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(yǔ)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(kuò)展接口I/O擴(kuò)展模塊輸出接口存儲(chǔ)器系統(tǒng)用戶(hù)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(kāi)關(guān)……用戶(hù)輸入設(shè)備指示燈電磁線(xiàn)圈電磁閥……用戶(hù)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(jì)算機(jī)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)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(chǎng)狀態(tài)；(2)控制存儲(chǔ)和解讀用戶(hù)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。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(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。高集成度、高速度、高精度的運(yùn)算能力8大連理工大學(xué)LFChun制作二、存儲(chǔ)器

1.存儲(chǔ)器的類(lèi)型ROM、RAM、PROM、EPROM、EAROM、EEPROM。2.存儲(chǔ)器的劃分(1)系統(tǒng)存儲(chǔ)器ROM存儲(chǔ)器。(2)用戶(hù)程序存儲(chǔ)器有掉電保護(hù)的RAM或EEPROM存儲(chǔ)器。不同型號(hào)的PLC其存儲(chǔ)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(chǔ)器有掉電保護(hù)的RAM或EEPROM存儲(chǔ)器。在工作數(shù)據(jù)區(qū)預(yù)先開(kāi)辟了“元件映像寄存器”和變量數(shù)據(jù)區(qū)。有掉電時(shí)能保持?jǐn)?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(hào)：開(kāi)關(guān)量、模擬量。開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)量）輸出接口電路根據(jù)輸出電路所用開(kāi)關(guān)器件的不同分類(lèi)。(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

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(fù)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(fù)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(gè)模擬量轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字量，但是占用AI一個(gè)字長(zhǎng)（16位）。輸入模擬信號(hào)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(gè)字長(zhǎng)的數(shù)字量，存放在AQ中。輸出模擬信號(hào)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(dòng)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(guò)中間繼電器、電磁開(kāi)關(guān)等進(jìn)行電壓或功率放大才能驅(qū)動(dòng)。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(jī)界面（操作員接口）外存儲(chǔ)器

EEPROM寫(xiě)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(hù)程序。

在線(xiàn)監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)。

與PLC進(jìn)行人機(jī)對(duì)話(huà)。(2)編程器的種類(lèi)專(zhuān)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(hào)的PLC配套使用）簡(jiǎn)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(jì)數(shù)模塊溫度測(cè)量模塊運(yùn)動(dòng)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(gè)開(kāi)關(guān)電源。

電源的容量取決于PLC的型號(hào)。

S7－200CPU的內(nèi)部電源為自身、擴(kuò)展模塊、其他用電設(shè)備提供5V、24VDC電源。擴(kuò)展模塊通過(guò)與CPU連接的總線(xiàn)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(hào)5V/24VCPU型號(hào)5V/24VCPU221－/180CPU222340/180CPU224660/280CPU2261000/400如果總需求超過(guò)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(hù)程序，任務(wù)的循環(huán)序列稱(chēng)為掃描。

一個(gè)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(qǐng)求④執(zhí)行CPU自診斷⑤寫(xiě)輸出26大連理工大學(xué)LFChun制作二、PLC的掃描工作過(guò)程1.輸入采樣階段讀(采樣)輸入端子的信號(hào)→存入(刷新)I中。沒(méi)有使用的I位被清零。2.程序執(zhí)行階段

執(zhí)行用戶(hù)程序。程序按指令順序執(zhí)行（跳轉(zhuǎn)指令例外）。對(duì)輸入指令，從I中讀取數(shù)據(jù)。對(duì)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(qǐng)求

CPU處理從通信端口接收到的任何信息。

處理通信請(qǐng)求的時(shí)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(hù)存儲(chǔ)器。發(fā)現(xiàn)故障，報(bào)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(dòng)被控對(duì)象按新的輸出值動(dòng)作。28大連理工大學(xué)LFChun制作

PLC的工作過(guò)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(hào)輸出①刷新輸入刷新階段②讀③寫(xiě)④讀⑤寫(xiě)⑥讀⑦寫(xiě)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(shí)間。?掃描周期。?輸出延遲時(shí)間。?程序語(yǔ)句的安排，影響程序執(zhí)行時(shí)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(gè)多掃描周期（正常）。?而Q0.0被接通卻延遲了兩個(gè)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?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)脈沖捕捉捕捉到的輸入脈沖每個(gè)CPU內(nèi)置的DI點(diǎn)均可獨(dú)立地設(shè)置脈沖捕捉功能，可識(shí)別寬度很小的脈沖。32大連理工大學(xué)LFChun制作

對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波的目的是為了抑制噪聲干擾對(duì)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(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(gè)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(yǔ)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(chǔ)空間管理、系統(tǒng)自檢程序。(2)用戶(hù)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(hù)程序

實(shí)現(xiàn)控制功能的應(yīng)用程序。編制不同程序，實(shí)現(xiàn)不同功能——可編程序。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(yǔ)言，特點(diǎn)：(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(xiě)的程序。(4)各個(gè)廠商的圖形符號(hào)略有不同。I0.0M0.0()I0.0Q0.0()M0.0西門(mén)子X(jué)1X1M100Y0M100三菱37大連理工大學(xué)LFChun制作三、語(yǔ)句表STL語(yǔ)句表是類(lèi)似匯編語(yǔ)言的指令助記符編程語(yǔ)言。特點(diǎn)：(1)STL最適合有經(jīng)驗(yàn)的程序員。(2)能解決LAD和FBD不易解決的問(wèn)題。(3)利用STL編程器可以查看用LAD和FBD編程器編寫(xiě)的程序，反之不一定成立。語(yǔ)句表=∑語(yǔ)句。語(yǔ)句=操作碼+操作數(shù)。38大連理工大學(xué)LFChun制作語(yǔ)句表與梯形圖

LDI0.0ANM0.0=Q0.0LDI0.0=M0.0I0.0M0.0()I0.0Q0.0()M0.0西門(mén)子X(jué)1X1M100Y0M100三菱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(lèi)似數(shù)字電路邏輯門(mén)符號(hào)的邏輯盒指令來(lái)表示命令的一種圖形語(yǔ)言。特點(diǎn)：(1)圖形邏輯門(mén)表示格式有利于程序流的跟蹤。(2)可以利用STL編程器顯示