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1、,,學(xué)習(xí)情境一 S7200可編程控制器基本模塊的使用,1.1 概述 1.2 PLC的硬件組成 1.3 PLC的軟件系統(tǒng) 1.4 PLC的工作過程 1.5 建立PLC與計(jì)算機(jī)的連接 （STEP-7 MICRO/WIN入門）,1.1 概述,PLC在早期是一種開關(guān)邏輯控制裝置，被稱為可編程序邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱PLC。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，PLC采用微處理器作為其控制核心，它的功能已不再局限于邏輯控制的范疇。因此，1980年美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)(NEMA)將其命名為Programmable Controller(PC)，但為避免與個(gè)
2、人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡(jiǎn)稱PC混淆，習(xí)慣上仍將其稱為PLC。,1.1.1 PLC的定義,國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）于 1982年11月1985年1月對(duì)可編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命令，并通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)”。,PLC的定義,PLC的產(chǎn)生與發(fā)展,PLC的應(yīng)用領(lǐng)域,PLC與其他
3、工業(yè)控制系統(tǒng)的比較,PLC與繼電接觸器控制系統(tǒng)的比較,PLC與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較,PLC 的特點(diǎn),,請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合右邊的主題寫一篇關(guān)于PLC在某個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的綜述,PLC的基本組成,PLC主要由CPU模塊、輸入/輸出模塊、電源模塊和外部設(shè)備組成,,整體式,組合式,PLC的基本分類,小型機(jī)常采用整體式,中、大型機(jī)常采用組合式,1.2 認(rèn)知PLC的硬件組成,整體式 PLC的基本組成框圖,,,,,,,,,組合式 PLC的基本組成框圖, 輸入并存儲(chǔ)用戶程序、顯示輸入內(nèi)容和地址；,CPU指揮PLC完成各種預(yù)定的功能, 檢查、校驗(yàn)用戶程序，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤即報(bào)警；, 執(zhí)行用戶程序、驅(qū)動(dòng)外部輸出設(shè)備動(dòng)作；, 診斷故障
4、、記憶故障信息并報(bào)警。,1.2.1 CPU單元,,PLC中所采用的CPU通常有三種 ： （1）通用處理器：8086、80286、80386 （2）單片機(jī)芯片：8031、8096 （3）位片式微處理器：AMD-2900 小型PLC多采用8位微處理器或單片機(jī)作為CPU 中型PLC多采用16位微處理器或單片機(jī)作為CPU 大型PLC多采用高速位片式微處理器,系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)系統(tǒng)系統(tǒng)程序,用戶程序存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)系統(tǒng)用戶程序,工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù),2. 存儲(chǔ)器,RAM：存儲(chǔ)各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正調(diào) 試的程序。 ROM：存放監(jiān)控程序和用戶已調(diào)試好的程序。,存儲(chǔ)器,PLC與外部設(shè)備聯(lián)系
5、的橋梁,開關(guān)量輸入單元,開關(guān)量輸出單元,,,1.2.2. I/O單元,輸入、輸出接口：采用光電隔離，實(shí)現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。,輸出接口作用：將主機(jī)向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行電路的信號(hào)，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計(jì)算機(jī)與外部強(qiáng)電隔離。,輸出三種形式：繼電器 -- 低速大功率 可控硅 -- 高速大功率 晶體管 -- 高速小功率,輸入接口作用：將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主機(jī)。,（1）輸入接口電路：采用光電耦合器，防止強(qiáng)電干擾。,,直流輸入電路,交流輸入電路,,繼電器輸出,（2）輸出接口電路：,以繼電
6、器形式為例：,PLC,+,交流電源或直流電源,晶體管輸出電路,光電耦合,輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示,公共端,輸出點(diǎn),晶閘管輸出電路,光電耦合,輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示,公共端,輸出點(diǎn),繼電器輸出電路,輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示,繼電器,機(jī)械觸點(diǎn),公共端,輸出點(diǎn),PLC由開關(guān)式穩(wěn)壓電源為內(nèi)部電路供電,抗干擾性能好,有的PLC能向外部提供24V的直流電源,可作為輸入單元連接的外部設(shè)備的電源,開關(guān)電源,輸入電壓范圍寬,體積小,重量輕,效率高,1.2.3 電源單元,電源單元,把外部供應(yīng)的電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各單元所需的電源。 有的電源單元還向外提供24v隔離直流電源，可供開關(guān)量輸入單元連接的現(xiàn)場(chǎng)無源開關(guān)等使用。,PLC的供電,各種
7、接口、高功能模塊：便于擴(kuò)展 小型機(jī)：一體機(jī)。有接口可擴(kuò)展。,Power in a Small Package!!,電源模塊,CPU模塊,IO模塊,底 板,中、大型機(jī)：模塊式?？筛鶕?jù)需要在主板上隨意組合。,PLC的外部設(shè)備主要有： 編程設(shè)備 觸摸屏 操作面板 文本顯示器 打印機(jī) 等,1.2.4 外部設(shè)備,編程設(shè)備,,,PC FP PROGRAMMER,,,,,,,,,,,,,(HELP) CLR,WRT,FN/P FL,STK IX/IY,NOT DT/Ld,READ ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,OT LWL,OR RWR,AN YWY,ST XWX,SRC ,
8、(-) OP,(BIN) K/H,,,,,,SC,CT CEV,TM TSV,ACLR,ENT,B,A,F,E,D,C,9,8,3,2,1,0,7,6,5,4,(DELT) CLR,編程器是對(duì)PLC進(jìn)行操作的工具,專 用 編 程 器,在裝有專用編程軟件的計(jì)算機(jī)上編程,簡(jiǎn)易編程器,直插式、便攜式,計(jì)算機(jī)輔助編程,圖形編程器,,編程工具,1.3 PLC的軟件系統(tǒng),1.3.1 系統(tǒng)程序 系統(tǒng)程序是由PLC的制造者采用匯編語言編寫的，固化于ROM型系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中，用于控制PLC本身的運(yùn)行，用戶不能更改。 系統(tǒng)程序分為： 1.系統(tǒng)管理程序 2.用戶指令解釋程序 3.標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用程序,PLC的
9、軟件系統(tǒng),1.3.2 用戶程序 用戶程序又稱為應(yīng)用程序，是用戶為完成某一控制任務(wù)而利用PLC的編程語言編制的程序。用戶程序是線性地存儲(chǔ)在系統(tǒng)程序制定的存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)。 1用戶環(huán)境 用戶環(huán)境是由系統(tǒng)程序生成的，它包括用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、用戶元件區(qū)、用戶程序存儲(chǔ)區(qū)、用戶參數(shù)、文件存儲(chǔ)區(qū)等。 2用戶程序結(jié)構(gòu) 用戶程序結(jié)構(gòu)大致可以分為三種： （1）線性程序（2）分塊程序（3）結(jié)構(gòu)化程序 3用戶程序語言 PLC的編程語言有多種，其中梯形圖、語句表、功能塊圖是三種基本語言。,1.4 PLC的工作過程,PLC的循環(huán)掃描工作過程,接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制,1.4.1 接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制,繼電接觸器控制系統(tǒng)，又稱
10、為接線程序控制系統(tǒng)，是通過電器元器件的固定接線來實(shí)現(xiàn)控制邏輯，完成控制任務(wù)的。,,接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制,在PLC控制系統(tǒng)中，用戶根據(jù)控制要求編制出相應(yīng)的控制程序，并寫入PLC的程序存儲(chǔ)器中。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，PLC將程序執(zhí)行結(jié)果輸出給相應(yīng)的輸出設(shè)備，控制被控對(duì)象工作。 這種控制稱為存儲(chǔ)程序控制。,1.4.2 PLC 的循環(huán)掃描工作過程,掃描工作分為 5 個(gè)階段,PLC的循環(huán)掃描工作過程,掃描工作一般分為：讀輸入、執(zhí)行程序、處理通信請(qǐng)求、自診斷檢查和寫輸出等過程，CPU反復(fù)不停地分階段處理上述各種不同的任務(wù)，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為循環(huán)掃描。 執(zhí)行用戶程序只是掃描周期的一個(gè)組成部分，用戶
11、程序不運(yùn)行時(shí)，PLC也在掃描，只不過在一個(gè)周期中去除了執(zhí)行用戶程序和讀輸入、寫輸出的內(nèi)容。,PLC最主要的工作方式是循環(huán)掃描（周期掃描）,PLC在運(yùn)行工作狀態(tài)，執(zhí)行如上所述的一次掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為1100ms。掃描周期與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和CPU的運(yùn)算速度有很大的關(guān)系。用戶程序較長(zhǎng)時(shí)，指令執(zhí)行的時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。,循環(huán)掃描工作流程,PLC,接通電源,初始化,,硬件檢查,正常？,異常報(bào)警,異常處理,掃描周期監(jiān)視,執(zhí)行用戶程序,程序結(jié)束？,掃描周期檢查,有固定設(shè)置？,等待,掃描周期計(jì)算,I/O刷新,外設(shè)端口服務(wù),異常,,(1) PLC掃描工作各環(huán)節(jié)的功
12、能, PLC上電后，首先檢查硬件是否正常。, 按自上而下的順序，逐條讀用戶程序并執(zhí)行。,對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 將結(jié)果存入元件映象寄存器。, 計(jì)算掃描周期。,若正常，則進(jìn)行下一步；若不正常，則報(bào)警并作處理。,,,母線, I/O刷新階段。, 外設(shè)端口服務(wù)。,讀輸入點(diǎn)的狀態(tài)并寫入輸入映像寄存器。,將元件映像寄存器的狀態(tài)經(jīng)輸出鎖存器、輸出電路送到輸出點(diǎn)。,訪問外設(shè)端口連接的外部設(shè)備。,,讀,讀,讀,寫,寫,執(zhí)行用戶程序,(2) PLC執(zhí)行用戶程序的過程,,(3) PLC控制的原理,等效電路圖,SB1,公共端,公共端,輸出端子,輸入端子,主電路,線圈通電,SB1閉合,I0.0 閉合,接點(diǎn)閉合,,觸點(diǎn)閉合,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn),觸點(diǎn)閉合,,,SB2,ST,,,,,,,,SB1,KM,,,線圈斷電,I0.1斷開,接點(diǎn)斷開,觸點(diǎn)斷開,電動(dòng)停轉(zhuǎn),觸點(diǎn)斷開,SB2閉合,,KM,
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