毕业设计（论文）plc在运料小车控制系统中的应用.doc

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1、学院2006 2007 学年第 二 学期毕业论文课题名称：PLC在运料小车控制系统中的应用设计时间： 2006年11月2007年6月 系 部： 电子信息工程系 班 级： 姓 名： 指导教师： （教授）答辩情况答辩教师： 年 月 日评语成绩评定 指导教师： 年 月 日毕 业 设 计 任 务 书一、设计题目 PLC在运料小车控制系统中的应用二、设计目的1 通过毕业设计培养学生综合运用所学的基础理论、基础知识、基本技能进行分析和解决实际问题的能力。2 使学生受到PLC系统开发的综合训练，达到能够进行PLC系统设计和实施的目的。3 掌握典型运料小车控制系统的工作原理和设计思路。三、控制要求及技术指标1

2、 运料小车的运动流程某自动生产线上运料小车由一台三相异步电动机拖动，电机正转，小车向右行；电机反转，小车向左行。在生产线上，有5个编码为1-5的站点供小车停靠，在每一个停靠站安装一个行程开关，用以监测小车是否到达该站点。对小车的控制除了启动按钮和停止按钮之外，还设有5个呼叫按钮开关（HJ1-HJ5）分别与5个停靠站点相对应。2 运料小车控制系统的控制要求运料小车在自动化生产线上运动的控制要求如下：（1）按下启动按钮，系统开始工作；按下停止按钮，系统停止工作；（2）当小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按钮HJ的编码时，小车向右运行，运行到呼叫按钮HJ所对应的停靠站时停止；（3）当小车当前所处停靠站

3、的编码大于呼叫按钮HJ的编码时，小车向左运行，运行到呼叫按钮HJ所对应的停靠站时停止；（4）当小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按钮HJ的编码时，小车保持不动；（5）呼叫按钮HJ-HJ5应具有互锁功能，先按下者优先。四、毕业设计的基本过程1 分析被控对象和明确控制要求了解被控设备的工作原理、工艺流程和操作方法，了解被控对象机械、电气、液压传动之间的配合关系，确定被控对象的控制要求。2 PLC选型3 控制流程设计对确定的控制对象，要明确划分控制的各个阶段及各阶段的特点，阶段之间的转换条件，归纳出各执行元件的动作节拍表，画出控制流程图。4 控制程序设计五、毕业设计的基本内容1 明确IO的点数和类型2

4、 PLC选型和配置3 硬件设计：I/O点分配4 软件设计：梯形图的设计5 绘制PLC程序清单及注释六、应完成的技术资料1 开题报告（2000字左右）2 毕业设计论文（40页左右， 15000字以上）七、设计时间进度安排2006 年 11 月 - 2007 年 12 月 选题、调研、收集资料2006 年12月21日 - 2006 年12月31日 论证、开题2007 年01月01日 - 2007 年03月30日 设计（写作初稿）2007 年04月01日 - 2007 年05月30日 修改2007 年06月01日 - 2007 年06月20日 定稿、打印、答辩电子信息工程 系 07 届毕业设计（论文

5、）开题报告书（表1）学生姓名专业电子信息技术班级学号题 目PLC在运料小车控制系统中的应用指导教师职称学 位题目类别 工程设计 基础研究 应用研究 其它【课题的内容与要求】本课题主要是实现运料小车控制系统的PLC控制，采用三菱公司的FX1N系列PLC作为控制器，包括：（1）分析被控对象，明确系统控制要求（2）PLC选型及相关电气设备的选择（3）控制流程设计（4）硬件设计：包括I/O口设备的选择与I/O点分配、执行元件的选择 （5）软件设计：梯形图的设计（6）绘制PLC程序清单及注释【前言】本设计以国内广泛使用的三菱公司最新推出的FX1n系列PLC为例，介绍了PLC的工作原理、硬件结构、编程元件

6、与指令系统，还介绍了梯形图的经验设计法、时序控制系统梯形图的设计方法、根据继电器电路图设计梯形图的方法、根据顺序功能图设计顺序控制梯形图的3种方法，这些设计方法很容易被初学者掌握，用它们可以得心应手地设计出任意复杂的开关量控制系统的梯形图。随着经济的不断发展，运料小车的应用也不断扩大到各个领域，从手动到自动，逐渐形成了机械化、自动化。但是，传统的继电器接触器控制在工作中已经暴露出种种弊端，因此，新的控制设计已成为社会发展的必然趋势。现尝试采用了目前市场上价格低、性能好、应用广泛的三菱FX1N系列进行设计，功能强大，可扩展到多达128I/O点，并且能增加特殊功能模块或扩展板。通信和数据连接功能选

7、项使得FX1N在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。【方案的比较与评价】早期运料小车电气控制系统多为继电器-接触器组成的复杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，几乎无数据处理和通信功能，必须有专人负责操作。后来，单片机应用到运料小车控制系统中。单片机有优异的性能价格比、集成度高、体积小、有很高的可靠性、控制功能强、低功耗、低电压，便于生产便携式产品，外部总线增加了IC及SPI，单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。单片机编程方法复杂，不容易上手，使用于简单应用。将PLC应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的

8、运行费用。PLC运料小车电气控制系统具有连线简单，控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，安装、维修和改造方便等优点。【预期的效果及指标】运料小车在自动化生产线上运动，电机控制小车左右运动，有5个编码为1-5的站点供小车停靠，在每一个停靠站安装一个行程开关，用以监测小车是否到达该站点，其控制要求如下：（1）按下启动按钮，系统开始工作；按下停止按钮，系统停止工作；（2）当小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按钮HJ的编码时，小车向右运行，运行到呼叫按钮HJ所对应的停靠站时停止；（3）当小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮HJ的编码时，小车向左运行，运行到呼叫按钮HJ所对应的停靠站时停止；（4）当小车

9、当前所处停靠站的编码等于呼叫按钮HJ的编码时，小车保持不动；（5）呼叫按钮HJ1-HJ5应具有互锁功能，先按下者优先。【进度安排】2006 年 11 月 - 2007 年 12 月 选题、调研、收集资料2006 年12月21日 - 2006 年12月31日 论证、开题2007 年01月01日 - 2007 年03月30日 设计（写作初稿）2007 年04月01日 - 2007 年05月30日 修改2007 年06月01日 - 2007 年06月20日 定稿、打印、答辩【参考文献】1. 求是科技. PLC应用开发技术与工程实践. 人民邮电出版社. 2005年2. 刘柏生. PLC编程实用指南.

10、机械工业出版社. 2007年3. 贾德生. PLC应用开发实用子程序. 人民邮电出版社. 2006年4. 廖常初.PLC应用技术问答. 机械工业出版社. 2006年5. 龚仲华.三菱EX/Q系列PLC应用技术. 人民邮电出版社. 2006年6. 郑凤翼.图解PLC控制系统梯形图和语句表. 人民邮电出版社. 2006年7. 戴冠秀.PLC在运料小车自动控制系统中的应用. 工矿自动化.6期.2005年:5759【指导教师意见】（有针对性地说明选题意义及工作安排是否恰当等）同意提交开题论证 修改后提交 不同意提交（请说明理由）指导教师签章： 年 月 日 【系部意见】同意指导教师意见 不同意指导教师意

11、见（请说明理由） 其它（请说明）队系（部）主任签章： 年 月 日目 录第一章 绪论11.1 PLC的产生和发展21.2 PLC的定义21.3 PLC的特点3 PLC的主要技术指标4 PLC的主要生产厂家5第二章 PLC的结构、工作原理及系统设计62.1 PLC的结构6 PLC的主要组成部分72.3 PLC的工作原理9循环扫描技术92.3.2 PLC的输入/输出响应时间102.4 PLC的编程语言112.5 PLC的指令系统122.6 PLC的编程工具122.7 PLC控制系统的构成、设计原则及步骤132.8 PLC控制系统发展趋势15第三章 运料小车PLC系统的控制要求、PLC选型与资源配置1

12、6运料小车控制系统的控制要求16运料小车的运动流程16设备控制要求163.2 方案论证16 运料小车控制系统的PLC选型和资源配置17第四章 运料小车控制系统的程序设计和调试19程序流程图19系统资源分配20数字量输入部分20数字量输出部分20内部继电器部分21 运料小车控制系统PLC程序21第五章 总结28致谢29参考文献30PLC在运料小车控制系统中的应用（NAME）摘 要 随着经济的发展，运料小车不断扩大到各个领域，从手动到自动，逐渐形成了机械化、自动化。将PLC应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用。它功能强大，可扩展到多达128I/O点，且能增加特

13、殊功能模块或扩展板。通信和数据连接功能选项使得FX1N在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。PLC在运料小车控制系统中的应用，具有巨大的经济和社会价值。本课题主要包括：分析被控对象和明确系统控制要求；PLC选型；确定系统的I/O设备的数量及种类；控制流程设计；控制程序设计。 关键词 PLC 运料小车控制系统 The application of PLC in the transport cars control systemJiao Cao0201 Electrical InformationAbstract: With the unceasing development of

14、the economy, the transport cars also unceasingly expand to each domain. They are changed from manual to automatic, and gradually become mechanical and automatical. If PLC is applied to the electric control system of the transport cars, the automatic control of the transport cars may come true, and t

15、he cost of the system may be reduced. Its function is powerful. It may reach 128 I/O spots, and can increase the special functional modules or the extended boards. The function of connecting correspondence and data makes FX1N perfect in application, such as in volume, correspondence, the special fun

16、ctional modules and so on. The application of PLC to the control system of the transport cars can make great economic and social value. In the paper, the analysis of the object controlled and system control demand are included, the PLC, the number and type of I/O devices and the design procedure are

17、 decided.Key words: PLC the transport cars control system第一章 绪论可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发起来的，最初叫做可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），即PLC，现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心，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。1.1 PLC的产生和发展20世纪60年代以前，汽车流水线的自动控制系统基本上都采用传统的继电器控制。在60年代初，美国汽车

18、制造业竞争越发激烈，而汽车的每一次更新的周期越来越短，这样对汽车流水线的自动控制系统更新就越来越频繁，原来的继电器控制就需要经常地重新设计和安装，从而延缓了汽车的更新间。所以人们就想能有一种通用性和灵活性较强的控制系统来替代原有的继电器控制系统。1968年，美国通用汽车公司首先提出可编程控制器的概念。在1969年，美国数字设备公司（DEC）终于研制出世界上第一台PLC。这是由一种新的控制系统代替继电器的控制系统，它要求尽可能地缩短汽车流水线控制系统的时间，其核心采用编程方式代替继电器方式来实现生产线的控制。这种控制系统首先在美国通用汽车的生产线上使用，并获得了令人满意的效果。PLC在食品、制造

19、和冶金等其他工业部门相继得到了应用。1971年，日本引进了这项技术，并开始生产自己的PLC。1973年，欧洲一些国家也研制出了自己的PLC。1974年，我国也开始仿照美国的PLC技术研制自己的PLC，终于在1977年研制出第一台具有实用价值的PLC。大规模集成电路和超大规模集成电路的出现使得PLC在问世后的发展极为迅速。现在，PLC不仅能实现继电器的逻辑控制功能，同时还具有数字量和模拟量的采集和控制、PID调节、通信联网、故障自诊断及DCS生产监控等功能。据预测，在不远的将来，PLC、CAD/CAM和机器人将成为工业自动化的三大支柱。毫无疑问，PLC将在今后的工业生产中起到非常重要的作用。在2

20、0世纪80年代，美国的工业市场调查报告和1989年美国的一份分散控制系统（DCS）的调研报告中，都能看出PLC在工业控制中的重要作用。1.2 PLC的定义PLC自问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，国际电工委员会（IEC）先后颁布了PLC标准的草案第一稿、第二稿和第三稿，并在1987年作了如下的定义：“可编程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。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/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部设备，都应

21、按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”总之，可编程控制器是一台专为工业环境应用而设计的计算机，它是将传统的继电器技术、计算机技术和通信技术相融合而发展起来的一种新型的控制装置。在具体的国内工业应用中，由于它不是针对某一具体工业应用，因此它的硬件应根据实际需要来进行配置，其软件则根据控制要求进行编写。1.3 PLC的特点PLC是传统的继电器技术和计算机技术相结合的产物，所以在工业控制方面，它具有继电器控制或通用计算机所无法比拟的特点。（1）高可靠性PLC的高可靠性主要表现在硬件和软件两个方面：在硬件方面，由于采用性能优良的开关电源，并且对采用的器件进行严格的筛选，加上合理

22、的系统结构，最后加固、简化安装，因此PLC具有很强的抗振动冲击性能；无触点的半导体电路来完成大量的开关动作，就不会出现继电器控制系统中的器件老化、脱焊、触点电弧等问题；所有的输入/输出（I/O）接口都采用了光电隔离措施，使外部电路和PLC内部电路能有效的进行隔离；PLC模块式的结构，可以在其中一个模块出现故障时迅速地判断出故障的模块并进行更换，这样就能尽量缩短系统的维修时间。在软件方面，PLC的监控定时器可用于监视执行用户程序的专用运算处理器的延迟，保证在程序出错和程序调试时，避免因程序错误而出现死循环；当CPU、电池、I/O口、通信等出现异常时，PLC的自诊断功能可以检测到这些错误，并采取相

23、应的措施，以防止故障扩大；停电时，后备电池和正常工作时一样，进行对用户程序及动态数据的保护，确保信息不丢失。（2）应用灵活、使用方便模块化的PLC设计，使用户能根据自己控制系统的大小、工艺流程和控制要求等来选择自己所需的PLC的模块并进行资源配置和PLC编程。这样，控制系统就不再需要大量硬件装置，用户只需根据控制需要设计PLC的硬件配置和I/O的外部接线即可。而在PLC控制系统中，当控制要求改变时，不改动PLC外部接线，只需修改程序即可。（3）面向控制过程的编程语言，容易掌握PLC的编程语言采用继电器控制电路的梯形图语言，清晰直观。虽然PLC是以微处理器为核心的控制装置，但是它不需要用户具有很

24、强的程序设计能力，只要用户具备一定的计算机软、硬件知识和电器控制方面的知识即可。这种面向控制过程的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这种时耗是微不足道的。（4）易于安装、调试、维修在安装时，由于PLC的输入/输出接口已经做好，因此可以直接和外部设备相连，而不再需要专用的接口电路。而且PLC的软件功能取代了原来继电器控制中的中间继电器、计时器、计数器等一些器件，所以硬件安装上的工作量相应减少。PLC的调试可先在实验室模拟完成，模拟调试完成后再现场安装、调试。这样就可以避免可能在现场会出现的一些问题，从而缩

25、短调试周期。在维修方面，PLC完善的诊断和显示功能，可以通过模块上的显示或编程器等很容易地找出故障的模块，而且由于模块化设计，因此只需要对出错的模块进行更换即可。（5）网络功能强大PLC具有强大的网络功能。PLC不仅能做到远程控制、进行PLC内部通信与上位机进行通信，还具备专线上网、无线上网等功能。这样，PLC就可以组成范围很大的控制网络，整个工厂，甚至整个系统都可以实现自动化，从而提高生产的效率。（6）体积小、重量轻由于PLC内部电路主要采用微电子技术设计，因此它具有体积小、重量轻等特点。1.4 PLC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和数

26、据存储器组成的。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要求所得到的对应于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。而A/D、D/A通道可通过相应的折算统计，如果PLC采用16位的CPU，则一路A/D或D/A一般折算为16点的I/O；如果PLC采用32位的CPU时，则一路A/D或D/A一般折算为32点I/O。（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

27、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了用户编制程序的方式和PLC的处理能力和控制能力。（5）内部寄存器的种类和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是否能具有I/O点数扩展、功能扩展、联网等一些功能。（7）智能模块的种类和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）编程工具编程工具可以使用编程器或者使用专用的

28、编程软件。一般编程器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。1.5 PLC的主要生产厂家目前，全世界的PLC生产厂家约有200家，生产300多个品种。主要集中在美国、德国、日本等多家公司。其中德国和美国是以大型PLC而闻名，而日本则主要生产小型PLC。下面就分别介绍这3个国家的PLC产品以及我国无锡生产的华光PLC。（1）美国的PLC美国的PLC厂家很多，现已超过百家。其中以A-B（ALLEN-BRADLEY）公司、美国通用（GE）公司生产的PLC最具代表性。 （2）德国的PLC德国的PLC主要以西门子（SIEMENS）为代表，它是世界上较早研制和生产PLC的主

29、要厂商之一，其主流产品包括西门子S7-200、S7-300、S7-400系列PLC。（3）日本的PLC日本的PLC以高性价比的小型机著称。其主要代表厂家为欧姆龙（0MRON）、三菱等厂家。欧姆龙公司主要产品有微型的C20P和C20、小型的C120和C200H、中型的C500和C1000H、大型的C2000H。三菱公司的主要产品有小型的F、F1、F2系列，还有FX0、FX2系列和A系列等。（4）无锡华光PLC华光电子工业是中日合资企业，成立于1989年4月。是生产开发销售可编程序控制器（PLC）、触摸式工业图形显示器、接近开关、电子计数器、旋转编码器等电子控制产品的专业企业。它也生产多种型号与规

30、格的PLC，如SU、SG等，发展也很快，并在价格上很有优势。第二章 PLC的结构、工作原理及系统设计2.1 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相同。根据结构形式的不同，PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。整体式（又称箱体式）结构的PLC由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）单元、电源电路和通信端口等组成，并将这些组装在同一机体内。这种结构的特点是结构简单、体积小、价格低、输入/输出点数固定、实现的功能和控制规模固定，但灵活性较低。其基本结构框图如图1所示。电源中央处理器（CPU）输入/输出单元存储器系统总线编程器图1 整体式结

31、构 机 架编程器现场设备其他PLC或上位机电源模块CPU模块通信模块输入模块输出模块特殊功能模块模块式（又称组合式）结构的PLC是将中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块，应用时将这些模块根据控制要求插在机架上，各模块间通过机架上的总线相互联系。模块式的PLC安装完成后，需进行登记，以便PLC对安装在总线上的各模块进行地址确认，其特点是系统构成的灵活性较高，可以构成不同控制规模和功能的PLC，但同时价格也较高。基本结构框图如图2所示。 图2 模块式结构 PLC的主要组成部分（1）中央处理器中央处理器（CPU）是PLC的核心部分，它通过系统

32、总线与用户存储器、输入/输出（I/O）、通信端口等单元相连。通过制造厂家预制在系统存储器内部的系统程序完成各项任务。其主要功能是由编程器写入控制程序和数据到存储器、调用系统程序对用户程序进行编辑或编译并把相应的操作数转存到内存中去、从存储器上读取和执行程序，还可以进行PLC内部故障的诊断等。（2）存储器根据存储器存储内容的不同，我们把存储器分为：系统程序存储器：用来存放系统程序的存储器。系统程序相当于计算机操作系统，主要包括检查程序、编译程序和监控程序，是PLC厂家根据选用的CPU的指令系统编写的，并固化到ROM里，用户不能修改其内容。用户程序存储器：用来存放用户根据控制要求编制的程序。不同类

33、型的PLC，其存储容量也不一样。数据存储器：用以存放PLC运行中的各种数据的存储器。因为运行中数据不断变化，所以这种存储器必须可读写。（3）输入/输出（I/O）单元输入/输出（I/O）单元是PLC与外部设备连接的纽带。输入单元接收现场设备向PLC提供的开关量信号，经过处理后，变成CPU能够识别的信号。输出单元将CPU的信号经处理后来控制外部设备的。（4）电源部分不同型号的PLC有不同的供电方式，所以PLC电源的输入电压既有12V和24V直流，又有110V和220V交流。PLC内部使用的电源是整体的供给中心，它的优劣直接影响到PLC的功能和可靠性，因此目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电。（5

34、）通信端口PLC的CPU模块上至少有一个通信端口。通过这个通信端口，PLC可以直接和编程器或上位机相连。（6）编程器几乎每个PLC厂家都有自己的编程器。用户通过编程器来编写控制程序，并通过编程器接口将自己的控制程序输入到PLC。它还可以在线检测程序的运行情况。在出现故障时，通过编程器可以很方便的找出错误。（7）特殊功能单元主要包括模拟量输入/输出单元、远程I/0模块、通信模块、高速计数模块、中断输入模块和PID调解模块等。随着PLC的进一步发展，特殊功能单元的应用也越来越多。2.3 PLC的工作原理PLC与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式不同，继电器控制是并行运行方式，即如果输出

35、线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作，只要形成电流通路，就有可能有几个电器同时动作。而PLC则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作，而且每次它只能执行一条指令，这也就是说PLC以“串行”方式工作的，这种工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配等问题。也可以说，继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而PLC控制则需要输入传送、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程。 循环扫描技术PLC采用循环扫描技术可以分为3个阶段：输入阶段（将外部输入信号的状态传送到PLC）、执行程序和输出阶段（将输出信号传送到外部设备

36、）。扫描过程如图3所示。一个扫描周期扫描周期程序执行阶段输出阶段输入阶段程序执行阶段输出阶段输入阶段程序执行阶段图3 循环扫描在输入阶段中，PLC先进行自我诊断，然后与编程器或计算机通信，同时中央处理器扫描各个输入端并读取输入信号的状态和数据，并把它们存入相应的输入存储单元。在执行阶段中，PLC按照由上到下的次序逐步执行程序指令。从相应的输入存储单元读入输入信号的状态和数据，然后根据程序内部继电器、定时器、计数器数据寄存器的状态和数据进行逻辑运算，得到运算结果，并将这些结果存入相应的输出存储器单元。在输出阶段中，PLC将相应的输出存储单元的运算结果传送到输出模块上，并通过输出模块向外部没备传送

37、输出信号，开始控制外部设备。2.3.2 PLC的输入/输出响应时间I/0响应时间是指某一输入信号从变化开始到系统相关输出端信号的改变所需要的时间。因为PLC的循环扫描工作方式，所以收到输入信号的时刻不同，响应时间的长短也就不同。下面就给出最短和最长响应时间。最短响应时间：一个扫描周期刚结束就收到输入信号，即收到这个输入信号与开始下一个扫描周期同时，这样的响应时间最短。考虑到输入电路和输出电路的延时，所以最短响应时间应大于一个扫描周期。最短响应时问如图4所示。程序执行阶段输出阶段输入阶段程序执行阶段输出阶段输入阶段程序执行阶段输入输出最短时间图4 最短响应时间最长响应时间：在一个扫描刚完成输入读

38、取后才接到输入信号，这样这个输入信号在该扫描周期将不会发生变化，要等到下个扫描周期才能得到响应，这时的响应时间最长，如图5所示。输入阶段程序执行阶段输入阶段程序执行阶段输出阶段输入输出最长时间程序执行阶段输出阶段输入阶段程序执行阶段输出阶段图5 最长响应时间2.4 PLC的编程语言可编程控制器的编程语言主要有梯形图语言、助记符语言及功能块图。（1）梯形图语言梯形图语言是在继电器控制电路图的基础上发展而来的。最大的优点就是直观易懂，使用简单方便。对来自电气方面的用语，通过梯形图很容易就能掌握，同时它也是PLC的主要编程语言。例如，一个简单PLC控制系统，当常开按钮SBFl动作时，水泵开启，当常闭

39、按钮SBSl动作时，水泵停止运行。用继电器控制和用PLC控制的梯形图如图6和图7所示。SBF1KM1KM1SBF1图6 继电器控制电气图X0X1Q0Q0图7 PLC控制梯形图（2）助记符语言助记符语言与汇编语言类似，它使用字符来代表可编程控制器的某种操作，这就要求用户要有一定的计算机编程基础。用助记符语言编写上一个例子的程序如下： LD I0 OR Q0 ANDN I1 OUT Q0（3）功能块图语言西门子公司的S7系列PLC除了可以用梯形图和助记符语言进行编程外，还可以用功能块图语言进行编程。功能块图语言与数字电子技术的逻辑电路图类似，不同的功能块实现不同的功能，从而实现所需控制要求。ORA

40、ND图8 PLC功能块图2.5 PLC的指令系统如同计算机编程一样，PLC也有自己的指令系统。PLC程序就是由指令按照控制要求组合起来的，也可以说，PLC控制系统动作的过程就是PLC内部一条条指令执行的过程。不同PLC厂家有不同的指令系统。指令可分为顺序指令、程序执行控制指令、数据处理指令和特殊指令等。通过这些指令的有机组合，来完成PLC控制系统的控制要求。2.6 PLC的编程工具PLC的编程主要是通过编程器或用PLC公司提供的编程软件来完成的。每个PLC公司都有自己的编程器，一般它比较小，而且比较轻，适合在现场使用。但是它只能使用助记符语言对PLC进行编程，而且由于屏幕较小，每次只能显示一两

41、行程序，难于对程序从整体上进行分析。PLC公司提供的编程软件则能使用梯形图、助记符或功能块图语言进行编程。通过编程软件，不仅能在一个屏幕上看到十几页，甚至几十页的程序，从宏观上对程序进行编辑和分析，而且它还能对程序的运行情况进行监视。2.7 PLC控制系统的构成、设计原则及步骤PLC控制系统由硬件部分和软件部分组成。对于整个PLC控制系统来说，其硬件部分不仅包括选择符合控制要求的PLC机型、存储器容量、电源模块、输入/输出模块、通信模块、模拟量输入/输出模块和特殊功能模块等，还应当包括选择合适的可编程控制器外围装置、设备与接口，如输入设备（控制按钮、开关、传感器等）、执行装置（接触器、继电器等

42、）和由执行装置控制的现场设备（水泵、鼓风机、阀门等）。软件部分主要包括对PLC进行I/O点地址、内部继电器、定时器、计数器等的分配，PLC控制程序的设计（梯形图、语句表、流程图等），还有一些技术文件等。PLC控制系统是为工艺流程服务的，所以它首先要能很好地实现工艺提出的控制要求。PLC控制系统的设计应遵循以下原则。（1）根据工艺流程进行设计，力求控制系统能最大限度地满足控制要求。（2）在满足控制要求的前提下，尽量减少PLC系统硬件费用。（3）考虑到以后控制要求的变化，所以控制系统设计时应考虑PLC的可扩展性。（3）控制系统使用和维护方便、安全可靠。 一般PLC控制系统的设计步骤如图9所示，具体

43、操作如下。（1）控制要求分析在设计PLC控制系统之前，必须对工艺过程进行细致的分析，详细了解控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己所要完成的任务，并更好地完成任务，设计出令人满意的控制系统。（2）确定输入/输出设备根据控制要求选择合适的输入设备（控制按钮、开关、传感器等）和输出设备（接触器、继电器等），根据所选用的输入/输出设备的类型和数量确定PLC的I/0点数。（3）选择合适PLC确定PLC的I/0点数后，就根据I/0点数、控制要求等来进行PLC的选择。选择包括机型、存储器容量、输入/输出模块、电源模块和智能模块等。（4）I/0点数分配点数分配就是规定PLC的I/0端子和输入/输出设备，图

44、9设计步骤示意图的对应关系，画出I/0接线原理图。控制要求分析开始设计设计结束确定输入输出设备现场模拟调试选择合适的PLCI/O点数分配PLC程序设计模拟调试整理技术文件图9 设计步骤示意图（5）PLC程序设计首先把工艺流程分为若干阶段，确定每一阶段的输入信号和输出要控制的设备，还有不同阶段之间的联系，然后画出程序流程图，最后再进行程序编制。（6）模拟调试程序编制好后，可以用按钮和开关模拟数字量，电压源和电流源代替模拟量，进行模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。（7）现场联机调试现场联机调试就是将PLC与现场设备进行调试。在这一步中可以发现程序存在的实际问题，然后经过修正后使其满足控制要求。

45、（8）整理技术文件这一步主要包括整理与设计有关的文档，包括设计说明书、I/O接线原理图、程序清单和使用说明书等。2.8 PLC控制系统发展趋势PLC具有可靠性高、使用方便、编程简单、体积小、重量轻等特点。目前，全世界PLC生产厂家约为200家，生产300多个品种。作为控制装置，它在许多工业领域都得到广泛的应用。随着微处理器技术和现代通信技术的发展，PLC也得到了迅速发展，其技术和产品日趋完善。PLC的主要发展趋势主要表现在以下几个方面。（1）高速度、高I/0容量、功能强大随着CPU处理速度的提高，PLC程序执行的速度也越来越快；大规模和超大规模集成电路的发展，相应地使I/O的容量也得到增加；智能模块的增加，使PLC能够实现的功能越来越多。