基于PLC的传送带的控制系统设计毕业设计论文(3)

技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

第二章 可编程序控制器的结构和原理

2.1 可编程序控制器的基本结构

PLC实质上是一种专门用于工业控制的通用计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，主要有中央处理器(CPU)，存储器(RAM,ROM)，输入输出接口电路（IO接口），电源及编程设备几大部分构成。 一．中央处理器（CPU）

中央处理器（CPU） 是PLC的控制中枢。PLC的CPU按照系统程序赋予的功能接收并存储用户键入的应用程序和数据，检查电源，存储器，IO以及警戒定时器的状态，诊断用户程序的语法错误。PLC中采用的CPU 一般有三大类，一类为通用处理器，如80286，80386等，一类为单片机芯片，如8301，8096等，另外还有位处理器，如AMD2900,AMD2903等。 二．存储器

PLC是工业控制计算机，除了硬件以外，还必须有软件才能正常工作。PLC的软件分两部分：系统软件和应用软件。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。

RLC常用存储器的类型：读写存储器（RAM），可擦除的只读存储器（EPROM）,电可擦除的只读存储器（EPROM） 三．输入 输出（IO）

IO接口有良好的光电隔离和滤波作用。PLC的输出接口往往始于被控对象相连接，被控对象有电磁阀，指示灯，接触器，小型电动机等。

输入接口

各种PLC的输入电路大都相同，通常有三种输入类型。一种是直流（12~14）输入，另一种是交流（100~120V，200~240V）输入，第三种是交直流输入。

输出接口

PLC的输出有三种形式：继电器输出，晶体管输出。继电器输出型PLC 最为常用。当CPU有输出时，接通输出电路中继电器的线圈，继电器的触点闭合，通过该触点控制外部负载电路的负载。晶体管输出型PLC是通过光耦合器是晶体管截至或导通以控制外部负载电路，并同时PLC内部电路和晶体管输出电路进行电气隔离。

四．电源

PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。模块的PLC，是独立的电源模块；整体式PLC电源集成在厢体内。PLC的电源多为高精度的开关电源；掉电保护电路供电的后备电源多为锂电池。 五．编程器

编程器是PLC的重要外围设备。编程器的主要任务是输入程序，编辑程序，调试程序，监控程序，还可以在线测试PLC工作状态和参数与PLC进行人机对话。

2.2 可编程序控制器的编程语言

可编程序控制器可采用的编程语言大致可分为以下儿种:梯形图(LAD)编程语言、功能块图(FBD)编程语言，指令语句编程语言和逻辑表达式编程语言。

（1）梯形图(LAD)编程语言

梯形图(LAD)是与电气控制电路图相呼应的图形语言。它沿用了继电器、触电、串并联等术语和类似的图形符号，并简化了符号，还增加了一些功能性的指令。

梯形图格式中的继电器不是物理继电器，而是软继电器。软继电器各触电均为存储器中的一位，，表示软继相应位为“１”状态，表示软继电器线圈得电，它的常开触点闭合或常闭触点断开；表示软继相应位为“０”状态，表示软继电器线圈得电，他的常开触点断开或常闭触点闭合；

（2）功能块图(FBD)

功能块图，是图形化的高级编程语言，通过软连接的方法把所需的功能块图连接起来，用于实现系统的控制。功能块图的表示格式有利于程序流的跟踪。功能块图与梯形图可以互相转换。

（3）语句表(STL)

语句表是用助记符来表达PLC的各种控制功能的，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言直观易懂，编程简单。

（4） 顺序功能图（SFC）

顺序功能图属于图形语言，用它经常编制顺序控制类程序。顺序功能图编程法可将一个复杂的控制过程分解为一些小的工作状态，对这些小状态的功能分别处理后在再把这些小状态依一定的顺序要求连接组合成整体的控制程序。

（5） 结构化文本（ST）

ST被称为与PASCAL 和C语言一样的高级编程语言。ST不是采用低级的，面向机器的操作符而是以高度压缩的方式提供大量描述复杂功能的抽象语句。与语句指令表IL相比，ST语言的优点是明显的：编程任务高度压缩化的表达格式，在语句块中有清晰的程序结构。

可编程序控制器的工作原理

PLC实际上是一种专门用于工业控制的通用计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，主要有中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出接口电路（IO接口）、电源及编程设备几大部分构成。

1. 扫描工作原理

当PLC运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。

用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。

2. PLC扫描工作过程

PLC的扫描工作过程除了执行用户程序外，在每次扫描工作过程中还要完成内部处理、通信服务工作。如图2-11所示，整个扫描工作过程包括内部处理、通信服务、输入采样、程序执行、输出刷新五个阶段。整个过程扫描执行一遍所需的时间称为扫描周期。扫描周期与CPU运行速度、PLC硬件配置及用户程序长短有关，典型值为1～100ms。

在内部处理阶段，进行PLC自检，检查内部硬件是否正常，对监视定时器（WDT）复位以及完成其它一些内部处理工作。

在通信服务阶段，PLC与其它智能装置实现通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等。

当PLC处于停止（STOP）状态时，只完成内部处理和通信服务工作。当PLC

处于运行（RUN）状态时，除完成内部处理和通信服务工作外，还要完成输入采样、程序执行、输出刷新工作。

PLC的扫描工作方式简单直观，便于程序的设计，并为可靠运行提供了保障。当PLC扫描到的指令被执行后，其结果马上就被后面将要扫描到的指令所利用， 而且还可通过CPU内部设置的监视定时器来监视每次扫描是否超过规定时间，避免由于CPU内部故障使程序执行进入死循环。

3 .PLC用户程序的循环扫描过程

PLC执行程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。

a)在输入采样阶段，PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样，并存入输入映象寄存器中，此时输入映象寄存器被刷新。接着进入程序处理阶段，在程序执行阶段或其它阶段，即使输入状态发生变化，输入映象寄存器的内容也不会改变，输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。

b)在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描执行。若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行。当遇到程序跳转指令时，则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映象寄存器中。对于元件映象寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。

c)当所有程序执行完毕后，进入输出处理阶段。在这一阶段里，PLC将输出映象寄存器中与输出有关的状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并通过一定方式输出，驱动外部负载。

因此，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样。这方式称为集中采样，即在一个扫描周期内，集中一段时间对输入状态进行采样。

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