基于S7-200PLC的高速计数器和高速脉冲输出功能研究.docx

摘要二十世纪中期，因工业生产发展的要求，可编程序逻辑控制器(P1.C)问世。由于P1.C的在工业控制方面具有可靠性高，抗干扰能力强，系统维护方便等特点，在各种工业自动生产线和其他自动控制系统方面得到了广泛的应用。P1.C是一种自动化设备，利用微电子技术完成顺序控制的功能，能够在现场输入信号的作用下，根据提前输入的程序，控制机械运动部件采取相应的动作。截止目前，我国在工业水平上使用P1.C的水平低于世界发达国家的平均水平。由此可见，基于P1.C的高速计数器和高速脉冲输出功能的控制系统应用前景很大。我国大部分的机械制造业设备还处于利用继电器和接触器这种相对落后的设备进行控制，而基于P1.C的高速计数器和高速脉冲输出功能的自动控制系统在我国还没有充分发挥它的价值。本文通过设计基于S7-200P1.C的轴定位闭环控制系统，对S7-200P1.C的高速计数器和高速脉冲输出功能进行研究。通过对S7-200P1.C高速计数器和高速脉冲输出功能进行配置和编程，达到精确控制轴定位的目的。论文首先对P1.C的定义以及发展概况进行介绍，然后对P1.C轴定位控制系统所需理论以及知识进行详细的阐述，最后设计并实现了基于S7-200P1.C的轴定位控制系统，具有一定的实际应用价值。关键词：可编程控制器；P1.C；轴定位闭环控制系统；高速计数器；高速脉冲输出ABSTRACTInthemiddleofthetwentiethcentury,duetotherequirementofindustrialproductiondevelopment,programmablelogiccontroller(P1.C)waspublished.BecauseP1.Chashighreliabilityinindustrialcontrol,anti-jammingcapability,systemmaintenanceandconvenientfeatures,ithasbeenwidelyusedinthevarietyOfindustrialautomatedproductionlinesandotherautomaticcontrolsystem.P1.Cisanautomatedequipment,completethesequencecontrolfunctionbyusingthemicroelectronictechnology,itcancontrolthemechanicalmovingpartstotakeappropriateactionaccordingtheprogramundertheeffectofinputsignal.Uptonow,theuseofP1.Clevelislowerthantheaveragelevelofthedevelopedcountriesintheworld.Fromthis,itcanbeseenthatthecontrolsystembasedontheP1.Chigh-speedcounterandhigh-speedpulseoutputfunctionhasagoodapplicationforeground.MostofChina'sfactorystillusetherelaysandcontactorstocontrolthemachinerymanufacturingequipment,andthecontrolsystembasedontheP1.Chighspeedcounterandhigh-speedpulseoutputfunctionhasnotgivenfullplaytoitsvalue.BydesigningtheaxispositioningloopcontrolsystembasedonS7-200P1.C,thearticlestudythehigh-speedcounterandhigh-speedpulseoutputfunctionsofS7-200P1.C.Byhigh-speedcounterandhigh-speedpulseoutputfunctionsofS7-200P1.Ctobeconfiguredandprogrammed,weachievetheprecisecontroloftheaxispositioning.Firstly,thedefinitionanddevelopmentoverviewP1.Careintroduced,thenthedetaileddescriptionforP1.C-axispositioningcontrolsystemtheoryandknowledgerequiredisgiven,finally,axispositioningcontrolsystembasedonS7-200P1.Cisdesignedandimplemented,ithasacertainpracticalapplicationsvalue.Keywords:programmablelogiccontroller;P1.C;axispositioningloopcontrolsystem;high-speedcounter;speedpulseoutput1绪论11.IP1.C的发展形势11.1.1 P1.C的定义11.1.2 P1.C的发展史11.2 P1.C在生产线上轴定位上的应用31.3 本文研究内容与论文组织结构31.4 本章总结42系统相关技术理论52.1 S7-200P1.C高速计数器52.1.1 高速计数器的特点52.1.2 高速计数器指令62.1.3 高速计数器的输入端72.1.4 高速计数器的状态字节72.1.5 高速计数器的工作模式82.1.6 高速计数器的控制字节92.1.7 高速计数器的当前值寄存器和设定值寄存器102.2 S7-200P1.C高速脉冲输出功能102.2.1 高速脉冲输出功能概述102.2.2 高速脉冲输出功能指令102.3 本章小结123系统总体设计133.1 轴定位原理133.2 利用P1.C构建轴定位闭环控制系统143.3 本章小结154基于S7-200P1.C轴定位闭环控制系统的具体实现164.1 系统硬件设计164.2 系统软件设计164.2.1 S7-200P1.C高速计数器功能设置174.2.2 S7-200P1.C高速脉冲输出功能配置194.2.3 基于S7-200P1.C的轴定位闭环控制系统224.3 本章小结235结论25参考文献27致谢错误!未定义书签。1绪论1.1 P1.C的发展形势1.1.1 P1.C的定义1985年，国际电工委员会将P1.C（可编程控制器）定义为一种数字运算操作电子系统，其主要应用场合是工业环境。P1.C的主要特点是采用了可编程的存储器用于内部存储并执行定时、计数、逻辑运算、算术运算、顺序控制等指令,通过数字或模拟的输入输出来控制各类生产过程。由此定义可知：P1.C是一种由程序来确定控制功能的工控类计算机。1.1.2 P1.C的发展史随着计算机控制技术的不断发展，可编程控制器功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步，成为自动化技术的重要组成部分。P1.C发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合，相比于之前的P1.C,可谓是大大的进步。世界上公认的第一台P1.C是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的，其应用于通用汽车公司的生产线上。当时的P1.C主要组成部件为分立元件和中小规模集成电路，仅可以完成简单的定时、计数和逻辑控制。P1.C的实用化发展阶段是在20世纪70年代中期进行的，计算机技术的全面引入，使P1.C的功能发生质的飞跃。现代化工业对控制器的需求，更倾向于更小的体积、更高的处理速度、更可靠的工业抗干扰设计、并具有模拟量运算和PlD功能，而P1.C恰好具有这些优势，以此奠定了其在工业控制领域的地位。为了更加适应现代工业的需要，P1.C在20世纪末期获得了更大的发展，大型机和超小型机飞速发展，并诞生了用于转速、压力、温度等各种控制场合的特殊控制单元，人机界面单元和通信单元的产生，使得P1.C的配套设施越来越多。P1.C的主要发展领域是石油化工、汽车及轻工业、冶金钢铁等，其发展势头更加强劲。21世纪，P1.C将会有更大的发展。伴随着计算机网络的发展，P1.C作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业控制及工业控制以外的众多领域发挥愈来愈大的作用。1.1.3 P1.C的工作原理（1） P1.C的组成P1.C是主要由CPU、存储器、输入/输出接口和编程器组成。P1.C的CPU是P1.e的“心脏”，是P1.C的主控制器，P1.C通过CPU对夕卜部事件作出反应，CPU以分时操作方式来处理各项任务的。所以程序的执行是按程序顺序依次完成各电器的动作，在时间上形成串行工作方式。P1.C的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。P1.C扫描一次所花的时间称扫描周期，扫描周期与用户程序的长短和P1.C的扫描速度有关，通常典型的P1.C扫描周期为l100ms0P1.C的存储器是具有记忆功能的半导体电路，分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。用户存储器分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为35年。P1.C的输入部分是指各类按钮、传感器和行程开关灯接口电路，收集并保存来自被控对象的各种模拟量、开关量和来自操作台的命令信息等。P1.C的输出部分是指驱动各种电磁线圈、信号指示灯、接触器等执行元件的接口电路，它向被控对象提供动作信息。P1.C编程器分为两种，一种是手持编程器，方便，我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过P1.C的RS232口，与计算机相连，然后敲击键盘，通过NSTP-GR软件（或WlNDoWS下软件）向P1.C内部输入程序。（2） P1.C的基本工作原理P1.C采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式1 .每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。2 .输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。3 .一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。4 .元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。5 .扫描周期的长短由三条决定。1）CPU执行指令的速度；2）指令本身占有的时间；3）指令条数，现在的P1.C扫描速度都是非常快的。6 .由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。1.2 P1.C在生产线上轴定位上的应用在许多自动生产线上工作的机械手，根据工艺的要求，使其能够在不同的位置上进行工作，这就要求机械手的机械机构能够精确可靠的定位在预定的位置。在这类系统中，轴定位的精度问题是产品能否满足预定功能，并实现生产的关键。实现多点定位的方法有很多，比如采用步进油缸，多为油缸等方法，但是这些方法都是硬件实现的方法,且定位精度取决于油缸的制造精度，定位数目有很有限,对于中小企业而言，一般生产的批量并不大，如果一旦定位的要求改变，则整个执行机构就需要重新的设计和制造，这需要的耗费是很大的。因此，在中小企业中，采用造价低,且具有一定的定位精度,能够实现多点定