基于PLC的电液伺服控制系统设计.docx

摘 要 电液伺服系统融合了电气和电液两个方面的优点。具体来说有对系统反应很敏捷，很强大的精准控制，再输出端的功数值相当高、在处理系统送来的相应相当快，非常善于反馈各种参数控制量。在综合了上述的优点后它在对需求速度核装载量大的对象时候更能发挥他的特长。在各种形式的恶劣环境中均有着不同的应用。比如说在军事上的应用、航空航天上的应用，钢铁电力行业的应用，制造加工业的应用、各种飞机车里的模拟台的控制、电炉冶炼的电极位置的控制以及各种实验机的压力的控制。机械手运动伺服系统是隶属于电液控制系统的一类，他将小液压功率转换为大功率的液压信号，早些年代的机械手伺服系统是一起执行所有的命令，这样对机器的性能往往会有所限制，因为PLC是周期性循环扫描方式，每一瞬间就只能专心做一件事，同时使得运算速度特别快，让他与外部电器动作几乎同步，实现控制上的要求。西门子S7-200具有模块化的结构，容易实现分布式的配置，同时具有很高电磁兼容特点，因此被广泛的应用。本次设计采用S7-200 PLC，选用紫金桥软件作为上位机，实现对电液伺服控制系统的模拟。关键词 电液伺服系统，机械手，S7-200，紫金桥Abstact Electro hydraulic servo system integrated the advantages of the two aspects of electrical and electro hydraulic, with high control precision, fast response, large output power, signal processing flexibility, easy to achieve the feedback of various parameters, etc. Therefore, in the load quality and response speed of occasions the most suitable for, its application has been throughout all areas of the national economy, such as control the position of the aircraft and ship steering control, radar and gun control, machine tool industry and trade and Taiwan, strip of rolling mill thickness control, electric furnace electrode position control, aircraft of various vehicles in the simulation table control, the generator speed control, material testing machine and other experimental machine pressure control. Belonging to the motion of the manipulator servo system of electro-hydraulic control system, he will be small power conversion for high power hydraulic signal and previous manipulator servo system is to execute all orders together, so on the machines performance will limit, PLC cycle scanning mode, each moment concentrate on doing one thing, while the calculation speed is very fast, makes him almost simultaneous with the action of external appliances, achieve control requirements. SIEMENS S7-200 modular structure, easy to implement distributed configuration and cost-effective, strong electromagnetic compatibility characteristics, is widely used. The S7-200 is used as the upper computer, and the simulation is carried out on the purple bridge to realize the simulation of electro hydraulic servo control system.Key words electro hydraulic servo system, manipulator, S7-200, purple bridge目录摘 要IAbstactII1 绪论11.1 课题背景及选题意义21.2 国内发展的趋势21.2.1我国的发展的初始阶段21.2.2我国发展的势头31.3 本课题研究的内容32 电液伺服系统的基本原理32.1 电液伺服控制系统的简介42.2 电液伺服系统的概述42.2.1 电液伺服阀驱动电路52.2.2 电液伺服阀电流的显示电路52.3 传感器的调节电路52.3.1 系统模型52.3.2 硬件的系统62.3.3 软件的系统63 系统的设计8 3.1 PID的概述8 3.2 调节器控制的规律94 控制设备及软件原理114.1 PLC概述114.1.1 PLC的定义114.1.2 PLC的特点114.1.3 PLC的应用与发展124.2 PLC的基本结构及工作原理124.2.1 PLC的基本结构124.2.2 PLC工作的原理144.2.3 可编程控制器的编程原则和方法164.3 监控软件的构成及功能164.3.1 监控软件的用途及分类164.3.2 紫金桥软件的功能及基本使用方法175 电液伺服系统的应用195.1设计思路195.2 点设置195.3 电气接线图205.4 梯形图的实现205.5 I/O点的分配285.6 调试运行29结论32致 谢33参考文献341 绪论1.1 课题背景及选题意义机械手是现代工业化自动控制中涌现出来的的一项新工艺，已经成为工业现代化制造的一项重要组成部分。它能够代替人类进行工作作业，按照一定的工艺要求工作，大大的改善了人类在恶劣环境下的劳动，越来越受到整个国际的重视。在高温，高压，粉尘，噪声等场所更为广泛应用。本文研究的是基于PLC的电液伺服控制系统，电液控制系统依靠低廉的价格，被得意应用到各行各业中。我们在PLC的实验室中运用进行紫金桥模拟仿真的方法对机械手进行研究。全面的考查分析并模拟机械手能否满足需求。随着工业自动化发展的进程不断加深，机械手在世界范围内得以广泛的应用。因而对机械手的控制要求就越来越高，我利用在大学期间所学习的可编程控制器PLC设计，可以使的它的运行可靠性增强，故障率降低，取得更好的成果。这个设计是我们在学校中最后一个作业是一份特别具体严谨的设计。他可以将我们在大学整个学习生涯的所有知识都融为一体，将书本上的知识与课程设计和实训中结合起来。在我看来更是对整个学习生涯的一个升华，为我们日后在工作岗位上打好一个基础，为日后的工作奠定一个良好的基调。1.2 国内发展的趋势电液伺服系统是一种由液压动力的机构和电信号的处理装置组成的控制反馈系统。它优点很多，突出的特点有精度高输出、反应速度很快、功率大等；所以在各行各业均起到了各种作用。人们使用水利可以追溯到很久远的年代。可是液压发展其实只是在最近些年才开始兴起的，液压伺服进入到了电液伺服时代是伴随着电液伺服的诞生而兴起的。电液伺服技术是实现动态高周疲劳，静态恒变速形速率，程控疲劳及第周疲劳模拟各种仿真的好方法。1.2.1我国的发展的初始阶段 我国是从上世纪70年代开始研究电液伺服系统的的，我国的各大试验厂商纷纷开始研制。大概分为两个发展阶段自主发展和国外合作发展。进入了20世纪之后，随着改革开放的步伐加快，国内各大厂商与国际的联系更加紧密，长春试验所在1989年首先与美国mts公司达成合作协议，长春试验机厂也与英国达泰克进行了技术上的合作。总之在这一时期主要就是国内几家实验所寻求与国外合作的时期，有引进技术上生产合作的也有国外技术生菜国内产品的。呈现出百家争鸣，百花齐放的特点。在这个阶段的电液伺服控制系统的特点在测量控制方面从模拟控制发展向混合控制并结合计算机控制中。这时候国内的企业多分为两条路，一方面是勇于引进先进的外来技术，加强合作。另一方面是学习，走不断完善自己的技术带动自己不短的提高。与国外同行业的技术对比，三十多年来国内的伺服电液控制系统有了明显的进步，与国际上的大公司比较而言还是有差距的，特别是像美国的mts和英国的instron等，无论是技术还是应用都无法比拟。软件方面，国内的软件多有专业软件工程师设计完成，使得结构合理，组合比较便捷。现在软件包已经成为了一种产业，可以说非常有前景。国内试验软件的各个厂家由于技术水平还不够完善，还形成不了气候，只能随着设备免费副赠，本身的价值并没有得到体现。1.2.2我国发展的势头伴随着科学技术的日新月异，人们更加重视动态试验，电液伺服的需求也越来越大。利用电液伺服的技术开发特殊设备越来越多，市场的机会越来越大。今后国内电液伺服试验的水平一定会进一步发展的。图1.1 伺服电液工作原理1.3 本课题研究的内容 在整个电液伺服的发展过程中我们可以清晰的看到，一方面是对基础元件的研究，另一方面则是对控制系统的研究。当来到新世纪滞后，人类无论是基础元件还是控制系统方面都有了较大的进步。本课题研究的是PLC在液压控制系统的应用，主要包括压力控制系统，速度控制系统，位置控制系统，同步控制系统等。液压控制系统压力控制室利用压力阀，压力继电器或压力传感器来控制和调节液压系统的主油路或某一只的压力，以满足执行元件所需的力或力矩的要求。在这个过程中，PLC接收来自系统的压力信息，然后给相关液压阀发出指令。将比例压力阀，PLC，人机界面组合起来，可实现较大范围的压力调整与多个压力参数的设定。本次课程设计就是以此为基础利用液压技术在机械手中的应用而设计出来的。满足在生产现场中对整个控制系统的要求。2 电液伺服系统的基本原理2.1 电液伺服控制系统的简介 这个课设的核心是电液伺服控制系统，他是由电信号和液压处理组合而成的反馈控制系统。这个一般由液压泵,液压控制阀，执行元件，反馈原件，控制对象等组成。如图2.1图2.1 电液伺服控制系统由图2.1 可以看出输入信号和液压泵发出指令信号到液压控制阀上，液压控制阀将指令发送到执行元件上，经过反馈误差之后输出精确的信号到控制对象当中去。可以看出这是一个典型的闭环控制系统，局控制精度高的特点。电液伺服控制系统种类特别多，可以分成好多类型。首先从不同种类来分，可以分成位置，速度，力控制等；也可以从驱动来看有阀控，泵控系统等；另外从功率分可以分为大，小功率系统；再从我们熟悉的控制来分可以分为开环和闭环控制系统；最后呢，从输入信号来讲呢又可分成模拟和数字伺服控制系统这两个；正是因为他的总类过于繁杂，因此它可以分成多种多类，应用在各行各业中。下面由我为大家介绍一下在工业中常见的伺服电液系统，列举一些例子来说相同步骤的感应器、进行螺旋的或者差动的变压器和自动进行整角机器的变压器。驱动电液伺服阀的电流主要是由电液私服放大器来提供的。将一种电液转变成另外一种电液和扩大输出功都是电液伺服阀的功能；这样在整个电液伺服控制系统中他的地位也是最高的，就好比一个工作团队中的经营往往大家对他大期望也是最大的要求也是最为严格和精准的。液压动力机构是由液压控制元件，执行机构和控制对象组成。为改善系统性能，电液伺服控制系统习惯性采用串联滞后以提高低频的增益系数，减轻系统的稳态误差，这也是控制系统中经常使用的一个办法。除此之外利用压力负反馈校正或加速度正是提升阻尼性能而又不减弱效率的好办法。2.2 电液伺服系统的概述由于伺服阀马达线圈匝数比较多，使得其具备了巨大的感抗。因此伺服放大器是必须有深度电流负反馈的放大器。只有在特别少的反应慢的系统才应用电压反馈放大器。电流的负反馈放大器输出阻抗比较大，伺服阀线圈和放大器组合成了一个一阶滞后的环节，使得输出阻抗变大，因此这个一阶环节的频率高低，对整个伺服频宽就不会有什么太大的影响。各种各样不同的伺服系统对伺服放大器有着各种不同的要求，比如说不同的增益范围，不同的校正环节以及其他功能。可是为了保证伺服阀的不出现意外情况，阀对放大器还提出一下要求:放大器要具备限流的功能，以确保放大器最大输出电流不引起阀的其他失败或不能够烧坏线圈。伺服阀理论上应能承承受2倍的额定电流。2.2.1 电液伺服阀驱动电路电液伺服阀的驱动电路的核心是驱动模块，它是由第一级仪表运算放大器AD622AN和第二级功率放大器LH0041联合而成。驱动电路有要求在D/A端加10至-10V的电压，AB端同时输出40至-40mA的电流信号。第二级的功率放大器使用LH0041原理。驱动负载是电液伺服阀，使得成为非纯电阻阻抗的线圈，当其两端的电压不加在线圈流过的电流，这样就使得与放大器电压输出成正比。目的是保证输入电压与控制电流成正比，采用电阻R-S107与电液伺服阀控制线圈串联，同时将经过电阻R-ST1电压反馈到放大器输入端，这是因为反馈电压是由电流产生的，所以称为电流负反馈。2.2.2 电液伺服阀电流的显示电路电流式的模拟表头电路直接在把电流式模拟表头串在电路中，同时采样电阻的位置换上电流式模拟表头。这时需用一个模拟表头来显示两路电液伺服阀的电路，同时增加通道选择电路。他的功能是：测量电液伺服阀的电流以电流式模拟表头串联在电液伺服阀的电路中时，电液伺服阀的响应部分短接；同理要求测量电液伺服阀的电流时把电流式模拟表头串联在电液伺服阀电路中。当采用电流式模拟表头的显示电路输入驱动电压与电液伺服阀输出电流保持了比例关系，提高了显示电液伺服阀电流的线性比和精度。2.3 传感器的调节电路位移传感器数据大多数情况下不能用来直接显示，应用调理电路才能完全表现出来。调理电路是仪表放大器AD622AN，它是一种高精度，低功耗的仪表放大器，其放大倍数甚至可以达到2至1000；其次AD622AN使用比较方便，你只要在1.8之间加可变电阻就可以改变其增益。2.3.1 系统模型 图2.2 液压伺服系统的结构液压伺服控制系统根据参数不同，可以分为位置，速度，加速度和力控制系统。系统中为了控制好阀的工作，经经过检测原件的信号与系统在工作之前的标准信号进行核查，检查后经过D/A将数字信号变化成模拟信号后来控制的。为了实现闭环系统控制，我们工作中将、控制器中的信号是由液压缸中发生的移动信号输送过来的，在通过控制系统对其进行整定和分析，就像闭环控制系统的工作流程一样最后在反输送到控制器中实现了整个工作过程。 伺服控制器是用来满足高要求高性能执行的必要机构。在工作中为了能够使系统更加准确，处理器的计算速度必须使非常高的。同时我们还需要建立数学模块，但是我们都知道非线性是无法建立的，而伺服阀又恰好使，很多必须的条件都不具备，这时候模糊PID就应运而生了，自适应控制以及专家系统不断的引起人们的重视，纷纷应用到电液伺服控制系统当中。2.3.2 硬件的系统 TI公司的TMS320C2000系列芯片在工业中得到了广发的应用。芯片是16位处理器，提供了低成本，低功耗，高性能的处理能力。其主要性能包括CMOS技术，能够减小功率损耗并使得源头电压降到规定的3.3V；D/A转换器将输出的数字信号一并输送到伺服阀当中。为了减小对功率的损耗上浪费的时间，需要把送点电压调整为3.3V；为了在规定的时间内能够达成任务需要模拟数字转换器在6个模拟数字转换时钟周期内。输入样本需要1转换时钟周期,转换需要5转换时钟周期,所以保持采样/转换的转换时间大于或等于6.1 s。电液伺服阀将从数字模拟转换器中转换成的电流或电压输出的模拟信号进行调控。2.3.3 软件的系统 电液伺服控制系统在软件上面的是系统内的PLC，这在以前的软件控制上是不可能的。同时呢当我们的软件经过工作人员确认无误后是无法进行更改的，无论发生什么样的变化，核心的数值是不能动的。对于伺服电液控制器来说，控制器是整个系统的核心部件，整个系统控制品质的高低取决于程序中的控制算法。如何更好的应用PID控制。使得传统的PID控制在电液系统上有着更好的应用。另外，还有对于新型驱动系统和集成技术的研究。都未整个伺服电液系统的发展提供了更为广阔的平台。3 系统的设计3.1 PID的概述通用的自动化系统如下图3.1所示。下面闭合的回路是由比例积分微分的调节器、变送机构、被控对象和执行部件相互组合得到的。下图中，对象的被调参数经过检测元件的测量经过变送器转换处理得到了，与给定值计算出来的差值送到调节机构；调节机构再对进行运算处理之后才能输出控制；此信号的控制对象经过被调量或经执行机构和调节阀转换的变换。实时监控被控量与给定值之间的数值，当发现有出入时，调解器就开始执行命令，调节阀开度及执行机构变化，改变流入量，流入量与流出重新达到了平衡状态，这是日前热工中常见的一种方式。 图3.1 控制系统的原理图在实际工作中，在求对象动态特性时经常将调节阀开度扰动，可由变送器执行后在电脑中显示的曲线来了解。所以，在系统分析时经常将被控对象、变送机构和执行机构统一称为“广义对象”，这样就形成如下图3.1所显示的控制系统的方框图。r调节器广义对象euc-c图3.2控制系统框图在下图3.3中，基本的闭控制系统由广义对象和调节器两部分组合成，除调节阀对对象的扰动外，d为其他的扰动信号。控制系统的方框图如下图3.3所示。下图中，WT(s)为调节器的传递的函数；W(s)为广义对象的传递的函数；WZ(s)是扰动通道传递函数；D(s)被称为扰动的作用，它是利用WZ(s)来影响C(s)；调节器的U(s)影响对象的被调量被称为控制的通道。 调节规律是指输入信号和调节器输出信号之间的动态的关系，理论上有各种各样函数的形式关系，通常实践中总结出三种的基本规律。三种调节的规律可以组合成多种调节规律的调节器，如比比例调节器、比例积分调节器、比例积分微分调节器等。调节器作为系统组成部分，因为被控对象的特征一般不会发生变化，所以他的动态特性对整个控制过程中起到了很大的作用。WT(s)WZ(s)W(s)R(s)E(s)U(s)C(s)-+图3.3控制系统D(s)3.2 调节器控制的规律基本调节作用:调节器最简单的控制规律是比例、积分和微分控制作用，他们各自的特点都很鲜明。下面分别讨论。（1）比例作用（简称P作用）比例作用=Kpe (3-1) 式中 调节量偏差，调解器的输入信号； 调节机关的位置，调解器（一般包括执行器）的输出信号； Kp比例作用的比例系数。 Wp(s)= (s)= Kp (3-2) E(s)从下列式3.1看出，与大小成正比。也就是说，偏差信号的变化速度de 与调节机关移动速度d成正比。这说明比例作用动作快，作用强，无迟延惯性，同时调节动作方向对。比例作用在系统中是能够控制过程稳定因素。从式（3-1）还可以看出输出与输入之间有着相互对应的关系。调节机关位置必须跟随对象负荷的增减而变化，这样才能满足能够负荷发生变化时的需求。因此，当对象负荷变化时，调解机关位置必须改变，即被调整的量与给定值之间的偏差一定会改变。所以，调解结果调节量由稳定（静态）偏差。有时称比例作用为有差作用。（2）积分作用（简称I 作用）积分作用的动态表达式为 =KI0tedt (3-3) d/dt= KIe (3-4) 或表示为 WI(s)=(s)/E(s)=KI/S (3-5) 式3.3中说，伴随着时间的积累就是。只要有偏差，机关的位置就持续变下去。只有当偏差变化为0时，调节机关的位置就不能在变化了。在整个调节过程结束后，被控量与给定值不能有稳态偏差。 式3.4讲述，调节机关移动的速度快慢只与成正比例关系，所以不考虑偏差变化方向和大小，这个特点使积分调节会发生方向性误差，导致调节振荡。积分作用在系统中是过程振荡的条件。（3）微分作用（简称D 作用）微分作用的动态方程式为 =Kd de/dt (3-6) Kd被调量偏差的变化速度与调节机关的位置成正比例关系，开始时候，被调量差的很少，但变化速度较大，微分作用很强，可以使调节机关位置产生大的改变，限制偏差的变大，微分作用有效地减小被调量的动态偏差。以上分析表明微分快于比例，即微分能够超前调节。微分在系统中能提高控制过程的稳定性。 调节过程结束时。 为0，由公式（3-6）可以得出，=0，即调节机关的位置不变，不能适应外界负荷发生的变化。其实微分作用无法克服恒定不变的偏差。因此我们无法单独的应用微分作用当作调节器，即这样控制作用不能单独使用。由此得知比例作用在极少的情况才单独用，导致控制过程变成振荡甚至不稳定，调整后能使被控量不存在静态偏差。微分作用也不能单独调节，但是却可以提高控制系统的稳定性，减少动态偏差。4 控制设备及软件原理4.1 PLC概述4.1.1 PLC的定义 PLC编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计.它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行顺序控制、逻辑运算 计数和算术运算、定时等操作的指令,并通过模拟式、数字式的和输出和输入,控制各种类型的生产过程或机械.(1) RJ45网线RJ45；(2) 协议及IP设定；(3) 通信速率设定。4.1.2 PLC的特点1、可靠性高,抗干扰能力强 ： PLC的MTBF一般在4000到50000h左右，ABB、西门子、松下等微小型可编程PLC可达10万h以上，而且均有完善的迅速寻找到故障点的能力更方便与维修维护。PLC采取了一系列和软件和硬件抗干扰措施,具有很强的干扰能力,直接使用恶劣环境的工业生产现场 2、在组合上的灵活性 下面我来介绍一下各种PLC产品基本上都是有不同的模块组合而来的，这样就会使PLC的种类更加丰富。I/O点也是非常广泛的，机组类型机构组成也是特别灵活在样式方面也是非常丰富的。3、功能强 可编程控制器应用微计算机和微电子技术，简单型式都具有定时、逻辑、计数等顺序功能。基本型式再加上模拟I/O、通信能力等基本算术运算。复杂型式除了具有基本型式的功能外，还具有、多级终端机制、扩展的计算能力、PID调节、智能I/O、网络通信能、程监视、多处理器、远程I/O和高速数据能力。PLC可以通过互联网internet,可以实现集中管理、分散控制.4、编程方便 可编程控制器PLC的编程有梯形图，功能块，顺序功能图可以满足各种工作中的需求。同时呢现在的PLC编程也不在像以前一样只有专业人员才能编写，自己就可以编程汇编。同时在兼容和使用上也更加方便可以任意的在个人或单位的PC机上进行汇编。5、适应恶劣的环境 ： 可编程控制器可以在工业生产的各种恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境下可靠工作。这是PLC产品的市场生存价值。 6、 安装、维修简单 4.1.3 PLC的应用与发展目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。4.2 PLC的基本结构及工作原理 4.2.1 PLC的基本结构可编程控制器是一种工业控制上的PC，它有与工业控制计算机向连接的接口更能方便系统的编程。CPU，储存器，I/O点，编程器，电源等组成硬件系统。图3.1 PLC硬件组成1) 中央处理器 (CPU) 和大多数PC一样， CPU 是程控制器的核心，它可以按照系统赋予他的功能有效的进行工作，主要工作内容有： 第一点存储并接收由编程工具输入的用户数据和程序，并通过显示器显示出程序的存储和内容和地址。 第二点校验、检查私人程序。比如正在输入的用户程序进行查阅，发现语局错误立即报警，并停止输入；在程序运行过程中若发现错误，则停止程序的执行或立即报警。 第三点调用、接收现场信息。将接纳到现场输入的数据保留起来，在需要更改数据的时候将其调出，并直接送到需要的位置中去。 第四点开始运行用户的程序。当可编程控制器进入到了运行的状态， 中央处理器根据用户程序存放的先后顺序，逐条读取、执行和解释程序，待完成用户程序中规定的各种操作，程序执行的结果送至输出端口，好驱动可编程控制器PLC的负载外部。 第五点诊断故障。PLC一般使用AC 220V电源或DC 24V电源。内部的开关电源为各模块提供不同电压等级的直流电源。小型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。2 ) 存储器 可编程控制器的存储器可以分为系统程序存储器、用户程序存储器及工作数据存储器等三种。 （1）系统程序存储器 存储器大多用来存放由可编程控制器PLC厂家编写的系统的程序，可编程控制器PLC的编程有梯形图，功能块，顺序功能图可以满足各种工作中的需求。同时呢现在的PLC编程也不在像以前一样只有专业人员才能编写，自己就可以编程汇编。同时在兼容和使用上也更加方便可以任意的在个人或单位的PC机上进行汇编。并固化在 ROM 内，用户不能直接更改。它使可编程控制器具有基本的智能。能够完成可编程控制器设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏，很大程度上决定了 PLC 的性能，其内容主要包括三部分：第一部分为标准程序模块与系统调用程序，它包括许多不同功能的子程序及其调用管理程序，如输出完成输入及特殊运算等的子程序，可编程控制器的具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少决定了可编程控制器性能的强弱。 第二部分为系统管理程序，它主要控制可编程控制器的运行，使整个可编程控制器按部就班地工作；第三部分为用户指令解释程序，通过用户指令解释程序，将可编程控制器的编程语言变为机器语言指令，再由 CPU 执行这些指令；（2）存储用户的程序 根据控制要求而编制的应用程序称为用户的程序。他的作用是根据客户的要求具体的来保存用户的程序，用规定的可编程控制器来完成客户要求的复杂程序。因为存储单元的类型原因用户的程序存储器可以分为一下好多种类型，可以是 RAM ，EEPROM或 EPROM存储器，其内容可以由用户任意增删或修改。目前较先进的可编程控制器采用可随时读写的快闪存储器作为用户程序存储器。快闪存储器无后备电池，发生意外时数据也不会丢失。 （3）工作数据存储器 工作数据存储器的作用是存储数据工作，即用户程序中使用数值数据等、OFF/ON 状态。在工作数据区中开辟有元件数据表和映像寄存器。OFF/ON形态使用寄存器中的输出状态/存储开管量、计数器、定时开关等来存储的。数据表的作用是存储数据，它可以将用户在用PLC运行程序时的可以发生变化的值以及通过数字量模拟量转换的得到的数字和数字量的结论进行储存。同时PLC还充分考虑了在断电时保护区域被称为数据保持区。用户程序存储器和用户存储器容量的大小，关系到用户程序容量的大小和内部器件的多少，是反映 PLC 性能的重要指标之一。输出是用来连接类似指示灯、电磁阀、接触器、调速装置、调节阀等这样的执行元件的。（4) 电源模件 PLC一般使用AC 220V电源或DC 24V电源。内部的开关电源为各模块提供不同电压等级的直流电源。小型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) 接口的扩展接口的扩展将用于基本单元与扩展单元相连 , 使 PLC 的配置更加灵活。 (6) 通信接口 想要实现“机机”或“人机”之间的对话，PLC有各种各样的通信接口。可编程控制器PLC 通过这些通信接口可以与打印机，监视器，或者各种或PLC 计算机相连。当 PLC 与打印机相连时，可将系统参数，过程信息等输出打印；当与其他 PLC 相连时，可以组成多机系统或连成网络，当与监视器 (CRT) 相连时，可将过程图象显示出来；实现更大规模的控制；当与计算机相连时，可以组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合系统。 (7) I/O点的智能型接口 在现代化工业生产中工厂需要的功能是更加的复杂，可编程控制器为了满足日益增长的需求研发了I/O智能型接口。列举一些例子来讲比如说闭环控制系统需要满足位置调节，应用于高速计数和高速脉冲计数等。类似于上述例子的都需要系统本身有处理器。(8) 编程器 为用户提供PLC程序的编写监控调试时编程器的使命。编程器有和智能型和简易型两类。简易型的可编程控制器虽然可以编程但是非常麻烦只能够将费力编写好的梯形图转换为简易型机器识别的机器语言后才能工作而且只能够联机编程。智能型的可编程控制器有显示器或则发光二极管和输入键盘组合成，同时又可以成为图形编程器。输入、输出接口也就是I/O接口是可编程控制器的硬件接口。I接口可以接收两种类型的信号开关量和模拟量输入信号常见的开关量有按钮、继电器、数字拔码开关、行程开关等；常见的模拟量开关有电位器、发动机、变换器送来的信号等。O接口是输出接口用来连接被控制对象的执行元件。4.2.2 PLC工作的原理可编程控制器是为了用户要求的控制程序。但CPU是分时操作方式处理的任务计算机在每一刻只能做一件事,所以程序执行顺序程序为了完成相应动作的电器,变成了一个时间序列。由于高速运行,电器的操作似乎是在同一时间完成,但实际输入/输出响应滞后。 一般来说,PLC的工作是一个连续的循环顺序扫描模式。的时间用于每个扫描称为扫描周期或一个工作循环。CPU从一开始的第一个指令,为了执行用户程序,直到用户程序,然后回到第一个指令开始新一轮的扫描。PLC是这样一个循环扫描。在执行用户程序时,需要各种各样的字段信息,字段信息接收PLC的输入端口。PLC采集现场信息的采集输入信号在两个方面:第一个,采样输入模式。一般来说,扫描周期的开始或结束将收集所有的输入信号(输入元素的开/关状态),并将它存储在输入映像寄存器(PII)。输入的用户程序用于输入映像寄存器,而不是直接输入终端或输入模块。第二,立即进入方式。与程序的执行要求直接从输入或输入信号输入模块的输入状态,如“立即输入指令”,当输入映像寄存器内容不变。当在一个集中采样输入改变。同样,PLC也有一个集中的输出和直接输出在两个方面。集中输出执行用户程序没有得到输出结果输出,但所有的输出结果的执行用户程序的收入,都存储在输出映像寄存器(PIQ),完成执行用户程序毕竟一次输出端口的输出或输出模块的输出。直接输出模式时执行用户程序输出端口的输出或输出模块输出,如“立即输出”的方式,输出映像寄存器更新。公司还有其他方法将输入和输出信号。如果一些PLC使用输入,输出刷新指令。这种指令集在需要的地方。这种力量全部或部分的输入信号在功率刷新输入映像寄存器读内容;或者在输出端口输出结果立即或输出模块输出。另一个PLC的输入,输出的禁令,事实上,关闭输入,输出交付服务,这意味着输入信号不是读,输出信号不输出。PLC 的工作原理图如 图3.2 可编程控制器运行框图 可编程控制器整个运行可分为以下三个部分： 上电是首部分。通电后PLC开始对整个系统进行初始化包括忠言处理器、I/O点、编程部分等。 扫描是第二部分。扫面工作是在上电处理后开始的，首先完成输入处理,然后完成与其他外围设备通信处理,再一次,时钟,特殊注册表更新.自检查状态说明中央处理器处于停止时刻。如果中央处理器正在运行中，就必须要完成用户的指令才能转换到自检查。4.2.3 可编程控制器的编程原则和方法 1. 编程原则 （1） PLC 编程元件的触点在编程过程中可以无限次可以使用，每个继电器的线圈在梯形图中不仅仅能出现一次，它的触点可以无数次使用。 （2）梯形图的每一逻辑行皆起始于左母线，终止于右母线。线圈总是处于最右边，且不能直接与左边母线相连。 （3）编制梯形图时，应尽量做到 “ 上重下轻、左重右轻 ” 。 （4）两个以上以及两个的线圈并联，但绝不可以串联。 (5) 用END指令结束，执行程序的是从首个地址到指令END结尾，当试用时，能将程序分成若干个块是利用这个特点，进行测试分离，直至程序全部使用成功。 2. 编程方法 (1) 确定 I/O 点数及分配 (2) 编制梯形图和指令语句表 4.3 监控软件的构成及功能4.3.1 监控软件的用途及分类编程软件是在个人计算机上运行,用于PLC编程的工具软件。具有编程、上传和下载程序、监控、调试、PLC诊断、参数设定等功能。西门子编程软件STEP7-Micro/WIN32/V3. 1、STEP7-Micro/WIN32/V4.0可以对S7-200的所有功能进行编程,新版本STEP7-M