基于PLC的四节传送带控制新版系统标准设计.doc

哈尔滨理工大学

机电一体化系统设计
课程设计说明书

设计题目: 四节传送带系统设计
专 业: 机械电子工程
班 级: 12级1班
学 号: 123013
姓 名: 常通帅
指导老师: 丁艳艳

二〇一五年 十一月

哈尔滨理工大学荣成学院课程设计任务书

姓
名
常通帅
学
号

班
级
机电12-1
专
业
机械电子工程
孙广顺

设计题目

设计内容：

1、依据设计要求，确定系统总体方案；
2、结构设计：
（1）依据确定总体方案，计算各部件结构参数及电气参数；
（2）经过查阅手册和网络资源，选择性价比高器件；
（3）画出系统结构图或硬件电路图、接线图。
3、程序设计：
（1）依据系统功效要求，设计系统软件步骤，画出总体步骤图，并划分为多个相对独立功效模块；
（2）画出各功效模块步骤图，编写各功效模块程序；
（3）经过仿真方法模拟调试程序。
4、完成课程设计论文（字数不少于3500字。）

任务分配：
总体方案、控制电路、软件编程：
机械结构：
编写说明书：
设计时间：11月23日至11月27日
答辩时间：11月28日
关键参考文件、资料：

目 录
摘要…………………………………………………………………………………… …….....…Ⅰ 目录…………………………………………….………………………………………………......II
引言…………………………………………………………………….………………………..1
第一章 可编程控制器概述…………………………………………….……………………2
1.1 可编程逻辑控制器（PLC）………………………………………….……………………2
1.2 可编程逻辑控制器（PLC）产生………………………………….……………………2
1.3 可编程逻辑控制器特点……………………………………………..…………………..3
1.4 可编程逻辑控制器分类………………………………………………..………………..5
1.5 可编程逻辑控制器发展………………………………………………..……………..6
1.5.1国外PLC发展…………………………………………………..…………….6
1.5.2中国PLC发展…………………………………………………..…………….7
1.5.3 PLC展望……………………………………………………………...………….7
第二章 可编程控制器结构和原理……………………………………………….…………8
2.1 可编程控制器基础结构………………………………………………………...……….8
2.2 可编程控制器编程语言…………………………………………………………..……..9
第三章 PLC和继电器，单片机异同………………………………………………………12
3.1 什么是PLC………………………………………………………………………………..12
3.2 PLC和单片机区分…………………………………………………………………….12
3.3 PLC和继电器系统异同…………………………………………………………...…….12
3.4 PLC系统设计……………………………………………………………………...…….13
3.4.1 PLC选型标准………………………………………………………………..…….13
3.4.2 可编程次序控制器设计步骤…………………………………………….……….14
3.5 PLC自动检测功效及故障诊疗………………………………………………..………..15
3.5.1 超时检测………………………………………………………………….………….15
3.5.2 逻辑错误检验………………………………………………………….…………….16
第四章 传送带介绍……………………………………………………….……………….17
4.1 传送带常见故障由和维护……………………………………….…………………..17
4.1.1 传送带常见故障………………………………………………………………..17
4.1.2 传送带跑偏………………………………………………………………………..17
4.2 四级传送带设计………………………………………………………………………18
4.2.1 四级传送带控制要求………………………………….………………………..18
4.2.2 四级传送带视图……………………………………..………………………….19
4.2.3 输入、输出分配表…………………………………….…………………………..20
4.2.4 电动机接线图………………………………………….…………………………..20
4.2.5 PLC接线图…………………………………………...…………………………….21
4.2.6 控制面板……………………………………………...……………………………21
4.2.7 程序梯形图…………………………………………..…………………………….22
总结……………………………………………………………….……………………………..27
参考文件…………………………………………………………………………………………1

引 言
可编程控制器（PLC）是以计算机技术为关键通用自动控制装置，在各行各业中得到了广泛应用。有着160年历史西门子企业，同时作为自动化领域技术、标准和市场领先者，以最优异技术和产品，向用户提供含有优异、可靠处理方案。自从1996年提出崭新自动化理念——全集成自动化(TIA，Totally Integrated Automation)以来，怎样帮助广大自动化工程师广泛深入地了解和掌握全集成自动化(TIA)三个要素，即共同通信、共同组态和编程、共同数据库。
可编程控制器是以微处理器为基础通用工业自动控制装置，被称为现代工业自动化支柱之一。人机界面是操作人员和PLC之间进行对话和相互作用接口设备。人机界面要用专用组态软件组态，因为人机界面品种日益丰富和功效不停增强，学习和掌握组态软件使用方法需要花费大量时间，但现在基础上还没有相关人机界面组态和应用教材和书籍。
可编程控制器和以往那些基于文本高级编程语言不一样，它采取是一个全新梯形图和助记符编程方法，即用形象图行符号和连线来替换一行一行文本，这种编程序方法使用起来比较简单方便，尤其是对继电器控制电路有所了解技术人员来说，就更轻易使用梯形图语言。可编程控制器最有优势技术是软件开发环境，和传统程序设计语言不一样，这类软件通常采取强大图形化语言编程，面向测试工程师，而不是面向专业程序员，编程很方便，人机交互界面很友好，含有强大数据可视化分析和仪器控制能力。无疑是最好选择。面向对象思想在可编程控制器领域应用和发展，极大地发展了现代仪器设计方法和技术。相信很快未来，开发大型高度智能化仪器也会象“搭积木”一样简单。
论文关键介绍了可编程控制器（PLC）特点及应用领域， PLC中国外发展情况，并就PLC未来做出展望。谈控制要求，PLC定义，PLC特点，PLC编程语言，PLC控制系统配置，PLC应用领域，PLC工作原理， PLC结构，可编程控制器(PLC)和继电器控制区分，PLC中国外情况，PLC未来展望。

第一章 可编程控制器概论
1.1 可编程序逻辑控制器(PLC)
可编程控制器（PLC）是以微处理器为关键，将自动控制技术、计算机技术和通信技术融为一体而发展起来工业自动化控制装置。现在，PLC已经基础替换了传统继电器控制系统而广泛应用于工业控制各个领域，成为工业自动化领域中最关键控制装置。PLC英文全称Programmable Logic Controller，汉字全称为可编程逻辑控制器，定义是:一个数字运算操作电子系统，专为在工业环境应用而设计。它采取一类可编程存放器，用于其内部存放程序，实施逻辑运算,次序控制，定时，计数和算术操作等面向用户指令，并经过数字或模拟式输入/输出控制多种类型机械或生产过程。可编程控制系统是一个专门为在工业环境下应用而设计数字运算操作电子系统。它采取一个可编程存放器，在其内部存放实施逻辑运算、次序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，经过数字式或模拟式输入输出来控制多种类型机械设备或生产过程。
可编程控制器是计算机技术和自动化控制技术相结合而开发一个适用工业环境新型通用自动控制装置，是作为传统继电器替换产品而出现。伴随微电子技术和计算机技术迅猛发展，可编程控制器更多地含有了计算机功效，不仅能实现逻辑控制，还含有了数据处理、通信、网络等功效。因为它可经过软件来改变控制过程，而且含有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制各个领域，大大推进了机电一体化进程。可编程控制器(PLC)，是集自动控制技术、计算机技术、和通讯技术为一体高科技产品。含有可靠性高，功效齐全，使用灵活方便等优点。由此可见，用PLC控制智能型舞台艺术灯比传统舞台艺术灯控制优越多。
1.2 可编程序逻辑控制器(PLC)产生
在可编程控器出现之前，工业生产中广泛使用电器自动控制系统是继电器控制系统，其设备含有体积大、触点寿命低、可靠性差、接线复杂、改装麻烦、维护和排除故障困难等缺点，不能适应该代社会制造工业飞速发展。20世纪60年代，世界上第一台可编程序逻辑控制器诞生于美国汽车制造领域，目标是用来替换继电器电气控制系统，以实施逻辑判定、计时、计数等次序控制功效。伴随计算机技术不停发展，其功效逐步扩大，不再是原来意义上以逻辑控制为主，以后把“ 逻辑”二字去掉，称做可编程控器，曾经一度简称为PC，不过为了避免和个人计算机简称相混淆，现在仍然把可编程控器简称为PLC。
提出PLC概念是美国通用汽车企业。当初汽车生产流水线自动控制系统基础上全部是由继电器控制装置组成，汽车每一次改型全部是直接造成继电器控制装置重新设计和安装。伴随生产发展，汽车型号更新周期越来越短，这么，继电器控制安装就需要常常重新设计和安装，既费时，费工又费料。为了改变这一现实状况，美国通用汽车企业在1969年公开招标，要求用新控制装置替换继电器控制装置，并提出以下10项招标指标：
1）编程简单，可在现场修改程序。
2）维修方便，采取规模化结构。
3）可靠性高于继电器控制装置。
4）体积小于继电器控制装置。
5）可将数据直接送入计算机。
6）成本可和继电器装置竞争。
7）可直接用115V交流输入（美国市电为115V）.
8）输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等。
9）控制装置扩展时很方便。
10）用户程序存放器容量最少为4KB。
1969年末，美国数字设备企业DEC研制出了世界上第一台PLC美国通用汽车企业自动装配线上试用，并取得了成功。这种新型智能化工业控制装置很快在美国其它工业控制领域推广应用，至1971年，以成功将PLC用于食品，饮料，冶金，造纸等行业。
PLC出现受到了世界各国工业控制界高度重视。1971年日本从美国引进这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年西欧国家也研制出了它们第一台PLC。中国PLC研制始于1974年，于1977年开始工业应用。
伴随半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术发展，到20世纪70年代中期以后，PLC已广泛发展为中央处理器，输入输出模块和外围电路也全部采取中，大规模甚至超大规模集成电路，这时PLC已不再是仅有逻辑判定能力，还同时含有数据处理，PID调整和数据通信功效。
国际电工委员会1987年颁布可编程控制器标准草案中对PLC做了以下定义：“可编程控制器是一个数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采取可编程控制器存放器，用来在其内部储存程序，实施逻辑运算，次序控制，定时，计数和算术运算等面向用户指令，并经过数字和模拟式输入和输出，控制多种类型机械或生产过程。可编程控制器及其相关外围设备，全部根据易于和工业控制系统连成一个整体，易于扩展其功效标准而设计。”
1.3 可编程控制器特点
伴随微处理器，计算机和数字通信技术飞速发展，计算机控制已扩展到了几乎全部工业领域。PLC之所以高速发展，除了工业自动化客观需要外，PLC还有很多独特优点。它很好地处理了工业控制领域中普遍关心可靠性、通用性、灵活性、使用方便等问题。关键特点以下:
（1）可靠性高。
可靠性高是PLC最突出优点之一。PLC含有较高可靠性是因为它采取微电子技术，大量开关动作由无触点半导体电路完成。高可靠性是电气控制设备关键性能。PLC因为采取现代大规模集成电路技术，采取严格生产工艺制造，内部电路采取了优异抗干扰技术，含有很高可靠性。比如三菱企业生产F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
（2）在设计制造过程中，抗干扰能力强，采取一系列硬件和软件抗干扰方法。
如:硬件方面采取隔离、滤波、精选元器件等。在微处理器和1/0 电路之间采取光电隔离方法，有效地抑制了外部干扰对PLC影响，同时能够预防外部高压进入CPU单元。
（3）应用灵活。
因为PLC己实现了产品系统化、标准积木式硬件结构和单元化软件设计，使得它不仅能够适应大小不一样、功效复杂控制要求，而且能够适应多种工艺步骤变更较多场所。PLC用软件功效替换了继电器控制系统中大量中间继电器、时间继电器、计数器及其它专用功效器件，使控制系统设计、安装、接线工作量大大降低。
（4） 功效强，通用性好。有丰富Ｉ／Ｏ接口模块。
PLC不仅含有逻辑运算、定时、计数，次序控制等功效，而且还含有A/D, D/A转换、数值运算、数据处理和通讯联网等功效；既能够对开关量进行控制，也能够对模拟量进行控制；既能够对单台设备进行控制，也能够对一条生产线或全部生产工艺过程进行控制。PLC含有通信联网功效，能够实现不一样PLC之间联网，并能够和计算机组成份布式控制系统。
（5）编程简单。
大多数PLC采取梯形图编程方法。梯形图和传统继电接触控制线路图有很多相同之处，和常见计算机语一言相比更轻易被操作者接收并掌握。操作者经过阅读PLC操作手册，能够很快熟悉梯形图语言，并用来编制通常用户程序，这也是PLC取得快速普及和推广关键原因之一。
（6）配套齐全，功效完善，适用性强。
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小多种规模系列化产品。能够用于多种规模工业控制场所。除了逻辑处理功效以外，现代PLC大多含有完善数据运算能力，可用于多种数字控制领域。多年来PLC功效单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等多种工业控制中。加上PLC通信能力增强及人机界面技术发展，使用PLC组成多种控制系统变得很轻易。
（7）易学易用，深受工程技术人员欢迎。
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业工控设备。它接口轻易，编程语言易于为工程技术人员接收。梯形图语言图形符号和表示方法和继电器电路图相当靠近，只用PLC少许开关量逻辑控制指令就能够方便地实现继电器电路功效。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
（8）系统设计、建造工作量小，维护方便，轻易改造。
PLC用存放逻辑替换接线逻辑，大大降低了控制设备外部接线，使控制系统设计及建造周期大为缩短，同时维护也变得轻易起来。更关键是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量生产场所。
（9）体积小，重量轻，能耗低。
以超小型PLC为例，新近出产品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。因为体积小很轻易装入机械内部，是实现机电一体化理想控制设备。
1.4 可编程控制器分类
PLC根据输入和输出即I/O点数多少可分为表1所表示5种类型。
表1 可编程控制器规模分类表
类型
I/O点数
存放器容量/KB
超小型
24以下
1～2
小型
24-256
2～8
中型
256-1024
8～16
大型
1024-8192
16～64
超大型
大于8192
64～256
PLC按结构形式分类可分为厢体式和模块式两种。厢体式又称为单元式或整体式。厢体式PLC将电源，CPU,I/0等全部集中装在一个机箱内，结构紧凑，体积小，价格低。通常超小型PLC全部采取这种结构，小型PLC多数也属厢体式，它由不一样I/O点数基础单元和扩展单元组成。基础单元内有CPU,I/O和电源，扩展单元内没有CPU。基础单元和扩展单元之间通常见扁平电缆连接。
模块式结构PLC将各部分分成若干个单独模块，如电源模块，CPU模块，I/O模块和多种功效模块。通常大中型PLC全部采取模块式结构。有小型PLC也采取模块式结构。有小型PLC也采取这种结构，因为模块式结构PLC配置灵活，安装方便，便于扩展和维修。
1.5可编程序控制器发展
1.5.1 国外PLC发展
世界上公认第一台PLC是1969年美国数字设备企业(DEC)研制。限于当初元器件条件及计算机发展水平，早期PLC关键由分立元件和中小规模集成电路组成，能够完成简单逻辑控制及定时、计数功效。20世纪70年代初出现了微处理器。大家很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功效，完成了真正含有计算机特征工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统工程技术人员使用，可编程控制器采取和继电器电路图类似梯形图作为关键编程语言，并将参与运算及处理计算机存放元件全部以继电器命名。此时PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合产物。
20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全方面引入可编程控制器中，使其功效发生了飞跃。更高运算速度、超小型体积、更可靠工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功效及极高性价比奠定了它在现代工业中地位。20世纪80年代初，可编程控制器在优异工业国家中已取得广泛应用。这个时期可编程控制器发展特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段另一个特点是世界上生产可编程控制器国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
20世纪末期，可编程控制器发展特点是愈加适应于现代工业需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了多种多样特殊功效单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样控制场所；从产品配套能力来说，生产了多种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器工业控制设备配套愈加轻易。现在，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域应用全部得到了长足发展。
1.5.2 中国PLC发展
中国可编程控制器引进、应用、研制、生产是伴伴随改革开放开始。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在多种企业生产设备及产品中不停扩大了PLC应用。现在，中国自己已能够生产中小型可编程控制器。上海东屋电气生产CF系列、杭州机床电器厂生产DKK及D系列、大连组合机床研究所生产S系列、苏州电子计算机厂生产YZ系列等多个产品已含有了一定规模并在工业产品中取得了应用。另外，无锡华光企业、上海乡岛企业等中外合资企业也是中国比较著名PLC生产厂家。能够预期，伴随中国现代化进程深入，PLC在中国将有更宽广应用天地。
1.5.3 PLC未来展望
二十一世纪，PLC会有更大发展。从技术上看，计算机技术新结果会更多地应用于可编程控制器设计和制造上，会有运算速度愈加快、存放容量更大、智能更强品种出现；从产品规模上看，会深入向超小型及超大型方向发展；从产品配套性上看，产品品种会更丰富、规格更齐全，完美人机界面、完备通信设备会愈加好地适应多种工业控制场所需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品情况会伴随国际竞争加剧而打破，会出现少数多个品牌垄断国际市场局面，会出现国际通用编程语言；从网络发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网组成大型控制系统是可编程控制器技术发展方向。现在计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已经有大量可编程控制器应用。伴伴随计算机网络发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络关键组成部分，将在工业及工业以外众多领域发挥越来越大作用。

第二章 可编程序控制器结构和原理
2.1 可编程序控制器基础结构
PLC实质上是一个专门用于工业控制通用计算机，其硬件结构基础上和微型计算机相同，关键有中央处理器(CPU)，存放器(RAM,ROM)，输入输出接口电路（I/O接口），电源及编程设备几大部分组成。
一．中央处理器（CPU）
中央处理器（CPU） 是PLC控制中枢。PLCCPU根据系统程序给予功效接收并存放用户键入应用程序和数据，检验电源，存放器，I/O和警戒定时器状态，诊疗用户程序语法错误。PLC中采取CPU 通常有三大类，一类为通用处理器，如80286，80386等，一类为单片机芯片，如8301，8096等，另外还有位处理器，如AMD2900,AMD2903等。
二．存放器
PLC是工业控制计算机，除了硬件以外，还必需有软件才能正常工作。PLC软件分两部分：系统软件和应用软件。存放系统软件存放器称为系统程序存放器；存放应用软件存放器称为用户程序存放器。
RLC常见存放器类型：读写存放器（RAM），可擦除只读存放器（EPROM）,电可擦除只读存放器（EPROM）
三．输入/ 输出（I/O）
I/O接口有良好光电隔离和滤波作用。PLC输出接口往往始于被控对象相连接，被控对象有电磁阀，指示灯，接触器，小型电动机等。
输入接口
多种PLC输入电路大全部相同，通常有三种输入类型。一个是直流（12~14）输入，另一个是交流（100~120V，200~240V）输入，第三种是交直流输入。
输出接口
PLC输出有三种形式：继电器输出，晶体管输出。继电器输出型PLC
最为常见。当CPU有输出时，接通输出电路中继电器线圈，继电器触点闭合，经过该触点控制外部负载电路负载。晶体管输出型PLC是经过光耦合器是晶体管截至或导通以控制外部负载电路，并同时PLC内部电路和晶体管输出电路进行电气隔离。
四．电源
PLC电源在整个系统中起着十分关键作用。模块PLC，是独立电源模块；整体式PLC电源集成在厢体内。PLC电源多为高精度开关电源；掉电保护电路供电后备电源多为锂电池。
五．编程器
编程器是PLC关键外围设备。编程器关键任务是输入程序，编辑程序，调试程序，监控程序，还能够在线测试PLC工作状态和参数和PLC进行人机对话。
2.2 可编程序控制器编程语言
可编程序控制器可采取编程语言大致可分为以下儿种:梯形图(LAD)编程语言、功效块图(FBD)编程语言，指令语句编程语言和逻辑表示式编程语言。
（1）梯形图(LAD)编程语言
梯形图(LAD)是和电气控制电路图相呼应图形语言。它沿用了继电器、触电、串并联等术语和类似图形符号，并简化了符号，还增加了部分功效性指令。
梯形图格式中继电器不是物理继电器，而是软继电器。软继电器各触电均为存放器中一位，，表示软继对应位为“１”状态，表示软继电器线圈得电，它常开触点闭合或常闭触点断开；表示软继对应位为“０”状态，表示软继电器线圈得电，她常开触点断开或常闭触点闭合；
（2）功效块图(FBD)
功效块图，是图形化高级编程语言，经过软连接方法把所需功效块图连接起来，用于实现系统控制。功效块图表示格式有利于程序流跟踪。功效块图和梯形图能够相互转换。
（3）语句表(STL)
语句表是用助记符来表示PLC多种控制功效，它类似于计算机汇编语言，但比汇编语言直观易懂，编程简单。
（4） 次序功效图（SFC）
次序功效图属于图形语言，用它常常编制次序控制类程序。次序功效图编程法可将一个复杂控制过程分解为部分小工作状态，对这些小状态功效分别处理后在再把这些小状态依一定次序要求连接组合成整体控制程序。
（5） 结构化文本（ST）
ST被称为和PASCAL 和C语言一样高级编程语言。ST不是采取低级，面向机器操作符而是以高度压缩方法提供大量描述复杂功效抽象语句。和语句指令表IL相比，ST语言优点是显著：编程任务高度压缩化表示格式，在语句块中有清楚程序结构。
可编程序控制器工作原理
PLC实际上是一个专门用于工业控制通用计算机，其硬件结构基础上和微型计算机相同，关键有中央处理器（CPU）、存放器（RAM、ROM）、输入输出接口电路（I/O接口）、电源及编程设备几大部分组成。
1. 扫描工作原理
当PLC运行时，是经过实施反应控制要求用户程序来完成控制任务，需要实施众多操作，但CPU不可能同时去实施多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方法，每一次实施一个操作，按次序逐一实施。因为CPU运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现结果似乎是同时（并行）完成。这种串行工作过程称为PLC扫描工作方法。
用扫描工作方法实施用户程序时，扫描是从第一条程序开始，在无中止或跳转控制情况下，按程序存放次序前后，逐条实施用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描实施，周而复始反复运行。
2. PLC扫描工作过程
PLC扫描工作过程除了实施用户程序外，在每次扫描工作过程中还要完成内部处理、通信服务工作。图2-11所表示，整个扫描工作过程包含内部处理、通信服务、输入采样、程序实施、输出刷新五个阶段。整个过程扫描实施一遍所需时间称为扫描周期。扫描周期和CPU运行速度、PLC硬件配置及用户程序长短相关，经典值为1～100ms。
在内部处理阶段，进行PLC自检，检验内部硬件是否正常，对监视定时器（WDT）复位和完成其它部分内部处理工作。
在通信服务阶段，PLC和其它智能装置实现通信，响应编程器键入命令，更新编程器显示内容等。
当PLC处于停止（STOP）状态时，只完成内部处理和通信服务工作。当PLC处于运行（RUN）状态时，除完成内部处理和通信服务工作外，还要完成输入采样、程序实施、输出刷新工作。
PLC扫描工作方法简单直观，便于程序设计，并为可靠运行提供了保障。当PLC扫描到指令被实施后，其结果立即就被后面将要扫描到指令所利用， 而且还可经过CPU内部设置监视定时器来监视每次扫描是否超出要求时间，避免因为CPU内部故障使程序实施进入死循环。
3 .PLC用户程序循环扫描过程
PLC实施程序过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序实施阶段、输出刷新阶段。
a)在输入采样阶段，PLC以扫描工作方法按次序对全部输入端输入状态进行采样，并存入输入映象寄存器中，此时输入映象寄存器被刷新。接着进入程序处理阶段，在程序实施阶段或其它阶段，即使输入状态发生改变，输入映象寄存器内容也不会改变，输入状态改变只有在下一个扫描周期输入处理阶段才能被采样到。
b)在程序实施阶段，PLC对程序按次序进行扫描实施。若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，先左后右次序进行。当碰到程序跳转指令时，则依据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。当指令中包含到输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，依据用户程序进行运算，运算结果再存入元件映象寄存器中。对于元件映象寄存器来说，其内容会随程序实施过程而改变。
c)当全部程序实施完成后，进入输出处理阶段。在这一阶段里，PLC将输出映象寄存器中和输出相关状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并经过一定方法输出，驱动外部负载。
所以，PLC在一个扫描周期内，对输入状态采样只在输入采样阶段进行。当PLC进入程序实施阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期输入采样阶段才对输入状态进行重新采样。这方法称为集中采样，即在一个扫描周期内，集中一段时间对输入状态进行采样。

第三章 PLC和继电器、单片机异同
3.1 什么是PLC
PLC是什呢？PLC全称是Programmable Logic Controller（可编程序控制器）,刚引入中国时，曾简称为PC。以后，IBM-PC取得广泛应用，PC成了个人电脑代名词，才改为PLC。PLC还有另外一个意思是Power Line Carrier(电力线载波)。
3.2 PLC和单片机区分
1. PLC是建立在单片机之上产品，单片机是一个集成电路，二者不含有可比性。
2. 单片机能够组成多种多样应用系统，从微型、小型到中型、大型全部可，PLC是单片机应用系统一个特例。
3. 不一样厂家PLC有相同工作原理，类似功效和指标，有一定交换性，质量有确保，编程软件正朝标准化方向前进。这正是PLC取得广泛应用基础。而单片机应用系统则是八仙过海，各显神通，功效千差万别，质量参差不齐，学习、使用和维护全部很困难。
最终，从工程角度，谈谈PLC和单片机系统选择；
4. 对单项工程或反复数极少项目，采取PLC方案是明智、快捷路径，成功率高，可靠性好，手尾少，但成本较高。
5. 对于量大配套项目，采取单片机系统含有成本低、效益高优点，但这要有相当研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。最好方法是单片机系统嵌入PLC功效，这么可大大简化单片机系统研制时间，性能得到保障，效益也就有确保。
3.3 PLC和继电器系统异同
继电器接触器是以电磁开关为主体低压电器元件，其组成系统是用导线依一定规律将它们连接起来，实现不一样控制功效。
从逻辑控制看，PLC和继电器系统区分关键是:
（一） 组成器件不一样
（二） 触点数量不一样
（三） 实时控制方法不一样
（四） 工作方法不一样
3.4 PLC系统设计
3.4.1 PLC选型标准
1、输入输出（I/O）点数估算
I/O点数估算时应考虑合适余量，通常依据统计输入输出点数，再增加10%～20%可扩展　余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需依据制造厂商PLC产品特点，对输入输出点数进行圆整。
2、存放器容量估算
存放器容量是可编程序控制器本身能提供硬件存放单元大小，程序容量是存放器中用户应用项目使用存放单元大小，所以程序容量小于存放器容量。设计阶段，因为用户应用程序还未编制，所以，程序容量在设计阶段是未知，需在程序调试以后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采取存放器容量估算来替换。存放器内存容量估算没有固定公式，很多文件资料中给出了不一样公式，大致上全部是按数字量I/O点数10～15倍，加上模拟I/O点数100倍，以此数为内存总字数（16位为一个字），另外再按此数25%考虑余量。控制功效选择：该选择包含运算功效、控制功效、通信功效、编程功效、诊疗功效和处理速度等特征选择
3、对PLC响应时间要求
响应速度即响应时间包含输入滤波时间，输出滤波时间和扫描周期。PLC通常以次序扫描工作方法进行工作，对小于扫描时间输入信号，有可能造成接收信号不可靠。所以，对有维持很短时间输入信号来讲，需要选择扫描速度高PLC。通常机器对扫描时间限定值为100～200ms，而实际上实施一千条指令仅需时间1～10ms ,对通常规模PLC程序，则输入信号能维持在10ms左右就完全能安全地被接收到，但对模拟量输入则需要考虑和PLC响应时间配合问题。
4、系统可靠性
依据生产环境及工艺要求，应采取功效完善可靠性适宜PLC。对可靠性要求极高系统，应考虑是否采取冗余控制系统或热备份系统。
5、编程器和外围设备
小型PLC控制系统通常选择价格廉价简易编程器；假如系统较大或多台PLC共用，能够选择功效强，编程方便图形编辑器；假如有现成个人计算机，可选择能在计算机上使用编程软件。
3.4.2 可编程次序控制器设计步骤
PLC控制系统设计步骤图图3.1步骤：
1、熟悉控制对象确定控制范围
依据生产和工艺过程分析控制要求，确定控制对象及控制范围，确定控制系统工作方法，比如全自动、半自动、手动、单机运行、多机联合运行等。还要确定系统应有其它功效，比如故障检测、诊疗和显示报警、紧急情况处理、管理功效、联网通信功效等。
2、可同时进行PLC硬件设计和软件设计。
硬件设计指电气线路设计，包含主电路及PLC外部控制电路，PLC输入输出接线图，设备供电系统图，电气控制柜结构及电器设备安装图等。软件设计包含状态表、状态转换图、梯形图、指令表等，控制程序设计是PLC系统应用中最关键问题，也是整个控制系统设计关键。
3、PLC调试分模拟调试和联机调试
硬件部分模拟调试关键是对控制柜或操作台接线进行测试。可在操作台接线端子上模拟PLC外部开关量输入信号，或操作按钮指令开关，观察对应PLC输入点状态。用编程软件将输出点强制ON/OFF，观察对应控制柜内PLC负载（指示灯、接触器等）动作是否正常，或对应接线端子上输出信号状态改变是否正确。
联机调试时，把编制好程序下载到现场PLC中。调试时，主电路一定要断电，只对控制电路进行联机调试。经过现场联机调试，还会发觉新问题或对一些控制功效改善。
4、PLC类型
PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功效或输入输出点数选型。
整体型PLCI/O点数固定，所以用户选择余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多个I/O卡件或插卡，所以用户可较合理地选择和配置控制系统I/O点数，功效扩展方便灵活，通常见于大中型控制系统。图3.1 PLC控制系统设计步骤图

3.5 PLC自动检测功效及故障诊疗
PLC含有很完善自诊疗功效，如出现故障，借助自诊疗程序能够方便找到出现故障部件，更换后就能够恢复正常工作。故障处理方法可参看S7-200系统手册故障处理指南。实践证实，外部设备故障率远高于PLC，而这些设备故障时，PLC不会自动停机，可使故障范围扩大。为了立即发觉故障，可用梯形图程序实现故障自诊疗和自处理。
3.5.1 超时检测
机械设备在各工步所需时间基础不变，所以能够用时间为参考，在可编程控制器发出信号，对应外部实施机构开始动作时起动一个定时器开始定计时，定时器设定值比正常情况下该动作连续时间长20%左右。如某实施机构在正常情况下运行10s后，使限位开关动作，发出动作结束信号。在该实施机构开始动作时起动设定值为12s定时器定时，若12s后还没有收到动作结束信号，由定时器常开触点发出故障信号，该信号停止正常程序，起动报警和故障显示程序，使操作人员和维修人员能快速判别故障种类，立即采取排除故障方法。
3.5.2 逻辑错误检验
在系统正常运行时，PLC输入、输出信号和内部信号（如存放器为状态）相互之间存在着确定关系，如出现异常逻辑信号，则说明出了故障。所以能够编制部分常见故障异常逻辑关系，一旦异常逻辑关系为ON状态，就应按故障处理。如机械运动过程中前后有两个限位开关动作，这两个信号不会同时接通。若它们同时接通，说明最少有一个限位开关被卡死，应停机进行处理。在梯形图中，用这两个限位开关对应存放器位常开触点串联，来驱动一个表示限位开关故障存放器位就能够进行检测。

第四章 传送带介绍
传送带是传送带用来输送元件，PCB和其它器件，材料通常为塑料，纤