Chapter08其它常用工業(yè)控制器簡介.ppt

第8章 其它常用工業(yè)控制器簡介,8.1 DSP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理 8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理 8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,8.1 DSP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,8.1.1 DSP芯片的特點(diǎn),在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法運(yùn)算 程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù) 片內(nèi)具有快速的RAM 快速的中斷處理和硬件I/O支持 具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器等,8.1 DSP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,TMS320LF2407A的硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn),含有兩個事件管理器EVA和EVB。每個事件管理器又包含有兩個16位的通用定時器、8個PWM通道、可編程的PWM死區(qū)控制、3個捕獲單元、正交編碼脈沖電路等。 采用靜態(tài)CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為3.3V，40MIPS的執(zhí)行速度使得頻率在40MHz時指令周期縮短25ns。 含有可擴(kuò)展的192KB字外部存儲器空間，其中64KB程序存儲器空間，64KB數(shù)據(jù)存儲器空間，64KB I/O尋址空間。 基于TMS320C2xxDSP芯片的內(nèi)核，保證了TMS320LF240x的代碼與TMS320系列的其他DSP芯片代碼兼容。,8.1 DSP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,TMS320LF2407A的硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn),含有高達(dá)32KB字的Flash程序存儲器，2.5KB的數(shù)據(jù)/程序RAM，544B的雙口RAM和2KB的單口RAM。 含有可實(shí)現(xiàn)半雙工或全雙工通信的串行通信接口(SCI)模塊。 含有可單獨(dú)編程或復(fù)用的通用輸入/輸出引腳共41個。 含有兩個電動機(jī)驅(qū)動保護(hù)中斷、復(fù)位中斷和兩個可屏蔽外部中斷。 含有16位的串行外設(shè)(SPI)接口模塊，提供了一個高速同步串行總線，可與帶有SPI接口的芯片連接。 含有3種低功耗模式的電源管理。 含有一個看門狗定時器模塊。,8.1 DSP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,TMS320LF2407A的硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn),含有基于鎖相環(huán)的時鐘發(fā)生器。 它的10位A/D轉(zhuǎn)換器最小轉(zhuǎn)換時間為500ns，可選擇由兩個事件管理器來觸發(fā)兩個8通道輸入A/D轉(zhuǎn)換器或一個16通道輸入的A/D轉(zhuǎn)換器。 含有控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)2.0B模塊。,8.1 DSP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,8.1.2 TMS320LF2407A的引腳功能,8.1 DSP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,TMS320LF2407A共有144個引腳，可分為以下幾類：,事件管理器A(EVA)引腳； 事件管理器B(EVB)引腳； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)引腳； 通信模塊(CAN/SPI/SCI)引腳； 外部中斷與時鐘引腳； 振蕩器/PLL/FLASH/引導(dǎo)程序及其他引腳； JTAG仿真測試引腳； 地址/數(shù)據(jù)和存儲器控制信號引腳； 電源引腳。,8.1 DSP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,總線結(jié)構(gòu)：外部3總線、內(nèi)部6總線（3條地址總線、3條數(shù)據(jù)總線），全部為16位。,8.1.3 TMS320LF2407A的內(nèi)部結(jié)構(gòu),8.1 DSP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,CPU結(jié)構(gòu),CPU是DSP的核心部件，主要進(jìn)行取數(shù)、運(yùn)算(加、乘、移位等)、送數(shù)的操作。,8.1 DSP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,8.1.4 TMS320LF2407A的存儲器和I/O空間,8.1 DSP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,程序存儲器,尋址范圍為64KB(包括片內(nèi)DARAM和片內(nèi)EEPROM/ROM)。當(dāng)訪問片外程序地址空間時，自動產(chǎn)生一個訪問外部程序地址空間的信號，如PS和DS等。 程序存儲器中的FLASH空間有內(nèi)部和外部兩種工作方式，受狀態(tài)系統(tǒng)配置寄存器2的 位控制的。,8.1 DSP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,系統(tǒng)復(fù)位后程序指針指向0000H處，程序從該處開始執(zhí)行，一般要在該處加一條跳轉(zhuǎn)指令使CPU自動轉(zhuǎn)入用戶程序的入口。 0000H-003FH用于存儲系統(tǒng)的中斷向量表，當(dāng)有中斷請求信號時，CPU從該處取出中斷子程序的入口地址。FLASH的其他區(qū)域?yàn)橛脩舫绦騾^(qū)。 8000H-87FFH為單口存儲器(SARAM)，仿真時，若程序較小，可將程序代碼放入該區(qū)。 8800H-FDFFH為用戶擴(kuò)展區(qū)。,8.1 DSP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,數(shù)據(jù)存儲器,尋址范圍為64KB。 0000H-005FH為專用寄存器區(qū)。 0060H-007FH為雙口存儲器DARAM(B2)，為用戶數(shù)據(jù)區(qū)。 0200H-02FFH為雙口存儲器DARAM(B0)，當(dāng)CNF=0時為用戶數(shù)據(jù)區(qū)。 0300H-03FFH為雙口存儲器DARAM(B1)，用戶數(shù)據(jù)區(qū)。 0800H-0FFFH為2K字的單口存儲器SARAM，為用戶數(shù)據(jù)區(qū)。,8.1 DSP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,I/O空間,I/O空間的尋址范圍為64KB，其中0000H-FEFFH為片外I/O端口使用。 I/O空間只可以用IN和OUT指令訪問。 訪問外部并行I/O端口與訪問程序、數(shù)據(jù)存儲器復(fù)用相同的地址以及全部的數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)總線寬度為16位。,8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,ARM是Advanced RISC Machines的縮寫，該公司設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價、耗能低的RISC (精簡指令集)處理器; ARM公司的特點(diǎn)是只設(shè)計(jì)而不生產(chǎn)。它將技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和OEM廠商，并提供服務(wù)。,8.2.1 ARM概述,8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,8.2.1 ARM概述,工業(yè)控制領(lǐng)域：過程控制、電力控制、數(shù)控機(jī)床、ABS 無線通訊領(lǐng)域：基站、帶藍(lán)牙/定位等的手機(jī)/PDA、GPS 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：ADSL、路由器、交換機(jī)、VoIP 消費(fèi)類電子產(chǎn)品：DVD、機(jī)頂盒、游戲機(jī) 成像產(chǎn)品：數(shù)碼相機(jī)、打印機(jī)、錄像機(jī) 安全產(chǎn)品：ATM機(jī)、POS機(jī)、考勤系統(tǒng)、SIM卡 到目前為止，基于ARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位嵌入式微處理器75以上的市場份額。 全球80%的GSM/3G手機(jī)、99%的CDMA手機(jī)以及絕大多數(shù)PDA產(chǎn)品均采用ARM體系的嵌入式處理器，“掌上計(jì)算”相關(guān)的所有領(lǐng)域皆為其所主宰。,8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,RISC簡單的結(jié)構(gòu)使ARM內(nèi)核非常小、功耗低、成本低。 統(tǒng)一和固定長度的指令域，簡化了指令的譯碼，便于指令流水線設(shè)計(jì)。 采用裝載/保存結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)處理操作只針對寄存器的內(nèi)容，而不直接對存儲器進(jìn)行操作。 支持Thumb（16 位）/ARM（32 位）雙指令集，能很好的兼容8 位/16 位器件。 每條數(shù)據(jù)處理指令都對算術(shù)邏輯單元和移位器控制，實(shí)現(xiàn)了ALU和移位器的最大利用。 尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高。 地址自動增加和減少尋址模式，優(yōu)化程序循環(huán)。 多寄存器裝載和存儲指令實(shí)現(xiàn)最大數(shù)據(jù)吞吐量。 所有指令的條件執(zhí)行實(shí)現(xiàn)最快速的代碼執(zhí)行。,ARM體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,ARM芯片、內(nèi)核和CPU的關(guān)系,ARM 芯片,ARM 內(nèi)核,ARM 內(nèi)核,ARM CPU,ARM CPU 數(shù)據(jù)通路,ARM CPU 控制邏輯,8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,ARM CPU的指令集體系ISA（Instruction Set Architecture）先后出現(xiàn)了v1、v2、v3、v4、v4T、v5TE、v5TEJ、v6、v7等版本。 ARM處理器的大量應(yīng)用是從v4版開始的。目前v7是最新的版本，也被稱作CorTex系列。 ARM處理器系列與ARM ISA版本之間的關(guān)系如下：,8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,ARM處理器（核）比較,8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,基于ARM內(nèi)核的常用微處理器簡介,ARM微處理器有多種內(nèi)核結(jié)構(gòu)，還有多種多樣的內(nèi)部功能配置組合，在設(shè)計(jì)一個系統(tǒng)時選擇最合適的ARM芯片非常重要。 一些主流的ARM9處理器芯片如： 飛思卡爾：MC9328MX27 三星：S3C2440A Atmel公司：AT91SAM9263 意法半導(dǎo)體：STR91x 恩智浦半導(dǎo)體：LPC2000 系列,8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,8.2.2 ARM處理器的工作狀態(tài),ARM狀態(tài) 執(zhí)行32位字方式的ARM指令 Thumb狀態(tài) 執(zhí)行16位半字方式的Thumb指令 Jazelle狀態(tài) 執(zhí)行可變長的、以字節(jié)為單位的Jazelle（Java）指令,注意： 1. 處理器復(fù)位后處于ARM狀態(tài)； 2. 處理器異常處理時進(jìn)入ARM狀態(tài)； 3. 若處理器在Thumb狀態(tài)進(jìn)入異常，則異常返回仍然自動轉(zhuǎn)換到Thumb狀態(tài); 4. 狀態(tài)切換不影響工作模式及寄存器內(nèi)容。,8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,ARM處理器工作狀態(tài)的切換,使用跳轉(zhuǎn)指令BX（分支指令，更改指令集）可將處理器內(nèi)核在ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)之間進(jìn)行切換。,;從Arm狀態(tài)切換到Thumb狀態(tài) LDR R0,=Lable+1 BX R0 ;從Thumb狀態(tài)切換到ARM狀態(tài) LDR R0,=Lable BX R0,地址最低位為1，表示切換到Thumb狀態(tài),地址最低位為0，表示切換到ARM狀態(tài),跳轉(zhuǎn)地址標(biāo)號,最低2bit為0,8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,8.2.3 ARM處理器的運(yùn)行模式,8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,8.2.3 ARM處理器的運(yùn)行模式,除用戶模式外，其它模式均為特權(quán)模式。ARM內(nèi)部寄存器和一些片內(nèi)外設(shè)在硬件設(shè)計(jì)上只允許（或者可選為只允許）特權(quán)模式下訪問。此外，特權(quán)模式可以自由地切換處理器模式，而用戶模式不能直接切換到別的模式。,8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,8.2.3 ARM處理器的運(yùn)行模式,這五種模式稱為異常模式。它們除了可以通過程序切換進(jìn)入外，也可以由特定的異常進(jìn)入。每種異常模式都有一些獨(dú)立的寄存器，以避免異常退出時用戶模式的狀態(tài)不可靠。,8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,8.2.3 ARM處理器的運(yùn)行模式,這兩種模式都不能由異常進(jìn)入，而且它們使用完全相同的寄存器組。 系統(tǒng)模式是特權(quán)模式，操作系統(tǒng)在該模式下訪問用戶模式的寄存器就比較方便，而且操作系統(tǒng)的一些特權(quán)任務(wù)可以使用這個模式訪問一些受控的資源。,8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,8.2.4 ARM狀態(tài)各模式下的寄存器組織,8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,8.2.4 ARM狀態(tài)各模式下的寄存器組織,R0R7為不分組寄存器 注意：在異常處理中進(jìn)行模式切換時，可能會破壞寄存器中的數(shù)據(jù)，需要保護(hù)。,R8R14為分組寄存器。不同處理器模式下它們對應(yīng)不同的物理寄存器。,8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,8.2.4 ARM狀態(tài)各模式下的寄存器組織,R8R12有一個分組專用于FIQ模式。這樣在發(fā)生FIQ中斷后，可以加速FIQ的處理速度。,8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,8.2.4 ARM狀態(tài)各模式下的寄存器組織,R14為鏈接寄存器LR，具有兩個特殊功能： 用于保存子程序返回地址； 根據(jù)不同的異常模式保存為異常返回地址（有些異常有一個小的固定偏移量）。,8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,8.2.5 Thumb狀態(tài)與ARM狀態(tài)的寄存器映射關(guān)系,低 寄 存 器,高 寄 存 器,Thumb狀態(tài)下高寄存器（R8R15）不是標(biāo)準(zhǔn)寄存器集的一部分，但可以使用MOV、CMP和ADD指令對高寄存器操作。,8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,8.2.6 引導(dǎo)程序BootLoader,是嵌入式系統(tǒng)在加電啟動后執(zhí)行的第一段代碼，功能類似PC機(jī)的BIOS和OS Loader，通常需要固化在目標(biāo)板中； 主要負(fù)責(zé)CPU、存儲器及相關(guān)硬件的初始化，以及將裝載操作系統(tǒng)映像到內(nèi)存中，然后跳轉(zhuǎn)到規(guī)定的地址啟動操作系統(tǒng)運(yùn)行。 Bootloader是嚴(yán)重依賴硬件而實(shí)現(xiàn)的，每一種不同體系結(jié)構(gòu)的處理器都有不同的Bootloader，甚至同一種處理器由于外圍硬件配置不同，其Bootloader也有差別。因此開發(fā)特定的Bootloader是構(gòu)建嵌入式linux系統(tǒng)之前的一項(xiàng)必要的基礎(chǔ)工作。,8.2 ARM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,Bootloader的開發(fā),Stage1（匯編實(shí)現(xiàn)） 基本硬件設(shè)備初始化：CPU時鐘頻率，寄存器，存儲器數(shù)據(jù)寬度、訪問周期、刷新周期，中斷系統(tǒng)，I/O端口等； 為第二階段準(zhǔn)備RAM空間，設(shè)置堆棧； 復(fù)制第二階段代碼到RAM中，并跳轉(zhuǎn)到第二階段入口點(diǎn)。 Stage2（C實(shí)現(xiàn)） 初始化本階段要使用的硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對板級驅(qū)動的支持； 檢測系統(tǒng)內(nèi)存映射； 將內(nèi)核鏡像和根文件系統(tǒng)鏡像從flash讀到RAM中； 為內(nèi)核設(shè)置啟動參數(shù)； 將PC指針指向內(nèi)核的入口處，調(diào)用內(nèi)核。掛載文件系統(tǒng)。,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,8.3.1 PLC概述,可編程控制器（Programmable Controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員,是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。 早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。 隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,PLC的特點(diǎn),1. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。 2. 功能強(qiáng)，性能價格比高。 3. 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)。 4. 編程方法簡單易學(xué)。 5. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少。 6. 維修工作量小，維修方便。 7. 體積小，能耗低。,1. 開關(guān)量邏輯控制 2. 運(yùn)動控制 3. 閉環(huán)過程控制 4. 數(shù)據(jù)處理 5. 通信聯(lián)網(wǎng),PLC的應(yīng)用領(lǐng)域,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,PLC的技術(shù)指標(biāo),I/O總點(diǎn)數(shù) 衡量PLC可接入的輸入信號和輸出信號的數(shù)量。開關(guān)量用I/O最大點(diǎn)數(shù)，模擬量則用通道數(shù)描述。 存儲器容量 以字或者K字為單位，衡量可以存儲用戶應(yīng)用程序的最大空間。一般邏輯操作指令每條1字，定時器、計(jì)數(shù)器移位操作每條2字，數(shù)據(jù)操作每條24字。 編程語言 PLC廠家為用戶設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)各種控制功能的 編程工具。常用的有梯形圖編程語言、語句表編程語言，還有邏輯圖編程語言、布爾代數(shù)編程語言等。,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,掃描時間 執(zhí)行1000條指令所需要的時間，一般10ms作用，小型機(jī)可能大于40ms。 內(nèi)部寄存器的種類和數(shù)量 體現(xiàn)PLC硬件功能的指標(biāo)。存放變量狀態(tài)、中間結(jié)果、數(shù)據(jù)等，提供輔助寄存器（定時器/計(jì)數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)寄存器）等。 通訊能力 PLC與PLC、PLC與計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸和交換的能力，實(shí)現(xiàn)工廠自動化的基礎(chǔ)。一般PLC都配有12個通訊端口。 智能模塊 具備自己獨(dú)立CPU和系統(tǒng)的模塊。通常作為PLC中央處理單元的下位機(jī)，不參與PLC的循環(huán)處理過程，但接受PLC的指揮，獨(dú)立完成某些特殊操作。比如：位置控制模塊、溫度控制模塊、PID控制模塊、模糊控制模塊等。,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,8.3.2 PLC的基本結(jié)構(gòu),PLC控制系統(tǒng)示意圖,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,1CPU模塊 CPU模塊主要由CPU芯片和存儲器組成。 PLC的程序分為操作系統(tǒng)和用戶程序。 RAM（隨機(jī)存取存儲器）的工作速度高、價格便宜、改寫方便。斷電后儲存的信息丟失。 ROM（只讀存儲器）只能讀出，不能寫入。斷電后儲存的信息不會丟失。 EEPROM（可以電擦除可編程的只讀存儲器）的數(shù)據(jù)可以讀出和改寫，斷電后信息不會丟失。寫入數(shù)據(jù)的時間比RAM長。（S7-200用EEPROM來存儲用戶程序和需要長期保存的重要數(shù)據(jù)。）,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,2、I/O模塊 I/O模塊是輸入（Input）模塊和輸出（Output）模塊的簡稱。輸入模塊用來采集輸入信號，輸出模塊用來控制外部的負(fù)載和執(zhí)行器。 I/O模塊還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。 3、編程軟件 STEP 7-Micro/WIN 用來生成和編輯用戶程序，和監(jiān)控用戶程序的運(yùn)行。 4、電源 PLC使用AC 220V電源或DC 24V電源。小型PLC可以為輸入電路和外部的電子傳感器提供DC 24V電源。,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,S7-200、S7-1200和S7-200 SMART是西門子的小型PLC。 S7-300/S7-400和S7-1500是模塊式大中型PLC。 WinAC是在PC上實(shí)現(xiàn)PLC功能的“軟PLC”。 S7-200的特點(diǎn) 功能強(qiáng)，有高速計(jì)數(shù)、高速輸出、PID參數(shù)自整定、位置控制、稱重、配方、數(shù)據(jù)記錄等功能。 先進(jìn)的程序結(jié)構(gòu)。,8.3.3 S7-200系列PLC,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,S7-200的特點(diǎn)： 靈活方便的存儲器結(jié)構(gòu)，大多數(shù)存儲區(qū)可以按位（bit）、字節(jié)、字和雙字讀寫。 功能強(qiáng)大、使用方便的編程軟件。 簡化復(fù)雜編程任務(wù)的向?qū)Чδ堋?強(qiáng)大的通信功能。 品種豐富的配套人機(jī)界面， Smart 700 IE的價格便宜。 有競爭力的價格。 完善的網(wǎng)上技術(shù)支持。,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,CPU模塊 有CPU 221/222/224/224XP/224XPsi/226，最多擴(kuò)展7個擴(kuò)展模塊、256點(diǎn)數(shù)字量I/O或45路模擬量I/O，最多24KB程序存儲空間和10KB用戶數(shù)據(jù)存儲空間。CPU 221無擴(kuò)展功能。 256點(diǎn)定時器、256點(diǎn)計(jì)數(shù)器；集成6個有13種工作模式的高速計(jì)數(shù)器，以及兩點(diǎn)高速脈沖發(fā)生器/脈沖寬度調(diào)制器。 1個或2個模擬電位器，1個或2個RS-485接口，有實(shí)時時鐘。 4點(diǎn)輸入中斷，2個1255ms的定時中斷。 CPU 224XP集成了2AI、1AO，2個RS-485通信口，高速輸入200kHz、高速輸出100kHz。 可使用PPI、MPI、PROFIBUS、Modbus、USS、S7通信協(xié)議，和自由端口通信方式。,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,數(shù)字量輸入與數(shù)字量輸出 1、數(shù)字量輸入電路 圖中的1M是同一組輸入點(diǎn)各內(nèi)部輸入電路的公共點(diǎn)。輸入電流為數(shù)毫安。 外接觸點(diǎn)接通時，發(fā)光二極管亮，光敏三極管飽和導(dǎo)通；反之發(fā)光二極管熄滅，光敏三極管截止，信號經(jīng)內(nèi)部電路傳送給CPU模塊。,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,2、數(shù)字量輸出電路 繼電器輸出電路可以驅(qū)動直流負(fù)載和交流負(fù)載，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，動作速度慢，動作次數(shù)有限制。 場效應(yīng)管輸出電路只能驅(qū)動直流負(fù)載。反應(yīng)速度快、壽命長，過載能力稍差。 CPU 224XPsi具有MOSFET漏型輸出，電流從輸出端子流入。其他場效應(yīng)晶體管型輸出的CPU都是MOSFET源型輸出，電流從輸出端子流出。,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,數(shù)字量擴(kuò)展模塊 數(shù)字量I/O：8DI、16DI、4DO、8DO模塊；4/4、8/8、16/16、32/32點(diǎn)的DI/DO模塊。 輸入有DC 24V 和AC 230V 兩種，輸出有DC 24V 和繼電器型兩種。,3PLC對模擬量的處理 模擬量輸入模塊將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。模擬量輸出模塊將PLC中的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量電壓或電流。 有12位的4AI、8AI、2AO、4AO、4AI/1AO模塊；15位4路、8路熱電偶模塊，2路、4路熱電阻模塊。 4模擬量輸入模塊 用模塊上的DIP開關(guān)設(shè)置量程。轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)據(jù)被盡可能地往高位移動，單極性全量程輸入范圍對應(yīng)的數(shù)字量輸出為032000。雙極性全量程輸入范圍對應(yīng)的數(shù)字量輸出為32000+32000。電壓輸入時輸入阻抗2M，電流輸入時輸入阻抗為250。,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,5模擬量輸出模塊 滿量程時電壓輸出和電流輸出的分辨率分別為12位和11位。電壓輸出時負(fù)載阻抗最小5 k；電流輸出時負(fù)載阻抗最大500 。,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,1. PLC的操作模式 RUN模式執(zhí)行用戶程序，“RUN” LED亮。 STOP模式不執(zhí)行用戶程序，可以下載程序。 模式開關(guān)在RUN位置時，上電后自動進(jìn)入RUN模式。 PC和PLC之間建立起通信連接后，若模式開關(guān)在RUN或TERM位置, 可用編程軟件中的命令改變CPU的操作模式。 2PLC的掃描工作方式 初始化后PLC循環(huán)不停地分5個階段處理各種任務(wù)。每次循環(huán)的時間稱為掃描周期。 （1）讀取輸入 外部輸入電路接通時, 對應(yīng)的過程映像輸入寄存器為ON(1狀態(tài)), 梯形圖中對應(yīng)的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。反之過程映像輸入寄存器為OFF(0狀態(tài)）。,8.3.4 PLC的工作原理,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,（2）執(zhí)行用戶程序 如果沒有跳轉(zhuǎn)指令，CPU逐條順序地執(zhí)行用戶程序。執(zhí)行程序時，對輸入/輸出的讀寫通常是通過過程映像輸入/輸出寄存器，而不是實(shí)際的I/O點(diǎn)。 （3）處理通信請求 （4）CPU自診斷 （5）改寫輸出 梯形圖中某一輸出位的線圈“通電”，對應(yīng)的過程映像輸出寄存器為1，對應(yīng)的硬件繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，外部負(fù)載工作。反之外部負(fù)載斷電。 可用中斷程序和立即I/O指令提高PLC的響應(yīng)速度。,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,8.3.6 PLC的編程語言與特點(diǎn),8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,1. 梯形圖(Ladder Diagram，LAD) 梯形圖語言源自繼電器電氣原理圖，是一種基于梯級的圖形符號布爾語言。它通過連線，把PLC指令的梯形圖符號連接在一起，以表達(dá)所調(diào)用PLC指令及其前后順序關(guān)系。 用梯形圖符號編的PLC程序，很像電氣原理圖，梯形圖中輸入信號（觸點(diǎn)）與輸出信號（線圈）之間的邏輯關(guān)系一目了然，較易為電氣工作人員理解。 它已成為PLC程序設(shè)計(jì)目前的基本語言。 要用圖形編程器（或帶有圖形編程功能的簡易編程器），或用個人計(jì)算機(jī)、并配置相應(yīng)的編程軟件。 梯形圖程序被劃分為若干個網(wǎng)絡(luò)，一個網(wǎng)絡(luò)只能有一塊獨(dú)立電路。觸點(diǎn)接通時有“能流”(Power Flow)流過線圈?！澳芰鳌敝荒軓淖笙蛴伊鲃?。,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,2.指令表(Instruction List)，西門子叫語句表（STL) 語句表程序設(shè)計(jì)語言是用布爾助記符來描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語言。是基于字母符號的一種語言，類似計(jì)算機(jī)的匯編語言，用拚音文字（可用多國文字）的縮寫及數(shù)字代表各相應(yīng)指令。西門子稱之為STL語言。絕大多數(shù)PLC都使用有這種助記符指令。 采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶，便于撐握的特點(diǎn)；輸入方便快捷，還可以為每一條語句加上注釋，便于復(fù)雜程序的閱讀。 在編程器的鍵盤上采用助記符表示，具有便于操作的特點(diǎn)，可在無計(jì)算機(jī)的場合進(jìn)行編程設(shè)計(jì)； 用編程軟件可以將語句表與梯形圖可以相互轉(zhuǎn)換。,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,3、功能塊圖(Function Block Diagram，F(xiàn)BD) 一種對應(yīng)于邏輯電路的圖形語言。廣泛地用于過程控制。用圖形化的方法，以功能模塊為單位，描述控制功能。每一功能塊的功能，取決于它是什么指令。功能塊有輸入端、輸出端。 表達(dá)簡練、邏輯關(guān)系清晰，使控制方案的分析和理解變得容易。特別是控制規(guī)模較大、控制關(guān)系較復(fù)雜的系統(tǒng)，用它可把控制的關(guān)系較清楚地表達(dá)出來，可簡化編程及縮短調(diào)試時間。 一些含有標(biāo)準(zhǔn)功能的程序，用功能塊語言很便于調(diào)用。目前，PLC廠家推出一些高功能及高性能的硬件模塊的同時，多提供與其有關(guān)的功能塊程序，這為用戶使用這硬件模塊及進(jìn)行編程提供了很大方便。 由于每種功能模塊需要占用一定的程序內(nèi)存，功能模塊的執(zhí)行也需要一定的執(zhí)行時間，因此，這種設(shè)計(jì)語言多只在在大中型可編程控制器和集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)中才被采用。,8.3 PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理,4、順序功能圖(Sequent