【正文】 編 程 器其 它 外 設(shè)外設(shè)接口輸入部件系 統(tǒng)程 序存 儲器用 戶程 序存 儲器微 處 理 器 C P U電 源 部 件I / O擴(kuò) 展接 口輸出部件/ O擴(kuò) 展單 元現(xiàn) 場 接 受 信 號驅(qū) 動(dòng) 受 控 單 元I 圖 21 plc 的硬件結(jié)構(gòu) 5 (CPU) 可編程控制器中常用的 CPU 主要采用通用微處理器、 單片機(jī)和雙極型位片式微處理器三種類型。 通用微處理器有 8080、 808 8028 80386 等；單片機(jī)有 803 8096等；位片式微處理器的 AM2900、 AM2903 等。 FX2 可編程控制器使用的微處理器是 16 位的 8096 單片機(jī)。 2. 存儲器 可編程控制器配有兩種存儲器：系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。 系統(tǒng)存儲器：存放系統(tǒng)管理程序，用只讀存儲器實(shí)現(xiàn)。 用戶存儲器：存放用戶編制的控制程序，一般用 RAM 實(shí)現(xiàn)或固化到只讀存儲器中。 3. 輸入輸出接口 作用：連接用戶輸入輸出設(shè)備和 PLC 控制器，將各輸入信號轉(zhuǎn)換成 PLC標(biāo)準(zhǔn)電平供 PLC 處理，再將處理好的輸出信號轉(zhuǎn)換成用戶設(shè)備所要求的信號驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 對輸入輸出接口的要求：良好的抗干擾能力；對各類輸入輸出信號（開關(guān)量、模擬量、直流量、交流量）的匹配能力。 PLC 輸入輸出接口的類型：模擬量輸入輸出接口、開關(guān)量輸入輸出接口（直流、交流及交直流）。用戶應(yīng)根據(jù)輸入輸出信號的類型選擇合適的輸入輸出接口。 ① 開關(guān)量輸入接口電路 各種輸入接口均采取了抗干擾措施。如帶有光耦合器隔離使 PLC 與外部輸入信號進(jìn)行隔離；并設(shè)有 RC 濾波器，用以消除輸入觸點(diǎn)的抖動(dòng)和外部噪聲干擾。 通常有三種類型： 直流 (12∽ 24)V 輸入、交流 (100∽ 120)V 輸入與交流(200∽ 240)V 輸入和交直流 (12∽ 24)V 輸入。直流輸入模塊的電源一般由機(jī)內(nèi) 24v 電源提供，輸入信號接通時(shí)輸入電流一般小于 10mA；交流輸入模塊的電源一般由用戶提供。 如圖 21 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)。 如圖 22 直流輸入接口。 6 內(nèi)部電路光 電耦 合 器輸 入 指 示 燈2 4 V內(nèi) 部 電 源D CC O M輸 入 開 關(guān)P L CC R 2輸 入 端 子 圖 22 直流輸入接口 ②開關(guān)量輸出接口電路 有三種形式，即繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。開關(guān)量輸出端的負(fù)載電源一般由用戶提供，輸出電流一般不超過 2A。開關(guān)量輸出端的負(fù)載電源一般由用戶提供，輸出電流一般不超過 2A，如圖 23 交直流輸出接口。 內(nèi)部電路A CP L CR 1輸 出 指 示 燈繼 電 器輸 出 端 子負(fù) 載用 戶 電 源F UC O MK AV 圖 23 交直流輸出接口（繼電器輸出型） 輸出端子的兩種接法： ? 隔離式 7 輸出各自獨(dú)立，無公共點(diǎn)：各輸出端子各自形成獨(dú)立回路。 ? 匯點(diǎn)式 全部輸入點(diǎn)（輸出點(diǎn)）共用一個(gè)公共點(diǎn)?；蛘邔⑤斎朦c(diǎn)（輸出點(diǎn)）分成幾組，組內(nèi)各點(diǎn)共用一個(gè)公共點(diǎn)。各組的公共點(diǎn)之間相互隔離。組內(nèi)的各點(diǎn)必須使用同一電壓類型和同一電壓等級，各組可使用不同電壓類型和等級的負(fù)載。 PLC 的供 電電源一般是市電，也有用直流 24V 電源供電的。 ： 編程器、 打印機(jī)、演示板等 利用編程器可將用戶程序輸入 PLC 的存儲器，還可以用編程器檢查程序、修改程序；利用編程器還可以監(jiān)視 PLC 的工作狀態(tài)。 : 用戶輸入器件有控制開關(guān)和檢測元件，即各種開關(guān)、按鈕、傳感器等；用戶輸出設(shè)備主要有 接觸器、電磁閥、指示燈等。 PLC 的軟件結(jié)構(gòu) 在可編程控制器中， PLC 的軟件分為兩大部分： 1. 系統(tǒng)監(jiān)控程序：用于控制可編程控制器本身的運(yùn)行。主要由管理程序、用戶指令解釋程序和標(biāo)準(zhǔn)程序模塊， 系統(tǒng)調(diào)用。 2. 用戶程序：它是由可編程控制器的使用者編制的，用于控制被控裝置的運(yùn)行。 工作原理 ： PLC 有運(yùn)行模式和停止模式。 運(yùn)行模式：分為內(nèi)部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理五個(gè)階段。 停止模式 當(dāng)處于停止工作模式時(shí)， PLC 只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)等內(nèi)容。 8 2. PLC 工作過程： 1) 內(nèi)部處理階段： 在此階段， PLC 檢查 CPU 模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器，以及完成一些其它內(nèi)部工作。 2) 通信服務(wù)階段 在此階段， PLC 與一些智能模塊通信、響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的 顯示內(nèi)容等，當(dāng) PLC 處于停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)容處理和通信操作等內(nèi)容。 3) 輸入處理階段 輸入處理也叫輸入采樣。在此階段順序讀取所有輸入端子的通斷狀態(tài)，并將所讀取的信息存到輸入映象寄存器中， 此時(shí)，輸入映像寄存器被刷新。 4) 程序處理階段 按先上后下，先左后右的步序，對梯形圖程序進(jìn)行逐句掃描并根據(jù)采樣到 輸入映像寄存器中的結(jié)果 進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入有 關(guān)映像寄存器中。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。 5) 輸出刷新階段 程序處理完畢后，將所有輸出映象寄 存器中各點(diǎn)的狀態(tài)，轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，再通過輸出端驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 在運(yùn)行模式下， PLC 按上述五個(gè)階段進(jìn)行周而復(fù)始的循環(huán)工作，稱為 循環(huán)掃描工作方式 。 3. PLC 工作方式與特點(diǎn) 1) 掃描周期： PLC 的工作方式是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。 PLC 運(yùn)行正常時(shí)，掃描周期的長短與 CPU 的運(yùn)算速度有關(guān)，與 I/O 點(diǎn)的情況有關(guān)，與用戶應(yīng)用程序的長短及編程情況等均有關(guān)。通常用 PLC 執(zhí)行 1K 指令所需時(shí)間來說明其掃描速度。 2） 輸出滯后：指從 PLC 的外部輸入信號 發(fā)生變化至它所控制的外部輸出信號發(fā)生變化的時(shí)間間隔。一般為幾十 — 100ms. 9 引起輸出滯后的因素：輸入模塊的濾波時(shí)間、輸出模塊的滯后時(shí)間、掃描方式引起的滯后。 3） 由于 PLC 是集中采樣，在程序處理階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入映象寄存器中的內(nèi)容也不會變化，要到下一周期的輸入采樣階段才會改變。 4） 由于 PLC 是串行工作，所以 PLC 的運(yùn)行結(jié)果與梯形圖程序的順序有關(guān)。 這與繼電器控制系統(tǒng) “ 并行 ” 工作有質(zhì)的區(qū)別。避免了觸點(diǎn)的臨界競爭，減少繁瑣的聯(lián)鎖電路。 西門子 S7200 系列 PLC 西門子 S7200 是西門子公司小型可編程序控制器，可以單機(jī)運(yùn)行，由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成 PLC 網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)更加方便簡單，幾乎可以完成任何功能的任務(wù)，同時(shí)具有可靠性高，運(yùn)行速度快的特點(diǎn)，繼承和發(fā)揮了它在大型 PLC領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，有豐富的指令集，具有強(qiáng)大的多種集成功能和實(shí)時(shí)特性，其性價(jià)比高，所以在大規(guī)模不大的領(lǐng)域是較為理想的控制設(shè)備。 S7200 PLC 特性 S7200 系列 PLC 功能強(qiáng) 、速度快、擴(kuò)展靈活，具有模塊化、緊湊的結(jié)構(gòu)。使用范圍可從替代繼電器的簡單控制到復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測、自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括電力設(shè)施、民用設(shè)施、機(jī)械、機(jī)床等領(lǐng)域。 S7200 系列具有極高的可靠性、極豐富的指令集、易于掌握、操作方便快捷、內(nèi)置豐富的集成功能、實(shí)時(shí)特性，強(qiáng)勁得通訊能力、豐富的擴(kuò)展模塊。 S7200 系列的強(qiáng)大功能使其無論是在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。所以它具有極高的性價(jià)比。 S7200 系列可以根據(jù)對象的不同，可以選用不同的型號 和不同數(shù)量的模塊。并可以將這些模塊安裝在同一機(jī)架上。 10 S7200 主要功能模塊介紹 1． CPU 模塊 S7200 的 CPU 模塊包括一個(gè)中央處理單元、電源以及數(shù)字 I/O 點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。 CPU 負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，輸入從現(xiàn)場設(shè)備中采集信號，輸出部分則輸出控制信號，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，從 CPU 模塊的功能來看， CPU 模塊為 CPU22*.其中 CPU226 有 24 點(diǎn)輸入 /16 點(diǎn)輸出， I/O 共計(jì) 40點(diǎn)，可用于點(diǎn)數(shù)較多，要求較高的中、小型系統(tǒng)。 2． I\O 擴(kuò)展模塊 當(dāng) CPU 的 I/O 點(diǎn)數(shù)不夠或需要進(jìn)行 特殊功能的控制時(shí)，就要進(jìn)行 I/O 擴(kuò)展， I/O 擴(kuò)展包括 I/O 的擴(kuò)展和功能模塊的擴(kuò)展。典型的數(shù)字量 I/O 擴(kuò)展模塊有： 輸入擴(kuò)展模塊 EM221 有兩種： 8 點(diǎn) DC 輸入 /AC 輸入； 輸出擴(kuò)展模塊 EM222 有三中： 8 點(diǎn) DC 晶體管輸出 /AC 輸出 /繼電器輸出； 輸入 /輸出混合擴(kuò)展模塊 EM223 有六種：分別為 4 點(diǎn)（ 8 點(diǎn)、 16 點(diǎn)） DC輸入 /4 點(diǎn)（ 8 點(diǎn)、 16 點(diǎn)） DC 輸出、 4 點(diǎn)（ 8 點(diǎn)、 16 點(diǎn)） DC 輸入 /4 點(diǎn) (8 點(diǎn)、16 點(diǎn) )DC 輸出、 4 點(diǎn)（ 8 點(diǎn)、 16 點(diǎn)） DC 輸入 /4 點(diǎn)（ 8 點(diǎn)、 16 點(diǎn)）繼電器輸出。 3．功能擴(kuò)展模塊 當(dāng)需要完成某 些特殊功能的控制任務(wù)時(shí)， CPU 主機(jī)可以擴(kuò)展特殊功能模塊。典型的模擬量 I/O 擴(kuò)展模塊有： 模擬量輸入擴(kuò)展模塊 EM231 有三種： 4 路模擬量輸入， 2 路熱電阻輸入和4 路熱電偶輸入。 模擬量輸入擴(kuò)展模塊 EM232 具有 2 路模擬量輸出。 模擬量輸入 /輸出擴(kuò)展模塊 EM235 有 4 路模擬量輸入 /1 路模擬量輸出。 S7200PLC 工作原理 各種 PLC 都采用掃描工作方式，具體工作過程大同小異。西門子S7200PLC 的工作過程： PLC 上電后，首先進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入循環(huán)工作過程。一次循環(huán)過程可歸納為公共處理、程序 執(zhí)行、掃描周期計(jì)算處理、 I/O 11 刷新和外設(shè)端口服務(wù)五個(gè)工作階段。一次循環(huán)所用的時(shí)間稱為一個(gè)工作周期，其長短與用戶程序的長短以及 PLC 機(jī)體本身性能有關(guān)，其數(shù)量級為 ms 級，典型值為幾十 ms。各階段完成的任務(wù)如下： 1）公共處理：復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器，進(jìn)行硬件檢查、用戶內(nèi)存檢查等。檢查正常后，方可進(jìn)行下面的操作。如果有異常情況，則根據(jù)錯(cuò)誤的嚴(yán)重程度發(fā)出報(bào)警或停止 PLC 運(yùn)行。 2）程序執(zhí)行：在程序執(zhí)行階段 ， CPU 按先左后右，先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行解釋、執(zhí)行， CPU 從輸入映像寄存器一個(gè)輸入映像寄存器，和元件映像寄存器 讀出各繼電器的狀態(tài)，根據(jù)用戶程序給出的邏輯關(guān)系進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再寫入元件映像寄存器中。 3）掃描周期計(jì)算處理：若設(shè)定掃描周期為固定值，則進(jìn)入等待循環(huán)，直到該固定值到 ,再往下進(jìn)行。若設(shè)定掃描周期為不定的（即決定于用戶程序的長短等，為不定值），則進(jìn)行掃描周期的計(jì)算。 4） I/O 刷新：在此階段，進(jìn)行 I/O 刷新。輸入刷新時(shí)， CPU 從輸入電路中讀出各輸入點(diǎn)狀態(tài)，并將此狀態(tài)寫入輸入映像寄存器中；輸出刷新時(shí)，將輸出繼電器的元件映像寄存器的狀態(tài)（ I/O）傳送到輸出鎖定電路，再經(jīng)輸出電路隔離和功率放大，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載 。 5）外設(shè)端口服務(wù)：完成與外設(shè)端口連接的外圍設(shè)備部編輯器或通信適配器的通信處理。 CPU 從輸入電路的輸出端讀出個(gè)電路狀態(tài)，并將其寫入輸入映像寄存器；在程序執(zhí)行階段， CPU 從輸入映像寄存器和元件映像寄存器中讀出各繼電器的狀態(tài)，并根據(jù)此狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，執(zhí)行結(jié)果再寫入元件映像寄存器中；在緊接著的下一個(gè) I/O 刷新階段，將輸出映像寄存器的狀態(tài)寫入 輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路傳遞到輸出端子，從而控制外接器件動(dòng)作。 12 第 3 章 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng) I/O 地址分配 根據(jù)控制系 統(tǒng)的要求，控制系統(tǒng)應(yīng)具備的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)、名稱、代碼及地址編號如表 31 所示。 表 31 I/O 地址分配表 序號 輸入點(diǎn) 輸入地址 序號 輸出 點(diǎn) 輸出地址 1 啟動(dòng)開關(guān) SB0 1 電機(jī) M1 正轉(zhuǎn) (KM1) 2 停止開關(guān) SB1 2 電機(jī) M1 反轉(zhuǎn) (KM5) 3 檢測開關(guān) S1 3 電機(jī) M2正轉(zhuǎn) (KM2) 4 檢測開關(guān) S2 4 電機(jī) M2反轉(zhuǎn) (KM6) 5 電機(jī) M3 正轉(zhuǎn) (KM3) 6 電機(jī) M3 反 轉(zhuǎn) (KM4) 7 A 燈亮 8 B 燈亮 9 C 燈亮 電氣控制系統(tǒng)原理圖 這里只給出主電路和ＰＬＣ外圍接線圖。 如圖 31 所示 電控系統(tǒng)主電路圖 ,共有三臺電機(jī) ,其中主軋電動(dòng)機(jī)兩臺 ,傳送電動(dòng)機(jī)一臺。 13 M3 ~M3 ~3 ~3 ~Q SF U 1 F U 2F R