《五金工具自动充磁设备控制系统硬件设计16375.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《五金工具自动充磁设备控制系统硬件设计16375.docx（49页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、浙江科技学院毕业设计（论文）五金工具具自动充充磁设备备控制系系统硬件件设计周 明明(自动化化与电气气工程学学院 指导教教师：何何致远)摘要：在在五金工工具生产产过程中中，为使使工具便便于实际际应用，广广泛采用用充磁机机对五金金工具进进行充磁磁。目前前使用的的充磁机机自动化化程度差差，操作作过程劳劳动强度度大，以以至生产产效率低低，同时时充磁机机中充磁磁线圈设设计不尽尽合理，容容易过热热、烧毁毁等，同同时较小小的线圈圈结构也也限制了了生产。本文应用用可编程程序控制制器（PPLC）和和触摸屏屏技术，设设计了充磁机机自动控控制系统统的软硬硬件设计计，建立立了友好好的人机机操作界界面。同同时应用用电磁
2、场场理论和和电力电电子技术术，完成成了充磁磁线圈的理理论设计计。系统统经过调调试，能能够初步步满足实实际生产产工艺要要求。该该系统改改进了充充磁机的的自动化化程度，提提高了可可靠性，具具备规模模化生产产能力，人人机界面面使操作作简单、方方便，对对五金工工具制造造行业自动动化水平平的提高高具有积积极意义义，具备备广阔的应用前景景。关键词:五金工工具；充磁机机；PLCC；触摸屏屏Absttracct:IIn tthe prooducctioon pproccesss off haardwwaree, ffilllingg maagneetissm ddeviice is widdelyy usse
3、d in areea oof ffilllingg haardwwaree maagneetissm,wwhicch ccan be connvennienntlyy ussed in praactiicall apppliicattionn. HHoweeverr, tthe auttomaatioon ddegrree of acttuall deevicce iis sso llow at preesennt,thaat tthe prooducctivvityy iss loow aand thee laaborr inntennsioon iis hhighh. FFurttherr
4、 moore, thhe wwidtth oof pprodducttionn eqquippmennt iis nnot reaasonnablle, temmperratuure is verry hhighh , thee deevicce iis eeasiily desstrooyedd byy thhe hhighh heeat. Thhe ssmalllerr wiindiing fraactuure resstriict thee abbiliity of prooducctioon. Thiis eessaay ddesiigneed tthe filllinng mmagn
5、netiism auttomoobille ssysttem andd grraphhic opeerattingg paanell wiith proograammaablee loogicc coontrrolller (PLLC) andd toouchh paanell. FFiniisheed tthe dessignnatiion of winndinng bby uusinng tthe theeoryy off ellecttrommagnnetiism fieeld andd poowerr ellecttronnic tecchnoologgy. Witth tthe de
6、bbugggingg off prrogrram, thhe ssysttem couuld sattisffy tthe prooducctioon pproccesss. TThe sysstemm immproovedd thhe aautoomattismm annd rreliiabiilitty oof ffilllingg maagneetissm ddeviice. Thhe ddeviice hadd a abiilitty oof mmasss prroduuctiion. Huumann maachiine pannel madde ooperratiion eassy
7、aand simmplyy, iit wwilll maake possitiive meaaninng to impprovve ffilll maagneetissm ddeviices aautoomattionn leevell . Thee deevicce hhad a pproffounnd fforeegrooundd inn acctuaal aappllicaatioon.KKeywwordds：harrdwaare toool；filll mmagnnetiism devvicee；proograammaablee loogicc coontrrolller；touuch
8、 pannel1 绪绪论1.1 本课题题的意义义和目的的目前在五五金工具具生产行行业中，广广泛应用用充磁装装置对五五金工具具部分地地方进行行充磁，使使其带有有磁性便便于实际际应用目目前在五五金工具具行业中中，充磁磁机应用用广泛，但但大部分分都以手手工操作作为主，充充磁机的的线圈设设计较小小，使劳劳动强度度大而生生产效率率低，满满足不了了工业发发展的需需求，迫迫切需要要改进充充磁机的的自动化化程度，实实现连续续、批量量充磁。五金工工具是浙浙江省的的出口创创汇的支支柱产品品之一，目目前主要要在省内内温州、金金华和杭杭州等地地的一些些中小企企业生产产，但目目前各企企业生产产设备的的自动化化程度较较低
9、，劳劳动密度度大，生生产装置置中充磁磁线圈设设计也不不尽合理理，容易易过热，烧烧毁等缺缺憾，可可编程序序控制器器（PLLC）在在此方面面的应用用较少。五金工具具的充磁磁工业作作为产品品性能的的主要指指标之一一，其工工艺稳定定度要求求高，以以前经常常会发生生因为产产品质量量不过关关而遭到到外商的的退货，这这对五金金行业的的发展起起到非常常大的阻阻碍作用用，研制制一条全全自动的的充磁工工艺流水水线是解解决目前前存在问问题的关关键措施施。利用用PLCC控制的的自动充充磁流水水线的研研发可以以极大提提高劳动动生产率率和自动动化程度度，实现现连续、批批量充磁磁，结合合触摸屏屏技术和和机械手手技术节节省了
10、很很大的空空间，操操作方便便简单解解决了行行业所面面对的技技术缺陷陷，提高高这个行行业的水水平。1.2 五金工工具自动动充磁设设备研发发的特点点与要求求在五金工工具生产产行业中中，广泛泛应用充充磁装置置对五金金工具部部分地方方进行充充磁，使使其带有有磁性便便于实际际应用。目前国内外及我省对五金工具充磁的要求实现连续、批量充磁，生产效率高，安全可靠。在五金工具充磁中当前已经开始运用PLC技术和触摸屏技术来控制整个充磁过程,大大提高了生产水平。今后五金工具充磁流水线将更多地利用自动化生产，降低劳动强度，利用工业机器人摆脱手工操作，使生产的产品的质量满足不同客户的要求。应用自动动充磁设设备控制制系统
11、对对充磁装装置对五五金工具具部分部部位进行行充磁，使使其带有有磁性便便于实际际应用。应用PLC控制系统不仅使设计简单化，提高系统的可靠性，而且各项性能指标优于传统的继电器控制系统。结合了触摸屏技术使得操作方便，节省空间，实现了连续、批量充磁，提高了自动化程度和生产效率，降低了劳动强度。解决了行业所面对的技术缺陷，提高这个行业的整体水平。PLC是近几十年发展起来的一种新型工业控制器，由于它把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，而其本身又具有体积小、重量轻、耗电省等特点，在工业过程控制中的应用越来越广泛。以后充磁机将向流
12、水线连续充磁方向发展，PLC将起着关键作用。1.3 PLCC发展概概述世界上第第一台PPLC由由美国数数字设备备公司研研究成功功的，上上世纪880年代代至900年代中中期，是是PLCC发展最最快的时时期，年年增长率率一直保保持为330440%。PLCC广泛地地应用于于汽车、航航天、冶冶金、轻轻工、建建材等行行业。目目前，世世界上有有2000多厂家家生产3300多多品种，PLC国际主流产品：Siemens、A-B、OMRON、三菱、GE、富士、日立、光洋等等。目前中国PLC市场95%以上被国外产品占领，目前国产PLC的市场占有率还不到3%，欧美产品在大中型PLC领域占有绝对优势，日本产品在小型P
13、LC领域占有优势，中国本土自主品牌PLC的市场影响非常小，很难形成规模经济。国内应用Siemens产品的用户占20.8%，A-B14%左右，OMRON14%左右，三菱8.3%，GE6.25%，富士4.2%；其他（日立、光洋等）4%。如今PLC的指令越来越丰富，从单一的逻辑控制向时时通讯发展，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC今今后将朝朝着体积积更小、速速度更快快、功能能更强、价价格更低低的微小小型PLLC发展展，另外外一个方方向将向向大型（1000点以上）、高速
14、（0.2-0.4um/指令）、多功能方向发展。21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发
15、展方向1。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。1.4 触摸屏屏发展概概述在20世世纪900年代初初，出现现了一种种新的人人机交互互作用技技术-触摸屏屏技术，利利用这种种技术使使用者只只要用手手指轻轻轻地碰计计算机显显示屏上上的图符符或文字字就能实实现对主主机操作作，这样样摆脱了了键盘和和鼠标操操作，使使人机交交互更为为直截了了当。因因此，触触摸屏技技术已成成为当前前最简便便的人机机交流
16、的的输入设设备。触触摸屏在在我国的的应用范范围非常常广阔，主主要是公公共信息息的查询询；城市市街头的的信息查查询；汽汽车领域域和家电电领域也也有很大大发展空空间；此此外还应应用在手手机领域域，特别别是现在在进入33G时代代，智能能手机将将是一个个很大的的市场，将将来触摸摸屏还要要走入家家庭。国国际主流流产品：欧姆龙龙、富士士通、三三菱、ppro-facce、sieemenns、ABBB等。触触摸屏的的发展呈呈现专业业化、多多媒体化化、立体体化和大大屏幕化化等趋势势。以触触摸屏技技术为交交互窗口口的公共共信息传传输系统统通过采采用先进进的计算算机技术术，运用用文字、图图像、音音乐、解解说、动动画
17、、录录像等多多种形式式，直观观、形象象地把各各种信息息介绍给给人们，给给人们带带来极大大的方便便。可以以预见，随随着触摸摸屏技术术的迅速速发展，触触摸屏的的应用领领域会越越来越广广，性能能会越来来越好。触摸屏技技术方便便了人们们对计算算机的操操作使用用，是一一种极有有发展前前途的交交互式输输入技术术。世界界各国对对此普遍遍给予重重视，并并投入大大量的人人力物力力进行研研发，新新型触摸摸屏不断断涌现。利用触摸摸笔进行行操作的的触摸屏屏类似白白板，除除显示界界面、窗窗口、图图标外，还还具有利利用触摸摸笔签名名、标记记的功能能，系统统已做到到了自动动辨认。这这种触摸摸笔比早早期只提提供选择择菜单用用
18、的光笔笔功能大大大增强强。触摸板采采用了压压感电容容式触摸摸技术，屏屏幕面积积最大，3m4m是一种壁挂式系统。触摸板由三部分组成：最底层是中心传感器，用于监视触摸板是否被触摸，然后对信息进行处理，中间层提供了交互用的图形、文字等，最外层是触摸表层，由强度很高的塑料材料构成。当手指点触外层表面时，在千分之一秒内就可以将此信息送到传感器并进行登录处理。触摸板与PC机兼容，它还具有亮度高、图像清晰、易于交互等特点，因而被应用于指点式信息查询系统（如电子公告板），收到了非常好的效果。总之，触触摸屏的的发展呈呈现专业业化、多多媒体化化、立体体化和大大屏幕化化等趋势势。可以以预见，随随着触摸摸屏技术术的迅
19、速速发展，触触摸屏对对于计算算机技术术的普及及利用将将发挥重重要的作作用22。1.5 本文所所做的主主要工作作按照毕业业设计任任务书的的要求，本本论文主主要进行行了下述述几方面面的工作作：1 查阅和消消化课题题研究的的相关资资料，研研究基于于PLCC控制的的电气传传动系统统的设计计理论方方法。2 调研目前前市场上上各个厂厂商所生生产的PPLC、机机械手和和触摸屏屏类型，比比较他们们的性能能和价格格。3 设计了五五金工具具自动充充磁设备备的传动动控制电电路，进进行设备备的选型型，应用用欧姆龙龙PLCC进行了了相关控控制程序序的编制制，绘制制相关的的电气图图纸。4 掌握欧姆姆龙PLLC与触触摸屏产
20、产品的应应用环境境,完成相相关硬件件连接及及通讯软软件程序序设计，实实现欧姆姆龙PLLC控制制器与触触摸屏之之间的通通讯，经经调试软软硬件达达到预期期要求。2 充充磁线圈圈与整流流电路设设计2.1充充磁线圈圈的设计计2.1.1充磁磁线圈的的计算充磁线圈圈的工作作原理，是是应用通通电螺线线管能产产生磁场场的原理理，应用用毕奥萨伐尔尔定律计计算如下下：如图图211所示，载载流导线线上有一一电流元元Idll在真空空中某点点P处的磁磁感强度度dB的大大小，与与电流元元的大小小Idll成正比比，与电电流元IIdl到到点P的矢量量r间的夹夹角的正正弦成正正比。并并与电流流元到点点P的距离离r的二次次方成反
21、反比，即即：图2-11 电电流元的的磁感强强度的方方向（2-11）式中k为为比例系系数，它它的大小小和单位位取决于于磁场中中的磁介介质和所所选用的的单位制制。对于真空空中的磁磁场，如如式中各各量均用用国际单单位制，则则比例系系数，叫做真真空磁导导率，其其值为。这这样，上上式可写写成：（2-22）dB的方方向垂直直于dll和r所组成成的平面面，并沿沿矢积的的方向，即即由Iddl经小小于1880度的的角转向向r时的右右螺旋前前进方向向。若用矢量量式表示示，则有有：（2-33）e为沿矢矢量r的单位位矢量。式式(2-1)就就是毕奥奥萨伐尔尔定律。这样任意意载流导导线在点点P处的磁磁感强度度B可以由由式
22、(22-1)求得（2-44）载流直螺螺线管的的磁场计计算图2-22 载载流直螺螺线管的的磁场计计算如图2-2所示示，有一一长为LL、半径径为R的载流流密绕直直螺线管管，螺线线管的总总匝数为为N。通有有电流II，设把把螺线管管放在真真空中，求求管内轴轴线上一一点处的的磁感强强度。由于直螺螺线管上上线圈是是密绕的的，所以以每匝线线圈可近近似当作作是闭合合的圆形形电流。于于是，轴轴线上任任意点PP处的磁磁感强度度B，可以以认为是是N个圆电电流在该该点各自自激发的的磁感强强度的叠叠加。现现取图中中轴线上上的点PP为坐标标原点OO。并以以轴线为为Ox轴，在在螺线管管上取长长为dxx的一小小段，匝匝数为。
23、其其中=nn为单位位长度的的匝数，这这一小段段载流线线圈相当当于通有有电流为为Inddx的圆圆形线圈圈。利用用圆形载载流导线线的磁场场计算中中式(22-1)。可得得它们在在Ox轴上上点P处的磁磁感强度度dB的值值为：（2-55）dB的方方向沿OOx轴正正向，考考虑到螺螺线管上上各小段段载流线线圈在OOx轴上上点P所激发发的磁感感强度的的万向相相同，均均沿Oxx轴正向向，所以以整个载载流螺线线管在点点P处的磁磁感强度度。应为为各小段段载流线线圈在该该点磁感感强度之之和，即即：（2-66）为便于积积分。用用角变量量替换x，为点P到小段段线圈的的连线与与Ox轴之之间的夹夹角。从图2-2(bb)可以以
24、看出：（2-77）以及：（2-88）把它们代代入式（2-5）得：（2-99）和的几何何意义见见图2-2。下面讨论论几种特特殊情况况：如点P处处于管内内轴线上上的中点点，在这这情况下下，而，则由（2-9）可得：（2-110）若，即很很细很长长的螺线线管可看看作是无无限长的的。由上上式可得得管内轴轴线上个个中点处处的磁感感强度的的值为：上述结果果还可以以由式直直接得到到，对“无限长长”的螺线线管来说说，可以以取及，代入入式（22-9）。亦亦得：（2-111）B的方向向沿Oxx轴正向向。如点P 处于“无限长长”载流螺螺线管的的一端，则则，或者，由式式（2-9）可可得螺线线管两端端的磁感感强度的的值均
25、为为（2-112）比较上述述结果可可以看出出，半“无限长长”螺线管管轴线上上端点的的磁感强强度只有有管内轴轴线中点点磁感强强度的一一半。图233 长直螺螺线管内内轴线上上磁感强强度的分分布图233给出长长直螺线线管内轴轴线上磁磁感强度度的分布布,可以看看出密绕绕载流长长直螺线线管内轴轴线中部部附近的的磁场完完全可以以视作均均匀磁场场3。2.1.2线圈圈整流电电路的的的设计三相桥式式整流电电路，这这种电路路用六个个整流元元件，如如图2-4所示示。图 2-4 三相桥桥式整流流电路 1电电路的工工作原理理从上面三三相桥式式整流电电路图中中可知，不不论是aa与b，a与c,还是是b与c之间，都都串接着着
26、变压器器次级绕绕组的线线电压，实实际上是是将次级级绕组的的线电压压经整流流后成为为负载电电压的。在讨论三三相桥式式整流电电路的工工作情况况时，要要分析整整流元件件的导通通情况；何时导导通?同时有有几个元元件导通通?导通次次序如何何？我们在讨讨论三相相桥式整整流电路路的工作作情况时时，从图图244中可看看到，、三只二二极管是是共阴极极接法，、三只二极管是共阳极接法。那么导通通原则为为：、三只二二极管中中阳极电电位具有有最高正正电位的的整流元元件才能能导通，、三只二极管中阴极电位具有最低负电位的整流元件才能导通。这样我们们把三相相桥式整整流电路路可看成成是由一一组共阴阴极接法法的三相相半波整整流电
27、路路（、）与一一组共阳阳极接法法的三相相半波整整流电路路(、)迭合而而成的。极极接法的的三相半半波整流流电路(、)迭合而而成的。图2-55 三相桥桥式整流流电路的的波形2电压压和电流流的关系系负载上得得到的直直流电压压，在相相同的相相电压条条件下为为三相半半波整流流电路中中的两倍倍。（2-113）通过次级级绕组的的电流有有效值：（2-114）变压器总总功率：（2-115）3整流流元件的的选择因为整流流元件是是交替工工作的，每每一瞬间间只有两两只管子子导通，每每个管子子导通通通，故流流过每个个整流二二极管的的平均电电流是负负载平均均电流的的三分之之一。（2-116）整流二极极管所承承受的反反向峰
28、值值电压等等于次级级线电压压的峰值值。（2-117）与三相半半波整流流电路相相比，在在输出同同样的负负载直流流电压条条件下，三三相桥式式整流电电路中的的整流元元件承受受的电压压较小。3 基基于PLLC与触触摸屏的的充磁系系统硬件件设计3.1 PLCC简介3.1.1 PPLC的构构成从结构上上分，PPLC分分为固定定式和组组合式（模模块式）两两种。固固定式PPLC包包括CPPU板、I/O板、显显示面板板、内存存块、电电源等，这这些元素素组合成成一个不不可拆卸卸的整体体。模块块式PLLC包括括CPUU模块、II/O模块、内内存、电电源模块块、底板板或机架架，这些些模块可可以按照照一定规规则组合合配
29、置。（1）CCPU的的构成CPUU是PLCC的核心心，起神神经中枢枢的作用用，每套套PLCC至少有有一个CCPU，它它按PLLC的系系统程序序赋予的的功能接接收并存存贮用户户程序和和数据，用用扫描的的方式采采集由现现场输入入装置送送来的状状态或数数据，并并存入规规定的寄寄存器中中，同时时，诊断断电源和和PLCC内部电电路的工工作状态态和编程程过程中中的语法法错误等等。进入入运行后后，从用用户程序序存贮器器中逐条条读取指指令，经经分析后后再按指指令规定定的任务务产生相相应的控控制信号号，去指指挥有关关的控制制电路。CPUU主要由由运算器器、控制制器、寄寄存器及及实现它它们之间间联系的的数据、控控
30、制及状状态总线线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用用者看来来，不必必要详细细分析CCPU的的内部电电路，但但对各部部分的工工作机制制还是应应有足够够的理解解。CPPU的控控制器控控制CPPU工作作，由它它读取指指令、解解释指令令及执行行指令。但但工作节节奏由震震荡信号号控制。运运算器用用于进行行数字或或逻辑运运算，在在控制器器指挥下下工作。寄寄存器参参与运算算，并存存储运算算的中间间结果，它它也是在在控制器器指挥下下工作。CPUU速度和和内存容容量是PPLC的的重要参参数，它它们决定定着PLLC的工工作速度度，IO
31、O数量及及软件容容量等，因因此限制制着控制制规模。（2）II/O模模块PLCC与电气气回路的的接口，是是通过输输入输出出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。开关量量是指只只有开和和关（或或1和0）两种种状态的的信号，模模拟量是是指连续续变化的的量。常常用的II/O分分类如下下：开关量量：按电电压水平平分，有有2200VACC、1100VACC、24VVDC，按按隔
32、离方方式分，有有继电器器隔离和和晶体管管隔离。模拟量量：按信信号类型型分，有有电流型型（4-20mmA,00-200mA）、电电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上上述通用用IO外，还还有特殊殊IO模块块，如热热电阻、热热电偶、脉脉冲等模模块。按I/OO点数确确定模块块规格及及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。（3）电电源模块块PLCC电源用用于为PPLC各各模块的的集成电电路提供供工作电电源。同同时，有有的还为为输入电电路提供供24VV的工作作电源。电电源输入
33、入类型有有：交流流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。（4）底板或机架大多数模模块式PPLC使使用底板板或机架架，其作作用是：电气上上，实现现各模块块间的联联系，使使CPUU能访问问底板上上的所有有模块，机机械上，实实现各模模块间的的连接，使使各模块块构成一一个整体体。（5）PPLC系系统的其其它设备备编程程设备：编程器器是PLLC开发发应用、监监测运行行、检查查维护不不可缺少少的器件件，用于于编程、对对系统作作一些设设定、监监控PLLC及PLCC所控制制的系统统的工作作状况，但但它不直直接参与与现场控控制运行行。小编编程器PPLC一一般有手手持型编编程器，目目
34、前一般般由计算算机（运运行编程程软件）充充当编程程器。人机机界面：最简单单的人机机界面是是指示灯灯和按钮钮，目前前液晶屏屏（或触触摸屏）式式的一体体式操作作员终端端应用越越来越广广泛，由由计算机机（运行行组态软软件）充充当人机机界面非非常普及及。输入入输出设设备：用用于永久久性地存存储用户户数据，如如EPRROM、EEPPROMM写入器器、条码码阅读器器，输入入模拟量量的电位位器，打打印机等等。（6）PPLC的的通信联联网依靠先先进的工工业网络络技术可可以迅速速有效地地收集、传传送生产产和管理理数据。因因此，网网络在自自动化系系统集成成工程中中的重要要性越来来越显著著，甚至至有人提提出网络就就
35、是控制制器的观点点说法。PLCC具有通通信联网网的功能能，它使使PLCC与PLCC之间、PPLC与与上位计计算机以以及其他他智能设设备之间间能够交交换信息息，形成成一个统统一的整整体，实实现分散散集中控控制。多多数PLLC具有有RS-2322接口，还还有一些些内置有有支持各各自通信信协议的的接口。PLC的的通信，还还未实现现互操作作性，IIEC规规定了多多种现场场总线标标准，PPLC各各厂家均均有采用用4。3.1.2 PLC的工工作原理理PLC虽虽然以微微处理器器为核心心，具有有微机的的许多特特点，但但它的工工作方式式却与微微机有很很大不同同。微机机一般采采用等待待命令和和中断的的工作方方式，
36、如如常见的的键盘扫扫描方式式或I0扫描方方式，当当有键按按下或II/O动动作，则则转入相相应的子子程序或或中断服服务程序序，无键键按下，则则继续扫扫描等待待。 PLCC则是采采用“顺序扫扫描、不不断循环环”的方式式进行工工作的。当当PLCC运行时时， CCPU根根据用户户按控制制要求编编制好并并存于用用户存储储器中的的程序，按按指令步步序号作作周期性性的程序序循环扫扫描，如如果无跳跳转指令令，则从从第了-条指令令开始逐逐条顺序序执行用用户程序序，直到到程序结结束，然然后重新新返回第第一条指指令，开开始下一一轮新的的扫描。在在每次扫扫描过程程中，还还要完成成对输入入信号的的采样和和对输出出状态的
37、的刷新等等工作。如如此周而而复始。PLC的的工作过过程大体体可分为为输入刷刷新、程程序执行行、输出出刷新三三个阶段段，并进进行周期期性循环环，工作作原理如如图3-1所示示。图3-11 PLLC扫描描工作原原理（1）输输入刷新新阶段PLC在在输入刷刷新阶段段，首先先以扫描描方式按按顺序从从输入锁锁存器中中读人所所有输入入端子的的通断状状态或输输人数据据，并将将其存人人(写入)内存中中各对应应的输入入状态映映象寄存存器中，这这一过程程称为输输人采样样或输入入刷新。随随后关闭闭输入端端口，进进入程序序执行阶阶段。在在程序执执行阶段段，即使使输入端端状态有有变化，输输入状态态映象寄寄存器中中的内容容也
38、不会会改变。变变化了的的输人信信号状态态只能在在下一个个扫描周周期的输输入刷新新阶段被被读入。（2）程程序执行行阶段 PLCC在程序序执行阶阶段，按按用户程程序顺序序扫描执执行每条条指令，所所需的执执行条件件可从输输入状态态映象寄寄存器中中和元件件状态寄寄存器(存有辅辅助继电电器、定定时器、计计数器、输输出继电电器等PPLC各各种内部部元件的的状态)中读入入，经过过相应的的运算处处理后，将将结果再再写入元元件状态态映象寄寄存器中中。因此此，对于于每一个个元件来来说，元元件状态态映象寄寄存器中中所存的的内容会会随着程程序的执执行进程程而改变变。（3）输输出刷新新阶段当程序所所有指令令执行完完毕，
39、输输出状态态映象寄寄存器(元件状状态映象象寄存器器中对应应输出继继电器的的部分)的通断断状态在在CPUU的控制制下被一一次集中中送至输输出锁存存器中，并并通过一一定输出出方式输输出，推推动外部部相应执执行元件件工作，这这就是PPLC的的输出刷刷新。经过输入入刷新、程程序执行行和输出出刷新这这三个阶阶段，完完成一个个扫描周周期。这这个过程程以同一一方式反反复重复复称为循循环扫描描工作方方式。在在循环扫扫描工作作方式中中，由于于输入刷刷新过程程是在输输出刷新新过程后后马上进进行的，有有时为了了简便起起见，将将输入刷刷新和输输出刷新新过程统统称为IIO刷新。实实际上，除除了执行行程序和和IO刷新外外
40、，可编编程控制制器还要要进行各各种错误误检测(自诊断断功能)和与编编程工具具等外部部设备通通讯，这这些操作作称为“监视服服务”，在程程序执行行后进行行。由于扫描描时间定定义为完完成一次次扫描所所需时间间，故一一个扫描描周期(IO刷新、程程序执行行和监视视服务)的长短短主要取取决于三三个因素素：一是是CPUU执行指指令的速速度；二二是每条条指令占占用的时时间；三三是执行行指令条条数的多多少，即即用户程程序的长长短。由于采用用这种集集中采样样、集中中输出的的方式，使使得在每每一个扫扫描周期期中，PPLC只只对输入入状态采采样一次次，对输输出状态态更新一一次，在在一定程程度上降降低了系系统的响响应速
41、度度，即存存在输入入/输出滞滞后的现现象。第一次扫扫描：由由于X00输入映映象寄存存器是OOFF，则则所有输输出Y00、Y1、Y2均处处于OFFF状态态。第二次扫扫描：在在输入采采样阶段段，由于于X0输入入映象寄寄存器由由OFFF转为ONN，则Y11输出映映象寄存存器在执执行程序序后变为为ON，同同时Y22输出映映象寄存存器也变变为ONN。输出出刷新后后在输出出端子上上Y0=OFFF、YI=ON、Y2=ON。第三次扫扫描：由由于YII输出映映象寄存存器为OON，所所以执行行程序后后Y0也变变为ONN。由上上述循环环扫描过过程可见见，在输输入条件件接通后后，输出出将出现现响应延延迟。最最大延迟迟
42、时间有有可能占占2-33个扫描描周期时时间，所所以响应应延迟时时间与程程序长度度、指令令执行速速度有关关。实际上，输输入输输出滞后后现象除除与上面面所说PPLC的的集中输输入输输出刷新新、程序序循环扫扫描执行行方式有有关外，还还与输入入电路滤滤波器的的时间常常数以及及继电器器输出方方式中输输出继电电器的机机械滞后后有关。一一般地，PLC几毫秒乃至几十毫秒的响应延迟，对响应速度要求不高的普通工业系统或设备的控制来讲是无关紧要的，或者说，这些滞后现象是完全允许的。但在那些需要输出对输入做出快速反应的高速系统或设备的控制中则不能忽视，必须通过合理选择机型(例如应考虑选用具有快速响应、高速计数及中断处
43、理功能，而且指令执行速度高的PLC)和精心设计程序加以解决。虽然PLLC的扫扫描工作作方式使使系统的的响应速速度受到到一定的的影响，但但从另外外一个角角度却大大大提高高了系统统的抗干干扰能力力，使可可靠性增增强。这这也是PPLC的的一个特特殊的优优点。（4）PPLC对对输入输出的的处理规规则根据上述述工作特特点，可可以总结结出，PPLC在在输儿输输出处理理方面遵遵循以下下规则：输入状状态映象象寄存器器中的数数据，取取决于与与输人端端子板上上各输入入端相对对应的输输入锁存存器在上上一次刷刷新期间间的状态态。程序执执行中所所需的输输入、输输出状态态，由输输入状态态映象寄寄存器和和输出状状态映象象寄
44、存器器读出。输出状状态映象象寄存器器的内容容随程序序执行过过程中与与输出变变量有关关的指令令的执行行结果而而改变。输出锁锁存器中中的数据据，由上上一次输输出刷新新阶段时时输出状状态映象象寄存器器的内容容决定。输出端端子板上上各输出出端的通通断状态态，由输输出锁存存器中的的内容决决定55。3.1.3 PLCC的特点点和应用用（）编编程方法法简单易易学梯形图是是使用的的最多的的可编程程语言，其其电路符符号和表表达方式式与继电电器电路路原理图图相似。梯梯形图语语言形象象直观，易易学易懂懂，熟悉悉继电器器的电气气技术人人员只要要花几天天时间就就可以熟熟悉梯形形图语言言，并用用来编制制用户程程序。梯形图
45、语语言实际际上是一一种面向向用户的的高级语语言，可可编程控控制器语语言实际际上是一一种面向向用户的的高级语语言，可可编程控控制器在在执行梯梯形图程程序是，用用解释程程序将它它“翻译“成汇编编语言再再去执行行。（2）功功能强，性性能价格格比高一台小型型可编程程控制器器内有成成百上千千个可供供用户使使用的编编程元件件，有很很强的功功能，可可以实现现非常复复杂的控控制功能能。与相相同功能能的继电电器系统统相比，具具有很高高的性能能价格比比。可编编程控制制器可以以通过通通信联网网，实现现分散控控制，集集中管理理。（3）硬硬件配套套齐全，用用户使用用方便，适适应性强强可编程控控制器产产品已经经标准化化，
46、系列列化，配配备有品品种齐全全的各种种硬件装装置供应应用户选选用，用用户能灵灵活方便便的进行行系统配配置，组组成不同同功能，不不同规模模的系统统。可编编程控制制器的安安装接线线也很方方便，一一般用接接线端子子连接外外部接线线。可编编程控制制器有较较强的带带负载能能力，可可以直接接驱使一一般的电电磁阀和和交流接接触器硬件确确定后，可可以通过过修改应应用程序序，方便便快速的的适应工工艺条件件的变化化。（4）可可靠性高高，抗干干扰能力力强传统的继继电器控控制器使使用大量量的中间间继电器器，时间间继电器器。由于于触电接接触不良良，易出出现故障障。可编编程控制制器用软软件代替替大量的的中间继继电器。仅仅
47、剩下与与输入输输出有关关的少量量硬件，接接线可减减少到继继电器控控制系统统的1/10至至/1100，因因触点接接触不良良造成的的故障大大为减少少。可编程控控制器采采取了一一系列硬硬件和软软件抗干干扰措施施，具有有很强的的抗干扰扰能力，平平均无故故障时间间数万小小时以上上，可以以直接用用与有强强烈干扰扰的工业业生产现现场，可可编程控控制器已已被广大大用户公公认为最最可靠的的工业控控制设备备之一。（5）系系统的设设计，安安装，调调试工作作量少可编程控控制器用用软件功功能取代代了中间间继电器器，时间间继电器器，计数数器等器器件，使使控制柜柜的设计计，安装装，接线线工作量量大大减减少。可编程控控制器的的梯形图图一般采采用顺序序控制设设计法。这这种编程程方法很很有规律律，很容容易掌握握。对于于复杂的的控制系系统，梯梯形图的的设计时时间比设设计继电电器系统统电路图图的时间间要少的的多。可编程控控制器的的用户程程序可以以在实验验室模拟拟调试，输输入用小小开关来来模拟，通通过可编编程控制制器上的的发光二二极管可可观察输输出信号号的状态态。完成成了系统统的安装装和接线线后，在在现场的的系统