可編程序控制器的基本原理

第2章可編程序控制器的基本原理CPUDIAI輸入映像寄存器輸出映像寄存器DOAO............1第2章可編程序限制器的基本原理2.2可編程序限制器的各組成部分2.3可編程序限制器的工作原理2.4可編程序限制器的編程語言2.1可編程序限制器的基本結(jié)構(gòu)2魯東高校交通學(xué)院CPU電源通信接口輸入接口I/O擴(kuò)展接口I/O擴(kuò)展模塊輸出接口存儲器系統(tǒng)用戶程序程序外部設(shè)備編程器計(jì)算機(jī)打印機(jī)條碼掃描儀圖形監(jiān)控設(shè)備PLC主機(jī)按鈕觸點(diǎn)行程開關(guān)……用戶輸入設(shè)備指示燈電磁線圈電磁閥……用戶輸出設(shè)備2.1可編程序限制器的基本結(jié)構(gòu)整體式PLC3魯東高校交通學(xué)院CPU模塊智能I/O模塊通信模塊編程器PLC/上位計(jì)算機(jī)工業(yè)現(xiàn)場過程輸入模塊輸出模塊模塊式PLC4魯東高校交通學(xué)院2.2可編程序限制器的各組成部分一、中心處理單元CPU1.CPU的功能(1)讀入現(xiàn)場狀態(tài)；(2)限制存儲和解讀用戶程序；(3)執(zhí)行各種運(yùn)算程序；(4)輸出運(yùn)算結(jié)果；(5)執(zhí)行系統(tǒng)診斷功能；(6)與外部設(shè)備或計(jì)算機(jī)通信等。5魯東高校交通學(xué)院2.CPU的構(gòu)成由（超）大規(guī)模集成電路的處理芯片構(gòu)成。(1)用通用微處理器作CPU

低檔PLC普遍常用Z80作CPU。通用處理器：Intel8086、80286、80386等。(2)用單片機(jī)作CPUIntel公司的MCS－45系列或MCS－51系列。如單片機(jī)芯片：8031、8096。(3)位片式微處理器作CPU位片式微處理器：AMD－2900。6魯東高校交通學(xué)院二、存儲器

1.存儲器的類型ROM、RAM、PROM、EPROM、EAROM、EEPROM。2.存儲器的劃分(1)系統(tǒng)存儲器ROM存儲器。(2)用戶程序存儲器有掉電疼惜的RAM或EEPROM存儲器。不同型號的PLC其存儲器的容量差別很大。7魯東高校交通學(xué)院(3)工作數(shù)據(jù)存儲器有掉電疼惜的RAM或EEPROM存儲器。在工作數(shù)據(jù)區(qū)預(yù)先開拓了“元件映像寄存器”和變量數(shù)據(jù)區(qū)。有掉電時能保持?jǐn)?shù)據(jù)的區(qū)域——數(shù)據(jù)保持區(qū)。8魯東高校交通學(xué)院三、輸入/輸出模塊輸入/輸出信號：開關(guān)量、模擬量。開關(guān)量：直流量、溝通量。CPUDIAI輸入映像寄存器輸出映像寄存器DOAO............9魯東高校交通學(xué)院1.數(shù)字量（開關(guān)量）輸入接口電路

(1)直流輸入接口電路內(nèi)部電路R2＋U

VT濾波SCOM＋－－＋電源極性任意R1RCLED輸入指示10魯東高校交通學(xué)院(2)溝通輸入接口電路內(nèi)部電路R3＋U

VT濾波SCOMR1R2CLED輸入指示~11魯東高校交通學(xué)院2.數(shù)字量（開關(guān)量）輸出接口電路依據(jù)輸出電路所用開關(guān)器件的不同分類。(1)晶體管輸出接口電路R1VD1

COMFU負(fù)載－＋內(nèi)部電路R2＋U

LEDR3VT1

VT2

輸出指示VD2

12魯東高校交通學(xué)院(2)雙向晶閘管輸出單元LED輸出指示R1COMFU負(fù)載－＋內(nèi)部電路R

CVT1

＋－~VT2

R213魯東高校交通學(xué)院(3)繼電器輸出接口電路KALEDR1COMFU負(fù)載－＋內(nèi)部電路KA＋－~VD輸出指示14魯東高校交通學(xué)院3.模擬量的輸入與輸出(1)模擬量輸入采樣值→A/D轉(zhuǎn)換→8位/10位/12位數(shù)字量→輸入映像寄存器AI。

S7－200PLC中，一個模擬量轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字量，但是占用AI一個字長（16位）。輸入模擬信號的大?。弘妷海海?0~10V，0~10V，1~5V

電流：－20~20mA，0~20mA，4~20mA。15魯東高校交通學(xué)院

模擬量輸入接口電路16魯東高校交通學(xué)院(2)模擬量輸出數(shù)字量→輸出映像寄存器AQ→D/A轉(zhuǎn)換（還原）→模擬量。S7－200PLC中，輸出模擬量未轉(zhuǎn)換前是1個字長的數(shù)字量，存放在AQ中。輸出模擬信號的大?。弘妷海海?0~10V，0~10V，1~5V。電流：－20~20mA，0~20mA，4~20mA。輸出可以干脆驅(qū)動小功率的設(shè)備。如指示燈、小型繼電器······。大功率或高壓設(shè)備，要通過中間繼電器、電磁開關(guān)等進(jìn)行電壓或功率放大才能驅(qū)動。17魯東高校交通學(xué)院

模擬量輸出接口電路18魯東高校交通學(xué)院四、外部設(shè)備

編程器

人機(jī)界面（操作員接口）外存儲器

EEPROM寫入器通用打印機(jī)模塊大屏幕彩色圖形監(jiān)控設(shè)備條碼掃描儀盒式磁帶機(jī)

PLC或上位計(jì)算機(jī)

……通訊接口CPUTD200操作員界面19魯東高校交通學(xué)院

編程器

(1)作用

輸入、編輯、調(diào)試用戶程序。

在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)。

與PLC進(jìn)行人機(jī)對話。(2)編程器的種類專用編程器

編程軟件+通用計(jì)算機(jī)

功能：編程、監(jiān)控、打印、數(shù)據(jù)采集和分析、系統(tǒng)仿真等。（與固定型號的PLC配套運(yùn)用）簡易編程器智能編程器20魯東高校交通學(xué)院五、智能模塊

PID限制模塊高速計(jì)數(shù)模塊溫度測量模塊運(yùn)動限制模塊通信模塊ASCII模塊BASIC模塊中斷限制模塊……21魯東高校交通學(xué)院六、電源內(nèi)部有一個開關(guān)電源。電源的容量取決于PLC的型號。S7－200CPU的內(nèi)部電源為自身、擴(kuò)展模塊、其他用電設(shè)備供應(yīng)5V、24VDC電源。擴(kuò)展模塊通過與CPU連接的總線連接電纜取得5V直流電源。CPU向外供應(yīng)的24VDC電源從（L＋，M）端引出。該電源為(1)本機(jī)集成的、擴(kuò)展模塊上的I/O點(diǎn)供電。(2)特殊的模塊、智能模塊供電。(3)從通信口輸出，供應(yīng)應(yīng)PC/PPI編程電纜、TD200文本顯示操作界面等設(shè)備。22魯東高校交通學(xué)院電源的容量：表2-1S7－200CPU的供電能力（mA）CPU型號5V/24VCPU型號5V/24VCPU221－/180CPU222340/180CPU224660/280CPU2261000/400假如總需求超過CPU的供電實(shí)力：必需削減或變更模塊的配置。需增加外部24VDC電源。23魯東高校交通學(xué)院2.3可編程序限制器的工作原理一、PLC的掃描工作方式PLC接受“依次掃描、不斷循環(huán)”的工作方式。CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序，任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。一個掃描周期包含以下任務(wù)①讀輸入②執(zhí)行程序③處理通信懇求④執(zhí)行CPU自診斷⑤寫輸出24魯東高校交通學(xué)院二、PLC的掃描工作過程1.輸入采樣階段讀(采樣)輸入端子的信號→存入(刷新)I中。沒有運(yùn)用的I位被清零。2.程序執(zhí)行階段執(zhí)行用戶程序。程序按指令依次執(zhí)行（跳轉(zhuǎn)指令例外）。對輸入指令，從I中讀取數(shù)據(jù)。對輸出指令，將輸出值存入Q中。立刻輸入/輸出指令除外。25魯東高校交通學(xué)院3.處理通信懇求CPU處理從通信端口接收到的任何信息。處理通信懇求的時間是可以調(diào)整的。4.執(zhí)行CPU的自診斷CPU檢查其硬件、I/O模塊狀態(tài)、用戶存儲器。發(fā)覺故障，報警或停止程序運(yùn)行。5.輸出刷新階段將Q中的輸出值→輸出鎖存器→驅(qū)動被控對象按新的輸出值動作。26魯東高校交通學(xué)院

PLC的工作過程輸入端子輸入映像寄存器輸出鎖存輸出端子元件映像寄存器輸入信號輸出①刷新輸入刷新階段②讀③寫④讀⑤寫⑥讀⑦寫⑧刷新⑨輸出執(zhí)行程序階段輸出刷新階段27魯東高校交通學(xué)院三、PLC的輸入/輸出滯后現(xiàn)象影響輸入/輸出響應(yīng)滯后的主要因素有：?輸入延遲時間。?掃描周期。?輸出延遲時間。?程序語句的支配，影響程序執(zhí)行時間。

如圖所示程序：

?從I0.0接通到Q0.1接通延遲了一個多掃描周期（正常）。?而Q0.0被接通卻延遲了兩個多掃描周期（不正常）。

解決方法：交換網(wǎng)絡(luò)1與網(wǎng)絡(luò)2前后位置。28魯東高校交通學(xué)院四、PLC的脈沖捕獲功能掃描周期n掃描周期n+1輸入刷新輸入刷新捕獲到的輸入脈沖脈沖丟失，因?yàn)樗l(fā)生在兩次輸入刷新之間物理輸入點(diǎn)未設(shè)置脈沖捕捉功能具有脈沖捕捉功能物理輸入點(diǎn)脈沖捕捉捕獲到的輸入脈沖每個CPU內(nèi)置的DI點(diǎn)均可獨(dú)立地設(shè)置脈沖捕獲功能，可識別寬度很小的脈沖。29魯東高校交通學(xué)院對輸入信號進(jìn)行濾波的目的是為了抑制噪聲干擾對限制系統(tǒng)的影響。輸入濾波分為數(shù)字量濾波和模擬量濾波。S7－200CPU允許為本機(jī)集成的數(shù)字量輸入點(diǎn)選擇輸入濾波器。模擬量輸入的濾波值是模擬量輸入設(shè)定個數(shù)的采樣值的平均值。五、PLC的輸入濾波功能30魯東高校交通學(xué)院2.4可編程序限制器的編程語言一、PLC軟件的基本概念1.系統(tǒng)軟件(1)系統(tǒng)管理程序運(yùn)行管理、存儲空間管理、系統(tǒng)自檢程序。(2)用戶指令說明程序(3)標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用2.用戶程序?qū)崿F(xiàn)限制功能的應(yīng)用程序。編制不同程序，實(shí)現(xiàn)不同功能——可編程序。31魯東高校交通學(xué)院二、梯形圖LAD梯形圖是一種圖形化的語言，特點(diǎn)：(1)梯形圖與繼電器接觸器限制電路相像，易于理解，全世界通用。(2)易于初學(xué)者運(yùn)用。(3)可以利用STL編程器顯示全部用LAD編程器編寫的程序。(4)各個廠商的圖形符號略有不同。I0.0M0.0()I0.0Q0.0()M0.0西門子X1X1M100Y0M100三菱32魯東高校交通學(xué)院三、語句表STL語句表是類似匯編語言的指令助記符編程語言。特點(diǎn)：(1)STL最適合有閱歷的程序員。(2)能解決LAD和FBD不易解決的問題。(3)利用STL編程器可以查看用LAD和FBD編程器編寫的程序，反之不確定成立。語句表=∑語句。語句=操作碼+操作數(shù)。33魯東高校交通學(xué)院語句表與梯形圖

LDI0.0ANM0.0=Q0.0LDI0.0=M0.0I0.0M0.0()I0.0Q0.0()M0.0西門子X1X1M100Y0M100三菱LDX1ANIM100OUTQ0.0LDX1OUTM0.034魯東高校交通學(xué)院四、功能塊圖FBD功能塊圖是用類似數(shù)字電路邏輯門符號的邏輯盒指令來表示叮囑的一種圖形語言。特點(diǎn)：(1)圖形邏輯門表示格式有利于程序流的跟蹤。(2)可以利用STL編程器顯示全部用FBD編程器編寫的程序。35魯東高校交通學(xué)院功能塊圖與梯形圖

西門子36魯東高校交通學(xué)院五、基于Windows的編程語言標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3

(1)FBD功能圖塊語言（FunctionBlockDiagram功能塊）。(2)SFC依次功能圖語言（SequenceFunctionChart流程圖）(3)LD梯形圖語言（LadderDiagram）(4)ST結(jié)構(gòu)化文本語言（類似Pascal等)（StructureText）(5)IL語句表語言（In