《工控組態(tài)技術(shù)及應(yīng)用-組態(tài)王》課件模塊一

模塊一計算機控制基礎(chǔ)知識及

部分組態(tài)設(shè)備概述

項目一計算機控制系統(tǒng)的組成及類型

項目二I/O通道與典型控制算法

項目三三菱FX2N系列PLC簡介

項目四西門子S7-200PLC簡介項目五西門子S7-300PLC簡介

項目一計算機控制系統(tǒng)的組成及類型

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知識目標(biāo)

(1)掌握計算機控制系統(tǒng)的基本概念。

(2)掌握計算機控制系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)。

(3)掌握計算機控制系統(tǒng)的常用類型。

(4)掌握組態(tài)軟件在計算機控制系統(tǒng)中的作用。

2.能力目標(biāo)

(1)初步具備計算機控制系統(tǒng)的整體分析能力。

(2)初步具備簡單計算機控制系統(tǒng)的構(gòu)建能力。

(3)初步具備獨立分析、綜合開發(fā)研究、解決具體問題的能力。

(4)初步具備對組態(tài)軟件在控制系統(tǒng)中所處地位的理解與分析能力。二、要求學(xué)生必備的知識與技能

1.必備知識

(1)計算機原理與組成的基本知識。

(2)模擬電子技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)的基本知識。

(3)常用傳感器的基本知識。

(4)可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController，PLC)的基本知識。

(5)計算機通信的基本知識。

2.必備技能

(1)熟練的計算機操作技能。

(2)常用傳感器的使用與接線能力。

(3)常用PLC的接線與編程能力。三、理實一體化教學(xué)任務(wù)

理實一體化教學(xué)任務(wù)見表1-1-1。四、理實一體化教學(xué)步驟

1.計算機控制系統(tǒng)的基本概念與組成

1)計算機控制系統(tǒng)的基本概念

控制理論的發(fā)展，尤其是現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，與計算機技術(shù)息息相關(guān)。利用計算機快速強大的數(shù)值計算、邏輯判斷等信息加工能力，計算機控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)常規(guī)控制以外更復(fù)雜、更全面的控制方案。計算機為現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用提供了有力的工具。計算機控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，控制對象和控制任務(wù)可從小到大、從簡單到復(fù)雜，小到控制單個電機的運轉(zhuǎn)或閥門的開關(guān)，大到可以控制和管理一條生產(chǎn)線、一個車間乃至整個企業(yè)；既包括單回路控制系統(tǒng)，也包括串級、前饋等復(fù)雜控制系統(tǒng)，還包括自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制、模糊控制和神經(jīng)控制等智能控制系統(tǒng)。

2)計算機控制系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)

計算機在控制領(lǐng)域中的應(yīng)用，有力地推動了自動控制技術(shù)的發(fā)展，擴大了控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍，為大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)自動化系統(tǒng)發(fā)展奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)?？刂葡到y(tǒng)隨著控制對象、控制規(guī)律、執(zhí)行機構(gòu)的不同而不同，但其基本結(jié)構(gòu)可用圖1-1-1來表示。在控制系統(tǒng)中為了得到控制信號，要將被控參數(shù)與給定值進行比較，然后形成偏差信號?？刂破鞲鶕?jù)誤差信號進行PID運算，送出控制信號去控制現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)，使系統(tǒng)趨向減小誤差，最終使誤差為零，從而達到使被控參數(shù)趨于或等于給定值的目的。在這種控制系統(tǒng)中，被控參數(shù)是系統(tǒng)的輸出，被控參數(shù)又反饋到輸入端，與輸入量(給定值)相減，所以稱之為按偏差進行控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖1-1-1(a)所示。圖1-1-1(b)是開環(huán)控制系統(tǒng)。與閉環(huán)控制系統(tǒng)不同的是，它不需要被控對象的反饋信號，控制器直接根據(jù)給定值去控制執(zhí)行機構(gòu)工作。這種控制系統(tǒng)不能自動消除被控參數(shù)與給定值之間的誤差。與閉環(huán)控制系統(tǒng)相比，其控制性能顯然要差一些。圖1-1-1控制系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)框圖由圖1-1-1可見，自動控制系統(tǒng)的基本功能是對被控參數(shù)進行信號的采集、運算和控制。這些功能是由測量元件及變送器、控制器和執(zhí)行機構(gòu)來完成的。其中控制器是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它決定了控制系統(tǒng)的控制性能和應(yīng)用范圍。若將自動控制系統(tǒng)中控制器的功能用計算機或數(shù)字控制裝置來實現(xiàn)，并用計算機來監(jiān)控，這樣的控制系統(tǒng)就稱為計算機控制系統(tǒng)。在一般的模擬控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是由硬件電路產(chǎn)生的，要改變控制規(guī)律就要更改硬件電路。而在計算機控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是用軟件實現(xiàn)的，計算機執(zhí)行預(yù)定的控制程序，就能實現(xiàn)對被控參數(shù)的控制。因此，要改變控制規(guī)律，只要改變控制程序就可以了，這就使控制系統(tǒng)的設(shè)計更加靈活方便。特別是可以利用計算機強大的計算、邏輯判斷、記憶和信息傳遞等能力，實現(xiàn)更為復(fù)雜的控制規(guī)律，如非線性控制、邏輯控制、自適應(yīng)控制、自學(xué)習(xí)控制及智能控制等。

3)計算機控制系統(tǒng)的控制過程

計算機控制系統(tǒng)的控制過程一般可歸納為以下兩個步驟：

(1)實時數(shù)據(jù)采集。實時采集被控參數(shù)的瞬時值，并送入計算機。

(2)實時控制。對采集到的被控參數(shù)進行分析，并按已確定的控制規(guī)律進行運算，適時地向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號。

4)計算機在控制系統(tǒng)中的作用

在計算機控制系統(tǒng)中，計算機不但要完成原來由模擬控制器完成的控制任務(wù)，而且還應(yīng)充分發(fā)揮其優(yōu)勢，完成更多模擬控制器不可能完成的任務(wù)，從而使控制系統(tǒng)的功能更趨于完

善。一般地，計算機在控制系統(tǒng)中應(yīng)至少起到以下三個作用中的一個：

(1)實時數(shù)據(jù)處理。對測量變送裝置來的被控變量數(shù)據(jù)的瞬時值進行巡回采集、分析處理、計算以及顯示、記錄、制表等。

(2)實時監(jiān)督?jīng)Q策。對系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)進行越限報警、事故預(yù)報與處理，根據(jù)需要進行設(shè)備自動啟?？刂?，對整個系統(tǒng)進行診斷與管理等。

(3)實時控制及輸出。根據(jù)被控生產(chǎn)過程的特點和控制要求，選擇合適的控制規(guī)律，包括復(fù)雜的先進控制策略，然后按照給定的控制策略和實時的生產(chǎn)情況，實現(xiàn)在線、實時控制。

5)計算機控制系統(tǒng)的硬件組成

計算機控制系統(tǒng)的硬件組成如圖1-1-2所示，主要由控制對象(或生產(chǎn)過程)、執(zhí)行機構(gòu)、測量變送環(huán)節(jié)、輸入/輸出通道和數(shù)字控制器等組成。圖1-1-2計算機控制系統(tǒng)的硬件組成框圖控制對象是指所要控制的生產(chǎn)裝置或設(shè)備。執(zhí)行機構(gòu)是控制系統(tǒng)中的重要部分，其作用是根據(jù)控制器的控制信號，改變輸出的角或直線位移，并改變被調(diào)介質(zhì)的大小，使生產(chǎn)過程滿足預(yù)定的要求。測量變送環(huán)節(jié)通常由傳感器和測量電路組成，其功能是將被控參數(shù)轉(zhuǎn)換成某種形式的電信號。傳感器通常有溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、液位傳感器、力傳感器等。生產(chǎn)現(xiàn)場的過程參數(shù)一般是非電物理量，需經(jīng)傳感器、變送器轉(zhuǎn)換為等效的電信號。為了實現(xiàn)計算機對生產(chǎn)過程的控制，必須在計算機和生產(chǎn)過程之間架設(shè)信息傳遞和變換的連接橋梁，這就是過程輸入/輸出通道，簡稱過程通道。過程通道一般分為模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、開關(guān)量輸入通道、開關(guān)量輸出通道等。計算機由模擬量輸入通道獲得被控對象的實時信息，通過執(zhí)行程序，完成對數(shù)據(jù)的處理及控制運算，最后通過模擬量輸出通道輸出控制信息給執(zhí)行器。

6)計算機控制系統(tǒng)的軟件組成

計算機控制系統(tǒng)的硬件只是控制系統(tǒng)的軀體，還必須要有相應(yīng)的軟件才能構(gòu)成完整的控制系統(tǒng)。軟件是指能夠完成各種功能的計算機控制系統(tǒng)的程序系統(tǒng)。它是系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個系統(tǒng)的動作都是在軟件的協(xié)調(diào)指揮下進行工作的。它通常由系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件組成。

(1)系統(tǒng)軟件是為提高計算機使用效率，擴大功能，為用戶使用、維護和管理計算機提供方便的程序的總稱。系統(tǒng)軟件通常包括操作系統(tǒng)、語言加工系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)軟件和診斷系統(tǒng)。它具有一定的通用性，一般隨硬件一起由計算機生產(chǎn)廠家提供或購買。

(2)應(yīng)用軟件是系統(tǒng)設(shè)計人員根據(jù)要解決的具體問題而編寫的各種控制和管理程序，其優(yōu)劣直接影響到系統(tǒng)的控制品質(zhì)和管理水平，是控制計算機在特定環(huán)境中完成某種控制功能及相關(guān)任務(wù)所必需的程序，如過程控制程序、人機接口程序、打印顯示程序、數(shù)據(jù)采集及處理程序、巡回檢測和報警程序及各種公共子程序等。

2.計算機控制系統(tǒng)的常用類型

1)計算機巡回檢測和操作指導(dǎo)系統(tǒng)

若在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)能根據(jù)反映生產(chǎn)過程工況的各種數(shù)據(jù)，由某種給定的性能指標(biāo)與控制策略，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的處理、分析與計算，相應(yīng)地給出操作指導(dǎo)信息供操作人員參考，便稱之為操作指導(dǎo)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1-1-3所示。圖1-1-3計算機巡回檢測和操作指導(dǎo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

從圖1-1-3中可以看出，這種系統(tǒng)是一種開環(huán)系統(tǒng)。過程參數(shù)經(jīng)測量變送器和過程輸入通道定時地被送入計算機，由計算機對來自現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行分析和處理后，根據(jù)一定的控制規(guī)律或管理方法進行計算，然后通過CRT或打印機輸出操作指導(dǎo)信息。

2)計算機直接數(shù)字控制系統(tǒng)

在計算機直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DirectDigitalControl，DDC)中，計算機通過過程輸入通道(模擬量輸入通道AI或開關(guān)量輸入通道DI)對多個被控生產(chǎn)過程進行巡回檢測，根據(jù)給定值及控制規(guī)律計算出控制信號，經(jīng)過程輸出通道直接去控制執(zhí)行機構(gòu)，使被控變量保持在給定值內(nèi)。計算機直接數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1-4所示。圖1-1-4計算機直接數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖在該系統(tǒng)中，計算機不僅完全取代了模擬控制器而直接參與閉環(huán)控制，而且只要通過改變程序即可實現(xiàn)一些較復(fù)雜的控制規(guī)律；它還可以與計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)結(jié)合起來構(gòu)成分級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)最優(yōu)控制；同時也可作為計算機集成制造系統(tǒng)的最底層(直接過程控制層)，與過程監(jiān)控層、生產(chǎn)調(diào)度層、企業(yè)管理層、經(jīng)營決策層等一起實現(xiàn)工廠綜合自動化。還有一種常見的系統(tǒng)是計算機順序控制，即計算機按照預(yù)先確定的操作順序和操作方法，根據(jù)生產(chǎn)工藝流程的進程(或在滿足某些規(guī)定的條件時)依次地輸出操作信息。比如發(fā)電廠的鍋爐、汽輪機、發(fā)電機的啟動階段和停止階段，冶金工業(yè)中高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼以及各種軋制過程都是十分復(fù)雜的順序操作過程。

3)計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)

計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)(SupervisoryComputerControl，SCC)通常采用兩級控制形式，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1-5所示。所謂監(jiān)督控制，指根據(jù)原始的生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)和現(xiàn)場采集到的生產(chǎn)工況信息，一方面按照描述被控過程的數(shù)字模型和某種最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)，計算出被控過程的最優(yōu)給定值，輸出給下一級DDC系統(tǒng)或模擬控制器；另一方面對生產(chǎn)狀況進行分析，作出故障的診斷與預(yù)報。圖1-1-5計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

SCC控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點是：它在計算時可以考慮許多常規(guī)控制器不能考慮的因素，如環(huán)境溫度和濕度對生產(chǎn)過程的影響；可以進行過程操作的在線優(yōu)化，始終如一地使生產(chǎn)過程在最優(yōu)狀態(tài)下運行；可以實現(xiàn)先進復(fù)雜的控制規(guī)律，滿足產(chǎn)品的高質(zhì)量控制要求；可以進行故障的診斷與預(yù)報，可靠性高。值得注意的是，生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型往往是監(jiān)督控制系統(tǒng)能否實現(xiàn)以及運行好壞的關(guān)鍵因素之一。由于DDC系統(tǒng)中的計算機直接與生產(chǎn)過程相連并承擔(dān)控制任務(wù)，一臺計算機往往要控制幾個或幾十個回路，而工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，干擾多，所以一方面要求DDC計算機可靠性高，實時性好，抗干擾能力強，能獨立工作；另一方面必須采取抗干擾措施來提高整個系統(tǒng)的可靠性，使之能適應(yīng)各種工業(yè)環(huán)境，并合理設(shè)計應(yīng)用軟件。

4)集散控制系統(tǒng)

集散控制系統(tǒng)(DistributedControlSystem，DCS)以微機為核心，把過程控制裝置、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、顯示操作裝置、輸入輸出通道、控制儀表等有機地結(jié)合起來，構(gòu)成分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了地理上和功能上分散的控制，還通過通信系統(tǒng)把各個分散的信息集中起來，進行集中的監(jiān)視和操作，以實現(xiàn)高級復(fù)雜規(guī)律的控制。其結(jié)構(gòu)如圖1-1-6所示。圖1-1-6集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖集散控制系統(tǒng)是一種典型的分級分布式控制結(jié)構(gòu)。監(jiān)控計算機通過協(xié)調(diào)各控制站的工作，以達到過程的動態(tài)最優(yōu)化。控制站則完成過程的現(xiàn)場控制任務(wù)。操作站是人機接口裝置，它可以完成操作、顯示和監(jiān)視任務(wù)。數(shù)據(jù)采集站用來采集非控制過程信息。集散控制系統(tǒng)既有計算機控制系統(tǒng)控制算法先進、精度高、響應(yīng)速度快的優(yōu)點，又有儀表控制系統(tǒng)安全可靠、維護方便的優(yōu)點。

5)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FieldbusControlSystem，F(xiàn)CS)是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)，如圖1-1-7所示。該系統(tǒng)改進了DCS系統(tǒng)成本高、各廠商的產(chǎn)品通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一而造成的不能互聯(lián)的弱點，其采用工作站-現(xiàn)場總線智能儀表的二層結(jié)構(gòu)模式，完成了DCS中三層結(jié)構(gòu)模式的功能，降低了成本，提高了可靠性。圖1-1-7現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

6)工業(yè)過程計算機集成制造系統(tǒng)

隨著工業(yè)生產(chǎn)過程規(guī)模的日益復(fù)雜與大型化，現(xiàn)代化工業(yè)要求計算機系統(tǒng)不僅要完成直接面向過程的控制和優(yōu)化任務(wù)，而且要在獲取盡可能多的生產(chǎn)全部過程信息的基礎(chǔ)上，進行整個生產(chǎn)過程的綜合管理、指揮調(diào)度和經(jīng)營管理。由于自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)等的迅速發(fā)展，滿足這些要求已不是夢想，能實現(xiàn)這些功能的系統(tǒng)稱之為計算機集成制造系統(tǒng)(ComputerIntegratedManufacturingSystem，CIMS)，當(dāng)CIMS用于流程工業(yè)時，簡稱為流程CIMS。流程工業(yè)計算機集成制造系統(tǒng)按其功能可以自下而上地分為若干層，如直接控制層、過程監(jiān)控層、生產(chǎn)調(diào)度層、企業(yè)管理層和經(jīng)營決策層等，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1-8所示。圖1-1-8計算機集成制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3.計算機控制系統(tǒng)與組態(tài)軟件的概述

計算機控制系統(tǒng)作為生產(chǎn)過程和管理自動化最為有效的計算機軟硬件系統(tǒng)之一，它從總體上可分成兩大部分：一是現(xiàn)場分布式的數(shù)據(jù)I/O系統(tǒng)，也就是通常所說的下位機；另一個是數(shù)據(jù)處理顯示和管理系統(tǒng)，即上位機人機界面(HumanMachineInterface，HMI)系統(tǒng)。下位機與生產(chǎn)過程和管理的設(shè)備或儀表相結(jié)合，感知設(shè)備各種參數(shù)的狀態(tài)，并將這些狀態(tài)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過特定數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)傳遞到上位機HMI系統(tǒng)中。必要時，下位機也可以向設(shè)備發(fā)送控制信號。上位機HMI系統(tǒng)在接收這些信息后，以適當(dāng)?shù)男问饺缥淖?、聲音、圖形、圖像等方式顯示給用戶，以達到監(jiān)視、監(jiān)測的目的，同時數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，告知用戶設(shè)備各種參數(shù)的狀態(tài)(報警、正?；驁缶謴?fù)等)，這些處理后的數(shù)據(jù)可能會保存到數(shù)據(jù)庫中，也可能通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸?shù)讲煌谋O(jiān)控平臺上，還可能與別的系統(tǒng)結(jié)合形成功能更加強大的系統(tǒng)。上位機HMI系統(tǒng)的功能主要靠上位機程序來完成，現(xiàn)在編制上位機程序可采用以下兩種方法：一是采用VisualBasic、VisualC等基于Windows平臺的開發(fā)程序來編制；二是采用監(jiān)控組態(tài)軟件來編制。前者程序設(shè)計靈活，可以設(shè)計出風(fēng)格各異的HMI系統(tǒng)，但設(shè)計工作量大，開發(fā)調(diào)試周期長，軟件通用性較差，對于每個不同的應(yīng)用對象都要重新設(shè)計或修改程序，軟件功能可靠性較低，對程序設(shè)計員要求較高。監(jiān)控組態(tài)軟件是標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?、商品化的通用開發(fā)軟件，只需進行標(biāo)準(zhǔn)功能模塊的軟件組態(tài)和簡單的編程，就可設(shè)計出標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、通用性強、可靠性高的上位機監(jiān)控程序(HMI系統(tǒng))，且工作量較小，開發(fā)調(diào)試周期較短，對程序設(shè)計員要求也低一些。因此，監(jiān)控組態(tài)軟件是性能優(yōu)良的軟件產(chǎn)品，它將成為開發(fā)上位機監(jiān)控程序的主流開發(fā)工具。集散控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件是指一些包括數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是屬于自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，以靈活多樣的組態(tài)方式提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和I/O設(shè)備，向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，進行系統(tǒng)集成。組態(tài)軟件的使用者是自動化工程技術(shù)人員。組態(tài)軟件主要解決的問題如下：

(1)計算機如何與采集、控制設(shè)備間進行數(shù)據(jù)交換。

(2)使來自設(shè)備的數(shù)據(jù)與計算機圖形畫面上的各元素關(guān)聯(lián)起來。

(3)處理數(shù)據(jù)報警及系統(tǒng)報警。

(4)存儲歷史數(shù)據(jù)，并支持歷史數(shù)據(jù)的查詢。

(5)各類報表的生成和打印輸出。

(6)為使用者提供靈活、多變的組態(tài)工具，可以適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。

(7)保證最終生成的應(yīng)用系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。

(8)具有與第三方程序的接口能力，方便數(shù)據(jù)共享。自動化工程技術(shù)人員在組態(tài)軟件中只需填寫一些事先設(shè)計好的表格，再利用圖形功能把被控對象(如反應(yīng)罐、溫度計、鍋爐、趨勢曲線、報表等)形象地畫出來，通過內(nèi)部數(shù)據(jù)連接把被控對象的屬性與I/O設(shè)備的實時數(shù)據(jù)進行邏輯連接。由組態(tài)軟件生成的應(yīng)用系統(tǒng)投入運行后，與被控對象相連的I/O設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)生變化會直接帶動被控對象的屬性發(fā)生變化。五、項目考核

本項目以理論知識為主，考核采用思考題方式，考核內(nèi)容見思考題。六、思考題

(1)計算機控制系統(tǒng)的基本工作原理是什么？如何區(qū)分開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)？

(2)計算機控制系統(tǒng)的硬件組成包含哪些元素？軟件組成又包含哪些元素？

(3)根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用及結(jié)構(gòu)特點，計算機控制系統(tǒng)應(yīng)該如何分類？簡述各系統(tǒng)的基本特點。

(4)組態(tài)軟件在計算機控制系統(tǒng)中起什么作用？項目二I/O通道與典型控制算法

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知識目標(biāo)

(1)掌握I/O通道的基本概念。

(2)掌握數(shù)字量輸入、輸出通道的基本組成及工作原理。

(3)掌握模擬量輸入、輸出通道的基本組成及工作原理。

(4)掌握數(shù)字濾波的基本知識。

(5)掌握PID控制算法的基本概念。

2.能力目標(biāo)

(1)具備數(shù)字量與模擬量的區(qū)別能力。

(2)具備輸入通道與輸出通道的選用能力。

(3)初步具備常用輸入通道與輸出通道的設(shè)計能力。

(4)初步具備使用PID算法進行控制的系統(tǒng)設(shè)計能力。二、要求學(xué)生必備的知識與技能

1.必備知識

(1)計算機組成原理的基本知識。

(2)模擬電子技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)的基本知識。

(3)常用傳感器的基本知識。

(4)可編程邏輯控制器(PLC)的基本知識。

(5)自動控制系統(tǒng)的基本知識。

2.必備技能

(1)熟練的計算機操作技能。

(2)常用傳感器的使用與接線能力。

(3)常用PLC的接線與編程能力。三、理實一體化教學(xué)任務(wù)

理實一體化教學(xué)任務(wù)見表1-2-1。四、理實一體化教學(xué)步驟

1.?I/O通道概述

在計算機控制系統(tǒng)中，計算機需要從生產(chǎn)過程中采集現(xiàn)場的信息，接受操作人員的控制，向操作人員反饋現(xiàn)場的情況和操作結(jié)果，還要把相應(yīng)的控制信息傳送給生產(chǎn)設(shè)備，有時還需要從其他外部設(shè)備輸入相關(guān)的信息，從而實現(xiàn)對過程的控制。因此在計算機和生產(chǎn)過程之間，必須設(shè)置信息的傳遞和變換裝置，這個裝置稱為過程輸入、輸出通道，也叫I/O通道。由于在計算機控制系統(tǒng)中，通常被調(diào)參數(shù)(如電壓、溫度、流量、壓力、速度、液位等)都是隨時間作連續(xù)變化的模擬量，這些參數(shù)經(jīng)傳感器檢測后，要傳送給計算機，而計算機內(nèi)部只能處理數(shù)字信號，所以需要模擬量輸入通道，把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后再傳送給計算機。由于在計算機控制系統(tǒng)中，通常被調(diào)參數(shù)(如電壓、溫度、流量、壓力、速度、液位等)都是隨時間作連續(xù)變化的模擬量，這些參數(shù)經(jīng)傳感器檢測后，要傳送給計算機，而計算機內(nèi)部只能處理數(shù)字信號，所以需要模擬量輸入通道，把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后再傳送給計算機。在計算機控制系統(tǒng)中，多數(shù)控制信號是以模擬量的形式出現(xiàn)的，這就需要計算機將輸出的數(shù)字量控制信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號，傳送給相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，完成這一任務(wù)的就是模擬量輸出通道。

在系統(tǒng)中還有一些輸入量是以數(shù)字信號的形式出現(xiàn)的，但是通常它們也不能直接輸入計算機，一般還需要用數(shù)字量輸入通道完成隔離、電平轉(zhuǎn)換等任務(wù)，然后再把轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸入計算機。

2.數(shù)字量輸入、輸出通道

1)數(shù)字量輸入通道

數(shù)字量輸入通道主要由輸入調(diào)理電路、輸入緩沖器、地址譯碼器等組成，如圖1-2-1所示。圖1-2-1數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu)框圖對生產(chǎn)過程的控制，常常要了解生產(chǎn)過程的狀態(tài)信息，根據(jù)狀態(tài)信息，決定如何輸出控制量。要獲得狀態(tài)信息則必須通過輸入接口來完成。輸入接口一般都是通過專用輸入緩存器芯片來實現(xiàn)的，如三態(tài)門緩沖器74LS244。三態(tài)門緩沖器74LS244可用來隔離輸入和輸出電路，在兩者之間起緩沖作用。另外，74LS244有8個通道可輸入8個開關(guān)狀態(tài)。數(shù)字量(開關(guān)量)輸入通道的基本功能就是接收外部裝置或生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)字信號。這些信號極有可能引入各種干擾，如過電壓、瞬態(tài)尖峰和反極性輸入等。因此，外部信號須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換、濾波、隔離和過電壓保護等處理后，才能傳送給計算機，這些功能稱為信號調(diào)理。

輸入地址譯碼電路主要是對輸入緩沖器進行操作，通過端口地址譯碼得到片選信號。

2)數(shù)字量輸出通道

數(shù)字量輸出通道主要由輸出鎖存器、輸出驅(qū)動電路、地址譯碼器等組成，如圖1-2-2所示。圖1-2-2數(shù)字量輸出通道結(jié)構(gòu)框圖當(dāng)對生產(chǎn)過程進行控制時，一般應(yīng)對計算機送出的控制狀態(tài)進行保持，直到重新刷新為止，此時便需利用輸出接口對其進行鎖存。輸出接口一般都是通過專用輸出鎖存器芯片來實現(xiàn)的，如8D鎖存器74LS273。74LS273有8個通道，可輸出8個開關(guān)狀態(tài)，并可驅(qū)動8個輸出裝置。要把計算機輸出的微弱數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能對生產(chǎn)過程進行控制的驅(qū)動信號，關(guān)鍵在于輸出通道中的功率驅(qū)動電路。根據(jù)現(xiàn)場開關(guān)器件功率的不同，可有多種數(shù)字量驅(qū)動電路的構(gòu)成方式，如大/中/小功率晶體管、可控硅、達林頓陣列驅(qū)動器、固態(tài)繼電器等。

3.模擬量輸入、輸出通道

模擬量輸入通道是向計算機輸入模擬量的裝置。由于計算機只能處理數(shù)字信號，所以模擬量輸入通道必須進行A/D轉(zhuǎn)換(把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量)，其中最核心的是A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)。模擬量輸出通道是在計算機控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)控制輸出的主要手段，其任務(wù)是把計算機輸出的數(shù)字形式的控制信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓、模擬電流信號，驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行部件，從而完成相應(yīng)的控制。

1)模擬量輸入通道

模擬量輸入通道(簡稱AI通道)的一般結(jié)構(gòu)如圖1-2-3所示。?過程參數(shù)由傳感元件和變送器測量并轉(zhuǎn)換為電流后送至多路采樣開關(guān)；在微機的控制下，由多路采樣開關(guān)將各個過程參數(shù)依次地切換到后級，進行放大、采樣和A/D轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn)過程參數(shù)的巡回檢測。圖1-2-3模擬量輸入通道的一般結(jié)構(gòu)框圖從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換包含信號的采樣和量化兩個過程。信號的采樣過程如圖1-2-4所示。執(zhí)行采樣動作的是采樣器(采樣開關(guān))K，K每隔一個時間間隔T閉合一個時間r。T稱為采樣周期，r稱為采樣寬度。時間和幅值上均連續(xù)的模擬信號y(t)通過采樣器后，被變換為時間上離散的采樣信號y*(t)。模擬信號到釆樣信號的變換過程稱為采樣過程或離散過程。圖1-2-4信號的采樣過程采樣信號y*(t)是否能如實地反映模擬信號y(t)的所有變化與特征呢？采樣定理指出：如果模擬信號(包括噪聲干擾在內(nèi))頻譜的最高頻率為fmax，只要按照采樣頻率f≥2fmax進行采樣，那么采樣信號y*(t)就能唯一地復(fù)現(xiàn)y(t)。采樣定理給出了y*(t)唯一地復(fù)現(xiàn)y(t)所必需的最低采樣頻率。實際應(yīng)用中，常取f≥(5～10)fmax。采樣信號在時間軸上是離散的，但在函數(shù)軸上仍然是連續(xù)的，因為連續(xù)信號y(t)幅值上的變化也反映在采樣信號y*(t)上，所以，采樣信號仍不能進入微機，微機只能接受在時間上離散、幅值上變化也不連續(xù)的數(shù)字信號。將采樣信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程稱為量化過程，執(zhí)行量化動作的裝置是A/D轉(zhuǎn)換器。字長為n的A/D轉(zhuǎn)換器把ymin～ymax范圍內(nèi)變化的采樣信號變換為數(shù)字0～2n－1，其最低有效位(LSB)所對應(yīng)的模擬量q稱為量化單位：量化過程實際上是一個用q去度量采樣值幅值高低的小數(shù)規(guī)整過程，因而存在量化誤差，量化誤差為?±

q。在A/D轉(zhuǎn)換器的字長n足夠長時，若量化誤差足夠小，可以認為數(shù)字信號近似于采樣信號。在這種假設(shè)下，數(shù)字系統(tǒng)便可沿用采樣系統(tǒng)理論分析、設(shè)計。

(1)分辨率。分辨率是衡量A/D轉(zhuǎn)換器分辨輸入模擬量最小變化程度的技術(shù)指標(biāo)。分辨率通常用數(shù)字量的位數(shù)n(字長)來表示，如8位、12位、16位等。分辨率為n位，表示它能對滿量程輸入的的增量作出反應(yīng)，即數(shù)字量的最低有效位(LSB)對應(yīng)于滿量程輸入的。若n=8，滿量程輸入為5.12V,則LSB對應(yīng)于模擬電壓V=?20mV。

(2)轉(zhuǎn)換時間。轉(zhuǎn)換時間是指A/D轉(zhuǎn)換器完成一次模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換所需要的時間。

(3)線性誤差。線性誤差是指A/D轉(zhuǎn)換器的理想轉(zhuǎn)換特性(量化特性)應(yīng)該是線性的，但實際轉(zhuǎn)換特性并非如此。在滿量程輸入范圍內(nèi)，偏移理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差定義為線性誤差。線性誤差通常用LSB的分?jǐn)?shù)表示，如LSB或±1LSB。常用A/D轉(zhuǎn)換器有8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809和12位A/D轉(zhuǎn)換器ADC574A。ADC0809是一種帶有8通道模擬開關(guān)的8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間為100μs左右，線性誤差為±0.5LSB，其結(jié)構(gòu)如圖1-2-5所示。ADC0809由8通道模擬開關(guān)、通道選擇邏輯(地址鎖存與譯碼)、8位A/D轉(zhuǎn)換器以及三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成。圖1-2-58位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809的結(jié)構(gòu)圖

ADC574A是一種高性能的12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間為25μs左右，線性誤差為±0.5LSB，其結(jié)構(gòu)如圖1-2-6所示。其內(nèi)部有時鐘脈沖源和基準(zhǔn)電壓源。ADC574A由12位A/D轉(zhuǎn)換器、邏輯控制、三態(tài)輸出鎖存緩沖器、10V基準(zhǔn)電壓源四部分組成。圖1-2-612位A/D轉(zhuǎn)換器ADC574A的結(jié)構(gòu)圖

2)模擬量輸出通道

模擬量輸出通道(簡稱AO通道)的兩種基本結(jié)構(gòu)形式如圖

1-2-7所示。

多D/A結(jié)構(gòu)的模擬量輸出通道中的D/A轉(zhuǎn)換器除承擔(dān)數(shù)字信號到模擬信號轉(zhuǎn)換的任務(wù)外，還兼有信號保持作用，即把微機在t=kT時刻對執(zhí)行機構(gòu)的控制作用維持到下一個輸出時刻t=(k+1)T。這是一種數(shù)字保持方式，傳送給D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號不變，其模擬輸出信號便保持不變。圖1-2-7模擬量輸出通道的兩種基本結(jié)構(gòu)形式框圖共享D/A結(jié)構(gòu)的模擬量輸出通道中的D/A轉(zhuǎn)換器只起數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換作用，信號保持功能靠采樣保持器完成。這是一種模擬保持方式，微機對通道i(i=1，2，…，n)的控制信號被D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬形式后，由采樣保持器將其記憶下來，并保持到下一次控制信號的到來。模擬量輸出通道的核心部件是D/A轉(zhuǎn)換器。D/A轉(zhuǎn)換器是指將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的元件或裝置，它輸出的模擬量(電壓或電流)與參考電壓和二進制數(shù)成比例。D/A轉(zhuǎn)換器品種繁多，但在集成D/A產(chǎn)品中多按T形和倒T形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)的D/A轉(zhuǎn)換原理進行轉(zhuǎn)換。D/A轉(zhuǎn)換器主要由四部分組成：基準(zhǔn)電壓VREF，R－2RT形電阻網(wǎng)絡(luò)，電子開關(guān)Ki(i=0，1，…，n－1)和運算放大器A。D/A轉(zhuǎn)換器常用以下幾項技術(shù)指標(biāo)來評價其質(zhì)量水平。

(1)分辨率。分辨率是指當(dāng)輸入數(shù)字量發(fā)生單位數(shù)碼變化即最低有效位LSB產(chǎn)生一次變化時，輸出模擬量對應(yīng)的變化量。分辨率Δ與數(shù)字量輸入的位數(shù)n呈下列關(guān)系：

?

實際使用中，表示分辨率高低的更常用方法是用輸入數(shù)字量的位數(shù)來表示。例如，8位二進制D/A轉(zhuǎn)換器，其分辨率為8位，或者Δ=。顯然，位數(shù)越多，分辨率就越高。

(2)建立時間。建立時間是指輸入數(shù)字信號的變化量是滿量程時，輸出模擬信號達到離終值±

LSB所需的時間，一般為幾十納秒到幾秒。

(3)線性誤差。理想轉(zhuǎn)換特性(量化特性)應(yīng)該是線性的，但實際轉(zhuǎn)換特性并非如此。在滿量程輸入范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差定義為線性誤差。線性誤差常用LSB的分?jǐn)?shù)表示，如LSB，或±1LSB。常用D/A轉(zhuǎn)換器有8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832和12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1208/1209/1210。DAC0832的結(jié)構(gòu)如圖1-2-8所示，它主要由兩部分組成，即由R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的8位D/A轉(zhuǎn)換器以及兩個8位寄存器和相應(yīng)的選通控制邏輯。在實際應(yīng)用中，通常采用外加運算放大器的方法，把DAC0832的電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓輸出。圖1-2-88位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832的結(jié)構(gòu)框圖

圖1-2-9是12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1210的結(jié)構(gòu)圖，其原理和引腳與DAC0832基本相同，不同之處僅在于其輸入寄存器和DAC寄存器均為12位，數(shù)據(jù)輸入線為12條。一個12位的待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)D必須在裝入輸入級后，才能送至DAC寄存器。圖1-2-912位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1210的結(jié)構(gòu)框圖

4.數(shù)字濾波

(1)數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要硬件設(shè)備，所以可靠性高、穩(wěn)定性好。

(2)數(shù)字濾波可以濾除頻率很低的干擾，這一點是模擬濾波難以實現(xiàn)的。

(3)數(shù)字濾波可以根據(jù)不同的信號采用不同的濾波方法，使用靈活、方便。

1)程序判斷濾波

程序判斷濾波的具體方法是通過比較相鄰的兩個采樣值，如果它們的差值過大，超出了變量可能的變化范圍，則認為后一次采樣值是虛假的，應(yīng)予以廢除，而將前一次采樣值傳送至計算機。判斷式為：當(dāng)?|y(n)－y(n－1)|≤b時，則取y(n)輸入計算機；

當(dāng)?|y(n)－y(n－1)|＞b時，則取y(n－1)輸入計算機。

式中：y(n)——第n次采樣值；

y(n－1)——第(n－1)次的采樣值；

b——給定的常數(shù)值。

應(yīng)用這種方法，關(guān)鍵在于b值的選擇，而b值的選擇主要取決于對象被測變量的變化速度。

2)中位值法濾波

中位值法濾波就是將某個被測變量在輪到它采樣的時刻，連續(xù)采3次(或3次以上)的值，從中選擇大小居中的那個值作為有效測量信號。

中位值法對消除脈沖干擾和機器不穩(wěn)定造成的跳碼現(xiàn)象相當(dāng)有效，但對壓力、流量等快速變化的過程變量則不宜采用。

3)遞推平均濾波

管道中的流量、壓力或沸騰狀液面的上下波動，會使其變送器輸出信號出現(xiàn)頻繁的振蕩現(xiàn)象。若將此信號直接送入計算機，會導(dǎo)致控制算式輸出紊亂，造成控制動作極其頻繁，甚至執(zhí)行器根本來不及響應(yīng)，還會使調(diào)節(jié)閥因過分磨損而影響使用壽命，嚴(yán)重影響控制品質(zhì)。

上下頻繁波動的信號有一個特點，即它始終在平均值附近變化，如圖1-2-10所示。圖1-2-10上下頻繁波動的信號波形圖圖1-2-10中的黑點表示各個采樣值。對于此類信號，僅僅依靠一次采樣值作為控制依據(jù)是不正確的，通常采用遞推平均的方法，即第n次采樣的N項遞推平均值是n，(n－1)，…，

(n－N+1)次采樣值的算術(shù)平均。遞推平均算式為(1-2-1)式中：——第n次N項的遞推平均值；

y(n－i)——往前遞推第i項的測量值；

N——遞推平均的項數(shù)。也就是說，第n次采樣的N項遞推平均值的計算，應(yīng)該由n次采樣往前遞推(N－1)項。

N值的選擇對采樣平均值的平滑程度與反應(yīng)靈敏度均有影響。在實際應(yīng)用中，可通過觀察不同N值下遞推平均的輸出響應(yīng)來決定N值的大小。目前在工程上，流量常用12項平均值，壓力取4項平均值，溫度沒有顯著噪聲時可以不加平均值。

4)加權(quán)遞推平均濾波

遞推平均濾波法的每一次采樣值，在結(jié)果中的比重是均等的，這會使時變信號產(chǎn)生滯后。為增加當(dāng)前采樣值在結(jié)果中所占的比重，提高系統(tǒng)對本次采樣的靈敏度，可采用加權(quán)遞推平均方法。一個N項加權(quán)遞推平均算式為(1-2-2)式中：Ci——加權(quán)系數(shù)。各項系數(shù)應(yīng)滿足下列關(guān)系：0≤Ci≤1且

5)一階慣性濾波

一階慣性濾波的動態(tài)方程式為(1-2-3)式中：T—濾波時間常數(shù)；

Ts—采樣周期；

—輸出值；

—輸入值。令dt=Ts(采樣周期)，，y(t)=y(n)有(1-2-4)(1-2-5)令(1-2-6)式中：a——濾波常數(shù)，0＜a＜1；

——第n次濾波輸出值；

——第(n－1)次濾波輸出值；

y(n)——第n次濾波輸入值。一階慣性濾波對周期性干擾具有良好的抑制作用，適用于波動頻繁的變量濾波。

5.自動控制系統(tǒng)

1)自動控制系統(tǒng)分類

(1)開環(huán)控制系統(tǒng)(Open-loopControlSystem)：被控對象的輸出(被控制量)對控制器(Controller)的輸出沒有影響。

(2)閉環(huán)控制系統(tǒng)(Closed-loopControlSystem)：其特點是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負反饋(NegativeFeedback)，若極性相同，則稱為正反饋。一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋，又稱負反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多，一個簡單的控制

系統(tǒng)包括被控對象、測量變送器、控制器、執(zhí)行機構(gòu)等(如圖1-2-11所示)。圖1-2-11閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2)自動控制系統(tǒng)的控制規(guī)律

(1)比例控制：是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。

(2)積分控制：控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)。

(3)微分控制：控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)，其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié))或有滯后(Delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是“超前”調(diào)節(jié)，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例?+?微分的控制器就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。

3)各類控制規(guī)律的應(yīng)用

(1)比例控制規(guī)律(P)：采用P控制規(guī)律能較快地克服擾動的影響，它的優(yōu)點是輸出值變化較快，缺點是雖較能有效地克服擾動的影響，但有余差出現(xiàn)。它適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、控制要求不高、被控參數(shù)允許在一定范圍內(nèi)有余差的場合，如水泵房冷、熱水池水位控制，油泵房中間油罐油位控制等。

(2)比例積分控制規(guī)律(PI)：在實際工程中，比例積分控制規(guī)律是應(yīng)用最廣泛的一種控制規(guī)律。積分能在比例的基礎(chǔ)上消除余差，它適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、被控參數(shù)不允許有余差的場合。如油泵房供油管流量控制系統(tǒng)，退火窯各區(qū)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。

(3)比例微分控制規(guī)律(PD)：微分具有超前作用，對于具有容量滯后的控制通道引入微分參與控制，在微分項設(shè)置得當(dāng)?shù)那闆r下，對提高系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)有著顯著效果。因此，對于控制通道的時間常數(shù)或容量滯后較大的場合，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小動態(tài)偏差等可選用比例微分控制規(guī)律，如加熱型溫度控制、成分控制。

(4)比例積分微分控制規(guī)律(PID)：PID控制規(guī)律是一種較理想的控制規(guī)律，它在比例的基礎(chǔ)上引入積分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它適用于控制通道時間常數(shù)或容量滯后較大、控制要求較高的場合，如溫度控制、成分控制等。理想PID控制器的理想算式為(1-2-7)式中：u(t)——控制量(控制器輸出)；

e(t)——被控量與給定值的偏差，即e(t)=y(t)－r(t)；

KP——比例增益常數(shù)；

TI——積分時間常數(shù)；

TD——微分時間常數(shù)。將上式寫成傳遞函數(shù)形式為圖1-2-12PID控制器控制框圖(1-2-8)其控制框圖如圖1-2-12所示。五、項目考核

本項目以理論知識為主，考核采用思考題方式，考核內(nèi)容見思考題。六、思考題

(1)?I/O通道由哪四類主要通道組成？請簡述各自的功能。

(2)數(shù)字量輸入通道由哪些部分組成？請簡述各組成部分的基本功能。

(3)數(shù)字量輸出通道由哪些部分組成？請簡述各組成部分的基本功能。

(4)?A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)有哪些？D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)有哪些？

(5)請簡述PID控制算法的基本概念。項目三三菱FX2N系列PLC簡介

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知識目標(biāo)

(1)掌握可編程控制器(PLC)的構(gòu)成。

(2)掌握三菱FX2N系列可編程控制器編程軟件的使用。

(3)掌握三菱編程軟件的安裝。

(4)掌握工程的下裝及調(diào)試方法。

2.能力目標(biāo)

(1)初步具備PLC編程軟件安裝的基本技能。

(2)初步具備PLC控制系統(tǒng)構(gòu)建的基本技能。

(3)初步具備PLC控制系統(tǒng)工程的下裝及調(diào)試技能。二、要求學(xué)生必備的知識與技能

1.必備知識

(1)計算機控制的基本知識。

(2)電氣檢測工具及儀表的基本知識。

(3)電工電子技術(shù)的基本知識。

(4)自動控制原理的基本知識。

(5)電氣控制的基本知識。

(6)?PLC編程的基本技能。

2.必備技能

(1)熟練操作計算機，初步具備PLC控制系統(tǒng)構(gòu)建的基本技能。

(2)熟練的電氣設(shè)備接線及調(diào)試技能。

(3)熟練的自動控制系統(tǒng)構(gòu)建技能。三、理實一體化教學(xué)任務(wù)

理實一體化教學(xué)任務(wù)見表1-3-1。四、理實一體化教學(xué)步驟

1.三菱FX2N系列PLC的基本構(gòu)成

三菱FX2N系列PLC采用一體化的箱體式結(jié)構(gòu)，所有的電路都裝在一個箱體內(nèi)，其體積小，結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便。為了便于輸入/輸出點數(shù)的靈活配置，三菱FX2N系列PLC系列的產(chǎn)品由基本單元(主機)和擴展單元構(gòu)成。三菱FX2N系列PLC還有許多專用的特殊功能單元，例如模擬量I/O單元、高速計數(shù)單元、位置控制單元等，大多數(shù)單元都是通過單元的擴展口與PLC主機相連接的。

三菱FX2N系列PLC的硬件系統(tǒng)可以分為硬件基本單元、擴展單元、擴展模塊、特殊功能模塊和相關(guān)輔助設(shè)備。

1)硬件基本單元

硬件基本單元包括CPU、存儲器、基本輸入/輸出點和電源等，是PLC的主要組成部分。三菱FX2N基本單元的最大輸入/輸出點數(shù)為256，見表1-3-2。

2)擴展單元

擴展單元由內(nèi)部電源、內(nèi)部輸入/輸出電路組成，需要和基本單元一起使用。在基本單元的I/O點數(shù)不夠時，可采用擴展單元來擴展I/O點數(shù)。

3)擴展模塊

擴展模塊由內(nèi)部輸入/輸出電路組成，自身不帶電源，由基本單元、擴展單元供電，需要和基本單元一起使用。在基本單元的I/O點數(shù)不夠時，可采用擴展模塊來擴展I/O點數(shù)。

4)特殊功能模塊

三菱FX2N系列PLC提供了各種特殊功能模塊，當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時，就需要用到特殊功能模塊。這些模塊包括：

●模擬量輸入/輸出模塊(如FX2N-2AD、FX2N-DA等)；

●數(shù)據(jù)通信模塊(如FX2N-422-DB，F(xiàn)X2N-485-DB等)；

●高速計數(shù)器模塊(如FX2N-1HC)；

●運動控制模塊(如FX2N-1PG-E、FX2N-10GM等)。

5)相關(guān)輔助設(shè)備

(1)編程器。三菱FX2N系列PLC的專用編程器分為手持編程器和臺式編程器兩種。手持編程器只有簡單的操作鍵及小面積的液晶顯示屏，可以完成用戶程序輸入、編輯、檢索等功能，也可以在線進行系統(tǒng)程序監(jiān)控及故障檢測，簡單實用，價格低廉，是現(xiàn)場使用的好工具，但由于其體積小，顯示內(nèi)容受限，所以使用不是很方便。臺式編程器是一個裝有所需軟件的工業(yè)現(xiàn)場便攜式計算機，程序編輯、管理的功能極強，可以把它掛在可編程控制器網(wǎng)絡(luò)上，對網(wǎng)絡(luò)上的各個站點進行監(jiān)控、調(diào)試和管理，這種編程器價格較高。

三菱FX2N系列PLC的專用編程軟件有SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件等，可以編輯梯形圖和指令表，并可以在線監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行情況。

(2)文本顯示器。三菱FX2N系列PLC可以配文本顯示器，它是操作控制單元，可以在執(zhí)行程序的過程中修改某個量的數(shù)值，也可以直接設(shè)置輸入或輸出量，最多可以顯示80條信息，每條信息最多有4個變量的狀態(tài)，過程參數(shù)可以在顯示器上顯示，并可以隨時修改。

2.三菱FX2N系列PLC的編程軟元件

PLC在軟件設(shè)計中需要各種各樣的邏輯器件和運算器件，稱為編程元件。編程元件用來完成程序所賦予的邏輯運算、算術(shù)運算、定時、計數(shù)等功能。這些器件的工作方式和使用概念與硬件繼電器類似，具有線圈和常開、常閉觸點。為便于區(qū)別，稱PLC的編程元件為軟元件。

1)輸入繼電器(X)

輸入繼電器一般都有一個PLC的輸入端子與之對應(yīng)，是專門用來接受PLC外部開關(guān)信號的元件。PLC將外圍輸入設(shè)備的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成輸入接口等效電路中輸入繼電器的線圈的通電、斷電狀態(tài)，并存儲在輸入映像寄存器中。輸入繼電器線圈由外部輸入信號所驅(qū)動，只有當(dāng)外部信號接通時，對應(yīng)的輸入繼電器才得電，不能用指令來驅(qū)動，所以在程序中只能用其觸點，而不可用其線圈。由于輸入繼電器為輸入映像寄存器中的狀態(tài)，所以其觸點的使用次數(shù)不限。另外輸入繼電器的觸點只能用于內(nèi)部編程，無法驅(qū)動外部負載。

三菱FX2N系列PLC輸入繼電器的編號范圍為X000～X267(184點)。

2)輸出繼電器(Y)

輸出繼電器用來將PLC內(nèi)部程序運算結(jié)果輸出給外部負載。輸出繼電器線圈由PLC內(nèi)部程序的指令驅(qū)動，其線圈狀態(tài)傳送給輸出單元，再由輸出單元對應(yīng)的硬觸點來驅(qū)動外部負載。每個輸出繼電器在輸出單元中都對應(yīng)有唯一一個常開硬觸點，其硬觸點可以是繼電器觸點、可控硅觸點、晶體管等輸出元件。但在程序中供編程的輸出繼電器，不論是常開還是常閉觸點，都可以無數(shù)次使用。三菱FX2N系列PLC編號范圍為Y000～Y267(184點)?；締卧木幪柺枪潭ǖ?，擴展單元和擴展模塊的編號按與基本單元最近的數(shù)開始編號。

3)輔助繼電器

三菱FX2N系列PLC共有500個通用輔助繼電器，取址范圍是M0～M499。通用輔助繼電器在PLC中運行時，如果電源突然斷電，則全部線圈均為“OFF”。當(dāng)電源再次接通時，除了因外部輸入信號而變?yōu)椤癘N”的以外，其余的仍將保持“OFF”狀態(tài)，它們沒有斷電保護功能。通用輔助繼電器常在邏輯運算中作輔助運算、狀態(tài)暫存、移位等功能使用。特殊輔助繼電器用來存儲系統(tǒng)的狀態(tài)變量、有關(guān)的控制參數(shù)和信息，是具有特殊功能的輔助繼電器。特殊輔助繼電器存取的地址范圍是M8000～M8255，共256個點。常用的特殊輔助繼電器元件見表1-3-3。

4)狀態(tài)繼電器(S)

(1)初始狀態(tài)繼電器：地址范圍是S0～S9，共10個點。

(2)回零狀態(tài)繼電器：地址范圍是S10～S19，共10個點。

(3)通用狀態(tài)繼電器：地址范圍是S20～S499，共480個點。

(4)斷電保持繼電器：地址范圍是S500～S899，共400個點。

(5)報警用狀態(tài)繼電器：地址范圍是S900～S999，共100

個點。

5)定時器(T)

定時器用于時間控制，其根據(jù)設(shè)定時間值與當(dāng)前時間值的比較，使定時器觸點動作。不使用的定時器，可用作數(shù)據(jù)寄存器。定時器對PLC內(nèi)部的1ms、10ms和100ms等時鐘進行計數(shù)，并將計數(shù)值存儲于當(dāng)前時間值寄存器中，當(dāng)其數(shù)值等于或大于時間設(shè)定值寄存器中的設(shè)定值時，該定時器觸點動作。定時器的地址號見表1-3-4。

6)計數(shù)器(C)

計數(shù)器用于對X、Y、M、S、T和C等變量元件的觸點通斷次數(shù)進行計數(shù)。計數(shù)器與定時器相同，可以根據(jù)設(shè)定計數(shù)值與當(dāng)前計數(shù)值的比較結(jié)果輸出觸點信號，也可以將計數(shù)器的當(dāng)前值讀取用于控制。16位寄存器表示數(shù)值的有效范圍是－32?768～+32?767，32位寄存器表示數(shù)值的有效范圍是－2?147?483?648～+2147483647。計數(shù)器的地址號見表1-3-5。

(1)內(nèi)部計數(shù)器。內(nèi)部計數(shù)器在執(zhí)行掃描操作時對內(nèi)部信號(如X、Y、M、S、T等)進行計數(shù)。16位增計數(shù)器(C0～C199)共200點。這類計數(shù)器為遞加計數(shù)，應(yīng)用前先對其設(shè)置一設(shè)定值，當(dāng)輸入信號(上升沿)個數(shù)累加到設(shè)定值時，計數(shù)器動作，即其常開觸點閉合、常閉觸點斷開。計數(shù)器的設(shè)定值為1～32767(16位二進制)。設(shè)定值除了用常數(shù)K設(shè)定外，還可間接通過指定數(shù)據(jù)寄存器設(shè)定。

32位增/減計數(shù)器(C200～C234)共有35點，其中C200～C219(共20點)為通用型，C220～C234(共15點)為斷電保持型。

C200～C234是增計數(shù)還是減計數(shù)，分別由特殊輔助繼電器M8200～M8234來設(shè)定。對應(yīng)的特殊輔助繼電器被置為“ON”時為減計數(shù)，被置為“OFF”時為增計數(shù)。

(2)高速計數(shù)器(C235～C255)。高速計數(shù)器與內(nèi)部計數(shù)器相比，除允許輸入頻率高之外，應(yīng)用也更為靈活。高速計數(shù)器均有斷電保持功能，通過參數(shù)設(shè)定也可變成非斷電保持。三菱FX2N系列PLC有C235～C255共21點高速計數(shù)器。適合用來作為高速計數(shù)器輸入的PLC輸入端口有X000～X007。X000～X007不能重復(fù)使用，即某一個輸入端已被某個高速計數(shù)器占用，既不能再用于其他高速計數(shù)器，也不能用作它用。

7)數(shù)據(jù)寄存器(D)

(1)通用數(shù)據(jù)寄存器(D0～D199)。通用數(shù)據(jù)寄存器共200點。當(dāng)M8033為“ON”時，D0～D199有斷電保護功能；當(dāng)M8033為“OFF”時則無斷電保護功能，即當(dāng)PLC由“RUN”→

“STOP”或停電時，數(shù)據(jù)將全部清零。

(2)斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器(D200～D7999)。斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器共7800點，其中D200～D511(共312點)有斷電保持功能，可以利用外部設(shè)備的參數(shù)設(shè)定改變通用數(shù)據(jù)寄存器與有斷電保持功能數(shù)據(jù)寄存器的分配；D490～D509供通信用；D512～D7999的斷電保持功能不能用軟件改變，但可用指令清除其內(nèi)容。根據(jù)參數(shù)設(shè)定可以將D1000以上的數(shù)據(jù)寄存器作為文件寄存器。

(3)特殊數(shù)據(jù)寄存器(D8000～D8255)。特殊數(shù)據(jù)寄存器共256點。特殊數(shù)據(jù)寄存器的作用是用來監(jiān)控PLC的運行狀態(tài)，如掃描時間、電池電壓等。未加定義的特殊數(shù)據(jù)寄存器，用戶不能使用。

8)指針(P/I)

指針(P/I)包括分支和子程序用的指針(P)及中斷用的指針(I)。分支和子程序用的指針從P0～P127，共128點。中斷用的指針從I0～I8，共9點。

9)常數(shù)(K/H)

常數(shù)也作為編程元件對待，它在存儲器中占有一定的空間，十進制數(shù)用K表示，十六進制常數(shù)用H表示。

3.三菱FX2N系列PLC系統(tǒng)的組成

三菱FX2N系列PLC系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。

1)硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)由中央處理器(CPU)、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口電源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計算機等外設(shè)連接，如圖1-3-1所示。圖1-3-1PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖

(1)中央處理單元(CPU)。同一般的微機一樣，CPU是PLC的核心。

①接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。

②診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等。

③通過輸入接口接收現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中。④從存儲器逐條讀取用戶程序，經(jīng)過解釋后執(zhí)行。

⑤根據(jù)執(zhí)行的結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容，通過輸出單元實現(xiàn)輸出控制。有些PLC還具有制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。

(2)存儲器。存儲器主要有兩種：一種是可讀/寫操作的隨機存儲器RAM，另一種是只讀存儲器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。在PLC中，存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。

①系統(tǒng)程序：由PLC的制造廠家編寫的，與PLC的硬件組成有關(guān)，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能，提供PLC運行的平臺。系統(tǒng)程序由制造廠家直接固化在只讀存儲器ROM、PROM或EPROM中，用戶不能訪問和修改。②用戶程序：隨PLC的控制對象而定的，由用戶根據(jù)對象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應(yīng)用程序。為了便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存儲于CMOS靜態(tài)RAM中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時不會丟失信息。為了防止干擾對RAM中程序的破壞，當(dāng)用戶程序經(jīng)過運行正常，不需要改變時，可將其固化在只讀存儲器EPROM中?，F(xiàn)在有許多PLC直接采用EEPROM作為用戶存儲器。③工作數(shù)據(jù)：是PLC運行過程中經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)，存放在RAM中，以適應(yīng)隨機存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲器中，設(shè)有存放輸入/輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等邏輯器件的存儲區(qū)，這些器件的狀態(tài)都是由用戶程序的初始設(shè)置和運行情況而確定的。根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在掉電時用后備電池維持其現(xiàn)有的狀態(tài)，這部分在掉電時可保存數(shù)據(jù)的存儲區(qū)域稱為保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)。

(3)輸入/輸出單元。輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件。PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控制對象進行控制的依據(jù)；同時PLC又通過輸出接口將處理結(jié)果傳送給被控制對象，以實現(xiàn)控制目的。由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O接口要實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。I/O接口一般都具有光電隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力。另外，I/O接口上通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于維護。

PLC提供了多種操作電平和驅(qū)動能力的I/O接口，有各種各樣功能的I/O接口供用戶選用。I/O接口的主要類型有：數(shù)字量(開關(guān)量)輸入、數(shù)字量(開關(guān)量)輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。

常用的開關(guān)量輸入接口按其使用的電源不同有三種類型：直流輸入接口、交流輸入接口和交/直流輸入接口。常用的開關(guān)量輸出接口按輸出開關(guān)器件的不同有三種類型：繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出。繼電器輸出接口可驅(qū)動交流或直流負載，但其響應(yīng)時間長，動作頻率低；晶體管輸出和雙向晶閘管輸出接口的響應(yīng)速度快，動作頻率高，但前者只能用于驅(qū)動直流負載，后者只能用于驅(qū)動交流負載。

PLC的I/O接口所能接收的輸入信號個數(shù)和輸出信號個數(shù)稱為PLC輸入/輸出(I/O)點數(shù)。I/O點數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一。當(dāng)系統(tǒng)的I/O點數(shù)不夠時，可通過PLC的I/O擴展接口對系統(tǒng)進行擴展。

(4)通信接口。PLC配有各種通信接口，這些通信接口一般都帶有通信處理器。PLC通過這些通信接口可與監(jiān)視器、打印機、其他PLC、計算機等設(shè)備實現(xiàn)通信。

(5)智能接口模塊。智能接口模塊是一個獨立的計算機系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲器以及與PLC系統(tǒng)總線相連的接口。它作為PLC系統(tǒng)的一個模塊，通過總線與PLC相連進行數(shù)據(jù)交換，并在PLC的協(xié)調(diào)管理下獨立地進行工作。

PLC的智能接口模塊種類很多，如高速計數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運動控制模塊、中斷控制模塊等。

(6)編程裝置。編程裝置的作用是編輯、調(diào)試、輸入用戶程序，也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進行人機對話。它是開發(fā)、應(yīng)用、維護PLC不可缺少的工具。編程裝置可以是專用編程器，也可以是配有專用編程軟件包的通用計算機系統(tǒng)。

(7)電源。PLC的電源是指把外部供應(yīng)的交流電源經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC內(nèi)部的CPU、存儲器和I/O接口等電路工作所需要的直流電源的電路或電源模塊。

(8)外圍設(shè)備接口及特殊模塊。外圍設(shè)備接口是可編程控制器主機實現(xiàn)人機對話、機機對話的通道。通過它，可編程控制器可以和編程器、彩色圖形顯示器、打印機等外圍設(shè)備相連，也可以與其他可編程控制器或上位計算機連接。

2)軟件系統(tǒng)

(1)系統(tǒng)程序。系統(tǒng)程序由生產(chǎn)廠家設(shè)計，由管理程序(運行管理、生成用戶元件、內(nèi)部自檢)、用戶指令解釋程序、編輯程序、功能子程序以及調(diào)用管理程序組成。它和PLC的硬件系統(tǒng)相結(jié)合，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序的調(diào)用管理、邏輯運算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能，提供了PLC運行的平臺。

(2)用戶程序。PLC的用戶程序是用戶利用PLC廠家提供的編程語言，根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場的控制目的來編制的程序。它存儲在PLC的用戶存儲器中，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的不同控制要求，對原有的應(yīng)用程序進行改寫或刪除。用戶程序包括開關(guān)量邏輯控制程序、模擬量運算程序、閉環(huán)控制程序和操作站系統(tǒng)應(yīng)用程序等。

4.三菱編程軟件的安裝

(1)找到FX-PCS/WIN-C的安裝源程序,雙擊“SETUP32.EXE”,屏幕將會彈出“設(shè)置”對話框，如圖1-3-2所示。圖1-3-2“設(shè)置”對話框準(zhǔn)備工作完成后，將進入FX-PCS/WIN-C的設(shè)置程序?qū)υ捒?，如圖1-3-3所示。圖1-3-3設(shè)置程序?qū)υ捒?/p>

(2)單擊“下一個”按鈕，彈出“用戶信息”對話框，在該對話框中輸入相關(guān)的用戶信息，如圖1-3-4所示。圖1-3-4“用戶信息”對話框

(3)單擊“下一個”按鈕，彈出“選擇目標(biāo)位置”對話框，如圖1-3-5所示。圖1-3-5“選擇目標(biāo)位置”對話框單擊“下一個”按鈕，F(xiàn)X-PCS/WIN-C將安裝到系統(tǒng)設(shè)置的目標(biāo)目錄“C:\FXGPWIN”中。如果需要改變目標(biāo)目錄，單擊“瀏覽”按鈕，屏幕將會彈出“選擇目錄”對話框，如圖1-3-6所示。分別在“驅(qū)動器”和“目錄”中選擇安裝目標(biāo)驅(qū)動器和目錄，此處選擇的安裝驅(qū)動器和目錄是“d:\FXGPWIN”，然后單擊“確定”按鈕。圖1-3-6“選擇目錄”對話框

(4)選擇好安裝目錄后，單擊“下一個”按鈕，彈出“選擇程序文件夾”對話框，如圖1-3-7所示，選擇“程序文件夾”也就是選擇程序圖標(biāo)的安裝位置。為了方便文件的管理，這一步最好采用系統(tǒng)默認的設(shè)置。圖1-3-7“選擇程序文件夾”對話框

(5)單擊“下一個”按鈕，彈出“開始復(fù)制文件”對話框，如圖1-3-8所示。在這個對話框中，會顯示前幾步的設(shè)置，如安裝目錄以及用戶信息等。如果需要改變的話，可單擊“后退”按鈕重新設(shè)置，確認無誤后再進行下一步操作。圖1-3-8“開始復(fù)制文件”對話框

(6)單擊“下一個”按鈕，將進入軟件的安裝過程。這個過程大概需要幾秒鐘時間。安裝完成后會彈出一個“信息”對話框，如圖1-3-9所示，單擊“確定”按鈕，完成整個軟件安裝操作。同時系統(tǒng)會自動彈出一個窗口，如圖1-3-10所示，即前面所說的“程序文件夾”。其中圖標(biāo)是執(zhí)行程序的圖標(biāo)。雙擊該圖標(biāo)將進入SWOPC-FXGP/WIN-C工作界面。圖1-3-9安裝完成確認“信息”對話框圖1-3-10程序文件夾窗口

5.編程軟件的使用

三菱FX系列PLC的編程軟件SWOPC-FXGP/WIN-C能對包括FX2N等多種機型進行梯形圖、指令表和SFC編程，并能自由地進行切換。該軟件還可以對程序進行編輯、改錯及核對，并可將計算機屏幕上的程序?qū)懭隤LC中，或從PLC中讀取程序。該軟件還可對運行中的程序進行監(jiān)控和在線修改等。

1)進入編程軟件界面

該軟件的啟動通常采用兩種方式：一是雙擊桌面上的FXGP/WIN-C編程軟件的快捷圖標(biāo)；二是單擊“開始”→“程序”→“MELSEC-FFXApplications”→“FXGP/WIN-C”，打開FXGP/WIN-C編程軟件的編輯界面，如圖1-3-11所示。圖1-3-11FXGP/WIN-C編程軟件的編輯界面

2)新建一個用戶程序

單擊“文件”菜單中的“新文件”命令，如圖1-3-12所示，創(chuàng)建一個新的用戶程序，在彈出的“PLC類型設(shè)置”對話框中選擇PLC的型號，如圖1-3-13所示。然后單擊“確認”按鈕，此時屏幕的顯示如圖1-3-14所示，進入程序編輯界面。圖1-3-12創(chuàng)建新的用戶程序圖1-3-13“PLC類型設(shè)置”對話框

圖1-3-14程序編輯界面

3)輸入元件

將光標(biāo)(深藍色矩形框)放置在預(yù)置元件的位置上，然后單擊“工具”→“觸點”，或單擊功能圖欄中圖標(biāo)(觸點)或

(線圈)，彈出“輸入元件”對話框，在其中輸入元件號，如“X1”、“X2”等，如圖1-3-15所示。定時器T和計數(shù)器C的元件號和設(shè)定值用空格符隔開，也可以直接輸入應(yīng)用指令，指令助記符和各操作數(shù)之間用空格符隔開，如圖1-3-16所示。圖1-3-15“輸入元件”對話框圖1-3-16應(yīng)用指令輸入

4)連線和刪除

(1)水平方向連線和刪除。將光標(biāo)放置在預(yù)放置水平方向連線處，然后單擊“工具”→“連線”→“—”(或單擊功能圖欄中圖標(biāo))。刪除水平方向連線的方法：將光標(biāo)選中準(zhǔn)備刪除的水平方向連線，然后單擊鼠標(biāo)右鍵，在下拉菜單中單擊“剪切”(或直接按鍵盤上的“Delete”鍵)。

(2)垂直方向連線和刪除。將光標(biāo)放置在預(yù)放置垂直方向連線的右上方，然后單擊“工具”→“連線”→“∣”(或單擊功能圖欄中圖標(biāo))。刪除垂直方向連線的方法：將光標(biāo)選中準(zhǔn)備刪除的垂直方向連線的右上方，然后單擊“工具”→“連線”→

“刪除”(或單擊功能圖欄中圖標(biāo))。

5)程序的轉(zhuǎn)換

在編寫程序的過程中，單擊“工具”→“轉(zhuǎn)換”(或單擊工具欄中圖標(biāo))，可以對已經(jīng)編寫的梯形圖進行語法檢查，如果沒有錯誤，就將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令格式并存放在計算機中，同時梯形圖編程界面由灰色變成白色。如果出錯，將提示“梯形圖錯誤”。

6.工程的下裝

首先，將PLC主機的“RUN/STOP”開關(guān)撥到“STOP”位置，或單擊“PLC”→“遙控運行/停止”→“停止”→“確認”。然后單

擊“PLC”→“傳送”→“寫出”，彈出“PC程序?qū)懭搿贝翱?，如圖

1-3-17所示。選擇“范圍設(shè)置”，寫入范圍比實際程序步數(shù)略大，從而減少寫入時間。圖1-3-17“PC程序?qū)懭搿贝翱?/p>

7.工程調(diào)試

在SWOPC-FXGP/WIN-C編程環(huán)境中，可以監(jiān)控各軟元件的狀態(tài)，還可以通過強制執(zhí)行改變軟元件的狀態(tài)，這些功能主要在“監(jiān)控/測試”菜單中完成，其界面如圖1-3-18所示。圖1-3-18監(jiān)控/測試菜單界面將編輯好的程序下載到PLC后，將PLC主機的“RUN/STOP”開關(guān)撥到“RUN”位置，或者單擊編輯編程界面“PLC”→“遙控運行/停止”→“運行”→“確認”，PLC將開始運行程序。如果單擊“PLC”→“遙控運行/停止”→“停止”→“確認”，PLC將被強制停止運行。

五、實操考核

實操考核辦法及標(biāo)準(zhǔn)見表1-3-6。六、注意事項

(1)?PLC實際接線時，確認PLC的電源類型與供電電源類型一致。

(2)良好的接地是保證可編程控制器(PLC)可靠工作的重要條件，可