PLC控制单片机开发自动控制原理实验装置,QY-BC02

按照计算机原始定义, 计算机系统由五大部分—控制单元(CU)、算术运算单元(ALU)、存储器(Memory)、输入设备(Input)、输出设备(Output)组成。早期的计算机的(晶体管的或集成电路的, 不包括电子管的) 控制单元或算术运算单元由一块甚至多块电路板组成, 控制单元和算术运算单元是分离的。
随着集成度的提高, 控制单元和算术运算单元合在一块就组成了中央处理单元(CPU)。接着将CPU集成到单块集成电路中就产生MPU或MCU, 此后,MPU的发展产生了两条分支, 一支往高性能、高速度、大容量方向发展,。另一支则往多功能方向发展, 将存储器(ROM、PROM、EPROM、EEPROM、FLASHROM、SRAM等)、输入/输出接口(Timer/Counter、PWM、ADC/DAC、UART、ⅡC、SPI、RTC、PCA、FPGA等)全部集成在一块集成电路中而成为SOC。这就是当今广泛应用的单片机。我们常用的就是有MCS-51系列的单片机。
PLC的全称是Parallelogrammatical (可编程控制器),PLC是一种产品, 它在没有控制程序时候是不具备任何控制功能的。PLC实际上是专为工业环境使用的通用控制平台, 它必须进行二次开发才能完成最终控制目的,因此, 它需要程序编辑/调试的软件的配合。PLC是智能产品, 它的核心控制器采用板级的CPU是不够的, 而MPU也要好几块集成电路构成, 把这些集成电路安装在一块电路板上会造成体积太大, 不适合现代要求。由此可见,PLC的核心控制器采用单片机是最合适的。
单片机和PLC的应用
PLC是建立在单片机之上的产品, 单片机是一种集成电路, 两者不具有可比性。单片机可以构成各种各样的应用系统, 从微型、小型到中型、大型都可以。PLC是单片机应用系统的一个特例。单片机是一种芯片, 在一定场合, 配合外围电路, 可以用来设计所需要的各种功能,大都采用汇编语言、C语言等开发嵌入式软件, 可应用于各种领域。大都采用梯形图编程, 也可以用组态软件, 其特点是非常可靠。
单片机的应用系统则是千差万别, 质量参差不齐, 学习、使用和维护都很困难。从PLC与单片机系统的选用上来讲, 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, 但成本较高。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、可靠的运行。最好的方法是单片机系统嵌入PLC的功能, 这样可大大简化单片机系统的研制时间, 性能得到保障, 效益也就有保证。
51单片机是对所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是INTEL的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL 公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。很多公司都有51系列的兼容机型推出，今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。
西门子S7-200系列PLC拥有RS-485串行口，所以要使用51单片机与PLC进行通讯。可以通过MCS-51单片机的串行口与MAX485芯片相接，然后与S7-200PLC的RS-485口进行通讯.
在自由端口模式下，PLC的串行通信接口由用户来控制，通过梯形图程序以及单片机的汇编语言进行配合，来使用完成中断、字符接受中断、发送完成中断等，通讯协议由用户完全控制。这是单片机处于主机状态，由单片机主动完成发送握手信号，PLC接收到信号后被动反馈信息即可。
西门子S7—200是串行通信方式最为丰富的小型PLＣ，支持多种通信协议模式，如点对点接口(P Pl)、多点接口(MPI)、PROFIBUS、自由口等。其中自由口通信模式是通过用户程序可以控制CPU的通信操作模式，可以实现用户自定义通信协议。在自由口通信模式下，用户利用梯形图的接受完成中断、发送中断、发送指令和接受指令的实现PLC与单片机的通信。
PLC的CPU处于STOP模式时，自由口通信停止。单CPU处于RUN模式时，才能用自由口通信。可以用反应CPU作方式的特殊寄存器位SM0.7来控制自由口方式的进入，当SM0.7为1时，CPU处于RUN模式，可选择自由口通信。通过向
SM B30或SM B130用于设置端的协议选择位置1，可以将通信端口设置为自由口通信。SM B30或SM B130还用于设置通信波特率、奇偶校验位、数据位。发送指令XMT启动自由口模式下数据缓冲区的数据发送，它可以发送1-255个字符，如果有中断程序连接到发送结束事件上，在发送完成后，端口0会产生中断事件9也可以监视发送完成状态位SM4 5的变化，接收指令RCV可以初始化接受服务信息，通过制定的端口接受信息并储存在数据缓冲区内，在接收完成最后一个字符时，端口0产生中断23。
S7—200的CPU上的通信口是符合欧洲标准EN50170中的PROFIBUS标准的Rs485兼容9针D型连接器。利用总线RS_485总线连接这个端口可以方便的实现S7-200系列PLC与单片机之间的硬件连接。
PLC与单片机硬件通信的原理
（1）S7-200PLC与51单片机的通信要完成的功能，简单地说是在工作过程中，PLC与51单片机能相互发送或者反馈工作信息。PLC上发出的485电平信号A，B通过MAX485转换成单片机能够吸收的TTL电平信号，然后又TXD，RXD串口线输入带单片机内部的寄存器。
（2）由于RS-485采用的是半双工的工作方式，PLC与单片机不能够同时接受和发送，在同一时刻只能有一个发送端，一个接收端。所以相互发送信息是随机时，这就需要外部设备的配合，用来做硬件握手信号。在PLC端，我们选用了一个数字量的水口I0.0和一个数字量输出口Q0.0。在单片机端，我们采用了并口P1中的P1.0，P1.1，P1.2。
（3）具体功能如下：当单片机有信息要反馈给PLC是，置位P1.2通过光耦PC817输出24V的高电平到PLC的输入口I0.0，是PLC能开中断，进行相应的接受信号设置。这样PLC就处于接收端状态，而单片机通过设置P1.0低电平，是MAX485发送允许端IE使能，信息便能通过TXD发送到MAX485，是PLC能正确的接受485电平信号。当PLC有信息要发给单片机时，PLC通过输出口Q0.0发出高电平给单片机的P1.1，这样单片机也将设置串口中断，并置P1.0为高电平，使MAX485接受允许端使能。使用外部信号配合串口通信，不但能使通信准确进行，另外它也提高了系统的稳定性。比如，当有些紧急的信息需要处理时，可以先通过I/O的连接作初步处理，再通过串口通信来完成后续的具体处理。
PLC控制单片机实验开发系统装置网络型QY-BC03选用西门子S7-200PLC可编程控制器，增加了通信模块，采用MCGS工控组态软件，打开软件编辑环境，任何实验都可以编辑出形象直观、动感强、教学效果好的组态棒图，并进行实验动态跟踪教学。
实验项目
A、PLC可编程控制器实验系统：
1．与、或、非逻辑功能实验
2．定时器、计数器功能实验
3．跳转、分支功能实验
4．移位寄存器实验
5．数据处理功能实验
6．微分、位操作实验
7．交通信号灯PLC自动控制实验
8．搅拌器的PLC自动控制实验
9．LED数码官显示PLC自动控制实验（实物）
10．四层电梯的PLC自动控制实验（实物）
11．加工中心刀具库选择控制实验（实物）
12．艺术彩灯造型的PLC控制实验
13．电机的自动控制实验 （实物）
14．步进电机的PLC控制（实物）
15．模拟电视发射塔实验实验
16．自动送料装车系统控制实验
17．自动售货机实验
18．自动成型实验
19．水塔自动供水控制系统实验
20．邮件自动分拣实验
21．自动洗衣机控制系统模拟实验
22．电镀过程控制实验
23．三相鼠笼式异步电动机点动和自锁PLC控制(实物)
24．三相鼠笼式异步电动机联动正反转PLC控制(实物)
25．三相鼠笼式异步电动机带延时正反转PLC控制(实物)
26．三相鼠笼式异步电动机Y/△转换起动PLC控制(实物)
27．MCGS组态棒图实验教学,利用已编辑好组态棒图,对以上任何实验进行动态跟踪教学实验
28．针对实验项目的具体要求，学生自行编辑组态棒图进行实验。
B、单片机实验系统：
MCS-51单片机实验
软件实验
外部数据存储器扩展
实验一　清零程序
实验二　拆字程序
实验三　拼字程序
实验四　数据区传送子程序
实验五　数据排序实验
实验六　查找相同数个数
实验七　无符号双字节快速乘法子程序
实验八　多分支程序
实验九　脉冲计数（定时/计数实验）
实验十　电脑时钟（定时器、中断器综合实验）
实验十一　二进制转换到BCD
实验十二　二进制转换到ASCII
实验十三　八段数码管显示
实验十四　键盘扫描显示实验
硬件实验
自搭接硬件电路实验提示
实验一　P1口亮灯实验
实验二　P1口转弯灯实验
实验三　P3.3输入，P1口输出
实验四　工业顺序控制（中断控制）
实验五　8255 A.B.C输出方波
实验六　8255 PA口控制PB口
实验七　8255控制交通灯
实验八　简单I/O口扩展实验
实验九　A/D转换实验
实验十　D/A输出方波
实验十一　电子音响 实验十二　继电器控制
实验十三　步进电机实验
实验十四　8253方波
实验十五　串并转换实验
实验十六　外部存储器扩展实验
实验十七　MCS-51串行口应用实验㈠——双机通信
实验十八　MCS-51串行口应用实验㈡——与PC机通信
实验十九　温度闭环控制
实验二十　小直流电机调速实验
实验二十一 外部中断（急救车与交通灯）
8088/8086系列微机实验
软件实验
实验一　清零程序
实验二　拆字程序
实验三　拼字程序
实验四　数据区移动
实验五　数据排序实验
实验六　找“零”个数
实验七　32位二进制乘法
实验八　多分支程序
实验九　显示子程序
实验十　键盘扫描显示实验
实验十一　二进制转换到BCD
实验十二　二进制转换到ASCII
硬件实验
自搭接硬件电路实验提示
实验一　8255并行口实验㈠：A.B.C口输出方波
实验二　8255并行口实验㈡：PA口控制PB口
实验三　8255并行口实验㈢：控制交通灯
实验四　简单I/O口扩展
实验五　A/D转换实验
实验六　D/A转换实验㈠：输出方波
实验七　D/A转换实验㈠：输出锯齿波
实验八　8259中断控制器实验
实验九　定时／计数器：8253方波
实验十　继电器控制
实验十一　8251串行通信实验㈠：自发自收
实验十二　8251串行通信实验㈡：与PC通信
实验十三　步进电机控制
实验十四　小直流电机调速实验
实验十五　温度闭环控制
实验十六　音频驱动实验
MCS-96单片机实验
软件实验
实验一　清零程序
实验二　拆字程序
实验三　拼字程序
实验四　数据区传送子程序
实验五　数据排序实验
实验六　查找相同数个数
实验七　无符号双字节快速乘法子程序
实验八　多分支程序
实验九　定时器1实验——定时中断
实验十　定时器T1和T2同时产生中断
实验十一　80C196外部中断实验
实验十二　80C196软件方法产生中断
实验十三　利用HSI测脉冲宽度
实验十四　利用HSI测量单脉冲宽度
实验十五　利用HSO产生单脉冲
实验十六　利用HSO产生连续脉冲
实验十七　软件定时器
实验十八　80C196 A/D转换实验
实验十九　利用80C196的PWM产生各种波形
实验二十　二进制转换到BCD进制转换到ASCII
硬件实验
自搭接硬件电路实验提示
实验一　P1口亮灯实验
实验二　P1口转弯灯实验
实验三　P2.6输入，P1口输出
实验四　工业顺序控制
实验五　8255 A.B.C输出方波
实验六　8255 PA口控制PB口
实验七　8255控制交通灯
实验八　简单I/O口扩展实验
实验九　A/D转换实验
实验十　D/A输出方波 实验十一　继电器控制
实验十二　8253方波
实验十三　80C196串行口实验
实验十四　LED七段数码管显示实验
实验十五　键盘显示综合实验
实验十六　音频驱动实验
实验十七 步进电机实验
实验十八　直流电机实验
实验十九　外部中断