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1、 目录摘要2第一章 概述31.1 PLC的基本概念与基本结构31.1.1 PLC的的基本概念31.1.2 PLC的基本结构31.2 PLC的特点与应用领域51.2.1 PLC的特点51.2.2 PLC的应用领域6第二章 PLC的硬件与工作原理62.1 PLC的硬件62.1.1 PLC的物理结构62.1.2 CPU模块中的存储器62.2 PLC的工作原理7第三章 PLC程序设计基础83.1 PLC编程语言与编程结构83.1.1顺序功能图（SFC）93.1.2 梯形图(LD)93.1.3功能块图(FBD)103.1.4 指令表(IL)113.2 顺序控制梯形图的设计方法113.2.1 起保停电路的
2、编程方式113.2.2 以转换为中心的编程方式12第四章 三菱公司F140MR型PLC的使用134.1 三菱公司的PLC产品及F140MR134.1.1 F1系列PLC的指令系统简介：134.1.2 F140MR的编程元件：134.1.3 某些编程元件使用特性及含义：144.2 F1-20P简易编程器的使用144.2.2 编程操作14第五章 基于PLC十字路口交通信号灯控制系统设计175.1 设计选题及PLC控制过程175.2 顺序功能图185.3 以转换为中心的梯形图的设计205.4 交通灯控制系统的编程指令215.5程序调试225.5.1在系统设计中注意的问题225.5.2程序调试中遇到的
3、问题及解决方法225.5.3心得体会23致23参考文献23摘要本文介绍了PLC的基本结构及分类，PLC的特点及应用领域，通过分析PLC的工作原理及PLC的编程语言，并且重点介绍了三菱F140MR型PLC编程语言和指令系统，通过对梯形图程序设计方法的分析，主要介绍了两种顺序功能图转换为梯形图的方法，即起保停电路设计方法和以转换为中心的设计方法。针对选题十字路口交通信号灯控制系统设计，本文采用顺序控制设计法中并行序列的顺序功能图设计方法，将东西、南北两个方向的路灯并行控制，再以转换为中心的方法将顺序功能图转换为梯形图，最后利用编程器将指令输入PLC中进行调试，最终实现交通灯的自动控制。关键词：PL
4、C、自动控制、梯形图、顺序功能图、交通灯控制系统第一章 概述1.1 PLC的基本概念与基本结构1.1.1 PLC的的基本概念现代社会要求制造业对市场需求作出迅速反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具备极高的可靠性和灵活性，可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。PLC应用面广、功能强大、使用方便，已经广泛的应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用已得到了迅速的发展。它不仅
5、是单机自动化中应用最广的控制设备，在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地位，PLC应用程度之广、普及程度之高，是其他计算机控制设备无法比拟的。国际电工委员会（IEC）对PLC作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令、并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程，可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。由以上定义可以看出，PLC是一种用程序里改变控制功能的工业控制计算机，除了各种各样的控
6、制功能外，还有与其它计算机通和信联网的功能。此实验是以三菱公司的PLC为基础而进行实验的。1.1.2 PLC的基本结构PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成（见图1-1）.PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。1. CPU模块CPU主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块相当于认得大脑和心脏，它不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出；存储器用来存储程序和数据。并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，
7、去指挥有关的控制电路， 与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、存容量等。存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。 CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。 CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对CPU部的详细分析已无必要，我们
8、只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接I/O模板或底板，有存接口，用于安装存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、存区等。2. I/O模块输入（Input）模块和输出（Output）模块简称I/O模块，他们相当于人的眼、耳、鼻、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。PLC的对外功
9、能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，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。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。3. 编程器编程器是用来生成用户程序，便用它来编辑、检查、修改用户程序，监视用户程序的执行情况。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入好编辑指令表程序，因此又叫做指令编辑器。它的体积小，价格便宜，一般用来给小型的PLC编程，或者用与现场调试和维护。4. 电源PLC使用AC 220V电源或DC 24V电源。部的开关电源为各模块提
10、供不同等级的直流电源。小型的PLC可以为输入电路和外部的电子传感器（例如接近开关）提供DC 24V电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。5.PLC的通信联网 PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的围交换信息。 当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之
11、间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。 了解了PLC的基本结构，我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念，做到既经济又合理，尽可能发挥PLC所提供的最佳功能。1.2 PLC的特点与应用领域1.2.1 PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰强（2）功能强大，性价比高（3）编程简易，现场可修改（4）配套齐全，使用方便（5）寿命长，体积小，能耗低（6）系统的设计、安装、调试、维修工作量少，维修方便1.2.2 PLC的应用领域PLC已经广泛地应用到很多工业部门，随着其性能价格的不断提高，PLC的应用围不断扩大，主要由一下几个方面：（1）数字量逻辑控制（2）运动控制（3）闭环过程控制（4）数据处
12、理（5）联网通信第二章 PLC的硬件与工作原理2.1 PLC的硬件2.1.1 PLC的物理结构根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式、模块式和混合式。1.整体式PLC整体式又叫做单元式或机箱式，它的体积小、价格低，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。2.模块式PLC大、中型PLC一般采用模块式结构，它由机架和模块组成，模块插在模块插座上，后者焊接在
13、机架中的总线连接板上，有不同槽数的机架供用户选用，如果一个机架容纳不下选用的模块，可以增设一个或数个扩展机架，各机架之间用接口模块和电缆相连。用户可以选用不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和特殊功能块，对硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。2.1.2 CPU模块中的存储器存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器，系统程序相当于个人计算机中的操作系统，它使PLC具有基本的智能，能完成PLC设计者的规定的各种工作。系统程序由PLC的生厂家设计并固定化在ROM（只读存储器）中，用户不能读取。用户程序由用户设计，它使PLC能完成用户要球的特定功能，用户程序存储器的容量以字节（B）为
14、单位。1.随机存取存储器（RAM）用户可以用编程装置读出RAM中的容，也可以将用户程序写入RAM，因此RAM又叫读/写存储器。RAM的工作速度高、价格便宜、改写方便。2.只读存储器（ROM）ROM的容只能读出，不能写入。3.可以电檫出可编程的只读存储器（EEPROM）S7-200用EEPROM来存储用户程序和长期保存的重要数据。2.1.3 I/O模块各I/O点的通/断状态用发光二极管（LED）显示，PLC与外部接线的连接一般用接线端子，某些模块使用可以拆卸的插座型端子板，不需断开端子板上的连接线，就可以迅速的更换模块。输入模块：PLC通过输入模块来接收和采集输入信号，通过输出模块控制接触器、电
15、磁阀、电磁铁、调速装置等执行器，PLC控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号。输出模块：输出模块的率放大元件有大功率晶体管和场效应管（驱动直流负载）、双向可控硅（驱动交流负载）和小型继电器，继电器可以驱动交流负载或直流负载。输出电流的典型值为0.52A,负载电源由外部现场提供。2.2 PLC的工作原理可编程控制器是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图很相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器等等。这种用计算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理继电器在功能上也有某些相似之处。继电器在控制系统中有功率放大、电气隔离、逻辑运算的作用。PLC有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序不实现控制
