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文檔簡(jiǎn)介
§3.1PLC
的組成
§3.2PLC的工作原理
§3.3PLC
的分類
§3.4S7-200系列性能簡(jiǎn)介本章內(nèi)容2/1/202313-1PLC的組成中央處理器:進(jìn)行數(shù)學(xué)和邏輯操作的計(jì)算中心。存儲(chǔ)器:存取數(shù)據(jù)和信息,存放著系統(tǒng)軟件和用戶程序。電源供應(yīng):將交流電(AC)轉(zhuǎn)化為直流電(DC)。2/1/20232S7-300系列大、中型PLCS7-200系列小型PLC2/1/20233西門子S7-300系列2/1/202342/1/20235(一)中央處理器CPU:是系統(tǒng)運(yùn)算、控制的中心。完成以下任務(wù):①控制用戶程序和數(shù)據(jù)的接收和存儲(chǔ);②診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤;③用掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的狀態(tài)和數(shù)據(jù),送入存儲(chǔ)器;④逐條讀取指令,完成各種運(yùn)算和操作。⑤將處理結(jié)果送至輸出端。⑥響應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請(qǐng)求。
2/1/20236
微處理器的處理能力有兩個(gè)因素決定:
位數(shù)——指一次能處理的數(shù)據(jù)的位數(shù)。
時(shí)鐘頻率——決定執(zhí)行指令的快慢。微處理器比特大小時(shí)鐘速度80858位1MHz808616位4.77MHz8018616位8MHz8028616位12.5MHz8038632位33MHz8048632位50MHzPentium32/64位1.2GHz2/1/20237(二)存儲(chǔ)器:系統(tǒng)存儲(chǔ)器:用來存放由PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序,并固化在ROM中,用戶不能更改。系統(tǒng)程序由三部分組成:系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和標(biāo)準(zhǔn)程序模塊及系統(tǒng)調(diào)用。2/1/20238用戶存儲(chǔ)器:包括用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩部分。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存放用戶程序中所使用器件的狀態(tài)和數(shù)值等。注意:PLC產(chǎn)品手冊(cè)中給出的“存儲(chǔ)器類型”和“程序容量”是針對(duì)用戶程序存儲(chǔ)器而言的。2/1/20239
PLC使用的存儲(chǔ)器類型:
①隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)可讀可寫,易失性,工作速度高,價(jià)格便宜,改寫方便。存放運(yùn)行時(shí)的用戶程序和數(shù)據(jù)。
②只讀存儲(chǔ)器(ROM)只讀不能寫,非易失性的。保存系統(tǒng)程序。
③可電擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)非易失性的,可讀可寫。用來保存用戶程序和需長(zhǎng)期保存的重要數(shù)據(jù)。2/1/2023102/1/202311功能:通過各類接口模塊的外接線,實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)設(shè)備或生產(chǎn)過程的檢測(cè)和控制。問題:實(shí)際生產(chǎn)中的信號(hào)電平多種多樣外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的電平也是多種多樣
PLC的CPU所處理的只能是標(biāo)準(zhǔn)電平解決:通過I/O接口實(shí)現(xiàn)信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換。數(shù)字量、模擬量;交流、直流;晶體管、繼電器
(三)輸入輸出模塊:2/1/202312功能:將外部過程的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC的CPU模塊所需要的信號(hào)電平,并送到系統(tǒng)總線上。類型:直流輸入,交流輸入(1)開關(guān)量輸入模塊:2/1/202313接收輸入信號(hào)的狀態(tài)把輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電電氣隔離產(chǎn)生可被CPU檢測(cè)到的輸出2/1/202314
(2)開關(guān)量輸出模塊功能:將PLC的CPU模塊的TTL電平轉(zhuǎn)換成外部過程所需要的信號(hào)電平,并以此來驅(qū)動(dòng)外部過程的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、顯示燈等負(fù)載。類型:晶體管輸出方式場(chǎng)效應(yīng)管輸出方式固體繼電器輸出方式2/1/202315
①繼電器輸出型:為有觸點(diǎn)輸出方式,用于接通或斷開開關(guān)頻率較低的直流負(fù)載或交流負(fù)載回路。繼電器輸出型2/1/202316②晶閘管輸出型:為無觸點(diǎn)輸出方式,用于接通或斷開開關(guān)頻率較高的交流電源負(fù)載。(b)晶閘管輸出型2/1/202317③晶體管輸出型:為無觸點(diǎn)輸出方式,用于接通或斷開開關(guān)頻率較高的直流電源負(fù)載。(c)晶體管輸出型(NPN集電極開路)(d)
晶體管輸出型(PNP集電極開路)2/1/202318
(3)模擬量輸入模塊功能:將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC所能接收的數(shù)字信號(hào)。類型:電壓輸入、電流輸入主要性能指標(biāo):輸入通道數(shù):4路、8路、16路輸入信號(hào):電壓信號(hào)、電流信號(hào)
A/D轉(zhuǎn)換位數(shù):8位、10位、12位、14位轉(zhuǎn)換精度:0.01%—0.5%
線性度(滿量程):+0.05%
轉(zhuǎn)換時(shí)間:小于50ms2/1/202319
(4)模擬量輸出模塊功能:將PLC內(nèi)部輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成外部生產(chǎn)過程所需的模擬信號(hào)。類型:電壓輸出、電流輸出主要性能指標(biāo):輸出信號(hào):電壓信號(hào)、電流信號(hào)轉(zhuǎn)換位數(shù):8位、10位、12位、14位輸出響應(yīng)時(shí)間:30ms左右分組:2點(diǎn)、4點(diǎn)、8點(diǎn)2/1/202320
(四)電源供應(yīng)
PLC的電源是指將外部輸入的交流電處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC的CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作需要的直流電源電路或電源模塊。許多PLC的直流電源采用直流開關(guān)穩(wěn)壓電源,不僅可提供多路獨(dú)立的電壓供內(nèi)部電路使用,而且還可為輸入設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)電源。
2/1/202321(1)編程器
功能:用來輸入和編輯用戶程序,并對(duì)程序進(jìn)行編輯檢查和修改,還可以用來監(jiān)視PLC運(yùn)行時(shí)用戶軟件中各編程元件的工作狀態(tài)。
類型:手持編程器:使用方便、價(jià)格低廉,不直觀。用通用計(jì)算機(jī)作為編程器:比手持編程工具更加直觀和方便。
(五)編程器及外部設(shè)備2/1/202322(2)外部設(shè)備人/機(jī)接口裝置
外存儲(chǔ)器打印機(jī)2/1/202323
若主機(jī)單元的I/O點(diǎn)數(shù)不能滿足需要時(shí),可通過此接口用扁平電纜線將I/O擴(kuò)展單元與主機(jī)相連,以增加I/O點(diǎn)數(shù)。PLC的最大擴(kuò)展能力主要受CPU尋址能力和主機(jī)驅(qū)動(dòng)能力的限制。
(六)I/O擴(kuò)展接口2/1/202324
1.PLC的控制機(jī)制繼電器控制電路的特點(diǎn):并行
(只要條件滿足就執(zhí)行)計(jì)算機(jī):順序執(zhí)行+中斷PLC
:掃描+串行+中斷+立即讀+立即寫
3-2
PLC
的工作原理2/1/202325
2.PLC的工作原理
PLC采用循環(huán)掃描的方式工作。
工作模式:
STOP:CPU不執(zhí)行用戶程序,可以裝載程序和配置CPU
RUN:CPU執(zhí)行用戶程序2/1/202326RUN/STOP模式動(dòng)畫演示2/1/202327RUN模式動(dòng)畫演示2/1/202328
(1)輸入采樣:
PLC以掃描工作方式順序讀入輸入端子的狀態(tài),并把這些狀態(tài)存入到輸入映像寄存器。這些狀態(tài)要保持到下一次的讀取輸入,在執(zhí)行程序和輸出刷新時(shí)狀態(tài)不會(huì)發(fā)生改變。2/1/202329
(2)執(zhí)行程序:
按照先左后右,先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描,同時(shí)①讀入所有的狀態(tài)②求解控制邏輯③把求解結(jié)果存入到輸出映像寄存器2/1/202330
(3)輸出刷新:
把映像寄存器中所有的輸出寄存器狀態(tài)輸出到鎖存電路并驅(qū)動(dòng)負(fù)載。2/1/202331實(shí)例:2/1/2023323.PLC輸入/輸出滯后問題
定義:從PLC系統(tǒng)的某一輸入信號(hào)變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需的時(shí)間稱為I/O響應(yīng)時(shí)間。
主要原因:①輸入濾波電路②輸出繼電器觸點(diǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)③PLC掃描工作方式2/1/202333
A:輸入B:執(zhí)行C:輸出實(shí)例:2/1/202334
注意:如果第一行與第二行交換可減少一個(gè)掃描周期的延遲,這種延遲與程序有關(guān)。
說明:PLC延遲一般在幾十毫秒之間,對(duì)一般的系統(tǒng)無關(guān)緊要。對(duì)快速系統(tǒng)要給與足夠的考慮。
處理方法:①掃描速度快的PLC②高速計(jì)數(shù)器③中斷模塊2/1/202335
1.從規(guī)模上根據(jù)PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù),可分為:小型:256點(diǎn)以下中型:2048點(diǎn)以下大型:2048點(diǎn)以上3-3
PLC的分類2/1/202336公司機(jī)型1K字處理速度/ms儲(chǔ)存容量/KBI/O點(diǎn)數(shù)美國(guó)MODICON984-13X4.254256984-14X4.258256984-38X3-54-16256日本OMRONC60P4-951.19120C1203-832.2256CQM10.5-103.2-7.2256日本三菱FX20.742-8256德國(guó)SIEMENS5-100U702128S7-2000.8-1.22256小型機(jī)例:2/1/202337公司機(jī)型1K字處理速度/ms儲(chǔ)存容量/KBI/O點(diǎn)數(shù)美國(guó)MODICON984-48X34-161024984-68X1-28-161024984-78X1.516-321024日本OMRONC200H0.75-2.256.61024C1000H0.4-2.43.81024CV10000.125-0.375621024日本富士HDC-1002.5421792德國(guó)SIEMENS5-115U2.5421024S7-3000.3-0.612-1921024中型機(jī)例:2/1/202338公司機(jī)型1K字處理速度/ms儲(chǔ)存容量/KBI/O點(diǎn)數(shù)美國(guó)MODICON984A0.7516-322048984B0.7532-642048日本OMRONC2000H0.4-2.430.82048CV20000.125-0.175622048日本三菱F2002.5323200德國(guó)SIEMENS5-150U24804096S7-4000.3-0.6512131072大型機(jī)例:2/1/202339
2.從結(jié)構(gòu)上(1)整體式結(jié)構(gòu)(一體式、小型)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、功能齊全、性價(jià)比較高使用不靈活,維修困難,故障影響面大
2/1/202340(2)模塊式結(jié)構(gòu)(中、大型)組成靈活、硬件配置余地大、維修方便;結(jié)構(gòu)復(fù)雜,插件較多2/1/202341(3)混合式結(jié)構(gòu)集中了結(jié)構(gòu)式和模塊式的優(yōu)點(diǎn),擴(kuò)充性能好,模塊豐富。2/1/202342
3.PLC的幾種流派及典型PLC產(chǎn)品世界上PLC生產(chǎn)廠家約200多家,生產(chǎn)的產(chǎn)品大約400多種。按地域分為三個(gè)流派:美國(guó):AB公司SLC-50系列,SLC-5/3/2GE公司GE系列
MODICON公司84系列
2/1/202343
歐洲:西門子公司S5系列S7系列日本:三菱公司FX系列A系列F系列立石公司(OMRON)
CQM1系列C200HCVM1
松下公司FP系列
2/1/202344
3-4
S7-200系列性能簡(jiǎn)介L(zhǎng)OGO!S7-300S7-400S7-300C中/大型High-endrange/mediumrangeS7-400中/小型Low-endrangeS7-300通用邏輯模塊S7-200微型PLCS7-2001.SIMATICS7系列產(chǎn)品2/1/202345
2.S7-200系列PLCCPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU
2262/1/202346
3.S7-200CPU模塊的主要性能指標(biāo)
CPU224XP
12K字節(jié)10K字節(jié)14/10
32+2/32+10.37us256256256256內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)6個(gè)30Khz2個(gè)20Khz2xRS485用戶程序區(qū)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)
CPU內(nèi)置DI/DO點(diǎn)數(shù)
AI/AO點(diǎn)數(shù)掃描時(shí)間/1條指令最大DI/DO點(diǎn)數(shù)位存儲(chǔ)區(qū)計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)器時(shí)鐘功能數(shù)字量輸入濾波模擬量輸入濾波高速計(jì)數(shù)器脈沖輸出通訊口
CPU2224K字節(jié)2K字節(jié)8/616/160.37us256256256256
可選標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)
4個(gè)30Khz2個(gè)20Khz
1xRS485
CPU2214K字節(jié)2K字節(jié)6/4無0.37us256256256256可選標(biāo)準(zhǔn)
N/A
4個(gè)30Khz2個(gè)20Khz
1xRS485
CPU2248K字節(jié)8K字節(jié)14/1032/320.37us256256256256
內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)6個(gè)30Khz2個(gè)20Khz
1xRS485
CPU226
16K字節(jié)10K字節(jié)24/1632/320.37us256256256256內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)6個(gè)30Khz2個(gè)20Khz2xRS4852/1/202347
4.S7-200擴(kuò)展模塊8DI16DI8DO(DC,ACorrelay)4DO5A4DO10A4AI4AI/1AO2AO
2AIor4AIThermocouplesRTDmodules
PROFIBUSDPAS-i-Master
ModemEthernet4DI/4DO8DI/8DO16DI/16DOTeleservice
Communi-cation
MessagingPositionmoduleforsteppersolution模擬量I/O模塊測(cè)溫模塊通訊擴(kuò)展模塊Modem模塊定位模塊數(shù)字量I/O模塊以太網(wǎng)模塊(IT)Ethernetmodule(1)模塊介紹2/1/202348(2)I/O模塊的擴(kuò)展性能CPU221:數(shù)字量6入/4出點(diǎn)CPU222:40入/38出=78數(shù)字量模擬量8入或4出或8入/2出CPU224:94入/74出=168數(shù)字量模擬量28入或14出或28入/7出最大7個(gè)模塊最大7個(gè)模塊最大2個(gè)模塊無擴(kuò)展能力CPU226:128入/120出=248數(shù)字量模擬量28入或14出或28入/7出
2/1/202349
(3)模塊擴(kuò)展方式扁平電纜的連接方式,提高抗震動(dòng)性能可擴(kuò)展多種模塊,無槽位限制2/1/202350
5.S7-200安裝方式安裝方式墻面安裝導(dǎo)軌安裝
接線端子可自由拆卸給系統(tǒng)的設(shè)備更新與維護(hù)帶來方便扁平電纜連接外部存儲(chǔ)卡運(yùn)行/停止開關(guān)
擴(kuò)展I/O連接口外部電位器(SMB28,SMB290-255)2/1/202351
6.S7-200編程接口2/1/202352
7.S7-200擴(kuò)展功能
(1)數(shù)字量、模擬量濾波功能
通過軟件設(shè)置輸入口的濾波常數(shù)(0.2ms--12.8ms)每四個(gè)輸入點(diǎn)為一組;根據(jù)不同的噪聲,選擇不同的濾波常數(shù),有利于噪聲的濾除。2/1/202353
(2)脈沖捕捉功能
此功能可以把脈沖寬度小于機(jī)器掃描周期的脈沖捕捉到,確保脈沖不丟失,為了使此功能得以實(shí)現(xiàn),調(diào)整濾波常數(shù),使得系統(tǒng)不會(huì)濾掉被捕捉的脈沖。每個(gè)CPU內(nèi)置的數(shù)字量輸入點(diǎn)均可獨(dú)立地設(shè)置脈沖捕捉功能2/1/202354
(3)高速計(jì)數(shù)器
由于PL
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