可編程控制器原理-3

1、PLC的物理結(jié)構(gòu)：整體式、模塊式 PLC按結(jié)構(gòu)形式有不同分為： 整體式PLC 模塊式PLC整體式：CPU模塊、I/O模塊和電源模塊都是封裝在一個(gè)機(jī)殼里的。S7-200通常把這種整體式PLC，又稱為“CPU模塊”。第2章 PLC的硬件與工作原理 2.1PLC的硬件2.1.1 PLC的物理結(jié)構(gòu)的物理結(jié)構(gòu) PLC控制系統(tǒng)示意圖P43I/O LED(SF/DIAG)狀態(tài)LED系統(tǒng)錯(cuò)誤/診斷RUN( 運(yùn)行)STOP( 停止)可選卡插槽存儲(chǔ)器卡時(shí)鐘卡電池卡通信口前蓋下面有模式選擇開關(guān)(RUN/STOP)模擬電位器擴(kuò)展端口接線端子排用于在DIN導(dǎo)軌上安裝的卡子 PLC編程及應(yīng)用PLC編程及應(yīng)用圖2-1 S7

2、-200 CPU模塊的外形圖 模塊式PLC：所有的硬件、所有的單元皆通過系統(tǒng)總線掛接在其上。 由PLC模塊及后方機(jī)架構(gòu)成，機(jī)架上焊接有模塊插槽與總線相連，所有模塊都插在模塊插槽上。 搭建比較靈活，可根據(jù)設(shè)計(jì)需要選取合適的模塊，通常在大中型PLC中使用。 當(dāng)一個(gè)機(jī)架不能滿足要求時(shí)，還可增設(shè)機(jī)架，機(jī)架間通過電纜相連。 整體式PLC特點(diǎn): 體積小,每個(gè)I/O點(diǎn)相對(duì)比較便宜; 小型控制系統(tǒng)中常用. 如S7-200模塊式PLC特點(diǎn): 硬件組合靈活方便,I/O點(diǎn)的種類、多少、比例控制選擇方便，維修、調(diào)試方便，價(jià)位高，用于要求高、復(fù)雜的控制系統(tǒng)中。 S7-300 S7-400根據(jù)PLC中I/O點(diǎn)數(shù)，按規(guī)模P

3、LC還可做以下分類： 類 型 I / O 點(diǎn)數(shù) 存儲(chǔ)容量（字節(jié)） 微 型64點(diǎn)以下 12KB 小 型64點(diǎn)128點(diǎn) 24KB 中 型128點(diǎn)512點(diǎn) 416KB 大 型512點(diǎn)8192點(diǎn) 1664KB 超大型 8192點(diǎn)以上 64128KBCPU模塊 主要由CPU芯片、存儲(chǔ)器、內(nèi)部電源所組成。 1、 CPU芯片功能芯片功能： 1） 采集輸入信號(hào)、執(zhí)行用戶程序、刷新系統(tǒng)的輸出； 2） 診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語言 錯(cuò)誤。動(dòng)作步驟： 用掃描方式接收輸入信號(hào)，送入PLC的輸入映像寄存器中保存起來。 PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行完成用戶程序

4、規(guī)定的各種操作 將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送到輸出映像寄存器和刷新輸出端 CPU是主控，它決定其它部件的動(dòng)作。2.1.2 CPU模塊模塊 運(yùn)算器、控制器2、存儲(chǔ)器的功能、存儲(chǔ)器的功能： 用來存儲(chǔ)系統(tǒng)程序、用戶程序、工作數(shù)據(jù)等信息。 1、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 用來存儲(chǔ)用于控制和完成PLC各種功能的程序，這些程序是由PLC制造廠家利用相應(yīng)的CPU指令系統(tǒng)編寫的，并固化在ROM中。 2、用戶程序、工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 用來存放由編程器或其他編程設(shè)備輸入的用戶程序。 用戶程序由使用者根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過程和工藝要求而編寫，可通過編程器或編程軟件修改上傳。同時(shí)存入該存儲(chǔ)器的程序又可下載到編程軟件中（下載）。 在PLC中使

5、用的存儲(chǔ)器類型：（與普通計(jì)算機(jī)一致，可相互替代） 1、ROM 非易失性（斷電不會(huì)消失），可讀不可寫，錯(cuò)誤操作不會(huì)對(duì)其有影響，可用來存放系統(tǒng)程序，也可用來固化用戶程序和一些重要參數(shù)，但運(yùn)行速度慢。 2、RAM 易失性，可讀可寫，存放一般用戶程序和系統(tǒng)參數(shù)，運(yùn)行速度快，斷電后可通過鋰電池保存這些信息。 3、EPROM 可用電擦除可編程的ROM 在PLC中廣泛應(yīng)用， ROM 的非易失性 可讀不可寫； RAM 的易失性 可讀可寫；其內(nèi)容可用電擦除修改，存放用戶程序和需長(zhǎng)期保存的數(shù)據(jù)同。同時(shí)具有同時(shí)具有2.1.3 I/O模塊模塊 P49 各I/O點(diǎn)的通斷狀態(tài)用發(fā)光二極管顯示，其外部接線直接接在模塊面板的

6、接線端子上。 前面我們提到，為保證PLC的穩(wěn)定性，采用了許多抗干擾措施，最重要的有光電耦合，也就是說外部信號(hào)，不能直接進(jìn)入PLC內(nèi)部電路中去，外部I/O信號(hào)與PLC內(nèi)部間無電氣聯(lián)系。 那么外部信號(hào)是如何進(jìn)入I/O模塊的啦？直流輸入模塊電路 直流輸入模塊電路特點(diǎn)： 使用電氣隔離技術(shù)；（光電耦合器）交流輸入模塊電路 交流輸入模塊電路： 雙向電氣隔離技術(shù)； 防止信號(hào)抖動(dòng)；RC濾波電路 繼電器輸出型：輸出信號(hào)與外設(shè)間通信，通過繼電器原理實(shí)現(xiàn)； 滅弧結(jié)構(gòu)； RC回路 壓敏電阻 特點(diǎn)：可用于低頻、大功率、交直流負(fù)載 由于繼電器可通直流也可能交流, 其結(jié)構(gòu)決定其觸點(diǎn)不能頻繁開關(guān),所以可適用于低頻的直流低頻的

7、直流交流負(fù)載交流負(fù)載.場(chǎng)效應(yīng)晶體管輸出型 光電耦合器作用 場(chǎng)效應(yīng)晶體管作用 穩(wěn)壓管作用晶體管輸出電路,適用于高頻小功率直流負(fù)載. 因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)晶體管不能通過較大的功率,而且有電流的單向性,所以只能用于高頻小功率直高頻小功率直流負(fù)載流負(fù)載. 同時(shí)還需要一個(gè)外接電源,而且是直流的. 雙向晶閘管輸出電路 是一種無觸點(diǎn)輸出方式, 可以通過較大功率交流負(fù)載和實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)的轉(zhuǎn)換,所以適用于高頻大功率交流負(fù)載高頻大功率交流負(fù)載.2.2 PLC的工作原理 2.2.1 用觸點(diǎn)和線圈實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算用觸點(diǎn)和線圈實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算 PLC的核心是一個(gè)CPU模塊，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)數(shù)字量控制系統(tǒng)和普通數(shù)字量控制系統(tǒng)相同處：和普通數(shù)字量

8、控制系統(tǒng)相同處：采用邏輯0或者邏輯1來描述系統(tǒng)相反的兩種狀態(tài)。和普通數(shù)字量控制系統(tǒng)不同處：和普通數(shù)字量控制系統(tǒng)不同處：我們用觸點(diǎn)來表示PLC的輸入，而用線圈來描述PLC的輸出。PLC的輸入和輸出間關(guān)系和普通數(shù)字系統(tǒng)一樣：的輸入和輸出間關(guān)系和普通數(shù)字系統(tǒng)一樣：用三種邏輯運(yùn)算來描述，即邏輯與、邏輯或、邏輯非。1、PLC中邏輯與的實(shí)現(xiàn)中邏輯與的實(shí)現(xiàn)表達(dá)式如下：表達(dá)式如下： 邏輯與：Q 0.0 = I0.1 I 0.2 (有0出0,全1出1) 1與0可代表多種類型狀態(tài),如高低電平,繼電器的通與斷,觸點(diǎn)的接通與斷開.邏輯1可表示: 觸點(diǎn)有動(dòng)作常開觸點(diǎn)閉合常閉觸點(diǎn)斷開,線圈得電.邏輯0可表示:觸點(diǎn)無動(dòng)作常

9、開觸點(diǎn)斷開常閉觸點(diǎn)閉合.線圈失電注意:如邏輯0和邏輯1設(shè)定的含義不一樣,會(huì)引發(fā)邏輯分析結(jié)果的不一樣.?那么在PLC梯形圖梯形圖中,如何表示邏輯與關(guān)系? 兩個(gè)常開觸點(diǎn)的串聯(lián),表示邏輯與關(guān)系,根據(jù)前面的描述,如兩常開觸點(diǎn)中,有一個(gè)沒動(dòng)作,用邏輯0表示. I0.2 I0.1=Q0.0 結(jié)果為0如兩個(gè)觸點(diǎn)全部有動(dòng)作,則結(jié)果為1.因此,PLC中用常開觸點(diǎn)的串聯(lián)描述邏輯與中用常開觸點(diǎn)的串聯(lián)描述邏輯與.I I 0.2? 用功能模塊功能模塊來描述邏輯與2、PLC中邏輯或的實(shí)現(xiàn)中邏輯或的實(shí)現(xiàn)表達(dá)式如下：表達(dá)式如下： 邏輯或：Q 0.1 = I0.2 +I 0.3 (有1出1,全0出0)梯形圖：（梯形圖：（兩個(gè)常

10、開觸點(diǎn)的并聯(lián)）兩觸點(diǎn)有一動(dòng)作，即得1。功能塊：功能塊：3、PLC中邏輯非的實(shí)現(xiàn)中邏輯非的實(shí)現(xiàn)(用一個(gè)常閉觸點(diǎn)用一個(gè)常閉觸點(diǎn)描述描述)表達(dá)式如下：表達(dá)式如下： 邏輯非：Q 0.2 = I0.4 (有0出1,有1出0)梯形圖：（梯形圖：（一個(gè)常閉觸點(diǎn)）常閉觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)，Q0.2失電,邏輯0;常閉觸點(diǎn)不動(dòng)作， Q0.2得電,邏輯1;功能塊：功能塊：重點(diǎn)在梯形圖重點(diǎn)在梯形圖與或非梯形圖表達(dá)式功能塊I0.1I0.2Q0.0I0.2I0.3Q0.1 I0.4Q0.2000001010010111111 總結(jié): 常開觸點(diǎn)的串聯(lián) 邏輯與 常開觸點(diǎn)的并聯(lián) 邏輯或 常閉觸點(diǎn) 邏輯非 ?擴(kuò)展為三個(gè)輸入的邏輯與或? 和

11、普通數(shù)字電路一樣,有了與或非三種運(yùn)算,就可以組合成任意一種邏輯關(guān)系,從而用來表達(dá)控制系統(tǒng)中輸入與輸出的關(guān)系. 例:根據(jù)邏輯表達(dá)式,畫出梯形圖功能塊圖.Q0.0 = ( I0.0 + I0.1 ) . I0.2 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)兩個(gè)輸入量?jī)蓚€(gè)輸入量一個(gè)輸入量一個(gè)輸入量4、 舉例說明舉例說明對(duì)單向旋轉(zhuǎn)控制電路邏輯關(guān)系分析：控制對(duì)象狀態(tài)由線圈決定。根據(jù)電路圖，寫出邏輯關(guān)系表達(dá)式： KM = （SB1+KM）SB2 FR 接觸器線圈接觸器線圈所對(duì)應(yīng)的輔助觸點(diǎn)分析：什么時(shí)候KM=0，KM=12.2.2 PLC的工作模式的工作模式 有兩種工作模式有兩種工作模式: RUN模式模式: CPU執(zhí)行用戶程序; 實(shí)現(xiàn)控制功

12、能 ; “RUN” LED亮。 STOP模式模式: CPU 不執(zhí)行用戶程序; 可編寫用戶程序、設(shè)置硬件信息; 可將用戶程序和硬件設(shè)置信息下載到PLC。 出錯(cuò)時(shí)出錯(cuò)時(shí): 致命錯(cuò)誤:消除它之前,必須處于STOP模式; 非致命錯(cuò)誤:不會(huì)從RUN模式自動(dòng)進(jìn)入STOP模式怎樣改變工作模式怎樣改變工作模式? 方法一:用模式開關(guān) 方法二:用編程軟件; 方法三:在程序中插入命令STOP.2.2.3 PLC的工作原理的工作原理 P135一、PLC的掃描過程1、讀取輸入 P136 每個(gè)掃描周期的開始，PLC先對(duì)各數(shù)字量輸入點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行輸入掃描，并將掃描的結(jié)果分別寫入對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器中。 映像寄存器是PLC

13、中一片專用的存儲(chǔ)區(qū)域，專門用來存儲(chǔ)輸入和輸出信號(hào)的狀態(tài)，分別稱為輸入（出）映像寄存器。 在讀取信號(hào)階段，PLC會(huì)把各個(gè)輸入裝置的開關(guān)狀態(tài)讀入到對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器保存起來。 外部裝置的狀態(tài)有：開與關(guān)，導(dǎo)通與斷開，PLC不可能直接認(rèn)識(shí)這些狀態(tài)，它只能感受電壓，只能感知外部電路是通還是斷開，因此，對(duì)PLC寫入輸入映像寄存器時(shí)，必須設(shè)定一定的規(guī)則。設(shè)定的規(guī)則如下： （1）當(dāng)外部電路閉合時(shí)，對(duì)應(yīng)的映像寄存器為1，對(duì)應(yīng)梯形圖中的常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開。（即，外部電路動(dòng)作） （2） 當(dāng)外部電路斷開時(shí)，對(duì)應(yīng)的映像寄存器為0，對(duì)應(yīng)梯形圖中的常開觸點(diǎn)斷開、常閉觸點(diǎn)接通（即，外部電路不動(dòng)作）2、執(zhí)行用戶程序

14、（1）執(zhí)行程序時(shí)，對(duì)輸入輸出的存取，通常是通過映像寄存器去實(shí)現(xiàn)的。步驟： 先從輸入映像寄存器中讀出0或1 然后根據(jù)指令進(jìn)行運(yùn)算，得到結(jié)果 將結(jié)果寫入到相應(yīng)的輸出映像寄存器中。 該過程，PLC并不將結(jié)果反應(yīng)到輸出外部裝置上去，在整個(gè)執(zhí)行過程中，輸出映像寄存器的內(nèi)容會(huì)隨指令的執(zhí)行而發(fā)生變化。 同時(shí)，在整個(gè)程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)發(fā)生變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會(huì)變化，變化的輸入信號(hào)，只有在下一個(gè)掃描周期讀取階段，才能被讀入，才能改寫相應(yīng)的輸入映像寄存器。（2）執(zhí)行用戶程序過程中的特殊處理P138a 、中斷程序的處理 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中常用到中斷去應(yīng)付一些突發(fā)的事件。 首先，將中斷程序和主程

15、序一起存入存儲(chǔ)器中，正常情況下，中斷程序并不作為掃描周期的一部分進(jìn)行掃描，僅僅是在中斷事件發(fā)生后，才進(jìn)行執(zhí)行。此時(shí)CPU將以異步掃描的方式為用戶提供中斷服務(wù)，而且根據(jù)中斷優(yōu)先級(jí)別來處理多個(gè)中斷。 中斷程序使CPU掃描周期不固定，這一特點(diǎn)，在編制用戶程序時(shí)必須考慮到，因?yàn)槌绦驁?zhí)行對(duì)時(shí)間有嚴(yán)格要求，如沒考慮對(duì)的話，會(huì)影響程序的正確執(zhí)行。例如：如果用戶程序掃描周期為5MS，中斷程序?yàn)?MS，那么這個(gè)PLC掃描周期的時(shí)間就有兩種，即：5MS和7MS b 、立即 I/O 指令的處理？什么情況下執(zhí)行？ 立即 I/O指令：不經(jīng)過讀取階段直接對(duì)外部裝置的信號(hào)進(jìn)行讀取，或直接用輸出映像寄存器中的結(jié)果，刷新外部輸

16、出裝置，即直接存取I/O點(diǎn)。不受循環(huán)掃描周期限制 有兩種指令：立即讀輸入點(diǎn)指令：不更新相應(yīng)的輸入映像寄存器。立即寫輸出點(diǎn)指令：更新相應(yīng)的輸出映像寄存器。用戶程序中對(duì)映象寄存器存取的指令快于立即I/O點(diǎn)指令. 所以少用立即少用立即I/O指令指令,可提高程序的執(zhí)行速度.輸輸出出模模塊塊輸輸入入設(shè)設(shè)備備輸輸入入模模塊塊CPU輸輸出出設(shè)設(shè)備備輸輸出出映映像像寄寄存存器器立即立即I 指令指令立即立即O指令指令執(zhí)行用戶程序階段執(zhí)行用戶程序階段關(guān)門關(guān)門關(guān)門關(guān)門輸輸入入映映像像寄寄存存器器3、通信處理 在CPU掃描周期的通信處理階段，CPU會(huì)自動(dòng)檢測(cè)并處理各通訊端口接收到的任何信息。即，檢查是否有編程器、計(jì)算

17、機(jī)等通信請(qǐng)求，若有則進(jìn)行相應(yīng)的處理，在這個(gè)階段完成數(shù)據(jù)的通信任完成數(shù)據(jù)的通信任務(wù)務(wù)。4、CPU自診測(cè)試 CPU檢測(cè)主機(jī)硬件； 檢查所有的I/O模塊、擴(kuò)展模塊等狀態(tài)； 在RUN模式下，還檢查用戶程序存儲(chǔ)器5、改寫輸出 a 、在執(zhí)行用戶程序階段，CPU執(zhí)行完用戶程序后，將結(jié)果傳到輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)以鎖存。 b、 進(jìn)入改寫階段，輸出映像寄存器中的邏輯狀態(tài)為1時(shí)，梯形圖中輸出某線圈通電，這個(gè)信號(hào)經(jīng)過輸出模塊的隔離、功率放大后，使外部硬件對(duì)應(yīng)的繼電器線圈接通，從而控制外部設(shè)備的工作。 反之， 當(dāng)，對(duì)應(yīng)著如為斷電，對(duì)應(yīng)狀態(tài)為0。如輸出映像寄存器中的邏輯狀態(tài)為0.。c、輸出信號(hào)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備

18、所接受的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備。總結(jié)： 在RUN模式下 PLC一個(gè)掃描周期為五個(gè)階段，PLC完成一個(gè)周期后，又重新執(zhí)行下一個(gè)掃描周期，周而復(fù)始地進(jìn)行著。 掃描周期的長(zhǎng)短主要取決于：程序的長(zhǎng)短。P142掃描周期 指令數(shù) X 每條指令執(zhí)行所需時(shí)間 二、 輸入輸出滯后時(shí)間（響應(yīng)時(shí)間）定義：從輸入發(fā)生變化一直到它所影響的輸出 發(fā)生變化的時(shí)間間隔。影響滯后時(shí)間的幾個(gè)成因：P1431、電路慣性 輸入模塊濾波時(shí)間 輸出模塊的滯后時(shí)間與輸出模塊類型有關(guān)2、由掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間, 最短為微秒級(jí),最長(zhǎng)可達(dá)兩三個(gè)掃描周期.3、與程序設(shè)計(jì)安排有關(guān) 編程盡量簡(jiǎn)化 一般輸入/輸出滯后時(shí)間為幾毫秒到幾十毫秒

19、.圖2-9 PLC外部接線圖與梯形圖 LDI0.1OQ0.0ANI0.2=Q0.0 2 . 0IQ0.0)(I0.1 Q0.0三、三、PLC工作過程的舉例工作過程的舉例 (新)圖圖2-7 用繼電器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電機(jī)單向旋轉(zhuǎn)用繼電器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電機(jī)單向旋轉(zhuǎn)圖圖2-9 用用PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電機(jī)單向旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電機(jī)單向旋轉(zhuǎn)圖2-7 用繼電器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電機(jī)單向旋轉(zhuǎn)圖2-9 是用PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電機(jī)單向旋轉(zhuǎn); PLC控制系統(tǒng): 用觸點(diǎn)表示輸入; 用線圈表示輸出;外部結(jié)構(gòu)：外部結(jié)構(gòu)：（1）圖2-9 方框中為PLC系統(tǒng),其左面為輸入接線端子,編號(hào)0.1接起動(dòng)按鈕SB1,編號(hào)0.2接停止按鈕SB2。S

20、B1、SB2為常開觸點(diǎn)，1M-M為同一組輸入點(diǎn)內(nèi)部輸入電路的公共點(diǎn)。（2）接觸器KM線圈接在編號(hào)為0.0輸出接線端子上。（3）FR為常閉觸點(diǎn)，與KM線圈串聯(lián)，可少用一個(gè)輸入點(diǎn)。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)： （1）輸入映像寄存器 I0.1（I0.2）,分別與接在輸入端子0.1(0.2)上的SB1(SB2)常開觸點(diǎn)相對(duì)應(yīng); （2）輸出映像寄存器Q0.0，與接在輸出端子0.0上的KM線圈相連；SB1 0.0 I 0.0 Q0.0 0.0 KMSB2 0.1 I 0.1輸入端子 I映像寄存器 CPU O映像寄存器 輸出端子 其梯形圖(是以指令的形式儲(chǔ)存在PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中的): 其指令表: LD I0.1 /

21、裝載指令.接通I0.1對(duì)應(yīng)的常開觸點(diǎn) O Q0.0 /”或”指令.輸出映像寄存器Q0.0的值與I0.1的值進(jìn)行或運(yùn)算 AN I0.2 /取反后作與運(yùn)算,并聯(lián)I0.2的常閉觸點(diǎn) =Q0.0 /賦值運(yùn)算.將最后結(jié)果輸出到輸出映像寄存器Q0.0內(nèi),并將值傳給KM線圈工作過程(一一) 讀取輸入階段讀取輸入階段 CPU將SB1(I0.1)與SB2(I0.2)常開觸點(diǎn)的ON/OFF狀態(tài)讀入其對(duì)應(yīng)的映像寄存器,外部觸點(diǎn)接通時(shí),將二進(jìn)制1存入寄存器中,反之存0;(二二) 執(zhí)行用戶程序執(zhí)行用戶程序(1)執(zhí)行第一條指令: LDI0.1 從映像寄存器中取出二進(jìn)制數(shù)存入堆棧棧頂.(2)執(zhí)行第二條指令: O Q0.0

22、從輸出映像寄存器中Q0.0中取出二進(jìn)制數(shù),與棧頂二進(jìn)制相或運(yùn)算,結(jié)果存入棧頂.(運(yùn)算結(jié)束后,只保留運(yùn)算結(jié)果,不保留參與運(yùn)算的數(shù)據(jù).)SB2常閉特點(diǎn)通常閉特點(diǎn)通過程序?qū)崿F(xiàn)過程序?qū)崿F(xiàn)存儲(chǔ)器中用于存儲(chǔ)器中用于數(shù)據(jù)交換的地?cái)?shù)據(jù)交換的地方方(3)執(zhí)行第三條指令: ANI0.2 取出輸入映像寄存器I0.2中的二進(jìn)制數(shù)后,取反,然后再與棧頂值相”與”,運(yùn)算結(jié)果存入棧頂.(4)執(zhí)行第四條指令: =Q0.0 將棧頂二進(jìn)制的數(shù)送入輸出映像寄存器Q0.0中. 另:在執(zhí)行用戶程序階段,如有中斷事件或遇立即I/O指令,則轉(zhuǎn)去執(zhí)行相關(guān)程序.(三三) 通信處理通信處理 CPU檢查編程器計(jì)算機(jī)其它PLC等有無通信請(qǐng)求,如有則

23、執(zhí)行.(四四) CPU自診斷測(cè)試自診斷測(cè)試定期檢查CPU模塊的操作擴(kuò)展模塊狀態(tài)是否正常,監(jiān)視定時(shí)器復(fù)位等.(五五) 改寫輸出改寫輸出 有兩個(gè)動(dòng)作有兩個(gè)動(dòng)作:(1) CPU將鎖存在各輸出映像寄存器中的二進(jìn)制將鎖存在各輸出映像寄存器中的二進(jìn)制傳送給輸出模塊傳送給輸出模塊; 如如:輸出映像寄存器存放的是輸出映像寄存器存放的是1，表示其梯形圖，表示其梯形圖上對(duì)應(yīng)的輸出線圈接通，反之，斷開。上對(duì)應(yīng)的輸出線圈接通，反之，斷開。（2）輸出線圈的狀態(tài)信號(hào)，經(jīng)輸出模塊的隔離）輸出線圈的狀態(tài)信號(hào)，經(jīng)輸出模塊的隔離放大，去影響負(fù)載的動(dòng)作放大，去影響負(fù)載的動(dòng)作2.3 S7-200系列系列PLC2.3.1 PLC S7

24、-200系列系列 一一 S系列PLC發(fā)展概述 第一代可編程控制器是德國西門子公司1975年投放市場(chǎng)的SIMATIC S3系列。此后SIMATIC系列產(chǎn)品迅速發(fā)展，不斷推陳出新，幾乎每一到兩年甚至不到一年就推出一個(gè)新的品種或型號(hào)。 到1979年，微處理器技術(shù)被應(yīng)用到可編程控制器中，產(chǎn)生了SIMATIC S5系列，取代了S3。每個(gè)系列中，其發(fā)展又經(jīng)歷了多個(gè)子系列，如S5系列產(chǎn)生后不久，便升級(jí)為U系列，H系列，有時(shí)至今仍在廣泛使用。 S5系列PLC的編程使用的STEP 5編程語言。 在上世紀(jì)末，推出了S7系列產(chǎn)品1、最新的SIMATIC 產(chǎn)品為SIMATIC S7、M7、C7等幾大系列。2、S7系列

25、可編程控制器也可分為S7-200，S7-300，S7-400幾個(gè)子系列，分別為它的小中大型系統(tǒng)。3、S7系列PLC使用的編程語言為STEP 7 2004年，西門子公司推出了S7-200的升級(jí)產(chǎn)品，CPU221、CPU222、CPU224、 CPU224XP、 CPU226，新的CPU向下兼容老的CPU。其特點(diǎn)如下：（1）提高了運(yùn)算速度，擴(kuò)大了存儲(chǔ)區(qū)，增加了模擬量輸入、模擬量輸出。（2）增強(qiáng)了S7-200產(chǎn)品在運(yùn)動(dòng)、過程、位置控制、數(shù)據(jù)監(jiān)視和采集通迅方面的功能大大增強(qiáng)。以下為S7系列的產(chǎn)品分布圖：S7-400S7300CS7-200LOGO！S7-300 S7200PLC性能簡(jiǎn)介性能簡(jiǎn)介(新新)

26、CPU類型類型電源電壓電源電壓輸入電壓輸入電壓輸出電壓輸出電壓輸出電流輸出電流CPU221DC輸入DC輸出24DC24VDC24VDC0.75A,晶體管DC輸入繼電器輸出繼電器輸出85-264VAC24VDC24DC24-230VAC2A,繼電器CPU222CPU224CPU226DC輸入DC輸出24VDC24VDC 24VDC0.75A晶體管DC輸入繼電器輸出85-264VAC 24VDC24VDC24-230VAC2A,繼電器 2.3.2 P16 CPU模塊（基本特點(diǎn)）模塊（基本特點(diǎn)）主機(jī)與 I/O 特性 型型 號(hào)號(hào)主機(jī)輸出類型主機(jī)輸出類型主機(jī)輸入點(diǎn)主機(jī)輸入點(diǎn)/輸出點(diǎn)輸出點(diǎn)可擴(kuò)展模塊數(shù)可擴(kuò)

27、展模塊數(shù)CPU221DC/繼電器 6入/ 4出 無CPU222DC/繼電器 8入/ 6出 2CPU224DC/繼電器 14入/10出 7CPU224XPDC/繼電器14入/10出 2入入/ 1 出出 7CPU226DC/繼電器 24入/16出 7模擬量的模擬量的I/O 其基本性能在書上表2-2至表2-6中,做了詳細(xì)的闡述,在這里我們簡(jiǎn)單介紹一些重要參數(shù). 其有5種CPU模塊:CPU221 CPU222 CPU224 CPU224XP CPU2262.3.3數(shù)字量擴(kuò)展模塊數(shù)字量擴(kuò)展模塊 新新 除了CPU221無擴(kuò)展能力外,其它CPU模塊都可以配接多個(gè)擴(kuò)展模塊. 例:EM221 24VDC輸入 用

28、于擴(kuò)展直流輸入的模塊,有兩組輸入點(diǎn),每組有4個(gè)點(diǎn). 其對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)進(jìn)行編號(hào): ( I0.0,I0.1,I0.2,I0.3 ) (I1.0,I1.1,I1.2,I1.3 )例:EM223 24V DC輸入/DC輸出 該模塊可用于擴(kuò)展DC輸入和DC輸出,輸入點(diǎn)數(shù)為(8,8), 輸出點(diǎn)數(shù)為(4,4,8)對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn):(I0.0,I0.1,.I0.7)(I1.0,I1.1.I1.7)對(duì)應(yīng)的輸出點(diǎn)(Q0.0,Q0.1,Q0.2,Q0.3) (Q1.0,Q1.1,Q1.2,Q1.3) (Q2.0,Q2.1,Q2.2,Q2.3Q2.7)試分析, 模塊的擴(kuò)展連接 CPU模塊模塊擴(kuò)展模塊擴(kuò)展模塊扁平電纜扁平電纜

29、2.3.4 模擬量輸入輸出模塊P149模擬量輸入模塊的作用模擬量輸入模塊的作用: 將傳感器和變送器輸出的標(biāo)準(zhǔn)量程的電流或電壓信號(hào),PLC再用A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量. 對(duì)模擬量的輸入信號(hào)通常有一些標(biāo)準(zhǔn)的量程,如電壓的0-10V,0-5V,0-1V,0-500MV.還有一些電流信號(hào)0-20MA,4-20MA,不同等級(jí),PLC作為一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)它是無法接收的,它就必須通過輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量.轉(zhuǎn)換過程中,外部的輸入信號(hào)的量程可能不符合標(biāo)準(zhǔn),因此就需要進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)換,這種轉(zhuǎn)換見課本上的例2-1例2-2 對(duì)模擬量的輸出模塊的作用對(duì)模擬量的輸出模塊的作用: 將數(shù)字量的信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量. 因?yàn)樵S多外部設(shè)備如

30、電磁閥電動(dòng)機(jī),它們所需的控制信號(hào)都是連續(xù)的模擬電壓信號(hào),而PLC本身輸出的都是數(shù)字量,為了實(shí)現(xiàn)這些數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換,把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓或電流信號(hào).在最新的CPU224XP中集成了兩路的模擬量輸入一路輸出功能,除此其它的CPU不具有模擬量的輸入和輸出功能,因此在使用中需要進(jìn)行這方面的擴(kuò)展. S7-200中的模擬量擴(kuò)展模塊有: 以下模擬量處理模塊均采用12位的A/D,D/A轉(zhuǎn)換器.(位數(shù)越高對(duì)應(yīng)的分辨率越高,在工業(yè)場(chǎng)合上12位已足夠)模擬量擴(kuò)展模塊 表27 型 號(hào) 點(diǎn) 數(shù) EM231 CN 4路模擬量輸入 EM231 CN2路熱電阻輸入 EM231 CN4路熱電偶輸入 EM232 CN2

31、路模擬量輸出 EM235 CN4路模擬量輸入/1路模擬量輸出模擬量輸入輸出模塊的應(yīng)用2.3.4 熱電偶 熱電阻模塊新202436517熱電偶模塊EM231S7-200PLC熱電偶擴(kuò)展模塊上的DIP開關(guān)2.4.1 模塊的安裝與拆卸方法一:直接安裝 安裝固定螺孔便于用螺釘將模塊安裝在柜板上,模塊裝在CPU右邊相互間用總線連接電纜連接,這種安裝方式建議在劇烈振動(dòng)下使用.方法二: 標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝 (即DIN安裝) 在標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上安裝模塊卡,裝在挨CPU右側(cè)的導(dǎo)軌上,通過總線連接電纜與CPU互相連接.問 :將CPU226與EM223 24VDC輸入/繼電器輸出 、EM235連接，并說明其功能。 經(jīng)查表,可知

32、: 1 CPU226 本機(jī)數(shù)字量輸入輸出點(diǎn)數(shù)24入/16出 可擴(kuò)展模塊數(shù)為7; 2 EM223 24VDC輸入/繼電器輸出 ,有4入/4出; 3 EM235 有模擬量輸入4路,輸出1路;總之,共有數(shù)字量輸入()路,數(shù)字量輸出()路,模擬量輸入()路,模擬量輸出()路EM223EM235CPU2262.4.2 S7-200的I/O擴(kuò)展與編址P151一、一、I/O擴(kuò)展擴(kuò)展 前面介紹了S7-200有一些擴(kuò)展模塊，這節(jié)中，介紹I/O擴(kuò)展模塊，如何編址、如何選擇（即硬件組態(tài)）。1、CPU22X每種主機(jī)所提供的本機(jī)每種主機(jī)所提供的本機(jī)I/O點(diǎn)的地址是固定的，點(diǎn)的地址是固定的，進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，可以在進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，

33、可以在CPU右邊連接多個(gè)擴(kuò)展模塊。右邊連接多個(gè)擴(kuò)展模塊。 CPU22X本身具有一定的I/O點(diǎn)，對(duì)于這些I/O點(diǎn)其地址都是固定的，在編程時(shí)，可直接調(diào)用，而擴(kuò)展模塊就不同了，對(duì)于任何一個(gè)控制系統(tǒng)而言，會(huì)使用不同的擴(kuò)展模塊，其擴(kuò)展模塊所在位置不一樣，那么它的地址不一樣，那么怎么設(shè)定啦？在這里是按以下規(guī)則進(jìn)行設(shè)定的：2、每個(gè)擴(kuò)展模塊的組態(tài)每個(gè)擴(kuò)展模塊的組態(tài)地址編地址編號(hào)取決于各模塊的類型和該號(hào)取決于各模塊的類型和該模塊在模塊在I/O鏈中所處的位置。鏈中所處的位置。 編址方法：（1）同種類型的輸入或輸出點(diǎn)的模塊在鏈中編址：按其離主機(jī)的位置的近遠(yuǎn)而遞增；（換句話說，模塊地址距CPU越近，地址越?。?）其

34、他類型模塊的有無以及所處位置不影響本類型模塊的編址。 （如輸出模塊的多少，類型不影響輸入模塊的編址。模擬量模塊的多少位置不影響數(shù)字量模塊的編址）（3）對(duì)于數(shù)字量，輸入和輸出映象寄存器單位長(zhǎng)度為8位（一個(gè)字節(jié)），本模塊高位實(shí)際倍數(shù)未滿8位的，未用位不能分配給I/O鏈的后續(xù)模塊。（比如，某數(shù)字量輸入模塊編址只占了4位，剩下的4位，其后來的模塊是不準(zhǔn)使用的，）不同模塊的點(diǎn)不能編在同一組上不同模塊的點(diǎn)不能編在同一組上（4）對(duì)于模擬量，輸入輸出則是以2個(gè)字節(jié)遞增方式來分配空間的（即上一地址與這個(gè)地址間隔2個(gè)字節(jié)） AIW0 AIW2 AIW4.。 AOW0 AOW2.。 下面我們通過一個(gè)例子，來掌握以上

35、規(guī)則。 例：某一控制系統(tǒng)選用CPU224，系統(tǒng)所需的輸入，輸出點(diǎn)數(shù)各為：數(shù)字量輸入24點(diǎn)、數(shù)字量輸出20點(diǎn)，模擬量輸入6點(diǎn)，模擬量輸出2點(diǎn)。硬件組態(tài)的分析：硬件組態(tài)的分析：（1）確定本機(jī)自帶的）確定本機(jī)自帶的I/O的點(diǎn)數(shù)的點(diǎn)數(shù)先查表確定CPU224特點(diǎn)，本機(jī)數(shù)字量I/O點(diǎn)為14入/10出，無模擬量I/O點(diǎn)，可以有7個(gè)擴(kuò)展模塊。（2）與設(shè)計(jì)要求做比，算出需要擴(kuò)展的）與設(shè)計(jì)要求做比，算出需要擴(kuò)展的I/O的點(diǎn)數(shù)的點(diǎn)數(shù)在硬件組態(tài)時(shí)先確定CPU是不是需要擴(kuò)展，如CPU本機(jī)I/O點(diǎn)足夠滿足控制系統(tǒng)要求則不需要擴(kuò)展。 CPU224需擴(kuò)展的數(shù)字量輸入點(diǎn)：24-14=10 CPU224需擴(kuò)展的數(shù)字量輸出點(diǎn)： 2

36、0-10=10 CPU224需擴(kuò)展的模擬量輸入點(diǎn)： 6-0 = 6 CPU224需擴(kuò)展的模擬量輸出點(diǎn)： 2-0=2 有了以上結(jié)果我們就知道該CPU需要擴(kuò)展且需要的擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)也知道了。（3）提出硬件組態(tài)的方案（擴(kuò)展方案）提出硬件組態(tài)的方案（擴(kuò)展方案） 接下來根據(jù)P25-26表選取擴(kuò)展模塊,最終滿足數(shù)字輸入(出)、模擬輸入(出)擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)的要求。前面介紹多種模塊類型，根據(jù)這些我們做組態(tài)。硬件組態(tài)方案示例 方案一： EM221（8I）X 2 EM222（8O）X2 EM231（4AI）X2 EM232（2AO）X1 方案二： EM221（8I）X 1 EM222（8O）X1 EM223（4I4O）X1

37、EM235（4AI1AO）X2共7個(gè)擴(kuò)展模塊共5個(gè)擴(kuò)展模塊（4）以下做方案驗(yàn)證）以下做方案驗(yàn)證（為什么我們用224而不用222、226等） 從上面來看，以上兩種方案都可以滿足擴(kuò)展的點(diǎn)數(shù)，但實(shí)際上是不同的。 下面看看S7-200CPU的擴(kuò)展能力： CPU221 無擴(kuò)展能力； CPU222 最大可擴(kuò)展2個(gè)模塊（前兩種方案擴(kuò)展模塊數(shù)都超過了2） CPU224、CPU224XP、CPU226最大可擴(kuò)展7個(gè)模塊。限制最大限制最大I/O配置的因素（硬件組態(tài)的驗(yàn)證條件）配置的因素（硬件組態(tài)的驗(yàn)證條件）: 1) 各CPU主機(jī)I/O和可連接的最多擴(kuò)展模塊數(shù).(擴(kuò)展模塊數(shù)不能超過允許的規(guī)定) 表23 2)映象寄存

38、器的數(shù)量. 表23 設(shè)計(jì)的方案中擴(kuò)展的A、D點(diǎn)數(shù)不能大于對(duì)應(yīng)CPU模塊所能擴(kuò)展的點(diǎn)數(shù)（即輸入和輸出映象寄存器的位數(shù).）3)CPU為擴(kuò)展模塊所能提供的最大電流和每種擴(kuò)展模塊消耗的電流的.(在一個(gè)控制系統(tǒng)中所有擴(kuò)展模塊消耗的電流不能超過CPU所能提供的擴(kuò)展電流) 1) CPU模塊擴(kuò)展能力的驗(yàn)證模塊擴(kuò)展能力的驗(yàn)證 各CPU主機(jī)I/O和可連接的最多擴(kuò)展模塊數(shù).(擴(kuò)展模 塊數(shù)不能超過允許的規(guī)定) 表23 采用CPU224模塊，根據(jù)表23可知，其可擴(kuò)展模塊數(shù)量為7； 方案一共有7個(gè)模塊；滿足要求 方案二共有5個(gè)模塊；滿足要求是否滿足是否滿足CPU可擴(kuò)展可擴(kuò)展的模塊數(shù)的模塊數(shù)2) I/O映象寄存器的數(shù)量驗(yàn)證

39、. 下表 S7-200存儲(chǔ)器中，最大數(shù)字量I/O映像區(qū)有256個(gè)輸入點(diǎn)，256個(gè)輸出點(diǎn)；最大模擬量I/O映像區(qū)有32個(gè)輸入點(diǎn)，32個(gè)輸出點(diǎn) 驗(yàn)證驗(yàn)證,其其CPU所包含的所包含的I/O映象寄存器的數(shù)量映象寄存器的數(shù)量,必須大于等必須大于等于所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)于所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)I/O總點(diǎn)數(shù)總點(diǎn)數(shù). （1） 用戶存儲(chǔ)器中，最大的數(shù)字量的輸入輸出點(diǎn)數(shù)為用戶存儲(chǔ)器中，最大的數(shù)字量的輸入輸出點(diǎn)數(shù)為256入、入、256出；最大的模擬量的輸入輸出點(diǎn)數(shù)為出；最大的模擬量的輸入輸出點(diǎn)數(shù)為32入、入、32出；出； （2）CPU224本機(jī)的數(shù)字量本機(jī)的數(shù)字量I/O點(diǎn)為點(diǎn)為14入入/10出，無模擬量出，無模擬量I/O點(diǎn)，點(diǎn)，方案

40、一：方案一： EM221（8I）X 2 EM222（8O）X2 EM231（4AI）X2 EM232（2AO）X1 整個(gè)系統(tǒng)可提供整個(gè)系統(tǒng)可提供數(shù)字量的輸入點(diǎn)數(shù)為：數(shù)字量的輸入點(diǎn)數(shù)為： 8X2+1430 256 數(shù)字量的輸出點(diǎn)數(shù)為：數(shù)字量的輸出點(diǎn)數(shù)為： 8X2+1026 256 模擬量的輸入輸出點(diǎn)數(shù)模擬量的輸入輸出點(diǎn)數(shù)4X2 2 32 皆滿足要求皆滿足要求。方案二：方案二： EM221（8I）X 1 EM222（8O）X1 EM223（4I4O）X1 EM235（4AI1AO）X2 整個(gè)系統(tǒng)可提供整個(gè)系統(tǒng)可提供數(shù)字量的輸入點(diǎn)數(shù)為：數(shù)字量的輸入點(diǎn)數(shù)為： 8+4+1426 256 數(shù)字量的輸出點(diǎn)數(shù)為：數(shù)字量的輸出點(diǎn)數(shù)為： 8+4+1022 256 模擬量的輸入輸出點(diǎn)數(shù)：模擬量的輸入輸出點(diǎn)數(shù)： 4X2 2 = 所有所有擴(kuò)展模塊消耗的電流擴(kuò)展模塊消耗的電流.根據(jù)下表擴(kuò)展模塊帶負(fù)載能力的驗(yàn)證：擴(kuò)展模塊帶負(fù)載能力的驗(yàn)證： 方案一： EM221（8I）X 2 EM222（8O）X2 EM231（4AI）X2 EM232（2AO）X1 即：30X2+50X2+20X2+20220MA 660MA 220MACPU224的最大擴(kuò)展電流660 所以方案一組態(tài)方案滿足要求. 方案二： EM221（8I）X 1 EM22