基于plc的温度和湿度检测和显示(毕业设计)

基于plc的温度和湿度的检测和显示马超机械电子工程学院测控技术与仪器专业2007级指导老师：魏绍亮摘要本论文主要讲述了基于西门子S7-200系列可编程控制器〔PLC〕为主要的控制元件，实现对环境的温度和湿度进行实时检测和显示，并同时实现对时间进行显示和校正等功能的显示装置的设计方法。本设计的传感器局部采用集成温度和湿度传感器，集成传感器具有功能强、精度高、响应速度快、体积小、微功耗、价格低、适合远距离传输信号等特点。集成传感器的外围电路简单，具有较高的性价比。经过选择集成温度传感器采用电压输出式单片精密集成温度传感器LM35系列产品；集成湿度传感器选择线性电压输出式集成湿度传感器HM1500，它的主要特点是采用恒压供电、内置放大电路、能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号、响应速度快、重复性好、抗污染能力强。显示局部采用LED七段码进行显示，本装置一共使用了十七个LED数码管进行显示，能够同时显示当时环境的温度、湿度和时间，还可以显示年月日等信息，并能实现当环境的温湿度超过一定范围时进行报警的功能。关键词：；；；TheDesignofDetectionandDisplayabouttheTemperatureandHumidityBasedonPLCMaChaoGrade2007Instructor:WeiShaoLiangAbstractThispapermainlybasedonSiemensS7-200seriesprogrammablecontroller(PLC)forthecontrolofthemaincomponentsrealizetheenvironmentaltemperatureandhumidityforreal-timedetectionanddisplay,andtosimultaneouslyachieverighttimeandcalendarsetupfordisplayandfunctiondisplaydevicesdesignmethods.Thedesignofthesensorusingintegratedtemperatureandhumiditysensors,sensorintegrationwithfunctionalandhighaccuracy.Fastresponse,smallsize,verylow-power,lowprice,suitableforlong-distancesignaltransmissioncharacteristics.Integratedsensorexternalcircuitissimpleandlowcostandhighperformance.Selectedintegratedtemperaturesensoroutputvoltageprecision-integratedsingle-chiptemperaturesensorLM35seriesofproducts;Integratedhumiditysensoroptionlinearvoltage-outputintegratedhumiditysensorsHM1500.Itsmainfeatureistheconstantvoltagepowersupply,abuilt-inamplifier,canbeoutputwiththerelativehumidityistheratiobetweenthevoltagelevelsignalvoltage,fastresponseandgoodreproducibility,anti-pollutioncapability.LEDusedinsomeofthedisplaycodeinparagraph107,thedeviceusedatotalof17LEDdigitaltubes,canalsoshowedthatenvironmentaltemperature,humidityandtime,canalsodisplayinformationsuchasthedate,andtheenvironmentcanbeachievedwhenthetemperatureandhumidityofmorethanacertainscopeforalarmfunctions.Keywords:PLC;Temperaturesensor;Humiditysensor;LEDdisplaydevices目录摘要IAbstractII目录III第一章引言11.1课题的背景和意义1第二章系统简介及方案论证22.1系统设计主要技术指标与参数22.2设计方案的论证2第三章可编程控制器概述53.1PLC的系统组成与工作原理53.1.1PLC的组成结构53.1.2PLC的扫描工作原理53.1.3PLC的常用指令63.1.4创立子程序163.2PLC的开展趋势18第四章系统的硬件方案与设计204.1传感器的选型与设计204.1.1集成温度传感器介绍与选型204.1.2集成湿度传感器介绍与选型234.2PLC的选型与模块配置274.2.1PLC的选型原那么274.2.2本系统中可编程序控制器的选取及其特点284.3显示方案的设计354.3.1与LED显示相关的知识354.3.2显示方案的设计364.4工作电源局部40第五章系统软件设计425.1显示系统主程序425.1.1温度读入子程序425.1.2湿度读入子程序435.1.3显示子程序445.1.4实时时钟指令455.2程序清单46结论47参考文献49致谢34附录501.主程序梯形图及指令表502.时钟初始化子程序0梯形图及指令表533.实时时钟读入子程序1梯形图及指令表544.温度读入子程序2梯形图及指令表585.湿度读入子程序3梯形图及指令表636.显示子程序4梯形图及指令表657.中断0〔调时闪〕梯形图及指令表678.中断1〔报警闪〕梯形图及指令表68第一章引言1.1课题的背景和意义温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工业生产中最常见最根本的工艺参数，例如机械、电子、石油、化工等各类工业中广泛需要对温度、湿度的检测与控制。并且随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注，而空气中温湿度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的影响，所以对温度、湿度的检测及控制就非常有必要了。总之，环境温湿度的检测与调节仪器的设计和开发具有非常大的市场前景和实用价值。本设计是基于西门子S7-200系列PLC为主要控制元件进行设计的，可编程控制器〔PLC〕是综合了计算机技术、自动控制技术的一种新型的、通用的自动控制装置。它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便，易于编程及适应工业环境下应用等一系列优点，近年来的工业自动化、机电一体化、传统产业技术等方面应用越来越广，成为现代工业控制三大支柱之一。PLC的最终目标是用于实践，提高生产力。如今，应用PLC已经成为世界潮流，PLC将在我国得到更全面的推广应用。本文主要介绍了对环境的温湿度进行检测和显示装置的设计方法。此装置不仅可以显示环境的温湿度，还可以进行年、月、日、时、分、秒的显示。随着工业化程度的不断提高，人们的时间观念越来越强，因此对时间及年月日的显示也是非常必要的，有比拟大的现实意义。第二章系统简介及方案论证2.1系统设计主要技术指标与参数1、能够比拟精确地实现对环境温度的检测，测温范围-25℃～85℃，可以提供±1/4℃2、能够较精确地实现对环境湿度的检测，测量湿度范围为(0%～100%)RH。3、能实现环境温湿度的同时显示，并能实现温湿度的报警。4、能够实现年、月、日、时、分、秒的显示，同时能进行任何时候数值的校正。5、设计出传感器的接线电路，显示器的连接电路，PLC接线图，梯形图，指令表及元器件的选择与计算。6、用DXP画图软件画出整张电路图。2.2设计方案的论证温度传感器湿度传感器按钮开关PLC显示装置PLC与其他微型计算机相比,更适于在恶劣的工业环境中运行,且数据处理功能大大增强,具有强大的功能指令，编程也极为方便简单编程指令具有模块化功能,能够解决就地编程、监控、通讯等问题。PLC的梯形图语言清晰、直观、可读性强,易于掌握.温度传感器湿度传感器按钮开关PLC显示装置图2.1系统总原理框图PLC的主要优点可概括如下:1、高可靠性(1)所有的输入接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。(2)各个输入端口均采用RC滤波器，其滤波时间常数一般为10～20ms。(3)各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。(4)采用性能优良的开关电源。(5)对采用的器件进行严格的筛选。(6)良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。2、丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如:交流或直流;开关量或模拟量;电压或电流;脉冲或电位;强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如:按钮;行程开关;接近开关;传感器及变送器;电磁线圈;控制阀等直接连接。另外，为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块;为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块等等。3、采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4、编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5、安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。6、兼容性强，可操作度高PLC系统硬件全面，可与多种器件搭配使用，如TD200文本显示器、VOP系列人机界面，各种温度、压力、湿度传感器。这使得其功能无比强大，可以针对任何问题做出实物系统。第三章可编程控制器概述3.1PLC的系统组成与工作原理3.1.1PLC的组成结构PLC本质上是一台用于控制的专用计算机，因此它与一般的控制机在结构上有很大的相似性。PLC的主要特点是能力，也就是说，它的根本结构主要是围绕着适宜于过程控制的要求来进行设计的。按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类。整体式PLC是将中央处理单元(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。另外还有独立的I/O扩展单元与主机配合使用。主机中，CPU是PLC的核心，I/O单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路，通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能I/O单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。装有CPU单元的底板称为CPU底板，其它称为扩展底板。CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过10m。3.1.2PLC的扫描工作原理与其它计算机系统相同，PLC的CPU采用分时操作原理，每一时刻执行一个操作，随时间顺序执行各个操作。这种分时操作进程称为CPU对程序的扫描。PLC上电后，首先进行初始化，然后进入循环工作过程。一次循环可归纳为五个工作阶段，各阶段完成的任务如下：·公共处理。复位监控定时器(WDT)，进行硬件检查，用户内存检查等。检查正常后，方可进行下面的操作。如果有异常情况，那么根据错误的严重程度发出报警或停止PLC运行。·I/O刷新。输入刷新时，CPU从输入电路中读出各输入点状态，并将此状态写入输入映象存放器中;输出刷新时，将输出继电器的元件映象存放器的状态传送到输出锁存电路，再经输出电路隔离和功率放大，驱动外部负载。·执行用户程序。在程序执行阶段，CPU按先左后右，先上后下的顺序对每条指令进行解释、执行，CPU从输入映象存放器和输出映象存放器中读出各继电器的状态，根据用户程序给出的逻辑关系进行逻辑运算，运算结果再写入输出映象存放器中。·外设端口效劳。完成与外设端口连接的外围设备(如编程器)或通讯适配器的通信处理。3.1.3PLC的常用指令ASCII码转换指令有效的ASCII码字符为十六进制的30到39和41到46。在ASCII码和十六进制数之间相互转换ASCII码转十六进制数指令〔ATH〕将一个长度为LEN从IN开始的ASCII码字符串转换成从OUT开始的十六进制数。十六进制数转ASCII码指令〔HTA〕将从输入字节IN开始的十六进制数，转换成从OUT开始的ASCII码字符串。被转换的十六进制数的位数由长度LEN给出。能够被转换的ASCII码字符串或者十六进制数的最大数量为255。有效ASCII码输入有效的ASCII码输入字符是0到9的十六进制数代码值30到39，和大写字符A到F的十六进制数代码值41到46这些字母数字字符。使ENO=0的错误条件：HSM1.7〔非法的ASCII码〕只对ATH有效H0006〔间接寻址〕H0091〔操作数超出范围〕受影响的SM标志位：HSM1.7〔非法的ASCII码〕将数值转为ASCII码整数转ASCII码〔ITA〕、双整数转ASCII码〔DTA〕和实数转ASCII码〔RTA〕指令，分别将整数、双整数或实数值转换成ASCII码字符。表6-18ASCII码转换指令的有效操作数输入/输出数据类型操作数INBYTEIB、QB、VB、MB、SMB、SB、LB、*VD、*LD、*ACINTIW、QW、VW、MW、SMW、SW、LW、T、C、AC、AIW、**LD、*AC、常数DINTID、QD、VD、MD、SMD、SD、LD、AC、HC、*VD、*LD、*数REALID、QD、VD、MD、SMD、SD、LD、AC、*VD、*LD、*AC、LEN、FMTBYTEIB、QB、VB、MB、SMB、SB、LB、AC、*VD、*LD、*AC、OUTBYTEIB、QB、VB、MB、SMB、SB、LB、*VD、*LD、*AC整数转ASCII码指令的操作数整数转ASCII码〔ITA〕指令将一个整数字IN转换成一个ASCII使ENO=0的错误条件：码字符串。格式FMT指定小数点右侧的转换精度和小数点是使H0006〔间接寻址〕用逗号还是点号。转换结果放在OUT指定的连续8个字节中。H非法的格式Hnnn>5ASCII码字符串始终是8个字节。整数转ASCII码指令的格式操作数如图6-15所示。输出缓冲区的大小始终是8个字节，nnn表示输出冲区中小数点右侧的数字位数。nnn的合理范围是0到5。将小数点右侧的位数定为0，使得所显示数值没有小数点。对于nnn大于5的情况，输出缓冲区会被空格键的ASCII码填冲。c指定是用逗号〔c=1〕或者点号〔c=0〕作为整数和小数的分隔符。高4位必须为0。图6-15中给出了一个数值的例子，其格式为使用点号〔c=0〕，小数点右侧有三位小数〔nnn=011〕。输出缓冲区的格式符合以下规那么：-正数值写入输出缓冲区时没有符号位。-负数值写入输出缓冲区时以负号〔--〕开头。-小数点左侧的开头的0〔除去靠近小数点的那个之外〕被隐藏。-数值在输出缓冲区中是右对齐的。FMT输出输出输出输出输出输出输出输出MSBLSB+1+2+3+4+5+6+776543210输入=120.0120000cnnn输入=--123--0.123输入=12341.234c=逗号〔1〕或者点号〔0〕nnn=小数点右侧的位数输入=--12345--12.345图6-15整数转ASCII码〔ITA〕指令的FMT操作数双整数转ASCII码指令操作双整数转ASCII码〔DTA〕指令将一个双字IN转换成一个使ENO=0的错误条件：ASCII码字符串。格式操作数FMT指定小数点右侧的转换精H0006〔间接寻址〕度。转换结果存储在从OUT开始的连续12个字节中。H非法的格式Hnnn>5输出缓冲区的大小总是12个字节。图6-16描述了双整数转ASCII码指令的格式操作数。nnn表示输出缓冲区中小数点右侧的数字位数nnn的合理范围是0到5。将小数点右侧的位数定为0，使得所显示的数值没有小数点。对于nnn大于的情况，输出缓冲区会被空格键的ASCII码填冲。c指定是用逗号〔c=1〕或者点号〔c=0〕作为整和小数的分隔符。高4位必须为0。图6-16中给出了一个数值的例子，其格式为使用点号〔c=0〕，小数点右侧有四位小数〔nnn=100〕。输出缓冲区的格式符合以下规那么：-正数值写入输出缓冲区时没有符号位。-负数值写入输出缓冲区时以负号〔--〕开头。-小数点左侧的开头的0〔除去靠近小数点的那个之外〕被隐藏。-数值在输出缓冲区中是右对齐的。FMT输出输出输出输出输出输出输出输出输出输出输出输出MSBLSB+1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+1176543210输入=--12--0.00120000cnnn输入=1234567123.4567c=逗号〔1〕或者点号〔0〕nnn=小数点右侧的位数图6-16双整数转ASCII码〔DTA〕指令的FMT操作数实数转ASCII码指令操作实数转ASCII码指令〔RTA〕将一个实数值IN转为ASCII码字符使ENO=0的错误条件：串。格式操作数FMT指定小数点右侧的转换精度，小数点是用H0006〔间接寻址〕逗号还是用点号表示和输出缓冲区的大小。Hnnn>5转换结果存储在从OUT开始的输出缓冲区中。Hssss<3Hssss<OUT中的字符个数结果ASCII码字符的位数〔或长度〕就是输出缓冲区的大小，它的值可以在3到15字节或字符之间。S7--200的实数格式支持最多7位小数。试图显示7位以上的小数会产生一个四舍五入错误。图6-17是对RTA指令中格式操作数FMT的描述。ssss表示输出缓冲区的大小。0、1或者2个字节的大小是无效的。nnn表示输出缓冲区中小数点右侧的数字位数。nnn的有效范围为0到5。将小数点右侧的位数定为0，使得所显示的数值没有小数点。对于nnn大于5或者指定的输出缓冲区太小以致于无法存储转换值的情况，输出缓冲区会被空格键的ASCII码填冲。c指定是用逗号〔c=1〕或者点号〔c=0〕作为整数和小数的分隔符。输出缓冲区的格式符合以下规那么：-正数值写入输出缓冲区时没有符号位。-负数值写入输出缓冲区时以负号〔--〕开头。-小数点左侧的开头的0〔除去靠近小数点的那个之外〕被隐藏。-小数点右侧的数值按照指定的小数点右侧的数字位数被四舍五入。-输出缓冲区的大小应至少比小数点右侧的数字位数多三个字节。-数值在输出缓冲区中是右对齐的。双整数转字符串指令操作双整数转字符串指令〔DTS〕将一个双整数IN转换为一个长度使ENO=0的错误条件：为12个字符的ASCII码字符串。格式操作数FMT指定小数点右H0006〔间接寻址〕侧的转换精度和使用逗号还是点号作为小数点。结果字符串被H0091〔操作数超出范围〕写入从OUT开始的连续13个字节。H非法格式〔nnn>5〕图6-19是对整数转字符串指令中格式操作数的描述。输出字符串的长度总是8个字符。nnn表示输出缓冲区中小数点右侧的数字位数。nnn的合理范围为0到5。将小数点右侧的位数定为0，使得所显示的数值没有小数点。如果nnn的值大于5，输出是由12个空格键的ASCII码组成的字符串。c指定是用逗号〔c=1〕或者点号〔c=0〕作为整数和小数的分隔符。格式操作数的高4位必须为0。图6-19中给出一个数值的例子，其格式为：使用点号〔c=0〕并且小数点后保存4位小数。OUT的值为字符串的长度。输出缓冲区的格式符合以下规那么：-正数值写入输出缓冲区时没有符号位。-负数值写入输出缓冲区时以负号〔--〕开头。-小数点左侧的开头的0〔除去靠近小数点的那个之外〕被隐藏。-数值在输出缓冲区中是右对齐的。实数转字符串指令操作实数转字符串指令〔RTS〕将一个实数值IN转换为一个ASCII使ENO=0的错误条件：码字符串。格式操作数FMT指定小数点右侧的转换精度和使用H0006〔间接寻址〕逗号还是点号作为小数点。H0091〔操作数超出范围〕转换结果放在从OUT开始的一个字符串中。结果字符串的长度H非法的格式由格式操作数给出，它可以是3到15个字符。要得到更多信nnn>5息，请参见第4章字符串的格式一节。ssss<3ssss<要求的字符数S7--200的实数格式支持最多7位小数。试图显示7位以上的小数会产生一个四舍五入错误。图6-20是对实数转字符串指令中格式操作数的描述。ssss表示输出字符串的长度。0、1或者2个字节的大小是无效的。nnn表示输出缓冲区中小数点右侧的数字位数。nnn的有效范围为0到5。将小数点右侧的位数定为0，使得所显示的数值没有小数点。对于nnn大于5或者指定的输出缓冲区太小以致于无法存储转换值的情况，输出缓冲区会被空格键的ASCII码填冲。c指定是用逗号〔c=1〕或者点号〔c=0〕作为整数和小数的分隔符。图6-20中给出了一个数值的例子，其格式为：使用点号〔c=0〕，小数点右侧有1位小数〔nnn=001〕和6个字节的缓冲区大小〔ssss=0110〕。OUT的值为字符串的长度。输出缓冲区的格式符合以下规那么：-正数值写入输出缓冲区时没有符号位。-负数值写入输出缓冲区时以负号〔--〕开头。-小数点左侧的开头的0〔除去靠近小数点的那个之外〕被隐藏。-小数点右侧的数值按照指定的小数点右侧的数字位数被四舍五入。-输出缓冲区的大小应至少比小数点右侧的数字位数多三个字节。-数值在输出缓冲区中是右对齐的。将子字符串转换为数字值子字符串转整数〔STI〕、子字符串转双整数〔STD〕和子字符串转实数〔STR〕指令，将从偏移量INDX开始的字符串值IN转换成整数/双整数或实数值OUT。使ENO=0的错误条件：H0006〔间接寻址〕H0091〔操作数超出范围〕H009B〔偏移量=0〕HSM1.1〔溢出〕子字符串转整数和子字符串转双整数指令将字符串转换为以下格式：[空格][+或--][数字0--9]子字符串转实数指令将字符串转换为以下格式：[空格][+或--][数字0--9][.或，][数字0--9]INDX值通常设置为1，从字符串的第一个字符开始转换。INDX可以被设置为其它值，从字符串的不同位置进行转换。这可以被用于字符串中包含非数值字符的情况。例如：输入字符串为“Temperature：77.8〞，您可以将INDX设为13，这样就可以跳过字符串开头的“Temperature：〞。子字符串转实数指令不能用于转换以科学计数法或者指数形式表示实数的字符串。指令不会产生溢出错误〔SM1.1〕，但是它会将字符串转换到指数之前，然后停止转换。例如：字符串“1.234E6〞转换为实数值1.234，并且没有错误提示。当到达字符串的结尾或者遇到第一个非法字符时，转换指令结束。非法字符是指任意非数字〔0--9〕字符。当转换产生的整数值过大以致输出值无法表示时，溢出标志〔SM1.1〕会置位。例如：当输入字符串产生的数值大于32767或者小于--32768时，子字符串转整数指令会置位溢出标志。当输入字符串中并不包含可以转换的合法数值时，溢出标志〔SM1.1〕也会置位。例如：如果输入字符串的“A123〞，转换指令会置位SM1.1〔溢出〕并且输出值保持不变。计数器指令SIMATIC计数器指令增计数器增计数指令〔CTU〕从当前计数值开始，在每一个〔CU〕输入状态从低到高时递增计数。当CXX的当前值大于等于预置值PV时，计数器位CXX置位。当复位端〔R〕接通或者执行复位指令后，计数器被复位。当它到达最大值〔32，767〕后，计数器停止计数。STL操作：H复位输入：栈顶H计数输入：其值被装载在第二个堆栈中。减计数器减计数指令〔CTD〕从当前计数值开始，在每一个〔CD〕输入状态的低到高时递减计数。当CXX的当前值等于0时，计数器位CXX置位。当装载输入端〔LD〕接通时，计数器位被复位，并将计数器的当前值设为预置值PV。当计数值到0时，计数器停止计数，计数器位CXX接通。STL操作：H装载输入：栈顶H计数输入：其值被装载在第二个堆栈中。增/减计数器增/减计数指令〔CTUD〕，在每一个增计数输入〔CU〕的低到高时增计数，在每一个减计数输入〔CD〕的低到高时减计数。计数器的当前值CXX保存当前计数值。在每一次计数器执行时，预置值PV与当前值作比拟。当到达最大值〔32767〕时，在增计数输入处的下一个上升沿导致当前计数值变为最小值〔--32768〕。当到达最小值〔--32768〕时，在减计数输入端的下一个上升沿导致当前计数值变为最大值〔32767〕。当CXX的当前值大于等于预置值PV时，计数器位CXX置位。否那么，计数器位关断。当复位端〔R〕接通或者执行复位指令后，计数器被复位。当到达预置值PV时，CTUD计数器停止计数。STL操作：H复位输入：栈顶H减计数输入：其值被装载在第二栈位中。H增计数输入：其值被装载在第三栈位中。IEC计数器指令增计数器增计数指令〔CTU〕在每一个〔CU〕输入的上升沿从当前值开始增计数，直至预置值〔PV〕。当当前值〔CV〕大于等于预置值时，计数器输出位〔Q〕接通。当复位端〔R〕使能时，计数器复位。当计数到达预置值时，增计数器停止。减计数器减计数器指令〔CTD〕从预置值开始，在每一个〔CD〕输入的上升沿减计数。当当前值〔CV〕等于0时，计数器输出位〔Q〕接通。当装载输入〔LD〕使能时，计数器复位并且将计数器的当前值设为预置值PV。当计数值到0时，减计数器停止。增/减计数器增/减计数器指令〔CTUD〕，在每一个增计数输入〔CU〕从低到高时增计数；在每一个减计数输入〔CD〕从低到高时减计数。当当前值等于预置值时，增计数输出〔QU〕接通。当当前值等于0时，减计数输出〔QD〕接通。当装载输入〔LD〕使能时，计数器将当前值设为预置值〔PV〕。类似的，当复位端〔R〕使能时，计数器复位并且当前值清0。当计数值到达预置值或者0时，计数器停止。用指针对S7--200存储区间接寻址间接寻址是指用指针来访问存储区数据。指针以双字的形式存储其它存储区的地址。只能用V存储器、L存储器或者累加器存放器〔AC1、AC2、AC3〕作为指针。要建立一个指针，必须以双字的形式，将需要间接寻址的存储器地址移动到指针中。指针也可以作为参数传递到子程序中。S7--200允许指针访问以下存储区：I、Q、V、M、S、AI、AQ、SMT〔仅限于当前值〕和C〔仅限于当前值〕。您无法用间接寻址的方式访问单独的位，也不能访问HC或者L存储区。要使用间接寻址，您应该用“&〞符号加上要访问的存储区地址来建立一个指针。指令的输入操作数应该以“&〞符号开头来说明是存储区的地址，而不是其内容将移动到指令的输出操作数〔指针〕中。当指令中的操作数是指针时，应该在操作数前面加上“＊〞号。如图4-11所示，输入*AC1指定AC1是一个指针，MOVW指令决定了指针指向的是一个字长的数据。在本例中，存储在VB200和VB201中的数值被移动到累加器AC0中。AC1V199VW200的地址MOVD&VW200,AC1V20012将VB200的地址〔VW200的起始地址〕作为指针存V20134入AC1中。AC0V202561234V20378MOVW*AC1,AC0将AC1所指向的字〔VW202〕中的值送入AC0理解S7--200如何保存和存储数据S7--200提供了多种平安措施来确保用户程序、程序数据和组态数据不丧失。-保持数据存储器--由用户选定的数据存储区，在一次上电周期中，只要超级电容和可选电池卡不放电，该存储器的数据就不会改变。在所有存储区中，只有V、M、定时器电流和计数器电流存储区能被组态为保持存储区。-永久存储器--不可变存储器，用来储存程序块、数据块、系统块、强制值、组态为掉电保存的M存储器和在用户程序的控制下写入的指定值。-存储卡--可拆卸的不可变存储器，用来储存程序块、数据块、系统块、配方、数据归档和强制值。通过S7--200资源管理器，您可以将文档文件〔doc、text、pdf等〕储存在存储卡内，也可以将普通文件保存在存储卡中〔复制、删除、创立目录和放置文件〕。要安装存储卡，应先从S7--200CPU上取下塑料盖，然后将存储卡插入槽中。正确安装存储卡至关重要。小心静电放电会损坏存储卡或CPU接口。当您拿存储卡时，您应使用接地导电垫或者戴接地手套，应当把存储卡存放在导电容器中。创立子程序创立一个例子程序创立这个例子程序将使您体会到使用STEP7--Micro/WIN编程有多简单。这个例子程序在三个程序段中用6条指令，完成了一个定时器自启动、自复位的简单功能。在本例中，您用梯形图编辑器来录入程序。下面给出了完整的梯形图和语句表程序。语句表中的注释，解释了程序的逻辑关系。时序图显示了程序的运行状态。翻开程序编辑器点击程序块图标，翻开程序编辑器，注意指令树和程序编辑器。您可以用拖拽的方式将梯形图指令插入到程序编辑器中。在工具栏图标中有一些命令的快捷方式。在输入和保存程序之后，您可以下载程序到S7--200中。输入程序段1：启动定时器当M0.0的状态为0时，常闭触点接通启动定时器。输入M0.0的触点1.双击位逻辑图标或者单击其左侧的加号可以显示出全部位逻辑指令。2.选择常闭触点。3.按住鼠标左键将触点拖到第一个程序段中。4.单击触点上的“???〞，并输入地址：M0.0。5.按回车键确认。定时器指令T33的输入步骤如下：1.双击定时器图标，显示定时器指令。2.选择延时接通定时器TON。3.按住鼠标左键将定时器拖到第一个程序段中。4.单击定时器上方的“???〞，输入定时器号：T33。5.按回车键确认后，光标会自动移动到预置时间值〔PT〕参数。6.输入预置时间值：1007.按回车键确认。输入程序段2：使输出点闭合当定时器T33的定时值大于等于40时〔40*10毫秒，即0.4秒〕，S7--200的输出点Q0.0会闭合。输入比拟指令的步骤如下：1.双击比拟指令图标，显示所有的比拟指令。选择“>=I〞指令。2.按住鼠标左键将比拟指令拖到第二个程序段中。3.单击触点上方的“???〞，输入定时器号：T33。4.按回车键确认后，光标会自动移动到比拟指令下方的比拟值参数。5.在该处输入比拟值406.按回车键确认。输出指令的输入步骤如下：1.双击位逻辑图标，显示位逻辑指令并选择输出线圈。2.按住鼠标左键将输出线圈拖到第二个程序段中。3.单击线圈上方的“???〞，输入地址：Q0.0。4.按回车键确认。输入程序段3：定时器复位当计时值到达预置时间值〔100〕时，定时器触点会闭合。T33闭合会使M0.0置位。由于定时器是靠M0.0的常闭触点启动的，M0.0的状态由0变1会使定时器复位。输入触点T33的步骤如下：1.在位逻辑指令中选择常开触点。2.按住鼠标左键将触点拖到第三个程序段中。3.单击触点上方的“???〞，输入地址：T33。4.按回车键确认。输入线圈M0.0的步骤如下：1.在位逻辑指令中选择输出线圈。2.按住鼠标左键将输出线圈拖到第三个程序段中。3.双击线圈上方的“???〞，输入地址：M0.0。4.按回车键确认。存储例子程序在输入完以上三个程序段后，您就已经完成了整个例子程序。当您存储程序时，您也创立了一个包括S7--200CPU类型及其它参数在内的一个工程。保存工程：1.在菜单条中选择菜单命令File>SaveAs。2.在SaveAs对话框中输入工程名。3.点击Save存储工程。工程存储之后，您可以下载程序到S7--200。下载例子程序1.您可以点击工具条中的下载图标或者在命令菜单中选择File>Download来下载程序。2.点击OK下载程序到S7--200。如果您的S7--200处于运行模式，将有一个对话提示您CPU将进入停止模式。单击Yes将S7--200置于STOP模式。将S7--200转入运行模式如果想通过STEP7--Micro/WIN软件将S7--200转入运行模式，S7--200的模式开关必须设置为TERM或者RUN。当S7--200处于RUN模式时，执行程序：1.单击工具条中的运行图标或者在命令菜单中选择PLC>RUN。2.点击Yes切换模式。当S7--200转入运行模式后，CPU将执行程序使Q0.0的LED指示灯时亮时灭。3.2PLC的开展趋势目前的可编程控制器有以下几个方面的开展趋势：(1)向小型化、专用化方向开展。当前开发出许多简易、经济、超小型可编程控制器，以使用于单机控制和机电一体化，真正成为继电器的替代品。(2)向大型化、复杂化、高功能、分散型、多层分布式工厂自动化网络方向开展。可编程控制器输入输出容量已超过32K，扫描速度小于1mS/千步。〔3〕编程语言和编程工具朝着标准化和高级化方向开展。可编程控制器问世时间虽然不长，但已步入成熟阶段。这种工业专用微机系统是高精技术普及化的典范，使计算机进入工业各行业，使机械设备和生产线控制更新换代。可编程控制器将成为工业控制的主要手段和重要的根底控制设备。第四章系统的硬件方案与设计4.1传感器的选型与设计传感器是本设计最重要的部件之一，它的选取好坏对整个系统而言，非常重要。现在生产传感器的公司很多，所研制的传感器类型也很多，但其性能差异并不很大。本设计在选择传感器上掌握的根本原那么是稳定性好，价格低廉，使用方便。集成温度传感器介绍与选型目前主要采用近年来开展最快的半导体集成温度传感器,它内部采用差分对管等线性化技术及激光校准手段等,测温电路十分简单可靠。这类传感器在生产时已经校准,可省去标定工序,大大地方便了用户的使用。它有多种输出:如电流型、电压型、PWM型、数字型等可供用户选择。本论文着重分析电流型、电压型集成温度传感器主要特点及一些典型应用。集成温度传感器LM35概述①LM35概述LM35系列适合用密封的TO-46晶体管封装，而LM35C就适合于塑料TO-92晶体管封装它们有如下的特点:(1)直接用摄氏温度校准;(2)线性+l0.mV/℃比例因数;(3)保证0.5℃精度(在+25℃时);(4)-55～+150℃额定范围;(5)适用于遥控设备;(6)因晶体片微调而低费用;(7)工作在4～30V;(8)小于60μA漏泄电流;〔9〕较低自热，在静止空气中0.08℃;(10)只有±1/参数:电源电压:+35V～-0.2V输出电压:+6V～-1.0V输出电流:l0mA输出阻抗：1mA负载时0.1Ω漏泄电流：小于60μA比例因数：线性+10.0mV/℃特定工作温度范围:LM35,LM35A为-55～+150℃LM35C,LM35CA为-40～+110℃；LM35D为0～+100②LM35工作原理LM35系列的内部框图如图2所示。由VT1、VT2构成了温度传感器，二者的发射结面积之比为10:1。A2是电压放大器。R1、R2分别为VT1和VT2发射结压降的取样电阻。VD是电流源的温度补偿二极管。由VT3和R3、R4组成了发射极输出式电路。其工作原理是利用在不同电流密度下的晶体管VT1、VT2的发射结正向压降之差△，作为根本的温度敏感元件，经过变换后，在端获得与摄氏温度成正比的电压输出信号。输出电压的电压温度系数=10mV/℃。利用以下公式可计算出被测温度t(℃)：图4.1LM35系列的内部框图公式〔4-1〕③LM35根本应用电路由LM35系列构成的简易型摄氏温度传感电路，分别如图3〔a〕〔b〕所示.(a)图所示电路的测温范围是+2～+150℃，〔b〕图示出的电路测量满量程〔-55～+150R=︱-Us/50μA︱公式〔4-2〕举例说明，当Us=+5V,-Us=-5V时，R=100kΩ。此时，当天=-55℃时，Uo=-55mV；当t分别为+25℃、+图4.2〔a〕图4.2〔b〕采用单电源供电时为获得负电源，可在LM35的GND与公共地址之间，串入两只IN914型硅二极管VD1、VD2，以提供-1.4V的负电源。电路如图4所示，测温范围--55～+150℃图4.3单电源供电时全范围测温电路为了满足系统的设计要求，经过比拟和选择认为LM35型号的集成温度传感器更加适合本系统的设计。此传感器采用己知温度系数的基准源作为温敏元件。芯片内部那么采用差分对管等线性化技术，实现了温敏传感器的线性化，也提高了传感器的精度．与热敏电阻、热电偶等传统传感器相比，具有线性好、精度高、体积小、校准方便、价格低、外围电路简单等特点，非常适合本系统温度采集的测量工作。为了实现-25℃～55℃的温度测量范围，采用LM35的全温度测量接线方法，具体的接线图如图5图4.4设计接线图图中：电阻R的阻值按照R=Vcc/50mA来选择．电路的输出电压与温度的线性关系为：1)环境温度150℃,Ueq\o(\s\up6(),\s\do2(0))=1500mV；2)环境温度25℃，Ueq\o(\s\up6(),\s\do2(0))=250mV；3)环境温度-55℃，Ueq\o(\s\up6(),\s\do2(0))=-550mV．由于所测量的温度范围是-25℃～55℃。所以，在实际应用电路中的电压信号的输出量值在-0.25V～0.55V集成湿度传感器介绍与选型1.湿度的概念湿度是表示空气中水蒸气含量多少的尺度。在物理学和气象学中，大气湿度的表示方法是多种多样的，而且都有各自的物理量和相应单位。在诸多方法中，习惯使用的是绝对湿度和相对湿度。①绝对湿度：绝对湿度定义为在每立方米湿空气中，在标准状态下所含水蒸汽的质量，以字符ρ表示，单位。再由气体状态方程式可得公式〔4-3〕式中为空气中水蒸气的分压力(帕)；T为空气中的干球绝对温度(K)；t为空气中干球的摄氏温度(℃)；为水蒸气的气体常数，=461。②相对湿度:相对湿度是指空气中水蒸气分压力与同温度下饱和水蒸汽压力之比值。用r表示相对湿度为：公式〔4-4〕2.集成湿度传感器介绍选择集成湿度传感器应考虑以下几点：感湿性能好、灵敏度高、响应速度快、测量范围宽，要有较好的一致性、可重复性，线性度要好、湿滞小较高的稳定性和可靠性，有较强的抗污染能力、使用寿命长。目前，国外生产集成湿度传感器的主要厂家及典型产品分别为Honeywell公司〔HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型〕，Humirel公司〔HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型〕，Sensiron公司〔SHT11、SHT15型〕。3.湿度传感器选择及电路设计由于HM1500湿度传感器的精度较高，测量范围大，反响时间较快，温度依赖性比拟低，长期稳定性能好，用户使用方便，价格实惠，是性价比极高的一款集成湿度传感器，故本方案采用HM1500做为湿度测量的传感器。HM1500是法国Humirel公司于2002年推出的一种基于硬质封装的HS1101湿敏电容的电压输出式集成湿度传感器。它将侧面接触式湿敏电容与湿度信号调理器集成在一个模块中，集成度高，有很小的易于安装的接头，因此不需要外围元件，使用非常方便。其主要特点是采用恒压供电，输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，对温度的依赖性非常低，可靠性与长期稳定性高，互换性好，专利的固态聚合物结构，浸水无影响，长时间处于饱和状态后能快速脱湿，抗污染能力强。一、HM1500的性能特点：①内部包含由湿敏电容构成的桥式振荡器、低通滤波器和放大器，能输出与相对湿度成线性关系的直流电压信号，输出阻抗为70Ω，适配带ADC的单片机。②HM1500属于通用型湿敏传感器，测量范围是〔0%～100%〕RH，输出电压范围是+1V～+4V。相对湿度为55%时的标称输出电压为2.48V。测量精度为±3%RH，灵敏度为+25mV/RH，温度系数为±0.1%RH/℃，湿度迟滞为±1.5%RH，响应时间为5s。③产品的互换性好，抗腐蚀性强。不受水凝结的影响，长期稳定性指标为0.5%RH/年。④采用+5V电源〔允许范围是+4.75V～+5.25V〕，工作电流为0.4mA〔典型值〕，漏电流≤300μA。工作温度范围是-30℃～+60℃二、HM1500的工作原理：HM1500采用恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快、重复性好、抗污染能力强。HM1500的测湿元件选用湿敏电容HS1101，在一个有机玻璃或玻璃片上首先用扩散法制作两个电极，然后涂上有机膜作为介质，形成一个电容器件。当外界相对湿度变化时，感湿膜能吸附和释放水汽分子，引起其介电常数发生变化，从而使元件电容量改变。利用电容量与相对湿度的函数关系即可测量湿度。内部电路框图如图6。HM1500的输出电压与相对湿度的响应曲线如图7。运用最小二乘法可以求出其输出电压与相对湿度之间的关系：=1.079+0.2568RH公式〔4-5〕HM1500桥式HM1500桥式振荡电路低通滤波器放大器U。图4.5HM1500工作原理图4.6HM1500的输出电压与相对湿度的响应曲线在〔10%～95%〕RH范围内，时，输出电压与相对湿度的对应关系见表4.1。表4.1HM1500的与RH的对应关系()RH/(%)101520253035404550/V1.3251.4651.6001.7351.8601.9902.1102.2352.360RH/(%)556065707580859095/V2.4802.6052.3702.8602.9903.1253.2603.4053.555当时，可按下式对读数值加以修正：[]公式〔4-6〕以下图为HM1500内部电路图，图4.7HM1500内部电路图PLC的选型与模块配置选择适宜的机型是PLC控制系统的硬件配置的关键问题，目前，国内外生产PLC的厂家很多，如西门子、三菱、松下、欧姆龙、LG、ABB公司等，不同的厂家的PLC产品虽然根本功能相似，但有些特殊功能、价格、效劳及使用的编程指令和编程软件都不相同。而同一个厂家生产的PLC产品又有不同的系列，同一系列又有不同的CPU型号，不同系列、不同型号的产品在功能上有较大的差异。因此如何学用适宜的机型至关重要。4.2.1PLC的选型原那么在满足控制要求的前提下选型时应选最正确的性价比，一般可以从以下几个方面考虑：1.I/O点数估算I/O点数是PLC的一项重要指标。合理选择I/O点数既可使系统满足控制要求有可使系统总投资最低。PLC的输入输出点总数和种类应根据被控对象的模拟量、开关量、输入/输出设备状况〔包括模拟量、开关量、输出类型〕来确定，一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。考虑到今后的扩充，一般应估计的总点数再加上15%～20%的备用量。本设计所占用的I/O点数计算：输入信号：开始按钮，需要一个输入点；停止按钮，需要一个输入点；计数值加1按钮，需一个输入点；计数值减1按钮，需要一个输入点。以上共需要4个输入信号点，考虑以后对系统的调整与扩充留有20%的备用点，即用4×20%=1，取1个点，这样共用5个输入点。输出信号：一共要用十七个LED数码管，段选码需要使用8个输出点；位选通信号如果使用74LS138译码器那么需要4个输出点；显示“-〞的一个数码管需要1个输出点；以上共需要13个输出点考虑以后对系统的调整与扩充留有20%的备用点，即13×20%=2.6，取3个点，这样共用16个输出点。2、用户存储容量估算用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、量程结构等。因此在程序设计之前只能粗略的估算。根据经验，每个I/O点及有关功能器占用内存大致如下：开关量输入元件：10～20B/点；开关量输出元件：5～10B/点；定时器/计数器：2B/个；模拟量：100～150B/点；通信接口：一个接口一般需要300B以上；根据上面算出总字数再加上25%左右的备用量，就可以估算出程序所需要的内存量，从而选择适宜的PLC内存。本设计所需CPU内存的计算：开关量输入元件5点×10～20B/点≈50～120B；开关量输出元件：16点×5～10B/点≈80～160B；模拟量：2点×100～150B/点≈200～300B；总需内存量：330～570B；本系统中可编程序控制器的选取及其特点目前PLC使用性能较好的SIEMENS公司、日本的三菱、欧姆龙、美国的AB公司，根据性价比的选择，根据被控对象的I/0点数以及工艺要求、扫描速度、自诊断功能等方面的考虑，本设计采用SIEMENS公司的S7-200系列PLC。1.SiemensS7-200系列PLC特性一、SiemensS7-200主要功能模块介绍〔1〕CPU模块S7-200的CPU模块包括一个中央处理单元、电源以及数字I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序，输入局部从现场设备中采集信号，输出局部那么输出控制信号，驱动外部负载。从CPU模块的功能来看，CPU模块为CPU22*，它具有如下五种不同的结构配置的CPU单元。①CPU224它有14输入/10输出，I/0共计24点。和前两者相比，存储容量扩大了一倍，它可以有7个扩展模块，有内置时钟，它有更强的模拟量和高速计数的处理能力，是使用得最多S7-200产品。②CPU226它有24输入/16输出，I/0共计40点，和CPU224相比，增加了通信口的数量，通信能力大大增强。它可用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。〔2〕开关量I/O扩展模块当CPU的I/0点数不够用或需要进行特殊功能的控制时，就要进行I/O扩展，I/O扩展包括I/O点数的扩展和功能模块的扩展。通常开关量I/O模块产品分3种类型:输入模块、输出模块以及输入/输出模块。典型的数字量I/O扩展模块有:输入扩展模块EM221有两种:8点DC、8点AC输入;输出扩展模块EM222有三种:8点DC晶体管输出，8点AC输出、8点继电器输出。输入/输出混合扩展模块EM223有六种:分别为4点(8点、16点)DC输入/4点(8点、16点)DC输出、4点(8点、16点)DC输入/4点(8点、16点)继电器输出。2.本设计PLC的配置本设计选用S7-200系列PLC的CPU的型号为CPU226〔24输入/16输出，I/0共计40点〕和模拟量输入模块EM235。EM235是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。下面以EM235为例讲解模拟量扩展模块接线图，如图1。图1演示了模拟量扩展模块的接线方法，对于电压信号，按正、负极直接接入X＋和X－；对于电流信号，将RX和X＋短接后接入电流输入信号的“＋〞端；未连接传感器的通道要将X＋和X－短接。对于某一模块，只能将输入端同时设置为一种量程和格式，即相同的输入量程和分辨率。〔后面将详细介绍〕表4.2EM235的常用技术参数：模拟量输入特性模拟量输入点数4输入范围电压〔单极性〕0～10V0～5V0～1V0～500mV0～100mV0～50mV电压〔双极性〕±10V±5V±2.5V±1V±500mV±250mV±100mV±50mV±25mV电流0～20mA数据字格式双极性全量程范围-32000～+32000

单极性全量程范围0～32000分辨率12位A/D转换器模拟量输出特性模拟量输出点数1信号范围电压输出±10V

电流输出0～20mA数据字格式电压-32000～+32000

电流0～32000分辨率电流电压12位

电流11位下表说明如何用DIP开关设置EM235扩展模块，开关1到6可选择输入模拟量的单/双极性、增益和衰减。表4.3DIP开关设置EM235扩展模块EM235开关单/双极性选择增益选择衰减选择SW1SW2SW3SW4SW5SW6

ON单极性

OFF双极性

OFFOFF

X1

OFFON

X10

ONOFF

X100

ONON

无效

ONOFFOFF

0.8OFFONOFF

0.4OFFOFFON

0.2由上表可知，DIP开关SW6决定模拟量输入的单双极性，当SW6为ON时，模拟量输入为单极性输入，SW6为OFF时，模拟量输入为双极性输入。SW4和SW5决定输入模拟量的增益选择，而SW1，SW2，SW3共同决定了模拟量的衰减选择。根据上表6个DIP开关的功能进行排列组合，所有的输入设置如下表：表4.4单极性满量程输入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFON0到50mV12.5μVOFFONOFFONOFFON0到100mV25μVONOFFOFFOFFONON0到500mV125uAOFFONOFFOFFONON0到1V250μVONOFFOFFOFFOFFON0到5V1.25mVONOFFOFFOFFOFFON0到20mA5μAOFFONOFFOFFOFFON0到10V2.5mV双极性满量程输入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFOFF±25mV12.5μVOFFONOFFONOFFOFF±50mV25μVOFFOFFONONOFFOFF±100mV50μVONOFFOFFOFFONOFF±250mV125μVOFFONOFFOFFONOFF±500250μVOFFOFFONOFFONOFF±1V500μVONOFFOFFOFFOFFOFF±2.5V1.25mVOFFONOFFOFFOFFOFF±5V2.5mVOFFOFFONOFFOFFOFF±10V5mV6个DIP开关决定了所有的输入设置。也就是说开关的设置应用于整个模块，开关设置也只有在重新上电后才能生效。输入校准模拟量输入模块使用前应进行输入校准。其实出厂前已经进行了输入校准，如果OFFSET和GAIN电位器已被重新调整，需要重新进行输入校准。其步骤如下：切断模块电源，选择需要的输入范围。接通CPU和模块电源，使模块稳定15分钟。用一个变送器，一个电压源或一个电流源，将零值信号加到一个输入端。读取适当的输入通道在CPU中的测量值。调节OFFSET〔偏置〕电位计，直到读数为零，或所需要的数字数据值。将一个满刻度值信号接到输入端子中的一个，读出送到CPU的值。调节GAIN〔增益〕电位计，直到读数为32000或所需要的数字数据值。必要时，重复偏置和增益校准过程。EM235输入数据字格式下面给出了12位数据值在CPU的模拟量输入字中的位置MSBLSB1514320AIWXX0数据值12位000单极数据MSBLSB15430AIWXX0数据值12位0000双极数据可见，模拟量到数字量转换器〔ADC〕的12位读数是左对齐的。最高有效位是符号位，0表示正值。在单极性格式中，3个连续的0使得模拟量到数字量转换器〔ADC〕每变化1个单位，数据字那么以8个单位变化。在双极性格式中，4个连续的0使得模拟量到数字量转换器每变化1个单位，数据字那么以16为单位变化。EM235输出数据字格式给出了12位数据值在CPU的模拟量输出字中的位置：MSBLSB1514430AQWXX0数据值11位0000电流输出数据格式MSBLSB15430AQWXX0数据值12位0000电压输出数据格式数字量到模拟量转换器〔DAC〕的12位读数在其输出格式中是左端对齐的，最高有效位是符号位，0表示正值。模拟量扩展模块的寻址每个模拟量扩展模块，按扩展模块的先后顺序进行排序，其中，模拟量根据输入、输出不同分别排序。模拟量的数据格式为一个字长，所以地址必须从偶数字节开始。例如：AIW0，AIW2，AIW4……、AQW0，AQW2……。每个模拟量扩展模块至少占两个通道，即使第一个模块只有一个输出AQW0,第二个模块模拟量输出地址也应从AQW4开始寻址，以此类推。图4演示了CPU224后面依次排列一个4输入/4输出数字量模块，一个8输入数字量模块，一个4模拟输入/1模拟输出模块，一个8输出数字量模块，一个4模拟输入/1模拟输出模块的寻址情况。表4.5模拟量值和A/D转换值的转换CPU2244输入/4输出8输入4模拟输入8输出4模拟输入I0.0Q0.0模块0模块11模拟输出模块31模拟输出I0.1Q0.1I2.0Q2.0I3.0模块2Q3.0I0.2Q0.2I2.1Q2.1I3.1AIW0AQW0Q3.1AIW8AQW4I0.3Q0.3I2.2Q2.2I3.2AIW2AQW2Q3.2AIW10AQW8I0.4Q0.4I2.3Q2.3I3.3AIW4Q3.3AIW12I0.5Q0.5I2.4Q2.4I3.4AIW6Q3.4AIW14I0.6Q0.6I2.5Q2.5I3.5Q3.5I0.7Q0.7I2.6Q2.6I3.6Q3.6I1.1Q1.1I2.7Q2.7I3.7Q3.7假设模拟量的标准电信号是A0—Am〔如：4—20mA〕，A/D转换后数值为D0—Dm〔如：6400—32000〕，设模拟量的标准电信号是A，A/D转换后的相应数值为D，由于是线性关系，函数关系A＝f〔D〕可以表示为数学方程：A＝〔D－D0〕×〔Am－A0〕／〔Dm－D0〕＋A0。根据该方程式，可以方便地根据D值计算出A值。将该方程式逆变换，得出函数关系D＝f〔A〕可以表示为数学方程：D＝〔A－A0〕×〔Dm－D0〕／〔Am－A0〕＋D0。具体举一个实例，以S7-200和4—20mA为例，经A/D转换后，我们得到的数值是6400—32000，即A0＝4，Am＝20，D0＝6400，Dm＝32000，代入公式，得出：A＝〔D－6400〕×〔20－4〕／〔32000－6400〕＋4假设该模拟量与AIW0对应，那么当AIW0的值为12800时，相应的模拟电信号是6400×16／25600＋4＝8mA。又如，某温度传感器，－10—60℃与4—20mA相对应，以T表示温度值，AIW0为PLC模拟量采样值，那么根据上式直接代入得出：T=70×〔AIW0－6400〕／25600－10可以用T直接显示温度值。模拟量值和A/D转换值的转换理解起来比拟困难，该段多读几遍，结合所举例子，就会理解。为了让您方便地理解，我们再举一个例子：某压力变送器，当压力到达满量程5MPa时，压力变送器的输出电流是20mA，AIW0的数值是32000。可见，每毫安对应的A/D值为32000/20，测得当压力为0.1MPa时，压力变送器的电流应为4mA，A/D值为〔32000/20〕×4＝6400。由此得出，AIW0的数值转换为实际压力值〔单位为KPa〕的计算公式为：VW0的值＝(AIW0的值－6400)(5000－100)/(32000－6400)＋100〔单位：KPa〕编程实例您可以组建一个小的实例系统演示模拟量编程。本实例的的CPU是CPU222，仅带一个模拟量扩展模块EM235，该模块的第一个通道连接一块带4—20mA变送输出的温度显示仪表，该仪表的量程设置为0—100度，即0度时输出4mA，100度时输出20mA。温度显示仪表的铂电阻输入端接入一个220欧姆可调电位器，简单编程如下：LDSM0.0-IAIW0，VW20/IVW20，VW30温度显示值＝〔AIW0-6400〕/256编译并运行程序，观察程序状态，VW30即为显示的温度值，对照仪表显示值是否一致。4.3显示方案的设计4.3.1与LED显示相关的知识本设计采用LED数码管进行数据的动态显示。LED数码管也称半导体数码管，是目前数字电路中最常用的显示器件。七段LED显示器由七个发光段构成，每段均是一个LED二极管，这7个发光段分别为a,b,c,d,e,f和g,通过控制不同段的点亮和熄灭,可显示16进制数字0～9和A,B,C,D,E,F,也能显示H，L，P等字符。有的产品还有一个小数点DP位段，用来显示小数。LED显示器以发光二极管作为显示发光部件，每段并按共阴极方式或共阳极方式连接后封装而成的。共阳极结构中，各LED二极管的阳极被连在一起，使用时要将它与+5V相连，而把各段的阴极连到器件的相应引脚上。当要点亮某一段时，只要将相应的引脚〔阴极〕接低电平。对于共阴极结构的LED显示器，阴极连在一起后接地，各阳极段接到器件的引脚上，要想点亮某一段时，只要将相应引脚接高电平。LED显示器的一个段发光时，通过该段的平均电流约为10mA～20mA。将一个8位并行输出口与显示器的发光二极管引脚相连，8位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符，通常将控制发光二极管的8位字节数据称为段选码。共阳极与共阴极的段选码互为补数。LED显示器与显示方式:LED显示器有静态显示与动态显示两种方式。LED显示器工作在静态显示方式下，共阴极或共阳极连接在一起接地或+5V；每位的段选线〔a～dp〕与一个8位并行口相连。显示电路中，每一位可独立显示，只要在该位的段选线上保持段选码电平，该位就能保持相应的显示字符。由于每一位由一个8位输出口控制段选码，故在同一时间里每一位显示字符可以各不相同。N位静态显示器要求有N×8根I/O口线，占用I/O资源较多。故在位数较多时往往采用动态显示方式。LED动态显示方式，在多位LED显示时，为了简化电路，降低本钱，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制，而共阴极点或共阳极点分别由相应的I/O口线控制。8位LED动态显示电路只需要两个8位I/O口。其中一个控制段选码，另一个控制位选。由于所有位的段选码皆由一个I/O控制，因此，在每个瞬间，8位LED只可能显示相同的字符。要想每位显示不同的字符，必须采用扫描显示方式。即在每一瞬间只使某一位显示相应字符。在此瞬间，段选控制I/O口输出相应字符段选码，位选控制I/O口在该显示位送入选通电平〔共阴极送低电平，共阳极送高电平〕以保证该位显示相应字符。如此轮流，使每位显示该位应该显示字符，保持一段时间，以造成视觉暂留效果。显示方案的设计74LS138为3线－8线译码器，共有54/74S138和54/74LS138两种线路结构型式，其工作原理如下：

当一个选通端〔G1〕为高电平，另两个选通端〔/(G2A)和/(G2B)〕为

低电平时，可将地址端〔A、B、C〕的二进制编码在一个对应的输出端以低

电平译出。

利用G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成24线译码器；假设外接一个反

相器还可级联扩展成32线译码器。

假设将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器71LS138有三个附加的控制端、和。当、时，输出为高电平〔S＝1〕，译码器处于工作状态。否那么，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，如表所示。这三个控制端也叫做“片选〞输入端，利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩展译码器的功能。带控制输入端的译码器又是一个完整的数据分配器。在图电路中如果把作为“数据〞输入端〔同时〕，而将作为“地址〞输入端，那么从送来的数据只能通过所指定的一根输出线送出去。这就不难理解为什么把叫做地址输入了。例如当＝101时，门的输入端除了接至输出端的一个以外全是高电平，因此的数据以反码的形式从输出，而不会被送到其他任何一个输出端上。54/7407六高压输出缓冲器/驱动器〔OC，30V〕7407为集电极开路输出的六组驱动器，其主要电特性的典型值如下：tPLHtphlPD6ns20ns125mW引出端符号:1A－6A输入端1Y－6Y输出端极限值电源电压………….7V输入电压………….5.5V输出截止态电压…….30V工作环境温度5407…………….-55~125℃7407…………….0~70℃存储温度………….-65~150℃功能表:inputoutputAYLLHH.推荐工作条件:5407/7407单位最小额定最大电源电压VCC544.555.5V744.7555.25输入高电平电压ViH2V输入低电平电压ViL0.8V输出截止态电压VO(OFF)30V输出低电平电流IOL5430mA7440静态特性〔TA为工作环境温度范围〕【1】参数测试条件‘07单位最大VIK输入嵌位电压Vcc=最小，Iik=-12mA-1.5VIO(OFF)输出截止态电流Vcc＝最小,VIH=2V,Vo＝30V250uAVOL输出低电平电压Vcc=最小，VIL＝0.8V，IOL=16mA0.4VII最大输入电压时输入电流Vcc＝最大,VI=5.5V1mAIIH输入高电平电流Vcc＝最大，VIH=2.4V40uAIIL输入低电平电流Vcc＝最大，VIL=0.4V-1.6mAICCH输出高电平时电源电流Vcc＝最大41mAICCL输出低电平时电源电流Vcc＝最大30mA[1]:测试条件中的“最小〞和“最大〞用推荐工作条件中的相应值。动态特性(TA=25℃)参数测试条件‘07单位最大tPLH输出由低到高传输延迟时间Vcc=5V，CL=15Pf，RL=110Ω10nstPHL输出由高到低传输延迟时间30ns由PLC的Q0.0～Q0.7提供段选码显示，再由Q1.0～Q1.3接两个74LS138译码器的A、B、C及控制端。因为74LS138译码器输出的是低电平选通，因此译码后需要连接到集电极开路六高压正相驱动器74LS07输出低电平来驱动16个LED数码管，最后一个数码管是进行温度显示的时候显示“-〞表示输出温度为零下几度，这个数码管由输出点Q1