单片机和plc毕业设计

时间：2020-11-16 14:51:36 毕业设计我要投稿

单片机和plc毕业设计

　　在现在工厂控制系统中，PLC 作为过程控制的核心部件，工作稳定、运行可靠、强大的控制能力和成熟的技术使其具有很大的竞争优势,各位，我们看看下面的单片机和plc毕业设计吧！

单片机和plc毕业设计

　　【摘要】本文针对当前PLC以及单片机通信的研究趋势，探索应用最简单的控制电路实现所需的功能。并且恰当选用输入显示装置，以较低的成本完成了PLC专用触摸屏的部分功能，弥补PLC专用触摸屏价格昂贵的不足，实现对PLC的有效控制。

　　【关键词】PLC；MCS-51单片机；串行通信；实时控制

　　0 引言

　　PLC 也有其不足之处，操作过程缺乏交互性。现场工作人员无法直观地对其工作状态进行实时监控，修改运行参数必须由专业人员使用专用的编程器来完成，不但成本高昂，而且极为不便。对于一些需要经常更改工艺参数的应用场合控制系统，这些不足尤为突出。各PLC 公司专用的触摸屏交互性虽好，但价格较贵，兼容性差。

　　针对目前应用的问题，本文设计实现了基于单片机的PLC 实时控制系统。单片机利用PLC必备的编程接口与之进行通信，采用LED显示PLC程序执行状态，使用按键来设置工艺参数。

　　1 AT89系列单片机介绍

　　AT89系列单片机是美国ATMEL公司生产的`8位Flash系列单片机，与INTEL公司生产的MCS-51单片机兼容，是市场的主流产品。其特点如下：

　　1）片内含有Flash程序存储器，开发编程方便；

　　2）全面兼容8051，引脚完全相同可直接取代8751；

　　3）具有静态时钟方式、降低系统功耗，适合便携式系统；

　　4）Flash程序存储器可以多次快速擦写，适合学习、开发。

　　2 PLC的介绍

　　可编程序控制器（ Programmable Logic Controller），简称PLC ，是一种专为工业环境应用而设计的电子系统. 它采用可编程序的存储器，在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的生产过程. PLC 具有编程简单，使用方便，抗干扰能力强，在特殊的环境中仍能可靠地工作，故障修复时间短，维护方便，接口功能强等优点，因此在工业中得到了广泛应用。

　　3 单片机和PLC实时控制系统的设计实现

　　3.1 单片机的硬件的系统总体结构

　　根据要求，设计系统的总体结构如图1所示。由图中可以看出，设计的系统较为简单，采用单片机的最小系统即可满足要求，整个系统可以分为电源电路，时钟电路，复位电路，按键电路，显示电路，RS-232通信电路等部分。

　　电源电路为单片机提供5V电压，并保证从内部ROM开始执行程序。

　　时钟电路为单片机提供正确的时钟频率，确保单片机正常工作。

　　复位电路保证单片机执行程序发生错误时，能够回到初始状态重新执行程序。

　　按键电路和显示电路是单片机的输入输出部分，使用户可以和单片机进行交互。

　　通信部分利用了MAX-232芯片，使单片机和PLC可以以RS-232标准进行通信。

　　3.2 通信接口电路及设置硬件连接

　　PLC 通过Host Link 协议与单片机进行1： 1 上位链接通信，单片机作为上位机发送读写命令，实现的功能有：读写PLC 的运行状态，

　　读写继电器区和数据区DM的内容，读写定时器/计数器的设定值和当前值，对指定点或通道强迫置位/复位。上位机与PLC 通信，单片机是主动的，PLC 是被动的，每次通信由单片机主动发起，PLC 不需编写通信程序，但用户应遵循通信协议即命令帧、响应帧的要求，在单片机上设计通信程序。为了保证单片机与PLC 的正常通信，通信前，应保证单片机的通信参数（如帧格式、波特率、较验方法等）必须和PLC 设置一致。

　　3.2.1 PLC串行通信接口设置

　　通信前，必须先在PLC 设置中正确设置如表1所示的参数。

　　3.2.2 单片机串口设置

　　AT89S51内部有一个全双工增强型UART口，TXD（P3.1）为发端，RXD（P3.0）为接收端。它主要受两个特殊寄存器（SCON 和PCON）的控制，可用软件设置的四种工作方式。通信工作方式中，方式1 是标准的异步通信方式，此方式工作时，串行口为8 位异步通信接口，每帧信息包括10 位：1 个起始位、8 个数据位和1个停止位。波特率可变，由定时器T1的溢出率和SMOD的状态决定，在CPU 的晶振为11.0592MHz时，波特率采用9600bps。通信参数设置如下：置SCON为01010000B（50H）（串口工作方式1，允许接收），置TMOD00100000B（20H）（定时器1工作于模式2，做波特率发生器）。

　　3.3 通信协议

　　上位机链接通信使用的是OMRON 的Host Link协议，在一次交换中传输的命令或应答的数据被称为一帧，一帧最多可包含131 个数据字符。当PLC 接收到从上位机发来的ASCII 码命令时，自动返回ASCII码应答。单片机必须有一个能控制命令和应答的传送和接收的程序。

　　当点对点通信时，块中无设备号和校验码。一帧最多128个字符。命令块单帧时的正文内容最多124个字符，多于一帧时，由起始帧、中间帧、结束帧构成，起始帧正文内容最多125个字符，中间帧正文最多127个字符，结束帧正文最多126个字符。响应块中包含有两位响应码，单帧时的正文内容为122个字符，在多帧情况下，起始帧含有两位响应码，正文内容最多为123个字符，中间帧正文最多127个字符，结束帧正文最多126个字符。

　　3.4 单片机和PLC的通信编程

　　当PLC 使用Host Link协议与单片机通信时，单片机具有传送优先权，单片机总是首先向PLC发出命令并启动通信，发送过程结束后，PLC立即作出响应，然后将执行结果返回单片机，单片机接收由PLC发出的响应帧，二者以帧为单位轮流交换数据。PLC处于被动通信，无需编制通信程序。单片机需要编制上位机通信程序，该程序可以发送命令帧和接收PLC发出的应答帧。其中包括：发送命令子程序、接收响应子程序。AT89S51单片机可以工作在查询方式也可以工作在中断方式下，单片机作为主站不繁忙时，可以采用查询方式；当主站任务繁忙时，则不宜采用查询方以免影响主站工作效率，需要采用在中断方式。

　　其中主程序流程图如图2所示。

　　4 结论

　　PLC 与AT89S51单片机之间的串行通信方法应用于现代控制系统中，不仅发挥了PLC 控制稳定可靠、抗干扰能力强的优势，而且发挥单片机扩展灵活、适应性强的优点，使两者优势互补。该方法简易实用、灵活方便、安全可靠、成本低廉，具有良好的社会效益和经济效益。

　　【参考文献】

　　[1]公茂法，黄鹤松，杨学蔚，等编.MCS-51/52单片机原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009，3：1-3，22-37，110-120，122-144.

　　[2]张仁忠，滕丽娟，韩雷，王建伟.PLC 与单片机的通讯方式[J].应用科技， 2001，3，28（3）.

　　[3]杨博，伍星，甄彩虹.基于单片机的PLC 实时控制系统[J].自动化与仪表， 2009（5）.

　　[4]朱壮志，姜开林.OMRON PLC与上位机的通讯[J].电工技术，2003（6）.

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