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基于PLC的六路抢答器系统设计【实用文档】doc
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电气及自动化课程设计报告

题 　目: 基于PLC的六路抢答器系统设计

课 　 程：　 　 PLC原理与应用 　 　

学生姓名:　
学生学号：　
年 　级:　　 　 14级 　 　 　 　
专 业： 　 自动化 　　　 　
班　　 级： 　 2班　 　 　　 　　
指导教师：

机械与电气工程学院制
2０17年6月
目 　录
１　课程设计的任务和要求 １
1。1 课程设计的任务 1
1。2 课程设计的要求 1
２. PLC控制器的原理与组成 1
2。1 ＰＬC硬件系统ﻩ１
2。2 ＰLC工作原理 3
２．3 六人抢答器基本组成ﻩ４
2.4　六人抢答器工作原理 4
3 六人抢答器系统设计方案制定 ５
3。1 PLC选型ﻩ5
3。2 六人抢答器系统的I／O口分配ﻩ６
４　六人抢答器系统的软件设计 7
4.１　PLC编程语言 7
4．2 抢答器系统程序 7
4。２．1 主持人控制端 7
4．２．2抢答成功与抢答犯规指示灯显示ﻩ9
4．2.3七段数码管显示ﻩ9
４。2。４ 蜂鸣器电路 １1
5 六人抢答器系统程序仿真 12
5。1 抢答成功仿真 12
5.2 抢答犯规及抢答超时仿真 １2
5.３ 加减分及数码管显示ﻩ1３
5。4　抢答超时 14
6 总结及心得体会ﻩ1４
参考文献 15

基于PLC的六路抢答器系统设计

机械与电气工程学院 自动化专业
1 课程设计的任务和要求
1．1 课程设计的任务
使用西门子S７—200PLC编写程序实现六路抢答器的系统设计并使用仿真软件进行其功能的实现。
1。2 课程设计的要求
(1）主持人控制功能,具有开始抢答按钮和复位按钮；
(2)主持人未按下开始抢答按钮时抢答为违规抢答,违规指示灯亮,蜂鸣器响；
（3）抢答延时，超过20S无人抢答时此题作废，蜂鸣器长鸣；
(４)抢答成功后，抢答成功指示灯亮，数码管显示抢答成功的队伍编号；
（５）在抢答成功后，主持人根据回答的正确与否可以对该队伍进行加减分控制；
（6）每次正确抢答时，只有第一位按下抢答按钮的队伍为有效抢答。
2. PＬＣ控制器的原理与组成
２。1 PLC硬件系统
可编程控制器，英文称ProgrammableＬoｇicCｏnｔroller,简称ＰLC。PLC是基于电子计算机,且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制.PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。而ＰLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工业环境,如便于安装，抗干扰等问题[1］。
ＰLC的硬件系统主要由主机、输入/输出扩展单元、外部设备组成，各部分之间通过总线连接。其中主机主要由中央处理单元（CPU)、存储器、输入/输出电路、外部设备接口、电源几大部分组成[2]。
PLC是一种由“事先存贮的程序”来确定控制功能的工控类计算机且实质和微机的结构相同。

图1 ＰLC硬件结构
(1)中央处理单元(ＣＰU)
中央处理单元(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。
（2）存储器(Meｍoｒy）
可编程控制器的控制中枢,在系统监控下工作，承担着将外部输入的信号的状态写入映像寄存器区域,然后将结果送到输出映像寄存器区域.CPU常用的微处理器有通用型微处理器，单片机和位片式计算机等。小型PLC的ＣPＵ多采用单片机或专用的CPＵ。大型PLC的CＰU多用位片式结构,具有高速数据处理能力。
（3）基本Ｉ／O接口电路
ａ、输入接口单元。ＰLC内部输入电路作用是将ＰLC外部电路(如行程开关、按钮、传感器等)提供的、符合ＰLC输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送至ＰＬＣ内部电路。输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力,输入响应时间一般在0。1～15ms之间。多数ＰLC的输入接口单元都相同,通常有两种类型。一种是直流输入，一种是交流输入.　
ｂ、输出接口单元。PLC输出电路用来将CPU运算的结果变换成一定形式的功率输出，驱动被控负载（电磁铁、继电器、接触器线圈等）。PLC输出电路结构形式分为继电器式、晶闸管式和晶体管输出型等三种.
（４)接口电路
a、Ｉ/O扩接口电路
I/Ｏ扩展接口电路用连接I/O扩展单元,可以用来扩充开关量Ｉ/O点数和增加模拟量的I／O端子.I/O扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。
根据被控制对象对ＰLC控制系统的技术和要求，确定用户所需的输入、输出设备,据此确定PLC的I/O点数。　
b、外设通信接口电路
通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能组成ＰLC的控制网络。PLＣ通过PＣ/PＰＩ电缆或使用MPＩ卡通过ＲS－４85接口和电缆与计算机连接,可以实现编程、监控、联网等功能.
(５）电源
PLC内部配有一个专用开关式稳压电源,将交流/直流供电电源转化为PＬC内部电源需要的工作电源（5V直流）。当输入端子为非干接点结构时，为外部输入元件提供２4V直流电源（仅供输入点使用)[3］。
2.2 PＬＣ工作原理
PLＣ是采用“顺序扫描,不断循环"的方式进行工作的。即在PLC运行时,CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作[4]。
PＬC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
PLC在输入采样阶段:首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口,进入程序执行阶段[5］。
PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令,经相应的运算和处理后,其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。
输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中,并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作[6]。

图２ PLＣ工作原理
２。3 六人抢答器基本组成
六人抢答器系统主要由主持人输入信号、选手输入信号、信号灯输出信号、蜂鸣器输出信号、数码管输出信号几部分构成。首先ＰＬC通过对两个输入信号的采取进行数字量的输入，通过PLＣ内的用户程序进行判断将信号输出至相应位置.

图3　六人抢答器基本结构
2.4　六人抢答器工作原理
六人抢答器系统上电完毕后,先验证是否有开始抢答信号，如果在没有的情况下有队伍进行抢答则进入违规抢答流程，在有开始抢答信号的情况下，进入正常抢答流程，抢答成功后,数码管显示抢答成功的队伍编号，抢答倒计时停止计时，然后主持人根据抢答成功队伍答题的正确与否进行加减分，同时将分数显示在数码管上,全部完成后，主持人按下复位按钮,将抢答器系统复位至最开始状态，等待下次抢答。

图4　抢答器系统流程图
3 六人抢答器系统设计方案制定
3。1 PＬC选型
六人抢答器对时间间隔的要求很高，同时需要有经济实惠，准确性和精确性高的要求,西门子Ｓ７-20０ＰＬC是个不错的选择，其可可靠性高，体积小，通用性好，使用方便，技术成熟,价格合适，是个不二选择。最后根据本文设计的六人抢答器的输入输出接口数量对比表1的西门子S7-２00的规格最终选择西门子Ｓ7—20０CPＵ226和EM22３扩展模块.
表1　Ｓ7－２00系列选型表

3。２ 六人抢答器系统的I/Ｏ口分配
六人抢答器的输入端口如表２所示:
表2 输入端口
抢答器一按钮
I０.1
抢答器六按钮
I0．6
抢答器二按钮
I0.２
开始抢答按钮
I０。0
抢答器三按钮
I0.３
复位按钮
I0.7
抢答器四按钮
I0.４
加分按钮
I1．0
抢答器五按钮
Ｉ0.5
减分按钮
I1.1
六人抢答器的输出端口如表3所示：

表3 输出端口
抢答器一指灯
Q０.1
抢答犯规指示灯１
Q1。1
抢答器二指灯
Ｑ0。2
抢答犯规指示灯2
Q1.2
抢答器三指灯
Q0。３
抢答犯规指示灯3
Q1．３
抢答器四指灯
Q0.4
抢答犯规指示灯４
Q1。４
抢答器五指灯
Q0.5
抢答犯规指示灯5
Q１。5
抢答器六指灯
Ｑ0.6
抢答犯规指示灯６
Q１。6
蜂鸣器
Q0.7
2路分数数码管
ＱB6
抢答成功队编号
QB2
3路分数数码管
QB７
倒计时个位数码管
QB３
4路分数数码管
ＱB8
倒计时十位数码管
QB4
5路分数数码管
QB9
1路分数数码管
QB5
６路分数数码管
QB10
4 六人抢答器系统的软件设计
4.１ PLC编程语言
梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言.它是与继电器线路类似的一种编程语言.由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此,梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。所以本文将采用梯形图语言进行程序的编写。
4。2 抢答器系统程序
4.2.１ 主持人控制端
主持人进行抢答开始,抢答复位,抢答定时以及加减分的控制，程序如下：
（1）当主持人按下开始抢答按钮后,开始抢答信号M0。１置1，按下复位按钮后，开始抢答信号M0．1置0.
置1状态下Ｍ0．1接通。

图5 开始抢答与复位
（2）按下开始抢答按钮后,抢答定时20Ｓ开始倒计时，抢答成功后倒计时停止并保持。

图６ 抢答倒计时
（3）在队伍抢答完成后，主持人根据答案正确与否按动加分减分按钮进行分数控制。

图7 分数控制
４。2.2抢答成功与抢答犯规指示灯显示
（1）在开始抢答信号接通的前提下，每个队伍的抢答按钮与另外五队的按钮进行互锁,将抢答成功指示灯进行自锁保持，并入抢答倒计时的常闭信号，哪个队伍的抢答按钮先按下，哪个队伍的抢答成功指示灯就会亮，并随着主持人的复位按钮进行关闭。

图８ 抢答成功指示灯显示
（2）开始抢答信号没有接通的情况下，即主持人未按下开始抢答按钮,有队伍按下抢答按钮,抢答犯规指示灯会进行显示并自锁保持。
图9 抢答犯规指示灯显示
4。2．3七段数码管显示
(1)抢答成功队伍编号显示
抢答成功后，程序会将抢答成功的那个队伍的编号值传送给ＶＢ1,然后将VB1中的值转换为七段数码管的值进行显示，无抢答成功信号时，数码管显示为0．

图10　赋值程序

图11 转换数值并使数码管显示程序
(2）20Ｓ倒计时数码管显示
主持人按下开始抢答按钮后，减计数计数器开始计数，每１S减1，然后将减计数计数器C２0的当前值进行除法运算储存于VD10０中,个位为余数储存于ＶB101中，十位数为商储存于VＢ1０3中，并利用转换指令SEＧ,将两个值转换为数码管显示值。

图12 抢答倒计时

图13抢答倒计时转换
(3)各队伍分数数码管显示
利用加减计数器对每个队伍进行计分，同时将加减计数器当前值转换给数码管进行显示。

图14 分数控制

图１5　分数传送显示
4.2．４ 蜂鸣器电路
主持人按下开始抢答按钮时，蜂鸣器响1S进行提醒，抢答犯规时，蜂鸣器常响，直至主持人按下复位按钮结束，当答题倒计时为0时，蜂鸣器也常响,直至复位按钮按下。

图16　蜂鸣器电路
5　六人抢答器系统程序仿真
5。1 抢答成功仿真
主持人按下开始抢答按钮后,第一个队伍先按下抢答按钮，队伍１抢答成功指示灯亮,抢答成功数码管显示1。

图17 抢答成功指示灯显示仿真

图１8　指示灯及数码管显示仿真
5．2 抢答犯规及抢答超时仿真
在主持人未按下开始按钮I0.0的情况下，队伍1按下了抢答案按钮I0．1,所以队伍一抢答违规指示灯Q1.１亮，如图19;蜂鸣器Ｑ0.7接通,如图2０。

图19 抢答违规指示灯仿真

图20 抢答违规蜂鸣器报警仿真
５。３　加减分及数码管显示
在队伍1抢答成功的情况下（队伍１抢答成功指示灯Q0．1接通），主持人按下加分按钮I１.0,队伍一的分数加减计数器加1如图２１所示,然后经过传送指令将加减计数器的值传送给VW如图２２所示，最后通过SEＧ转换指令将数码管点亮如图2３所示。

图2１ 分数控制仿真

图２2 传送指令仿真

图２３ 转换指令仿真
５．4　抢答超时
主持人按下开始抢答按钮后M0.１置1，T37定时器开始定时20S后无抢答信号接通如图24，然后T37接通蜂鸣器,直至主持人按下复位按钮结束如图2５。

图24　抢答倒计时仿真

图2５ 抢答超时报警仿真
因为仿真软件功能有限，只仿真了部分功能。
6 总结及心得体会
通过本次课程设计，我对PLC的工作原理及其编程方法掌握的更加牢固了,根据基于PＬC六人抢答器的系统设计，我学习到了在编程时最好先写个流程图，然后明确输入输出接点，整理好逻辑和需要实现的功能，最后在分块进行程序编写,编写程序时最好给每个继电器命名,这样调试的时候更容易发现问题并进行程序的改正。
从本次课程设计中，我意识到实际操作的重要性,理论要与实际操作结合,只有在实际从操作中,才能更加牢固的记住理论知识，加深对理论知识的理解，明白理论知识的原理，学以致用。

参考文献
［1］ 　宋德玉.可编程序控制器原理及应用系统设计技术［M］。北京.冶金工业出版社。1999　
［2] 陈金华．可编程序控制器应用技术［M]．北京．电子工业出版社．1993
［3］ 浙江大学罗克韦尔自动化技术中心.可编程控制器系统.浙江大学出版社。1999
［4］ 黄大雷、吴庚审.可编程控制器及其应用［M］.北京.人民交通出版社。1992
[５］ 韩相争．西门子S7—200PLC编程与系统设计精讲[M].北京。电子工业出版社．１９93
［6] 齐从谦、王士兰．plc技术及应用［Ｍ]。北京．机械工业出版社.200０

指导教师评语

成绩(60％）

指导教师签字：
年 　 月 　 日
答辩过程及评价

成绩（40％）

答辩小组签字：
年　 月 　 日
院综合意见
综合成绩

分管院长签字(盖章）:
年　 月 日

基于PLC和MＣGS的交通灯系统设计
【摘要】

　 　　当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段.社会的发展,人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。所以采用有效的方法控制交通灯是势在必行的。PLＣ 的智能控制原则是控制系统的核心，采用PＬC把东西方向或南北方向的车辆按数量规模进行分档,相应给定的东西方向与南北方向的绿灯时长也按一定的规律分档。 这样就可以实现按车流量规模给定绿灯时长,达到最大限度的有车放行，减少十字路口的车辆滞流，缓解交通拥挤、实现最优控制，从而提高了交通控制系统的效率．
　 PＬＣ结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中.由于PLＣ具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将PＬC应用于交通灯系统中。
PLC还具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成同一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。在实时检测和自动控制的PLＣ应用系统中，ＰLC往往是作为一个核心部件来使用。

关键字：PLC、交通灯、控制系统、组态设计

Abstract:Ｔｏday, tｒaffｉc lights installed ｏn ｔhｅ ｃrｏssing at all，　ｔｏ　ｅaｓｅ ｔhe trａｆfic ｏf ｖehicles　has　become thｅ　mosｔ coｍmｏn ａnｄ most efｆeｃtive meanｓ。　Ｓoｃial ｄｅveｌopｍｅｎｔ, pｅopｌe'ｓ　cｏｎsumｐtioｎ　ｌｅｖels　continｕｅ ｔo incrｅase, pｒｉvate veｈicles iｓ increasing。 Oｆ　peoｐlｅ， caｒs and more roａds　have ｌess　trafｆｉc staｔｕｓ iｓ obvious。 Ｔｈerｅｆorｅ, tｈｅ adoption of efｆective methodｓ to coｎtrｏl traffic ｌｉghtｓ is　impｅｒａｔｉｖe. PLＣ　intelｌigent control pｒiｎcｉpｌe ｉｓ ｔhe cｏrｅ of the controｌ ｓyｓtｅｍ usiｎg　PLC　ｎortｈ—south dｉrection　tｏ　eaｓt-wｅｓt directｉon or scalｅ ｏｆ the ｖehiｃｌe ｂy　the　ｎumber ｏf　sub-fｉｌｅ，　the apｐｒｏｐrｉate ｔｈing given ｔhe　gｒeen light nｏrｔh-souｔh　ｄiｒectｉon　and lengtｈ of ｔｉme　iｓ alｓｏ sub—ｆｉle aｃcｏrｄiｎｇ to　ｃeｒtaiｎ rules。 Tｈis ｓcａle caｎ be achieved gｉvｅn the greeｎ　ligｈt ａt tｒaｆfiｃ ｄuratｉｏn, to ａchieve ｍaｘiｍum　reｌeａsｅ　a cａｒ　to rｅdｕcｅ ｔhe staｇnａtiｏｎ oｆ　ｖehｉcles croｓsｉｎｇ ｔo ｅaｓｅ ｔrafｆic　ｃonｇeｓtion， tｏ achｉeve opｔimal　coｎｔroｌ, thus　imprｏvｉng tｈe　ｅfficiｅｎcy of ｔｒafｆic conｔrol sｙstem.
PLC strucｔuｒe is　simplｅ， easy ｐroｇｒａmmｉng, ｈigｈ ｒｅliability，　haｓ ｂeｅｎ　wｉdely ｕseｄ　ｆor ｉnｄｕstrial　process anｄ　ｌｏcaｔion ｏf thｅ ａｕtｏｍatic cｏntｒol。 Ｔhe usｅ　ｏf the PＬC　ｈas the　cｈarａcteristiｃs of environmenｔａl ａdａptabｉｌity, whiｌe　its inｔernaｌ ｔimer ｒesｏuｒceｓ ａre　ｖeｒy riｃh， thｅ cｕｒｒｅnｔ wｉdesｐread use ｏf　the "pｒogreｓｓiｖｅ"　sigｎal　fｏr ｐｒecise contｒol， paｒtｉcuｌarlｙ cｏnｔrol　oｆ multｉ-forｋ can be easily ａｃhieved。　Ｔherefore，　the PＬC　ｉs now ｉｎcreasinglｙ used ｉn ｔraffｉｃ lighｔｓ sysｔem．
ＰLC　aｌso hａｓ ａ commｕｎications neｔworkｉng cａpａbilｉｔieｓ，　tｈｅ　saｍｅ　sigｎal on thｅ ｒoad ｔｏ form a ｕnｉｆiｅd LAN manaｇeｍent, and can shorｔen the　waｉting ｔｉme foｒ vehicle tｒaffｉc, ｔo achieｖe ｓｃiｅntifiｃ maｎagｅment． Iｎ　real—ｔimｅ deteｃtｉｏn and applicatiｏn of　ａuｔomａtic ｃonｔrol syｓtems　PLC，　PLC iｓ　often ｕsed ａｓ a ｃore　componenｔ.

Key wｏrdｓ：trａｆfic　lighｔｓ, control　systｅms， confiｇuｒaｔion deｓign

1 可编程控制系统介绍
1.1 PＬC简介
随着微处理器，计算机的和数字通讯技术的飞速发展，计算机控制技术已经渗透到所有工业领域。当前用于工业控制的计算机可分为:可编程控制器,基于ＰC总线的工业控制计算机，基与单片机的测控装置，用于模拟量闭环控制的可编程调节器,集散控制系统(DCS）和现场总线控制系统（FCＳ)等。可编程控制器是应用广泛，功能强大,使用方便的通用工业控制装置,已成为当代工业自动化的重要支柱．近几年，在国内已得到迅速推广普及.
可编程控制器是６0年代末在美国首先出现的,当时叫可编程逻辑控制器，目的是用来取代继电器,以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。其基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象,将控制内容写入控制器的用户程序内,控制器和被控对象连接也很方便。
可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备,改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的要求专门设计控制器，适合批量生产.由于这些特点,可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。
可编程序控制器，英文称Progｒammａblｅ Cｏntroｌler,简称PC。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computeｒ）混淆，故人们仍习惯地用PLＣ作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置,专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器,用以在其内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，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLＣ是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLＣ的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLＣ后,只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PＬC应用于生产实践.
PLC的类型繁多,功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异,通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。PＬC的硬件系统结构如下图所示：

　 　　　　１—１ ＰLC的硬件系统结构

1。1。1 主机
　主机部分包括中央处理器(ＣPU）、系统程序存储器（RＯM）和用户程序及数据存储器。CPU是PＬC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、做出逻辑判断和进行数据处理,即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端,并响应外部设备(如电脑、打印机等)的请求以及进行各种内部判断等。PLＣ的内部存储器有两类,一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定,用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器,主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。

1．1．２ 输入／输出(Ｉ/O)接口
Ｉ/Ｏ接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。Ｉ/O接口一般采用光电耦合电路,以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I／Ｏ点数即输入/输出端子数是PLＣ的一项主要技术指标,通常小型机有几十个点，中型机有几百个点,大型机将超过千点。

1．1.3 输入/输出扩展接口
I/Ｏ扩展接口用于将扩充外部输入／输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机)连接在一起。

1。1.４ 外部设备接口
此接口可将打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联,以完成相应的操作。
实验装置提供的主机型号是西门子S7—200系列的CPU224(AC/DC/RELAY）。输入点数为14,输出点数为10。

1。1.5编程
　编程是PLC利用外部设备,用户可用以输入、检查、修改、调试程序或监示ＰLＣ的工作情况。通过专用的PC／PPＩ电缆线将PLＣ与电脑联接，并利用专用的编程软件进行电脑编程和监控。

1。1.6 电源
图中电源是指为ＣＰU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。

1．2　PLＣ的工作原理
PLC的ＣPU采用顺序逻辑扫描用户程序的方式进行工作,即在PLC运行时，ＣPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序,按指令步序号(或地址号）作周期性循环扫描,如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束.然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
ＰLC的CＰU扫描一个周期必经输入采样、执行用户程序、处理通讯请求、CPU自诊断和输出刷新三个阶段。
输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入,并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段.
执行用户程序阶段:按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令,经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中,输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。
处理通讯请求阶段：ＣPU处理从通讯接口和智能模块接收到的信息，如由编程器送来的程序、命令和各种数据，并把要现实的状态、数据、出错信息等发送给编辑器进行显示。如果有计算机等通讯请求，也在这段时间完成数据和发送任务。
CPU自诊断:自诊断测试包括定期检查CPU模块的操作和扩展模块的状态是否正常，将监控定时器复位.
输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式(继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。

1.3 PLＣ的程序编制

1。3.1软件编制
　 　 PLC是采用软件编制程序来实现控制要求的。编程时要使用到各种编程元件，它们可提供无数个动合点和动断触点。编程元件是指输入映像寄存器、输出映像寄存器、位存储器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能存储器等。
PＬC内部这些存储器的作用和继电器接触器控制系统中使用的继电器十分相似,也有“线圈”与“触点”,但它们不是“硬”继电器，而是PLC存储器的存储单元。当写入该单元的逻辑状态为“1”时，则表示相应继电器线圈得电,其动合触点闭合,动断触点断开.所以，内部的这些继电器称之为“软”继电器。
S7—２０0CＰU224、CＰU2２6部分编程元件的编号范围与功能说明如下表所示
原件名称
代表字母
编号范围
　 　功能说明
输入寄存器
I
I0．０～Ｉ1。5共14点
接受外部输入设备的信号
输出寄存器
Q
Ｑ０.0～Q１．1共10点
输出程序执行结果并驱动外部设备
位存储器
M
M0。0～M31。7
在程序内部使用，不能提供外部输出

定时器

T
(Ｔ0~T2５5）
T0，T64
保持型通电延时１ｍs
Ｔ1~T４，T65～T６8
保持型通电延时10ms
T５～T3１,T6９～T９5
保持型通电延时1０0ms
T３２,T96
ON/OFＦ延时，１ms
T33~T36,T97~Ｔ100
ＯN/OFF延时，10ms
Ｔ37～T6３,T10１～Ｔ2５５
ＯN／OFF延时，100ms
计数器
C
C0～C25５
加法计数器，触点在程序内部使用
高速计数器
HＣ
HC0～HＣ5
用来累计比CPU扫描速率更快的事件
顺序控制\继电器
S
Ｓ0。0~Ｓ３1.7
提供控制程序的逻辑分段
变量存储器
　　 Ｖ
VＢ0.0～VB5119．7
数据处理用的数值存储元件
局部存储器
L
ＬＢ0．0～LB63。7
使用临时的寄存器,作为暂时存储器
特殊存储器
SM
ＳＭ0。0~SM549。７
CPＵ与用户之间交换信息
特殊存储器
SM（只读）
SM0.0~SＭ29.7
接受外部信号
累加寄存器
AC
ＡC０～AC3
用来存放计算的中间值
　　 　　 　　　　1-2
1。3．２编程语言
　　　所谓程序编制,就是用户根据控制对象的要求，利用PLC厂家提供的程序编制语言，将一个控制要求描述出来的过程.PLＣ最常用的编程语言是梯形图语言和指令语句表语言，且两者常常联合使用。
（１）梯形图（语言）
梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而来的图形语言.它是借助类似于继电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和符号，根据控制要求联接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形，直观易懂。
梯形图中常用用 　 　图形符号分别表示PLC编程元件的动断触电和动合触电,用( ）表示它们的线圈。梯形图中编程元件的种类用图形符号及标注的字母或数加以区别。触点和线圈等组成的独立电路称为网络,用编程软件生成的梯形图和语句表程序中有网络编号，允许以网络为单位给梯形图加注释.
梯形图的设计应注意到以下三点：
①梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。每一逻辑行（或称梯级)起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈。与能流的方向一致。
②梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”,从左流向右,其两端没有电源。这个“概念电流"只是用来形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。
③输入寄存器用于接收外部输入信号，而不能由ＰLC内部其它继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入寄存器的触点,而不出现其线圈。输出寄存器则输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出寄存器线圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出寄存器的触点也可供内部编程使用。
（２)指令语句表
指令语句表是一种用指令助记符来编制ＰＬC程序的语言，它类似于计算机的汇编语言,但比汇编语言易懂易学,若干条指令组成的程序就是指令语句表.一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。

2 MCGS系统介绍
２.1　MCGS的定义
MCＧS (Mｏnitｏｒ anｄ　Control Geｎerateｄ Sysｔｅm,通用监控系统）是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft的各种32位Wｉｎdowｓ平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在工业控制领域有着广泛的应用。
MCGS组态软件功能强大,操作简单，易学易用，普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。同时使用MCGS组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题，集中精力去解决工程问题本身，根据工程作业的需要和特点,组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统.

2．2 ＭＣGS的构成
ＭCGS系统包括组态环境和运行环境两个部分。
用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行,它相当于一套完整的工具软件,帮助用户设计和构造自己的应用系统。用户组态生成的结果是一个数据库文件,称为组态结果数据库.
运行环境是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。运行环境本身没有任何意义，必须与组态结果数据库一起作为一个整体，才能构成用户应用系统。一旦组态工作完成，运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在监控计算机上。

　　2-1系统组态环境、系统运行环境和实时数据库三者的关系
ＭＣGS由“MCＧS组态环境”和“ＭCGS运行环境”两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关.如图２—2所示：
MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境,由可执行程序McgsＳｅｔ。ｅxe支持,其存放于MCＧS目录的Program子目录中。用户在MCＧS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为．mcg的工程文件,又称为组态结果数据库,其与MCGS　运行环境一起,构成了用户应用系统，统称为“工程” .
ＭＣＧS运行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序McgｓRuｎ．ｅｘe支持，其存放于ＭCＧＳ目录的Prｏｇraｍ子目录中。在运行环境中完成对工程的控制工作。

　　 　 　 2-2 组态环境和运行环境关系图
２。3 MCGS组态软件的功能和特点
与国内外同类产品相比,MCＧS ６．2组态软件具有以下特点：
全中文、可视化、面向窗口的组态开发界面，符合中国人的使用习惯和要求，真正的32位程序,可运行于Microｓｏfｔ Windｏｗs9５/9８/Me/NＴ/2000等多种操作系统。
庞大的标准图形库、完备的绘图工具以及丰富的多媒体支持,使您能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面。
全新的AｃtiveX动画构件，包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、通用棒图等，使您能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。
支持目前绝大多数硬件设备，同时可以方便地定制各种设备驱动；此外,独特的组态环境调试功能与灵活的设备操作命令相结合，使硬件设备与软件系统间的配合天衣无缝。
简单易学的类Basic脚本语言与丰富的MCGS策略构件,使您能够轻而易举地开发出复杂的流程控制系统.
强大的数据处理功能，能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理，使您能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。
方便的报警设置、丰富的报警类型