可编程序控制器基本原理

第2章可编程序控制器的基本原理CPUDIAI输入映像寄存器输出映像寄存器DOAO............1第2章可编程序控制器的基本原理2.2可编程序控制器的各组成部分2.3可编程序控制器的工作原理2.4可编程序控制器的编程语言2.1可编程序控制器的基本结构2大连理工大学LFChun制作CPU电源通信接口输入接口I/O扩展接口I/O扩展模块输出接口存储器系统用户程序程序外部设备编程器计算机打印机条码扫描仪图形监控设备PLC主机按钮触点行程开关……用户输入设备指示灯电磁线圈电磁阀……用户输出设备2.1可编程序控制器的基本结构整体式PLC3大连理工大学LFChun制作电磁阀4大连理工大学LFChun制作电磁阀5大连理工大学LFChun制作CPU模块智能I/O模块通信模块编程器PLC/上位计算机工业现场过程输入模块输出模块模块式PLC6大连理工大学LFChun制作2.2可编程序控制器的各组成部分一、中央处理单元CPU1.CPU的功能(1)读入现场状态；(2)控制存储和解读用户程序；(3)执行各种运算程序；(4)输出运算结果；(5)执行系统诊断功能；(6)与外部设备或计算机通信等。7大连理工大学LFChun制作2.CPU的构成由（超）大规模集成电路的处理芯片构成。(1)用通用微处理器作CPU

低档PLC普遍常用Z80作CPU。通用处理器：Intel8086、80286、80386等。(2)用单片机作CPUIntel公司的MCS－45系列或MCS－51系列。如单片机芯片：8031、8096。(3)位片式微处理器作CPU位片式微处理器：AMD－2900。高集成度、高速度、高精度的运算能力8大连理工大学LFChun制作二、存储器

1.存储器的类型ROM、RAM、PROM、EPROM、EAROM、EEPROM。2.存储器的划分(1)系统存储器ROM存储器。(2)用户程序存储器有掉电保护的RAM或EEPROM存储器。不同型号的PLC其存储器的容量差别很大。9大连理工大学LFChun制作(3)工作数据存储器有掉电保护的RAM或EEPROM存储器。在工作数据区预先开辟了“元件映像寄存器”和变量数据区。有掉电时能保持数据的区域——数据保持区。10大连理工大学LFChun制作三、输入/输出模块输入/输出信号：开关量、模拟量。开关量：直流量、交流量。CPUDIAI输入映像寄存器输出映像寄存器DOAO............11大连理工大学LFChun制作1.数字量（开关量）输入接口电路

(1)直流输入接口电路内部电路R2＋U

VT滤波SCOM＋－－＋电源极性任意R1RCLED输入指示12大连理工大学LFChun制作(2)交流输入接口电路内部电路R3＋U

VT滤波SCOMR1R2CLED输入指示~13大连理工大学LFChun制作2.数字量（开关量）输出接口电路根据输出电路所用开关器件的不同分类。(1)晶体管输出接口电路R1VD1

COMFU负载－＋内部电路R2＋U

LEDR3VT1

VT2

输出指示VD2

14大连理工大学LFChun制作(2)双向晶闸管输出单元LED输出指示R1COMFU负载－＋内部电路R

CVT1

＋－~VT2

R215大连理工大学LFChun制作(3)继电器输出接口电路KALEDR1COMFU负载－＋内部电路KA＋－~VD输出指示16大连理工大学LFChun制作3.模拟量的输入与输出(1)模拟量输入采样值→A/D转换→8位/10位/12位数字量→输入映像寄存器AI。

S7－200PLC中，一个模拟量转换为12位数字量，但是占用AI一个字长（16位）。输入模拟信号的大小：电压：－10~10V，0~10V，1~5V

电流：－20~20mA，0~20mA，4~20mA。17大连理工大学LFChun制作

模拟量输入接口电路18大连理工大学LFChun制作(2)模拟量输出数字量→输出映像寄存器AQ→D/A转换（还原）→模拟量。

S7－200PLC中，输出模拟量未转换前是1个字长的数字量，存放在AQ中。输出模拟信号的大小：电压：－10~10V，0~10V，1~5V。

电流：－20~20mA，0~20mA，4~20mA。输出可以直接驱动小功率的设备。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、电磁开关等进行电压或功率放大才能驱动。19大连理工大学LFChun制作

模拟量输出接口电路20大连理工大学LFChun制作四、外部设备

编程器

人机界面（操作员接口）外存储器

EEPROM写入器通用打印机模块大屏幕彩色图形监控设备条码扫描仪盒式磁带机

PLC或上位计算机

……通讯接口CPUTD200操作员界面21大连理工大学LFChun制作

编程器

(1)作用

输入、编辑、调试用户程序。

在线监控PLC内部状态和参数。

与PLC进行人机对话。(2)编程器的种类专用编程器

编程软件+通用计算机

功能：编程、监控、打印、数据采集和分析、系统仿真等。（与固定型号的PLC配套使用）简易编程器智能编程器22大连理工大学LFChun制作五、智能模块

PID控制模块

高速计数模块温度测量模块运动控制模块通信模块中断控制模块

……23大连理工大学LFChun制作六、电源内部有一个开关电源。

电源的容量取决于PLC的型号。

S7－200CPU的内部电源为自身、扩展模块、其他用电设备提供5V、24VDC电源。扩展模块通过与CPU连接的总线连接电缆取得5V直流电源。

CPU向外提供的24VDC电源从（L＋，M）端引出。24大连理工大学LFChun制作电源的容量：表2-1S7－200CPU的供电能力（mA）CPU型号5V/24VCPU型号5V/24VCPU221－/180CPU222340/180CPU224660/280CPU2261000/400如果总需求超过CPU的供电能力：必须减少或改变模块的配置。需增加外部24VDC电源。25大连理工大学LFChun制作2.3可编程序控制器的工作原理一、PLC的扫描工作方式

PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式。

CPU连续执行用户程序，任务的循环序列称为扫描。

一个扫描周期包含以下任务①读输入②执行程序③处理通信请求④执行CPU自诊断⑤写输出26大连理工大学LFChun制作二、PLC的扫描工作过程1.输入采样阶段读(采样)输入端子的信号→存入(刷新)I中。没有使用的I位被清零。2.程序执行阶段

执行用户程序。程序按指令顺序执行（跳转指令例外）。对输入指令，从I中读取数据。对输出指令，将输出值存入Q中。立即输入/输出指令除外。27大连理工大学LFChun制作3.处理通信请求

CPU处理从通信端口接收到的任何信息。

处理通信请求的时间是可以调节的。4.执行CPU的自诊断CPU检查其硬件、I/O模块状态、用户存储器。发现故障，报警或停止程序运行。5.输出刷新阶段将Q中的输出值→输出锁存器→驱动被控对象按新的输出值动作。28大连理工大学LFChun制作

PLC的工作过程输入端子输入映像寄存器输出锁存输出端子元件映像寄存器输入信号输出①刷新输入刷新阶段②读③写④读⑤写⑥读⑦写⑧刷新⑨输出执行程序阶段输出刷新阶段29大连理工大学LFChun制作三、PLC的输入/输出滞后现象

影响输入/输出响应滞后的主要因素有：

•输入延迟时间。•扫描周期。•输出延迟时间。•程序语句的安排，影响程序执行时间。30大连理工大学LFChun制作•从I0.0接通到Q0.1接通延迟了一个多扫描周期（正常）。•而Q0.0被接通却延迟了两个多扫描周期（不正常）。

解决方法：交换网络1与网络2前后位置。31大连理工大学LFChun制作四、PLC的脉冲捕捉功能扫描周期n扫描周期n+1输入刷新输入刷新捕捉到的输入脉冲脉冲丢失，因为它发生在两次输入刷新之间物理输入点未设置脉冲捕捉功能具有脉冲捕捉功能物理输入点脉冲捕捉捕捉到的输入脉冲每个CPU内置的DI点均可独立地设置脉冲捕捉功能，可识别宽度很小的脉冲。32大连理工大学LFChun制作

对输入信号进行滤波的目的是为了抑制噪声干扰对控制系统的影响。输入滤波分为数字量滤波和模拟量滤波。

S7－200CPU允许为本机集成的数字量输入点选择输入滤波器。模拟量输入的滤波值是模拟量输入设定个数的采样值的平均值。五、PLC的输入滤波功能33大连理工大学LFChun制作五、PLC的输入滤波功能34大连理工大学LFChun制作2.4可编程序控制器的编程语言一、PLC软件的基本概念

1.系统软件(1)系统管理程序

运行管理、存储空间管理、系统自检程序。(2)用户指令解释程序(3)标准程序模块和系统调用2.用户程序

实现控制功能的应用程序。编制不同程序，实现不同功能——可编程序。35大连理工大学LFChun制作二、梯形图LAD36大连理工大学LFChun制作二、梯形图LAD

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控制电路相似，易于理解，全世界通用。(2)易于初学者使用。(3)可以利用STL编程器显示所有用LAD编程器编写的程序。(4)各个厂商的图形符号略有不同。I0.0M0.0()I0.0Q0.0()M0.0西门子X1X1M100Y0M100三菱37大连理工大学LFChun制作三、语句表STL语句表是类似汇编语言的指令助记符编程语言。特点：(1)STL最适合有经验的程序员。(2)能解决LAD和FBD不易解决的问题。(3)利用STL编程器可以查看用LAD和FBD编程器编写的程序，反之不一定成立。语句表=∑语句。语句=操作码+操作数。38大连理工大学LFChun制作语句表与梯形图

LDI0.0ANM0.0=Q0.0LDI0.0=M0.0I0.0M0.0()I0.0Q0.0()M0.0西门子X1X1M100Y0M100三菱LDX1ANIM100OUTQ0.0LDX1OUTM0.039大连理工大学LFChun制作四、功能块图FBD

功能块图是用类似数字电路逻辑门符号的逻辑盒指令来表示命令的一种图形语言。特点：(1)图形逻辑门表示格式有利于程序流的跟踪。(2)可以利用STL编程器显示