PLC在地鐵設(shè)備中的應(yīng)用 課件 第四章 可編程序控制器介紹

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第四章可編程序控制器介紹第一節(jié)PLC的產(chǎn)生、發(fā)展與用途第二節(jié)PLC的組成和工作原理第三節(jié)PLC的特點及分類第四節(jié)PLC的編程語言第五節(jié)S7-200系列PLC的硬件系統(tǒng)第六節(jié)S7-200系列PLC的存儲器區(qū)域及尋址方式返回一、PLC的產(chǎn)生

美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù)這一設(shè)想，于1969年研制成功了第一臺PDP一14可編程序控制器。對可編程序控制器定義如下：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出控制各種機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計?！倍?、PLC的發(fā)展趨勢

具體表現(xiàn)在以下幾個方面。1．向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展2．向大容量、高速度方向發(fā)展3．智能型I／O模塊和現(xiàn)場安裝的發(fā)展4．編程軟件圖形化及組態(tài)軟件與PLC的軟件化第一節(jié)PLC的產(chǎn)生、發(fā)展與用途三、PLC的用途PLC的應(yīng)用范圍通?？煞殖梢韵挛孱悾?．順序控制2．運動控制3．過程控制4．?dāng)?shù)據(jù)處理5．通信網(wǎng)絡(luò)第二節(jié)PLC的組成和工作原理

一、PLC的組成從硬件結(jié)構(gòu)上看，它也有中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）接口等。（一）中央處理器(CPU)單元它的主要功能是：⑴接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，以掃描方式通過I/O部件接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并分別存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲器中。⑵檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并診斷用戶程序的語法錯誤。⑶當(dāng)PLC投入運行時，從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，經(jīng)過命令解釋并按指令規(guī)定的任務(wù)進行數(shù)據(jù)傳送、邏輯或算術(shù)運算等；并根據(jù)運算結(jié)果更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容；等到所有用戶程序掃描執(zhí)行完畢后，在經(jīng)輸出部件實現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。返回（二）存儲器單元PLC的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩部分。系統(tǒng)存儲器用來存放由PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM內(nèi)，用戶不能直接更改。其內(nèi)容主要包括三部分：第一部分為系統(tǒng)管理程序。第二部分為用戶指令解釋程序。第三部分為標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用。用戶存儲器包括用戶程序存儲器(程序區(qū))和數(shù)據(jù)存儲器(數(shù)據(jù)區(qū))兩部分。用戶程序存儲器用來存放用戶針對具體控制任務(wù)用規(guī)定的PLC編程語言編寫的各種用戶程序。用戶數(shù)據(jù)存儲器可以用來存放(記憶)用戶程序中所使用器件的ON／OFF狀態(tài)和數(shù)值、數(shù)據(jù)等。（三）輸入／輸出單元輸入／輸出單元是PLC與現(xiàn)場輸入輸出設(shè)備或其他外部設(shè)備之間的連接部件。PLC通過輸入模塊把工業(yè)設(shè)備或生產(chǎn)過程的狀態(tài)或信息讀入中央處理單元，通過用戶程序的運算和處理，把結(jié)果通過輸出模塊輸出給執(zhí)行單元。圖4-1開關(guān)量直流輸入電路1.開關(guān)量輸入接口電路通常PLC的輸入類型可以是直流、交流和交直流。圖4-1為開關(guān)量直流輸入電路。圖4-1開關(guān)量直流輸入電路2.開關(guān)量輸出接口電路輸出接口電路通常有三種類型：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。圖4-2為這三種類型的開關(guān)量輸出電路。（四）電源部分（五）接口單元接口單元包括擴展接口、編程器接口、存儲器接口和通信接口。（六）外部設(shè)備PLC的外部設(shè)備主要有編程器、文本顯示器、操作面板、打印機等等。圖4-2開關(guān)量輸出電路

(a)晶體管輸出(b)雙向晶閘管輸出(c)繼電器輸出返回PLC是按集中輸入、集中輸出、不斷的周期性循環(huán)掃描的方式進行工作的。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令執(zhí)行開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。PLC采集現(xiàn)場信息即采集輸入信號有以下兩種方式：⑴集中采樣輸入方式。⑵立即輸入方式。同樣，PLC對外部的輸出控制也有以下兩種方式：⑴集中輸出方式。⑵立即輸出方式。二、PLC的工作原理繼電器控制系統(tǒng)是一種硬件邏輯系統(tǒng)，如圖4-3（a）所示。PLC是一種工業(yè)控制計算機，與普通計算機一樣，屬于串行工作方式，如圖4-3（b）所示。（一）PLC的工作過程PLC工作的全過程可用圖4-4所示的運行原理框圖來表示。整個過程可分為三部分。第一部分是上電處理。第二部分是掃描過程。第三部分是出錯處理。圖4-4PLC運行原理框圖返回PLC典型的掃描周期如圖4-5所示(不考慮立即輸入、立即輸出情況)。⑴輸入采樣階段

⑵程序執(zhí)行階段⑶輸出刷新階段（二）關(guān)于可編程序控制器的時間滯后問題返回第三節(jié)PLC的特點及分類

一、PLC的特點1．可靠性高，抗干擾能力強2．通用靈活3．編程簡單方便4．功能完善，擴展能力強5．設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短，維護方便二、PLC的分類（一）按PLC的I/O點數(shù)分類⑴小型PLC表4-1給出了部分小型機的技術(shù)指標(biāo)。

⑵中型PLC表4-2給出了部分中型機的技術(shù)指標(biāo)。⑶大型PLC表4-3給出了部分大型機的技術(shù)指標(biāo)。（二）按PLC的控制性能分類⑴低檔機⑵中檔機⑶高檔機

返回返回返回返回圖4-6整體式PLC組成示意圖（三）按PLC的結(jié)構(gòu)分類⑴整體式整體式PLC組成如圖4-6所示。⑵組合式

如圖所示4-7。圖4-7組合式PLC組成示意圖返回第四節(jié)PLC的編程語言

1．梯形圖(LAD)圖4-8是典型的梯形示意圖。2．語句表(STL)圖4-9是一個簡單的PLC程序，圖(a)是梯形圖程序，圖(b)是相應(yīng)的語句表。3.順序功能流程圖(SFC)4.功能塊圖(FBD)圖4-10為FBD的一個簡單使用例子。返回圖4-10FBD簡單舉例圖4-8梯形圖舉例圖4-9LAD和STL應(yīng)用舉例(a)梯形圖程序；(b)語句表程序返回（一）硬件系統(tǒng)基本構(gòu)成主要包括以下幾部分：⑴基本單元⑵擴展單元⑶特殊功能模塊⑷相關(guān)設(shè)備⑸工業(yè)軟件（二）主機結(jié)構(gòu)及性能特點CPU22*系列PLC主機(CPU模塊)的外形如圖4-11所示。（三）輸入／輸出的擴展1.I／O擴展模塊2.功能擴展模塊第五節(jié)S7-200系列PLC的硬件系統(tǒng)一、S7-200系列PLC的硬件系統(tǒng)返回圖4-11CPU22*系列PLC的CPU外形圖返回3．I／O點數(shù)擴展和編址如圖4-12所示。圖4-12CPU224的擴展配置二.外端子接線圖見圖4-13和4-14中。圖4-13CPU221的DC輸入/DC輸出接線圖4-14CPU221的DC輸入/繼電器輸出接線第六節(jié)PLC的數(shù)據(jù)存儲區(qū)及尋址方式一、存儲器區(qū)域1．?dāng)?shù)字量輸入繼電器（I）輸入繼電器如圖3-15所示。2．?dāng)?shù)字量輸出繼電器(Q)輸出繼電器見示意圖3-16。3．模擬量輸入映像寄存器（AI）、模擬量輸出映像寄存器(AQ)4．輔助繼電器(M)返回圖4-16輸出繼電器示意圖圖4-15輸入繼電器示意圖5．定時器(T)6．計數(shù)器(C)7．特殊繼電器(SM)SM0.0運行監(jiān)控，在運行過程時始終為1SM0.1首次掃描為1，以后為0，常用來對程序進行初始化，屬只讀型；SM0.2當(dāng)RAM數(shù)據(jù)丟失時為1，保持一個掃描周期，可做錯誤存儲器位；SM0.3開機進入RUN時為ON一個掃描周期，可在不斷電的情況下代替SM0.1的功能；SM0.4分脈沖，30S閉合/30S斷開；SM0.5秒脈沖，0.5S閉合/0.5S斷開；SM0.6掃描時鐘脈沖，閉合1個掃描周期/斷開1個掃描周期，交替循環(huán)；SM0.7開關(guān)放置在RUN位置時為1，在TERM位置為0，常用在自由口通信處理中；8．變量存儲器(V)9．局部變量存儲器(L)10．順序控制繼電器(S)11．高速計數(shù)器(HC)12．累加器(AC)二、尋址方式（一）直接尋址1.位尋址（bit）圖4-17為字節(jié)·位尋址的例子。2.字節(jié)、字和雙字尋址如圖4-18是以變量存儲器(V)為例分別存取3種長度數(shù)據(jù)的比較。圖4-17字節(jié)·位尋址返回圖4-18字節(jié)、字、雙字對同一地址存取操作的比較返回（二