序控制，所以这也是最适合PLC使用的领域。在这里PLC用来取代传统的继电器顺序控制，应用于单击控制和多级群控等。
2制造业自动化
制造业是典型的工业类型之一，在该领域主要对物体进行品质处理、形状加工、组装，以位置、形状、力、速度等机械量和逻辑控制为主。其电气自动控制系统中的开关量占大多数，有些场合，数十台、上百台单机控制设备组合在一起形成大规模的生产流水线，如汽车制造和装配生产线，等等。由于PLC性能的提高和通信功能的增强，使得它在制造业领域中的大中型控制系统中也占绝对主导地位。
3运动控制
为适应高精度的位置控制，现在的PLC制造商为用户提供了功能完善的运动控制功能。这一方面体现在功能强大的主机可以完成多路高速计数器的脉冲采集和大量的数据处理功能；另一方面还提供了专门的单轴或多轴的控制步进电机和伺服电机的位置控制模块，这些智能化的模块可以实现任何对位置控制的任务要求。现代工业自动化领域基于PLC的运动控制系统和其他的控制手段相比，功能更强、装置体积更小、价格更低、速度更快、操作更方便。
4流程工业自动化
流程工业是工业类型中的重要分支，如电力、石油、化工、造纸等，其特点是对物流（气体、液体为主）进行连续加工。过程控制系统中以压力、流量、温度、物位等参数进行自动调节为主，大部分场合还有防爆要求。从20世纪90年代后，PLC具有了控制大量的过程参数的能力，对多路参数进行PID调节也变得非常容易和方便。和传统的分布式控制系统DCS相比。其价格方面也具有较大优势。再加上在人机界面和联网通信性能方面的完善和提高，PLC控制系统在过程控制领域也占据了相当大的市场份额。 2.2.2 PLC的特点 为了满足现代化工业生产日趋复杂以及多样化的特点，如实现逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，它们对控制的要求各不相同。PLC一经出现就受到了广大工程技术人员的欢迎，其主要特点如下[5]： 1抗干扰能力强，可靠性高
在工业现场存在着电磁干扰、电源波动、机械振动、温度和湿度的变化等因素，这些因素影响着微机的正常工作。而PLC模块均采用大规模与超大规模集成电路，所有的I/O接口电路均采用光电隔离；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑；在硬件上采用隔离、滤波、屏蔽、接地等抗干扰措施；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施。以上这些使PLC具有较高的抗干扰能力。
另外，PLC采用微电子技术，这样可以由无触点的电子存储器件代替大量的机械开关动作；同时，大部分继电器和繁杂的线路被软件程序所取代，这样可以大大延长使用寿命，提高其可靠性。
2控制系统结构简单，通用性强
在PLC控制系统中，只需在PLC的输入/输出端子上接入相应的信号新即可，不需要连接诸如继电器之类的低压电器和大量而又繁杂的硬件接线线路，大大简化了控制系统的结构。PLC的输入/输出可直接与交流220V、直流24V等强电相连，并且具有较强的带负载能力。
3编程方便，易于使用
PLC是面向用户的设备，它的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式。这种编程语言形象直观、易于掌握，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识。很容易被一般工程技术人员在短时间内理解和掌握。 4功能完善
PLC的输入/输出系统功能完善，性能可靠，能够适应于各种形式和性质的开关量和
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模拟量的输入/输出。在PLC内部具备许多控制功能，如：
? 逻辑控制 ? 定时控制 ? 计数控制
? 步进（顺序）控制 ? PID控制
? 数据控制：PLC具有数据处理能力 ? 通信和联网
? 其他：PLC还有许多特殊功能模块，可满足各种特殊控制的需求，如定位控制模块、CRT模块。
此外，它还可以和其他微机系统、控制设备共同组成分布式或分散式控制系统，还能实现矩阵运算、成组数据传送、闭环控制、排序与查表、函数运算及快速中断功能。所以说PLC具有极强的适应性，能够很好的满足不同类型控制的需要。 5设计、施工、调试的周期短 用继电器、控制器控制完成一项工程时，首先要按工艺要求完成电气原理图的绘制，然后画出继电器屏（柜）的布置和接线图，最后安装调试，在调试阶段若要进行修改极不方便。而采用PLC控制，由于其软、硬件齐全，是模块化积木式结构，且已商品化，故只需按性能、容量（输入/输出点数、内存大小）等选用组件进行组装，所以缩短了施工周期，大大减少了工作量。因为PLC采用了方便用户的工业编程语言，且都具有强制和仿真的功能，故程序的设计、修改及调试都很方便，所以通过程序完成控制任务大大缩短设计和投运周期。 6体积小，维护操作方便
PLC体积小，质量轻，便于安装，不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。 2.3 PLC的基础结构
在种类繁多的PLC中，其组成结构和工作原理都基本相同。用PLC实施控制，其实质是按一定的算法进行输入/输出转换，并将这个转换给予物理实现并应用于工业现场。PLC转为工业现场而设计，采用了典型的计算机结构，它主要由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成，PLC的结构框图如图3所示：
图3：PLC的结构框图
1 中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，它们都集成在一个芯
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片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接。与一般计算机一样，CPU是PLC的核心，它按照PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊地进行工作。用户程序和数据事先存入存储器中，当PLC处于运行方式时，CPU按循环扫描方式执行用户程序。
CPU的主要任务如下：
（1）按PLC系统赋予的功能接受并存储从编程器输入的用户程序和数据。
（2）用扫描方式接收现场输入装置的状态与数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器。
（3）诊断电源及PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误。
（4）在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令规定的人物产生相应的控制信号，去启、闭有关控制电路，分时地去执行数据的存取、传递、组合、比较、变换等动作。完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务。根据有关结果更换标志位的状态和输出映像寄存器的内容，实现输出、制表、打印或数据通信等控制。
2 存储器
PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两个部分。
（1）系统存储器。系统存储器是指用来存放PLC的系统程序的存储器，它由PLC生产厂家编写并固化在ROM内，用户不能直接更改。它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作，其主要内容包括以下3个部分。
1）系统管理程序：系统管理程序用于控制PLC的运行过程。
2）用户指令解释程序：用户指令解释程序的主要作用是将PLC的编程语言转化为机械语言指令，然后由CPU执行这些指令。
3）标准程序模块与系统调试：它有许多不同功能的子程序及其调用管理程序组成，如完成输入、输出及特殊运算等的子程序。这部分程序的主要功能是完成PLC的具体工作，这部分程序越多，PLC的性能就越高。
（2）用户存储器。用户存储器由用户程序存储器（程序区）和数据存储器（数据区）两部分组成。其主要作用是用户用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。用户可根据所选用的存储器单元类型的不同，选用RAM\\ROMEPROM或EEPROM存储器，其内容可以由用户任意修改或增删。其中，用户存储器大小关系到用户程序容量的大小，它是反映PLC性能的重要指标之一。
3 输入/输出接口单元
PLC的输入和输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。输入输出接口单元从广义上可分为两部分：一部分是与被控设备相连的接口电路；另一部分是输入和输出的映像寄存器。
（1）输入接口的作用.将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。
（2）输出接口的作用。将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通、断电；计算机内部与输出电路采用强电隔离，有效地保护内部电路。输出的三种形式：继电器，低速大功率；可控硅，高速大功率；晶体管，高速小功率。
4 扩展接口和通信接口
为了满足不同控制的需要，实现“人-机”或“机-机”之间的对话，PLC应具有扩展接口和通信接口的能力。扩展接口和通信接口的作用如下。
（1）扩展接口：其作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需要。
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（2）通信接口：其作用是通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的PLC或计算机相连，从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话。
5 电源部分
PLC一般使用220V的交流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、±12V、24V等直流电源，使PLC能正常工作。
电源部位的位置形式可有多种，对于整体式结构的PLC，通常将电源封装到机壳内部，对于模块式PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与CPU封装到一个模块中。
6 编程设备
编程设备的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。 编程设备可以是专门的手持式编程器，也可以是安装了专门的编程通信软件的个人计算机。用户可以通过键盘输入和调试程序；另外，在运行时还可以对整个控制过程进行监控。
7 其他部件
有些PLC还配有EPROM写入器、存储器卡等其他外部设备，用于增强PLC的存储容量和扩展其功能。 2.4 PLC的工作原理
PLC作为一种特殊形式的计算机控制系统，是利用计算机技术对传统的硬件逻辑控制系统“继电器控制”进行“硬件软化”的结果。但在运行方式上，PLC的软件逻辑也与继电器控制系统的硬件逻辑存在根本性的区别。
继电气控制系统的硬件逻辑采用的是并行运行的方式，即如果一个几点起的线圈通电或者放电，该继电器的所有触电（不论是常开还是常闭、也不论其处于继电器线路的哪个位置上）都会立即同时动作；而PLC的软件逻辑是通过CPU逐行扫描用户程序来实现的，即如果一个逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触电并不会立即动作，必须等扫描到该触电时才会动作。
2.4.1 PLC的三个工作阶段 当PLC投入运行后，其工作过程一般分为输入采样阶段、用户程序执行阶段和输出刷新阶段三个阶段。完成上述三个阶段即称为一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（1）输入采样阶段。
PLC在输入采样阶段先扫描所有输入端子并将各输入端子状态存入各对应的输入原件映像寄存器。此时，输入元件映像寄存器被刷新，接着进入用户程序执行阶段。在用户程序执行阶段或输出阶段。输入元件映像寄存器与外界隔离，无论端子信号如何变化，输入元件映像寄存器内容始终保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才将输入端子的新内容重新写入。
（2）用户程序执行阶段
根据PLC梯形图程序扫描规则，PLC以先左后右，先上后下的步序逐句扫描。当指令中涉及输入输出状态时，PLC从输入映像寄存器中“读入”上一阶段采入的对应端子状态，从输出映像寄存器“读入”对应输出映像寄存器的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一个元件（输出软继电器）的状态会随程序的执行过程而变化。
（3）输出刷新阶段
在所有指令执行完毕后，输出映像寄存器中所有的输出继电器的状态（通/断）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出驱动外部负载。对于小型PLC，I/O点数较少，用户程序较短，用集中采样集中输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。大、中型PLC因I/O点数较多，控制功能强，用户程序长，为提高响应速度可以采用定周期
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输入采样，输出刷新；也可以采用直接输入采样，直接输出刷新，中断输入/输出和智能化输入/输出接口等方式。
2.4.2 PLC对输入/输出的处理规则 根据上述工作特点，归纳出PLC对输入/输出的处理原则如下。
（1）输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上各输入点在上一个刷新期间的通/断状态。
（2）程序如何执行取决于用户所编程序和输入/输出映像寄存器的内容及各元件映像寄存器的内容。
（3）输出映像寄存器的数据，取决于输出指令的执行结果。
（4）输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出映像寄存器的数据决定。 （5）输出端子的通/断状态，由输出锁存器决定。
3 基于S7-200的步进电机调速系统设计
3.1 系统硬件器材的选取
3.1.1 步进电机的选择和步进电机驱动器的选择 本课题使用的步进电机是时代超群公司的57BYG250-76，它的外形图及电气原理图如图4、图5所示。它的步距角为1.8o，
360o?200，从而得到步进电机速度控制中由此得出旋转一周所需要的脉冲数为：np?o1.8的相关脉冲频率和脉冲个数的设置。
图4：57BYG250-76的外形图
图5：57BYG250-76电气原理图
在本课题中，配合上述步进电机选用ZD-6560-V4作为步进电机驱动器，它的接口电路图如图6所示：
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