基于单片机的plc设计与实现 毕业设计论文

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1、1引言1.1课题研究的目的和意义基于单片机的PLC设计与实现课题的研究是依据应用开发中的实际要求提出来的。当我们设计机电一体化产品或从事自动化装置设计时，常常会遇到要求设计出成本极低，同时能完成较为复杂的逻辑控制的控制器的问题。可编程序控制器以其可靠性能高、编程简单易学、维护方便等优点而广泛应用于工业控制中;单片机具备功能多、结构紧凑、价格便宜等特点,在工业控制中也得到了广泛的应用。PLC和单片机有机地结合,就可实现单片机与PLC之间优势互补,在工业控制中可发挥更大的作用[1]，不仅可大大简化单片机系统的研制时间，实现复杂的逻辑控制，性能得到保障，效益也就有保证。PLC的突

2、出优点是可靠性高、接口类型丰富、能适应各种复杂恶劣的工业环境，另外PLC采用面向过程的编程语言，编程简单直观，易学易懂，使用灵活方便，工程技术人员经过短期学习即能上手。同时也有不少缺点：有限的内存，编程优化调试比较困难；产品多为进口，价格昂贵；针对性比较差。特别是当控制不太复杂的逻辑功能，控制量不太大，控制要求不高同时环境条件尚佳时，它的优势就不能完全发挥出来，而且会提高系统的成本。鉴此，根据可编程序控制器的实现原理和工作方式，设计小型的PLC控制系统有很大的实际意义。本论文借鉴PLC的实现方式和运行原理，利用性价比比较高的AT89S52单片机设计了了一种小型PLC。1.2

3、课题研究背景近些年来,随着社会的迅速发展,科技的快速进步,可编程控制器(PLC)技术的发展显得异常迅猛,PLC技术在国内外已经广泛的应用于钢铁业、石油业、化工业、电力业、建材业、机械设计制造业、汽车业、轻纺业、交通运输业、环保业等诸多领域[2]。目前PLC市场主要有美系、欧系、日系三大产系，200多家公司生产制造，其中都是三大产系为主的公司，我国的PLC的研究与生产比较晚，但是通过引进国外先进技术，消化并吸收，近年来，我国的PLC市场发展的很快，市场前景被十分看好。但是，国内的PLC仍然处于发展阶段，依然存在很多问题，与那些发达国家相比，我国PLC的应用仍较为局限化，而那些

4、应用PLC的企业，主要是一些国有大型企业，在其它中小型企业中的应用比例比较低。PLC技术主要靠引进，自主知识产权缺乏，与发达国家相比，技术水平落后5年左右，国产化率低很难满足国内市场需求。目前，我国是世界上经济发展比较快的国家之一，市场上新设备的控制需求、传统设备的技术升级、换代对PLC的需求越来越大。另外随着工业设备不断地更新和发展，对PLC要求也越来越高，在这样的形势下，我国可以抓住这一机遇，研制出具有自主知识产权，更满足现代化工业用途的PLC。1.3本课题主要研究内容该课题是以单片机为主控元件，根据PLC的接口特性，利用适当的外围器件，设计一种PLC原理样机。该课题需

5、要了解单片机的工作原理、有关外围接口芯片的工作机理；电源电路设计、模拟数字电路处理；软件程序设计等知识。设计具体内容分为以下几个方面：(1)系统硬件电路设计以及单片机选型；(2)系统软件设计；(3)上位机软件设计以及上位机与下位机通信设计。2系统总体设计方案2.1PLC简介2.1.1PLC基本特点在可编程控制器(PLC)诞生之前，继电器控制在工业控制领域中占主导地位。这种由继电器构成的控制系统存在着明显的缺点：体积庞大、耗电多、可靠性能差、寿命短、运行速度慢等，尤其是很难适应生产工艺系统多变性。与继电器控制相比，可编程控制器具有以下一些特点[3][4]：(1)抗干扰能力强，

6、可靠性高。可编程控制器主要是为工业控制而设计的，在其设计及制造的过程中采取了多层次抗干扰的措施，使其能在恶劣的工业环境下正常工作。而且，在PLC中由电子线路来完成继电器大量的开关动作，由程序来代替继电器之间的连线，与继电器相比，PLC大大的提高了使用寿命和可靠性，平均的无故障时间甚至可达几十万个小时。(2)编程语言简单易学，容易掌握，便于普及。PLC设备面向用户，考虑到现场技术工作人员的特点，编程语言一般比较形象直观且容易掌握。目前，大部分的PLC仍然采用继电器控制形式的梯形图方式编程，梯形图语言编程元件的符号和表达方式接近继电器控制电路原理，不需要专业的计算机知识，只需要

7、具有一定的电工知识和工艺知识的人员在较短的时间内都可以学会。(3)通用性强，控制程序可变。不同的对象用同一个可编程控制器控制时，只需输入、输出模块发生改变，编制的控制程序不同即可，不需要类似继电器的固体电子器件和大量繁冗复杂的硬件接线电路。(4)接口功能强，适应面广。现代的PLC不仅拥有计时、计数、顺序控制、逻辑运算等一系列的功能，而且具有数字量和模拟量的功率驱动、记录显示、通信、输入输出、自检、人机对话等功能，不仅可以控制一个生产过程，还可以控制一条生产线甚至小到一台生产机器。(5)维护方便、体积小、重量轻。PL