plc貨物裝卸控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要……………………………………………………………………… 4 </p><p>　　Abstract………………………………………………………………… 5 </p><p>　　0 引言…………………………………………………………………… 6<

2、;/p><p>　　1 PLC的介紹…………………………………………………… 7</p><p>　　1.1 PLC基本結(jié)構(gòu)……………………………………………………… 7 </p><p>　　1.2 PLC的工作原理及功能 ………………………………………… 8 </p><p>　　1.3 PLC的特點(diǎn)…………………………

3、……………………………… 10</p><p>　　1.4 PLC的發(fā)展 ………………………………………………………… 10 </p><p>　　1.5 PLC造型規(guī)則………………………………………………… 11 </p><p>　　1.6 如何選擇PLC型號(hào)………………………………………………… 18</

4、p><p>　　1.7三菱PLC的編程軟件GX Developer…………………………… 21</p><p>　　1.8 PLC與單片機(jī)的區(qū)別………………………………… 23</p><p>　　1.8.1 單片機(jī)……………………………………………………… 23</p><p>　　1.8.2 單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)………………………………………

5、…… 10</p><p>　　1.8.3單片機(jī)應(yīng)用分類 ……………………………………………… 27</p><p>　　1.8.4單片機(jī)發(fā)展歷史………………………………………………… 28</p><p>　　1.8.5 綜合比較………………………………………………………… 30</p><p>　　2 機(jī)械部分 ………………

6、……………………………………………… 31</p><p>　　2.1行車………………………………………………………………… 31</p><p>　　2.2 操作平臺(tái)及控制板………………………………………………… 34</p><p>　　3電子及電路部分介紹…………………………………………………… 35</p><p>　　3.1

7、電機(jī)選擇…………………………………………………………… 35</p><p>　　3.1.1齒輪減速電機(jī)……………………………………………… 35</p><p>　　3.1.2齒輪減速電機(jī)工作原理………………………………………… 35</p><p>　　3.1.3齒輪減速電機(jī)特點(diǎn)……………………………………………… 36</p><p>

8、　　3.1.4 齒輪減速電機(jī)適用范圍…………………………………… 37</p><p>　　3.1.5齒輪減速電機(jī)類型……………………………………………… 37</p><p>　　3.2 PLC選型…………………………………………………… 38</p><p>　　3.3 觸摸屏選型…………………………………………………………… 39</p>&

9、lt;p>　　3.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路………………………………………………………… 41</p><p>　　3.4.1 L298N為主的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器………………………………………… 41</p><p>　　3.4.2 L298N為主的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)要說明 ……………………………… 42</p><p>　　3.4.3 L298N為主的電機(jī)驅(qū)動(dòng)接線圖…………………

10、………………… 42</p><p>　　4 軟件說明……………………………………………………………… 45</p><p>　　4.1 PLC接口 …………………………………………………………… 45</p><p>　　4.2.1 PLC程序設(shè)計(jì)方法………………………………………………… 45</p><p>　　4.2.2 程序流

11、程圖………………………………………………………… 46</p><p>　　4.3 系統(tǒng)案例程序………………………………………………………… 47</p><p>　　4.3.1 手動(dòng)控制…………………………………………………………… 47</p><p>　　4.3.2 行車一維定位……………………………………………………… 48</p><p

12、>　　4.3.3 基于觸摸屏定點(diǎn)的智能化行車…………………………………… 50</p><p>　　4.4 程序說明……………………………………………………………… 56</p><p>　　5 結(jié)論…………………………………………………………………… 56</p><p>　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………… 58</

13、p><p>　　附錄……………………………………………………………………… 59</p><p>　　譯文……………………………………………………………………… 60</p><p>　　原文說明………………………………………………………………… 74</p><p>　　裝卸貨物控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究</p><p&

14、gt;<b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會(huì)的發(fā)展，裝卸貨物的運(yùn)作模式在不斷的進(jìn)步，老的運(yùn)作模式已經(jīng)不能夠滿足如今社會(huì)的節(jié)奏了。裝卸貨物控制系統(tǒng)是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分,廣泛應(yīng)用與各行各業(yè)中。在現(xiàn)代社會(huì)中，裝卸貨物也要求快速，準(zhǔn)確。裝卸貨物系統(tǒng)能夠直觀的提高裝卸效率，為企業(yè)和港口裝卸貨物節(jié)省時(shí)間和金錢。在科技日新月異的今天，該系統(tǒng)的發(fā)展是必然的趨勢(shì)。</

15、p><p>　　PLC是采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是用PLC編寫控制程序來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的的靈活操控。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC，裝卸貨物控制系統(tǒng)</p><p>

16、　　Loading and unloading cargo control system design and research</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of society, Cargo handling operation mode is now continuous pr

17、ogress, the old mode of operation has not able to meet society's rhythm. Loading and unloading cargo control system is an important part of modern logistics system is widely used and in all industries. In modern soc

18、iety, Loading and unloading cargo also require fast, accurate.Cargo handling system can directly improve the efficiency of loading and unloading are good for companies and port to save time and money m</p><p&g

19、t;　　PLC is a programmable memory for its internal stored procedures, performing logical operations, order control, timer, counting and arithmetic operations, such as user-oriented instruction, through digital or analogue

20、 input/output control of various types of machinery or production processes. </p><p>　　The Schematic diagram of the system of the graduation project used PLC to write a program to implement a system of flexi

21、ble manipulator control.</p><p>　　Key words： PLC，Loading and unloading cargo control system</p><p>　　裝卸貨物控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究</p><p><b>　　0 引言</b></p><p>　　港口裝卸企業(yè)是水運(yùn)事業(yè)

22、的重要組成部分。水上運(yùn)輸以成本低、運(yùn)載量大的特點(diǎn)優(yōu)于其他運(yùn)輸方式。港口裝卸企業(yè)是江海、江河運(yùn)輸、水陸中轉(zhuǎn)的重要樞紐。降低港口裝卸成本，對(duì)于促進(jìn)水運(yùn)事業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的影響。</p><p>　　港口裝卸企業(yè)，不論是碼頭泊位的建設(shè)，還是裝卸機(jī)械的配備，都必須較大的資金投入。一般年吞吐能力在1000萬噸左右的港口裝卸企業(yè)，固定資產(chǎn)投資需上億元的資金。況且，港口裝卸企業(yè)消耗大，尤其是能源消耗大，降低港口裝卸成

23、本，勢(shì)必推動(dòng)節(jié)約能源工作的開展。</p><p>　　裝卸貨物控制系統(tǒng)以新穎、靈活、實(shí)用為設(shè)計(jì)理念，采用三菱公司FX3U-16M系列PLC作為主控制器，采用優(yōu)質(zhì)鋁材、鋼材等各種耐用材料，及各種先進(jìn)工藝，運(yùn)用電子電路技術(shù)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了觸摸屏控制、貨物自動(dòng)抓取放置，自動(dòng)出入庫等控制的目的。</p><p>　　該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高，運(yùn)行速度快、可靠性高等特點(diǎn)，同時(shí)在設(shè)計(jì)的時(shí)候，經(jīng)過研

24、發(fā)工程師的設(shè)計(jì)，貨物上升的轉(zhuǎn)數(shù)可以得到精確計(jì)算，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位，自動(dòng)化控制大大提高。</p><p><b>　　1 PLC的介紹</b></p><p>　　1.1 PLC基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller），它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算

25、、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。</p><p>　　可編程邏輯控制器實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，可編程邏輯控制器其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為：</p><p><b>　　電源 　　</b></p><p>　　可編程邏輯控制器的電源在整個(gè)系統(tǒng)中

26、起著十分重要的作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。</p><p>　　中央處理單元(CPU) 　　</p><p>　　中央處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功

27、能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出

28、裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。</p><p>　　為了進(jìn)一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，近年來對(duì)大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。</p><p><b>　　存儲(chǔ)器 　　</b></p><p>　　存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存

29、放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　輸入輸出接口電路 　　</p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。 　　 </p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件

30、輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。</p><p><b>　　功能模塊 　　</b></p><p>　　如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。 　　</p><p><b>　　通信模塊</b></p><p>　　通訊模塊有很多類型，常見的有串口模塊（RS232、RS485、RS422）和以太網(wǎng)通訊模塊。</p&g

31、t;<p>　　1.2 PLC的工作原理及功能</p><p>　　當(dāng)可編程邏輯控制器[14]投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段， 即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 　　</p><p><b>　　輸入采樣階段 　　</b>

32、</p><p>　　在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 　　</p>&l

33、t;p>　　用戶程序執(zhí)行階段 　　</p><p>　　在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要

34、執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。</p><p>　　即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 　　

35、</p><p>　　在程序執(zhí)行的過程中[15]如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 　　</p><p><b>　　輸出刷新階段 　　</b></p><p>　　當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯

36、控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。</p><p>　　1.3 PLC的特點(diǎn)</p><p>　　可編程邏輯控制器具有以下鮮明的特點(diǎn)： 　　</p><p>　　系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，以開關(guān)量控制為其特長(zhǎng)；也能進(jìn)行連續(xù)過程的PID回路

37、控制；并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動(dòng)化。 　　</p><p>　　使用方便，編程簡(jiǎn)單，采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。 　　</p><p>　　能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型。</p>

38、;<p>　　1.4 PLC的發(fā)展</p><p>　　20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的可編程邏輯控制器為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程邏輯控制器定名為Programmable Logic

39、Controller（PLC）。20世紀(jì)70年代中末期，可編程邏輯控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 　　</p><p>　　20世紀(jì)80年代初，可編程邏輯控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)

40、志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀(jì)80年代至90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為30~40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 　　</p><p>　　20世紀(jì)末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)時(shí)期

41、發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。</p><p>　　1.5 PLC造型規(guī)則</p><p>　　在可編程邏輯控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是可編程邏輯控制器工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)?？删幊踢壿嬁刂破骷坝嘘P(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，

42、按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用可編程邏輯控制器應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績(jī)、成熟可靠的系統(tǒng)，可編程邏輯控制器的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定可編程邏輯控制器

43、的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的可編程邏輯控制器和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 　　</p><p>　　一、輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 　　</p><p>　　I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%～20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商可編程邏輯控制器的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。 　　<

44、;/p><p>　　存儲(chǔ)器容量的估算　　 </p><p>　　存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來替代。 　　</p>&

45、lt;p>　　存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。 　　</p><p>　　三、控制功能的選擇　　 </p><p>　　該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 　　

46、</p><p><b>　　1、運(yùn)算功能 　　</b></p><p>　　簡(jiǎn)單可編程邏輯控制器的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能；普通可編程邏輯控制器的運(yùn)算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運(yùn)算功能；較復(fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等；大型可編程邏輯控制器中還有模擬量的PID運(yùn)算和其他高級(jí)運(yùn)算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在可編程邏輯控制器中都已具有通信功能，有些產(chǎn)

47、品具有與下位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機(jī)或上位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運(yùn)算功能。大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，只需要邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測(cè)和控制時(shí)，才使用代數(shù)運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運(yùn)算等。要顯示數(shù)據(jù)時(shí)需要譯碼和編碼等運(yùn)算。 　　</p><p><b>　　2、控制功能 　　</b&

48、gt;</p><p>　　控制功能包括PID控制運(yùn)算、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算、比值控制運(yùn)算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定?？删幊踢壿嬁刂破髦饕糜陧樞蜻壿嬁刂疲虼?，大多數(shù)場(chǎng)合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高可編程邏輯控制器的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。例如采用PID控制單元、高速計(jì)數(shù)器、帶速度補(bǔ)償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。 　　</p>

49、<p><b>　　3、通信功能 　　</b></p><p>　　大中型可編程邏輯控制器系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議（如TCP/IP），需要時(shí)應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)。 　　</p><p>　　可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口、RIO通信口、常用DCS

50、接口等；大中型可編程邏輯控制器通信總線（含接口設(shè)備和電纜）應(yīng)1：1冗余配置，通信總線應(yīng)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置實(shí)際要求。 　　</p><p>　　可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級(jí)的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于1Mbps，通信負(fù)荷不大于60%?？删幊踢壿嬁刂破飨到y(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式： 　　</p><p>　　、PC為主站，多臺(tái)同型號(hào)可編程邏輯控制器為從站，組成簡(jiǎn)易可編程

51、邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)； 　　</p><p>　　2）、1臺(tái)可編程邏輯控制器為主站，其他同型號(hào)可編程邏輯控制器為從站，構(gòu)成主從式可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)； 　　</p><p>　　3）、可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型DCS中作為DCS的子網(wǎng)； 　　</p><p>　　4）、專用可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專用可編程邏輯控制器通信網(wǎng)絡(luò)）。 　　</p

52、><p>　　為減輕CPU通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實(shí)際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)總線、）通信處理器。 　　</p><p><b>　　4、編程功能 　　</b></p><p>　　離線編程方式：可編程邏輯控制器和編程器公用一個(gè)CPU，編程器在編程模式時(shí)，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到

53、運(yùn)行模式，CPU對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型可編程邏輯控制器中常采用。 　　五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（F

54、BD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123），同時(shí)，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場(chǎng)合的控制要求。 　　</p><p><b>　　5、診斷功能 　　</b></p><p>　　可編程邏輯控制器的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的

55、故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對(duì)PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對(duì)可編程邏輯控制器的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。 　　</p><p>　　可編程邏輯控制器的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對(duì)操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時(shí)間。 　　</p><p><b>　　6、處理速度 　　</b></p&g

56、t;<p>　　可編程邏輯控制器采用掃描方式工作。從實(shí)時(shí)性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號(hào)持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)間，則可編程邏輯控制器將掃描不到該信號(hào)，造成信號(hào)數(shù)據(jù)的丟失。 　　</p><p>　　處理速度與用戶程序的長(zhǎng)度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前，可編程邏輯控制器接點(diǎn)的響應(yīng)快、速度高，每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時(shí)間約0.2～0.4Ls，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期（

57、處理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型可編程邏輯控制器的掃描時(shí)間不大于0.5ms/K；大中型可編程邏輯控制器的掃描時(shí)間不大于0.2ms/K。 　　</p><p>　　可編程邏輯控制器的類型 　　</p><p>　　可編程邏輯控制器按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長(zhǎng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎?/p>

58、輸出點(diǎn)數(shù)選型。 　　</p><p>　　整體型可編程邏輯控制器的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型可編程邏輯控制器提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 　　</p><p>　　五、PLC輸入/輸出類型 　　</p><p><b>　　開關(guān)量

59、　　 </b></p><p>　　開關(guān)量主要指開入量和開出量，是指一個(gè)裝置所帶的輔助點(diǎn)，譬如變壓器的溫控器所帶的繼電器的輔助點(diǎn)（變壓器超溫后變位）、閥門凸輪開關(guān)所帶的輔助點(diǎn)（閥門開關(guān)后變位），接觸器所帶的輔助點(diǎn)（接觸器動(dòng)作后變位）、熱繼電器（熱繼電器動(dòng)作后變位），這些點(diǎn)一般都傳給PLC或綜保裝置，電源一般是由PLC[16]或綜保裝置提供的，自己本身不帶電源，所以叫無源接點(diǎn)，也叫PLC或綜保裝置的開入

60、量。 　　</p><p><b>　　數(shù)字量 　　</b></p><p>　　在時(shí)間上和數(shù)量上都是離散的物理量稱為數(shù)字量。把表示數(shù)字量的信號(hào)叫數(shù)字信號(hào)。把工作在數(shù)字信號(hào)下的電子電路叫數(shù)字電路。 　　例如： 　　用電子電路記錄從自動(dòng)生產(chǎn)線上輸出的零件數(shù)目時(shí)，每送出一個(gè)零件便給電子電路一個(gè)信號(hào)，使之記1，而平時(shí)沒有零件送出時(shí)加給電子電路的信號(hào)是0，所在為記數(shù)。可見，零

61、件數(shù)目這個(gè)信號(hào)無論在時(shí)間上還是在數(shù)量上都是不連續(xù)的，因此他是一個(gè)數(shù)字信號(hào)。最小的數(shù)量單位就是1個(gè)。 　　2、模擬量 　　</p><p>　　在時(shí)間上或數(shù)值上都是連續(xù)的物理量稱為模擬量。把表示模擬量的信號(hào)叫模擬信號(hào)。把工作在模擬信號(hào)下的電子電路叫模擬電路。 　　</p><p>　　例如：熱電偶在工作時(shí)輸出的電壓信號(hào)就屬于模擬信號(hào)，因?yàn)樵谌魏吻闆r下被測(cè)溫度都不可能發(fā)生突跳，所以測(cè)得的電壓信

62、號(hào)無論在時(shí)間上還是在數(shù)量上都是連續(xù)的。而且，這個(gè)電壓信號(hào)在連續(xù)變化過程中的任何一個(gè)取值都是具體的物理意義，即表示一個(gè)相應(yīng)的溫度。 　　</p><p><b>　　六、轉(zhuǎn)換原理 　　</b></p><p>　　1. 數(shù)模轉(zhuǎn)換器是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的系統(tǒng)，一般用低通濾波即可以實(shí)現(xiàn)。數(shù)字信號(hào)先進(jìn)行解碼，即把數(shù)字碼轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的電平，形成階梯狀信號(hào)，然后進(jìn)行低通濾

63、波。 　　</p><p>　　根據(jù)信號(hào)與系統(tǒng)的理論，數(shù)字階梯狀信號(hào)可以看作理想沖激采樣信號(hào)和矩形脈沖信號(hào)的卷積，那么由卷積定理，數(shù)字信號(hào)的頻譜就是沖激采樣信號(hào)的頻譜與矩形脈沖頻譜（即Sa函數(shù)）的乘積。這樣，用Sa函數(shù)的倒數(shù)作為頻譜特性補(bǔ)償，由數(shù)字信號(hào)便可恢復(fù)為采樣信號(hào)。由采樣定理，采樣信號(hào)的頻譜經(jīng)理想低通濾波便得到原來模擬信號(hào)的頻譜。 　　</p><p>　　一般實(shí)現(xiàn)時(shí)，不是直接依據(jù)這

64、些原理，因?yàn)榧怃J的采樣信號(hào)很難獲得，因此，這兩次濾波（Sa函數(shù)和理想低通）可以合并（級(jí)聯(lián)），并且由于這各系統(tǒng)的濾波特性是物理不可實(shí)現(xiàn)的，所以在真實(shí)的系統(tǒng)中只能近似完成。 　　</p><p>　　模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)，是一個(gè)濾波、采樣保持和編碼的過程。 　　</p><p>　　模擬信號(hào)經(jīng)帶限濾波，采樣保持電路，變?yōu)殡A梯形狀信號(hào)，然后通過編碼器， 使得階梯狀信號(hào)中的各

65、個(gè)電平變?yōu)槎M(jìn)制碼。 </p><p>　　1.6 如何選擇PLC型號(hào)</p><p>　　PLC產(chǎn)品的種類繁多。PLC的型號(hào)不同,對(duì)應(yīng)著其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等均各不相同,適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此,合理選用PLC,對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。 　　</p><p><b>　　PLC機(jī)型的選擇</b

66、></p><p>　　PLC的選擇主要應(yīng)從PLC 的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下,力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)應(yīng)主要考慮到合理的結(jié)構(gòu)型式,安裝方式的選擇,相應(yīng)的功能要求,響應(yīng)速度要求,系統(tǒng)可靠性的要求,機(jī)型盡量統(tǒng)一等因素。 　　</p><p>　　一、合理的結(jié)構(gòu)

67、型式 　　</p><p>　　PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。 　　</p><p>　　整體式PLC的每一個(gè)I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜,且體積相對(duì)較小,一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便,在I/O點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的種類等方面選擇余地大,且維修方便,一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 　　二、安裝方式的選擇 　　&

68、lt;/p><p>　　PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I/O式以及多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。 　　</p><p>　　集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程I/O硬件,系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程I/O式適用于大型系統(tǒng),系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣,遠(yuǎn)程I/O可以分散安裝在現(xiàn)場(chǎng)裝置附近,連線短,但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程I/O電源；多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制,又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合,可以選用小型P

69、LC,但必須要附加通訊模塊。 　</p><p>　　相應(yīng)的功能要求 　　</p><p>　　一般小型(低檔)PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能,對(duì)于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。 　　</p><p>　　對(duì)于以開關(guān)量控制為主,帶少量模擬量控制的系統(tǒng),可選用能帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換單元,具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔PLC。對(duì)于控制較復(fù)雜,要求實(shí)現(xiàn)

70、PID運(yùn)算 、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能,可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度,選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價(jià)格較貴,一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場(chǎng)合?！　?lt;/p><p>　　四、響應(yīng)速度要求 　　</p><p>　　PLC[11]是為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的通用控制器,不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC,或者某些功能或信號(hào)有特殊的速度要求

71、時(shí),則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度,可選用具有高速I/O處理功能的PLC,或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。 　　</p><p>　　系統(tǒng)可靠性的要求 　　</p><p>　　對(duì)于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對(duì)可靠性要求很高的系統(tǒng),應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。 　　</p><p><b>　　機(jī)型盡量統(tǒng)一 　　</b&

72、gt;</p><p>　　一個(gè)企業(yè),應(yīng)盡量做到PLC的機(jī)型統(tǒng)一。主要考慮到以下三方面問題： 　　 1) 機(jī)型統(tǒng)一,其模塊可互為備用,便于備品備件的采購(gòu)和管理。 　　</p><p>　　機(jī)型統(tǒng)一,其功能和使用方法類似,有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高。 　　</p><p>　　機(jī)型統(tǒng)一,其外部設(shè)備通用,資源可共享,易

73、于聯(lián)網(wǎng)通信,配上位計(jì)算機(jī)后易于形成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)</p><p>　　1.7三菱PLC的編程軟件GX Developer</p><p>　　GX Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進(jìn)行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異

74、地讀寫PLC程序功能。 </p><p>　　GX Developer的特點(diǎn)：</p><p>　　1. 軟件的共通化 GX Developer能夠制作Q系列，QnA系列，A系列（包括運(yùn)動(dòng)控制（SCPU））,FX系列的數(shù)據(jù),能夠轉(zhuǎn)換成GPPQ,GPPA格式的文檔。此外，選擇FX系列的情況下，還能變換成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文檔。</p><p>

75、;　　2. 利用Windows的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升能夠?qū)xcel,Word等作成的說明數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制，粘貼，并有效利用。 </p><p>　　3. 程序的標(biāo)準(zhǔn)化 </p><p>　　(1) 標(biāo)號(hào)編程 用標(biāo)號(hào)編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認(rèn)識(shí)軟元件的號(hào)碼而能夠根據(jù)標(biāo)示制作成標(biāo)準(zhǔn)程序。 用標(biāo)號(hào)編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實(shí)際的程序來使用。 </p><

76、;p>　　(2) 功能塊（以下，略稱作FB）FB是以提高順序程序的開發(fā)效率為目的而開發(fā)的一種功能。把開發(fā)順序程序時(shí)反復(fù)使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開發(fā)變得容易。此外，零件化后，能夠防止將其運(yùn)用到別的順序程序時(shí)的順序輸入錯(cuò)誤。 </p><p>　　(3) 宏 只要在任意的回路模式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡(jiǎn)單的命令就能夠讀出登錄過的回路模式，變更軟元件就能夠靈活利用了

77、。 </p><p>　　4. 能夠簡(jiǎn)單設(shè)定和其他站點(diǎn)的鏈接 由于連接對(duì)象的指定被圖形化而構(gòu)筑成復(fù)雜的系統(tǒng)的情況下也能夠簡(jiǎn)單的設(shè)定。 </p><p>　　5. 能夠用各種方法和可編程控制器CPU連接 </p><p>　　(1) 經(jīng)由串行通訊口 </p><p>　　(2) 經(jīng)由USB </p><p>　　(3)

78、經(jīng)由MELSECNET/10(H)計(jì)算機(jī)插板 </p><p>　　(4) 經(jīng)由MELSECNET(Ⅱ)計(jì)算機(jī)插板 </p><p>　　(5) 經(jīng)由CC-Link計(jì)算機(jī)插板 </p><p>　　(6) 經(jīng)由Ethernet計(jì)算機(jī)插板 </p><p>　　(7) 經(jīng)由CPU計(jì)算機(jī)插板 </p><p>　　(8)

79、經(jīng)由AF計(jì)算機(jī)插板 </p><p>　　6. 豐富的調(diào)試功能 </p><p>　　(1) 由于運(yùn)用了梯形圖邏輯測(cè)試功能，能夠更加簡(jiǎn)單的進(jìn)行調(diào)試作業(yè)。 </p><p>　　(a) 沒有必要再和可編程控制器連接。</p><p>　　(b) 沒有必要制作條使用的順序程序。</p><p>　　(2) 在幫助中有CPU

80、錯(cuò)誤，特殊繼電器/特殊寄存器的說明，所以對(duì)于在線中發(fā)生錯(cuò)誤，或者是程序制作中想知道特殊繼電器/特殊寄存器的內(nèi)容的情況下提供非常大的便利。</p><p>　　(3) 數(shù)據(jù)制作中發(fā)生錯(cuò)誤況時(shí)，會(huì)顯示是什么原因或是顯示消息，所以數(shù)據(jù)制作的時(shí)間能夠大幅度縮短。</p><p>　　1.8 PLC與單片機(jī)的區(qū)別</p><p><b>　　1.8.1 單片機(jī)&l

81、t;/b></p><p>　　單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit）， </p><p>　　圖1.1 單片機(jī)芯片</p><p>　　常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上，如圖1.1所示。單片機(jī)由運(yùn)算器，控制器，

82、存儲(chǔ)器，輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。 　　</p><p>　　由于單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備

83、和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 　　</p><p>　　INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，當(dāng)時(shí)的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)。因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。盡管2000年以后ARM已經(jīng)發(fā)展出了32位的主頻超過300M的高端單片機(jī)，直到目前基于

84、8031的單片機(jī)還在廣泛的使用。在很多方面單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了廣泛的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多處理器，隨著單片機(jī)家族的發(fā)展壯大，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。 　　</p><p>　　現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。 汽車上一般配備40多部單片機(jī)

85、，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過PC機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。</p><p>　　1.8.2 單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　運(yùn)算器 　　</b></p><p>　　運(yùn)算器由運(yùn)算部件——算術(shù)邏輯單元（Arithmetic & Logical Unit，簡(jiǎn)稱A

86、LU）、累加器和寄存器等幾部分組成。ALU的作用是把傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算，輸入來源為兩個(gè)8位數(shù)據(jù)，分別來自累加器和數(shù)據(jù)寄存器。ALU能完成對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、與、或、比較大小等操作，最后將結(jié)果存入累加器。例如，兩個(gè)數(shù)6和7相加，在相加之前，操作數(shù)6放在累加器中，7放在數(shù)據(jù)寄存器中，當(dāng)執(zhí)行加法指令時(shí)，ALU即把兩個(gè)數(shù)相加并把結(jié)果13存入累加器，取代累加器原來的內(nèi)容6。 　　</p><p>　　運(yùn)算器有

87、兩個(gè)功能： 　　</p><p>　?。?）執(zhí)行各種算術(shù)運(yùn)算。 　　</p><p>　　（2）執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測(cè)試，如零值測(cè)試或兩個(gè)值的比較。 　　</p><p>　　運(yùn)算器所執(zhí)行全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號(hào)來指揮的，并且，一個(gè)算術(shù)操作產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)算結(jié)果，一個(gè)邏輯操作產(chǎn)生一個(gè)判決。 　　2.控制器 　　控制器由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、

88、時(shí)序發(fā)生器和操作控制器等組成，是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”，即協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的操作。其主要功能有： 　　</p><p>　　從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置。 　　 </p><p>　　對(duì)指令進(jìn)行譯碼和測(cè)試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)，以便于執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作。 　　</p><p>　　(3) 指揮并控制CPU、內(nèi)存和輸入輸出設(shè)

89、備之間數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。 　　微處理器內(nèi)通過內(nèi)部總線把ALU、計(jì)數(shù)器、寄存器和控制部分互聯(lián)，并通過外部總線與外部的存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路聯(lián)接。外部總線又稱為系統(tǒng)總線，分為數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB和控制總線CB。通過輸入輸出接口電路，實(shí)現(xiàn)與各種外圍設(shè)備連接。 　　</p><p><b>　　主要寄存器 　　</b></p><p>　?。?）累加器A 　　 　　&l

90、t;/p><p>　　累加器A是微處理器中使用最頻繁的寄存器。在算術(shù)和邏輯運(yùn)算時(shí)它有雙功能：運(yùn)算前，用于保存一個(gè)操作數(shù)；運(yùn)算后，用于保存所得的和、差或邏輯運(yùn)算結(jié)果。 　　</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)寄存器DR 　　</p><p>　　數(shù)據(jù)寄存器通過數(shù)據(jù)總線向存儲(chǔ)器和輸入/輸出設(shè)備送（寫）或取（讀）數(shù)據(jù)的暫存單元。它可以保存一條正在譯碼的指令，也可以保存正在送往存儲(chǔ)

91、器中存儲(chǔ)的一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)等等。 　　</p><p>　　指令寄存器IR和指令譯碼器ID 　　</p><p>　　指令包括操作碼和操作數(shù)。 　　</p><p>　　指令寄存器是用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一條指令時(shí)，先把它從內(nèi)存中取到數(shù)據(jù)寄存器中，然后再傳送到指令寄存器。當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行給定的指令時(shí)，必須對(duì)操作碼進(jìn)行譯碼，以確定所要求的操作，指令譯碼器就是負(fù)責(zé)

92、這項(xiàng)工作的。其中，指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。 　　</p><p>　?。?）程序計(jì)數(shù)器PC 　　</p><p>　　PC用于確定下一條指令的地址，以保證程序能夠連續(xù)地執(zhí)行下去，因此通常又被稱為指令地址計(jì)數(shù)器。在程序開始執(zhí)行前必須將程序的第一條指令的內(nèi)存單元地址（即程序的首地址）送入PC，使它總是指向下一條要執(zhí)行指令的地址。 　　</p><p

93、>　　地址寄存器AR 　　</p><p>　　地址寄存器用于保存當(dāng)前CPU所要訪問的內(nèi)存單元或I/O設(shè)備的地址。由于內(nèi)存與CPU之間存在著速度上的差異，所以必須使用地址寄存器來保持地址信息，直到內(nèi)存讀/寫操作完成為止。 　　</p><p>　　顯然，當(dāng)CPU向存儲(chǔ)器存數(shù)據(jù)、CPU從內(nèi)存取數(shù)據(jù)和CPU從內(nèi)存讀出指令時(shí)，都要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。同樣，如果把外圍設(shè)備的地址作為內(nèi)

94、存地址單元來看的話，那么當(dāng)CPU和外圍設(shè)備交換信息時(shí)，也需要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。</p><p>　　1.8.3 單片機(jī)應(yīng)用分類</p><p>　　單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要分支領(lǐng)域，根據(jù)目前發(fā)展情況，從不同角度單片機(jī)大致可以分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。 </p><p><b>　　通用型/專用型</b>

95、;</p><p>　　這是按單片機(jī)適用范圍來區(qū)分的。例如，80C51是通用型單片機(jī)，它不是為某種專用途設(shè)計(jì)的；專用型單片機(jī)是針對(duì)一類產(chǎn)品甚至某一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計(jì)的要求，在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測(cè)量控制電路。</p><p><b>　　總線型/非總線型</b></p><p>　　這是按單片機(jī)是否提供并行總線來

96、區(qū)分的。總線型單片機(jī)普遍設(shè)置有并行地址總線、 數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴(kuò)展并行外圍器件都可通過串行口與單片機(jī)連接，另外，許多單片機(jī)已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行擴(kuò)展總線，大大減省封裝成本和芯片體積，這類單片機(jī)稱為非總線型單片機(jī)。 </p><p><b>　　控制型/家電型</b></p><p>　　這是按照單片機(jī)大致

97、應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行區(qū)分的。一般而言，工控型尋址范圍大，運(yùn)算能力強(qiáng)；用于家電的單片機(jī)多為專用型，通常是小封裝、低價(jià)格，外圍器件和外設(shè)接口集成度高。 顯然，上述分類并不是惟一的和嚴(yán)格的。例如，80C51類單片機(jī)既是通用型又是總線型，還可以作工控用。 </p><p>　　1.8.4 單片機(jī)發(fā)展歷史</p><p>　　單片機(jī)誕生于1971年，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段，早期的SCM單片機(jī)

98、都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列MCU系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單

99、片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位Soc單片機(jī)主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號(hào)也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。 </p>

100、<p><b>　　主要階段</b></p><p><b>　　早期階段 　　</b></p><p>　　SCM即單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路

101、上，Intel公司功不可沒。 </p><p>　　圖1.2 Micro Controller Unit</p><p><b>　　中期發(fā)展　　</b></p><p>　　MCU即微控制器（Micro Controller Unit）階段，如圖1.2所示。主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，

102、突顯其對(duì)象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢(shì)，將MCS-51從單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時(shí)，不要忘記Intel和Philips的歷史功績(jī)。</p>

103、<p>　　1.8.5 綜合比較</p><p>　　通過對(duì)單片機(jī)的了解，我們可以知道：</p><p>　　PLC是建立在單片機(jī)之上的產(chǎn)品，單片機(jī)是一種集成電路，兩者不具有可比性。 　　2. 單片機(jī)可以構(gòu)成各種各樣的應(yīng)用系統(tǒng)，從微型、小型到中型、大型都可，PLC是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一個(gè)特例。 　　3. 不同廠家的PLC有相同的工作原理，類似的功能和指標(biāo)，有一定的互換性，質(zhì)量有

104、保證，編程軟件正朝標(biāo)準(zhǔn)化方向邁進(jìn)。這正是PLC獲得 廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。而單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)則是八仙過海，各顯神通，功能千差萬別，質(zhì)量參差不齊，學(xué)習(xí)、使用和維護(hù)都很困難。</p><p>　　最后，從工程的角度，談?wù)凱LC與單片機(jī)系統(tǒng)的選用： 　 1.對(duì)單項(xiàng)工程或重復(fù)數(shù)極少的項(xiàng)目，采用PLC方案是明智、快捷的途徑，成功率高，可靠性好，手尾少，但成本較高。 　 2.對(duì)于量大的配套項(xiàng)目，采用單片機(jī)系統(tǒng)具有成本低、效益高的

105、優(yōu)點(diǎn)，但這要有相當(dāng)?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)才能使系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。最好的方法是單片機(jī)系統(tǒng)嵌入PLC的功能，這樣可大大簡(jiǎn)化單片機(jī)系統(tǒng)的研制時(shí)間，性能得到保障，效益也就有保證。 </p><p><b>　　2. 機(jī)械部分</b></p><p>　　裝卸貨物控制系統(tǒng)機(jī)械部分由：系統(tǒng)安裝平臺(tái)（型材結(jié)構(gòu)）、行車（型材結(jié)構(gòu)）、控制面板（不銹鋼材）組成。整體圖如圖2.1所示。&

106、lt;/p><p>　　該系統(tǒng)的安裝平臺(tái)、行車全部由高級(jí)工業(yè)鋁型材制成，控制面板由優(yōu)質(zhì)不銹鋼材制成，同時(shí)行車的齒輪全部采用工業(yè)級(jí)優(yōu)質(zhì)銅齒輪。</p><p><b>　　圖2.1 整體圖</b></p><p><b>　　2.1 行車 </b></p><p>　　行車主要由：1、行車結(jié)構(gòu) 2、大梁部

107、件 3、小車部件 4、輪架 5、電機(jī)架 6、支架 7、壓板 8、輪子 9、卷揚(yáng)筒 10、軸 11 、齒輪 12、軸承 13、帶孔圓片 14、帶齒輪電機(jī) 15、平墊圈 16、彈簧墊圈 17、螺釘 18、軸 19、鋁型材 20、彈簧螺母。</p><p>　　以下為部分機(jī)械圖紙：</p><p>　　1、行車結(jié)構(gòu)圖如圖2.2所示：</p><p>　　裝配時(shí)先用20*4

108、0*560的鋁型材安裝一個(gè)矩形框架，然后再把行車的六條支架用M6的彈性螺母裝好，裝配完成以后再裝配大梁部件。 </p><p>　　圖2.2 行車結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　大梁部件是一個(gè)整體，在安裝到行車基架上前先要組裝好，安裝完大梁部件以后，接下來安裝小車，小車如圖2.3所示：</p><p>　　圖2.3 小車結(jié)構(gòu)圖</p><p>

109、;　　安裝小車時(shí)，先把小車支架安裝完成，支架用2cm*2cm*7.5cm和2cm*2cm*12.5cm鋁材組裝成矩形，螺釘用內(nèi)六角緊頂螺釘，然后安裝電機(jī)，電機(jī)用帶齒輪箱的電機(jī)，安裝完成后再安裝卷揚(yáng)。</p><p>　　卷揚(yáng)輪在安裝小車上前要先安裝帶孔圓片，此圓片用于記錄卷揚(yáng)輪轉(zhuǎn)的圈數(shù)，來控制貨物被抬起的高低。帶孔圓片如圖2.4所示：</p><p><b>　　圖2.4 帶孔圓