PLC控制的数字显示电子钟设计（最终稿）(4)

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第二章PLC控制系统的概要

本章将详细介绍PLC控制系统的硬件和原理，要设计一个PLC控制系统，首先要掌握它的硬件结构和工作原理，然后才能进行程序设计。

本章作为控制系统的核心，我们要掌握控制系统的原理和步骤，以便为下面的设计打下基础。

2.1 PLC控制系统的组成及各部分的功能

2.1.1 系统组成

PLC系统由CPU运算和控制中心，存储器，输入/输出接口，编程器等组成。

2.1.2 PLC控制系统的各部分的功能 1. CPU

中央处理器cpu起“心脏”作用。当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。

组成：CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。

2.存储器

具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和用户存储器。

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系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。 用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5年。 3．输入/输出接口 （1）输入接口 光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。 发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。 光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。 输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。 （2）输出接口 PLC的继电器输出接口电路 。 工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。 表2-1 三种类型对比 继电器输出 晶体管输出 晶闸管输出 有触点 无触点 寿命短 寿命长 寿命长 频率低 交直流负载 直流负载 交流负载 无触点 8

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4．编程器

编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过PLC的RS232口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过NSTP-GR软件（或WINDOWS下软件）向PLC内部输入程序。

2.2 PLC控制系统的基本工作原理

2.2.1 PLC的工作方式

PLC采用“顺序扫描，不断循环”的方式。

1．每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。 2．输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有 新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。

3．一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。 4．元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。

5．扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数。

6．由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。

2.2.2 PLC与继电器控制系统、微机区别

1．PLC与继电器控制系统区别

前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”。 前者用“软件”，后者用“硬件”。 2．PLC与微机区别

前者工作方式是“循环扫描”，后者工作方式是“待命或中断”。

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2.3 PLC的编程

2.3.1 PLC的编程方法

PLC 编程方式PLC最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器”。用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”。

2.3.2 PLC的编程语言及特点

1. PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言等等。 2. 梯形图语言特点：

（1）每个梯形图由多个梯级组成。

（2）梯形图中左右两边的竖线表示假想的逻辑电源。当某一梯级的逻辑运算结果为“1”时，有假想的电流通过。

（3）继电器线圈只能出现一次，而它的常开、常闭触点可以出现无数次。 （4）每一梯级的运算结果，立即被后面的梯级所利用。 （5）输入继电器受外部信号控制。只出现触点，不出现线圈。

2.4 PLC系统的主要参数及分类

2.4.1 PLC的主要参数

用户程序存储容量：是衡量可存储用户应用程序多少的指标。通常以字或K字为单位。16位二进制数为一个字，每1024个字为1K字。PLC以字为单位存储指令和数据。一般的逻辑操作指令每条占1个字。定时/计数，移位指令占2个字。数据操作指令占2~4个字。

2.4.2 PLC系统的分类

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1．整体式：是把PLC各组成部分安装在一起或少数几块印刷电路板上，并连同电源一起装在机壳内形成一个单一的整体，称之为主机或基本单元、小型、超小型PLC采用这种结构。

2．模块式：是把PLC各基本组成做成独立的模块。中型、大型PLC采用这种方式。便于维修。

2.5 PLC控制系统的一般步骤

1）根据生产的工艺过程分析控制要求：需要完成动作、操作方式。 2）根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数。

3）选择PLC（考虑性价比等）。

4）分配PLC的I/O点，设计I/O电气接口连接图（也可结合第2步进行）。 5）进行PLC的程序设计，同时可进行控制台（柜）的设计和现场施工，在设计传统的继电器控制系统时，必须在控制线路（接线等）设计完成后，才能进行控制台（柜）的设计和现场施工。由此可见，可减少整个工程的施工量并大大缩短施工周期。

6)对于较复杂的控制系统，需绘制系统流程图，明确给出动作的顺序和 条件。

7)设计梯形图（并程序清单）。这是比较困难的但也是关键的一步。要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的基础及实践经验。

8)程序输入PLC并检查输入是否正确。 9)调试和修改直至满足要求。

10）控制台（柜）及现场施工完成后，即可进行联机调试，直至满足生产要求。

11）编制技术文件。 12）交付使用。

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