電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)（S7-1200）課件 1任務(wù)3 如何實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)Y-△降壓?jiǎn)?dòng)控制

PLC綜合應(yīng)用技術(shù)

童克波項(xiàng)目1PLC概述任務(wù)2PLC的軟件構(gòu)成學(xué)習(xí)任務(wù)1．了解PLC系統(tǒng)管理程序的功能。2．熟悉PLC的工作原理。相關(guān)知識(shí)1．PLC的軟件構(gòu)成PLC的軟件既是PLC的系統(tǒng)程序，又稱系統(tǒng)監(jiān)控程序，是由PLC制造者設(shè)計(jì)的，用于PLC的運(yùn)行管理。系統(tǒng)監(jiān)控程序分系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和專用標(biāo)準(zhǔn)程序塊等。系統(tǒng)管理程序系統(tǒng)管理程序用于整個(gè)PLC的運(yùn)行管理，管理程序又分為三部分：1）運(yùn)行管理?？刂瓶删幊炭刂破骱螘r(shí)輸入、何時(shí)輸出、何時(shí)運(yùn)算、何時(shí)自檢、何時(shí)通訊等等，進(jìn)行時(shí)間上的分配管理。2）進(jìn)行存貯空間的管理。即生成用戶環(huán)境，由它規(guī)定各種參數(shù)、程序的存放地址，將用戶使用的數(shù)據(jù)參數(shù)存貯地址轉(zhuǎn)化為實(shí)際的數(shù)據(jù)格式及物理存放地址。它將有限的資源變?yōu)橛脩艨芍苯邮褂玫脑?。例如，它將有限個(gè)數(shù)的CTC擴(kuò)展為幾十至上百個(gè)用戶時(shí)鐘和計(jì)數(shù)器。通過這部分程序，用戶看到的就不是實(shí)際機(jī)器存貯地址和PIO、CTC的地址了，而是按照用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)排列的元件空間和程序存貯空間了。3）系統(tǒng)自檢程序。它包括各種系統(tǒng)出錯(cuò)檢驗(yàn)、用戶程序語法檢驗(yàn)、句法檢驗(yàn)、警戒時(shí)鐘運(yùn)行等。用戶指令解釋程序系統(tǒng)監(jiān)控程序的第二部分為用戶指令解釋程序。任何計(jì)算機(jī)最終都是根據(jù)機(jī)器語言來執(zhí)行的，而機(jī)器語言的編制又是很麻煩的。為此，在可編程控制器中采用梯形圖編程，將人們易懂的梯形圖程序變?yōu)闄C(jī)器能懂的機(jī)器語言程序，即將梯形圖程序逐條翻譯成相應(yīng)的一串機(jī)器碼，這就是解釋程序的任務(wù)。事實(shí)上，為了節(jié)省內(nèi)存，提高解釋速度，用戶程序是以內(nèi)碼的形式存貯在可編程控制器中的。用戶程序變?yōu)閮?nèi)碼形式的這一步是由編輯程序?qū)崿F(xiàn)的，它可以插入、刪除、檢查、查錯(cuò)用戶程序，方便程序的調(diào)試。標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)監(jiān)控程序的第三部分就是標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用，這部分是由許多獨(dú)立的程序塊組成的，各自能完成不同的功能，有些完成輸入、輸出，有些完成特殊運(yùn)算等?？删幊炭刂破鞯母鞣N具體工作都是由這部分程序來完成的，這部分程序的多少，就決定了可編程控制器性能的強(qiáng)弱。整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控程序是一個(gè)整體，它質(zhì)量的好壞很大程度上影響了可編程控制器的性能。因?yàn)橥ㄟ^改進(jìn)系統(tǒng)監(jiān)控程序就可在不增加任何硬件設(shè)備的條件下大大改善可編程控制器的性能，所以國(guó)外可編程控制器廠家對(duì)監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)非常重視，實(shí)際售出的產(chǎn)品中，其監(jiān)控程序一直在不斷地完善。相關(guān)知識(shí)2．可編程控制器用戶程序用戶程序是用戶根據(jù)控制要求，用PLC的軟元件和編程語言（如梯形圖、指令表、高級(jí)語言、匯編語言等）編制的應(yīng)用程序，其助記符形式隨可編程控制器型號(hào)的不同而略有不同。用戶通過編程器或PC機(jī)寫入到PLC的RAM內(nèi)存中，可以修改和更新。當(dāng)PLC斷電時(shí)被鋰電池保持。用戶程序是線性地存貯在監(jiān)控程序指定的存貯區(qū)間內(nèi)，它的最大容量也是由監(jiān)控程序確定的。。相關(guān)知識(shí)梯形圖語言

梯形圖語言形象直觀，類似電氣控制系統(tǒng)中繼電器控制電路圖。邏輯關(guān)系明顯，電氣技術(shù)人員容易接受。是目前使用最廣泛的編程語言。

1）梯形圖程序簡(jiǎn)介①梯形圖程序按行從上至下，每一行從左到右順序編寫。PLC程序執(zhí)行順序與梯形圖的編寫一致，如圖1-6所示。圖1-6梯形圖與助記符（指令表）(a)梯形圖(b)助記符（指令表）語言相關(guān)知識(shí)梯形圖語言

②梯形圖左邊垂直線稱左母線，右邊垂直線稱為右母線。右母線可以不畫出來。左母線右側(cè)放置輸入接點(diǎn)和內(nèi)部繼電器觸點(diǎn)。梯形圖觸點(diǎn)有兩種，即常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。這些觸點(diǎn)可以是PLC的輸入觸點(diǎn)或內(nèi)部繼電器觸點(diǎn)，也可以是內(nèi)部寄存器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的狀態(tài)。梯形圖的最右側(cè)必須放置輸出器件。PLC的輸出器件用圓圈表示，圓圈可以表示內(nèi)部繼電器線圈，輸出繼電器線圈或定時(shí)/計(jì)數(shù)器的邏輯運(yùn)算結(jié)果。輸出線圈直接與右母線相連，輸出線圈與右母線之間不能連有觸點(diǎn)。梯形圖程序中的觸點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，而輸出線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。輸出線圈只能對(duì)應(yīng)輸出映像區(qū)的相應(yīng)位，而不能直接驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。該位的狀態(tài)，只有在程序執(zhí)行結(jié)束，在輸出刷新階段進(jìn)行輸出。刷新后的輸出控制信號(hào)經(jīng)I/O接口對(duì)應(yīng)的輸出模塊驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。⑥梯形圖中每個(gè)編程元件應(yīng)按一定的規(guī)則加標(biāo)字母數(shù)字串。相關(guān)知識(shí)

梯形圖與繼電器-接觸器控制的區(qū)別梯形圖語言形象直觀，類似電氣控制系統(tǒng)中繼電器控制電路圖。邏輯關(guān)系明顯，電氣技術(shù)人員容易接受。對(duì)于同一控制電路，繼電器控制原理圖和梯形圖的輸入、輸出信號(hào)、控制過程等效，如圖1-7所示即為繼電器控制線路和梯形圖。(a)繼電器電氣控制線路圖(b)梯形圖圖1-7電機(jī)正反轉(zhuǎn)電氣控制線路圖及梯形圖相關(guān)知識(shí)梯形圖與繼電器-接觸器控制的區(qū)別

但兩者有本質(zhì)區(qū)別：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路。同一元件的常開、常閉觸點(diǎn)動(dòng)作具有同一性，沒有先后順序之分。而PLC的梯形圖使用的是內(nèi)部繼電器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等，靠軟件實(shí)現(xiàn)控制。同一元件常開、常閉觸點(diǎn)的動(dòng)作有先后順序之分。因?yàn)镻LC執(zhí)行梯形圖時(shí)，是按指令的掃描順序執(zhí)行的，故同一個(gè)元件的常開、常閉觸點(diǎn)動(dòng)作有先后順序之分。相關(guān)知識(shí)助記符語言PLC的助記符語言是PLC的命令語句表達(dá)式，它與計(jì)算機(jī)匯編語言相類似。用戶可以直觀地根據(jù)梯形圖，寫出助記符語言程序，如圖1-6(b)所示為三菱PLC的助記符語言。并通過編程器（或計(jì)算機(jī)）傳送到PLC中去。不同廠家生產(chǎn)的PLC所使用的助記符有所不同。相關(guān)知識(shí)順序功能圖（狀態(tài)圖）語言順序功能圖（狀態(tài)圖）常用來編制順序控制類程序。它包括工步、動(dòng)作、轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)條件三要素。順序功能編程法可將一個(gè)復(fù)雜的控制過程分解為一些具體的工作狀態(tài)，把這些具體的功能分別處理后，再把這些具體的狀態(tài)依一定的順序控制要求，組合成整體的控制程序。順序功能圖體現(xiàn)了一種編程思想，在程序的編制中有很重要的意義。順序功能圖如圖1-8所示。圖1-8順序功能圖

相關(guān)知識(shí)

PLC運(yùn)行程序的方式與微型計(jì)算機(jī)相比有較大的不同，微型計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序時(shí)，一旦執(zhí)行到END指令，程序運(yùn)行結(jié)束。而PLC從0000號(hào)存儲(chǔ)地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)的情況下，按存儲(chǔ)地址號(hào)遞增的方向順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到END指令結(jié)束。然后再?gòu)念^開始執(zhí)行，并周而復(fù)始地重復(fù)，直到停機(jī)或從運(yùn)行狀態(tài)（RUN）切換到停止?fàn)顟B(tài)（STOP）時(shí)，程序才停止運(yùn)行。我們把PLC這種執(zhí)行程序的方式稱為掃描工作方式。每次從程序開始掃描到程序結(jié)束（END），就構(gòu)成一個(gè)掃描周期。另外，PLC對(duì)輸入、輸出信號(hào)的處理與微型計(jì)算機(jī)不同。微型計(jì)算機(jī)對(duì)輸入、輸出信號(hào)實(shí)時(shí)處理，而PLC對(duì)輸入、輸出信號(hào)是集中批處理。PLC掃描周期主要分三個(gè)階段：輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。3．PLC的基本工作原理PLC的工作過程相關(guān)知識(shí)1）輸入采樣PLC在開始執(zhí)行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序?qū)⑺休斎胄盘?hào)，讀入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個(gè)過程稱為輸入采樣。PLC在運(yùn)行程序時(shí)，所需的輸入信號(hào)不是現(xiàn)時(shí)取輸入端子上的信息，而是取輸入映像寄存器中的信息。在本工作周期內(nèi)這個(gè)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會(huì)改變，只有到下一個(gè)掃描周期輸入采樣階段才被刷新。2）程序執(zhí)行PLC完成了輸入采樣工作后，按順序從0000號(hào)地址開始的程序進(jìn)行逐條掃描執(zhí)行，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸出映像寄存器中保存。但這個(gè)結(jié)果在全部程序未被執(zhí)行完畢之前不會(huì)送到輸出端子上。相關(guān)知識(shí)3）輸出刷新在執(zhí)行到END指令，即執(zhí)行完用戶所有程序后，PLC將輸出映像寄存器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器中進(jìn)行輸出，驅(qū)動(dòng)用戶設(shè)備。PLC掃描過程示意圖如圖1-9所示。PLC工作過程除了包括上述三個(gè)主要階段外，還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作。在內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。圖1-9PLC掃描過程示意圖相關(guān)知識(shí)

輸入/輸出的滯后現(xiàn)象從微觀上來考察，由于PLC特定的掃描工作方式，程序在執(zhí)行過程中所用的輸入信號(hào)是本周期內(nèi)采樣階段的輸入信號(hào)。若在程序執(zhí)行過程中，輸入信號(hào)發(fā)生變化，其輸出不能立即作出反應(yīng)，只能等到下一個(gè)掃描周期開始時(shí)采樣該變化了的輸入信號(hào)。另外，程序執(zhí)行過程中產(chǎn)生的輸出不是立即去驅(qū)動(dòng)負(fù)載，而是將處理的結(jié)果存放在輸出映像寄存器中，等程序全部執(zhí)行結(jié)束，才能將輸出映像寄存器的內(nèi)容通過鎖存器輸出到端子上。因此，PLC最顯著的不足之處是輸入/輸出有響應(yīng)滯后現(xiàn)象。但對(duì)于一般工業(yè)設(shè)備來說，其輸入為一般的開關(guān)量，其輸入信號(hào)的變化周期（秒級(jí)以上）大于程序的掃描周期（毫微秒級(jí)），因此，從宏觀上來考察，輸入信號(hào)一旦變化，就能立即進(jìn)入輸入映像寄存器。也就是說，PLC的輸入/輸出滯后現(xiàn)象對(duì)一般工業(yè)設(shè)備來說是完全允許的。但對(duì)某些設(shè)備，如需要輸出對(duì)輸入作快速反映，這時(shí)可采用快速響應(yīng)模塊、高速計(jì)數(shù)模塊以及中斷處理等措施來盡量減少滯后時(shí)間。相關(guān)知識(shí)從PLC的工作過程，可以總結(jié)如下幾個(gè)結(jié)論：1）以掃描的方式執(zhí)行程序，其輸入/輸出信號(hào)間的邏輯關(guān)系，存在著原理上的滯后。掃描周期越長(zhǎng)，滯后就越嚴(yán)重。2）掃描周期除了包括輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)主要工作階段所占的時(shí)間外，還包括系統(tǒng)管理操作占用的時(shí)間。其中，程序執(zhí)行的時(shí)間與程序的長(zhǎng)短及指令操作的復(fù)雜程度有關(guān)，其他基本不變。掃描周期一般為毫微秒級(jí)。3）第N次掃描執(zhí)行程序時(shí)，所依據(jù)的輸入數(shù)據(jù)是該次掃描周期中采樣階段的掃描值XN；所依據(jù)的輸出數(shù)據(jù)有上一次掃描的輸出值YN-—1，也有本次的輸出值YN送往輸出端子的信號(hào)，最終是本次執(zhí)行全部