可編程序控制器基本原理

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章可編程序控制器的基本原理2.2可編程序控制器的各組成部分2.3可編程序控制器的工作原理2.4可編程序控制器的編程語言2.1可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)2大連理工大學(xué)LFChun制作CPU電源通信接口輸入接口I/O擴展接口I/O擴展模塊輸出接口存儲器系統(tǒng)用戶程序程序外部設(shè)備編程器計算機打印機條碼掃描儀圖形監(jiān)控設(shè)備PLC主機按鈕觸點行程開關(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可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)整體式PLC3大連理工大學(xué)LFChun制作電磁閥4大連理工大學(xué)LFChun制作電磁閥5大連理工大學(xué)LFChun制作CPU模塊智能I/O模塊通信模塊編程器PLC/上位計算機工業(yè)現(xiàn)場過程輸入模塊輸出模塊模塊式PLC6大連理工大學(xué)LFChun制作2.2可編程序控制器的各組成部分一、中央處理單元CPU1.CPU的功能(1)讀入現(xiàn)場狀態(tài)；(2)控制存儲和解讀用戶程序；(3)執(zhí)行各種運算程序；(4)輸出運算結(jié)果；(5)執(zhí)行系統(tǒng)診斷功能；(6)與外部設(shè)備或計算機通信等。7大連理工大學(xué)LFChun制作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)用單片機作CPUIntel公司的MCS－45系列或MCS－51系列。如單片機芯片：8031、8096。(3)位片式微處理器作CPU位片式微處理器：AMD－2900。高集成度、高速度、高精度的運算能力8大連理工大學(xué)LFChun制作二、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保護的RAM或EEPROM存儲器。不同型號的PLC其存儲器的容量差別很大。9大連理工大學(xué)LFChun制作(3)工作數(shù)據(jù)存儲器有掉電保護的RAM或EEPROM存儲器。在工作數(shù)據(jù)區(qū)預(yù)先開辟了“元件映像寄存器”和變量數(shù)據(jù)區(qū)。有掉電時能保持數(shù)據(jù)的區(qū)域——數(shù)據(jù)保持區(qū)。10大連理工大學(xué)LFChun制作三、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、交流量。CPUDIAI輸入映像寄存器輸出映像寄存器DOAO............11大連理工大學(xué)LFChun制作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12大連理工大學(xué)LFChun制作(2)交流輸入接口電路內(nèi)部電路R3＋U

VT濾波SCOMR1R2CLED輸入指示~13大連理工大學(xué)LFChun制作2.數(shù)字量（開關(guān)量）輸出接口電路根據(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負載－＋內(nèi)部電路R2＋U

LEDR3VT1

VT2

輸出指示VD2

14大連理工大學(xué)LFChun制作(2)雙向晶閘管輸出單元LED輸出指示R1COMFU負載－＋內(nèi)部電路R

CVT1

＋－~VT2

R215大連理工大學(xué)LFChun制作(3)繼電器輸出接口電路KALEDR1COMFU負載－＋內(nèi)部電路KA＋－~VD輸出指示16大連理工大學(xué)LFChun制作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。17大連理工大學(xué)LFChun制作

模擬量輸入接口電路18大連理工大學(xué)LFChun制作(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。輸出模擬信號的大小：電壓：－10~10V，0~10V，1~5V。

電流：－20~20mA，0~20mA，4~20mA。輸出可以直接驅(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)等進行電壓或功率放大才能驅(qū)動。19大連理工大學(xué)LFChun制作

模擬量輸出接口電路20大連理工大學(xué)LFChun制作四、外部設(shè)備

編程器

人機界面（操作員接口）外存儲器

EEPROM寫入器通用打印機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

PLC或上位計算機

……通訊接口CPUTD200操作員界面21大連理工大學(xué)LFChun制作

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進行人機對話。(2)編程器的種類專用編程器

編程軟件+通用計算機

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配套使用）簡易編程器智能編程器22大連理工大學(xué)LFChun制作五、智能模塊

PID控制模塊

高速計數(shù)模塊溫度測量模塊運動控制模塊通信模塊中斷控制模塊

……23大連理工大學(xué)LFChun制作六、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、擴展模塊、其他用電設(shè)備提供5V、24VDC電源。擴展模塊通過與CPU連接的總線連接電纜取得5V直流電源。

CPU向外提供的24VDC電源從（L＋，M）端引出。24大連理工大學(xué)LFChun制作電源的容量：表2-1S7－200CPU的供電能力（mA）CPU型號5V/24VCPU型號5V/24VCPU221－/180CPU222340/180CPU224660/280CPU2261000/400如果總需求超過CPU的供電能力：必須減少或改變模塊的配置。需增加外部24VDC電源。25大連理工大學(xué)LFChun制作2.3可編程序控制器的工作原理一、PLC的掃描工作方式

PLC采用“順序掃描、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處理通信請求④執(zhí)行CPU自診斷⑤寫輸出26大連理工大學(xué)LFChun制作二、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。沒有使用的I位被清零。2.程序執(zhí)行階段

執(zhí)行用戶程序。程序按指令順序執(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。立即輸入/輸出指令除外。27大連理工大學(xué)LFChun制作3.處理通信請求

CPU處理從通信端口接收到的任何信息。

處理通信請求的時間是可以調(diào)節(jié)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)現(xiàn)故障，報警或停止程序運行。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。28大連理工大學(xué)LFChun制作

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29大連理工大學(xué)LFChun制作三、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。?程序語句的安排，影響程序執(zhí)行時間。30大連理工大學(xué)LFChun制作?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。31大連理工大學(xué)LFChun制作四、PLC的脈沖捕捉功能掃描周期n掃描周期n+1輸入刷新輸入刷新捕捉到的輸入脈沖脈沖丟失，因為它發(fā)生在兩次輸入刷新之間物理輸入點未設(shè)置脈沖捕捉功能具有脈沖捕捉功能物理輸入點脈沖捕捉捕捉到的輸入脈沖每個CPU內(nèi)置的DI點均可獨立地設(shè)置脈沖捕捉功能，可識別寬度很小的脈沖。32大連理工大學(xué)LFChun制作

對輸入信號進行濾波的目的是為了抑制噪聲干擾對控制系統(tǒng)的影響。輸入濾波分為數(shù)字量濾波和模擬量濾波。

S7－200CPU允許為本機集成的數(shù)字量輸入點選擇輸入濾波器。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33大連理工大學(xué)LFChun制作五、PLC的輸入濾波功能34大連理工大學(xué)LFChun制作2.4可編程序控制器的編程語言一、PLC軟件的基本概念

1.系統(tǒng)軟件(1)系統(tǒng)管理程序

運行管理、存儲空間管理、系統(tǒng)自檢程序。(2)用戶指令解釋程序(3)標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用2.用戶程序

實現(xiàn)控制功能的應(yīng)用程序。編制不同程序，實現(xiàn)不同功能——可編程序。35大連理工大學(xué)LFChun制作二、梯形圖LAD36大連理工大學(xué)LFChun制作二、梯形圖LAD

梯形圖是一種圖形化的語言，特點：(1)梯形圖與繼電器接觸器控制電路相似，易于理解，全世界通用。(2)易于初學(xué)者使用。(3)可以利用STL編程器顯示所有用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37大連理工大學(xué)LFChun制作三、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：(1)STL最適合有經(jīng)驗的程序員。(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，反之不一定成立。語句表=∑語句。語句=操作碼+操作數(shù)。38大連理工大學(xué)LFChun制作語句表與梯形圖

LDI0.0ANM0.0=Q0.0LDI0.0=M0.0I0.0M0.0()I0.0Q0.0()M0.0西門子X1X1M100Y0M100三菱LDX1ANIM100OUTQ0.0LDX1OUTM0.039大連理工大學(xué)LFChun制作四、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命令的一種圖形語言。特點：(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