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1、江苏城市职业学院毕业设计（论文）（ 2014 届）设计（论文）题目 基于PLC的简易数字电压表的设计 办 学 点 （系） 张家港办学点（工程系） 专 业 机械设计与制造 班级 11机械（普） 学号 学生姓名 指导教师 杜维娜 职称 讲师 目 录摘要II一 概述11 数字电压表的发展现状12 用PCL设计数字电压表的意义1二 可编程控制器（PLC）的选型21 PLC选型的考虑因素2 1.1 控制对象和范围的确定2 1.2 PLC机型选择的考虑因素22 PLC的选择3 2.1 PLC结构的合理性3 2.2 PLC功能的相当性3 2.3 PLC机型的统一性3三 对PLC控制系统软件进行编制和设计41
2、 PLC控制系统软件的编制程序42 PLC控制系统软件设计的主要内容53 PLC控制系统软件的编程分类5 3.1 离线编程的PLC5 3.2 在线编程的PLC6四 对PLC控制系统硬件进行设计81 FX-4AD的模拟量输入模块82 PLC的中央处理单元（CPU）113 PLC的存储器和常用类型114 电源125 FX2N-32MR型PLC126 人机界面FXGOT 930 12五 总结14致谢15参考文献16基于PLC的简易数字电压表的设计摘要 本课题是基于PLC的简易数字电压表的设计的开发性论文。随着智能化微机测量和控制技术的迅猛发展，以PLC为核心的数字电压表开始以迅雷不及掩耳之势火速占领
3、电子测量领域。本文首先介绍数字电压表的发展现状；其次，着重论述PLC设计数字电压表的意义；接着，深度分析对PLC的选型，并对FX系列的PLC做总结性的概述。同时，在本文的硬件部分，将主要对课题模拟量输入输出模块FX-4AD,FX2N-32MR型PLC及人机界面F930做出详细的介绍。从而，确保所设计出来的简易数字电压表能够实现精度高、测量准确可靠、性价比高、运行可靠的优点。关键词：数字电压表，PLC，FX系列，方案设计基于PLC的简易数字电压表的设计一 概述1 数字电压表的发展现状 众所周知，在电量的测量过程中，电压、电流以及频率是其中最为基础的三个被测量，然而又以电压量的测量最为普遍。同时，
4、随着电子技术的不断发展，电压测量的准度变得愈发要求精准，于是数字电压表就成为了工业以及生活中必不可少的一种测量仪器。数字电压表，一般简称为DVM，它的工作原理是采用数字化的测量技术，把连续的模拟量转变成为不连续的数字形式，同时加以显示。由于数字电压表具有读数准确方便、精度高、误差小、测量速度快等优势，于是迅速得到了广泛的应用。【1】近几十年以来，随着半导体技术、集成电路以及微型处理器技术的不断发展，数字电路和数字化测量技术也取得了巨大的进步，从而促使了数字电压表的迅猛发展，并不断出现越来越契合需要的新的电压表类型，例如今天我们将要深度探讨的基于PLC的简易数字电压表。 目前来看，数字电压表的内
5、部核心部件其实就是A/D转化器，而其转化的精准度在很大程度上影响着数字电压表的精准度，因而，我们在设计数字电压表的时候就必须着眼于高精度和低成本这两个重要侧重点。2 用PCL设计数字电压表的意义 PCL就是可编程逻辑控制器，也被称作可编程控制器，是一种经过特殊设计的工业计算机，整个设计原则就是围绕简单和实用进行展开的。PLC的发展与计算机技术、控制技术和通信网络技术等高新技术的发展有着息息相关的因素，正式这些高新技术的发展才推动了可编程控制器的发展。 传统的电压表大多采用的是指针式面板，它的精度低，可视距离近，已经越来越不适应社会的发展需要。而随着智能化微机测量和控制技术的飞速发展，以PLC为
6、核心的数字电压表越来越凸显出自己不可替代的优势。本课题介绍的基于PLC为核心的数字电压表设计，就具有性价比高、使用方便、精度高的特点，在工业生产等电子测量领域有着非比寻常的广泛应用。 传统的数字电压表其实各有特点，它们适合于现场做简单的手工测量，但是如果需要完成远程测量并要对测量数据做更进一步的分析处理时，传统数字电压表就显现出自己的劣势无法完成了。然而，基于PLC的数字电压表，一方面可以完成测量数据的传递，另一方面又可以借助PLC做测量数据的处理。因此，这种类型的数字电压表在功能和实际应用上，都有着无可比拟的优势，于是基于PLC数字电压表的设计无论是开发还是在应用上都具有良好的发展前景。二
7、可编程控制器（PLC）的选型 基于PLC的简易数字电压表的设计,最基本的就是PLC的选型。电气技术人员必须要与工艺技术人员和机械技术人员进行合作，详细的了解设备生产工艺的实际具体要求与机械设备的技术性能，结合实际选用合适的PLC，才能满足生产设备的工艺要求。在选用的过程中，要选择那些既能满足生产设备工艺要求，又具有高性价比的PLC产品。1 PLC选型的考虑因素（1） 控制对象和范围的确定我们在应用PLC的时候，首先应该要详细地分析被控对象、控制过程以及控制要求，了解工艺流程之后再列出控制系统的所有功能和它的指标要求，与其他工业控制计算机加以比较之后再进行最后的选择。如果要控制的对象所在的工业环
8、境比较恶劣，而安全性和可靠性的要求特别的严格，系统工艺又比较复杂而用常规的继电接触器控制很难实现，同时工艺流程又需要经常性的对象和现场变动的话，用PLC数字电压表进行控制是最恰当的选择。 （2） PLC机型选择的考虑因素 一般而言，PLC机型的选择主要讲的就是其功能上如何实现我们的需要，并不会浪费机器的容量。在选择机型之前，我们首先要对控制对象进行下面一系列的考虑： （a）有多少个开关量需要输入，其电压分别是多少； （b）有多少个开关量需要输出，其输出的功率是多少； （c）是否存在特殊的控制要求； (d)现场对PLC的扫描速度有什么要求等。【2】2 PLC的选择 随着可编程控制器（PLC）的不
9、断推广和应用，PLC产品在市面上的种类堪称是淋漓满目，数量繁多，而且其功能也是日渐完善。近年来，美国、日本、德国等国引进的PLC产品加上我国自主开发的产品在结构型式、性能、容量以及价格等方面都各有不同，适用的场合也是各有侧重点，因此，合理的在各有千秋的PLC产品群里面选择满足自己需求的产品，对于提高PLC控制系统的技术和经济指标都有着十分重要的作用和意义。 可编程控制器的机型选择基本原则应该在其功能满足要求的前提下，要能够保证操作可靠、维护方便、使用简单以及最佳的性价比。具体来说，就是要能够满足以下几点：(1) PLC结构的合理性对于工艺过程比较固定、环境条件较好的使用场合，可以选择整体式结构
10、的PLC。(2）PLC功能的相当性 对于开关量控制的工程项目，对其的控制速度如果不需要进行考虑，一般选择低档PLC就可以了；当然，对于那些以开关量控制为主，并且带有少量的模拟量控制的工程项目，要选用带A/D转换、D/A转化和数据传送功能的低档PLC；如果是控制要求比较高的工程项目，例如要实现闭环控制、PID运算和通信联网的话，就要选用中档或者是高档PLC了。其中高档PLC主要是用于大规模过程的控制以及整个工厂的自动化等。【2】(3) PLC机型的统一性对于使用企业来说，应尽量做到PLC机型的统一。其原因是，同一个机型的PLC，其模块是可以实现互为备用的，便于企业对备件的采购和管理；另外，同一机
11、型的PLC其功能和编程方法也是统一的，有利于技术水平的提高和技术功能的开发等；同时，它的外部设备具有通用性，资源可以实现共享，甚至在配上上位计算机之后，还可以将控制各个独立系统的多台PLC连接成为一个多级分布式控制系统，从而实现互相通信，集中管理。三 对PLC控制系统软件进行编制和设计 PLC数字电压表应用系统的总体设计，主要涉及方面除了上述的PLC选型以外，PLC软件的编制也是其最重要的方面之一。对于PLC控制的软件系统，可以自主编制，也可以委托专门的软件开发公司进行编制，对于那些极其复杂的工艺要求或者是需要网络通信控制系统，如果自主编制的技术力量达不到，那么委托相关的软件公司进行开发，就是
12、最好的方法了。1 PLC控制系统软件的编制程序 对PLC控制软件系统进行编程时，首先最基本的就是要对模块进行合理地划分；其次是对指令进行合理利用，同时要严格注意信息名称的定义；最后，经过对单块的不断调试，软硬件的联调和系统的总调试。总之，软件编制程序必须经过一段时间的运行考验，才可以正式投入实际的现场工作中去。【3】 当我们在对PLC控制系统软件进行编制和设计的时候，理所当然最应该进行设计的就是其主程序。首先我们必须明确的是主程序包括初始化部分以及调用A/D转换子程序和调用显示程序。因此，为了对单路以及循环进行显示，我们必须对系统设置一个标志位进行控制，我们将这个标志位定义为00H，当初始化时
13、00H位设置为0，此时为循环显示；而当00H设置为1时，就变成了单路循环。 它的工作流程非常简单，在低电平的前提下拨动拨码开关K1时，程序转向选择通道程序，拨动K2的次数就是选择的通道号，拨动K3就表示确认，这时电压表就会转向数据读取程序，接着到显示程序，从而显示出通道号和电压值。反之，如果K1是高电平，就会转向循环显示程序，从而先显示第0路依次显示到第7路电压值和相应的通道号： 2 PLC控制系统软件设计的主要内容 PLC控制系统的软件部分主要包括存储器、专用寄存器、系统初始化程序等八个方面，下面将简单进行介绍：（1） 对存储器空间的分配。它和开关量I/O的点数、模拟量I/O点数还有内存的利
14、用率以及程序编写者的编程水平息息相关。（2） 专用寄存器的确定。（3） 故障应急措施软件的设计。（4） 主程序的编制和调试。（5） 系统初始化程序的设计。（6） 其他辅助型程序的编制和设计。（7） 各功能性的子程序的编制和设计。（8） 与通信网络有关的程序设计。【3】3 PLC控制系统软件的编程分类 PLC的编程其实就两种，一种是离线编程，另一种是在线编程。我们接下来就来具体了解一下这两种编程方式有什么不同之处。(1) 离线编程的PLC 离线编程的PLC，其主要特点就是其主机和编程器共同使用同一个CPU，在编程器上有一个“编程/运行”的选择开关或者是按键，当选择编程的状态时，CPU就会失去对现场的控制，只单独为编程器服务，这就是我们所说的“离线”编程。此种类型的PLC，因为编程器和主机的共用，从而节省了大量的硬件和软件，同时编程器的价格也相对比较便宜。因而，中小型的PLC多采用离线编程。(2) 在线编程的PLC 在线编程的PLC，与离线编程不同，它的主机和编程器是单独都配有一个CPU的，编程器的CPU可以随时对键盘输入的各种编程指令进行处理，而主机的CPU则是完成对现场的实时控制，并在一个扫描周期的末尾与编程器
