基于plc的电子钟控制系统_毕业设计(定稿)(编辑修改稿)

基于plc的电子钟控制系统_毕业设计(定稿)(编辑修改稿)内容摘要：

存储容量是指用户程序存储器的容量。 用户程序存储器的容量大，可以编制出复杂的程序。 一般来说，小型 PLC的用户存储器容量为几千字，而大型机的用户存储器容量为几万字。 （ 2） I/O点数 输入 /输出（ I/O）点数是 PLC可以接受的输入信号和输出信号的总和，是衡量 PLC性能的重要指标。 I/O点数越多，外部可接的 输入设备和输出设备就越多，控制规模就越大。 （ 3）扫描速度 扫描速度是指 PLC执行用户程序的速度，是衡量 PLC性能的重要指标。 一般以扫描 1K字用户程序所需的时间来衡量扫描速度，通常以 ms/K字为单位。 PLC用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种 PLC执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。 （ 4）指令的功能与数量 指令功能的强弱、数量的多少也是衡量 PLC性能的重要指标。 编程指令的功能越强、数量越多， PLC 的处理能力和控制能力也越强，用户编程也越简单和方便，越容易完成复杂的控制任务。 （ 5）内部元件的种类与数量 在编制 PLC程序时，需要用到大量的内部元件来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息。 这些元件的种类与数量越多，表示 PLC的存储和处理各种信息的能力越强。 （ 6）特殊功能单元 特殊功能单元种类的多少与功能的强弱是衡量 PLC产品的一个重要指标。 近年来各 PLC厂商非常重视特殊功能单元的开发，特殊功能单元种类日益增多，功能越来越强，使 PLC的控制功能日益扩大 江苏建筑职业技术学院毕业设 计说明书 11 （ 7）可扩展能力 PLC 的可扩展能力包括 I/O点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模 块的扩展等。 在选择 PLC时，经常需要考虑 PLC的可扩展能力。 江苏建筑职业技术学院毕业设 计说明书 12 PLC的工作原理 PLC内外部电路 （ 1）外部电路接线 a) 主电路 b) 控制线路 图 131 电动机全压起动电气控制线路 图 图 131 是电动机全压起动控制的接触器电气控制线路，控制逻辑由交流接触器 KM线圈、指示灯 HL HL热继电器常闭触头 FR、停止按钮 SB起动按钮 SB1及接触器常开辅助触头 KM通过导线连接实现。 合上 QS后按下起动按钮 SB1， 则线圈 KM通 电并自锁，接通指示灯 HL1 所在支路的辅助触头 KM 及主电路中的主触头， HL1亮、电动机 M起动；按下停止按钮 SB2，则线圈 KM断电，指示灯 HL1灭， M停转。 a)主电路 b)I/O 实际接线图 图 132 电动机全压起 动 PLC 控制接线图 江苏建筑职业技术学院毕业设 计说明书 13 图 132 是采用西门子的一款 S7 系列 PLC 实现电动机全压起动控制的外部接线图。 主电路保持不变，热继电器常闭触头 FR、停止按钮 SB起动按钮 SB1等作为 PLC的输入设备接在 PLC的输入接口上，而交流接触器 KM线圈、指示灯 HL HL2等作为 PLC的输出设备接在 PLC的输出接口上。 按制逻辑通过执行按照电动机全压控制要求编写并存入程序存储器内的用户程序实现。 2）建立内部 I/O映像区 在 PLC存储器内开辟了 I/O映像存储区，用于存放 I/O信号的状态，分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器 ，此外 PLC其它编程元件也有相对应的映像存储器，称为元件映像寄存器。 I/O 映像区的大小由 PLC 的系统程序确定，对于系统的每一个输入点总有一个输入映像区的某一位与之相对应，对于系统的每一个输出点也都有输出映像区的某一位与之相对应，且系统的输入输出点的编址号与 I/O映像区的映像寄存器地址号也对应。 PLC 工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映像区对应的位上，运算结果存放到输出映像区对应的位上， PLC 在执行用户程序时所需描述输入继电器的等效触头或输出继电器的等效触头、等效线圈状态的数据取用于 I/O映像区，而 不直接与外部设备发生关系。 I/O 映像区的建立使 PLC 工作时只和内存有关地址单元内所存的状态数据发生关系，而系统输出也只是给内存某一地址单元设定一个状态数据。 这样不仅加快了程序执行速度，而且使控制系统与外界隔开，提高了系统的抗干扰能力。 3）内部等效电路 图 133 PLC 内部等效电路 图 江苏建筑职业技术学院毕业设 计说明书 14 图 133是 PLC的内部等效电路，以其中的起动按钮 SB1 为例，其接入接口 输入映像区的一个触发器 相连接，当 SB1接通时，触发器 就被触发为“ 1”状态，而这个“ 1”状态可被用户程序直接引用为 触头的状态，此时 触头与 SB1的通断状态相同，则 SB1接通， “ 1”，反之 SB1断开， “ 0”，由于 触发器功能与继电器线圈相同且不用硬连接线，所以 触发器等效为 PLC 内部的一个 ，直接引用 个受 （或称为动合触头）。 同理，停止按钮 SB2 与 PLC 内部的一个软继电器线圈 相连接， SB2 闭合， 线圈的状态为“ 1”，反之为“ 0”，而继电器线圈 的状态被用户程序取 反后引用为，所以 （或称动断触头）。 而输出触头 、 PLC 内部继电器的物理常开触头，一旦闭合，外部相应的 KM线圈、指示灯 HL1就会接通。 PLC输出端有输出电源用的公共接口 COM。 PLC的 控制系统 用 PLC实现电动机全压起动电气控制系统，其主电路基本保持不变，而用 PLC替代电气控制线路 [4]。 （ 1） PLC控制系统构成 电动机全压起动的 PLC控制系统可分成输入电路、输出电路和内部控制电路三个部分。 a、 输入电路 部 分 输入电路的作用是将输入控制信号送入 PLC，输入设备为按钮 SB SB2及 FR常闭触头。 外部输入的控制信号经 PLC输入到对应的一个输入继电器，输入继电器可提供任意多个常开触头和常闭触头，供 PLC内容控制电路编程使用。 b、 输出电路 输出电路的作用是将 PLC 的输出控制信号转换为能够驱动 KM线圈和 HL1 指示灯的信号。 PLC 内部控制电路中有许多输出继电器，每个输出继电器除了 PLC 内部 控制电路提供编程用的常开触头和常闭触头外，还为输出电路提供一个常开触头与输出端口相连，该触头称为内部硬触头，是一个内部物理常开触头。 通过该触头驱动外部的 KM 线圈和 HL1 指示灯等负载，而 KM线圈再通过主电路中 KM主触头去控制电动机 M的起动与停止。 驱动负载的电源由外电部电源提供， PLC的输出端口中还有输出电源用的 COM公共端。 江苏建筑职业技术学院毕业设 计说明书 15 C、 内部控制电路 内部控制电路由按照被控电动机实际控制要求编写的用户程序形成，其作用是按照用户程序规定的逻辑关系，对输入、输出信号的状态进行计算、处理和判断，然后得到相应的输出控制信号， 通过控制信号驱动输出设备：电动机 M、指示灯 HL1等。 用户程序通过个人计算机通信或编程器输入等方式，把程序语句全部写到 PLC的用户程序存储器中。 用户程序的修改只需通过编程器等设备改变存储器中的某些语句，不会改变控制器内部接线，实现了控制的灵活性。 （ 2） PLC控制梯形图 梯形图是一种将 PLC内部等效成由许多内部继电器的线圈、常开触头、常闭触头或功能程序块等组成的等效控制线路。 a、 梯形图中继电器元件物理结构不同于电气元件 PLC 梯形图中的线圈、触头只是功能上与电气元件的线圈、触头等效。 梯形图中 的线圈、触头在物理意义上只是输入、输出存储器中的一个存储位，与电气元件的物理结构不同。 b、 梯形图中继电器元件的通断状态不同于电气元件 梯形图中继电器元件的通断状态与相应存储位上的保存的数据相关，如果该存储位的数据为“ 1”，则该元件处于“通”状态，如果该位数据为“ 0”，则表示处于“断”状态。 与电气元件实际的通断状态不同。 c、 梯形图中继电器元件状态切换过程不同于电气元件 梯形图中继电器元件的状态切换只是 PLC对存储位的状态数据的操作，如果 PLC对常开触头等效的存储位数据赋值为“ 1”，就完成动合操作过程，同样 如对常闭触头等效的存储位数据赋值为“ 0”，就可完成动断操作过程，切换操作过程没有时间延时。 而电气元件线圈、触头进行动合或动断切换时，必定有时间延时，且一般要经过先断开后闭合的操作过程。 d、 梯形图中继电器所属触头数量与电气元件不同 如果 PLC从输入继电器 “ 0”，将之存入另一个存储器中的一个存储位，被存入的存储位就成了受 继电器控制的一个常开触头，被存入的数据为“ 0”；如在取出位数据“ 0”之后先进行取反操作，再存入一个存储器的一个存储位，则该位存入的数据为“ 1”，该存储 位就成了受继电器。 江苏建筑职业技术学院毕业设 计说明书 16 只要 PLC内部存储器足够多，这种位数据转移操作就可无限次进行，而每进行一次操作，就可产生一个梯形图中的继电器触头，由此可见，梯形图中继电器触头原则上可以无限次反复使用。 但是 PLC内部的线圈通常只能引用一次，如需重复使用同一地址编号的线圈应慎之又慎。 与 PLC不同的是电气元件中触头数量是有限的。 梯形图每一行画法规则为从左母线开始，经过触头和线圈（或功能方框），终止于右母线。 一般并联单元画在每行的左侧、输出线圈则画在右侧，其余串联元件画在中间。 PLC 的 工作过程 PLC 上电后，在系统程序的监控下周而复始地按一定的顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行等。 （ 1）上电初始化 PLC上电后，首先对系统进行初始化，包括硬件初始化， I/O模块配置检查、停电保持范围设定及清除内部继电器、复位定时器等。 （ 2） CPU自诊断 在每个扫描周期须进行自诊断，通过自诊断对电源、 PLC内部电路、用户程序的语法等进行检查，一旦发现异常， CPU使异常继电器接通， PLC面板上的异常指示灯 LED亮，内部特殊寄存器中存入出错代码并给出故障显示标志。 如果不是致命错误则进入 PLC的停止（ STOP）状态；如果是现致命错误时，则 CPU被强制停止，等待错误排除后才转入 STOP状态。 （ 3）与外部设备通信 与外部设备通信阶段， PLC与其他智能装置、编程器、终端设备、彩色图形显示器、其他 PLC等进行信息交换，然后进行 PLC工作状态的判断。 PLC有 STOP和 RUN两种工作状态，如果 PLC处于 STOP状态，则不执行用户程序，将通过与编程器等设备交换信息，完成用户程序的编辑、修改及调试任务；如果 PLC处于 RUN状态，则将进入扫描过程，执行用户程序。 （ 4）扫描过程 以扫描方式把外部输入信 号的状态存入输入映像区，再执行用户程序，并将执行结果输出存入输出映像区，直到传送到外部设备。 江苏建筑职业技术学院毕业设 计说明书 17 PLC上电后周而复始地执行上述工作过程，直至断电停机。 用户程序循环扫描 PLC对用户程序进行循环扫描分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段 [5]。 （ 1）输入采样阶段 CPU将全部现场输入信号，如按钮、限位开关、速度继电器的通断状态经 PLC的输入接口读入映像寄存器，这一过程称为输入采样。 输入采样结束后进入程序执行阶段后，期间即使输入信号发生变化，输入映像寄存器内数据不再随之变化，直至一个扫描循 环结束，下一次输入采样时才会更新。 这种输入工作方式称为集中输入方式。 （ 2）程序执行阶段 PLC在程序执行阶段，若不出现中断或跳转指令，就根据梯形图程序从首地址开始按自上而下、从左往右的顺序进行逐条扫描执行，扫描过程中分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中将有关编程元件的状态数据“ 0”或“ 1”读出，并根据梯形图规定的逻辑关系执行相应的运算，运算结果写入对应的元件映像寄存器中保存。 而需向外输出的信号则存入输出映像寄存器，并由输出锁存器保存。 （ 3）输出处理阶段 CPU将输出映像寄存器的状态 经输出锁存器和 PLC的输出接口传送到外部去驱动接触器和指示灯等负载。 这时输出锁存器保存的内容要等到下一个扫描周期的输出阶段才会被再次刷新。 这种输出工作方式称为集中输出方式。 江苏建筑职业技术学院毕业设 计说明书 18 江苏建筑职业技术学院毕业设 计说明书 19 第 2 章 基于 PLC的电子钟控制系统的硬件分析 本章主要是立足于本课题的具体要求，对西门子 S7200PLC作了主要的概述，分析了主机单元的 CPU22数字量扩展模块 EM222以及 LED数码管的技术指标等。 S7200PLC 的 概述 S7200PLC 是德国西门子公司生产的一种小型 PLC，但其许多功能已经达到大、中型PLC的水平，而价格却与小型机一样，因此，它一经推出，即受到了广泛关注。 特别是 S7200 CPU22X系列 PLC，由于它具有多种功能模块和人机界面可供选择，所以系统的集成非常方。