可编程序控制器的基本原理优秀PPT.ppt

CPUDIAI输输入入映映像像寄寄存存器器输输出出映映像像寄寄存存器器DOAO.1PLC PLC 应用基础应用基础 第第2章章 可编程序限制器的基本原理可编程序限制器的基本原理2.2 2.2 可编程序限制器的各组成部分可编程序限制器的各组成部分可编程序限制器的各组成部分可编程序限制器的各组成部分 2.3 2.3 可编程序限制器的工作原理可编程序限制器的工作原理可编程序限制器的工作原理可编程序限制器的工作原理 2.4 2.4 可编程序限制器的编程语言可编程序限制器的编程语言可编程序限制器的编程语言可编程序限制器的编程语言 2.1 2.1 可编程序限制器的基本结构可编程序限制器的基本结构可编程序限制器的基本结构可编程序限制器的基本结构 2鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 CPU电电 源源通通信信接接口口输输入入接接口口I/O扩扩展展接接口口I/O扩扩展展模模块块输输出出接接口口存储器存储器系统系统 用户用户程序程序 程序程序外部设备外部设备编程器编程器计算机计算机打印机打印机条码扫描仪条码扫描仪图形监控设备图形监控设备PLC主机主机按钮按钮触点触点行程开关行程开关用户输入设备用户输入设备指示灯指示灯电磁线圈电磁线圈电磁阀电磁阀用户输出设备用户输出设备2.1 可编程序限制器的基本结构可编程序限制器的基本结构 整体式整体式整体式整体式 PLC PLC 3 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 CPU 模块模块 智能智能I/O模块模块 通信模块通信模块 编程器编程器 PLC/上位计算机上位计算机 工工 业业 现现 场场 过过 程程 输入模块输入模块 输出模块输出模块 模块式模块式模块式模块式 PLC PLC 4 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 2.2 可编程序限制器的各组成部分可编程序限制器的各组成部分 一、中心处理单元一、中心处理单元 CPU1.CPU 的功能的功能(1)读入现场状态；读入现场状态；(2)限制存储和解读用户程序；限制存储和解读用户程序；(3)执行各种运算程序；执行各种运算程序；(4)输出运算结果；输出运算结果；(5)执行系统诊断功能；执行系统诊断功能；(6)与外部设备或计算机通信等。与外部设备或计算机通信等。5 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 2.CPU 2.CPU 的构成的构成的构成的构成 由（超）大规模集成电路的处理芯片构成。由（超）大规模集成电路的处理芯片构成。(1)用通用微处理器作用通用微处理器作 CPU 低档低档 PLC 普遍常用普遍常用 Z80 作作 CPU。通用处理器：通用处理器：Intel 8086、80286、80386等。等。(2)用单片机作用单片机作 CPU Intel 公司的公司的 MCS45 系列或系列或 MCS51系列。系列。如单片机芯片：如单片机芯片：8031、8096。(3)位片式微处理器位片式微处理器作作 CPU 位片式微处理器：位片式微处理器：AMD2900。6 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 二、存储器二、存储器 1.1.存储器的类型存储器的类型存储器的类型存储器的类型 ROM ROM、RAMRAM、PROMPROM、EPROMEPROM、EAROM EAROM、EEPROMEEPROM。2.2.存储器的划分存储器的划分存储器的划分存储器的划分(1)(1)系统存储器系统存储器系统存储器系统存储器 ROM ROM 存储器。存储器。存储器。存储器。(2)(2)用户程序存储器用户程序存储器用户程序存储器用户程序存储器 有掉电爱护的有掉电爱护的有掉电爱护的有掉电爱护的 RAM RAM 或或或或 EEPROM EEPROM 存储器。存储器。存储器。存储器。不同型号的不同型号的不同型号的不同型号的 PLC PLC 其存储器的容量差别很大。其存储器的容量差别很大。其存储器的容量差别很大。其存储器的容量差别很大。7 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 (3)工作数据存储器工作数据存储器 有掉电爱护的有掉电爱护的 RAM 或或 EEPROM 存储器。存储器。在工作数据区预先开拓了在工作数据区预先开拓了“元件映像寄存器元件映像寄存器”和变量数据区。和变量数据区。有掉电时能保持数据的区域有掉电时能保持数据的区域 数据保持区。数据保持区。8 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 三、输入三、输入/输出模块输出模块 输入输入/输出信号：开关量、模拟量。输出信号：开关量、模拟量。开关量：直流量、沟通量。开关量：直流量、沟通量。CPUDIAI输输入入映映像像寄寄存存器器输输出出映映像像寄寄存存器器DOAO.9 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 1.1.数字量（开关量）输入接口电路数字量（开关量）输入接口电路数字量（开关量）输入接口电路数字量（开关量）输入接口电路 (1)直流输入接口电路直流输入接口电路 内内部部电电路路R2 U VT 滤波滤波SCOM 电源极性任意电源极性任意R1 RCLED 输入指示输入指示10 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 (2)沟通输入接口电路沟通输入接口电路 内内部部电电路路R3 U VT 滤波滤波SCOMR1 R2CLED 输入指示输入指示 11 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 2.2.数字量（开关量）输出接口电路数字量（开关量）输出接口电路数字量（开关量）输出接口电路数字量（开关量）输出接口电路 依据输出电路所用开关器件的不同分类。依据输出电路所用开关器件的不同分类。依据输出电路所用开关器件的不同分类。依据输出电路所用开关器件的不同分类。(1)(1)晶体管输出接口电路晶体管输出接口电路晶体管输出接口电路晶体管输出接口电路 R1 VD1 COM FU 负载负载 内内部部电电路路R2 U LED R3 VT1 VT2 输出输出指示指示VD2 12 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 (2)双向晶闸管输出单元双向晶闸管输出单元 LED 输出输出指示指示R1 COM FU 负载负载 内内部部电电路路R C VT1 VT2 R2 13 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 (3)继电器输出接口电路继电器输出接口电路 KALEDR1COMFU负载负载内内部部电电路路KA VD输输出出指指示示14 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 3.3.模拟量的输入与输出模拟量的输入与输出模拟量的输入与输出模拟量的输入与输出 (1)模拟量输入模拟量输入 采样值采样值A/D 转换转换 8 位位/10 位位/12 位数字量位数字量 输入映像寄存器输入映像寄存器 AI。S7200 PLC中，一个模拟量转换为中，一个模拟量转换为 12 位数位数 字量，但是占用字量，但是占用 AI 一个字长（一个字长（16 位）。位）。输入模拟信号的大小：输入模拟信号的大小：电压：电压：10 10V，0 10V，1 5V 电流：电流：20 20mA，0 20mA，4 20mA。15 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 模拟量输入接口电路模拟量输入接口电路 16 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 (2)模拟量输出模拟量输出 数字量数字量输出映像寄存器输出映像寄存器 AQ D/A 转换（还原）转换（还原）模拟量。模拟量。S7200 PLC 中，输出模拟量未转换前是中，输出模拟量未转换前是 1 个个 字长的数字量，存放在字长的数字量，存放在 AQ 中。中。输出模拟信号的大小：输出模拟信号的大小：电压：电压：10 10V，0 10V，1 5V。电流：电流：20 20mA，0 20mA，4 20mA。输出可以干脆驱动小功率的设备。输出可以干脆驱动小功率的设备。如指示灯、小型继电器如指示灯、小型继电器。大功率或高压设备，要通过中间继电器、大功率或高压设备，要通过中间继电器、电磁开关等进行电压或功率放大才能驱动。电磁开关等进行电压或功率放大才能驱动。17 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 模拟量输出接口电路模拟量输出接口电路 18 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 四、外部设备四、外部设备 编程器编程器 人机界面（操作员接口）人机界面（操作员接口）外存储器外存储器 EEPROM 写入器写入器 通用打印机模块通用打印机模块 大屏幕彩色图形监控设备大屏幕彩色图形监控设备 条码扫描仪条码扫描仪 盒式磁带机盒式磁带机 PLC 或上位计算机或上位计算机 通讯接口通讯接口 CPU TD200操作员界面操作员界面19 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 编程器编程器编程器编程器 (1)作用作用 输入、编辑、调试用户程序。输入、编辑、调试用户程序。在线监控在线监控 PLC 内部状态和参数。内部状态和参数。与与 PLC 进行人机对话。进行人机对话。(2)编程器的种类编程器的种类 专用编程器专用编程器 编程软件编程软件+通用计算机通用计算机 功能：编程、监控、打印、功能：编程、监控、打印、数据采集和分析、系统仿真等。数据采集和分析、系统仿真等。（与固定型号的（与固定型号的 PLC 配套运用）配套运用）简易编程器简易编程器 智能编程器智能编程器 20 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 五、五、智能模块智能模块 PID 限制模块限制模块 高速计数模块高速计数模块 温度测量模块温度测量模块 运动限制模块运动限制模块 通信模块通信模块 ASCII 模块模块 BASIC 模块模块 中断限制模块中断限制模块 21 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 六、电源六、电源 内部有一个开关电源。内部有一个开关电源。电源的容量取决于电源的容量取决于 PLC 的型号。的型号。S7200 CPU 的内部电源为自身、扩展模块、的内部电源为自身、扩展模块、其他用电设备供应其他用电设备供应 5 V、24 V DC 电源。电源。扩展模块通过与扩展模块通过与 CPU 连接的总线连接电缆取连接的总线连接电缆取 得得 5 V 直流电源。直流电源。CPU 向外供应的向外供应的 24 V DC 电源从（电源从（L，M）端引出。该电源为端引出。该电源为 (1)本机集成的本机集成的、扩展模块上的、扩展模块上的 I/O 点供电。点供电。(2)特殊的模块、智能模块供电。特殊的模块、智能模块供电。(3)从通信口输出，供应应从通信口输出，供应应 PC/PPI 编程电缆、编程电缆、TD200 文本显示操作界面等设备。文本显示操作界面等设备。22 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 电源的容量：电源的容量：表表2-1 S7200 CPU 的供电能力（的供电能力（mA）CPU 型号型号 5V/24V CPU 型号型号 5V/24V CPU 221 /180 CPU 222 340/180CPU 224 660/280 CPU 226 1 000/400 假如总需求超过假如总需求超过 CPU 的供电实力：的供电实力：必需削减或变更模块的配置。必需削减或变更模块的配置。需增加外部需增加外部 24 V DC 电源。电源。23 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 2.3 可编程序限制器的工作原理可编程序限制器的工作原理一、一、PLC 的扫描工作方式的扫描工作方式 PLC 接受接受“依次扫描、不断循环依次扫描、不断循环”的工作方式。的工作方式。CPU 连续执行用户程序，任务的循环序列称为连续执行用户程序，任务的循环序列称为 扫描。扫描。一个扫描周期包含以下任务一个扫描周期包含以下任务读输入读输入 执行程序执行程序 处理通信恳求处理通信恳求 执行执行CPU自诊断自诊断 写输出写输出 24 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 二、二、PLC 的扫描工作过程的扫描工作过程 1.1.输入采样阶段输入采样阶段输入采样阶段输入采样阶段 读读读读(采样采样采样采样)输入端子的信号输入端子的信号输入端子的信号输入端子的信号 存入存入存入存入(刷新刷新刷新刷新)I)I 中。中。中。中。没有运用的没有运用的没有运用的没有运用的 I I 位被清零。位被清零。位被清零。位被清零。2.2.程序执行阶段程序执行阶段程序执行阶段程序执行阶段 执行用户程序。执行用户程序。执行用户程序。执行用户程序。程序按指令依次执行（跳转指令例外）。程序按指令依次执行（跳转指令例外）。程序按指令依次执行（跳转指令例外）。程序按指令依次执行（跳转指令例外）。对输入指令，从对输入指令，从对输入指令，从对输入指令，从 I I 中读取数据。中读取数据。中读取数据。中读取数据。对输出指令，将输出值存入对输出指令，将输出值存入对输出指令，将输出值存入对输出指令，将输出值存入 Q Q 中。中。中。中。马上输入马上输入马上输入马上输入/输出指令除外。输出指令除外。输出指令除外。输出指令除外。25 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 3.3.处理通信恳求处理通信恳求处理通信恳求处理通信恳求 CPU CPU 处理从通信端口接收到的任何信息。处理从通信端口接收到的任何信息。处理从通信端口接收到的任何信息。处理从通信端口接收到的任何信息。处理通信恳求的时间是可以调整的。处理通信恳求的时间是可以调整的。处理通信恳求的时间是可以调整的。处理通信恳求的时间是可以调整的。4.4.执行执行执行执行 CPU CPU 的自诊断的自诊断的自诊断的自诊断 CPU CPU 检查其硬件、检查其硬件、检查其硬件、检查其硬件、I/O I/O 模块状态、用户存储器。模块状态、用户存储器。模块状态、用户存储器。模块状态、用户存储器。发觉故障，报警或停止程序运行。发觉故障，报警或停止程序运行。发觉故障，报警或停止程序运行。发觉故障，报警或停止程序运行。5.5.输出刷新阶段输出刷新阶段输出刷新阶段输出刷新阶段 将将将将 Q Q 中的输出值中的输出值中的输出值中的输出值 输出锁存器输出锁存器输出锁存器输出锁存器 驱动被控对象按新的输出值动作。驱动被控对象按新的输出值动作。驱动被控对象按新的输出值动作。驱动被控对象按新的输出值动作。26 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 PLC PLC 的工作过程的工作过程的工作过程的工作过程 输输 入入 端端 子子输输入入映映像像寄寄存存器器输输出出锁锁存存输输出出端端子子元元件件映映像像寄寄存存器器输输入入信信号号输输出出刷刷新新输入刷新阶段输入刷新阶段读读写写读读写写读读写写刷刷新新输输出出执行程序阶段执行程序阶段输出刷新阶段输出刷新阶段27 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 三、三、PLC 的输入的输入/输出滞后现象输出滞后现象 影响输入影响输入/输出响应滞后的主要因素有：输出响应滞后的主要因素有：输入延迟时间。输入延迟时间。扫描周期。扫描周期。输出延迟时间。输出延迟时间。程序语句的支配，程序语句的支配，影响程序执行时间。影响程序执行时间。如图所示程序：如图所示程序：从从 I0.0 接通到接通到 Q0.1 接通延迟了接通延迟了 一个多扫描周期（正常）。一个多扫描周期（正常）。而而 Q0.0 被接通却延迟了两个多被接通却延迟了两个多 扫描周期（不正常）。扫描周期（不正常）。解决方法：解决方法：交换网络交换网络 1 与网络与网络 2 前后位置。前后位置。28 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 四、四、PLC 的脉冲捕获功能的脉冲捕获功能 扫描周期扫描周期 n 扫描周期扫描周期 n+1 输入刷新输入刷新 输入刷新输入刷新 捕获到的输入脉冲捕获到的输入脉冲 脉冲丢失，因为它发生脉冲丢失，因为它发生 在两次输入刷新之间在两次输入刷新之间物理输入点物理输入点未设置脉冲捕捉功能未设置脉冲捕捉功能具有脉冲捕捉功能具有脉冲捕捉功能物理输入点物理输入点脉冲捕捉脉冲捕捉捕获到的输入脉冲捕获到的输入脉冲 每个每个 CPU 内置的内置的 DI 点均可独立地设置脉冲捕获功能，点均可独立地设置脉冲捕获功能，可识别宽度很小的脉冲。可识别宽度很小的脉冲。29 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 对输入信号进行滤波的目的是为了抑制噪声对输入信号进行滤波的目的是为了抑制噪声 干扰对限制系统的影响。干扰对限制系统的影响。输入滤波分为数字量滤波和模拟量滤波。输入滤波分为数字量滤波和模拟量滤波。S7200 CPU允许为本机集成的数字量输入点允许为本机集成的数字量输入点 选择输入滤波器。选择输入滤波器。模拟量输入的滤波值是模拟量输入设定个数的模拟量输入的滤波值是模拟量输入设定个数的 采样值的平均值。采样值的平均值。五、五、PLC 的输入滤波功能的输入滤波功能 30 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 2.4 可编程序限制器的编程语言可编程序限制器的编程语言一、一、PLC 软件的基本概念软件的基本概念 1.系统软件系统软件(1)系统管理程序系统管理程序 运行管理、存储空间管理、系统自检程运行管理、存储空间管理、系统自检程序。序。(2)用户指令说明程序用户指令说明程序(3)标准程序模块和系统调用标准程序模块和系统调用2.用户程序用户程序 实现限制功能的应用程序。实现限制功能的应用程序。编制不同程序，实现不同功能编制不同程序，实现不同功能 可编程可编程序。序。31 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 二、梯形图二、梯形图 LAD 梯形图是一种图形化的语言，特点：梯形图是一种图形化的语言，特点：(1)梯形图与继电器接触器限制电路相像，易于梯形图与继电器接触器限制电路相像，易于 理解，全世界通用。理解，全世界通用。(2)易于初学者运用。易于初学者运用。(3)可以利用可以利用 STL 编程器显示全部用编程器显示全部用 LAD 编程器编写的程序。编程器编写的程序。(4)各个厂商的图形符号略有不同。各个厂商的图形符号略有不同。I0.0M0.0()I0.0Q0.0()M0.0西门子西门子 X1X1M100Y0M100三菱三菱 32 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 三、语句表三、语句表 STL 语句表是类似汇编语言的指令助记符编程语言。语句表是类似汇编语言的指令助记符编程语言。特点：特点：(1)STL 最适合有阅历的程序员。最适合有阅历的程序员。(2)能解决能解决 LAD 和和 FBD 不易解决的问题不易解决的问题。(3)利用利用 STL 编程器可以查看用编程器可以查看用 LAD 和和 FBD 编程器编写的程序，反之不确定成立。编程器编写的程序，反之不确定成立。语句表语句表=语句。语句。语句语句=操作码操作码+操作数。操作数。33 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 语句表与梯形图语句表与梯形图 LD I0.0 AN M0.0=Q0.0 LD I0.0=M0.0 I0.0M0.0()I0.0Q0.0()M0.0西门子西门子 X1X1M100Y0M100三菱三菱 LD X1 ANI M100 OUT Q0.0 LD X1OUT M0.0 34 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 四、功能块图四、功能块图 FBD 功能块图是用类似数字电路逻辑门符号的逻功能块图是用类似数字电路逻辑门符号的逻 辑盒指令来表示吩咐的一种图形语言。辑盒指令来表示吩咐的一种图形语言。特点：特点：(1)图形逻辑门表示格式有利于程序流的跟踪。图形逻辑门表示格式有利于程序流的跟踪。(2)可以利用可以利用 STL 编程器显示全部用编程器显示全部用 FBD 编程器编写的程序。编程器编写的程序。35 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 功能块图与梯形图功能块图与梯形图 西门子西门子 36 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 五、基于五、基于Windows的编程语言标准的编程语言标准IEC61131-3(1)FBD 功能图块语言功能图块语言 （Function Block Diagram 功能块）。功能块）。(2)SFC 依次功能图语言依次功能图语言 （Sequence Function Chart 流程图）流程图）(3)LD 梯形图语言（梯形图语言（Ladder Diagram）(4)ST 结构化文本语言（类似结构化文本语言（类似 Pascal 等等)（Structure Text）(5)IL 语句表语言语句表语言 （Instruction List）37 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 六、变量的数据类型六、变量的数据类型 指令所允许的数据类型通过标识符得到。指令所允许的数据类型通过标识符得到。基本数据基本数据类类型型内内 容容数据范数据范围围BOOL（1位）位）布布尔尔型型0 1BYTE（8位）位）无符号型无符号型0 255WORD（16位）位）无符号整数无符号整数0 65 535INT（16位）位）有符号整数有符号整数32 768 32 767DWORD（32位）位）无符号双整数无符号双整数0 2321DINT（32位）位）有符号双整数有符号双整数231 2311REAL（32位）位）IEEE 32 浮点数（浮点数（实实数）数）1038 1038 表表2-1 基本数据类型基本数据类型 38 鲁东高校交通学院第第2章章 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 表表2-2 数据类型检查与等价数据类型数据类型检查与等价数据类型 完全数据完全数据类类型型检查检查简单简单数据数据类类型型检查检查无数据无数据类类型型检查检查用用户选户选定定数据数据类类型型等价的数等价的数据据类类型型用用户选户选定定数据数据类类型型等价的数等价的数据据类类型型用用户选户选定定的地址的地址分配的等价数分配的等价数据据类类型型BOOLBOOLBOOLBOOLV0.0BOOLBYTEBYTEBYTEBYTEVB0BYTEWORDWORDWORDWORDINTVW0WORD、INTINTINTINTINTWORDVD0DWORD、DINT、REALDWORDDWORDDWORDDWORDDINTDINTDINTDINTDINT、DWORDREALREALREALREAL39 鲁东高校交通学院PLC PLC 应用基础应用基础 第第 2 章章 结结 束束 下一章下一章 上一章上一章 返回主页返回主页 40鲁东高校交通学院