防盗标签机控制系统的设计与实现毕业设计(编辑修改稿)

防盗标签机控制系统的设计与实现毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

、 编程器 、计算机 、打印机等设备实现通信。 为了 实现更大规模控制 也可以组成多机系统或连成网络。 （ 5） 外部设备接口 外部设备接口 是 一种 令 PLC 主机实现人机对话或者 机机对话 的通道。 PLC 与一些外部设备相连，如 编程器，也可以和其他 PLC 或者上位计算机相连。 外部设备接口一般是 RS232C 或 RS422A 串行通信接口，该接口的功能是串行 /并行数据的转换、通信格式的识别、数据传输的出错检验、信号电平的转换等。 对于一些小型 PLC，外部设备接口中还有与专用编程器连接的并行数据接口。 （ 6） 电源单元 PLC 的电源在整个系统中起着十分重要的作用。 如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此 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。 PLC的电源一般采用开关电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、质量轻、效率高、抗干扰性能好。 当用户所需点数或类型超出主机所允许的范围时可以使用输入输出扩展环节 ，通过添加输入输出扩展环来解决。 一般扩展环节可以简单型 和 智能型 两种。 智能型的输入输出扩展环节因为 自带 CPU， 可以 是靠所自带的 CPU 管理的，不用特别 靠近主机 ，智能 型的输入输出扩展环节 通常用在大型 PLC 的输入输出扩展环节。 简单型的输入输出扩展环节是 则依赖于主机的程序扫描过程 ， 必须 通过并行 接 口和主机相通，常用在小型 PLC 输入输出扩展环节。 图 22 I/O 接口电路结构框图 外 部 设备 保持器 保持器 保持器 光电隔离器 光电隔离器 光电隔离器 功率放大 功率放大 功率放大 信号发送回路 输出状态寄存器 8 PLC 的外部设备主 要有 编程设备、监控设备、存储设备 、输入输 出设备等。 （ 1） 编程设备 编程器是一个 将 数据写到可编程的集成电路 上的外部设备 ,主要用于存储器和单片机之类芯片 的程序编写。 编程器 可分 为 两种：专用编程器 和 通用 编程器 ， 其中 专用型编程器适用芯片种类较少 但是 价格最低 ， 适用范围较窄 ，如仅仅需要对 PLC 系列编程。 PLC 的工作状态还可以通过编程器来 进行 跟踪和 监视， 有利于调试用户程序。 （ 2） 监控设备 除了不能改变 PLC 的用户程序 以外 ， 监控设备和 编程器相当类似 ， 但是 监控设备简单 明了， 可以直观的观察 PLC 的 各种情况，监控设备 是 一个 使用 PLC 很好的界面。 这种外部设备已经越 来越多的出现在 PLC 身上。 （ 3） 存储设备 存储设备可以 永久性地存储用户数据， 防止 用户 的 程序 发生 丢失。 存储 设备 包括 只读存储器 、 存储卡 、软磁盘 和 存储磁带 等等， 相应的 也 有 ROM 写入器 、 软驱 、 存卡器 和 磁带机 等 来连接相应的存储设备。 PLC 在 这方面的配套设施 相当 普遍。 （ 4）输入输出设备 通常输入输出设备用来 输出 或者 接收信号，便于与 PLC 进行人机对话。 输入输出设备实现人机对话更方便，可在现场条件下实现，并便于使用。 可编程控制器的软件系统 PLC 的软件系统通常可分为 两大部分： 系统程序和用户程序， PLC 所使用的程序的 集合 就是 软件系统。 PLC 基本功能由 PLC 系统程序决定，主要有 系统程序调用、功能程序、系统管理程序、用户指令解释程序 等部分。 系统程序 主要 用来 控制 PLC 的运行， 由于 系统程序是重要数据 并且需要长期保存 ，所以其采用 EPROM 存储器或 ROM。 用户载入的 PLC 应用程序 称为用户程序 ， 由于 载入初期的用户程序修改与调试 较为频繁 ， 为了方便用户调试所以 存放在随机存储器 RAM 内。 监控程序、编译程序及诊断程序等 构成 了系统程序。 监控程序 （ 管理程序 ） ，主要发挥 的是 管理全机 的 功能。 编译程序 的 功能是 将 程序语言翻译成机器语言。 诊断程序的 功能是 诊断机器 的 故障。 系统程序是由 PLC 的制造商编制，固化在 PROM 或 EPROM中，随 PLC 一起提供给用户使用。 系统程序包括 系统管理程序，用户指令解释程序和供系统调用的标准程序 模块。 9 用户程序 是 用户利用企业提供的程序编译语言编制出 符合 生产 要求的 程序 的 应用程序。 模拟量运算程序、闭环控制程序、开关量逻辑控制程序 和操作站系统应用程序等 都被包括 在用户程序中。 （ 1） 开关量逻辑控制程序 PLC 用户程序中最重要的一部分 就是开关量逻辑控制程序 ， 不同的 PLC 的制造企业其编程语言 也并不相同， 一般 公司 主要 采用梯形 图、助记符或功能表图等编程语言编制， 全部兼容的 编程语言尚未 被 研发完成。 （ 2） 模拟量运算程序及闭环控制程序 在大中型 PLC 上实施的程序 通常是模拟量运算程序及闭环控制程序， 用户 的 程序编制主要 根据 的是所需 PLC 提供 的软硬件功能。 编程语言 基本 采用 汇编语言和高级语言 ，一些 公司 也有提供相应编程软件 以方便用户编程。 （ 3） 操作站系统程序 大型 PLC 系统 通过 通信 的联网 为进行信息 的管理和交换 而编制的程序 被称为操作站系统程序。 操作站系统程序 包括了各类画面的操作显示程序， 基本 采用高级语言，用户可凭借 制造商提供的软件使用 的 说明进行 人机界面操 作和 操作站的系统 编制和 画面组态 等 相应的应用程序。 可编程控制器的工作过 程和工作原理 工作 原理 PLC 工作的 要点是 可靠物理实现和出入信息交换。 出入信息交换 的 实现主要依靠运行 位 PLC 内存中的程序。 这程序既有系统的，又有用 户的。 系统程序 不仅 为用户程序提供 运行和编辑的 平台，同时， 系统程序 还进行必要的公共处理， 包括 I/O 刷新、自检 、与 上位计算机 和外设 或其他 PLC 通讯等处理。 用户可以根据自己的需求自行设计用户程序。 需要 什么控制就 可以编制 什么用户程序。 可靠物理实现 一般 通过输入（ I、 INPUT） 和 输出（ O、 OUTPUT） 电路。 每 个 I或 O 电路都处在 一 个 输入点或输出点 上面。 PLC 的 I/O 系统 由 若干模版集成而成 ， 这些模版依靠若干个输入输出电路集成。 PLC 体积的大部分 都是 由这些模版组成 ，但由于 这些模版 都是 高度 集成化的，所以 PLC 的 体积 并不是很大。 PLC 的 I/O 电路的寄存器也可以说是 输出锁存器 和输入暂存器。 输出锁存器和输入暂存器 通过 PLC 的 I/O 总线和 运行 PLC 系统程序实现 与 PLC 内存交换信息。 接受模拟信号的输入电路和 可接收开关的输入电路 这些功能 PLC 都有。 知识接受模拟信号 的输入电路需要 先将 模拟信号 转换 为 数字信号 ，然后在将转换 完成 的数字信号 存入 PLC 中的 内存单元中。 如果 要进行 模拟量 的 输出， 那么 模拟量 的 输出电路 是 必不可少 的 ，靠 模拟量的输出电路 对 PLC 之中的 内存单元 里面的 内容进行 数字信号、 模 10 拟信号 转换，并产生输出。 PLC 工作过程 简单来说是 是： 输入刷新 — 运行用户程序 — 输出刷新， 输入刷新 —运行用户程序 — 输出刷新， 反复顺序地 运行。 实现 用 PLC 的 控制 也正是因为有了这个过程。 可把输入电路 传送的 输入信息 通过 输入刷新 存入 PLC 里面的 输入映射区 内 ；输出映射区 通过运行用户程序 得到 经过变换 的信息；再 通过 输出刷新，输出锁存器 可以通过输出电 路产生相应的输出 来显示输出映射区的状态。 反复顺序地 运行 ，所以， 输入的变化总能 依靠 输出 来 反映 出来。 只有 一个缺点就是 响应的时间上略有滞后， 不过由于 控制器的工作速度非常快快，所以滞后时间极短 ， 大约也就是几毫秒不超过 200毫秒。 过程 11 图 23 PLC 工作过程 启动 初始化 监视定时器（ WDT） 与编程器交换信息 与数字处理器交换信息 与外部设备交换信息 执行用户程序 输入输出信息处理 处理中断 处理中断 处理中断 处理中断 处理中断 12 89C51 单片机的简介 89C51 单 片机的总体结构 单片机片上硬件资源 89C51 为典型的 ROM 型单片机，内部硬件资源有： 1） . 面向控制的 8 位中央处理器； 2） . 4K 字节掩膜 ROM 程序存贮器； 3） . 128 字节内部 RAM 数据存贮器； 4） . 2 个 16 位定时器 /计数器； 5） . 1 个全双工的异步串行口； 6） . 5 个中断源、 2 个中断优先级的中断控制器； 7） . 时钟电路，时钟频率为 ～ 12MHz 单片机结构 89C51 采用模块式的结构，有多个存贮空间，其结构框图如 图 24 所示。 单片机引脚图 89C51 单片机引脚图如图 25 图 24 单片机结构框图 P0 P1 P2 P3 数据存贮器 程序存贮器 内部中断 时钟 OSC ALE CPU 串行口 4K 字节RAM 4╳ 8 I/O 口 128 字节RAM 中断控制 外部中断 定时器 1 定时器 0 外部计数 脉冲 总线控制 PSEN TXD RXD 13 单片机中 CPU 的工作原理 CPU 在执行程序过程中起关键作用，它是由运算器和控制器组成。 控制器根据指令码产生控制信号，使存储器、运算器和输入 /输出端口之间能协调地工作；运算器进行逻辑运算、算数及位操作处理等。 CPU 通过对控制器和运算器的控制与管理，让单片机完成指定任务。 单片机拥有的中央处理器 CPU 是单片机的核心， 8 位数据宽度的处理器使 CPU 能处理8 位二进制代码或数据，中央处理器进行调度、控制和指挥单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出的操作。 CPU 通过单片机的内部总线，将单片机内的各部分：数据存储器 (RAM)、程序存储器 (ROM)、定时 /计数器、串行接口、并行接口和中断系统等联系在一起。 内部总线有三种：控制总线用来传送 CPU 各种控制命令，以便 CPU 统一指挥协调工作，数据总线用来传送数据信息，地址总线用来传送 地址信息，选中各操作单元。 完成程序所需要 执行的功 能。 CPU 执行程序主要包括两个过程：一是取指过程， CPU 从 ROM 中取出指令，指令的地址由 PC 指针提供， PC 指针将在 CPU 取指后加一，所以 PC 指针总指向接下来一个要执行的操作数或指令代码。 这样能保证程序顺序地往下执行。 二是执指过程，取出的指令代码被送到 CPU 控制器里面的指令寄存器，通过指令译码器编译成各个电信号来实现指令的各种功能。 图 25 14 第 3章 系统设计 系统的总体结构 系统总体结构图如 图 31 所示： 本图 是整 个系统的 完整 设计思 想，逐步完善了初步设计。 防盗磁条控制系统由 89C51 单片机、 PLC 可编程逻辑控制器、步进电机和触摸屏技术 等各个 部件合作 完成的 ， 图 12 表示的是 防盗磁条自动标签机机械总图 ： 信息时代的便捷 被触摸屏技术展现得淋漓尽致 ，整个系统 就是 因为 它的发明和使用 才能拥有 优秀的人机界面。 正常使用触摸屏的 操作离不开所加入的开关电源 ， 磁条的长度、钢带的长度和段数 可以 直接 在触摸屏上 进行设定， PLC 接收到 的信息就是用户在触摸屏上所设置的 ， 用户设置的 磁条长度和钢带长度通过 PLC 换算成脉冲，非晶磁条、胶带和钢带 在 设置完成后 才能 传送 ，胶带有黏性的一面传送到某个点与非晶磁条黏合，下方胶带有黏性的一面传送到另外一个点跟切断的钢带黏合，再由送料步进电机将黏合钢带的胶带以及黏合非晶磁条的胶带压实复合，最后将成型的非晶磁条按规定的长度切断，到此非晶磁条的生产 过程结束。 图 31 系。