第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì)

1、 控制功能、控制形式和動(dòng)作控制方式依產(chǎn)品而不同?？刂乒δ?、控制形式和動(dòng)作控制方式依產(chǎn)品而不同。 第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第一節(jié) 專(zhuān)用與通用的抉擇、硬件與軟件的權(quán)衡 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提出總的設(shè)計(jì)要求，各專(zhuān)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提出總的設(shè)計(jì)要求，各專(zhuān)業(yè)人員通力協(xié)作。業(yè)人員通力協(xié)作。 需要計(jì)算機(jī)控制理論、數(shù)字電路、軟件設(shè)計(jì)等方面需要計(jì)算機(jī)控制理論、數(shù)字電路、軟件設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)，更需要深入理解生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)工藝。的知識(shí)，更需要深入理解生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)工藝。 機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括：選用機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括：選用微機(jī)、設(shè)計(jì)接口、控制形式和動(dòng)作控制方式等

2、問(wèn)題。微機(jī)、設(shè)計(jì)接口、控制形式和動(dòng)作控制方式等問(wèn)題。 1. 專(zhuān)用與通用選擇專(zhuān)用與通用選擇第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第一節(jié) 專(zhuān)用與通用的抉擇、硬件與軟件的權(quán)衡 專(zhuān)用控制系統(tǒng)適合于大批量生產(chǎn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。專(zhuān)用控制系統(tǒng)適合于大批量生產(chǎn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。在開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，如果要求具有機(jī)械與電子有機(jī)結(jié)合的在開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，如果要求具有機(jī)械與電子有機(jī)結(jié)合的緊湊結(jié)構(gòu)，也只有專(zhuān)用控制系統(tǒng)才能做到。緊湊結(jié)構(gòu)，也只有專(zhuān)用控制系統(tǒng)才能做到。 選用適當(dāng)?shù)耐ㄓ眠x用適當(dāng)?shù)耐ㄓ肐C芯片來(lái)組成控制系統(tǒng)，以便與執(zhí)芯片來(lái)組成控制系統(tǒng)，以便與執(zhí)行元件和檢測(cè)傳感器相匹配，或重新設(shè)計(jì)制作專(zhuān)用集成行元件和檢測(cè)傳感器相匹配，或重

3、新設(shè)計(jì)制作專(zhuān)用集成電路，把整個(gè)控制系統(tǒng)集成在一塊或幾塊芯片上。電路，把整個(gè)控制系統(tǒng)集成在一塊或幾塊芯片上。 1. 專(zhuān)用與通用選擇專(zhuān)用與通用選擇第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第一節(jié) 專(zhuān)用與通用的抉擇、硬件與軟件的權(quán)衡 對(duì)于多品種、中小批量生產(chǎn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，對(duì)于多品種、中小批量生產(chǎn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，由于還在不斷改進(jìn)，結(jié)構(gòu)還不十分穩(wěn)定，特別是對(duì)現(xiàn)有由于還在不斷改進(jìn)，結(jié)構(gòu)還不十分穩(wěn)定，特別是對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造時(shí)，采用通用控制系統(tǒng)比較合理。設(shè)備進(jìn)行改造時(shí)，采用通用控制系統(tǒng)比較合理。 通用控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是合理選擇主控制微機(jī)通用控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是合理選擇主控制微機(jī)機(jī)型，設(shè)計(jì)與其執(zhí)

4、行元件和檢測(cè)傳感器之間的接口，并機(jī)型，設(shè)計(jì)與其執(zhí)行元件和檢測(cè)傳感器之間的接口，并在此基礎(chǔ)上編制應(yīng)用軟件的問(wèn)題。實(shí)質(zhì)上就是通過(guò)接口在此基礎(chǔ)上編制應(yīng)用軟件的問(wèn)題。實(shí)質(zhì)上就是通過(guò)接口設(shè)計(jì)和軟件編制來(lái)使通用微機(jī)專(zhuān)用化的問(wèn)題。設(shè)計(jì)和軟件編制來(lái)使通用微機(jī)專(zhuān)用化的問(wèn)題。 2. 硬件與軟件的組合硬件與軟件的組合第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第一節(jié) 專(zhuān)用與通用的抉擇、硬件與軟件的權(quán)衡 大多數(shù)控制功能單元既可以使用軟件實(shí)現(xiàn)，也可以大多數(shù)控制功能單元既可以使用軟件實(shí)現(xiàn)，也可以使用硬件實(shí)現(xiàn)，軟件方式與硬件方式各有優(yōu)缺點(diǎn)?？刂剖褂糜布?shí)現(xiàn)，軟件方式與硬件方式各有優(yōu)缺點(diǎn)?？刂葡到y(tǒng)中硬件和軟件的合理組成，通常要根據(jù)經(jīng)

5、濟(jì)性和可系統(tǒng)中硬件和軟件的合理組成，通常要根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和可靠性的標(biāo)準(zhǔn)權(quán)衡決定?？啃缘臉?biāo)準(zhǔn)權(quán)衡決定。 單元功能具體、穩(wěn)定、無(wú)變化，采用硬件成本低，單元功能具體、穩(wěn)定、無(wú)變化，采用硬件成本低，則優(yōu)先采用硬件組成。否則，就采用軟件實(shí)現(xiàn)。則優(yōu)先采用硬件組成。否則，就采用軟件實(shí)現(xiàn)。第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第二節(jié) 微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路 了解被控對(duì)象的控制要求，構(gòu)思微機(jī)控制系統(tǒng)整體了解被控對(duì)象的控制要求，構(gòu)思微機(jī)控制系統(tǒng)整體方案。采用開(kāi)環(huán)控制還是閉環(huán)控制？采用閉環(huán)控制時(shí)，方案。采用開(kāi)環(huán)控制還是閉環(huán)控制？采用閉環(huán)控制時(shí)，采用何種檢測(cè)傳感元件？檢測(cè)精度要求如何。采用何種檢測(cè)傳感元件？檢測(cè)精度要求如何

6、。 1. 確定系統(tǒng)整體控制方案確定系統(tǒng)整體控制方案 其次考慮執(zhí)行元件種類(lèi)，電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)？其次考慮執(zhí)行元件種類(lèi)，電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)？ 第三，是否有特殊控制要求，高可靠性、高精度和第三，是否有特殊控制要求，高可靠性、高精度和快速性的系統(tǒng)采取哪些措施？快速性的系統(tǒng)采取哪些措施？ 第四，微機(jī)在整個(gè)控制系統(tǒng)中的作用，設(shè)定計(jì)算？第四，微機(jī)在整個(gè)控制系統(tǒng)中的作用，設(shè)定計(jì)算？直接控制？還是數(shù)據(jù)處理？承擔(dān)哪些任務(wù)？應(yīng)具備哪些直接控制？還是數(shù)據(jù)處理？承擔(dān)哪些任務(wù)？應(yīng)具備哪些功能？需要哪些功能？需要哪些I/O通道？配備哪些外圍設(shè)備？通道？配備哪些外圍設(shè)備？ 畫(huà)出系統(tǒng)組成框圖，作為下一步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和依據(jù)畫(huà)出系統(tǒng)組成

7、框圖，作為下一步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和依據(jù)第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第二節(jié) 微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路 對(duì)具體微機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析、綜合或設(shè)計(jì)，首先對(duì)具體微機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析、綜合或設(shè)計(jì)，首先應(yīng)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，確定其控制算法。所選算法應(yīng)應(yīng)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，確定其控制算法。所選算法應(yīng)該滿(mǎn)足控制速度、控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。該滿(mǎn)足控制速度、控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。 2確定控制算法確定控制算法 3確定微機(jī)種類(lèi)確定微機(jī)種類(lèi) 對(duì)于給定的任務(wù)，選擇微機(jī)的方案不唯一，但微機(jī)對(duì)于給定的任務(wù)，選擇微機(jī)的方案不唯一，但微機(jī)應(yīng)能滿(mǎn)足具有較完善的中斷系統(tǒng)、足夠的存儲(chǔ)容量、完應(yīng)能滿(mǎn)足具有較完善的中斷系統(tǒng)、足夠

8、的存儲(chǔ)容量、完善的善的I/O通道和實(shí)時(shí)時(shí)鐘等要求。通道和實(shí)時(shí)時(shí)鐘等要求。 4系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 主要是對(duì)系統(tǒng)控制方案進(jìn)行具體實(shí)施步驟的設(shè)計(jì)。主要是對(duì)系統(tǒng)控制方案進(jìn)行具體實(shí)施步驟的設(shè)計(jì)。 5軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 微機(jī)原理與接口技術(shù)、單片機(jī)等。微機(jī)原理與接口技術(shù)、單片機(jī)等。 第三節(jié)第三節(jié)第九節(jié)第九節(jié)第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 對(duì)輸入輸出硬件電路的要求是：對(duì)輸入輸出硬件電路的要求是： 能夠可靠地傳遞控制信息，并能夠輸入有關(guān)運(yùn)動(dòng)能夠可靠地傳遞控制信息，并能夠輸入有關(guān)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)信息；機(jī)構(gòu)的狀態(tài)信息； 能夠進(jìn)行相應(yīng)的信息轉(zhuǎn)換，以滿(mǎn)足微機(jī)對(duì)輸入能夠進(jìn)行相應(yīng)的信

9、息轉(zhuǎn)換，以滿(mǎn)足微機(jī)對(duì)輸入輸出信息的轉(zhuǎn)換要求，如輸出信息的轉(zhuǎn)換要求，如D/A、A/D轉(zhuǎn)換，并行數(shù)字轉(zhuǎn)換，并行數(shù)字量轉(zhuǎn)換成串行電脈沖、電平的轉(zhuǎn)換與匹配，電量與非電量轉(zhuǎn)換成串行電脈沖、電平的轉(zhuǎn)換與匹配，電量與非電量之間的轉(zhuǎn)換，弱電與強(qiáng)電的轉(zhuǎn)換以及功率的匹配等；量之間的轉(zhuǎn)換，弱電與強(qiáng)電的轉(zhuǎn)換以及功率的匹配等； 應(yīng)具有較強(qiáng)的阻斷干擾信號(hào)進(jìn)入微機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)具有較強(qiáng)的阻斷干擾信號(hào)進(jìn)入微機(jī)控制系統(tǒng)的能力，以提高系統(tǒng)的可靠性。能力，以提高系統(tǒng)的可靠性。第十節(jié) 微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入/輸出控制的可靠性設(shè)計(jì) 第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十節(jié) 微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入/輸出控制的可靠性設(shè)計(jì) 一、光電隔離電路設(shè)計(jì)一、

10、光電隔離電路設(shè)計(jì)1.光電隔離電路光電隔離電路 為防止強(qiáng)電干擾以及其他干擾信號(hào)通過(guò)為防止強(qiáng)電干擾以及其他干擾信號(hào)通過(guò)I/O控制電路控制電路進(jìn)入計(jì)算機(jī)，通常的辦法是首先采用濾波吸收，抑制干擾進(jìn)入計(jì)算機(jī)，通常的辦法是首先采用濾波吸收，抑制干擾信號(hào)的產(chǎn)生，然后采用光電隔離的辦法，使微機(jī)與強(qiáng)電部信號(hào)的產(chǎn)生，然后采用光電隔離的辦法，使微機(jī)與強(qiáng)電部件不共地，阻斷干擾信號(hào)的傳導(dǎo)。件不共地，阻斷干擾信號(hào)的傳導(dǎo)。第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十節(jié) 微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入/輸出控制的可靠性設(shè)計(jì) 一、光電隔離電路設(shè)計(jì)一、光電隔離電路設(shè)計(jì)1.光電隔離電路光電隔離電路 為防止強(qiáng)電干擾以及其他干擾信號(hào)通過(guò)為防止強(qiáng)電干擾

11、以及其他干擾信號(hào)通過(guò)I/O控制電路控制電路進(jìn)入計(jì)算機(jī)，通常的辦法是首先采用濾波吸收，抑制干擾進(jìn)入計(jì)算機(jī)，通常的辦法是首先采用濾波吸收，抑制干擾信號(hào)的產(chǎn)生，然后采用光電隔離的辦法，使微機(jī)與強(qiáng)電部信號(hào)的產(chǎn)生，然后采用光電隔離的辦法，使微機(jī)與強(qiáng)電部件不共地，阻斷干擾信號(hào)的傳導(dǎo)。件不共地，阻斷干擾信號(hào)的傳導(dǎo)。 （1）輸入與輸出電路地線(xiàn)分開(kāi)，各自供電，阻斷干擾）輸入與輸出電路地線(xiàn)分開(kāi)，各自供電，阻斷干擾 （2）可以進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換可以進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換 （3）可以提高驅(qū)動(dòng)能力可以提高驅(qū)動(dòng)能力第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十節(jié) 微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入/輸出控制的可靠性設(shè)計(jì) 常常用用光光電電耦耦合合器器第四章微機(jī)

12、控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十節(jié) 微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入/輸出控制的可靠性設(shè)計(jì) 一、光電隔離電路設(shè)計(jì)一、光電隔離電路設(shè)計(jì)2.光電耦合隔離電路應(yīng)用光電耦合隔離電路應(yīng)用第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十節(jié) 微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入/輸出控制的可靠性設(shè)計(jì) 二、信息轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)二、信息轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)1. 弱電轉(zhuǎn)強(qiáng)電電路弱電轉(zhuǎn)強(qiáng)電電路第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十節(jié) 微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入/輸出控制的可靠性設(shè)計(jì) 二、信息轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)二、信息轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)2. 數(shù)字脈沖轉(zhuǎn)換數(shù)字脈沖轉(zhuǎn)換第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十節(jié) 微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入/輸出控制的可靠性設(shè)計(jì) 二、信息轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)二、信息轉(zhuǎn)換電路設(shè)

13、計(jì)3. A/D D/A 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十節(jié) 微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入/輸出控制的可靠性設(shè)計(jì) 二、信息轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)二、信息轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)4. 電量轉(zhuǎn)非電量電量轉(zhuǎn)非電量 可編程序控制器可編程序控制器PLC概述概述 可編程序控制器的基本組成和工作原理可編程序控制器的基本組成和工作原理 西門(mén)子西門(mén)子S7-200系列可編程序控制器及其指令系統(tǒng)系列可編程序控制器及其指令系統(tǒng) 常用基本環(huán)節(jié)編程常用基本環(huán)節(jié)編程 可編程序控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟可編程序控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例第四章微機(jī)控制系統(tǒng)

14、的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例一、可編程序控制器PLC概述 19681968年美國(guó)通用汽車(chē)對(duì)汽車(chē)流水線(xiàn)控制系統(tǒng)提出具體要求：年美國(guó)通用汽車(chē)對(duì)汽車(chē)流水線(xiàn)控制系統(tǒng)提出具體要求：第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例一、可編程序控制器PLC概述 可編程序控制器(PLC)手持式編程器第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例一、可編程序控制器PLC概述 PLC的作用與功能：第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例一、可編

15、程序控制器PLC概述 ： 第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例一、可編程序控制器PLC概述 PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)：第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例一、可編程序控制器PLC概述PLC控制程序的編制過(guò)程：PLC控制程序的修改方法：第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例一、可編程序控制器PLC概述第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例一、可編程序控制器PLC概述PLC控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單例子：FU三相異

16、步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)KM2SB1SB3FRQFRM3 SB2KM1KM1KM2KM1KM2KM1KM2PLCPLC控制電路控制電路X0 Y0X1 Y1X2 COM COM1SB1SB2SB3KM1KM2KM2KM1FR負(fù)載電源負(fù)載電源正轉(zhuǎn)啟動(dòng)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)停止停止PLCPLC控制程序控制程序 X0 X2 X1 Y1 Y0Y0 X1 X2 X0 Y0 Y1Y1正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例一、可編程序控制器PLC概述PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較： 集散控制系統(tǒng)（Distribution Control Sys

17、tem）：由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展起來(lái)的分布式控制系統(tǒng)，在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)等方面有一定的優(yōu)勢(shì)。 PLC：已具備集散控制系統(tǒng)的形態(tài)，性?xún)r(jià)比好，可靠性高；但PLC以循環(huán)掃描方式進(jìn)行工作，掃描周期一般要限制在幾十毫秒范圍內(nèi)，不適于單獨(dú)構(gòu)成需要進(jìn)行較大數(shù)據(jù)量處理的集散控制系統(tǒng)。第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例一、可編程序控制器PLC概述PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較：第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例二、PLC的基本組成及工作原理PLC的基本組成：CPURAM程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器EPROM輸

18、出模塊輸出模塊I/O接口接口通信接口通信接口輸入模塊輸入模塊外圍設(shè)備外圍設(shè)備 計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)或其他其他PLCPLC的基本組成結(jié)構(gòu)BUSABDBCB用戶(hù)用戶(hù)輸入設(shè)備輸入設(shè)備用戶(hù)用戶(hù)輸出設(shè)備輸出設(shè)備第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例二、PLC的基本組成及工作原理PLC的外部連線(xiàn)原理：三菱三菱FX系列系列PLC的一個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)：的一個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)：X001SX001PLCPLC內(nèi)部電路內(nèi)部電路COM V +Y000COM一個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)一個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn):Y000PLCPLC內(nèi)部電路內(nèi)部電路第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯

19、控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例二、PLC的基本組成及工作原理PLC的外部連線(xiàn)原理：PLC執(zhí)行用戶(hù)程序的方式：執(zhí)行用戶(hù)程序的方式： PLCPLC對(duì)用戶(hù)程序進(jìn)行反復(fù)地循環(huán)掃描，逐條地解釋用戶(hù)對(duì)用戶(hù)程序進(jìn)行反復(fù)地循環(huán)掃描，逐條地解釋用戶(hù)程序，并加以執(zhí)行。程序，并加以執(zhí)行。 循環(huán)掃描工作方式簡(jiǎn)單直觀(guān)，簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)，并為循環(huán)掃描工作方式簡(jiǎn)單直觀(guān)，簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)，并為PLCPLC可靠運(yùn)行提供了有力的保證?？煽窟\(yùn)行提供了有力的保證。 PLCPLC進(jìn)行一次掃描的時(shí)間，也就是一個(gè)掃描周期，一般進(jìn)行一次掃描的時(shí)間，也就是一個(gè)掃描周期，一般只有幾十毫秒。只有幾十毫秒。第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié)

20、 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例二、PLC的基本組成及工作原理PLC的工作原理：報(bào)警報(bào)警嚴(yán)重故障嚴(yán)重故障NYYN PLC的的 工作過(guò)程工作過(guò)程PLC的正常掃描工作過(guò)程的正常掃描工作過(guò)程: A 公共操作公共操作 B 數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入/輸出操作輸出操作 （1）采樣輸入信號(hào)階段 （2）掃描用戶(hù)程序 （3）輸出狀態(tài)刷新 C 運(yùn)行監(jiān)視運(yùn)行監(jiān)視 D 執(zhí)行外部設(shè)備指令執(zhí)行外部設(shè)備指令第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例二、PLC的基本組成及工作原理循環(huán)掃描工作方式示意：循環(huán)掃描工作方式示意：公共操作輸入接口輸入接口現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)輸入數(shù)

21、據(jù)映象區(qū)輸入數(shù)據(jù)映象區(qū)數(shù)據(jù)輸入執(zhí)行用戶(hù)程序數(shù)據(jù)輸出服務(wù)外設(shè)輸出鎖存器輸出鎖存器現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸出驅(qū)動(dòng)電路輸出驅(qū)動(dòng)電路輸出數(shù)據(jù)映象區(qū)輸出數(shù)據(jù)映象區(qū) PLC不是連續(xù)監(jiān)控外不是連續(xù)監(jiān)控外設(shè)的，而是間斷性地采集設(shè)的，而是間斷性地采集外設(shè)狀態(tài)信息的，會(huì)不會(huì)外設(shè)狀態(tài)信息的，會(huì)不會(huì)出現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)變化被漏掉出現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)變化被漏掉的情況呢，能滿(mǎn)足控制的的情況呢，能滿(mǎn)足控制的實(shí)時(shí)性要求嗎？實(shí)時(shí)性要求嗎？以開(kāi)關(guān)量為例，以開(kāi)關(guān)量為例， 考察考察PLCPLC的實(shí)時(shí)性：的實(shí)時(shí)性：掃描1掃描2掃描3掃描4掃描5掃描6ONOFF外設(shè)狀態(tài)改變OFFONONPLCPLC的實(shí)時(shí)性能可以的實(shí)時(shí)性能可以滿(mǎn)足控制需要！滿(mǎn)足控制需要！ 幾

22、個(gè)重要結(jié)論：幾個(gè)重要結(jié)論： （1）以?huà)呙璧姆绞竭M(jìn)行操作，其輸入）以?huà)呙璧姆绞竭M(jìn)行操作，其輸入/輸出信號(hào)間的邏輸出信號(hào)間的邏 輯關(guān)系，存在著原理上的滯后。輯關(guān)系，存在著原理上的滯后。 （2）掃描周期除了執(zhí)行用戶(hù)程序所占用的時(shí)間外，還包）掃描周期除了執(zhí)行用戶(hù)程序所占用的時(shí)間外，還包 括系統(tǒng)管理操作占用的時(shí)間。括系統(tǒng)管理操作占用的時(shí)間。 （3）第）第n次掃描執(zhí)行程序時(shí)，所依據(jù)的輸入數(shù)據(jù)是該次次掃描執(zhí)行程序時(shí)，所依據(jù)的輸入數(shù)據(jù)是該次 掃描之前的值掃描之前的值Xn和和 Yn1，以及執(zhí)行程序過(guò)程中新以及執(zhí)行程序過(guò)程中新 產(chǎn)生的產(chǎn)生的Yn 。第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(P

23、LC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例二、PLC的基本組成及工作原理例例 題：題： 現(xiàn)有現(xiàn)有5個(gè)彩燈，要求按順序依次點(diǎn)個(gè)彩燈，要求按順序依次點(diǎn) 亮，展現(xiàn)出亮，展現(xiàn)出流水燈效果。分別由按鍵開(kāi)關(guān)控制其正向流動(dòng)、反向流水燈效果。分別由按鍵開(kāi)關(guān)控制其正向流動(dòng)、反向流動(dòng)、定時(shí)全亮全滅。流動(dòng)、定時(shí)全亮全滅。分分 析：析： 3個(gè)開(kāi)關(guān)量個(gè)開(kāi)關(guān)量5個(gè)開(kāi)關(guān)量個(gè)開(kāi)關(guān)量1. 有有5個(gè)彩燈，應(yīng)該使用個(gè)彩燈，應(yīng)該使用 輸出點(diǎn)；輸出點(diǎn)；2. 分別由按鍵開(kāi)關(guān)控制其正向流動(dòng)、反向流動(dòng)、分別由按鍵開(kāi)關(guān)控制其正向流動(dòng)、反向流動(dòng)、 定時(shí)全亮全滅。應(yīng)該使用定時(shí)全亮全滅。應(yīng)該使用 輸入點(diǎn)。輸入點(diǎn)。第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯

24、控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例二、PLC的基本組成及工作原理輸入點(diǎn)輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)輸出點(diǎn)SA1I0.0LD1Q0.0SA2I0.1LD2Q0.1SA3I0.2LD3Q0.2LD4Q0.3LD5Q0.4使用西門(mén)子使用西門(mén)子S7-200系列系列 PLC，I/O點(diǎn)分配如下：點(diǎn)分配如下：第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例二、PLC的基本組成及工作原理PLCL+ + 24V -SA1SA2SA3LD1LD2LD3LD4LD5I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4硬件連線(xiàn)圖：第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第

25、十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例二、PLC的基本組成及工作原理M1M1L可編程序控制器的編程語(yǔ)言梯形圖語(yǔ)言助記符語(yǔ)言順序功能圖（SFC）語(yǔ)言布爾代數(shù)語(yǔ)言邏輯功能圖和某些高級(jí)語(yǔ)言第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例三、PLC編程及S7-200基本指令 梯形圖語(yǔ)言 繼電器控制原理圖使用的是硬件繼電器和定時(shí)器， 靠硬件連接組成控制線(xiàn)路； PLC梯形圖使用的是內(nèi)部軟繼電器，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等， 靠軟件實(shí)現(xiàn)控制。更靈活，修改控制更方便?？删幊绦蚩刂破鞯木幊陶Z(yǔ)言第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成

26、及應(yīng)用舉例三、PLC編程及S7-200基本指令（1）按行依次從左至右，從上而下順序編寫(xiě)；（2）梯形圖左邊垂直線(xiàn)稱(chēng)母線(xiàn)，左側(cè)放置輸入接點(diǎn)和 內(nèi)部繼電器接點(diǎn)；（3）最右側(cè)必須放置輸出元素；（4）輸入接點(diǎn)和內(nèi)部繼電器接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)， 而輸出元素只能并聯(lián)不能串聯(lián)；（5）輸出線(xiàn)圈只對(duì)應(yīng)輸出映像區(qū)的相應(yīng)位，不能 直接驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備?？删幊绦蚩刂破鞯木幊陶Z(yǔ)言第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例 梯形圖設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介三、PLC編程及S7-200基本指令 PLC的命令語(yǔ)句表達(dá)式，類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言。用戶(hù)可以直觀(guān)地根據(jù)梯形圖寫(xiě)出助記符語(yǔ)言，也可以根據(jù)助記符

27、寫(xiě)出梯形圖語(yǔ)言。不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的PLC使用的助記符不同?？删幊绦蚩刂破鞯木幊陶Z(yǔ)言第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例助記符語(yǔ)言三、PLC編程及S7-200基本指令位邏輯指令 觸點(diǎn)指令觸點(diǎn)指令 輸出指令輸出指令 其他指令其他指令返回返回S7-200基本指令第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例三、PLC編程及S7-200基本指令定時(shí)器與計(jì)數(shù)器指令 通電延時(shí)定時(shí)器指令通電延時(shí)定時(shí)器指令 斷電延時(shí)定時(shí)器指令斷電延時(shí)定時(shí)器指令保持型通電延時(shí)定時(shí)器保持型通電延時(shí)定時(shí)器定時(shí)器當(dāng)前值刷新的方法定時(shí)器當(dāng)前值刷新

28、的方法計(jì)數(shù)器指令計(jì)數(shù)器指令 第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例三、PLC編程及S7-200基本指令S7-200基本指令通電延時(shí)定時(shí)器指令通電延時(shí)定時(shí)器指令 (INT)，允許的，允許的。返回返回 通 電 延 時(shí) 定 時(shí) 器通 電 延 時(shí) 定 時(shí) 器(TON)輸入端輸入端(IN)的輸入的輸入電路接通時(shí)開(kāi)始定時(shí)。電路接通時(shí)開(kāi)始定時(shí)。， 。第一次掃描時(shí)定時(shí)器位。第一次掃描時(shí)定時(shí)器位OFF，當(dāng)前值為，當(dāng)前值為0。定時(shí)器。定時(shí)器有有1ms、10ms和和100ms三種分辨率，分辨率取決于定時(shí)器號(hào)三種分辨率，分辨率取決于定時(shí)器號(hào)(見(jiàn)表見(jiàn)表)。 定時(shí)器和計(jì)數(shù)

29、器的設(shè)定值的數(shù)據(jù)類(lèi)型均為定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的設(shè)定值的數(shù)據(jù)類(lèi)型均為型，型，返回返回通電延時(shí)定時(shí)器指令通電延時(shí)定時(shí)器指令 斷電延時(shí)定時(shí)器指令斷電延時(shí)定時(shí)器指令 斷電延時(shí)定時(shí)器斷電延時(shí)定時(shí)器(TOF)用來(lái)在用來(lái)在。它用輸入從。它用輸入從ON到到OFF的負(fù)跳變啟動(dòng)定時(shí)。的負(fù)跳變啟動(dòng)定時(shí)。返回返回 (見(jiàn)圖) ，例如:不能同時(shí)使用TON T32和TOF T32。 。 斷電延時(shí)定時(shí)器指令斷電延時(shí)定時(shí)器指令 保持型通電延時(shí)定時(shí)器保持型通電延時(shí)定時(shí)器 保持型通電延時(shí)定時(shí)器保持型通電延時(shí)定時(shí)器(Retentive On-Delay Timer，TONR)的的輸入電路接通時(shí)，開(kāi)始定時(shí)。當(dāng)前值大于等于輸入電路接通時(shí)，開(kāi)始

30、定時(shí)。當(dāng)前值大于等于PT端指定的設(shè)定值端指定的設(shè)定值時(shí)，定時(shí)器位變?yōu)闀r(shí)，定時(shí)器位變?yōu)镺N。達(dá)到設(shè)定值后，當(dāng)前值仍繼續(xù)計(jì)數(shù)，直。達(dá)到設(shè)定值后，當(dāng)前值仍繼續(xù)計(jì)數(shù)，直到最大值到最大值32767 . 輸入電路斷開(kāi)時(shí)，當(dāng)前值保持不變?？捎幂斎腚娐窋嚅_(kāi)時(shí)，當(dāng)前值保持不變?？捎肨ONR來(lái)累計(jì)輸入來(lái)累計(jì)輸入電路接通的若干個(gè)時(shí)間間隔。電路接通的若干個(gè)時(shí)間間隔。圖中的時(shí)間間隔。圖中的時(shí)間間隔100ms時(shí)，時(shí)，10ms定時(shí)器定時(shí)器T2的定時(shí)器位變?yōu)榈亩〞r(shí)器位變?yōu)镺N。 在第一個(gè)掃描周期，定時(shí)器位為在第一個(gè)掃描周期，定時(shí)器位為OFF?？梢栽谙到y(tǒng)塊中設(shè)置?？梢栽谙到y(tǒng)塊中設(shè)置TONR的當(dāng)前值有斷電保持功能。的當(dāng)前值有斷電

31、保持功能。 返回返回返回返回保持型通電延時(shí)定時(shí)器保持型通電延時(shí)定時(shí)器 定時(shí)器當(dāng)前值刷新的方法定時(shí)器當(dāng)前值刷新的方法 1ms定時(shí)器對(duì)啟動(dòng)后的定時(shí)器對(duì)啟動(dòng)后的1ms時(shí)間間隔計(jì)數(shù)。定時(shí)器指令時(shí)間間隔計(jì)數(shù)。定時(shí)器指令執(zhí)行期間每隔執(zhí)行期間每隔1ms對(duì)定時(shí)器位和當(dāng)前值刷新一次，這一過(guò)程對(duì)定時(shí)器位和當(dāng)前值刷新一次，這一過(guò)程不與掃描周期同步。因?yàn)榭赡茉诓慌c掃描周期同步。因?yàn)榭赡茉?ms內(nèi)的任意時(shí)刻啟動(dòng)定時(shí)內(nèi)的任意時(shí)刻啟動(dòng)定時(shí)器，設(shè)定值必須比最小要求的定時(shí)間隔大一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)。器，設(shè)定值必須比最小要求的定時(shí)間隔大一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)。例如對(duì)例如對(duì)1ms定時(shí)器，為了保證時(shí)間間隔至少為定時(shí)器，為了保證時(shí)間間隔至少為56ms，

32、設(shè)定，設(shè)定值應(yīng)為值應(yīng)為57。10ms、l00ms定時(shí)器也有類(lèi)似的問(wèn)題，可用相同定時(shí)器也有類(lèi)似的問(wèn)題，可用相同的原則處理，即設(shè)定值等于要求的最小時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的值的原則處理，即設(shè)定值等于要求的最小時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的值加加1。 返回返回 10ms定時(shí)器對(duì)啟動(dòng)后的定時(shí)器對(duì)啟動(dòng)后的10ms時(shí)間間隔計(jì)數(shù)。執(zhí)行定時(shí)間間隔計(jì)數(shù)。執(zhí)行定時(shí)器指令時(shí)開(kāi)始定時(shí)，在每一掃描周期開(kāi)始時(shí)刷新定時(shí)器，時(shí)器指令時(shí)開(kāi)始定時(shí)，在每一掃描周期開(kāi)始時(shí)刷新定時(shí)器，將一個(gè)掃描周期內(nèi)增加的將一個(gè)掃描周期內(nèi)增加的10ms時(shí)間間隔的個(gè)數(shù)加到當(dāng)前值。時(shí)間間隔的個(gè)數(shù)加到當(dāng)前值。定時(shí)器的當(dāng)前值和定時(shí)器位在一個(gè)掃描周期內(nèi)其余的時(shí)間定時(shí)器的當(dāng)前值和定時(shí)器位在一個(gè)掃描周期內(nèi)其余的時(shí)間保持不變。保持不變。 定時(shí)器當(dāng)前值刷新的方法定時(shí)器當(dāng)前值刷新的方法 100ms定時(shí)器對(duì)啟動(dòng)后的定時(shí)器對(duì)啟動(dòng)后的100ms時(shí)間間隔計(jì)數(shù)。它在時(shí)間間隔計(jì)數(shù)。它在每一掃描周期開(kāi)始時(shí)刷新定時(shí)器，將一個(gè)掃描周期內(nèi)增每一掃描周期開(kāi)始時(shí)刷新定時(shí)器，將一個(gè)掃描周期內(nèi)增加的加的100ms時(shí)間間隔的個(gè)數(shù)加到當(dāng)前值。時(shí)間間隔的個(gè)數(shù)加到當(dāng)前值。 只有在執(zhí)行定時(shí)器指令時(shí)，才對(duì)只有在執(zhí)行定時(shí)器指令時(shí)，才對(duì)100ms定時(shí)器的當(dāng)前值定時(shí)器的當(dāng)前值刷新。因此，如果啟