1.
可编程控制器PLC ................................................... 1 1.1 PLC简介 ......................................................... 1 1.2 PLC的发展历程 ................................................... 1 1.3 PLC的特点 ....................................................... 3
1.3.1 可靠性高，抗干扰能力强 ..................................... 3 1.3.2 配套齐全，功能完善，适用性强 ............................... 3 1.3.3 易学易用，深受工程技术人员欢迎 ............................. 3 1.3.4 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 ............... 3 1.3.5 体积小，重量轻，能耗低 ..................................... 3 1.4 可编程控制器组成和分类 ........................................... 3 1.5 PLC的应用领域 ................................................... 5
1.5.1 开关量的逻辑控制 ........................................... 5 1.5.2 模拟量控制 ................................................. 6 1.5.3 运动控制 ................................................... 6 1.5.4 过程控制 ................................................... 6 1.5.5 数据处理 ................................................... 6 1.5.6 通信及联网 ................................................. 6
2 PLC控制系统设计 ................................................... 6
2.1 PLC控制系统设计的基本原则 ....................................... 6 2.2 PLC I/O模块的选择步骤与原则 ..................................... 7
2.2.1 开关量I／O模块的选择 ...................................... 7 2.2.2 模拟量I／O模块的选择 ...................................... 9 2.2.3 特殊功能模块的选择 ......................................... 9
3 三菱PLC分类及型号的基础知识 ...................................... 9
3.1 三菱PLC实物 ..................................................... 9 3.2 三菱PLC的发展历程： ............................................ 10 3.3 三菱FX系列PLC介绍： ........................................... 10 3.4 三菱Q系列PLC介绍： ............................................ 10 4 三人抢答器PLC软件控制系统设计 ................................... 11
4.1 硬件设计 ........................................................ 11
4.1.1 实验所用器材 .............................................. 11 4.1.2 电路组成和工作原理 ........................................ 11 4.1.3 设计步骤及方法 ............................................ 12 4.1.4 安装与调试 ................................................ 15 4.2 软件部分 ........................................................ 18
4.2.1 梯形图 .................................................... 18 4.2.2 指令集 .................................................... 21
总 结 ................................................................. 23 致 谢 ................................................................. 24 参考文献 ................................................................ 25
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1. 可编程控制器PLC
1.1 PLC简介
PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”
1.2 PLC的发展历程
在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。
个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。
20世纪70年代初出现了微处理器。人们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能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。
20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。
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20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，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80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。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，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。
我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。
21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
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1.3 PLC的特点
1.3.1 可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
1.3.2 配套齐全，功能完善，适用性强
PLC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。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 1.3.3 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，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
1.3.4 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的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、小批量的生产场合。 1.3.5 体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
1.4
可编程控制器组成和分类
PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。
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1．按结构形式分类 根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。 （1）整体式PLC 整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内， 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。
（2）模块式PLC 模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。
还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。
2．按功能分类
根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。
（1）低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。
（2）中档PLC 除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。
（3）高档PLC 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。
3．按I/O点数分类
根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。
(1)小型PLC——I/O点数< 256点；单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量4K字以下。
如：GE-I型 美国通用电气（GE）公司 TI100 美国德洲仪器公司
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F、F1、F2 日本三菱电气公司 C20 C40 日本立石公司（欧姆龙） S7-200 德国西门子公司 EX20 EX40 日本东芝公司
SR-20/21 中外合资无锡华光电子工业有限公司
(2)中型PLC——I/O点数256～2048点；双CPU，用户存储器容量2～8K如：S7-300 德国西门子公司
SR-400 中外合资无锡华光电子工业有限公司 SU-5、SU-6 德国西门子公司 C-500 日本立石公司 GE-Ⅲ GE公司
(3)大型PLC——I/O点数> 2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量8～16K
如：S7-400 德国西门子公司
GE-Ⅳ GE公司 C-2000 立石公司 K3 三菱公司等
1.5 PLC的应用领域
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 1.5.1 开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、
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顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 1.5.2 模拟量控制
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 1.5.3 运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 1.5.4 过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 1.5.5 数据处理
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 1.5.6 通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
2 PLC控制系统设计
2.1 PLC控制系统设计的基本原则
任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：
1. 最大限度地满足被控对象的控制要求
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充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。
2. 保证PLC控制系统安全可靠
保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。
3. 力求简单、经济、使用及维修方便
一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。
4. 适应发展的需要
由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。
2.2 PLC I/O模块的选择步骤与原则
一般I／O模块的价格占PLC价格的一半以上。PLC的I／O模块有开关量I／O模块、模拟量I／O模块及各种特殊功能模块等。不同的I／O模块，其电路及功能也不同，直接影响PLC的应用范围和价格，应当根据实际需要加以选择。 2.2.1 开关量I／O模块的选择 1、 开关量输入模块的选择
开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号，将信号转换为PLC内部接受的低电压信号，并实现PLC内、外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面：
（1）输入信号的类型及电压等级
开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流／直流输入三种类型。选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。
开关量输入模块的输入信号的电压等级有：直流5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ、48Ｖ、60Ｖ等；交流110Ｖ、220Ｖ等。选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。一
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般5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ用于传输距离较近场合，如5Ｖ输入模块最远不得超过１０米。距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。
（2）输入接线方式
开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式。
汇点式的开关量输入模块所有输入点共用一个公共端（COM）；而分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组，每一组（几个输入点）有一个公共端，各组之间是分隔的。分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高，如果输入信号之间不需要分隔，一般选用汇点式的。
（3）注意同时接通的输入点数量
对于选用高密度的输入模块(如32点、48点等)，应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60％。
（4）输入门槛电平
为了提高系统的可靠性，必须考虑输入门槛电平的大小。门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远。
2、 开关量输出模块的选择
开关量输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现PLC内外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面：
（1）输出方式
开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。
继电器输出的价格便宜，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但其属于有触点元件，动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不得超过1HZ）、寿命较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。
对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。
（2）输出接线方式
开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式，a)分组式输出 b)分隔式输出 。分组式输出是几个输出点为一组，一组有一个公共端，各组之间是分隔的，可分别用于驱动不同电源的外部输出设备；分隔式输出是每一个输出点就有一个公共端，各输出点之间相互隔离。选择时主要根据PLC输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。一般整体式PLC既有分组式输出，也有分隔式输出。
（3）驱动能力
开关量输出模块的输出电流(驱动能力)必须大于PLC外接输出设备的额定电流。用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。
（4）注意同时接通的输出点数量
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选择开关量输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值，如一个220V／2A的８点输出模块，每个输出点可承受2A的电流，但输出公共端允许通过的电流并不是16A(8×2A)，通常要比此值小得多。一般来讲，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60％。
（5)输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关
开关量输出模块的技术指标，它与不同的负载类型密切相关，特别是输出的最大电流。另外，晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。 2.2.2 模拟量I／O模块的选择
模拟量I／O模块的主要功能是数据转换，并与PLC内部总线相连，同时为了安全也有电气隔离功能。模拟量输入（A／D）模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量；模拟量输出(D／A)模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。
典型模拟量I／O模块的量程为-10V~+10V、0~+10V、4~20mA等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。
一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直接接收低电平信号（如RTD、热电偶等信号）。 2.2.3 特殊功能模块的选择
目前，PLC制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的I／O模块，有的还推出了自带CPU的智能型I／O模块，如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等。
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3.1
三菱PLC分类及型号的基础知识
三菱PLC实物
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3.2 三菱PLC的发展历程：
1、1980-1990 三菱PLC主要有F\\F1\\F2系列小型PLC，K/A系列中、大型PLC 2、1990-2000 三菱PLC主要分为FX系列小型PLC，A系列（A2S\\A2US\\Q2A）中大型PLC
3、2000以后，三菱PLC主要分分为FX系列小型PLC，Q系列（Qn\\QnPH）中大型PLC 3.3
三菱FX系列PLC介绍：
FX系列PLC包括FX1S \\ FX1N \\ FX2N \\ FX3U四种基本类型的PLC，早期还包括FX0系列产品。
FX1S系列为整体固定I/O结构，最大I\\O点数为40，I\\O点数不可扩展； FX1N \\ FX2N \\ FX3U系列为基本单元加扩展的结构形式，可以通过I\\O扩展模块增加I\\O. FX1N最大的I\\O点数是128点
FX2N最大的I\\O点数是256点
FX3U最大的I\\O点数是384点（包括CC-Llink连接的远程I\\O）
FX1NC \\ FX2NC \\ FX3UC是变形系列，主要区别是端子的连接方式和PLC的电源输入，变形系列的端子采用的插入式，输入电源只能24VDC，较普通系列要便宜。普通系列的端子是接线端子连接，电压允许使用AC电源。
FX1S系列PLC只能通过RS-232、RS-422\\RS-485等标准接口与外部设备、计算机以及PLC之间通讯. FX1N \\ FX2N \\ FX3U增加了AS-I \\ CC-Link网络通讯功能。 3.4
三菱Q系列PLC介绍：
Q系列PLC是三菱公司从原A系列PLC基础上发展起来的中大型PLC系列产品。Q系列PLC是模块化的PLC.。按照不同的性能，Q系列PLC的CPU可以分为基本型、高性能型、过程控制型、运动控制型、计算机型、冗余型等多种系列产品。
基本型CPU包括Q00J、Q00、Q01共三种基本型号。Q00J型为机构紧凑、功能精简型PLC，最大的I\\O点数为256点，程序容量为8K，可以适用于小规模控制系统。
1、Q01系列CPU在基本型中功能最强，最大的I\\O点数可以达到1024点高性能CPU包括Q02、Q02H、Q06H、Q12H、Q25H等品种，Q25H系列的功能最强，最大的I\\O点数为4096点，程序容量为252K步，可以适用于中大规模的控制系统。 2、Q系列过程控制CPU包括Q12PH、Q25PH两种基本型号，可以用于小型DCS系统的控制。过程控制CPU构成的PLC系统，使用的编程软件与通用PLC系统（DX Develop）不同，使用的是PX Develop软件。Q系列过程控制CPU可以使用过程控制专用编程语言FBD进行编程，过程控制CPU增强了PID调节功能。 3、Q系列运动CPU包括Q172、Q173两种基本型号，分别可以用于8轴与32轴的定位控制。
4、Q系列冗余CPU目前有Q12PRH与Q25PRH两种规格，冗余系统用于对控制系统可靠性要求极高，不允许控制系统出现停机的控制场合。
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4 三人抢答器PLC软件控制系统设计
4.1 硬件设计
4.1.1 实验所用器材
电源、发光二极管、蜂鸣器、电阻、开关、触发器、cc40192 、555定时器、 各种门电路、三极管、译码显示装置等。 4.1.2 电路组成和工作原理
显示声响电路清零装置抢答器计时声响电路抢答控制电路振荡电路 图（一）
根据上面所说的功能要求，智力竞赛抢答计时系统的组成框如图（一）所示。它主要由六部分组成；
1、抢答器——是三人抢答计时器的核心。当参赛者的任意一位首先按下抢答开关时，抢答器即刻接受该信号，指使相应发光二级管亮（或音响电路发出声音），与此同时，封锁住其他参赛者的输入信号。
2、抢答控制电路——由三个开关组成。三名参赛者各控制一个，拨动开关使相应控制端的信号为高电平或低电平。
3、清零装置——供比赛开始前裁判员使用。它能保证比赛前触发器统一清零，避免电路的误动作和抢答过程的不公平。
4、显示声响电路——比赛开始，当某一参赛者按下抢答器开关时，触发器接受该信号，在封锁其他开关信号的同时，使该路的发光二极管发出亮光和蜂鸣器发出声响，以引起人们的注意。
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5、计时显示声响电路——是对抢答者回答问题时间进行控制的电路。若规定回答问题时间小于等于100秒（显示为0—99），那么显示装置应该是一个二位数字显示的计数系统。
6、振荡电路——它应该提供给抢答器，计时系统和声响电路工作的控制脉冲。 4.1.3 设计步骤及方法
三人竞赛抢答计时器系统的原理图如图（二）所示：
V00DADBDCRDQDRDFAQDRDFBQDFC+RJG1CP1(1KHZ)译码显示电路译码显示电路ARBRCQBQDQACPRQBQDQACPCP2CP2(500KHZ) 图（二）
1、抢答控制电路
该系统由开关A,B,C组成，分别由三名参赛者控制。常态时开关接地，比赛时，按下开关，使该端为高电平。为实验方便，抢答开关也可以利用实验箱上电平输出开关。拨动逻辑开关，相当于输出逻辑高低电平。
2、抢答器
由图（二）看出，抢答器是由三个D型触发器和与非门G1组成。它的工作原理是这样的：如果参赛者A首先按下开关，使该端的输入信号为高电平，触发器FA的输入端D接收该信号使输出Q为高电平，相应的Q为低电平，这个低电平信号同时送到与非门G1的输入端，与非门G1被封锁，使触发器的控制脉冲CP信号由于与非门G1封锁而被拒之门外，触发器FB和FC因为不具备CP脉冲信号而不接收开关B 和C控制端送入的信号（其他两种情况类同）。因为该电路只接收第一个输入信号，即使此时其他参赛者也按下开关，但由于与非门已被封锁，信号是输入不进去的。
3、清零装置
为了保证电路正常工作，比赛开始前，裁判员都要将各触发器的状态统一清零。本
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系统利用D触发器的异步复位端来实现清零功能。由图（二）可以看出，该触发器的异步复位端为RDRD,低电平用一个开关J控制，正常比赛时，使RD，SD均处于高电平，用＝０实现复位功能。 4、计时显示声响电路
计时电路采用倒计时方法，最大显示为99秒。当裁判员给出“请回答”指令后，
开始倒计时，当计时到“00”时可驱动声响电路发出声响。倒计时器先用可预置数二－十进制同步可逆计数器（双时钟型）CC40192。CC40192的功能表和外部引线排列分别如表（一）和图（三）所示：
输入CPCP××111××1CR10000PE输出A×a×××B×b×××C×c×××D×d ×××QA0aQB0bQC0cQD0d ×0100加法计算减法运算保持 表（一）
VDDACRQQCDBCPE161514131211109CC40192B QC Q A CPCPQCQDVSS 图（三）
图4是用两片CC40192组成的一百进制减法计数器电路。由功能表可以看出，要使
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电路实现倒计时（减法）功能，应使CR=0，PE=1，CP＋=1，CP－=CP。可用CR端接电平开关来控制计时器的工作与否。声响显示电路需要在两种情况下做出反应：一种是当有参赛者按下抢答开关时，相应电路中的发光二极管亮，同时推动输出级的蜂鸣器发出声响；第二种情况是当裁判员给出“请回答”指令后，计时开始倒计时，若回答问题时间到达限定的时间，蜂鸣器发出声响。
显示电路由发光二极管与电阻串联而成，发光二极管正极接电源端，负极接D触发器的Q端。当某参赛者按下开关，该触发器接收该使其输出Q端的状态为高电平，相应的Q端为低电平，就有电流流过发光二极管使它发亮。计时系统的驱动显示电路选用BCD－7段锁存译码/驱动器CC4511和七段数码管组成，其工作原理可参照“数字钟”的有关内容。
声响电路由两分组成：一是由门电路组成的控制电路，二是三级管驱动电路。门控电路主要由或门组成，它的两个输入，一个来自抢答电路各触发器输出Q的与非，它说明只要有一Q为低电平，就使该与非门输出为高电平通过或门电路驱动蜂鸣器发声；另一个来自计时系统高位计数器的借位信号OB,它说明计时电路在99秒向98秒，97秒，„2 秒，1秒，0秒倒计时再向99秒转化时向高位借位给出一个负脉冲经反相器得到一个高电平。这个高电平信号也能使蜂鸣器发声，为了保证电路的可靠工作，也可采用与非门构成的基本RS触发器驱动。
QDQCQBQACP_CP+PEQDOBQCQBQACP_PECC40192(+)CRDCBACC40192(个)CP+CRDCBACP\"1\" 图（四）
5、振荡电路
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本系统需要产生三种频率的脉冲信号，一种是频率为1KHz的脉冲信号，用于声响电路；一种是频率为500KHz的脉冲信号，用于触发器CP信号。第三种频率为1Hz信号用于计时电路。以上电路可用555定时器组成，也可用石英晶体组成的振荡器经过分频率得到。设计方法可参考“数字钟”的相关内容，1KHz的脉冲也可从实验箱上获得。
4.1.4 安装与调试
用中规模集成D触发器CC4013组成的三人抢答竞赛抢答计时器的逻辑电路图如图（五）所示。
VDDRDARDBRDC5.1KΩ1Q 2QVDD1QVDD1RCC40131RCC40131D1CP2P2CPVSSCP1DVSS+RTJ CC4013G1CP(1KHZ)ARBRCRCP(500KHZ)agDCBAagCC4511DCBAQACC40192QBQDQACPQBCPDCBADCBACP=PE=1CP(1HZ) 图（五）
CC4013的功能表的外引线排列分别如表（二）和图（六），CC4012的外部引线排列如图（七）。
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输入CPD01×××××××R000101S000011Qn+1输出Q10Qn01Qn0110不确定 表（二）
VDD2Q2Q2CP2R2D2S 141312111098CC401312345671Q1Q 1CP1R1D1SVSS 图（六）
VDD2Y 2A2B2C2DN.C141312111098CC401212345671Y1A1B1C1DN.CVSS 图（七）
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1、抢答显示功能测试
按图（五）的有关分在实验箱上连线，将开关A,B,C全处于低电平。首先拨动开关A,该端发光二极管亮，此时再拨动开关B或C,观察其他发光二极管的情况。
2、清零功能测试
在以上实验的基础上，将CC4013的所有R端连在一起通过开关J控制。由表（二）可以看出，CC4013的异步控制信号高电平有效，困此可用R=1实现复位功能。开关J可以利用实验箱上的电平开关。常态时，它处于低电平。拨动开关J，观察发光二极管是否全灭。
3、倒计时功能测试
按图（四）的电路在实验箱上连线，计数器的输出可接发光二极管，在CP作用下，观察发光二极管显示情况。通过控制CR端的状态，再观察发光二极管显示情况。译码显示电路的连接方法可参考“数字钟”的有关内容。
4、声响电路功能测试
按图（五）的有关分在实验箱上连线，可将与非门的反相器的输入端分别通过实验箱上的电平开关来控制状态，观察喇叭发声情况。
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4.2 软件部分
4.2.1 梯形图
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4.2.2 指令集 LD M8002 SET M0 LD M0 AND X1 SET M1 RST M0 LD M1 AND X5 AND X7 OR X4 AND X10 ORB OR X3 AND X11 ORB SET M2 RST M1 LD M2 AND T0 SET M3 RST M2 LD M3 AND T1 SET M4 RST M3 LD M4 AND T2 SET M5 RST M4 LD M5 AND T3 SET M6 RST M5 LD M6 AND T4
AND C0 SET M7 RST M6 ORI C0 SET M3 RST M6 LD M7 AND X6 SET M8 AND T5 SET M8 RST M7 LD M8 AND T5 AND C1 SET M9 RST M8 ORI C1 SET M0 RST M8 LD M9 AND T6 SET M0 RST M9 LD M1 MPS ANI X2 OUT Y2 MPP OR X12 OUT Y5 LD M2 MPS ANI X2 OUT T0 K20
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MPP OR X12 OUT Y5 RST C0 LD M3 MPS OUT Y3 MRD ORI X2 OUT T1 K300 MPP OR X12 OUT Y5 LD M5 MPS OUT Y4 MRD ORI X2 OUT T3 K300 MPP OR X12 OUT Y5 LD M6 MPS ANI X2 OUT C0 K5 MRD OUT T4 K20 MPP OR X12 OUT Y5 LD M7
MPS ANI X2 OUT Y5 MPP OR X12 OUT Y5 LD M8 MPS ANI X2 OUT Y6 MRD OUT C1 K3 MRD
OUT T5 K300 MPP OR X12 OUT Y6 LD M9 MPS OUT Y7 MPP OUT T6 K20 RST C1 LD M4 MPS ANI X2 OUT T2 K300 MPP OR X12 OUT Y5 END
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总 结
“电子技术课程设计”是点在技术课程的实践性教学环节，是对我学习电子技术综合性的训练。通过本次课程设计我收获良多，使我认识到了自己所学的专业知识的实用性和重要性。
本次设计我选择的是三人抢答计时器的设计，本次设计使我对课本上的知识进行了复习和运用。这是我第一次接触课程设计，所以起初不知该如何下手，后来通过上网查询和查阅相关书籍资料，总算是有点眉目了。指导了如何下手，后面的工作相对就容易一些了。埋头苦干的过程是苦涩的，在书山中查找资料的过程是疲倦的，但当课程设计完成时，收获的感觉是甜蜜的。没有耕耘，哪来的收获的喜悦，不懂的付出怎么能知道回报的快乐，一份耕耘一份收获，有付出才有回报，就在这样的痛苦与快乐的交换中，我学到了知识，学到了做人的道理，收获了一份珍贵的财富。
这次实践使我认识到了我现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用过程中还有些问题不能独立解决，所以我会在今后的学习中更加努力学习，学号自己的专业知识，来发展迅速的现代社会。
在此次设计中我非常感谢钟老师，我在设计过程中遇到过一些不明白的问题，多亏了老师的指导和帮忙，但我的设计还存在有很多不足之处，还望老师予以指正，提出修改的建议，使该设计更加完善。
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致 谢
在此次设计中我非常感谢李老师对我们精心地指导与教诲，感谢给我们大力的帮助与支持，以及老师在我设计过程中遇到过一些不明白的问题给出的指导和帮忙，但我的设计还存在有很多不足之处，还望老师予以指正，提出修改的建议，使该设计更加完善。
在设计过程中，通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获颇大。在整个设计中我学会了许多东西，也培养了我独立工作与学习的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且也大大提高了动手的能力，使我充分体会到在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我受益匪浅。
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参考文献
[1] 吴中俊，黄永红主编，可编程序控制器原理及应用，机械工业出版社， 2004； [2] 陈在平，赵相宾主编，可编程序控制器技术与应用系统设计，机械工业出版社，2002； [3] 廖常初主编，PLC编程及应用，机械工业出版社，2002；
[4] 何衍庆等编著，可编程序控制器原理及应用技巧，化学工业出版社，2000. [5] PLC之家网站：http://www.plc100.com
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