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電氣工程及其自動化的觸角伸向各行各業，小到一個開關的設計，大到宇航飛機的研究，都有它的身影。本專業生能夠從事與電氣工程有關的系統運行、自動控制、電力電子技術、信息處理、試驗技術、研制開發、經濟管理以及電子與計算機技術應用等領域的工作，是寬口徑“復合型”高級工程技術人才。該領域對高水平人才的需求很大。據估計，隨著國外大企業的進入，在這一專業領域將出現很大缺口，那時很可能出現人才供不應求的現象。
電氣工程及其自動化專業是電氣信息領域的一門新興學科，但由于和人們的日常生活以及工業生產密切相關，發展非常迅速，現在也相對比較成熟。已經成為產業的重要組成部分，廣泛應用于工業、農業、等領域，在國民經濟中發揮著越來越重要的作用。
控制理論和電力網理論是電氣工程及自動化專業的基礎，電力電子技術、計算機技術則為其主要技術手段，同時也包含了系統分析、系統設計、系統開發以及系統管理與決策等研究領域。該專業還有一些特點，就是強弱電結合、電工電子技術相結合、軟件與硬件相結合，具有交叉學科的性質，電力、電子、控制、計算機多學科綜合，使畢業生具有較強的適應能力，是“寬口徑”專業。[1]
電氣工程及其自動化專業對廣大考生有很強的吸引力，屬于熱門專業，錄取分數線往往要比其他專業方向高許多，造成這一情況的主要原因有：①就業容易，工作環境好，收入高；②名稱好聽，專業內容對學生有吸引力； 社會宣傳和輿論導向對其有利。該專業方向有著非常好的發展前景，研究成果較容易向現實產品轉換，而且效益相當可觀。他創造性的研究思路吸引著眾多考生，這里的確是展示他們才能的好地方。但是鑒于國內現在的形式，考生在報考該專業的時候應該注意以下兩點：
(1)充分考慮自己的興趣。也許自己本來并不對該方向感興趣，但是許多人都說好，于是自己就“感興趣”了。這對以后的發展是很不利的，畢竟興趣是較好的老師。
(2)衡量自己的綜合素質。電氣工程及自動化專業需要具有扎實的數學、物理基礎，較強的外語綜合能力，為今后能夠掌握并且靈活運用專業知識做準備。該專業方向的人才需求雖然大，但可供選擇的人也很多，如果沒有非常強的綜合素質，很難在眾人之中脫穎而出，取得**成績。也許這對許多胸懷遠大志向的考生來說是不能接受的。
當然，這里所說的兩點是否可行也和學生個人的追求有關，如果一個人追求**于一份較好的工作，該專業的確是一個不錯的選擇。但是，如果想在科技創新方面做出突破性的貢獻還是要建立在個人實力以及刻苦努力的基礎上，餡餅是決不會無緣無故從天上掉下來的。
由于本專業研究范圍廣，應用前景好，畢業生的專業素養相對較高，因此就業形勢非常好。我國現在非常需要該專業方向的人才，小到一個家庭，大到整個社會，都離不開這些專業人才的工作。通常情況下，學生畢業后可以選擇國有的質量技術監督部門、研究所、工礦企業等；也可以是一些外資、私營企業，待遇當然是相當可觀的。如果學生能力足夠強，又在學習期間積累了比較好的研究成果，完全可以自己創業，闖出一片屬于自己的天空。需要指出的是，由于國外在該專業方向的研究要良好于我們，因此如果想要有進一步的發展，確立自己在國內該方向的良好地位，出國深造是一個不錯的選擇。
主要課程
電路原理、模擬電子技術基礎、數字電子技術基礎、電機學、高電壓技術、電力系統分析、電磁場與電磁波、繼電保護、單片機技術、發電廠電氣部分、工廠供電、電機與電力拖動基礎、電力電子技術、自動控制原理、計算機控制系統、系統工程導論、微機原理及接口技術、控制理論、電力工程基礎、嵌入式系統與單片機、PLC原理及應用、電力傳動技術、電力系統保護與控制
就業方向：
在電力設備制造從事高電壓設備的設計、開發、生產和管理等工作，可在電力系統從事高壓設備的運行維護方面的技術工作和管理工作，就業于電業局，供電局，發電廠，也可在高校和科研院所從事教學和科研工作。
就業前景：
電氣工程及其自動化專業是電氣信息領域的一門新興學科，觸角伸向各行各業，小到一個開關的設計，大到宇航飛機的研究，都有它的身影。由于和人們的日常生活以及工業生產密切相關，發展非常迅速，現在也相對比較成熟?？刂评碚摵碗娏W理論是電氣工程及自動化專業的基礎，電力電子技術、計算機技術則為其主要技術手段，同時也包含了系統分析、系統設計、系統開發以及系統管理與決策等研究領域。該專業還有一些特點，就是強弱電結合、電工電子技術相結合、軟件與硬件相結合，具有交叉學科的性質，電力、電子、控制、計算機多學科綜合。
人才培養:
①總體培養四結合
強電為主、強弱電結合、電工技術與電子技術相結合、軟件與硬件相結合、元件與系統相結合。所培養的學生系統觀念強，基礎知識寬厚，具有較強的工程實踐能力和創新能力。
②基礎實驗五步走
專業基礎實驗教學采用新的教學模式，即以培養學生實踐能力和創新能力為目的設置實驗課程和實驗內容。將專業基礎實驗分為由初級到高級五個訓練平臺，使學生受到電子工程實踐、電工電子測量與實驗技術、電子線路設計和CPLD及電子技術、單片機應用綜合技術、電子線路綜合設計等一系列的綜合型、設計型訓練。
③專業實驗重能力
新模式的專業實驗教學旨在培養學生的工程實踐能力、科學研究能力和創新能力。將專業實驗按照能力培養目的分為課程實驗（如電機實驗、微型計算機技術實驗、電力電子及計算機控制技術實驗等）和獨立開設的專業綜合實驗（電力系統繼電保護綜合實驗、電力系統綜合自動化實驗、電力系統檢測實驗、電力系統綜合設計、水電站運行培訓等）。
④知識視野跟*
開設反映電氣工程及其自動化領域科技*新技術、新設備、新機制的特色選修課，以及交叉學科概論選修課，以開闊學生的視野，了解當今科技*

0 引言

隨著計算機技術的成熟和發展，微機控制系統產生了PLC 控制和單片機控制兩大分支。PLC 以其高可靠性，使用簡便等優點，以高價格占據了工業微控市場;單片機又以其體積小，重量輕，價格便宜等優勢廣泛應用于家電產品。本文主要闡述了應用MCS-51 單片機三菱FX2N-16MR-001 型號PLC 控制的原理。

1 單片機與PLC 的聯系與區別

1.1 基本結構

單片機是將計算機的基本環節：如CPU，存儲器，總線，輸入輸出接口等，采用集成電路技術集成在一塊硅基片上。因此，從控制的觀點，我們也常稱它為單片控制器。PLC 的硬件系統主要由五部分組成：CPU、存儲器模塊、輸入輸出模塊、編程器、電源。

CPU 是兩者的控制**，起運算和控制的作用。存儲器主要功能是存儲程序和數據。單片機一般都是將已設計好的程序固化在存儲器中。PLC 對于不同控制系統的程序可將存儲器中的程序重新編寫。它是使用編程器進行編程，現在一般都使用個人電腦進行編程，將編寫好的程序通過編程電纜下載到PLC 的用戶存儲器中。單片機的工作電源是直流5V，PLC 內部有一個專用的開關式穩壓電源，將交/ 直流供電電源轉換為PLC 內部電路需要的工作電源(5V 直流)。

PLC 目前大量的應用單片機制成，PLC 是單片機在繼電器控制系統中的應用。

1.2 工作原理

單片機和PLC 的基本工作原理是一樣的，即：

1)從輸入接口接收來自外界的信息存入存儲器。這些信息主要包括兩部分的來源一部分是來自于諸如溫度、壓力等傳感器的信息;另一部分是來自人工干預的一些手動信息，如開關、按鈕等;

2)CPU 根據存儲器中的程序對輸入的數據進行高速運算處理;

3)將運算處理的通過輸出接口送去控制執行機構，如繼電器，電機，燈泡等。上面3 步不斷重復，即系統中的微電腦不斷監視著各種信息，并及時做出不同的處理使系統正常運行。

1.3 應用場合

由于單片機體積小，功能強，因而廣泛用于電子設備中做控制器之用。目前，大到火尖端，小至電視機微波爐等現代家用電器，都運用單片機作為控制器。PLC 一般用于工業控制領域。

2 單片機PLC 的原理

硬件的原理：

1)輸入輸出模塊

單片機具有較簡單的輸入輸出結構，PLC 的輸入/ 輸出接口部分采取了光電隔離、濾波等抗干擾技術措施，具有很高的可靠性。

所以單片機PLC 時，單片機的作為輸入的接口應按照實際應用需要接有光電耦合器隔離、抖動及噪聲的RC 濾波器、電平轉換等部分。PLC 的輸出模塊可以有晶體管輸出型、繼電器輸出型、晶閘管輸出型等，如繼電器輸出型PLC 時，作為單片機輸出口的部分也可接上光電耦合電路和驅動電路，控制繼電器。

2)接口電路

PLC 是可通過計算機直接編程下載的。單片機PLC 時，由于單片機內部是TTL 電平，計算機采用的是232 電平。為了能與計算機直接進行通信，系統可擴展RS-232C 接口電路。單片機的RXD 和TXD 信號經RS-232C 電平變換后接至9 芯插座。由此可與計算機機進行串行通信。一方面，在編程狀態時，可接收PC機上梯形圖匯編程序編譯結果的指令代碼，并存入程序存儲器;另一方面，在運行狀態時，可將I/O 口的狀態和處理結果實時地發送給上位機。

3 軟件的原理

由于單片機具有布爾代數指令，特別是其中的位操作的邏輯指令，可以用這些位操作邏輯指令來替換PLC 梯形圖中的對應的基本邏輯指令。例如：可以用MCS-52 的位與指令來替換PLC 的接點串聯指令，可以用MCS-52 的位或指令來替換PLC 的接點并聯指令。下面以MCS-52 單片機日本三菱FX2N 系列PLC 為例，將在過程中經常用到的可以替換的指令用表列出

    在工程實際中，應用較為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調節。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用PID控制技術較為方便。即當我們不完全了解一個系統和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統參數時，較適合用PID控制技術。PID控制，實際中也有PI和PD控制。
     PID控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。
   　比例（P）控制　比例控制是一種較簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差（Steady-state error）。
   　積分（I）控制　在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統，如果在進入穩態后存在穩態誤差，則稱這個控制系統是有穩態誤差的或簡稱有差系統（System with Steady-state Error）。為了穩態誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩態誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統在進入穩態后無穩態誤差。
     微分（D）控制 　在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能會出現振蕩甚至失穩。其原因是由于存在有較大慣性組件（環節）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“**前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重**調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。
PID常用口訣: 參數整定找較佳，從小到大順序查，先是比例后積分，最后再把微分加，曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大，曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳，曲線偏離回復慢，積分時間往下降，曲線波動周期長，積分時間再加長，曲線振蕩頻率快，先把微分降下來，動差大來波動慢，微分時間應加長，理想曲線兩個波，前高后低4比1，
 一看二調多分析，調節質量不會低 2.PID控制器參數的工程整定,各種調節系統中P.I.D參數經驗數據以下可參照：　 
            溫度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s
            壓力P: P=30~70%,T=24~180s,

            液位L: P=20~80%,T=60~300s,

            流量L: P=40~**,T=6~60s。

 pid較早是采用運放等電路器件實現的，是一個連續調節的過程；
      但是數字電路里面要實現pid，就要進行“離散化”，你可以查閱數字pid的相關資料。在大學自控專業的相關教材里面對此有詳細的理論公式推導。
      在plc里面實現pid當然就是個數字pid，其中一個重要的因素是采樣時間，說的具體點，就是數字pid——在西門子plc里面就是fb41這個模塊需要定時調用！比如放在ob35里面，那么ob35（默認100ms）的執行周期就是數字pid的采樣時間，這個100ms是數字pid運算公式里面的一個重要參數！所以，把fb41放在ob1里面執行，表面看也是可以執行的，但運算結果其實是偏離了理論目標。由于ob1掃描周期不固定，所以結果很難預料。單說運行是可以的，但用OB35調用，可以有好的控制精度不是說非要作在OB35里,而是指從OB35調用主要是0B35以固定周期運行，數字化PID的采樣周期T必須是等間隔的，所以要用定時中斷來觸發。PID在定時中斷中執行是因為定時中斷準確,是以設定的周期執行的,除非有更高優先級的中斷同時發生.而主程序的執行周期不是定長的,在主程序中的定時器的精度也受掃描周期的影響.OB35中斷周期：按所設定的時間間隔產生中斷。即采樣周期：   常指在周期性的采樣系統中，當對一模擬量進行采樣時，兩次采樣之間的時間間隔。
原理上，PID 的調節節奏應該與其采樣周期一致，這是數學模型應與物理過程一致的要求。這也就是 FB41要在 OB35 中周期調用且 OB35 的周期要與 FB41采樣周期一致的原因。當然，在 OB1 或其他 FC、FB 中調用 FB41也是可以的，此時較好將 OB1 參數區中掃描周 期作為 FB41 的采樣周期