关于PLC的本科生毕业-论文[1]

来源：华佗小知识

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基于PLC的数字电压表的设计

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摘要 .......................................................... 2 前言 .......................................................... 4 第一章绪论 .................................................... 5 第1.1节可编程控制器的历史与发展趋势 ........................... 5 第1.2节用PLC设计数字电压表的意义 ............................. 6 第二章系统整体方案设计 ......................................... 7 第2.1节工业领域的标准信号 .................................. 7 2.2.1 三菱FX系列PLC概述 ...................................... 7 第2.2节可编程控制器的选型和应用系统的总体设计 ................. 12 2.2.1 可编程控制器选型的一般考虑.............................. 13 2.2.2 可编程控制器控制系统设计的基本原则 ...................... 14 2.2.3可编程控制器的选择...................................... 15 第2.4节系统设计结构 ......................................... 21 第三章系统的硬件设计 ...................................... 22 第3.1节模拟量输入输出模块FX-4AD ............................. 22 第3.2节可编程控制器PLC ...................................... 24 第3.3节 FX2N-32MR型PLC ....................................... 26 第3.4节人机界面—FXGOT 930 ................................... 27 3.4.1概述................................................... 27 3.4.2 启动 .................................................. 28 第4.1节标度变换 ............................................. 30 4.1.1 标度变换（工程量变换）—现场物理量的显示 ................ 30 第4.2节PLC编程软件的应用 ..................................... 31 4.2.1 程序输入和编辑 ......................................... 32 结束语 ................................................... 36 参考文献 ................................................. 37 致谢..................................................... 38 附录PLC常用程序 ........................................ 37

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基于PLC的数字电压表的设计

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摘要

这是一篇关于《基于PLC的数字典压表的设计》的开文。传统的电压表一般采用指针式面板, 精度低, 可视距离近,已不适应社会发展需要。随着智能化微机测量和控制技术的迅速发展, 以PLC为核心的数字电压表已凸显出其优势。本文介绍以PLC为核心的数字式电压表设计, 该电压表具有性价比高, 使用方便, 精度高等特点, 在工业生产等电子测量领域有广泛应用。

本文首先介绍PLC的历史与发展，并着重论述了PLC设计数字电压表的意义，接着对PLC的选型进行了分析,并对FX系列的PLC做了概述。

在本文的硬件部分，主要对模拟量输入输出模块FX-4AD， FX2N-32MR型PLC及人机界面F930进行了详细的介绍。

本文对PLC的初学者而言，有着极大的引导入门价值。

【关键字】PLC 、FX-4AD、FX2N-32MR 、F930、数字电压表。

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Abstract

This is one about \"based on PLC Digital Voltmeter's Design\" development paper. The traditional voltmeter uses the indicator type kneading board generally, the precision is low, the visual range is near, did not meet the social development need. Along with the intellectualized microcomputer survey and control technology's rapidly expand, as the core digital voltmeter has highlighted its superiority take PLC. This article introduced that take PLC as the core digital voltmeter design, this voltmeter has the performance-to-price ratio to be high, the easy to operate, the precision higher characteristic, in electronic surveying domains and so on industrial production has the widespread application.

This article first introduced that PLC the history and the development, and elaborated the PLC design digit voltmeter's significance emphatically, then has carried on the analysis to the PLC shaping, and has made the outline to FX series PLC.

In this article hardware part, mainly has carried on the detailed introduction to FX-4AD, FX2N-32MR PLC and HMI- F930.

This article speaking of the PLC beginner, has the enormous guidance basic value.

【Key words】: PLC 、FX-4AD、FX2N-32MR 、F930、Digital Voltmeter

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前言

可编程逻辑控制器，又称可编程控制器，有过多种定义。可以看作是一种经过特殊设计的工业计算机，整个的设计原则就是简单与实用。

1968年，通用汽车公司的液压部门为了消除既复杂又昂贵的继电器控制系统，确立了第一个可编程控制器的招标指标。该设计规格需要固态系统和电脑技术，并要求能够在工业环境中生存，也能够方便地编程，并且可以重复使用。该控制系统将大大减少机器的停机时间，并为未来提供了可扩展性。该招标由DEC公司中标，这套系统于1969年研制出来，这是第一台可编程控制器，型号为PDP-14，应用取得成功。其后，美国的MODICON公司也推出了同名的084控制器，1971年日本推出了DSC-80控制器，1973年西欧国家的各种可编程控制器也研制成功。这些早期的控制器满足了最初的要求，并且打开了新的控制技术的发展的大门。

本文在组织结构上做了如下的安排

●本文在绪论部分着重论述PLC实现数字电压表的意义

●本文第二章为系统整体方案设计，其中包括工业领域的标准信号，系统方案论证，系统设计结构。

●第三章为系统的硬件设计及实现主要包括系统的硬件组成，各模块的功能和工作原理。 ●第四章为系统的软件设计主要包括工程标度参数转换，系统软件结构，数据采集及转换软件实现，标度转换实现，显示软件实现。 ●最后为结论和总结自己的心得体会

本文可以为PLC的初学者提供了很好的学习机会。由于本人水平有限，加之时间仓促，文中难免有错误和不妥之处，请读者不吝指正。

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第一章绪论

第1.1节可编程控制器的历史与发展趋势

可编程逻辑控制器，又称可编程控制器，有过多种定义。可以看作是一种经过特殊设计的工业计算机，整个的设计原则就是简单与实用。

PLC的发展也是与计算机技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，正是这些高新技术的发展推动了可编程控制器的发展。

从控制功能来看，可编程控制器的发展大致经历了4个阶段：（1）、初级阶段：从第一台PLC问世到20世纪70年代中期

由于第一代PLC是为了取代继电器的，因此，主要功能是逻辑运算和计时、计数功能。CPU由中小规模数字集成电路构成。主要产品有：MODICON公司的084，AB公司的PDQ-IL，DEC公司的PDP-14，日立公司的SCY-022等。第一阶段就采用了梯形图语言作为编程方式，尽管有些枯燥，但却形成了工厂的编程标准。

（2）、扩展阶段：从20世纪70年代中期到70年代末期

这一阶段PLC产品的控制功能得到很大扩展。扩展的功能包括数据的传送、数据的比较和运算、模拟量的运算等功能。这一阶段的产品有MODICON的184，284，384，西门子公司的SIMATICS3系列，富士电机公司的SC系列产品。

（3）、通信阶段：20世纪70年代末期到80年代中期

这一阶段产品与计算机通信的发展有关，形成了分布式通信网络。但是，由于各制造商各自为政，通信系统也是各有各的规范。由于在很短的时间内，PLC就已经从汽车行业迅速扩展到其它行业，作为继电器的替代品进入了食品、饮料、金属加工、制造和造纸等多个行业。其次，产品功能也得到很大的发展。同时，可靠性进一步提高。这一阶段的产品有西门

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子公司的SIMATICS6系列，GOULD公司的M84，884等，富士电机的MICRO和TI公司的TI530等。

（4）、开放阶段：从20世纪80年代中期开始

由于国际标准化组织提出了开放系统互连的参考模型OSI，使PLC在开放功能上有较大发展。主要表现为通信系统的开放，使各制造厂商的产品可以通信，通信协议开始标准化，使用户得益。此外，PLC开始采用标准化软件系统，增加高级语言编程，并完成了编程语言的标准化工作。

第1.2节用PLC设计数字电压表的意义

数字电压表是一个具有数字显示功能的多量程仪表, 它是测量仪表可测量电压、电流和电阻中最常用的一个测试功能项.一旦测量仪表的范围和方式选定, 既可测量直流信号,也可测量交流信号的参数.有些数字表的设计是由电池驱动且可携带, 而另外一些是基于主机计算机驱动且由磁盘安装的数字式仪表与模拟式仪表相比, 使用零件少, 集成度高, 稳定性和可靠性相对较高, 输人阻抗高, 提高了测量精度.

目前许多数字测量仪表的设计是基于微处理器的,本文介绍了一个用基于PLC设计的数字电压表。

传统的电压表一般采用指针式面板, 精度低, 可视距离近,已不适应社会发展需要。随着智能化微机测量和控制技术的迅速发展, 以PLC为核心的数字电压表已凸显出其优势。本文介绍以PLC为核心的数字式电压表设计, 该电压表具有性价比高, 使用方便, 精度高等特点, 在工业生产等电子测量领域有广泛应用。

数字电压表的设计和开发，已经有多种类型和款式。传统的数字电压表各有特点，它们适合在现场做手工测量，要完成远程测量并要对测量数据做进一步分析处理，传统数字电压表是无法完成的。然而基于PLC的数字电压表，既可以完成测量数据的传递，又可借助PLC，做测量数据的处理。所以这种类型的数字电压表无论在功能和实际应用上，都具有传统数字电压表无法比拟的特点，这使得它的开发和应用具有良好的前景。

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第二章系统整体方案设计

第2.1节工业领域的标准信号

工业领域标准信号是指：

（1）、输入信号：0～10mA、0～20mA、4～20mA （2）、输出信号：0～10mA、0～20mA、4～20mA （3）、精度：0.2 % （4）、线性度：0.1 %

（5）、隔离电压：2000V / 1分钟（输入、输出、电源及通道间相互隔离）（6）、供电电源：24VDC±10％

第2.2节系统方案论证

2.1.1 三菱FX系列PLC概述

系列序号：1S、1N、2N、2NC；即FX1S、FX1N、 FX2N、FX2NC、 I/O总点数：14-256。单元类型：M-基本类型。

E-I/O混合扩展单元及扩展模块。 EX-输入专用模块。 EY-输出专用扩展模块。输出形式：R-继电器输出。 T-晶体管输出。 S-晶闸管输出。

特殊品种：D-DC电源，DC输出。 A1-AC电源、AC输出

H-大电流输出扩展模块（1A/点）。 V-立式端子排的扩展模块。 C-接插口I/O方式。

F-输入滤波器1MS的扩展模块。 L-TTL输入型扩展模块。

S-端子（无公共端）扩展模块。

若特殊品种一项无符号，说明通常指AC电源，DC输入，横式端子排，继电器输出2A/点，晶体管输出0.5A/点，晶闸管输出0.3A/点。

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2 .FX系列PLC技术指标

FX系列PLC的指标包括一般技术指标、输入技术指标、输出技术指标，分别如表2-1、表2-2、表2-3所示

表2-1 FX系列PLC一般指标环境温度环境湿度抗震 0-55°（使用时）；-20- +70°C(存储时) 35％-85％RH(不结露)（使用时） JIS CO911标准 10-50HZ 0.5mm(最大2g)3轴方向各2小时（使用DIN导轨安装时0.5g）抗冲击抗噪声干扰耐压绝缘电阻接地使用环境 JIS CO912 标准10g 3轴方向各3次用噪声仿真器产生电压为1000VP-P，脉冲宽度为1us,频率为30-100HZ的噪声 AC1500Vmin 5MΩ以上（DC500V兆欧表）第三种接地，不能接地时也可浮空无腐蚀性气体，无尘埃所有端子与接地端之间表2-2 FX系列PLC输入技术指标项目品种输入信号电压输入信号电流输入ON电流输入OFF电流输入响应时间输入信号形式电路隔离输入动作显示电路隔离光耦合隔离（FX0、FXON）输入ON时 LED灯亮 4.5mA以上 1.5mA以下 3.5mA以上 1mA以下 3.8mA以上 1.7mA以下约30ms 不可高速输入 7mA/DC24V 5mA/DC24V 6.2mA/AC110V 60HZ DC输入 FX0，FXON，FX2,FX2C FXON,FX2C(X10以内) DC24V±10％ AC输入 FX2 AC100V-120V±150/60HZ 约10ms，但FX0系列的X0-X17和FX0N的X0-X7，0-15ms可变无电压接点，或NPN集电极开路输出晶体管 AC电压

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表2-3 FX系列PLC输出技术指标项目外部电源继电器输出 AC250V，DC30V以下（需外部整流二级管）最大负载最大负载灯负载 100W 感性负载 80VA 15VA/AC100V 30VA/700V 50VA/AC100V 100VA/AC200V 30W (100W) 开路漏电流 — 1Ma/AC100V 2MA/AC200V (1.5MA/AC100 3MA/AC200V) 响应时间约10ms ON时：1ms, OFF时：10ms ON时：0.2ms以下 OFF时：0.2ms以下大电流时0.4ms以下电路隔离输出动作显示机械隔离继电器线圈通电时LED灯亮光电晶闸管隔离光电晶闸管驱动LED灯亮光耦合隔离光耦合驱动时LED灯亮 1.5W/DC24V〈2.4W/DC24V〉 (3W/DC24V)[1W/DC24V] 0.1MA以下 2A/1点8A/4点公用，0.3/1点0.8A/4点（1A/1点2A/4点） 0.5A/1点0.8A/4点 0.1A/1点0.4A/4点 (1A/1点2A/4点) [0.3A/1点1.6A/4点] 12W/DC24V〈2.4W/DC24V〉 (24W/DC24V)[7.2W/DC24V] 晶闸管输出 AC85V-240V 晶体管输出 DC5V-30V 电阻负载 8A/8点公用 3． FX2N系列PLC

FX2N系列PLC是FX系列中最高级的模块，它拥有无以匹敌的速度、高级的功能逻辑组件及定位控制等特点。

1）

特点

（1）控制点数为16点-256点（主单元：16点、32点、48点、65点、80点、128点）。（2）灵活的配置。除了具有满足特殊要求的大量特殊功能模块外，6个基本FX2N单元中的每个可扩展到256点的I/O

（3）高速运算。基本指令0.08us/指令；应用指令1.52us/指令至几百us/指令。

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（4）突出的寄存器容量。FX2N系列包括8000步内置RAM寄存器，用一个寄存器盒可扩展到16000步RAM或EEPROM。

（5）丰富的器件资源。辅助继电器3072点、计时器256点、计数器235点、数据寄存器8000点。

2）

功能

（1）实时时钟功能。使用标准型号实时时钟功能可以满足对时间的应用要求。（2）增加了过程控制。使用FX2N的PID指令或FX2N—2LC温控模块可以实现过程控制。

（3）特殊功能模块。增加了大量的特殊功能模块满足单个需要，FX2N主单元可配置总计达8个特殊功能模块，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。

（4）网络能力。可以连接到世界上最流行的开放式网络（CC-link、Profibus 、DP 和DeviceNET）或者采用传感器

（5）很强的数学指令集。使用32位处理、浮点数、方根和三角几何指令满足数学功能。

（6）基于Windows软件。使用GX-Developer或FX-PCS/Win-C软件能快速、容易的开发程序。

（7）定位控制功能。通过定位模块（FX-10GM\\FX2N-20GM）或脉冲输出模块（FX2N-1PG）最多可达16轴的控制。

（8）密码保护。使用一个8位数密码保护程序。

（9）远程维护。通过调制解调器通信可以监测、上传或下载程序和数据到远处的编程软件上。

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3）

FX2N系列PLC主单元型号一览表（见表2-4和表2-5）

表2-4 交流电源、24V 直流输入类型

型号 I/O总点数 16 16 32 32 48 48 80 80 128 128 输入数目 8 8 16 16 24 24 32 32 40 40 类型漏型漏型漏型漏型漏型漏型漏型漏型漏型漏型漏型漏型数目 8 8 16 16 24 24 32 32 40 40 输出类型继电器晶体管继电器晶体管继电器晶体管继电器晶体管继电器晶体管继电器晶体管尺寸/mn×m×mn (长×厚×宽) 130×87×90 130×87×90 150×87×90 150×87×90 182×87×90 182×87×90 220×87×*90 220×87×*90 285×87×90 285×87×90 350×87×90 350×87×90 FX2N-16MR-001 FX2N-16MT FX2N-32MR-001 FX2N-32MT FX2N-48MR-001 FX2N-48MT FX2N-MR-001 FX2N-MT FX2N-80MR-001 FX2N-80MT FX2N-128MR-001 FX2N-128MT 表2-5 24V 直流电源、24V直流输入类型型号 FX2N-32MR-D FX2N-32MT-D FX2N-48MR-D FX2N-48MT-D FX2N-MR-D FX2N-MT-D FX2N-80MR-D FX2N-80MT-D I/O总点数 32 32 48 48 80 80 输入数目 16 16 24 24 32 32 40 40 类型漏型漏型漏型漏型漏型漏型漏型漏型数目 16 16 24 24 32 32 40 40 输出类型继电器晶体管继电器晶体管继电器晶体管继电器晶体管尺寸/mn×m×mn (长×厚宽) 150×87×90 150×87×90 182×87×90 182×879×0 220×87×90 220×87×90 285×87×90 285×87×90 4．FX2NC系列PLC

FX2NC系列PLC是在保留了FX2N强大功能特色的前提下实现了卡片式大小的PLC。I/O接口降低了接线成本并节省了空间。

1）

特点

（1）控制点数。16点-256点（主单元：16点、32点、点、96点）。

（2）体积小，灵活的配置。体积小，可以安装到比标准PLC小很多的位置上。基本单元可扩充到256点的I/O。可以使用高达4个特殊功能模块来扩展FX2NC的能力。

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（3）高速运算。基本指令0.08us/指令；应用指令1.52us/指令至几百us/指令。（4）突出的寄存器容量。FX2NC系列包括8000步内置RAM寄存器，用一个寄存器盒可扩充到16k步。

（5）丰富的器件资源。辅助继电器3072点、定时器256点、数据寄存器8000点。 2）功能

（1）实时时钟功能。使用标准型号实时时钟功能可以满足对时间的应用要求。（2）定位/模拟量控制。可以连续多达4个定位模拟量等特殊功能模块，利用它内置的功能控制两轴（包括插补）或通过增加扩展单元能控制多轴。

（3）网络能力。通过连接扩展板或特殊适配器实现多种通信和数据连接。利用CC-Link、Profibus DP和DeviceNET可以连接到世界上最流行的开放式网络；串行通信选项包括RS-232C、RS-485。数据链接包括N：N连接、并行连接、计算机连接及I/O连接。

（4）基于Windows软件。使用GX-Developer或FX-PCS/Win-C软件能快速、容易的开发程序

（5）密码保护。使用一个8位数密码保护程序。

（6）远程维护。通过调制解调器通信可以监测、上传或下载程序和数据到远处的编程软件上。

3）FX2NC系列PLC主单元一览表（见表2-6）

表2-6 直流电源、24V直流输入类型型号 I/O总点数数目 FN2NC-16MR-T FN2NC-16MT FN2NC-32MR FN2NC-MT FN2NC-96MT 16 16 32 96 8 8 16 32 48 输入类型漏型漏型漏型漏型漏型数目 8 8 16 32 48 输出类型继电器晶体管晶体管晶体管晶体管尺寸/mn×m×mn (长×厚×宽) 35××90 35×87×90 35××90 60××90 86×87×90

第2.2节可编程控制器的选型和应用系统的总体设计

PLC应用系统的总体设计，主要涉及到PLC的选型和PLC软件的编制。电气技术人员要与工艺技术人员和机械技术人员合作，详细了解设备生产工艺的具体要求和机械设备的技术性能，选用合适的PLC和编制出质量高的软件，满足生产设备的工艺要求。当然，在选用时，

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也可向PLC生产厂商咨询，选用那些既能满足生产设备的工艺要求，又有高的性能价格比的PLC；选用那些有扩展前景及售后技术服务良好的PLC及厂商。对于软件方面，可以自己编制，也可以委托软件开发公司编制，对于那些复杂的工艺要求或需要网络通信控制系统，如果自己的技术力量不够，委托有关公司或厂商开发软件，不失为一个好办法。

2.2.1 可编程控制器选型的一般考虑

1、确定控制对象和控制范围

在应用PLC时，首先要详细分析被控对象、控制过程与要求，了解工艺流程后列出控制系统的所有功能和指标要求，与继电—接触器控制系统和工业控制计算机进行比较后加以选择。如果控制对象的工业环境较差，而安全性、可靠性要求特别高，系统工艺复杂，输入输出以开关量为多，而用常规的继电—接触器控制难以实现，工艺流程又要经常变动的对象和现场，用PLC进行控制是合适的。

提高产品产量，保证生产安全，增强生产工艺的灵活性，改善信息管理等方面均可作为控制对象的目标。必须根据应用目标，来确定PLC的选型。如果以提高产品质量和安全生产为目标，则把可靠性放在首位，甚至可构成冗余控制系统。如果要求改善信息管理，则把PLC与上位计算机通信能力作为选择的依据。

2、选择机型

一般来说，各生产厂家的产品在可靠性上都是过关的，机型的选择主要是指功能上如何满足自己的需要，而不浪费机器容量。

在选择机型前，用户首先袄对控制对象进行下列估计： 1)有多少个开关量输入，电压分别为多少； 2)有多少个开关量输出，输出功率为多少； 3)有多少模拟量输入输出点；

4)是否有特殊控制要求，如高速计数器等； 5)机房与现场的最远距离为多少； 6)现场对PLC的响应速度有何要求；

这里所讲的实时响应性主要是指PLC的扫描速度。要求处理现场信号的场合，扫描速度将成为选择的依据。

影响PLC响应时间的因素有输入信息时间、处理机解读用户逻辑网络时间，并作为技术指标衡量机械性能，一般都在10ms/1KB左右。

PLC的实时响应性还将受到系统中速度最慢设备的，与上位机的通信也将增加服务时间。

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1）内存估计：

用户程序所需的内存量受下述四个因素的影响： 1、内存利用率；

2、开关量输入输出的点数； 3、模拟量输入输出的点数； 4、程序编写者的编程水平；

在编程器上用图形编辑的程序，最后是以机器语言的形式存放于内存中。同样的图形、不同厂家的产品，在把图形变成机器语言存放时所需的内存量不同。我们把一个图形中的触点数与存放该图形所代表的机器语言时所需的内存字数的比值称为内存利用率。它与产品品种和编程水平有关。

2）

I/O模块配置及系统电源容量校验：模块确定后，要根据每个模块各支路同时工

作，即系统最大可能工作需要的电流数来校核电源容量，当各机架负载不匀时，亦可将模块的配置予以适当的调整。

3、编制程序

编程时，首先要合理划分模块，其次是合理利用指令，严格注意信息名称定义。最后经过单块调试，软硬件联调与系统总调。程序必须经过一段时间的运行考验，才可以投入实际现场工作。

PLC控制系统软件设计的主要内容：

1）存储器（包括RAM和ROM）空间的分配。它与开关量I/O点数、模拟量I/O点数、内存利用率和程序编写者的编程水平有关。 2）专用寄存器的确定。 3）系统初始化程序的设计。 4）主程序的编制及调试。 5）故障应急措施。 6）其他辅助程序的设计。 7）各功能块子程序的编制。

8）如果有通信网络，还需通信网络有关程序的设计。

2.2.2 可编程控制器控制系统设计的基本原则

任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：

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1）最大限度的满足被控对象的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，搜集资料，并与工艺、机械部分的设计人员和实际操作人员密切集合，共同拟订电气设计方案，协同解决设计中出现的各种问题。

2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便。 3）保证控制系统的安全、可靠。

4）考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有裕量。

2.2.3可编程控制器的选择

随着PLC的推广普及，PLC产品的在种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。近年来，从美国、日本、德国等国引进的PLC产品及国内厂家组装或自行开发的产品已有几十个系列，上百种型号。PLC的品种繁多，其结构型式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各有不同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用。

选择恰当的PLC去控制一台机器或一个过程时，不仅应考虑应用系统目前的需求，还应考虑那些包含于工厂未来目标的小需要。这样，才会使你用最小的代价对系统进行改变或增加新功能。若考虑周到，则存储器的扩充需求只要再安装一个存储器模块即可满足；如果具有可用的通信接口，就能满足增加一台外部设备的需要。对局域网的考虑可允许在将来将单个控制器集成为一个厂级通信网络。 1、机型的选择

机型的选择基本原则应是在功能满足要求的前提下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的功能价格比。具体应考虑以下几方面：

（1）结构合理对于工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，选用整体式结构PLC。

（2）功能相当对于开关量控制的工程项目，对其控制速度无须考虑，一般的低档机就能满足要求。

对于以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目，可选用带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机。

对于控制比较复杂，控制功能要求更高的工程项目，例如要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等，可视控制规模及复杂的程度，选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。

根据不同的应用对象，PLC的功能选择有下面几种情况。 1、替代继电器

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功能要求：继电器触点输入/输出、逻辑线圈、定时器、计数器。应用场合：替代传统使用的继电器，完成条件控制和时序控制功能。 2、数算

功能要求：四则数算、开方、对数、函数计算、双倍精度的数算。

应用场合：设定值控制、流量计算、PID调节、定位控制和工程量单位换算。3、数据传送功能要求：寄存器和数据表的相互传送等。

应用场合：数据库的生成、信息管理、BAT-CH（批量）控制、诊断和材料处理等。 3、矩阵功能

功能要求：逻辑与、逻辑或、异或、比较、置位（位修改）、移位和变反等。应用场合：这些功能是按“位”操作，一般用于设备诊断、状态监控、分类和报警处理等。

4、高级功能

高级指令：如表与块间的传送、检验和、双倍精度运算、对数和反对数、平方根、PID调节等。

通信能力：通信速度和方式、与上位计算机的联网功能、调制解调器等。

可选模块：如为实时多任务处理的协处理器。远程输入/输出扩展能力、内存扩充模块、冗余控制模块等。

5、诊断功能：PLC的诊断功能有内诊断和外诊断两种。内诊断是PLC内部各部件性能和

功能诊断，外诊断是处理机与I/O模块信息交换诊断。

6、串行接口（RS-232C）：一般中型以上的PLC都提供一个或一个以上串行标准接口

（RS-232C），以便连接打印机、CRT、上位计算机或另一台PLC。

（3）机型统一一个大型企业，应尽量做到机型统一。因为同一机型的PLC，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；其功能及编程方法统一，有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；其外部设备通用，资源可共享，配以上位计算机后，可把控制各系统的多台PLC连成一个多级分布式控制系统，相互通信，集中管理。、

（4）是否在线编程 PLC的特点之一是使用灵活。当被控设备的工艺过程改变时，只需用编程器重新修改程序，就能满足新的饿控制要求，给生产带来很大方便。

PLC的编程分为离线编程和再线编程两种。离线编程的PLC，其特点是主机和编程器共用一个CPU，在编程器上有一个“编程/运行”选择开关或按键，选择编程状态时，CPU将失去对现场的控制，只为编程器服务，这就是所谓的“离线”编程。程序编好后，如选择运行状态，CPU则去执行而对现场进行控制，这时CPU对编程指令将不做出响应。此类PLC，由于编

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程器和主机共用一个CPU，因此节省了大量的硬件和软件编程器的价格也比较便宜。中小型PLC多采用离线编程。

再线编程的PLC，其特点是主机和编程器各有一个CPU，编程器的CPU可以随时处理由键盘输入的各种编程指令。主机的CPU则是完成对现场的控制，并在一个扫描周期的末尾和编程器通信，编程器把编好或改好的程序发送给主机，在下一个扫描周期主机将按照新送入的程序控制现场，这就是所谓的“在线”编程。此类PLC由于增加了硬件和软件，所以价格贵，但应用领域较宽。大型PLC都采用在线编程。

是否在线编程，应根据被控设备工艺要求的不同来选择。对于产品定型的设备和工艺不常变动的设备，应选用离线编程的PLC；反之，可考虑选用再线编程的PLC。 1、输入输出的选择

PLC是一种工艺控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，它的工作环境是工业生产现场。它与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。

通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为控制器对被控制对象进行控制的信息。同时控制器又通过I/O接口模块将控制器的处理结果送给被控设备或工业生产过程，驱动各种执行机构来实现控制。PLC从现场搜集的这些信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定的距离，为了确保这些信息的正确无误，PLC的I/O接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要，PLC相应有许多种I/O接口模块，包括开关量输入模块，开关量输出模块，模拟量输入模块，模拟量输出模块，可以根据它们的特点进行选择使用。

(a) 确定I/O点数根据控制系统的要求，确定所需要的I/O点数，再增加10％-20％备用量，以便随时增加控制功能，对一个控制对象，由于采用不同的控制方法或编程水平不一样，I/O点数就有所不同。

开关量输入/输出标准的输入/输出接口可用于从传感器和开关（如按钮，限位开关等）及控制（开/关）设备（如指示灯、报警器、电动机启动器等）接受信号。典型的交流输入/输出信号为24-240V，支流输入/输出信号为5-240V。

a) 模拟量输入/输出模拟量输入输出接口是用来感知传感器产生的信号的。这些接口测量流量、温度和压力的数值，并用于控制电压或电流输出设备。典型接口量程为-10-+10V、0-+10V、4-20mA或10-50mA

b) 特殊功能输入/输出在选择一台PLC时，用户可能会面临需要一些特殊类型的切不能用标准I/O实现的I/O限定（如定位、快速输入、频率等）的情况。用户应当考虑供销厂商是否提供一些特殊的有助于最大限度减少控制作用的模块。灵便模块和特殊接口的模块，

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都应考虑使用。有的模块自身能够处理一部分现场数据，从而使CPU从处理耗时任务中解脱出来。

c) 智能式输入/输出当前，PLC的生产厂家相继推出了一些智能式的输入/输出模块。所谓智能式输入/输出模块，就是模块本身带有处理器，对是湖如或输出信号作预先处理，将其处理结果送入CPU或直接输出，这样可提高PLC的处理速度和节省存储器的容量。

智能式输入/输出模块有高速计数器（可做加法计数或减法计数）。凸轮模拟器（用于绝对编码输入）、带速度补偿的凸轮模拟器、单回路或多回路PID调节器、ASCII/BASIC处理器、RS-232C/422接口模块等。表2-8归纳了选择I/O模块的一般规则。

表2-8 选择I/O模块的一般规则

I/O模块类型离散输入选择开关、按钮、光电开关、限位开关、电输入模块接受ON/OFF或OPENED/CLOSED（开或关）信号离散信号可以是直流的，也可以是交流的离散输出报警器、控制继电器、风扇、指示灯、扬声器、输出模块将信号传递到ON/OFF或OPENED/CLOSED（开或关）设备。离散信号可以是交流或直流的模拟量输入模块模拟量输出模块温度变送器、压力变送器、湿度变送器、流量变送器、电位器模拟量阀门、执行机构、图表记录器、电动机驱动器、模拟仪表将连续的模拟量信号转换成PLC处理器可接受的输入值将PLC的输出转为现场设备使用的模拟量信号（通常是通过变送器进行）特殊I/O模块编码器、流量计、I/O通信、ASCII、RF型设备、称重计、条形码阅读器、标签阅读器、显示设备通常用作如位置控制、PID和外部设备通信等专门用途现场设备或操作（举例）说明模块和I/O模路断路器、接近开关、液位开关、电动机起动器块触点、继电器触点、拨盘开关块和I/O模块阀门、电动机起动器、电磁线圈 1、电源的选择

电源模块的选择一般只需考虑输出电流。电源模块的额定输出电流必须大于处理器模块、I/O模块、专用模块等消耗电流的总和，以下述步骤作为选型的一般规则：

1）

确定电源的输入电压

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2）流值。

3）

将框架中每块I/O模块所需的总背板电流相加，计算出I/O模块所需的总背板电

I/O模块所需的总背板电流值再加上：

1、框架中带有处理器时，则加上处理器的最大电流值。

2、当框架中带有远程适配器模块或扩展本地I/O适配器模块时，加上其最大电流值。 4）

如果框架中留有空槽用作将来扩展时：

1、列出将来要扩展的I/O模块所需的背板电流。

2、将所有的扩展的I/O模块的总背板电流值与步骤3）中计算得出的总背板电流值相加。 5） 6）源。

4、存储器类型及容量的选择

PLC系统所用存储器基本上由PROM、EPROM及PAM三种类型所组成，存储能力的大小则随机器的大小而变化，一般小型机的最大存储能力低于6KB，中型机的最大存储能力KB，大型机的最大存储能力可上兆字节。可以根据程序及数据的的存储需要选用合适的机型，必要时也可专门进行存储器的扩充设计。

存储器容量的选择一般有良两种方法：

a) 根据编程实际使用的节点数计算这种方法可精确的计算出存储器实际使用的容量，

缺点是要编完程序后才能计算。

b) 估算法用户可根据控制规模和应用目的，按下面给出的公式进行估算。控制目的公式

代替继电器 M=Km[(10×DI)+(5×DO)]

模拟量控制 M=Km[(10×DI)+(5×DO)+(100×AI)]

多路采样控制 M=Km{[(10×DI)+(5×DO)+(100×AI)]+[1+采样点×0.25]}

式中，DI为数字（开关）量输入信号；DO为数字（开关）量输出信号；AI为模拟量输入信号；Km为每个接点所占存储器字节数，M为存储器容量。

5．软件选择

在系统的实现过程中，用户常面临PLC的编程问题，因为这是非常重要的。用户应当对所选择的产品的软件功能有所了解。一般，一个系统的软件总是用于处理控制器具备的控制硬件的。但是，也有应用系统需要控制硬件部件以外的软件功能。例如，一个应用系统可能包括需要复杂数学计算和数据处理操作的特殊控制或数据采集功能。指令集的选择将决定实现软件任务的难易程度。可用的指令集将直接影响实现控制程序所需的时间和程序时间。

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确定在框架中是否有用于电源的空槽，或者将电源装到框架的外面。

根据确定好的输入电压要求和所需的总背板电流值，从用户手册中选择合适的电

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6．支撑技术条件的考虑

选用PLC时，有无支撑技术条件同样是重要的选择依据。支撑技术条件包括下列内容： c) 编程手段

1) 携带式简易编程器，主要用于小型PLC，其控制规模小，程序简单，简易编程器已够

用。

2) CRT编程器，适用于中、大型PLC，除用于编制和输入程序外，还可编写和打印程序文本。

3) IBM-PC及其兼容机编程软件包，由于IBM-PC已得到普及推广，它是PLC很好的编程工具，因此PLC厂商纷纷开发适用于自己的机型的IBM-PC及其兼容机编程软件包，并获得成功。

IBM-PC及其兼容机除用来给PLC编程外，还可开发各种监视控制系统流程和工控状态的画面，具有报警和管理报表处理功能等，以完成上位计算机管理功能。

c) 程序文本处理

1) 简单程序文本处理，包括打印梯形逻辑图、参量状态和位置。

2) 程序标注，包括触点和线圈的赋值名、网络注释等，这对用户或软件工程师阅读和调试程序是非常有用的。

3) 图形和文本的处理。

4) 程序存储方式作为技术资料档案和备用，程序和存储是必要的。

5) 通信软件包对于网络控制结构或需用上位计算机管理的控制系统，有无通信软件包是选用PLC的主要依据。

7．PLC的环境适应性

由于PLC是直接用于工业控制的工业控制器，生产厂都把它设计成能在恶劣的环境条件下可靠的工作。尽管如此，每种PLC都有自己的环境技术条件，用户在选用时，特别是在设计控制系统时，对环境条件要给予充分的考虑。

一般PLC及其外部电路（I/O模块、辅助电源等）都能在下列环境下可靠的工作：温度工作温度 0-55°C，最高为60°C 存储温度 -40- +85°C

湿度相对湿度 5％-95％（无凝结霜）振动和冲击满足国际电工委员会标准

电源 AC200V，允许变化范围为-15％- +15％，频率为47-53HZ 瞬时停电保持 10ms

环境周围空气不能混有可燃性、爆炸性和腐蚀性气体

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第2.3节系统设计结构

传统的指针式面板电压表性价比不高, 本文介绍的以PLC为核心的数字式电压表系统对此有所改进, 它由外部信号为具备0-5V的电压源，三菱公司的FX-4AD的模拟量模块，主机单元为FX2nc-32mr的PLC，输出采用人机界面FXGOT 930几部分组成。

图2-9 总体方案电路图

0-5V的电压源输入输出模块FX2N-4AD 主机单元 PLC控制器人机界面 FXGOT 930

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第三章系统的硬件设计

第3.1节模拟量输入输出模块FX-4AD

1.模拟量输入模块FX-4AD（FX2、FX2C）

FX-4AD为四通道12位A/D转换模块，根据外部连接方法及PLC指令，可选择电压输入或电流输入，是一种具有高精确度的输入模块。通过简易的调整或根据PLC指令可改变模拟量输入的范围。瞬时值和设定值等数据的读出和写入用FROM/TO指令进行。FX-4AD的技术指标如表3-1所示。

3-1 FX-4AD技术指标

项目电压输入根据是电流输入还是电压输入，使用端子有不同模拟量输入范围 DC-10V-10V（输入电阻200kΩ）绝对最大输DC-20mA- +20mA（输入电阻入±15V 250Ω）绝对最大输入±32mA 数字量输出范围带符号位的16位二进制（有效数值11位）+2047以上固定为+2047，-2048以下固定为-2048 分辨力综合精确度转换速度 5Mv(10V×1/2000) ±1％(相对于最大值) 15MS×（1-4）通道（高速转换方式时在版本V2.00以下时为6ms×1-4通道）隔离方式模拟量用电源输入输出占有点数光隔离及采用DC/AC转换器使输入和PLC电源间隔离（个输入端间不隔离） DC24V±10％50mA 程序上为8点（计输入或输出点均可），由PLC供电的消耗功率为5V30mA 20uA(20mA×1/1000) 电流输入 2、FX-4AD的使用

（一）模块编号

接在FX2基本单元右边扩展总线上的特殊功能模块（例如FX-4AD、FX-2DA、FX-2AD-PT等），从最靠近基本单元的那一个开始顺次编为0-7号，

（二）缓冲寄存器（BFM）分配

FX系列PLC与FX-4AD之间的数据通信是由FROM指令和TO指令来执行的，FROM是基本单元从FX-4AD读数据的指令，TO是从基本单元将数据写到FX-4AD的指令，

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表3-2FX-4AD模块缓冲存储器（BFM）的分配表 BFM *#0 *#1 *#2 *#3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12 #13-#19 *#20 *#21 *#22 *#23 *#24 #25-#28 #29 #30 #31 内容通道初始化，缺省值=H0000 通道1 通道2 通道3 通道4 通道1 通道2 通道3 通道4 通道1 通道2 通道3 通道4 不能使用重置为缺省设定值，缺省值=H0000 禁止零点和增益调整。缺省值=（0，1）允许零点，增益调整 B7 G4 零点值缺省设定值= 0 增益值缺省设定值= 5000 空置错误状态识别码K2010 禁用 B6 B5 04 G3 B4 03 B3 G2 B2 02 B1 G1 B0 01 这些缓冲区包含每个输入通道的当前值包含采样数（1-4096），用于得到平均结果。缺省值设为8-正常速度，高速操作可选择1 这些缓冲区包含采样数的平均值，这些采样数是分别输入在#1-#4缓冲区中的通道数据上表中带*的、号的缓冲寄存器中的数据可由PLC通过TO指令改写。改写带*号的BFM的设定值即可改变FX-4AD模块的运行参数，调整其输入方式，输入增益和零点等。

从指令的模拟量输入模块读入数据前应先将设定值写入，否则按缺省值设定值执行。 PLC用FROM指令可将不带*的BFM内的数据读入。

1、在BFM#0中写入十六进制4位数字H0000使各通道初始化，最低位数字控制通道1，最高位控制通道4，各位数字的意义如下：

0=0：设定输入范围-10V-+10V 0=1：设定输入范围+4mA-+20mA 0=2：设定输入范围-20mA-+20mA 0=3：关闭通道例如BFM#0=H3310时，则 CH1：设定输入范围-10V-10V CH2：设定输入范围+4mA-+20mA

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CH3、CH4：关闭该通道

2、输入的当前值送到BFM#9-12，输入的平均值送到BFM#5-8。

3、各通道平均值取样次数分别由BFM#1-4来指定。取样次数范围从1-4096，若设定值超过该数字范围时，按缺省设定值8次处理。

4、当BFM#20被置1时，整个FX-4AD的设定值均恢复到缺省设定值，这是快速地擦除零点和增益的非缺省设定值的办法。

5、若BFM#21的b1、b0分别置为1、0。则增益和零点的是设定值禁止改动，要改动零点和增益的设定值时必须令b1、b0的值分别为0、1。

零点：数字量输出为0时的输入值。增益：数字输出为+1000时的输入值。

6、在BFM#23和BFM#24内的增益和零点设定值会被送到指定的输入通道的在增益和零点寄存器中。需要调整的输入通道由BFM#22的G、0（增益-零点）位的状态来指定。

7、 BFM#23和#24中设定值以mV或uA为单位，但受FX-4AD的分辨率的影响，其实际应以5Mv/20mA为步距。

8、 BFM#30中存的是特殊功能模块识别码。PLC可用FROM指令读入。FX-4AD的识别码为K2010。用户在程序中可以方便的利用这一识别码传送数据前先确认该特殊功能模块。

9、 BFM/29中中各位的状态是FX-4AD运行正常是否的信息。例如，b2为OFF时，表示DC24V电源正常，b2为ON时，则电源有故障。用FROM指令将其读入，即可作相应处理。

第3.2节可编程控制器PLC

PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机相同如图3-3所示：

一. 处理单元(CPU)

处理单元(CPU)是PLC 的控制中枢，它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储

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从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行。

为了进一步提高PLC 的可靠性近年来对大型PLC 还采用双CPU 构成冗余系统或采用三CPU 的表决式系统，这样即使某个CPU 出现故障整个系统仍能正常运行。二. 存储器

PLC的存储器用于存储程序和数据，可分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序存储器用于存储系统程序，一般采用ROM或EPROM，PLC出厂上时，系统程序已经固化在存储器中，用户不能更改；用户程序存储器用于存储用户的应用程序，用户根据实际控制的需要，用PLC的编程语言编制应用程序，通过编程器输入到PLC的用户程序存储器，中小型PLC的用户程序存储器一般采用EPROM、EEPROM或加后备电池的RAM，其容量一般不超过8KB。三．PLC 常用的存储器类型

1. RAM (Random Assess Memory)，这是一种读/写存储器(随机存储器) ，其存取速度最快，由锂电池支持。

2. EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)，这是一种可擦除的只读存储器，在断电情况下存储器内的所有内容保持不变(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。 3. EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)，这是一种电可擦除的只读存储器，使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。四． PLC 存储空间的分配

虽然各种PLC 的CPU 的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC 的工作原理其存储空间一般包括以下三个区域：

系统程序存储区；

系统RAM 存储区(包括I/O 映象区和系统软设备等)；用户程序存储区。 1. 系统程序存储区

在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序，包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序、等由制造厂商将其固化在EPROM 中，用户不能直接存取，它和硬件一起决定了该PLC 的性能。2. 系统RAM 存储区

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系统RAM 存储区包括I/O 映象区以及各类软设备如：逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器、等存储器。

(1) I/O 映象区，由于PLC 投入运行后只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设，因此它需要一定数量的存储单元(RAM)以存放I/O 的状态和数据，这些单元称作I/O 映象区，一个开关量I/O 占用存储单元中的一个位(bit)，一个模拟量I/O 占用存储单元中的一个字(16 个bit)，因此整个I/O 映象区可看作两个部分组成：开关量I/O 映象区，模拟量I/O 映象区。

(2) 系统软设备存储区

除了I/O 映象区区以外，系统RAM 存储区还包括PLC 内部各类软设备(逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等)的存储区，该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC 断电时由内部的锂电池供电，数据不会遗失，后者当PLC 断电时数据被清零。

1) 逻辑线圈

与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM 存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器，另外不同的PLC 还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。

2) 数据寄存器

与模拟量I/O 一样，每个数据寄存器占用系统RAM 存储区中的一个字(16bits) ，另外PLC 还提供数量不的特殊数据寄存器，具有不同的功能。

3) 计时器 4) 计数器 3. 用户程序存储区

用户程序存储区存放用户编制的用户程序，不同类型的PLC 其存储容量各不相同。五．电源

PLC 的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视，一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内可以不采取其它措施，而将PLC 直接连接到交流电网上去。

第3.3节 FX2N-32MR型PLC

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FX2n系列PLC是FX系列中最高级的模块。它拥有无以匹及的速度、高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点，FX2n是从16到256路输入/输出的多种应用的选择方案。

FX2N-32MR型PLC晶闸管输出为FX2N-32MS，晶体管输出为FX2N-32MT，输入点数（DC24V）为16点，输出点数为6点，扩展模块可用点数位4点-32点。

第3.4节人机界面—FXGOT 930

3.4.1概述

图形操作终端（以后简称为“GOT”）安装在控制柜或操作柜的表面，并与FX或A系列可编程控制器（以后简称“PLC”）相连。

通过GOT的画面能够监控PLC的各种元件，更改PLC的数据。

GOT内置若干个显示画面，用于实现各种功能。此外，还可以创建用于定义画面。用户定义画面（用户画面）和内置画面（系统画面）分别具有以下不同的功能。用户画面 ● 画面显示功能

可显示用户画面，并且可以给每个画面分配下述功能。、使用安全功能可以对有效画面加以。有两个软件包能够用于创建用户画面，用于DU的FX-PCS-DU/WIN-C和利用GOT的SW□D5C-GOTR-PACK（□表示不小于“1”的数字）。

显示功能

1) 最多能显示500个用户界面。在生成画面时，可以叠加两个或更多画面，任意切换。 2) 象直线，圆和矩形这样的简单图形能够同数字，希腊字母，日本字母的平假名字符，片假名字符和汉字符一同显示。

监控功能

1）可监控的PLC字元件的设定值和当前值，并以数值或条形图形式显示。 2）画面组件的指定范围能够根据PLC位元件的ON/OFF状态交替显示数据更改功能

1）能够更改被监控的数字数据开关功能

1）使用GOT的操作键能够将PLC的位元件设置为ON或OFF。显示面板表面能够设定触摸键，以完成开关功能。

系统画面

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● 监控功能元件监控

1）能够监控和更改PLC每个元件的ON/OFF状态，每个定时器，计数器的当前值和设定值，数据寄存器的数据。

2）能够对指定的位元件强制ON或OFF。

与上一页说明的监控功能有所不同，通过键盘输入指定元件号能够对画面数据进行编辑。

3.4.2 启动

这一节说明从接通GOT的电源到选择模式的启动步骤。一、启动步骤

这段将说明从接通GOT的电源到选择模式的启动步骤。启动步骤如图3-4所示

不按触摸键时接通电源按触摸键时接通电源显示设定模式画面如果没有画面数据 2 显示选择的菜单画面 2

选择画面模式显示标题画面显示选择菜单画面图3-4启动步骤

★ 成GOT电源部分的配线。

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★ 利用选配的连接电缆将GOT和PLC连接起来。

★ 打开GOT电源。当接通电源的同时，接GOT画面的左上角（用作触摸键）1秒钟或更长，将显示设定模式画面。

★ 标题画面上将显示机种名称，版本等信息，并保持设定模式画面上的“标题画面”中设置的时间。

★ 在设定模式画面设置所用模式，连接的PLC类型等参数。操作环境也可以在其他画面中设置。

★ 显示用户画面。如果没有用户画面，则显示下一个显示菜单画面。

★ 显示选择菜单画面。画面上的饿每个菜单项均作为一个触摸键。当一个菜单项时，对应模式就被选定。

★ 可通过按在设定模式画面上的“主菜单调用键”中是设置的画面的角来调用选择菜单画面。

★ 显示选择菜单的画面。

★ 如果菜单调用键没有设定模式画面的“主菜单调用键”中设置，则选择画面模式（在此模式下显示用户画面）。

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第四章软件设计

第4.1节标度变换

4.1.1 标度变换（工程量变换）—现场物理量的显示

生产现场的各种物理量参数都有不同的数值和量纲，例如，温度单位用℃，压力用Pa(帕)，容积流量是m3/s.这些参数经A/D转换后，统一变为0-M个数码，这些数码虽然代表参数值的大小，但是并表示带有量纲的参数值，必须转换成有量纲的物理量数值才能进行显示和打印。这种转换称为标度变换或工程量转换。 3.1.2 线性参数标度变换

线性标度变换是最常用的标度变换方式，其前提条件是参数值与A/D转换结果（采样值）之间应呈线性关系。当输入信号为零（即参数值起点），A/D输出值不为零时，标度变换公式为

AX=A0+（Am-A0）

NXN0NMN0（式5-1）

式中A0——参数量程起点值，一次测量仪表的下限；

Am——参数量程终点值，一次测量仪表上的上限； AX——参数测量值，实际测量值（工程量）；

N0——量程起点对应的A/D转换后的值，仪表下限所对应的数字量； NM——量程起点对应的A/D转换后的值，仪表上限所对应的数字量；

NX——测量值对应的A/D值（采样值），实际上是经数字滤波后确定的采样值。通常，在参数量程起点（输入信号为零），A/D值为零（即N0=0）。因此，上述标

度变换公式可简化为

AX=A0+（Am-A0）

NXNM （式5-2）

在很多测量系统中，参数量程起点值（即仪表下限值）A0=0，此时，其对应的N0=0。

于是，式5-2可进一步简化为

AX= Am

NM （式5-3）

式5-1、5-2、5-3即为在不同情况下，线性刻度仪表测量参数的标度变换公式。

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计算机标度变换程序就是根据上述三个公式进行计算的。为此，可分别把三种情况设计成不同的子程序。设计时可采用定点运算，也可采用浮点运算，应根据需要选用。

AX的程序流程图如图4-1：线性刻度标度变换子程序保护现场

R0←Am, R1←A0 计算Am-A0 R0←Nm, R1←N0 计算NX-N0 计算AMA0NmN0 R0←Nx, R1←N0

计算Nx-N0 计算NXNNmN0AMA0 0

R2←A0 NXN0NMN0计算AX=A0+（Am-A0）（DATA）←AX 恢复现场返回第 31 页共 40页

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第4.2节PLC编程软件的应用 4.2.1 程序输入和编辑

使用方法如下： 1．打开程序

单击“开始”→“程序”→“MELSOFT应用程序”→“GX-Developer”即打开程序，如图4-2所示

2．创建新工程

单击“工程（F）”“创建新工程”，即出现4-2所示的对话框，要求选择“PLC系列”和“PLC类型”以及选择“程序类型”。对话框中默认为“梯形图逻辑”。单击“设置工程名”，在工程名框中输入工程名。选择工程保存路径，点击“确定”新工程建立完毕。如图4-3所示进入编程界面，本软件可用于三菱FX系列的PLC。

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图4-3选择PLC系列和PLC类型

图4-4编程界面

3.输入梯形图

输入梯形图有两种方法：一种是利用工具条中快捷键输入，二是直接用键盘输入。

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输入的梯形图如图4-5所示

4.梯形图编辑

在输入梯形图时，常需要对进行编辑，如插入、删除等操作。触点的修改、添加和删除

(1) 修改：把光标移在需要修改的触点上，直接输入新的触点，单击回车键即可，则新的触点覆盖原来的触点。也可以把光标移到需要修改的触点上，双击，则出现一个对话框，在对话框中输入新触点的标号，单击回车键即可。

(2) 添加：把光标移在需要添加触点上，直接输入新的触点，单击回车键。 (3) 删除：把光标点在需要删除的触点上，再按键盘的“Delete”

键，即可删除，再点击直线的按钮。单击回车键，用直线覆盖原来的触点。 i.

行插入和行删除

在进行编辑的时候，通常要插入或删除一行或几行程序。

（1）行插入：先将光标移到要插入行的地方，点击“编辑（E）”弹出下拉菜单，再点击“行插入（N）”，则在光标处出现一个空行，就可以输入一个程序；用同样的方法，可以继续插入行。

（2）行删除：先将光标移到删除行的地方，点击“编辑（E）”弹出下拉菜单。再点击“行删除（E）”，就删除了一行；用同样的方法可以继续删除。注意：“END”是不能删除的。

5．程序的转换

程序通过编辑以后，计算机界面的底色是灰色的，要通过转换变成白色才能传给PLC或进行仿真运行。转换方法如下：

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（1）直接点击功能键“F4”

（2）点击菜单条中的：“变换（C）”→弹出下拉菜单→在下拉菜单中的点击“变换（C）”。

6．步进指令输入

步进指令的输入方法和FX-PCS/Win-C版本的饿软件有所不同，主要是STL指令的表现格式不同：在FX-PCS/Win-C软件中，是一个触点的形式；而在GX-Developer软件中，是相当于一个线圈形式表示的。

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结束语

以上是基于PLC的数字电压表设计，本文是理论与实际相结合，比较全面的对基于PLC的数字电压表设计进行了介绍。

文章的创新点在于:突破传统的指针式电压表设计, 采用以FX-32MRPLC为核心的新型数字式电压表设计方案, 其具有精度高, 测量准确可靠, 性价比高等特点, 同时, 采用FX-4AD使得系统结构简单, 性价比高, 整个方案较好地完成了数字式电压表的设计。整个设计较为完善, 使得数字电压表使用性强, 运行可靠。 =

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参考文献

[1]袁任光编著、《可编程控制器选用手册》、2005、北京：机械工业出版社； [2]王卫兵，高俊山，韩剑辉，周卫东编著、《可编程控制器原理及应用》、1997、北京：机械工业出版社；

[3]王兆义编著、《小型可编程控制器实用技术》、1996、北京：机械工业出版社； [4]田瑞庭主编、《可编程控制器应用技术》、1994、北京：机械工业出版社； [5]王兆义编著、《PLC编程语言基础讲座》、1996、上海：电世界；

[6]钟肇新等编、《可编程控制原理及应用》、1995、广州：华南理工大学出版社； [7] 王兆义编著、《FX系列可编程控制器的特点和配置》、1996、上海：上海电器技术； [8]杨长能等编、《可编程控制器例题习题及实验指导》、1994、重庆：重庆大学出版社； [9] 王兆义编著、《可编程凸轮开关及应用》、1995、上海：上海电器技术； [10]菱电国际有限公司机电控制设备部、1995、《MELSECFX系列可编程控制器》；

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致谢

离开学校实习已经将近半年的时间了，伴随着撰写论文也已经有大半年的时间，在这期间，在本课题研发的过程中，我得到了我的指导老师xxxxxxx老师非常大的帮助，借此机会向他表示诚挚的感谢。

在整个毕业设计的过程中，他为了帮助我顺利完成课题的研究与开发工作，做了大量的搜集工作为我提供了具有参考价值的资料，在系统总体设计与技术方案上，给予我宝贵的建议，并帮助我建立了正确的设计思想，保证了课题的研究和开发工作的顺利完成。在此过程中，不仅他对我的热心指导使我感动，而且在他身上我还看到了他严谨的工作态度，和对学生一丝不苟的指导和教诲以及一位老师所具有的高尚品质。

本课题虽然比较简单，但是也有一定的价值，它涉及到了PLC的各种知识，有理论的，也有操作的，边学边做对于PLC的初学者来说，可能起到引导入门的良好作用。经过这几个月学习研究还只是管中窥豹，今后仍然要不断地深入。希望这篇论文能给其他同行带来一定的参考价值。

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附录PLC常用程序

LD M8002 SET S0 STL S0 LD X0 SET S20 STL S20 OUT Y1 LD X1 SET S21 STL S21 OUT Y2 LDX2 SET S22 STL S22 OUT Y3 LD X3 SET S23 STL S23 OUT Y4 LD X4 OUT S0 RET END

可选择的分支与汇合：例如： STL S21 OUT Y1 LD X1 SET S22 LD X4 SET S24

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STL S22 OUT Y2 LD X2 SET S23 STL S23 OUT Y3 LD X3 SET S26 STL S24 OUT Y4 LD X5 SET S25 STL S25 OUT Y5 LD X6 SET S26 STL S26 OUT Y6

并行的分支与汇合： STL S21 OUT Y1 LD X1 SET S22 SET S24 STL S22 OUT Y2 LD X2 SET S23 STL S23 STL S24 LD X4

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SET S26 STL S26 OUT Y6

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