处理逻辑关系，以实现逻辑控制。这类指令不管什么样的PLC都总是有的。 数据处理指令，用于处理数

51、据，如译码，编码，传送、移位等等。 数据运算指令，用于进数据的运算，如十、一、X、/等，可进行整形数计算，有的还可浮点数运算；也可进行逻辑量运算，等等。 流程控制指令，用以控制程序运行流程。PLC的用户程序一般是从零地址的指令开始执行，按顺序推进。但遇到流程控制指令也可作相应改变。流程控制指令也较多，运用得好，可使程序简练，并便于调试与阅读。 状态监控指令，用以监视及记录PLC及其控制系统的工作状态，对提高PLC控制系统的工作可靠性大有帮助。 当然，并不是所有的PLC都有上述那么多类的指令，也不是有的PLC仅有上述几类指令。以上只是指出几个例子，说明要从哪几个方面了解PLC指令，从中也可大致看

52、出指令的多少及功能将怎样影响PLC的性能。 除了指令，为进行通讯，PLC还有相应的协议与通讯指令或命令，这些也反映了PLC的性能。 1.6.6 支持软件 为了便于编制PLC程序，多数PLC厂家都开发有关计算机支持软件。 从本质上讲，PLC所能识别的只是机器语言。它之所以能使用一些助记符语言、梯形图语言、流程图语言，以至高级语言，全靠为使用这些语言而开发的种种软件。 助记符语言是最基本也是最简单的PLC语言。它类似计算机的汇编语言，PLC的指令系统就是用这种语言表达的。这种语言仅使用文字符号，所使用的编程工具简单，用简易编程器即可。所以，多数PLC都配备有这种语言。 梯形图语言是图形语言，它用类

53、似于继电器电路图的符号表达PLC实现控制的逻辑关系。这种语言与符号语言有对应关系，很容易互相转换，并便于电气工程师了解与熟悉，故用得很普遍，几乎所有的PLC都开发有这种语言。由于它是用图形表达，小的编程器不好使用它，得有较大的液晶画面的编程器，才能使用它。多数是在计算机对PLC编程时，才使用这种语言。 流程图语言，它也是图形语言，不过所用的符号不与电气元件符号相似，而与计算机用的流程图符号相似，便干计算机工作人员了解与熟悉。流程图语言与符号语言也有一一对应关系，只是它对应的符号语言与梯形图的对应不一样。熟悉计算机而又未从事过一般电气工作的人员，乐于用这种语言对PLC编程。日本OMRON公司开发

54、的F系列机就是使用这种语言。 梯形图与流程图混合语言。这种语言，梯形图与流程图两者兼用，可使PLC程序结构化。它用流程图把PLC程序划分成若干结构块，并规范块间的逻辑联系。用梯形图再确定块中的种种量间的逻辑关系。这种混合语言有不同的实现方法，而且多用于大型的PLC的编程 高级语言，PLC编程也可以使用高级语言，如BASIC、C语言等。可以在DOS，也可在WINDOWS平台上运行。关键在于要把用高级语言编写的程序转换成助记符语言，或直接转换成PLC所能识别的机器语言。从根本上讲，只要能实现这个转换的，什么高级语言都可以。而编写这个转换的软件工作量很大，当然应由有关厂家开发与提供。当前不少PLC厂

55、家已有提供。如GEFANAC的PLC就提供有可用C语言编程的软件。 再前进一步，从理论上讲使用自然语言编程也是完全可能的。只是要下力气去开发，以及市场有这个需要。 支持软件不仅编制PLC程序需要，监控PLC运行，特别是监视PLC所控制的系统的工作状况也需要。所以，多数支持编程的软件，也具有监视PLC工作的功能。 此外，也有专用于监控PLC工作的软件，它多与PLC的监视终端连用。 有的PLC厂家或第三方厂家还开发了使用PLC的组态软件，用以实现计算机对PLC控制系统监控，以及与PLC交换数据。 PLC的用户也可基于DOS或WINDOWS平台开发用于PLC控制系统的应用软件，以提高PLC系统自动化

56、及智能化水平。这方面的软件已日益受到重视。 总之，为了用好PLC，PLC的支持软件越来越丰富，性能也越来越好，其界面也越来越友好，也因此，它的情况如何，已成为评判PLC性能的指标之一。 1.6.7可靠控制 为使PLC能可靠工作，在硬件与软件两个方面PLC厂家都采取了很多措施，对一些特殊可靠要求的PLC，还有相应的特殊的措施，如热备、冗余等等。这在介绍PLC的特点时已作了叙述。可靠措施的目的是增加PLC平均故障间隔时间、MTBF（MeanTimeBetweenFailure）及减少PLC的平均修复时间、MTTR（MeanTimeToRepair），以提高PLC的有效度A（Availability）。 A=MTBF/(MTBF+MTTR) 式中A-有效率 MTBF-平均故障间隔时间 MTTR-平均修复时间 当然，A值越大越好，它可使PLC系统得到充分的利用，是为什么要使用PLC的重要指标。而从上式可知，MTBF越大，MTTR越小，则A越大。所以，PLC的可靠措施都是围绕提高MTBF及MTTR值进行的。 鉴于可靠工作是PLC的重要特点，至关重要，故有关提高MTBF及降低MTTR的措施如何，以及PLC的MTBF与MTTR值也成为PLC性能的重要指标。 1.6.8 经济指标 以上七条讲的都是PLC的技术性能。其实，使用PLC，还要考虑经济指标。经济是基础，经济上不