PLC 定時器 畢業(yè)論文(長時間 高精度)

PAGE46長時間高精度定時在PLC中的實現(xiàn)摘要可編程序控制器（Programmablecontroller）簡稱PLC，是以微處理機為基礎,綜合了計算機、自動控制和通訊技術發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。本設計中PLC通過兩組定時輸入口，交替進行計時，以解決單組定時時間過短的問題；此外，常用的PLC定時方法最大定時誤差為2至3倍的掃描周期加上輸入濾波器濾波時間，一般為幾十毫秒，因此，本方案采用中斷定時，通過使用中斷定時可以達到毫秒級的精確度！本文第一章以定時器方案的確定為切入點，介紹了本課題的研究內容、目的及意義；第二章介紹了大概的實施方案；第三章根據(jù)控制要求進行了定時器的硬件設計；第四章則介紹了軟件設計；第五章和第六章介紹了新問題展開和調試過程中問題的解決；最后得出結論。關鍵詞：PLC，長時間，高精度，定時器，中斷控制LONGTIMEHIGHPRECISIONTIMINGINTHEREALIZATIONOFPLCABSTRACTProgrammablecontrollerasPLC,isthemicroprocessorasthefoundation,thecomputer,thecomprehensiveautomaticcontrolandcommunicationtechnologydevelopedakindofnewtypeofindustrialautomaticcontroldevice.ThisdesignthroughtwogroupPLCtiminginputport,alternatingtime,inordertosolvethetimingofcatimetooshort;Inaddition,thecommonlyusedPLCtimingmethodformaximumtimingerror2to3timesthescanningcycleplusinputfiltergivestime,generallyfordozensofmilliseconds.Therefore,thisschemeadoptsthebreaktime,throughtheuseofinterrupttimingcanachievetheaccuracyofthemillisecondtimescale.Thispaperfirstchaptertotimerschemeasthebreakthroughpointindeed,introducedthistopicresearchcontents,purposeandmeaning;Thesecondchapteraboutimplementationprogramme;Chapter3accordingtothecontrolrequirementsofthetimerhardwaredesign;Chapter4introducessoftwaredesign;Chapter5and6chapterpresentsanewproblemlaunchanddebuggingprocesstothesolutionoftheproblem;Conclusion.KEYWORDS：PLC,longtime,highprecision,timer,interruptcontrol目錄 TOC\o"1-3"\h\u摘要 1ABSTRACT 2第一章緒論 5第1.1節(jié)可編程控制器的基本介紹 51.1.1可編程控制器的定義 51.1.2可編程控制器的基本組成及其工作原理 5第1.2節(jié)本課題的研究內容及要求 71.2.1本課題的研究內容 71.2.2本課題的要求 7第1.3節(jié)本課題的目的及研究意義 81.3.1本課題的目的 81.3.2本課題的研究意義 8第2章設計方案的提出 9第2.1節(jié)問題的引入及相關介紹 92.1.1“長時間高精度定時”問題的引入 92.1.2定時器的基本介紹 92.1.3輸入中斷用指針I(yè)基本介紹 102.1.4中斷指令及其應用 112.1.5PLC的中斷處理 112.1.6濾波調整介紹 12第2.2節(jié)“長時間高精度定時”的實現(xiàn)方法 132.2.1中斷定時的概念 132.2.2外接電路實現(xiàn)中斷定時 13第3章硬件的實現(xiàn)方案 15第3.1節(jié)信號源的實現(xiàn) 15第3.2節(jié)與門的實現(xiàn) 16第3.3節(jié)實際硬件的連接 18第4章軟件的實現(xiàn) 19第4.1節(jié)GXDeveloper編程軟件的介紹 19第4.2節(jié)程序流程圖 23第4.3節(jié)程序梯形圖及其工作原理 244.3.1主程序梯形圖及其工作原理 244.3.2中斷程序1的梯形圖及其工作原理 274.3.3中斷程序2的梯形圖及其工作原理 284.3.4中斷程序3的梯形圖及其工作原理 284.3.5中斷程序4的梯形圖及其工作原理 294.3.6總程序的梯形圖 304.3.7總程序的指令表 33第5章程序的改進、實現(xiàn)及調試 35第5.1節(jié)如何完善“長時間高精度”定時系統(tǒng) 355.1.1“長時間高精度”定時復位問題的引入 355.1.2實現(xiàn)思路 35第5.2節(jié)硬件和軟件方面的實現(xiàn) 365.2.1實現(xiàn)定時復位的硬件改進 365.2.2程序梯形圖 37第5.3節(jié)調試過程及其問題的解決 375.3.1硬件的調試 375.3.2軟件的調試 42結論 45謝辭 46參考文獻 47第一章緒論第1.1節(jié)可編程控制器的基本介紹1.1.1可編程控制器的定義可編程控制器簡稱PlC（英文全稱：ProgrammableController），PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC以其可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、使用方便、控制程序可變、體積小、質量輕、功能強和價格低廉等特點，在機械制造、冶金等領域得到了廣泛的應用。1.1.2可編程控制器的基本組成及其工作原理一般講，PLC分為箱體式和模組式兩種。但它們的組成是相同的，對箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，當然按CPU性能分成若干型號，并按I/O點數(shù)又有若干規(guī)格。對模組式PLC，有CPU模組、I/O模組、內存、電源模組、底板或機架。無論哪種結構類型的PLC，都屬于總線式開放型結構，其I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合。PLC的硬件系統(tǒng)結構如下圖1-1所示：圖1-1PLC的硬件系統(tǒng)結構圖PLC實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為：電源、中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入輸出接口電路（I/O模塊）、底板或機架、功能模塊、通信模塊、編程設備、人機界面。PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即在PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的一個掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序將所有暫存在輸入鎖存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段。程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應的運算和處理后，其結果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段：當所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅動相應輸出設備工作。第1.2節(jié)本課題的研究內容及要求1.2.1本課題的研究內容本課題的主要研究內容：針對上述問題，通過引入外接電路來實現(xiàn)中斷定時的方法，PLC通過兩組定時輸入口，交替進行計時，以解決單組定時時間過短的問題。值得注意的是，T0計時30s并不需要精確定時，只要不多于32.767s，即，不讓中斷計時器溢出，它的作用只是定期觸發(fā)一個Y000、Y001取反的事件，中斷計時結果可以是任意小于32秒左右的時間值，如30.097s、29.895s。兩組計時器就這樣交替計時，每次計時完畢就把當前中斷組的計時結果加到累加器。當兩組計時器的輸入信號都變?yōu)榱?，此時，可從累加器得到最終的精度為1ms的計時結果。本課題的難點在于PLC定時指令受到其掃描周期制約，使得基于掃描周期定時的程序無法達到毫秒級的精確度。且三菱公司的FX系列PLC，定時器支持最小1ms的定時，用中斷可以使其定時精確到1ms。定時器的計數(shù)值（整數(shù)），在PLC內部都使用二進制數(shù)，一個16位二進制字除去一位符號位之后，能表示的最大正整數(shù)為32767，它對應于定時器的最大定時時間。以1ms定時器為例，32767個計數(shù)脈沖周期對應的最大定時時間為：32767×0.001＝32.767（s），這使得PLC高精度長時間定時控制的使用場合受到很大制約。1.2.2本課題的要求編程設計要求：根據(jù)可編程控制器的設計要求，設計完整的程序，實現(xiàn)1ms精度的“長時間高精度”定時器。通過引入外接電路來實現(xiàn)中斷定時的方法，PLC通過兩組定時輸入口，交替進行計時，從而實現(xiàn)長時間定時；利用中斷程序清零，依靠外部電路觸發(fā)中斷，最終實現(xiàn)1ms精度的定時。第1.3節(jié)本課題的目的及研究意義1.3.1本課題的目的常用的PLC定時方法最大定時誤差為2至3倍的掃描周期加上輸入濾波器濾波時間，一般為幾十毫秒。這就使得基于掃描周期定時的程序無法達到毫秒級的精確度。通過使用中斷定時可以達到毫秒級的精確度。但是由于PLC為16位寄存器，毫秒定時器只能實現(xiàn)幾十秒定時，不能滿足很多場合的要求。因此，使用何種方法來實現(xiàn)中斷定時是本課題的關鍵所在。中斷要靠外部事件來觸發(fā)，這就需要使用外部電路來實現(xiàn)。這樣，理論上可以實現(xiàn)無限長時間的精確定時。1.3.2本課題的研究意義在應用定時器時通常有兩種誤差：第一種叫做輸入誤差。一種叫做輸出誤差。總的誤差是輸入誤差和輸出誤差之和。通過對本課題的研究可以讓我們對可編程序控制器的中斷控制有更加深入的理解，以及對三菱公司FX系列PLC在實際應用中的一些問題通過方案設計來進行改善，使其能滿足更多場合的要求。真正實現(xiàn)了長時間高精度定時在PLC中的應用。通?；趻呙柚芷诘亩〞r方法是在計時器溢出時，將其清零，然后繼續(xù)開始計時，但是基于中斷的程序要清零的話，必須在中斷中清零才能保證其精度，中斷要靠外部事件來觸發(fā)，這就是使用外部電路的原因?？傊?在PLC的編程中,巧妙地使用計時器,可使程序設計合理,減少編程語句和編程時間,使程序可讀性增強,減小程序掃描周期,提高程序運行速度,改善PLC系統(tǒng)的控制功能。第2章設計方案的提出第2.1節(jié)問題的引入及相關介紹2.1.1“長時間高精度定時”問題的引入PLC的掃描周期主要由程序的長度決定，一般為十幾毫秒到幾十毫秒。PLC的使用手冊中都會給出定時器精度的計算公式。如果定時器的觸點在線圈之后，最大定時誤差為2倍掃描周期加上輸入濾波器時間；如果定時器的觸點在線圈之前，最大定時誤差為3倍掃描周期加上輸入濾波器時間。PLC定時指令受到其掃描周期制約，這就使得基于掃描周期定時的程序無法達到毫秒級的精確度。大多PLC支持中斷，三菱公司的FX系列PLC，定時器支持最小1ms的定時，用中斷可以使其定時精確到1ms。定時器的計數(shù)值（整數(shù)），在PLC內部都使用二進制數(shù)，一個16位二進制字除去一位符號位之后，能表示的最大正整數(shù)為32767，它對應于定時器的最大定時時間。以1ms定時器為例，32767個計數(shù)脈沖周期對應的最大定時時間為：32767×0.001＝32.767（s）。若是0.1ms精度，則只能精確定時3s多。這使得PLC的使用受到很大制約。本課題以三菱公司FX2N為例，要求設計出可以實現(xiàn)1ms精度的長時間精確定時設計思路、方法及程序。2.1.2定時器的基本介紹人類最早使用的定時工具是沙漏或水漏，但在鐘表誕生發(fā)展成熟之后，人們開始嘗試使用這種全新的計時工具來改進定時器，達到準確控制時間的目的?？删幊炭刂破髦械亩〞r器是根據(jù)時鐘脈沖累積計時的，時鐘脈沖有1ms、10ms、100ms等不同規(guī)格。（定時器的工作過程實際上是對時鐘脈沖計數(shù)）因工作需要，定時器除了占有自己編號的存儲器位外，還占有一個設定值寄存器（字），一個當前值寄存器（字）。設定值寄存器（字）存儲編程時賦值的計時時間設定值。當前值寄存器記錄計時當前值。這些寄存器為16位二進制存儲器。其最大值乘以定時器的計時單位值即是定時器的最大計時范圍值。定時器滿足計時條件開始計時，當前值寄存器則開始計數(shù)，當當前值與設定值相等時定時器動作，起常開觸點接通，常閉觸點斷開，并通過程序作用于控制對象，達到時間控制的目的。定時器主要用于控制系統(tǒng)的延時操作,PLC中的定時器類似于繼電接觸器控制系統(tǒng)中的時間繼電器,由它們去完成各種各樣的時間控制。它們虛擬的模擬電路，改變了原來只有繼電器和接觸器控制的狀況，能更好的改變線路，適應不同要求的電路。在現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場控制中,PLC作為控制系統(tǒng)的重要組成部分,起著不可替代的作用?，F(xiàn)代PLC的功能不僅局限于簡單的邏輯運算,而且具備了定時、計數(shù)、數(shù)值計算、中斷處理網(wǎng)絡配置等多種強大的功能,使之應用于工業(yè)現(xiàn)場時更能發(fā)揮其作用。作為PLC重要功能之一的定時,在PLC程序中,可以進行時序構造、等待響應、人為制造中斷、產(chǎn)生時間脈沖等多種應用,是PLC編程中不可或缺的重要手段。2.1.3輸入中斷用指針I(yè)基本介紹在FX系列中，指針用來指示分支指令的跳轉目標和中斷程序的入口標號。分為分支用指針、輸入中斷指針及定時中斷指針和記數(shù)中斷指針。中斷指針（I0□□～I8□□）是用來指示某一中斷程序的入口位置。執(zhí)行中斷后遇到IRET（中斷返回）指令，則返回主程序。中斷用指針有以下三種類型：輸入中斷用指針、定時器中斷用指針、計數(shù)器中斷用指針。輸入中斷用指針（I00□～I50□）共6點，它是用來指示由特定輸入端的輸入信號而產(chǎn)生中斷的中斷服務程序的入口位置，這類中斷不受PLC掃描周期的影響，可以及時處理外界信息。輸入中斷用指針的編號格式如下：例如：I101為當輸入X1從OFF→ON變化時，執(zhí)行以I101為標號后面的中斷程序，并根據(jù)IRET指令返回。2.1.4中斷指令及其應用PLC的CPU在整個控制過程中，有些控制要取決于外部事件。比如只有外部設備請求CPU發(fā)送數(shù)據(jù)時，CPU才能向這個設備發(fā)送數(shù)據(jù)。這類控制的進行是取決于外部設備的請求和CPU的響應，當CPU在接受了外部設備的請求時，CPU就要暫停其當前的工作，去完成外部過程的請求，這種工作方式就叫中斷方式。在啟動中斷程序之前，必須使中斷事件與發(fā)生此事件時希望執(zhí)行的程序段建立聯(lián)系。中斷指令主要包括：中斷連接指令、中斷分離指令、中斷返回指令、中斷允許指令、中斷禁止指令。(1)開中斷（ENI）：指令全局性允許所有中斷事件；(2)關中斷（DISI）：指令全局性禁止所有中斷事件，中斷事件的每次出現(xiàn)均被排隊等候，直至使用全局開中斷指令重新啟用中斷；(3)中斷連接指令（ATCH）：指令將中斷事件（EVNT）與中斷程序號碼（INT）相連接，并啟用中斷事件；(4)中斷分離指令（DTCH）：指取消某中斷事件（EVNT）與所有中斷程序之間的連接，并禁用該中斷事件。(5)中斷返回指令（RETI）：指該指令是把斷點地址取出，送回到程序計數(shù)器PC中去。注意：一個中斷事件只能連接一個中斷程序，但多個中斷事件可以調用一個中斷程序。2.1.5PLC的中斷處理中斷處理(又稱中斷服務)程序從入口地址開始執(zhí)行，直到返回指令(RETI)為止，這個過程稱為中斷處理。主程序和中斷服務程序都可能會用到累加器、PSW寄存器和一些其它寄存器。CPU在進入中斷服務程序后，用到上述寄存器時就會破壞它原來存在寄存器中的內容，一旦中斷返回，將會造成主程序的混亂。中斷處理一般包括：保護現(xiàn)場、處理中斷源的請求、恢復現(xiàn)場。當CPU執(zhí)行完一條現(xiàn)行指令時，如果外設向CPU發(fā)出中斷請求，那么CPU在滿足響應的情況下，將發(fā)出中斷響應信號，與此同時關閉中斷，表示CPU不在受理另外一個設備的中斷。這時，CPU將尋找中斷請求源是哪一個設備，并保存CPU自己的程序計數(shù)器（PC）的內容，隨后將轉移到處理該中斷源的中斷服務程序。CPU在保存現(xiàn)場信息、設備服務以后，將恢復現(xiàn)場信息。在這些動作完成以后，開放中斷，并返回到原來被中斷的主程序的下一條指令。2.1.6濾波調整介紹濾波調整指從其他信號中取出預測變量的方法。預測變量混雜于其他信號之中，需要通過濾波的方法將預測變量取出，或通過濾波方法將與預測變量無關的信號濾去，得到所需要的預測變量。濾波調整法淵源于通訊技術、自動化技術，而后被移植到社會信息科學中來。濾波意味著去偽存真，通過濾波取出預測信號已有很久的應用歷史，典型的方法是維納濾波預測方法和卡爾曼濾波預測方法。濾波預測方法廣泛應用于地震預測、水文預測和氣象預測。第2.2節(jié)“長時間高精度定時”的實現(xiàn)方法2.2.1中斷定時的概念定時器從本質上來說是一種計數(shù)器，其計數(shù)脈沖是PLC內部產(chǎn)生的標準時鐘脈沖。每個定時器有一個設定值寄存器、一個當前值寄存器和一個用來儲存其輸出觸點狀態(tài)的位存儲器，這三個存儲單元使用同一個元件號。中斷定時可由X000、X001、X002、X003四點觸發(fā)，其精度為1ms。通常PLC的輸入為了防止輸入接點的噪音的影響，設置了10ms的C－R濾波器。當采用高速中斷定時時，F(xiàn)X2N的輸入濾波器自動變?yōu)?0μs。中斷定時接線的接線方法為X000和X001短接，再接到被計時信號源。如圖2-1所示，其中一個輸入端，如X000，接收輸入信號源的上升沿信號，以啟動中斷計時；另一輸入端，如X001，接收輸入信號源的下降沿信號，以結束中斷計時。信號源X0信號源X0Y0X1X2Y1X3圖2-1外接電路原理示意圖2.2.2外接電路實現(xiàn)中斷定時PLC通過兩組定時輸入口，交替進行計時，以解決單組定時時間過短的問題。圖2-1是外接電路原理示意圖。使Y0初始值為1，Y1初始值為0，當信號源為1時，與門輸出1。如下圖2-2所示，X0上升沿中斷被觸發(fā)，開始1ms中斷計時，隨后啟動常規(guī)計時T0，由于PLC計時到32.767（1ms精度）就會溢出，故而，當T0計時到30s左右時，程序使Y0和Y1的值取反。這樣，第一組的X1和第二組的X2同時被觸發(fā)。X1停止計時，并把第一組的中斷定時器加到累加器；X2被觸發(fā)，第二組中斷計時器開始計時，隨后常規(guī)計時器T0重新從零開始計時30s。當T0又達到30s左右時，Y0和Y1再次取反。這里值得注意的是，T0計時30s并不需要精確定時，只要不多于32.767s，即，不讓中斷計時器溢出，它的作用只是定期觸發(fā)一個Y0、Y1取反的事件，中斷計時結果可以是任意30秒左右的值，如30.097s、29.895s。兩組計時器就這樣交替計時，每次計時完畢就把當前中斷組的計時結果加到累加器。由于開始計時和結束計時是同時觸發(fā)的，所以，當前處于停止計時狀態(tài)的中斷組有足夠的時間保存數(shù)據(jù)和清零計時器，等待下一次計時。當信號源信號變?yōu)榱銜r，由邏輯關系可以清楚看到：兩組計時器的輸入信號都變?yōu)榱悖藭r，可從累加器得到最終的精度為1ms的計時結果。信號源Y0第一組計時器Y1第二組計時器圖2-2外接電路時序圖第3章硬件的實現(xiàn)方案第3.1節(jié)信號源的實現(xiàn)在本設計的外接電路中運用到了一個信號源，當信號源信號變?yōu)橐粫r，輸入端口會根據(jù)信號源和“Y000”、“Y001”的狀態(tài)來決定哪組計時器動作，以此開始計時；當信號源信號變?yōu)榱銜r，由邏輯關系可以清楚看到：兩組計時器的輸入信號都變?yōu)榱?，此時，可從累加器得到最終的精度為1ms的計時結果。在整個過程中，信號源起到了一個開和關的作用，所以，可以非常簡單的想到開關，但要讓一個開關成為一個信號源必須得接上電源。在實驗室中就具備電源模塊，因為在PLC工作前，把主機上用到的輸入接點對應的COM端與實驗板的0V端相連，輸出接點對應的COM端與實驗板的+24V端相連。這樣的話，就可以通過簡單的連接可以實現(xiàn)一個信號源（把開關的一端連接到COM端，另一端連接到輸入端），如圖3-1。但是在實際操作的過程中，開關動作是否會延時，是否會影響到計時的精度，這點可以不用擔心，因為在實際計時中應用了中斷定時，也就是在中斷觸發(fā)后進行的高精度定時，雖然開關動作會有延時，但不影響中斷中的計時，所以，當信號源信號變?yōu)榱銜r，可從累加器得到最終的精度為1ms的計時結果。圖3-1信號源實現(xiàn)連接圖第3.2節(jié)與門的實現(xiàn)由于本設計思路中運用到了外接電路來實現(xiàn)中斷定時，因此，外接電路在實際硬件中的實現(xiàn)就顯得尤為重要，因為此程序的功能能否完全實現(xiàn)就是依托此外接電路。再結合實驗室實際條件，如何來選擇最合適的方法去實現(xiàn)這個功能就相當關鍵。從上面的外接電路圖中我們可以看到在輸入端前運用到了一個與門，但實驗室沒有現(xiàn)成的與門來給你去應用，所以，必須依靠所具備的器材自己搭接成一個與門。但在本課題中有一個特殊的地方，因為，所用到的與門恰好是PLC輸出端口“Y000”和“Y001”，所以，有一個連接點我們已經(jīng)知道。關鍵就在于找出另外的一個連接點。下面，我就用找尋“Y000”的兩個連接點為例，如圖3-2。BABA圖3-2輸入/輸出繼電器（X,Y）電路從圖3-2我們可以清楚地看到輸出端子“Y000”右端連接的是電機負載，左端與Y000的外部輸出常開觸點相連，依次連接到COM1端。因為，Y000的輸出端子與電機負載相連，另一端則是通過Y000的外部輸出常開觸點后與COM1端相連。所以，可以清楚地知道當線圈Y000得電后，Y000的外部輸出常開觸點閉合，這樣，Y000的左端接點就與COM1端相連?？芍猋000的兩個連接點就是Y000的輸出端和輸出接點對應的COM端。在圖3-2中分別用A和B表示Y000的兩個連接點。信號源的一端會與輸入對應的COM端相連，另一端與Y000的A端相連，Y000的B端再連接到輸入X000，即可實現(xiàn)一個與門的連接。與門的連接如圖3-3。圖3-3與門實現(xiàn)連接圖第3.3節(jié)實際硬件的連接根據(jù)上面的實現(xiàn)方案，現(xiàn)在我們就可以在實驗室通過實驗板上各個功能器件的連接即可實現(xiàn)我們所需要的外接電路，如圖3-4。6789101112345圖3-4硬件連接圖注釋：（1）直流電源+24V（2）直流電源0V（3）輸出對應的COM端（4）輸出Y000（5）輸出Y001（6）輸入對應的COM端（7）輸入X000（8）輸入X001（9）輸入X002（10）輸入X003（11）輸入X004從上圖我們可以看到外接電路的連接一共用到了3塊實驗板：直流電源、PLC主機和開關、按鈕板。具體連線描述：（1）把主機上用到的輸入接點對應的COM端相互連接并與實驗板的0V端相連，輸出接點對應的COM端相互連接并與實驗板的+24V端相連。（2）從輸入對應的COM端連至開關按鈕板的撥動開關的一端，撥動開關的另一端連至輸入X004和輸出對應的COM端。（3）輸出Y000連至輸入X000，同時,輸入X000和輸入X001相連。（4）輸出Y001連至輸入X002，同時，輸入X002和輸入X003相連。第4章軟件的實現(xiàn)第4.1節(jié)GXDeveloper編程軟件的介紹三菱PLC編程軟件有好幾個版本，早期的FXGP/DOS和FXGP/WIN-C及現(xiàn)在常用的GPPForWindows和最新的GXDeveloper(簡稱GX)。實際上GXDeveloper是GPPForWindows升級版本，相互兼容，但GXDeveloper界面更友好，功能更強大、使用更方便，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語言程序設計，網(wǎng)絡參數(shù)設定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調試，具有異地讀寫PLC程序功能。GXDeveloper編程軟件能夠將Excel、Word等軟件編輯的說明性文字、數(shù)據(jù)，通過復制、粘貼等簡單操作導入程序中，使軟件的使用、程序的編輯更加便捷。此外，GXDeveloper編程軟件還具有以下特點：(1)操作簡便1）標號編程：用標號編程制作程序的話，就不需要認識軟元件的號碼而能夠根據(jù)標示制作成標準程序。用標號編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實際的程序來使用。2）功能塊：功能塊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)順序程序時反復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，能夠防止將其運用到別的順序程序使得順序輸入錯誤。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。(2)能夠用各種方法和可編程控制器CPU連接1)經(jīng)由串行通信口與可編程控制器CPU連接；2)經(jīng)由USB接口與可編程控制器CPU連接；3)經(jīng)由MELSECNET/10（H）與可編程控制器CPU連接；4)經(jīng)由MELSECNET（II）與可編程控制器CPU連接；5)經(jīng)由CC-Link與可編程控制器CPU連接；6)經(jīng)由Ethernet與可編程控制器CPU連接；7)經(jīng)由計算機接口與可編程控制器CPU連接。(3)豐富的調試功能1）由于運用了梯形圖邏輯測試功能，能夠更加簡單的進行調試作業(yè)。(a)沒有必要再和可編程控制器連接；(b)沒有必要制作條使用的順序程序。2）在幫助中有CPU錯誤，特殊繼電器/特殊寄存器的說明，所以對于在線中發(fā)生錯誤，或者是程序制作中想知道特殊繼電器/特殊寄存器的內容的情況下提供非常大的便利。3）數(shù)據(jù)制作中發(fā)生錯誤況時，會顯示是何原因或是顯示消息，所以數(shù)據(jù)制作的時間能夠大幅度縮短。(4)利用Windows的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升能夠將Excel,Word等作成的說明數(shù)據(jù)進行復制，粘貼，并有效利用。GXDeveloper編程軟件的操作界面：圖4-1所示為GXDeveloper編程軟件的操作界面，該操作界面大致由下拉菜單、工具條、編程區(qū)、工程數(shù)據(jù)列表、狀態(tài)條等部分組成。這里需要特別注意的是在FX-GP/WIN-C編程軟件里稱編輯的程序為文件，而在GXDeveloper編程軟件中稱之為工程。與FX-GP/WIN-C編程軟件的操作界面相比，該軟件取消了功能圖、功能鍵，并將這兩部分內容合并，作為梯形圖標記工具條；新增加了工程參數(shù)列表、數(shù)據(jù)切換工具條、注釋工具條等。這樣友好的直觀的操作界面使操作更加簡便。圖4-1GXDevelop編程軟件操作界面圖表4-1GXDevelop編程軟件操作界面圖注釋圖表序號名稱內容1下拉菜單包含工程、編輯、查找/替換、交換、顯示、在線、診斷、工具、窗口、幫助，共10個菜單2標準工具條由工程菜單、編輯菜單、查找/替換菜單、在線菜單、工具菜單中常用的功能組成。3數(shù)據(jù)切換工具條可在程序菜單、參數(shù)、注釋、編程元件內存這四個項目中切換4梯形圖標記工具條包含梯形圖編輯所需要使用的常開觸點、常閉觸點、應用指令等內容5程序工具條可進行梯形圖模式，指令表模式的轉換；進行讀出模式，寫入模式，監(jiān)視模式，監(jiān)視寫入模式的轉換6SFC工具條可對SFC程序進行塊變換、塊信息設置、排序、塊監(jiān)視操作7工程參數(shù)列表顯示程序、編程元件注釋、參數(shù)、編程元件內存等內容，可實現(xiàn)這些項目的數(shù)據(jù)的設定8狀態(tài)欄提示當前的操作：顯示PLC類型以及當前操作狀態(tài)等9操作編輯區(qū)完成程序的編輯、修改、監(jiān)控等的區(qū)域10SFC符號工具條包含SFC程序編輯所需要使用的步、塊啟動步、選擇合并、平行等功能鍵11編程元件內存工具條進行編程元件的內存的設置12注釋工具條可進行注釋范圍設置或對公共/各程序的注釋進行設置第4.2節(jié)程序流程圖程序流程圖是程序分析中最基本、最重要的分析技術，它是進行程序分析過程中最基本的工具。本課題研究設計的程序流程圖如下圖4-2：開始開始輸出高精度定時時間結束T0（30s）計時信號源為1NY中斷1執(zhí)行T0（30s）后取反，重新計時中斷2、3執(zhí)行T0（30s）后取反，重新計時中斷4、1執(zhí)行圖4-2本設計流程圖第4.3節(jié)程序梯形圖及其工作原理4.3.1主程序梯形圖及其工作原理主程序梯形圖，如圖4-3，首先，我們進行一個30s計時程序；其次，是一個30s后自動取反的程序，在這里，我們一開始就已經(jīng)把Y000置1，Y000置0；通過對線圈Y006、Y007的導通與否可以觀察到信號源的狀態(tài)。在程序沒有執(zhí)行之前，信號源為0狀態(tài)，同時Y000為1、Y001為0，從上面的硬件連接圖我們可以知道此時的輸入端口都為0，所以，線圈Y007會被導通，Y007的常開觸點閉合，常閉觸點斷開，PLC主機的輸出端的Y007指示燈會被點亮，而線圈Y006會被斷開，表明了信號源為0。同時，由于Y000為1、Y001為0，下面的兩個X001下降沿中斷會被關閉，X002的上升沿中斷也會被關閉。因為，在中斷中，當與中斷對應的特殊輔助繼電器被導通以后，對應的中斷會被禁止。同時，Y003和Y004被復位。雖然，此時X000的上升沿中斷和X003的下降沿中斷被允許，但由于沒有上升沿，X000的上升中斷子程序不會運行，即第一組定時器不會工作，而Y005也被復位。當信號源為1時，整個程序開始運行，主程序中定時器T0開始30s計時，X000受到上升沿觸發(fā)，子程序中的線圈Y002被導通，Y002常開觸點閉合，T246開始高精度定時。同時，線圈Y007失電，各觸點恢復原態(tài)，PLC主機的輸出端的Y007指示燈會被熄滅，線圈Y006被導通，PLC主機輸出端的Y006指示燈會被點亮，表明信號源為1。當主程序中的定時器T0計到30s時，T0的常開觸點會閉合，常閉觸點會斷開，此時，Y000和Y001正好取反。與此同時，X001的下降沿和X002的上升沿中斷被允許，而X000的上升沿和X003的下降沿中斷被禁止（這里需要注意的是雖然此時中斷已被禁止，但是1ms的積算型定時器T246還會保持繼續(xù)計時直到到達極限32767為止）且線圈Y002和Y005被復位。所以，X001的下降沿中斷和X002的上升沿中斷同時被觸發(fā)，在這個瞬間線圈Y003和線圈Y004被導通，PLC主機輸出端的Y003和Y004指示燈會被點亮，定時器T247開始高精度定時，同時，主程序中的定時器T0被賦0后重新開始30s的計時（這里需要注意的是雖然T0被賦0，觸點會恢復原狀態(tài)，但是由于線圈Y003的導通，它的常開觸點閉合，常閉觸點斷開，使得Y000和Y001能夠得以保持這個狀態(tài)），定時器T1也開始了30s的計時，X001下降沿中的子程序把定時器T246中的高精度時間賦給寄存器D0，再通過一個加法指令存到寄存器D4（D5）中。當主程序中的定時器T0和T1同時計到30s時，由于無論跳到哪個中斷，T0都會被重新賦0，所以在開監(jiān)控時你會觀察到T0的常開、常閉觸點都會保持原狀態(tài)，而T1的常開、常閉觸點都會動作，但在實際監(jiān)控中T1的觸點會保持原態(tài)，Y003則會取反。從主程序的梯形圖中可以清楚地看到Y001線圈失電，Y000線圈得電（這里需要注意的是和上面有所不同，1ms積算型定時器T247被直接復位，而不會像上面那樣中斷被禁止后還會繼續(xù)計時），X000的上升沿和X003的下降沿中斷被允許，而X001的下降沿和X002的上升沿中斷被禁止（這里需要注意的是X003下降沿被觸發(fā)后，定時器T1會被賦0，此時，T1的常開和常閉觸點都會恢復原狀態(tài)，但恰好此時X001的下降沿和X002的上升沿中斷被禁止，線圈Y003、Y004和定時器T247都會被復位，這樣就保持了Y000的狀態(tài)），T246被賦0，同時，主程序中的定時器T0又重新開始計時，線圈Y002和Y005被接通，PLC主機輸出端的Y002和Y005指示燈會被點亮，T246開始高精度定時。X003的下降沿中斷子程序中把T247中的高精度時間賦給寄存器D2，再通過一個加法指令存到寄存器D4（D5）中。如果信號源一直保持為1得話，這個循環(huán)就會繼續(xù)下去。當計時到每一個時刻時，我們把信號源關斷，此時，其中的某一組定時器正在進行高進度定時，我們暫時不用去管他（這里需要注意的是雖然你的定時器還在動作，但是由于程序的設置，并不影響結果），在主程序中由于設置了一個X004的下降沿觸發(fā)，使得信號源一關斷后，立即被觸發(fā)，同時，進行高精度定時的那組定時器中的數(shù)據(jù)馬上被賦給寄存器（實際在監(jiān)控過程中，寄存器中的數(shù)據(jù)會每個30s的周期都會改變），通過一個加法指令后得到最后的高精度計時結果。圖4-3長時間高精度定時主程序梯形圖4.3.2中斷程序1的梯形圖及其工作原理中斷程序1，如圖4-4，在信號源有0變?yōu)?時，有上面的原理我們可以知道X000的上升沿會被觸發(fā)，同時，X000的上升沿中斷允許，此時，中斷程序1開始執(zhí)行，輸出Y002被導通，Y002的常開觸點閉合，由于此時輸出Y000的轉臺也為1，所以，1ms積算型定時器T246被導通，開始高精度定時。圖4-4長時間高精度定時中斷程序1梯形圖4.3.3中斷程序2的梯形圖及其工作原理中斷程序2，如圖4-5，當計時30s后，主程序中會進行Y000和Y001的取反，這時X001的下降沿和X002的上升沿中斷同時被允許和觸發(fā)，而X000的上升沿中斷被禁止。所以，輸出線圈Y003被導通，同時，把第一組定時器的高精度定是結果通過加法指令放入寄存器D4（D5）中，主程序中的定時器T0被賦0，使T0清零后重新開始30s計時。圖4-5長時間高精度定時中斷程序2梯形圖4.3.4中斷程序3的梯形圖及其工作原理中斷程序3，如圖4-6，中斷程序3和上面的中斷程序2是同時被觸發(fā)的，輸出Y004被導通，Y004的常開觸點閉合，由于取反后輸出Y001為1，所以，在主程序中的定時器T0被清零重新開始計時，1ms積算型定時器T247也開始高精度定時。圖4-6長時間高精度定時中斷程序3梯形圖4.3.5中斷程序4的梯形圖及其工作原理中斷程序4，如圖4-7，又經(jīng)過30s的計時后，主程序中的Y000和Y001又被取反，這時，X000的上升沿和X003的下降沿中斷同時被允許和觸發(fā)，而X001下降沿和X002的上升沿中斷被禁止。輸出Y005被導通，把第二組定時器的高精度定時結果通過加法也存于數(shù)據(jù)寄存器D4（D5）中，同時，主程序中的定時器T0、T1和1ms積算型定時器T246都被賦0，為重新計時做準備。圖4-7長時間高精度定時中斷程序4梯形圖4.3.6總程序的梯形圖整個程序的工作原理，在上面我們已經(jīng)分部做過了詳細的介紹，所以在這邊就不再多闡述?？偝绦虻奶菪螆D，如下圖4-8。圖4-8長時間高精度定時中斷總程序梯形圖4.3.7總程序的指令表第5章程序的改進、實現(xiàn)及調試第5.1節(jié)如何完善“長時間高精度”定時系統(tǒng)5.1.1“長時間高精度”定時復位問題的引入在上述程序設計中，沒有定時啟動開關，進行程序調試時，一旦使程序進入運行狀態(tài)，便會觸動M8000（RUN監(jiān)視器），即可編程控制器在運行過程中，它一直處于接通狀態(tài)，這樣便觸發(fā)定時系統(tǒng)開始工作，直到觸發(fā)X004的下降沿，定時結束，得出最后的高精度定時。對于這樣的系統(tǒng)問題，需引入復位開關，同時設定一個開啟開關，完善系統(tǒng)的定時功能，使操作更加人性化，更加方便。5.1.2實現(xiàn)思路啟動開關的設置：這只是一個啟動開關而已，其設置較為簡單，直接將M8000換做一個輸入元器件，在本設計中，采用X007。使得觸發(fā)X007時，啟動整個定時系統(tǒng)，進入計時。復位開關的設置：當程序運行完畢時，加設復位開關，保證下一次的計時不會累加前一次的結果，實現(xiàn)程序的循環(huán)使用。在主程序中，編寫復位指令，設定復位開關X005，一旦啟動復位開關，便對T246、D0、D2、D4、D6進行復位，清零，保證下一次的運行。關斷開關的設置：此程序中的關斷開關就是X004，只是為使程序操作起來較為簡便，可修改硬件設備，將撥動開關換掉，使用常閉的瞬時按鈕，實現(xiàn)按一下便可關斷定時。第5.2節(jié)硬件和軟件方面的實現(xiàn)5.2.1實現(xiàn)定時復位的硬件改進對原先的硬件連接稍作修改，并添加兩個開關按鈕。具體接線如下圖5-1所示：圖5-1定時復位的硬件連接圖5.2.2程序梯形圖在原有的梯形圖的基礎上，將M8000修改為X007，添加啟動開關，使得啟動開關為X007；并在梯形圖中添加復位程序行，如下圖所示，由復位開關X005控制復位，將T246、D0、D2、D4、D6清零。圖5-2復位程序梯形圖第5.3節(jié)調試過程及其問題的解決5.3.1硬件的調試程序模擬調試的基本思想是，以方便的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場實際狀態(tài)，為程序的運行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號的方式不同，模擬調試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。在模擬調試合格的前提下，將PLC與現(xiàn)場設備連接?，F(xiàn)場調試前要全面檢查整個PLC控制系統(tǒng)，首先對PLC外部接線作仔細檢查，這一環(huán)節(jié)很重要，包括電源、接地線、設備連接線、I/O連線等。為安全起見，最好將主電路斷開，當確認接線無誤后再連接主電路，送電，將PLC的工作方式置為“RUN”。反復調試，消除可能出現(xiàn)的問題。當試運一定時間且系統(tǒng)運行正常后，并協(xié)調一致地完成整體的控制功能時，可將程序固化在具有長久記憶功能的存儲器中，做好備份。FX2N系列PLC的輸入輸出繼電器：輸入繼電器（X）PLC的輸入端子是從外部接受信號的端口，PLC內部與輸入端子連接的輸入繼電器X是用光電隔離的電子繼電器，它們的編號按八進制進行編號，線圈的通斷取決于PLC外部觸點的狀態(tài)，不能用程序指令驅動。內部提供常開/常閉兩種觸點供編程時使用，且使用次數(shù)不限。(2)輸出繼電器（Y）PLC的輸出端子是向外部負載輸出信號的端口。輸出繼電器的線圈通斷由程序驅動，輸出繼電器也按八進制編號，其外部輸出主觸點接到PLC的輸出端子上供驅動外部負載使用，內部提供常開/常閉觸點供程序使用，且使用次數(shù)不限。PLC的狀態(tài)指示燈：圖5-3PLC的狀態(tài)指示圖表5-1PLC的狀態(tài)指示燈及運行狀態(tài)注釋表指示燈指示燈的狀態(tài)與當前運行的狀態(tài)POWER電源指示燈（綠燈）PLC接通220V交流電源后，該燈點亮，正常時僅有該燈點亮表示PLC處于編輯狀態(tài)。RUN運行指示燈（綠燈）當PLC處于正常運行狀態(tài)時，該燈點亮。BATT.V內部鋰電池電壓低指示燈（紅燈）如果該指示燈點亮說明鋰電池電壓不足，應更換。PROG.E(CPU.E)程序出錯指示燈(紅燈)如果該指示燈閃爍,說明出現(xiàn)以下類型的錯誤:1、程序語法錯誤；2、鋰電池電壓不足；3、定時器或計數(shù)器未設置常數(shù)；4、干擾信號使程序出錯；5、程序執(zhí)行時間超出允許時間，此燈連續(xù)亮。用戶程序的創(chuàng)建、修改、編輯、開啟監(jiān)控的基本步驟：（1）運行軟件雙擊桌面圖標，出現(xiàn)初始界面。圖5-4硬件調試運行初始界面（2）新建程序文件單擊界面中的新建文件圖標，出現(xiàn)PLC類型設置界面。（3）機型選擇在所示界面中，選擇機型，單擊確認，出現(xiàn)編程界面。圖5-5硬件調試運行編程界面（4）梯形圖編制如在光標處輸入X0的常閉觸點，可單擊功能圖欄的“常閉觸點”圖標，出現(xiàn)如圖所示輸入元件對話框中，輸入“X0”，單擊“確認”按鈕，要輸入的X0常閉觸點出現(xiàn)在藍色光標處。圖5-6梯形圖編制對話框（5）指令轉換在梯形圖編制了一段程序后，梯形圖程序變成灰色。單擊工具欄上的轉換圖標，將梯形圖轉換成指令語句表，在“視圖”菜單下選擇“指令表”，可進行梯形圖和語句表的界面切換。（6）程序寫出程序編輯完畢，可進行文件保存等操作。調試運行前，需將程序下載到PLC中。單擊“PLC”菜單下的“傳送”，再選擇“寫出”，如圖所示，可將程序下載到PLC中。（7）運行監(jiān)控程序下載完畢，可配合PLC輸入輸出端子的連接進行控制系統(tǒng)的調試。調試過程中，用戶可通過軟件進行各軟元件的監(jiān)控。硬件調試過程中的注意點：1)在進行接線前，務必檢查導線的完好性，減少不必要的錯誤；2)上電調試前，仔細檢查線路的正確度；3)文件寫出時可設定程序行，每次修改梯形圖后，注意要進行轉換，并重新寫入程序，修改程序前，記得中止運行！5.3.2軟件的調試FX2N系列PLC的軟件調試，根據(jù)預期的設計效果，開監(jiān)控進行調試，修改相關的指令。在該設計中主要運用中斷指令，熟練運用中斷梯形圖，在第二章中，我們已經(jīng)詳細介紹了中斷指令的相關概念。進行軟件調試時，要保證梯形圖的正確，尤其是中斷梯形圖的編寫。下圖5-7以中斷服務程序I101、I200為例，著重解釋了梯形圖的編寫規(guī)范。圖5-7中斷梯形圖的編寫示意圖程序調試出來后，分析具體的運行結果，單擊“PLC”，在下菜單中單擊傳送，寫出程序；接著開監(jiān)控，單擊“監(jiān)控/測試”；最后遙控運行程序，綠色陰影部分表示已上電。在完善后的梯形圖中，運行程序，首先撥動啟動開關，PLC開始進行長時間高精度定時，當需要中止時，按下中止按鈕，計時結束，部分操作開關如下圖5-9所示：圖5-8電源輸入接線圖圖5-9設計接線圖的開關示意圖如何觀察定時結果：下圖為運行監(jiān)控圖，由計數(shù)器的結果可分析出高精度時間。圖5-10調試運行指令監(jiān)控圖此圖中:D6=D4=D2+D0=31088+9422=40510ms即最后是計時時間為40.510秒。運行完成后，若要進行下一次的長時間高精度定時，可按復位按鈕