第四章 开关量逻辑控制

智能仪器原理与设计------第4章开关量信号的输入输出第四章开关信号的输入/输出1．开关和开关量信号的区别？开关是一种有二个可选择的、有固定位置的装置，主要用于向单片机输入电平信号。

开关量信号就是通过拨动开关的位置，使单片机得到的一个固定不变的电平信号。

在智能仪器中用于向单片机输入控制命令或数据，开关信号可以通过机械式开关、电子式开关、温度开关等方式产生。

2．开关量信号的特点是什么？只有开和关、通和断、高电平和低电平两种状态的信号叫开关量信号，在智能仪器的电子电路中，通常用二进制数0和1来表示。

1智能仪器原理与设计------第4章开关量信号的输入输出3．开关量信号的作用？开关量输入、输出部分是智能仪器与外部设备的联系部件，智能仪器通过接受来自外部设备的开关量输入号和向外部设备发送开关量信号，实现对外部设备状态的检测、识别和对外部执行元器件的驱动和控制。

4．常见电子开关都有哪些？常见电子开关有：扳键开关、BCD码拔盘开关、磁性开关、光敏器件开关（光电开关、光纤开关等）、温度超限开关。

5.电子开关的缺点是什么？如何解决该缺点？由于外部装置输入的开关量信号的形式一般是电压、电流和开关的触点，这些信号经常会产生瞬时高压、过电流或接触抖动等现象。

因此为使信号安全可靠，在输入到单片机之前必须接入信号输人电气接口电路，对外部的输入信号进行滤波、电平转换和隔离保护等。

2智能仪器原理与设计------第4章开关量信号的输入输出外界的开关量信号在一般情况下可直接连入以单片机为核心的智能仪器中。

但当外界的开关量信号的电平幅度与单片机I／O端口的信号电平不相符时（由于这些电平信号功率有限，加上外界还存在各种干扰和影响），应在电平转换后(采用各种缓冲、放大、隔离和驱动电路等措施），再输入到单片机的I／O端口上。

34.1开关量信号的输入开关量信号和单片机的电气接口有TTL电平、CMOS 电平、非标准电平、开关或继电器的触点等，请说明TTL电平和CMOS电平的特征？4TTL电平（晶体管-晶体管逻辑电平）,通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。

B.2 参考答案1．PLC的全称为：Programmable Logic Controller。

PLC的定义： PLC是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制技术以及通讯技术发展起来的新一代工业自动化控制装置。

它采用可编程序存储器，来存贮和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数及算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出方式，控制各种类型的机械或生产过程，是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算的电子系统。

2．执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数及算术运算等操作，通过数字式或模拟式的输入和输出方式，控制各种类型的机械或生产过程。

3．PLC的特点：（1）性能稳定可靠，抗干扰能力强（2）功能完善（3）通用性好，应用灵活（4）编程简单，手段多，控制程序可变（5）接线简单（6）监视功能强（7）速度快（8）体积小，重量轻，功耗低4．PLC的应用范围：（1）开关量逻辑控制（2）运动控制（3）闭环过程控制（4）数据处理（5）通讯及联网5．接线逻辑是指纯粹依靠继电器电路来完成对电器设备控制的逻辑控制方式；而存储逻辑则是依据存储程序的变化来完成对电器设备控制的逻辑控制方式。

两者的最大差别就在于：接线逻辑在控制改变，改造控制系统时需要大量地变动硬件接线，而存储逻辑在控制改变，改造控制系统时则不需要做如此多的接线变动。

6．继电接触器控制系统是以继电器、接触器、按钮、行程开关等等电器元件构成的，它依据线圈吸合时，常闭触点先打开，常开触点后闭合的工作方式进行工作。

PLC系统和继电器控制系统的相同点在于：他们都可以完成对控制电路的控制作用，都是电器设备的常用控制方式，并且PLC系统是在对继电器控制系统改造后得到的。

PLC系统和继电器控制系统的主要不同点在于：他们的工作控制方式不同，继电接触器控制系统依据线圈吸合时，常闭触点先打开，常开触点后闭合的工作方式进行工作。

而PLC系统则依据循环扫描顺序执行的工作方式工作。

第4章习题及答案
1．PLC常用的编程语言有哪些？各有哪些特点？
常见的PLC的编程语言有LAD（梯形图）、STL（语句表）、FBD（功能块图/逻辑功能图）、顺序功能图（SFC）等。

梯形图（LAD）编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。

PLC 的梯形图与继电器控制系统的梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有区别。

梯形图具有形象、直观、简单明了、易于理解的特点，特别适用于开关量逻辑控制，是所有编程语言的首选。

语句表（STL）编程语言类似于计算机中的助记符语言，它是PLC最基础的编程语言。

一般来说，语句表编程适合于熟悉PLC和有经验的程序员使用。

功能块图是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言。

该编程语言用类似“与门”、“或门”的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号自左向右运动。

顺序功能图（SFC）又称状态转移图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计PLC顺序控制程序的一种有力工具。

顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言，可以供进一步的设计和不同专业的人员之间进行技术交流用。

2．按步输入图4-25梯形图程序。

1）将T37设定值PT改为50，下载并监控程序的运行。

2）采用“状态表”监控T37、M0.0、Q0.0状态。

3）打开STEP7-Micro/WIN，在“系统块”中将PLC端口0的波特率修改为19.2kbps，再次下载并监控程序的运行。

1）
2）
3）。

开关量及其逻辑关系
开关量是指只有两种状态的物理量，通常表示为高电平（1）和低电平（0）。

例如，电路中的开关、传感器的开关输出、数字信号等都是开关量。

在逻辑控制系统中，开关量具有重要的作用。

逻辑关系是指开关量之间的逻辑联系，包括“与”、“或”、“非”等逻辑运算。

常见的逻辑关系如下：
1. “与”逻辑关系：当多个开关量同时满足条件时，该逻辑关系成立。

例如，“所有的灯都要亮”需要同时满足各个灯的开关量都为高电平。

2. “或”逻辑关系：当多个开关量只有一个满足条件时，该逻辑关系成立。

例如，“任意一个开关打开都能使电风扇工作”需要只要有一个开关量的状态为高电平即可。

3. “非”逻辑关系：表示否定某个开关量的状态，例如，“当门没有关上时，就不能启动电梯”。

以上逻辑关系在逻辑控制系统中都有广泛应用，能够实现各种自动化控制功能。

例如在自动化生产线中，通过检测多个传感器的开关量状态，实现机器的自动化调节及报警功能。

常州轻工职业技术学院电子电气工程系毕业设计常州轻工职业技术学院题 目 PLC 与变频器多段速度控制系统的设计姓 名学 号 1036623116班 级 10自动试点班指导教师职 称 副 教 授日 期 2013年5月毕业设计(论文)说明书中文摘要本文主要简介了可编程控制器与变频器在现代工业调速方面的应用。

着重讲解了多段调速的使用。

硬件上使用的是三菱可编程控制器中的FX3U-48M和三菱变频器。

如今，变频调速已被公认为是最理想、最有发展前途的调速方式之一，采用变频器构成变频调速传动系统能满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求。

变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，因而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。

变频调速器调速不仅操作方便，故障率低，且节能效果明显，优于调压调速、变级调速、滑差调速、串级调速、整流子调速和液力偶合器调速等。

并且变频调速在电动机运行时很容易实现电动机的正、反转。

只需要改变变频器内部逆变管的开关顺序，即可实现输出换相，也不存在因换相不当而烧毁电动机的问题。

通过可编程控制器来控制变频器调速，是现代工业应用最为广泛的调速方法之一，所以本文主要研究的就是通过可编程控制器来控制变频器改变交流电机供电的频率和幅值，从而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。

关键词：可编程控制器，变频器，工业调速，变频调速ABSTRACTThis paper mainly introduces the programmable controller and inverter in modern industrial control on multiple segments hardware is used on Mitsubishi programmable controller in FX3U-48M and Mitsubishi , VVVF has been recognized as the most ideal, the most promising control one way, using PLC variable frequency speed control system can meet the needs of improving labor productivity, improve product quality, improve the degree of automation equipment, improve the quality of life and improve the living environment and other requirements.Inverter AC motor power supply is used to change the frequency and amplitude, and thus change its motion magnetic cycle, so as to achieve the smooth control of motor speed conversion speed governor has the advantages of convenient operation, low failure rate, and has obvious energy-saving effect, better than the voltage regulating speed, variable speed control, slip control, cascade control, speed control and hydraulic coupler speed variable frequency speed regulation in the motor run time is easy to achieve the motor is, need to change the frequency converter inverter tube inside the switching sequence, you can achieve the output exchange phase, there is no improper burning of the electric motor by phase change problems.Through the programmable controller to control the frequency converter, is a modern industrial application is most wide speed regulation method, so this paper mainly studies is that through the programmable controller to control the frequency converter to change the frequency and amplitude of the AC motor power supply, so as to change the moving magnetic field cycle, so as to achieve the smooth control of motor speed to.Keywords:Programmable controller, inverter, industrial control, variable frequency speed regulation目录第一章概述 (6)课题背景 (6)PLC的发展历程 (6)PLC的分类 (6)PLC的应用领域 (8)变频器基本原理与应用 (8)课题的目的和意义 (9)课题的目的 (9)课题的意义 (11)课题任务及要求 (11)课题的主要任务 (12)课题的主要要求 (12)第二章设计内容简介 (13)课题目前研究及应用现状 (13)设备的结构分析 (13)第三章PLC实现的过程 (15)工作流程 (15)工作过程叙述 (15)工作过程示意图 (15)PLC的I/O分配表 (15)PLC控制的设备清单及原理图 (17)元器件设备清单 (17)PLC控制的原理图 (17)梯形图及程序指令表 (18)梯形图 (18)程序指令表 (23)第四章控制装置的柜屛设计及安装调试 (27)元件安装图 (27)控制柜与操作屏设计图 (28)参考文献 (30)致谢 (31)第一章概述课题背景可编程逻辑控制器，英文称Programmable Logic Controller，简称PLC，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，PLC由CPU，存储器、I/0接口、内嵌的精简高效操作系统组成。

《计算机控制技术》复习资料一、填空题1、计算机控制是自动控制发展中的（高级）阶段，是自动控制的（重要分支）。

2、计算机在信息处理、（逻辑分析）、决策判断、（输入输出）管理等各个方面显示出突出的优点。

3、计算机控制系统利用计算机的（硬件）和（软件）代替自动控制系统的控制器。

4、自动控制是指在（没有人）直接参与的前提下，应用（控制装置）自动地、有目的地控制或操纵机器设备或生产过程，使他们具备相应的功能。

5、在控制系统中如果给定值是（恒定不变）的，则此系统称为（定值）控制系统。

6、若系统控制（变量）的变化规律为已知函数，并被事先确定，则此类控制为（程序）控制系统。

7、广义上说系统的给定信号和扰动都可以看作是系统外作用信号，给定信号（决定）着系统输出量的变化；而扰动则（破坏）给定信号对系统输出量的控制。

8、计算机控制过程是在（外部）作用下使系统由一个平衡或稳定状态过渡到另一个（平衡或稳定）状态的过程，称为瞬态过程或系统响应。

9、自动控制的瞬态过程有两种典型形式，一种是（收敛）的，对应的系统运行是稳定的；另一种是（发散）的，对应的系统是不稳定的。

10、在计算机控制系统中为了达到控制目标，可以采用（模拟）化设计方法和（离散）化设计方法来设计控制器。

11、工业控制计算机是一种面向工业控制、采用标准（总线）技术和开放式( 体系)结构的计算机。

12、计算机各功能模板之间的内部总线可以分为：（数据）总线、( 地址)总线、控制总线、电源总线。

13、外部总线是计算机与计算机或计算机与其他（智能）设备之间进行( 通信)的连线。

14、典型的工业控制计算机IPC应具备抗（电磁）干扰、防震、防潮、( 耐高温)等性能。

15、可编程序控制器是（继电器）逻辑控制系统与( 微型)计算机技术相结合的产物。

16、大多数PLC采用继电控制形式的（梯形图）编程方式，继承了传统(控制)线路的清晰直观容易掌握。

17、整体式的（PLC）把电源、CPU、内存、I/O系统都( 集成)在一个小箱体内构成一台完整的PLC。

摘要随着工业自动化水平日益提高，众多工业企业均面临着传统生产线的改造和重新设计问题。

PLC（可编程序控制器）是以微处理器为核心的工业控制装置，它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用。

作为通用工业控制计算机，其实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃，在世界工业控制中发挥着越来越重要的作用。

本文介绍了PLC 在饮料灌装流水线中的应用，给出了详细的程序设计过程。

利用PLC控制饮料灌装生产过程，可有效提高灌装生产效率，并显著增加控制系统的可靠性和柔性。

在现代生产生活中，自动化的应用越来越多，通过PLC实现智能控制可以在工厂生产中节省很多的人力物力。

在饮料罐装生产线上用PLC控制罐装，同时做统计工作，可大大提高工厂的自动化水平。

饮料罐装生产线上也需要自动化提高生产效率。

本文主要介绍的是PLC 的饮料灌装生产流水线的控制系统的设计。

通过PLC实现智能控制可以在工厂生产中节省很多的人力物力。

在饮料罐装生产线上用PLC控制罐装，同时做统计工作，可大大提高工厂的自动化水平。

所设计该系统最终能够实现以下功能：该系统主要运用了PLC、传感器、继电器、加法器、行程开关等器件，利用PLC良好的自动控制性能，提高生产效率，能够实现饮料罐装生产过程的无人控制。

该控制系统可节省大量电气元件、导线与原材料,缩短设计周期,减少维修工作量, 提高加工零件合格率,进而提高生产率，而且程序调整修改方便灵活，提高了设备的柔性和灵活性。

具有整体技术经济效益。

目录第一章可编程控制器概述 11.1 PLC的定义 (1)1.2 PLC的组成 (1)1.3 可编程控制器的分类和发展 (2)1.4 PLC的功能 (2)1.5PLC的应用范围 (2)第二章任务及相关设计方案42.1任务的分析 (4)2.2硬件设计方案 (4)2.3软件设计方案 (5)2.4经验设计方法 (5)2.5逻辑设计方法 (5)第三章元器件的选择 63.1 电动机的选择 (6)3.2 断路器选用原则 (7)3.3 接触器的选型 (7)3.4 热继电器的选型 (7)3.5行程开关电器、熔断器的选型 (8)3.6传感器的选型 (8)3.7红外发光二极管选型 (9)第四章流水线灌装的工作原理9第五章系统硬件电路的实现115.1系统硬件结构图 (11)5.2电控系统与原理图设计 (11)第六章PLC控制部分硬件设计126.1 PLC设计 .......................................................................... 错误!未定义书签。

任务1.1思考与练习参考答案1. 答：开关量仅有两种相反的工作状态,例如高电平和低电平,继电器线圈的通电和断电,触点的接通和断开。

模拟量是连续变化的物理量,例如电压,温度,压力和转速等，PLC不能直接处理模拟量,需要用A/D转换器将模拟量转换为数字量输入到PLC。

2. 答：开关量的逻辑控制如注塑机、订书机械、印刷机、磨床、组合机床、包装生产线、电镀流水线等。

模拟量控制如温度、压力、流量、液位和速度等都是许多连续变化的量，对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制就是模拟量过程控制。

3. 答：PLC是专门用于工业控制的产品，可靠性高，抗干扰性强，不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，质量有保证，编程软件正朝标准化方向迈进，这正是PLC获得广泛应用的基础。

对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC方案是明智、快捷的途径，成功率高，可靠性好，开发方便，但成本较高。

单片机是一种集成电路，可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都有，单片机应用系统功能千差万别，质量参差不齐，学习、使用和维护都很困难。

对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。

4. 答：“可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逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，来控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则而设计。

”5. 答：随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，PLC已经经历了四代的发展，由最初一位机发展到现在的以16位和32位微处理器构成的微机化PC，而且实现了多处理器的多通道处理。

如今，PLC技术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PLC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。