《PLC應用技術（西門子 上冊）（第二版）》 課件 課題一 可編程序控制器基礎知識

（第二版）PLC應用技術（西門子上冊）100110010100010010101000100110000100110001100101000100101010001001100001001100011001010001001010100010011000010011000110010100010010101000100110000100110可編程序控制器基礎知識課題一200110010100010010101000100110000100110001100101000100101010001001100001001100011001010001001010100010011000010011000110010100010010101000100110000100110初識可編程序控制器任務1

可編程序控制器硬件安裝與接線任務2

可編程序控制器編程軟件的使用任務3

300110010100010010101000100110000100110001100101000100101010001001100001001100011001010001001010100010011000010011000110010100010010101000100110000100110初識可編程序控制器任務１4學習目標１.了解可編程序控制器的功能，熟悉可編程序控制器的基本結構。２.了解可編程序控制器常用的編程語言，熟悉梯形圖和繼電器電路圖的區(qū)別。３.理解可編程序控制器的工作原理，熟悉西門子Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列可編程序控制器的型號及特性。４.掌握可編程序控制器的選型方法，能根據(jù)控制要求進行可編程序控制器的選型。5任務引入可編程序（邏輯）控制器［ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ（ｌｏｇｉｃ）ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ＰＬＣ］是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。ＰＬＣ已經(jīng)廣泛應用于自動控制的各個領域，并與ＣＡＤ／ＣＡＭ技術、工業(yè)機器人共同成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱。圖１－１－１所示為西門子Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ的模塊。圖１－１－１西門子Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ的模塊6任務引入本任務的要求是初步認識ＰＬＣ的基本結構、編程語言、工作原理和西門子Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ的型號及特性，通過參觀企業(yè)、觀看視頻等方式了解ＰＬＣ在實際生產(chǎn)生活中的應用，并根據(jù)某電氣控制設備的ＰＬＣ控制要求完成ＰＬＣ的選型。實施本任務所使用的實訓設備可參考表１－１－１。7相關知識國際電工委員會對ＰＬＣ的定義為：可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入／輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌湎嚓P外部設備，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計。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，ＰＬＣ以其具有的邏輯控制、定時與計數(shù)控制、運動控制、閉環(huán)過程控制、數(shù)據(jù)處理及通信聯(lián)網(wǎng)等強大的功能，廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保等領域。8相關知識一、ＰＬＣ的基本結構ＰＬＣ是一種專用于工業(yè)自動化控制的計算機，主要由中央處理器（ＣＰＵ）、存儲器、輸入／輸出（ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ，Ｉ／Ｏ）接口、Ｉ／Ｏ擴展接口、通信接口及電源等組成，其結構示意圖如圖１－１－２所示。圖１－１－２ＰＬＣ結構示意圖１.ＣＰＵＣＰＵ是ＰＬＣ的運算和控制中樞，也是ＰＬＣ的核心部件，它不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出。ＣＰＵ由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集中在一塊芯片上，通過控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線與存儲器、Ｉ／Ｏ接口、通信接口等聯(lián)系。常用的ＣＰＵ類型有通用微處理器、單片機、位片式微處理器、專用微處理芯片等。9相關知識一、ＰＬＣ的基本結構２.存儲器存儲器是具有記憶功能的半導體電路，它的作用是存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他信息。（１）ＰＬＣ使用隨機存取存儲器（ＲＡＭ）、只讀存儲器（ＲＯＭ）和電可擦除可編程只讀存儲器（ＥＥＰＲＯＭ）三種物理存儲器，它們的特點見表１－１－２。10相關知識一、ＰＬＣ的基本結構２.存儲器（２）根據(jù)用途的不同，ＰＬＣ中的存儲器可分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器，其作用詳見表１－１－３。在系統(tǒng)程序的管理下，Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ將用戶程序存儲器的數(shù)據(jù)存儲區(qū)劃分為過程映像輸入寄存器Ｉ、過程映像輸出寄存器Ｑ、位存儲器Ｍ、特殊存儲器ＳＭ、定時器存儲器Ｔ、計數(shù)器存儲器Ｃ、變量存儲器Ｖ、順序控制繼電器Ｓ、局部存儲器Ｌ、模擬量過程映像輸入寄存器ＡＩ、模擬量過程映像輸出寄存器ＡＱ、累加器ＡＣ和高速計數(shù)器ＨＣ等區(qū)域。11相關知識一、ＰＬＣ的基本結構３.輸入／輸出接口輸入／輸出接口是ＰＬＣ與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場設備之間的連接部件。輸入接口的作用是將用戶輸入設備向ＰＬＣ發(fā)出的信號（一類是由按鈕、轉換開關、行程開關、接近開關、繼電器觸點、傳感器等提供的開關量輸入信號，另一類是由電位器、測速發(fā)電機和各種變換器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號）轉換成ＣＰＵ能夠接收和處理的數(shù)字信號，并輸送給過程映像輸入寄存器。為防止觸點抖動或干擾脈沖引起錯誤的輸入信號，輸入接口必須有很強的抗干擾能力。提高輸入接口抗干擾能力的主要方法是采用光電耦合器和阻容濾波電路。12相關知識一、ＰＬＣ的基本結構３.輸入／輸出接口輸出接口的作用是將經(jīng)過ＣＰＵ處理的數(shù)字信號轉換成外部輸出設備所需要的驅動信號（開關量輸出信號或模擬量輸出信號）。開關量輸出信號用來驅動繼電器、接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、報警裝置、數(shù)字顯示裝置等輸出設備，模擬量輸出信號用來驅動調節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行機構。ＰＬＣ輸出接口類型有繼電器輸出、場效應晶體管輸出和雙向晶閘管輸出三種。繼電器輸出接口既可驅動交流負載又可驅動直流負載；場效應晶體管輸出接口只能驅動直流負載；雙向晶閘管輸出接口只能驅動交流負載。輸入／輸出接口都有一定數(shù)量的輸入／輸出端子，每個輸入／輸出端子對應一個Ｉ／Ｏ點。ＰＬＣ外部的輸入／輸出端子的個數(shù)稱為Ｉ／Ｏ點數(shù)，包括主機集成的Ｉ／Ｏ點數(shù)和能擴展的Ｉ／Ｏ點數(shù)。13相關知識一、ＰＬＣ的基本結構４.Ｉ／Ｏ擴展接口Ｉ／Ｏ擴展接口用來擴展ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ點數(shù)，當用戶需要的Ｉ／Ｏ點數(shù)超過ＰＬＣ基本單元（即主機，帶ＣＰＵ）的Ｉ／Ｏ點數(shù)時，可通過此接口用扁平電纜線將Ｉ／Ｏ擴展模塊（不帶ＣＰＵ）與ＰＬＣ基本單元相連接，以增加ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ點數(shù)，從而滿足控制系統(tǒng)的要求。其他特殊功能模塊也可通過該接口與ＰＬＣ基本單元相連，以完成特定的控制功能。５.通信接口通信接口的主要作用是實現(xiàn)ＰＬＣ與外部設備之間的數(shù)據(jù)交換（通信）。ＰＬＣ通過通信接口可與編程設備、打印機、顯示面板、觸摸屏、其他ＰＬＣ以及計算機等外部設備實現(xiàn)通信。14相關知識一、ＰＬＣ的基本結構６.電源電源用于將交流電轉換成ＰＬＣ內部所需的直流電。小型整體式ＰＬＣ內部有開關式穩(wěn)壓電源，為ＰＬＣ內部電路（如ＣＰＵ、存儲器等）的正常工作提供５Ｖ、１２Ｖ、２４Ｖ等直流電，并為輸入電路和外部設備（如傳感器）提供２４Ｖ直流電。驅動ＰＬＣ負載的電源由用戶提供。中、大型ＰＬＣ都配有專門的電源模塊。15相關知識二、ＰＬＣ的編程語言國際電工委員會正式頒布的ＩＥＣ６１１３１－３（可編程序控制器編程語言標準）規(guī)定了文本化編程語言和圖形化編程語言兩大類編程語言。前者包括指令表（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｌｉｓｔ，ＩＬ）和結構化文本（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｔｅｘｔ，ＳＴ），后者包括梯形圖（ｌａｄｄｅｒｄｉａｇｒａｍ，ＬＤ）和功能塊圖（ｆｕｎｃｔｉｏｎｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍ，ＦＢＤ）。ＰＬＣ常用的編程語言包括梯形圖和指令表。西門子ＰＬＣ將梯形圖簡稱為ＬＡＤ，將指令表稱為語句表（ｓｔａｔｅｍｅｎｔｌｉｓｔ，ＳＴＬ）。西門子Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ支持梯形圖、語句表和功能塊圖三種編程語言。16相關知識二、ＰＬＣ的編程語言１.梯形圖梯形圖是ＰＬＣ最常用的編程語言。梯形圖源于繼電器電路圖，與繼電器電路圖很相似，如圖１－１－３所示。圖１－１－３ＰＬＣ梯形圖和繼電器電路圖ａ）ＰＬＣ梯形圖ｂ）繼電器電路圖17相關知識表１－１－４給出了ＰＬＣ梯形圖中等效繼電器線圈和觸點的圖形符號與繼電器電路的對照關系，ＰＬＣ等效繼電器的動作原理分析方法與傳統(tǒng)繼電器完全一致。梯形圖形象直觀，易學易懂，很容易被熟悉繼電器電路圖的電氣技術人員所接受，特別適合數(shù)字量邏輯控制。西門子ＰＬＣ梯形圖由觸點、線圈和方框組成，它們的符號和含義見表１－１－５。梯形圖中的一個梯級即由觸點、線圈等組成的一個獨立電路稱為程序段。18相關知識二、ＰＬＣ的編程語言語句表類似于計算機的匯編語言，但是比匯編語言更通俗易懂，是ＰＬＣ最基礎的編程語言。語句表輸入方便、快捷，還可以為每條語句加上注釋。但是語句表較難閱讀，其中的邏輯關系很難一眼看出。而梯形圖中輸入信號（觸點）與輸出信號（線圈）之間的邏輯關系一目了然，易于理解。因此在設計復雜的數(shù)字量控制程序時仍然建議使用梯形圖語言。語句表比較適合熟悉ＰＬＣ和程序設計的經(jīng)驗豐富的程序員使用，一般與梯形圖配合使用，互為補充。２.語句表19相關知識二、ＰＬＣ的編程語言語句表是由若干條指令組成的程序，指令一般由操作碼和操作數(shù)組成。操作碼用助記符表示，它指示ＣＰＵ要完成的操作，如邏輯運算、算術運算、定時、計數(shù)、傳送等；操作數(shù)則為操作的對象和數(shù)據(jù)，也就是存儲器和數(shù)據(jù)，也稱為編程元件和數(shù)據(jù)，如輸入繼電器Ｉ、輸出繼電器Ｑ、輔助繼電器Ｍ、定時器Ｔ、計數(shù)器Ｃ的設定值等。ＰＬＣ的指令一般分為基本指令和功能指令兩大類?；局噶钜话惆贿壿嬛噶?、定時器指令、計數(shù)器指令等，是使用頻率最高的指令。功能指令則是為數(shù)據(jù)運算及一些特殊功能設置的指令，如傳送、比較、移位、轉換、數(shù)學運算及通信等。２.語句表20相關知識三、ＰＬＣ的工作原理ＰＬＣ有兩種工作模式，即ＲＵＮ（運行）模式與ＳＴＯＰ（停止）模式。在ＰＬＣ的面板上用ＲＵＮ和ＳＴＯＰ發(fā)光二極管顯示當前的工作模式。在ＲＵＮ模式下，ＣＰＵ通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。在ＳＴＯＰ模式下，ＣＰＵ不執(zhí)行用戶程序，可以用編程軟件將用戶程序和硬件組態(tài)信息下載到ＰＬＣ。１.ＰＬＣ的工作模式ＰＬＣ通電后，需要對硬件和軟件做一些初始化工作。為了使ＰＬＣ的輸出及時地響應各種輸入信號，初始化后需要反復地分階段處理各種不同的任務，這種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式，如圖１－１－４所示。每循環(huán)工作一遍稱為一個掃描周期。在ＲＵＮ模式下，一個掃描周期由讀取輸入、執(zhí)行用戶程序、處理通信請求、執(zhí)行ＣＰＵ自診斷和寫入輸出五個階段組成；在ＳＴＯＰ模式下，一個掃描周期由讀取輸入、處理通信請求、執(zhí)行ＣＰＵ自診斷和寫入輸出四個階段組成。２.ＰＬＣ的掃描工作方式21相關知識在讀取輸入階段，ＰＬＣ把所有外部數(shù)字量輸入電路的Ｉ／Ｏ狀態(tài)讀入過程映像輸入寄存器。當外接的輸入電路閉合時，對應的過程映像輸入寄存器為“１”狀態(tài)（或稱為ＯＮ），梯形圖中對應輸入點的常開觸點接通，常閉觸點斷開。當外接的輸入電路斷開時，對應的過程映像輸入寄存器為“０”狀態(tài)（或稱為ＯＦＦ），梯形圖中對應輸入點的常開觸點斷開，常閉觸點接通。ＣＰＵ在正常掃描周期中不會讀取模擬量輸入值。當程序訪問模擬量輸入時，將立即從模塊中讀取模擬量的轉換值。（１）讀取輸入ＰＬＣ的過程映像輸入寄存器和過程映像輸出寄存器分別用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)。２.ＰＬＣ的掃描工作方式22相關知識（２）執(zhí)行用戶程序ＰＬＣ的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中順序排列。在ＳＴＯＰ模式下不執(zhí)行用戶程序。在ＲＵＮ模式下的程序執(zhí)行階段，如果沒有跳轉指令，ＣＰＵ將從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序。在執(zhí)行指令時，從過程映像Ｉ／Ｏ寄存器或其他位元件的寄存器讀出其狀態(tài)（“０”或“１”），并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應的邏輯運算，運算結果被寫入相應的映像寄存器中。因此，各寄存器（只讀的過程映像輸入寄存器除外）的內容會隨著程序的執(zhí)行而變化。23２.ＰＬＣ的掃描工作方式相關知識（２）執(zhí)行用戶程序在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，過程映像輸入寄存器的狀態(tài)也不會隨之改變，輸入信號狀態(tài)的變化只能在下一個掃描周期的讀取輸入階段被讀入。執(zhí)行程序時，對輸入／輸出的讀寫是通過過程映像Ｉ／Ｏ寄存器進行的，而不是實際的Ｉ／Ｏ點，這樣做有以下幾點好處：一是在程序執(zhí)行階段，各輸入點的狀態(tài)是固定不變的，程序執(zhí)行完畢后再用過程映像輸出寄存器的值更新輸出點，使系統(tǒng)運行穩(wěn)定。二是在程序執(zhí)行階段，讀寫過程映像Ｉ／Ｏ寄存器比讀寫Ｉ／Ｏ點快得多，這樣可以提高程序的執(zhí)行速度。三是Ｉ／Ｏ點是物理接點，只能以位或字節(jié)為單位存取，但是過程映像Ｉ／Ｏ寄存器可以按位、字節(jié)、字或雙字來訪問。24２.ＰＬＣ的掃描工作方式相關知識（３）處理通信請求在處理通信請求階段，執(zhí)行通信所需的所有任務。ＣＰＵ執(zhí)行完用戶程序后，將過程映像輸出寄存器的狀態(tài)（“０”或“１”）傳送到輸出模塊并鎖存起來。梯形圖中某一輸出繼電器的線圈得電時，對應的過程映像輸出寄存器的值為１。信號經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應的硬件繼電器的線圈得電，其常開觸點閉合，使外部負載通電工作。若梯形圖中某一輸出繼電器的線圈斷電，則對應的過程映像輸出寄存器的值為０，將它送到繼電器型輸出模塊，對應的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷開，外部負載斷電，停止工作。ＣＰＵ在正常掃描周期中不會將輸出值寫入模擬量輸出模塊。當程序訪問模擬量輸出值時，輸出值被立即寫入模擬量輸出模塊。（４）執(zhí)行ＣＰＵ自診斷ＣＰＵ自診斷功能用來確保固件、程序存儲器和所有擴展模塊正常工作。（５）寫入輸出25相關知識如果在程序中使用了中斷，當中斷事件發(fā)生時，ＣＰＵ停止正常的掃描工作方式，立即執(zhí)行中斷程序，中斷功能可以提高ＰＬＣ對某些事件的響應速度。３.中斷程序的處理在程序執(zhí)行過程中，使用立即輸入／輸出指令可以直接讀、寫Ｉ／Ｏ點的值。用立即輸入指令讀輸入點的值時，相應的過程映像輸入寄存器的值未被更新。用立即輸出指令來改寫輸出點時，相應的過程映像輸出寄存器的值被更新。整個掃描工作過程中，ＰＬＣ對用戶程序的掃描有讀取輸入、執(zhí)行用戶程序和寫入輸出三個階段，如圖１－１－５所示，圖中的序號表示該圖中梯形圖程序的執(zhí)行順序。４.立即輸入／輸出處理26相關知識４.立即輸入／輸出處理圖１－１－５用戶程序掃描階段ＰＬＣ在ＲＵＮ模式時，執(zhí)行一次圖１－１－４ａ所示的完整的掃描工作過程所需要的時間稱為掃描周期，其典型值為１～１００ｍｓ。其中，執(zhí)行用戶程序所需的時間與用戶程序的長短、指令的種類和ＣＰＵ執(zhí)行指令的速度有很大的關系。用戶程序較長時，指令執(zhí)行時間在掃描周期中占相當大的比例。27相關知識四、Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ的型號及特性Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ是Ｓ７－２００系列ＰＬＣ的升級換代產(chǎn)品，是西門子公司為中國客戶量身定制的一款高性價比的小型ＰＬＣ產(chǎn)品。Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ繼承了Ｓ７－２００系列ＰＬＣ的諸多優(yōu)點，指令、程序結構和通信功能也與Ｓ７－２００基本相同，還增加了以太網(wǎng)端口和信號板。Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ的編程軟件融入了許多人性化設計，如新穎的帶狀式菜單、全移動式界面窗口、方便的程序注釋功能以及強大的密碼保護等，大幅提高了開發(fā)效率，極具市場競爭力，應用前景廣闊。Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ包括ＣＰＵ模塊、擴展模塊、信號板和通信模塊。28相關知識ＣＰＵ模塊將微處理器、集成電源、輸入接口和輸出接口組合到一個結構緊湊的外殼中，形成了一個功能強大的整體式小型ＰＬＣ，如圖１－１－６所示。Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ標準型ＣＰＵ模塊的技術指標見表１－１－６。ＣＰＵ的型號中，ＣＰＵ標識的第一個字母Ｓ表示標準型產(chǎn)品線。ＣＰＵ標識的第二個字母Ｒ表示交流電源供電／繼電器輸出，Ｔ表示直流電源供電／ＭＯＳＦＥＴ（金屬－氧化物半導體場效應晶體管）輸出。１.ＣＰＵ模塊圖１－１－６Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ的ＣＰＵ模塊29相關知識１.ＣＰＵ模塊30相關知識為了更好地滿足應用需求，Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ包括諸多擴展模塊。擴展模塊安裝在ＣＰＵ模塊的右側，可分為數(shù)字量擴展模塊和模擬量擴展模塊，用來擴展ＣＰＵ的Ｉ／Ｏ點。在工業(yè)控制中，某些輸入量（如壓力、溫度、流量、轉速等）是模擬量，某些執(zhí)行機構（如電動調節(jié)閥、變頻器等）要求ＰＬＣ輸出模擬量信號，而ＰＬＣ的ＣＰＵ只能處理數(shù)字量。為了解決這一問題，模擬量先被傳感器和變送器轉換為標準量程的電流或電壓（如４～２０ｍＡ、１～５Ｖ和０～１０Ｖ），然后通過模擬量輸入模塊的Ａ／Ｄ轉換器將標準量程的電流或電壓轉換成數(shù)字量。模擬量輸出模塊的Ｄ／Ａ轉換器能將ＰＬＣ中的數(shù)字量轉換為模擬量電壓或電流，再去控制電動調節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行機構。２.擴展模塊31相關知識２.擴展模塊圖１－１－７ＥＭＤＲ３２擴展模塊32表１－１－７列出了Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ擴展模塊的型號，圖１－１－７所示為１６點數(shù)字量輸入／１６點繼電器輸出的ＥＭＤＲ３２擴展模塊的實物及面板結構。相關知識Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ設計了新穎的信號板擴展功能，給用戶提供了更多的選擇。信號板的擴展為用戶提供了少量額外的數(shù)字量Ｉ／Ｏ點、模擬量Ｉ／Ｏ點、電池擴展和通信接口，不會占用額外的空間。信號板安裝在標準型ＣＰＵ模塊的正面插槽里。Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ有ＳＢＡＥ０１（１點模擬量輸入）、ＳＢＡＱ０１（１點模擬量輸出）、ＳＢＤＴ０４（２點數(shù)字量輸入／２點數(shù)字量輸出）、ＳＢＣＭ０１（ＲＳ－４８５／ＲＳ－２３２通信）和ＳＢＢＡ０１（電池）信號板。圖１－１－８所示為２點數(shù)字量輸入／２點數(shù)字量輸出的ＳＢＤＴ０４信號板。３.信號板圖１－１－８ＳＢＤＴ０４信號板33相關知識通信模塊是一種智能模塊，具有自己的ＣＰＵ和系統(tǒng)。圖１－１－９所示為Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴＥＭＤＰ０１通信模塊。它是ＰＲＯＦＩＢＵＳＤＰ通信模塊，可以作ＤＰ從站和ＭＰＩ從站。４.通信模塊圖１－１－９ＥＭＤＰ０１通信模塊34相關知識五、ＰＬＣ的選型方法ＰＬＣ的選型應從ＰＬＣ機型、容量、Ｉ／Ｏ模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信組網(wǎng)能力等方面綜合考慮。１.ＰＬＣ機型的選擇ＰＬＣ機型選擇的基本原則是在滿足功能要求、保證可靠性、維護方便的前提下，力求最佳的性價比。進行ＰＬＣ機型選擇時，應主要考慮合理的結構形式、安裝方式、相應的功能要求、響應速度的要求、系統(tǒng)可靠性的要求、機型盡可能統(tǒng)一等因素。35相關知識１.ＰＬＣ機型的選擇ＰＬＣ主要有整體式和模塊式兩種結構形式。整體式ＰＬＣ的特點是結構緊湊、體積小、每個Ｉ／Ｏ點的平均價格較低，一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中。模塊式ＰＬＣ的功能擴展靈活方便，在Ｉ／Ｏ點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、Ｉ／Ｏ模塊的種類等方面選擇余地大且維修方便，一般用于較復雜的控制系統(tǒng)。（１）合理的結構形式ＰＬＣ系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠程Ｉ／Ｏ式以及多臺ＰＬＣ聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設置驅動遠程Ｉ／Ｏ硬件，系統(tǒng)反應快、成本低；遠程Ｉ／Ｏ式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)裝置的分布范圍很廣，遠程Ｉ／Ｏ可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設驅動器和遠程Ｉ／Ｏ電源；多臺ＰＬＣ聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設備分別獨立控制、又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型ＰＬＣ，但必須附加通信模塊。（２）安裝方式的選擇36相關知識１.ＰＬＣ機型的選擇小型（低檔）ＰＬＣ一般具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，能夠滿足只需要數(shù)字量控制系統(tǒng)的要求。對于以數(shù)字量控制為主，帶有少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用具有Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ轉換單元以及加減算術運算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔ＰＬＣ。對于控制較復雜，要求實現(xiàn)ＰＩＤ運算、閉環(huán)控制和通信聯(lián)網(wǎng)等功能的系統(tǒng)，可視控制規(guī)模大小及復雜程度，選用中檔或高檔ＰＬＣ。但是中、高檔ＰＬＣ價格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。（３）相應的功能要求ＰＬＣ的掃描工作方式引起的響應延遲可達２～３個掃描周期。在一般應用場合中，ＰＬＣ的響應速度可以滿足要求。但對于某些特殊場合，則要考慮選用響應速度快的ＰＬＣ，或選用具有高速Ｉ／Ｏ處理功能指令的ＰＬＣ，或具有快速響應模塊和中斷輸入模塊的ＰＬＣ等，以減少ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ響應延遲時間。（４）響應速度的要求37相關知識１.ＰＬＣ機型的選擇對于一般系統(tǒng)，ＰＬＣ的可靠性均能滿足需求。對于可靠性要求很高的系統(tǒng)，應考慮采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。（５）系統(tǒng)可靠性的要求對于同一個企業(yè)，應盡可能使用機型統(tǒng)一的ＰＬＣ。機型統(tǒng)一有三個方面的好處：一是其模塊可互為備用，便于備品、備件的采購和管理。二是其功能和使用方法類似，有利于技術人員的培訓和技術水平的提高。三是其外部設備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配置上位計算機后易于形成一個多級分布式控制系統(tǒng)。（６）機型盡可能統(tǒng)一38相關知識２.ＰＬＣ容量的選擇Ｉ／Ｏ點數(shù)是ＰＬＣ最重要的性能指標之一，是選用ＰＬＣ的一個重要依據(jù)。ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ點平均價格較高，因此應合理選用Ｉ／Ｏ點的數(shù)量，在滿足控制需求的前提下力爭使用的Ｉ／Ｏ點最少，但必須留有一定的余量。通常Ｉ／Ｏ點數(shù)是根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實際需要，再加上１０％～１５％的余量來確定。（１）Ｉ／Ｏ點數(shù)的選擇存儲容量是指用戶程序存儲器的容量，不包括系統(tǒng)程序存儲器，存儲容量決定了ＰＬＣ可以容納的用戶程序的長度。用戶程序所需的存儲容量大小與ＰＬＣ系統(tǒng)的功能有關。一般可按下式估算，再按實際需要留適當?shù)挠嗔浚ǎ玻埃ァ常埃ィ﹣磉x擇。存儲容量＝數(shù)字量Ｉ／Ｏ點總數(shù)×１０＋模擬量通道數(shù)×１００（２）存儲容量的選擇39相關知識３.Ｉ／Ｏ模塊的選擇數(shù)字量輸入模塊可以接收現(xiàn)場輸入設備的開關信號，并將輸入信號轉換為ＰＬＣ內部能夠接收的低電壓信號，同時實現(xiàn)ＰＬＣ內、外信號的電氣隔離。選擇時主要應考慮：（１）數(shù)字量輸入模塊的選擇１）輸入信號的類型及電壓等級。數(shù)字量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流／直流輸入三種類型，主要根據(jù)現(xiàn)場輸入信號、周圍環(huán)境因素等進行選擇。直流輸入模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關、光電開關等電子輸入設備連接；交流輸入模塊的可靠性好，適用于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境。ＰＬＣ的數(shù)字量輸入模塊按輸入信號的電壓大小分類有：直流５Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖ、６０Ｖ和交流１１０Ｖ、２２０Ｖ等。應根據(jù)現(xiàn)場輸入設備與輸入模塊之間的距離來選擇。一般５Ｖ、２４Ｖ適用于傳輸距離較近的場合，傳輸距離較遠的場合應選擇電壓等級較高的模塊。40相關知識３.Ｉ／Ｏ模塊的選擇２）輸入接線方式。數(shù)字量輸入模塊主要有匯點式和分組式兩種接線方式。匯點式數(shù)字量輸入模塊的所有輸入點共用一個公共端，而分組式數(shù)字量輸入模塊將輸入點分成若干組，每一組（若干個輸入點）有一個公共端，各組之間是分隔的。分組式數(shù)字量輸入模塊的每點平均價格較匯點式高。Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ的ＣＰＵ模塊所有輸入點共用一個公共端１Ｍ。３）同時接通的輸入點數(shù)量。若選用高密度的輸入模塊（如２４點、４０點等），則該模塊同時接通的輸入點數(shù)量一般不要超過輸入點數(shù)量的６０％。４）輸入門檻電平。為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮輸入門檻電平的高低。門檻電平越高，抗干擾能力越強，傳輸距離也越遠。（１）數(shù)字量輸入模塊的選擇41相關知識３.Ｉ／Ｏ模塊的選擇選擇數(shù)字量輸出模塊時，主要應考慮以下因素：１）輸出類型。Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ的數(shù)字量輸出模塊有繼電器輸出型和場效應晶體管輸出型兩種。繼電器輸出型ＰＬＣ可以驅動直流負載和交流負載，場效應晶體管輸出型ＰＬＣ只能驅動直流負載。２）輸出接線方式。按ＰＬＣ輸出接線方式的不同，數(shù)字量輸出模塊一般分為分組式輸出和分隔式輸出兩種。分組式數(shù)字量輸出模塊將輸出點分成若干組，每一組（若干個輸出點）有一個公共端，各組之間是分隔的。分隔式數(shù)字量輸出模塊每一點的輸出電路之間都是相互隔離的，每一個輸出點可以使用單獨的電源。３）驅動能力。輸出模塊的輸出電流（驅動能力）必須大于負載的額定電流，用戶應根據(jù)實際負載電流的大小選擇輸出模塊的輸出電流。如果實際負載電流較大，輸出模塊無法直接驅動，可增加中間放大環(huán)節(jié)。（２）數(shù)字量輸出模塊的選擇42相關知識３.Ｉ／Ｏ模塊的選擇４）同時接通的輸出點數(shù)量。選擇輸出模塊時，還應考慮能同時接通的輸出點數(shù)量。同時接通輸出的累計電流值必須小于公共端所允許通過的電流值。一般而言，同時接通的輸出點數(shù)量不要超出同一公共端輸出點數(shù)量的６０％。５）輸出的最大電流。輸出的最大電流與負載類型、環(huán)境溫度等因素有關。數(shù)字量輸出模塊的技術指標與不同的負載類型密切相關。另外，雙向晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高而降低，在實際使用中也應注意。（２）數(shù)字量輸出模塊的選擇（３）模擬量Ｉ／Ｏ模塊的選擇模擬量Ｉ／Ｏ模塊的主要功能是數(shù)據(jù)轉換，并與ＰＬＣ內部總線相連，為了安全還設有電氣隔離功能。模擬量輸入（Ａ／Ｄ）模塊將現(xiàn)場由傳感器檢測產(chǎn)生的連續(xù)的模擬量信號轉換成ＰＬＣ內部可接收的數(shù)字量信號；模擬量輸出（Ｄ／Ａ）模塊將ＰＬＣ內部的數(shù)字量信號轉換為模擬量信號輸出。43相關知識３.Ｉ／Ｏ模塊的選擇（３）模擬量Ｉ／Ｏ模塊的選擇典型模擬量Ｉ／Ｏ模塊的量程為－１０～１０Ｖ、０～１０Ｖ、４～２０ｍＡ等，可根據(jù)實際需要選用，同時還應考慮其分辨率和轉換精度等因素。一些ＰＬＣ制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用來直接接收低電平信號（如熱電阻、熱電偶等信號）。４.電源模塊的選擇電源模塊的選擇僅對于模塊式ＰＬＣ而言，整體式ＰＬＣ無須進行電源模塊的選擇。電源模塊的選擇主要考慮電源額定輸出電流和電源輸入電壓。電源模塊的額定輸出電流必須大于ＣＰＵ模塊、Ｉ／Ｏ模塊和其他特殊功能模塊等消耗電流的總和，同時還應考慮未來Ｉ／Ｏ模塊的擴展等因素；電源輸入電壓一般根據(jù)現(xiàn)場的實際需要而定。44相關知識５.特殊功能模塊的選擇特殊功能模塊包括通信模塊、定位模塊、脈沖輸出模塊、高速計數(shù)模塊、ＰＩＤ控制模塊、溫度控制模塊等。選擇ＰＬＣ時應考慮到特殊功能模塊配套的可能性，兼顧硬件與軟件兩個方面。在硬件方面，首先應保證特殊功能模塊可以方便地與ＰＬＣ連接，ＰＬＣ應該有相關的連接、安裝位置以及接口、連接電纜等附件。在軟件方面，ＰＬＣ應具有相應的控制功能，可以方便地對特殊功能模塊進行編程。６.通信組網(wǎng)能力的選擇目前，很多ＰＬＣ都支持多種通信協(xié)議（有些需要配備相應的通信模塊），應根據(jù)實際需要選擇合適的通信方式。ＰＬＣ控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡主要有以下幾種形式：（１）以ＰＣ為主站，多臺同型號ＰＬＣ為從站，構成簡易ＰＬＣ網(wǎng)絡。（２）以一臺ＰＬＣ為主站，其他同型號ＰＬＣ為從站，構成主從式ＰＬＣ網(wǎng)絡。（３）ＰＬＣ網(wǎng)絡通過特定網(wǎng)絡接口連接到大型ＤＣＳ（集散控制系統(tǒng)）中作為ＤＣＳ的子網(wǎng)。（４）專用ＰＬＣ網(wǎng)絡（各廠商的專用ＰＬＣ通信網(wǎng)絡）。為減輕ＣＰＵ的通信任務，應根據(jù)網(wǎng)絡組成的實際需要，選擇具有不同通信功能（如點對點、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)等）的通信處理器。4500110010100010010101000100110000100110001100101000100101010001001100001001100011001010001001010100010011000010011000110010100010010101000100110000100110可編程序控制器硬件安裝與接線任務246學習目標１.熟悉ＰＬＣ的面板結構，理解ＰＬＣ的數(shù)字量輸入／輸出電路的工作原理。２.熟悉ＰＬＣ的安裝與拆卸工藝，掌握ＰＬＣ的接線方法。３.能正確安裝ＰＬＣ并進行ＰＬＣ的接線。47任務引入圖１－２－１所示為使用Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ的電氣控制柜。ＰＬＣ控制系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。對于用戶而言，硬件部分的工作主要是ＰＬＣ的選型、輸入／輸出點的分配、ＰＬＣ電氣控制系統(tǒng)原理圖的設計、電氣控制元器件的選擇、電氣控制柜的設計以及ＰＬＣ電氣控制系統(tǒng)的安裝、調試、維護等。本任務的要求是正確完成ＰＬＣ硬件的安裝和接線，并完成ＰＬＣ控制電路的檢測。本任務的重點是學習ＰＬＣ的輸入／輸出接線方法。圖１－２－１使用Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ的電氣控制柜48任務引入實施本任務所使用的實訓設備可參考表１－２－１。49相關知識一、ＰＬＣ的面板結構圖１－２－２所示的Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴＣＰＵＳＲ６０模塊面板可以分為６個部分，分別是接線端子排、通信端口、ＬＥＤ狀態(tài)指示燈、Ｉ／Ｏ擴展接口、信號板插槽和存儲卡插槽。圖１－２－２Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴＣＰＵＳＲ６０模塊面板50相關知識１.接線端子排ＰＬＣ通過接線端子與外部設備連接。在ＣＰＵ模塊的面板頂部和底部分別有一排接線端子，頂部的接線端子依次為輸入電路公共端子１Ｍ、輸入接線端子（ＤＩａ.０～ＤＩａ.７、ＤＩｂ.０～ＤＩｂ.７、ＤＩｃ.０～ＤＩｃ.７、ＤＩｄ.０～ＤＩｄ.７、ＤＩｅ.０～ＤＩｅ.３）和ＡＣ１２０～２４０Ｖ電源接線端子（Ｌ１、Ｎ、ＰＥ）。底部的接線端子依次是輸出電路公共端子（１Ｌ～６Ｌ）、輸出接線端子（ＤＱａ.０～ＤＱａ.７、ＤＱｂ.０～ＤＱｂ.７、ＤＱｃ.０～ＤＱｃ.７）和ＤＣ２４Ｖ傳感器電源接線端子（Ｌ＋、Ｍ）。西門子ＰＬＣ的輸入接線端子用Ｉ表示，輸出接線端子用Ｑ表示，均采用八進制編號，以字節(jié)為單位設置。在ＰＬＣ控制系統(tǒng)中，各種按鈕、行程開關、傳感器等主令電器接到ＰＬＣ輸入接線端子和公共端子１Ｍ之間，繼電器、接觸器、電磁閥等輸出設備接到ＰＬＣ輸出接線端子和公共端子（１Ｌ～６Ｌ）之間。51相關知識１.接線端子排52表１－２－２列出了ＣＰＵＳＲ６０模塊的接線端子排引腳位置。相關知識２.通信端口ＣＰＵ模塊面板的左上方有一個以太網(wǎng)通信端口，如圖１－２－３所示，用于實現(xiàn)以太網(wǎng)通信。通過該以太網(wǎng)通信端口和網(wǎng)線，即可方便地將用戶程序下載到Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ中，省去了專用編程電纜。通過該通信端口還可與其他ＣＰＵ模塊、觸摸屏、計算機進行以太網(wǎng)通信，輕松組網(wǎng)。ＣＰＵ模塊面板的左下側有一個用于串口通信的ＲＳ－４８５通信端口（端口０），支持ＵＳＳ驅動協(xié)議、自由口通信、ＭＯＤＢＵＳＲＴＵ協(xié)議以及ＰＰＩ協(xié)議，可以與變頻器、觸摸屏、伺服驅動器等第三方設備通信。標準型ＣＰＵ模塊額外支持ＳＢＣＭ０１信號板（端口１），該信號板可以通過ＳＴＥＰ７－Ｍｉｃｒｏ／ＷＩＮＳＭＡＲＴ編程軟件組態(tài)為ＲＳ－２３２通信端口或ＲＳ－４８５通信端口。圖１－２－３ＣＰＵ模塊的以太網(wǎng)通信端口53相關知識３.ＬＥＤ狀態(tài)指示燈ＬＥＤ狀態(tài)指示燈包括輸入狀態(tài)指示燈、輸出狀態(tài)指示燈、ＣＰＵ狀態(tài)指示燈和以太網(wǎng)狀態(tài)指示燈。ＣＰＵ模塊面板中部有上、下兩排輸入／輸出狀態(tài)指示燈，分別指示輸入和輸出的邏輯狀態(tài)。當輸入或輸出為高電平時，指示燈亮，否則不亮。ＣＰＵ模塊面板左側有三個ＣＰＵ狀態(tài)指示燈（ＲＵＮ、ＳＴＯＰ和ＥＲＲＯＲ），用來指示ＣＰＵ模塊的工作狀態(tài)信息。其中ＲＵＮ和ＳＴＯＰ指示燈指示ＣＰＵ當前的工作模式，ＥＲＲＯＲ指示燈為紅色表示系統(tǒng)錯誤及診斷。ＣＰＵ模塊面板左上側有兩個以太網(wǎng)狀態(tài)指示燈（ＬＩＮＫ和Ｒｘ／Ｔｘ），分別用來指示以太網(wǎng)的連接狀態(tài)和發(fā)送／接收狀態(tài)。當不連接以太網(wǎng)電纜時，兩個指示燈均熄滅。當以太網(wǎng)的物理連接成功時，ＬＩＮＫ指示燈持續(xù)點亮。當沒有數(shù)據(jù)交換時，Ｒｘ／Ｔｘ指示燈慢閃；當有持續(xù)的數(shù)據(jù)交換時，Ｒｘ／Ｔｘ指示燈持續(xù)點亮。54相關知識４.Ｉ／Ｏ擴展接口ＣＰＵ模塊面板右側有一個插針式連接器，即Ｉ／Ｏ擴展接口，它是連接各種擴展模塊的接口。５.信號板插槽ＣＰＵ模塊面板左側的保護蓋下有一個信號板插槽，用來連接信號板，可在不額外占用電氣控制柜空間的前提下，擴展ＣＰＵ的性能。通過信號板插槽可以擴展數(shù)字量通道、模擬量通道、串行通信端口和時鐘保持功能。６.存儲卡插槽ＣＰＵ模塊面板右下側的保護蓋下有一個存儲卡插槽，使用市面上通用的ＭｉｃｒｏＳＤ卡即可實現(xiàn)程序傳輸、ＰＬＣ固件升級和恢復出廠設置。55相關知識二、ＰＬＣ的數(shù)字量輸入／輸出電路圖１－２－４所示為Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴＣＰＵ模塊的數(shù)字量輸入電路，圖中只畫出對應于一個輸入點Ｉ０.０的輸入電路，輸入電流為４ｍＡ，其他各個輸入點對應的輸入電路均相同。ＣＰＵＳＲ６０模塊的輸入點共有３６個，即Ｉ０.０～Ｉ０.７、Ｉ１.０～Ｉ１.７、Ｉ２.０～Ｉ２.７、Ｉ３.０～Ｉ３.７和Ｉ４.０～Ｉ４.３。１Ｍ是同一組輸入點各內部輸入電路的公共點。１.數(shù)字量輸入電路圖１－２－４數(shù)字量輸入電路Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴＣＰＵ模塊可以用模塊內部的ＤＣ２４Ｖ電源作為輸入回路的電源，該電源還可以為接近開關、光電開關等傳感器供電。輸入電路的主要元件是光電耦合器，具有光電隔離作用。56相關知識二、ＰＬＣ的數(shù)字量輸入／輸出電路光電耦合器一般由發(fā)光二極管和光敏三極管組成，其輸入端為發(fā)光二極管，輸出端為光敏三極管，通過電—光—電轉換傳遞信號。光電耦合器可以有效防止各種干擾信號和高電壓信號進入ＰＬＣ，提高抗干擾能力和安全性能，并完成高低電平（ＤＣ２４Ｖ／５Ｖ）的轉換。數(shù)字量輸入電路的工作原理是：當按下按鈕ＳＢ時，光電耦合器中兩個反向并聯(lián)的發(fā)光二極管中的一個點亮，光敏三極管飽和導通，相應的輸入狀態(tài)指示燈點亮，過程映像輸入寄存器Ｉ００為“１”狀態(tài)；當松開按鈕ＳＢ時，光電耦合器中的發(fā)光二極管熄滅，光敏三極管截止，相應的輸入狀態(tài)指示燈熄滅，過程映像輸入寄存器Ｉ００為“０”狀態(tài)。過程映像輸入寄存器Ｉ００的邏輯狀態(tài)通過數(shù)據(jù)總線送至ＣＰＵ，用于控制程序的邏輯運算。圖１－２－４中電流從輸入端流入，稱為漏型輸入。如果將圖中的電源反接，電流從輸入端流出，則稱為源型輸入。輸入點的輸入延遲時間可以通過編程軟件的系統(tǒng)塊設置。１.數(shù)字量輸入電路57相關知識二、ＰＬＣ的數(shù)字量輸入／輸出電路Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴＣＰＵ模塊的數(shù)字量輸出電路的功率元件有繼電器和場效應晶體管兩種，負載電源由外部提供。輸出電路一般分為若干組，每一組的總電流有限制。２.數(shù)字量輸出電路58圖１－２－５所示是繼電器輸出電路，繼電器同時起電氣隔離和功率放大作用，每一路只提供一對常開觸點。圖中只畫出對應于一個輸出點Ｑ０.０的輸出電路，其他各個輸出點對應的輸出電路均相同。ＣＰＵＳＲ６０模塊的輸出點共有２４個，即Ｑ０.０～Ｑ０.７、Ｑ１.０～Ｑ１.７和Ｑ２.０～Ｑ２.７。１Ｌ是第一組輸出點（Ｑ０.０～Ｑ０.３）各內部輸出電路的公共點。每個輸出點的額定電流與負載的性質有關，如Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴＣＰＵ模塊的每個繼電器輸出點的額定電流是２Ａ，可以驅動ＡＣ２００Ｗ的白熾燈，每一個公共端的額定電流為１０Ａ。圖１－２－５繼電器輸出電路相關知識二、ＰＬＣ的數(shù)字量輸入／輸出電路繼電器輸出電路的工作原理是：在內部電路中，ＣＰＵ通過數(shù)據(jù)總線將執(zhí)行用戶程序后的邏輯運算結果送至過程映像輸出寄存器Ｑ０.０。當過程映像輸出寄存器Ｑ０.０的狀態(tài)為“１”時，相應的輸出狀態(tài)指示燈點亮，相應的輸出繼電器（確實存在的小型物理繼電器，位于ＰＬＣ面板下）線圈通電，其常開觸點閉合，負載得電；當過程映像輸出寄存器Ｑ０.０的狀態(tài)為“０”時，相應的輸出狀態(tài)指示燈熄滅，相應的輸出繼電器線圈斷電，其觸點斷開，負載斷電。２.數(shù)字量輸出電路繼電器輸出電路既可以驅動交流負載，也可以驅動直流負載。其優(yōu)點是使用電壓范圍廣（ＤＣ５～３０Ｖ或ＡＣ５～２５０Ｖ），導通壓降小，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強；缺點是動作速度較慢，使用壽命（動作次數(shù)）有一定的限制。因此，繼電器輸出型ＣＰＵ模塊適用于控制繼電器和接觸器線圈、電磁閥等。如果系統(tǒng)輸出量的變化不是很頻繁，建議優(yōu)先選用繼電器輸出型ＣＰＵ模塊。59相關知識二、ＰＬＣ的數(shù)字量輸入／輸出電路圖１－２－６所示是場效應晶體管輸出電路。其工作原理是：輸出信號送至內部電路中的輸出鎖存器，再經(jīng)光電耦合器送至場效應晶體管，后者的飽和導通狀態(tài)和截止狀態(tài)相當于觸點的接通和斷開。圖中的穩(wěn)壓二極管用來抑制關斷過電壓和外部的浪涌電壓，以保護場效應晶體管，場效應晶體管輸出電路的工作頻率可達１００ｋＨｚ。２.數(shù)字量輸出電路場效應晶體管輸出電路中每個輸出點的額定電流為０.５Ａ，每個公共端的額定電流為６Ａ。場效應晶體管輸出電路只能驅動直流負載。其優(yōu)點是可靠性強，反應速度快，壽命長；缺點是過載能力稍差。場效應晶體管輸出型ＣＰＵ模塊適用于驅動高速（Ｑ０.０、Ｑ０.１和Ｑ０.３點可達１００ｋＨｚ）、小功率直流負載，如作為直流電子開關輸出高速脈沖信號控制步進電動機等。圖１－２－６場效應晶體管輸出電路60相關知識三、ＰＬＣ的安裝與拆卸如圖１－２－７所示，Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ可采用水平或垂直方式安裝在面板或標準ＤＩＮ導軌上。水平安裝時，ＣＰＵ模塊在所有擴展模塊的左側；垂直安裝時，ＣＰＵ模塊在所有擴展模塊的下方。垂直安裝時允許的最高環(huán)境溫度比水平安裝時低１０℃，因此建議盡量選擇水平安裝方式。安裝時，應將Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ與高電壓和電子噪聲隔離開，應盡量安裝在控制柜中溫度較低的區(qū)域，并在其上方和下方留出至少２５ｍｍ的間隙，以便于正常的散熱。此外，ＰＬＣ的模塊前端與機柜內壁間至少應留出２５ｍｍ的深度。規(guī)劃ＰＬＣ的布局時，應留出足夠的空間以方便進行接線和通信電纜連接。圖１－２－７Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ的安裝方式、方向和間距61相關知識四、ＰＬＣ的接線ＰＬＣ的接線包括輸入接線、輸出接線和供電電源接線。ＰＬＣ的外部設備主要指控制系統(tǒng)中的輸入和輸出設備。其中，輸入設備是對控制系統(tǒng)發(fā)出各種控制信號的主令電器，如按鈕、開關、各種傳感器等。ＰＬＣ輸出接口帶負載的能力是有限的，它是通過執(zhí)行裝置（如繼電器、接觸器、氣動與液動執(zhí)行裝置的電磁閥等）來帶動生產(chǎn)機械工作的，這些執(zhí)行裝置就是ＰＬＣ的輸出設備。ＰＬＣ常用的輸入、輸出設備實物圖如圖１－２－８所示。圖１－２－８ＰＬＣ常用的輸入、輸出設備實物圖62相關知識四、ＰＬＣ的接線１.輸入接線Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴＣＰＵ模塊的輸入電路采用直流輸入形式，既可以由外接的開關式穩(wěn)壓電源供電，也可以由ＣＰＵ模塊自帶的ＤＣ２４Ｖ傳感器電源（Ｌ＋、Ｍ）供電（前提是不超過傳感器電源的容量）。圖１－２－９所示為ＣＰＵＳＲ６０模塊的輸入接線圖，其中接近開關分別為二線制接近開關和三線制ＰＮＰ型接近開關。ＣＰＵＳＴ６０模塊的輸入接線與圖１－２－９相同。圖１－２－９ＣＰＵＳＲ６０模塊的輸入接線圖ａ）接線實物圖ｂ）接線原理圖63相關知識四、ＰＬＣ的接線２.輸出接線Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴＣＰＵ模塊有繼電器輸出型和場效應晶體管輸出型兩種類型的輸出回路。其中，繼電器輸出型既可接交流負載也可接直流負載，場效應晶體管輸出型只可接直流負載。ＣＰＵＳＲ６０模塊的輸出接線圖如圖１－２－１０所示。圖１－２－１０ＣＰＵＳＲ６０模塊的輸出接線圖ａ）接線實物圖ｂ）接線原理圖64相關知識場效應晶體管輸出型ＣＰＵＳＴ６０模塊的輸出設備接線圖如圖１－２－１３所示。圖１－２－１３ＣＰＵＳＴ６０模塊的輸出接線圖ａ）接線實物圖ｂ）接線原理圖6500110010100010010101000100110000100110001100101000100101010001001100001001100011001010001001010100010011000010011000110010100010010101000100110000100110可編程序控制器編程軟件的使用任務366學習目標１.了解ＰＬＣ的程序結構。２.理解ＰＬＣ的編址方式，了解ＰＬＣ的編程元件和數(shù)據(jù)類型。３.掌握編程軟件的使用方法。４.能采用梯形圖程序輸入法輸入ＰＬＣ控制程序，并能利用梯形圖的程序狀態(tài)監(jiān)控及強制數(shù)據(jù)方法模擬調試ＰＬＣ控制程序。67任務引入68圖１－３－１所示為三相異步電動機點動正轉控制線路，其中，圖１－３－１ａ為原理圖，圖１－３－１ｂ為控制時序圖。點動正轉控制線路適用于電動機短時間運轉操作。圖１－３－１三相異步電動機點動正轉控制線路ａ）原理圖ｂ）控制時序圖任務引入69本任務要求將圖１－３－１所示的傳統(tǒng)繼電器控制方式改為ＰＬＣ控制方式，完成三相異步電動機點動正轉ＰＬＣ控制線路的設計、安裝和調試?？刂埔笕缦拢海?按下點動按鈕ＳＢ，接觸器ＫＭ線圈得電，電動機Ｍ啟動運轉。松開點動按鈕ＳＢ，接觸器ＫＭ線圈失電，電動機Ｍ失電停轉。２.具有短路保護等必要的保護措施。利用ＰＬＣ改造繼電器控制線路主要是針對控制電路（主電路一般保持不變），即用ＰＬＣ的外部硬件接線和ＰＬＣ存儲的程序控制邏輯（如梯形圖、語句表等）來代替繼電器電路，以實現(xiàn)繼電器電路的硬件接線所表達的控制邏輯。本任務中，點動按鈕ＳＢ屬于ＰＬＣ的輸入設備，產(chǎn)生輸入信號，應與ＰＬＣ的輸入端子相連接；接觸器ＫＭ線圈屬于輸出設備（負載），應與ＰＬＣ的輸出端子相連接。由于Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ（繼電器輸出型）輸出端子允許的電壓范圍為ＡＣ５～２５０Ｖ，因此，需要將圖１－３－１中接觸器ＫＭ線圈的額定電壓由ＡＣ３８０Ｖ改為ＡＣ２２０Ｖ，以適應ＰＬＣ輸出端子的電壓要求。任務引入70對于電動機點動正轉控制線路中點動按鈕ＳＢ和接觸器ＫＭ線圈之間的簡單邏輯關系，根據(jù)表１－１－２中ＰＬＣ等效繼電器與繼電器電路的電氣符號對照關系即可設計出ＰＬＣ控制程序。本任務的重點是學習編程軟件的使用方法。實施本任務所使用的實訓設備可參考表１－３－１。相關知識71一、ＰＬＣ的程序結構Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴＣＰＵ的控制程序由主程序、子程序和中斷程序組成。主程序、子程序和中斷程序總稱為程序組織單元（ｐｒｏｇｒａｍｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎａｌｕｎｉｔｓ，ＰＯＵ），各程序的含義見表１－３－２。相關知識72二、ＰＬＣ的編程元件、編址方式和數(shù)據(jù)類型沿用傳統(tǒng)繼電器的命名習慣，ＰＬＣ的編程元件包括輸入繼電器（即過程映像輸入寄存器）Ｉ、輸出繼電器（即過程映像輸出寄存器）Ｑ、輔助繼電器（即位存儲器或標志存儲器）Ｍ、特殊輔助繼電器（即特殊存儲器）ＳＭ、定時器Ｔ、計數(shù)器Ｃ、變量存儲器Ｖ、順序控制繼電器Ｓ、局部存儲器Ｌ、模擬量輸入繼電器（即模擬量過程映像輸入寄存器）ＡＩ、模擬量輸出繼電器（即模擬量過程映像輸出寄存器）ＡＱ、累加器ＡＣ和高速計數(shù)器ＨＣ等。１.編程元件值得注意的是，ＰＬＣ的內部并不存在這些實際的物理元件，與其對應的只是用戶程序存儲器的數(shù)據(jù)存儲區(qū)中的各個存儲區(qū)域。一個繼電器對應存儲器的一個基本單元，即１位二進制數(shù)；多個繼電器對應多個基本單元，８個基本單元構成一個８位二進制數(shù)，即１個字節(jié)，正好占用存儲器的一個存儲單元；連續(xù)兩個存儲單元構成一個１６位二進制數(shù)，即１個字；連續(xù)的兩個字構成１個雙字。各種編程元件各自占有一定數(shù)量的存儲單元。使用這些編程元件，實質上就是將相應存儲器的存儲內容以位、字節(jié)、字或雙字的形式進行存取。相關知識73二、ＰＬＣ的編程元件、編址方式和數(shù)據(jù)類型ＰＬＣ存儲器由許多存儲單元組成，每個存儲單元都有唯一的地址，可以根據(jù)存儲器地址來存取數(shù)據(jù)。存儲器的單位可以是位、字節(jié)、字、雙字，編址方式可以是位編址、字節(jié)編址、字編址和雙字編址。２.編址方式（１）位編址位編址由存儲器標識符、字節(jié)地址、分隔符和位號四部分組成。位編址也稱為“字節(jié).位”編址，如Ｉ０.１、Ｍ０.０、Ｑ０.３等。如圖１－３－２所示，Ｉ３.４表示圖中黑色標記的位地址，Ｉ是存儲器（過程映像輸入寄存器）的標識符，３是字節(jié)地址，４是位號，字節(jié)地址３和位號４之間用點號“.”隔開。圖１－３－２位地址Ｉ３.４的表達方式按照“字節(jié).位”編址的存儲器有：Ｉ、Ｑ、Ｍ、ＳＭ、Ｓ、Ｌ和Ｖ。相關知識74２.編址方式（２）字節(jié)、字和雙字編址字節(jié)、字和雙字編址方式見表１－３－３相關知識75Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴＣＰＵ存儲器的范圍見表１－３－４。Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴＣＰＵ通過地址訪問數(shù)據(jù)，地址是訪問數(shù)據(jù)的依據(jù)，訪問數(shù)據(jù)的過程稱為尋址。２.編址方式相關知識76ＰＬＣ的編程語言中，大多數(shù)指令要與數(shù)據(jù)對象一起進行操作。不同的數(shù)據(jù)對象具有不同的數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)類型定義了數(shù)據(jù)的長度（位數(shù)）和表示方式。Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ系列ＰＬＣ的數(shù)據(jù)類型可以是布爾型（０或１）、整數(shù)型、實數(shù)型（浮點數(shù)）或字符串型，其數(shù)值范圍見表１－３－５。３.數(shù)據(jù)類型相關知識77編程中經(jīng)常會使用常數(shù)，常數(shù)數(shù)據(jù)長度可以字節(jié)、字和雙字為單位。在機器內部，數(shù)據(jù)都是以二進制形式存儲的，但常數(shù)的書寫可以用二進制、十進制、十六進制、ＡＳＣＩＩ碼或浮點數(shù)（實數(shù)）等多種形式。關于幾種常數(shù)形式的說明如下：（１）二進制的書寫格式為“２＃二進制數(shù)值”，如２＃０００１０１０１１０１０１１００。（２）十進制的書寫格式為“十進制數(shù)值”，如２１３８。（３）十六進制的書寫格式為“１６＃十六進制數(shù)值”，如１６＃３ＢＤ７。（４）ＡＳＣＩＩ碼的書寫格式為“ＡＳＣＩＩ碼文本”，如ｓｈｏｗｔｅｒｍｉｎｕｓ。（５）浮點數(shù)的書寫格式按ＩＥＥＥ浮點數(shù)格式，如１０８。３.數(shù)據(jù)類型相關知識78三、ＳＴＥＰ７－Ｍｉｃｒｏ／ＷＩＮＳＭＡＲＴＶ２.７編程軟件的使用１.編程軟件的界面ＳＴＥＰ７－Ｍｉｃｒｏ／ＷＩＮＳＭＡＲＴＶ２７編程軟件的界面如圖１－３－３所示。圖１－３－３ＳＴＥＰ７－Ｍｉｃｒｏ／ＷＩＮＳＭＡＲＴＶ２.７編程軟件的界面相關知識79圖１－３－４快速訪問“文件”界面１.編程軟件的界面快速訪問工具欄在界面的左上方。單擊快速訪問工具欄中的“文件”按鈕

，彈出圖１－３－４所示的界面，可簡單、快速地訪問“文件”菜單的大部分功能以及最近文檔?？焖僭L問工具欄還有“新建”

、“打開”

、“保存”

和“打印”

幾個默認按鈕。單擊快速訪問工具欄右邊的按鈕，打開“自定義快速訪問工具欄”菜單，單擊“更多命令…”，彈出“自定義”對話框，可以增、減快速訪問工具欄中的命令按鈕。（１）快速訪問工具欄相關知識80１.編程軟件的界面標題欄用來顯示當前項目的標題。當打開或創(chuàng)建了一個項目時，標題欄顯示當前項目的名稱，如圖１－３－３中的“項目１－ＳＴＥＰ７－Ｍｉｃｒｏ／ＷＩＮＳＭＡＲＴ”。（２）標題欄（３）菜單欄和菜單功能區(qū)菜單欄共有“文件”“編輯”“視圖”“ＰＬＣ”“調試”“工具”和“幫助”七個選項。每個菜單均采用帶狀式菜單功能區(qū)，菜單功能區(qū)顯示較寬，這是ＳＴＥＰ７－Ｍｉｃｒｏ／ＷＩＮＳＭＡＲＴＶ２７的人性化設計亮點之一。右擊菜單功能區(qū)，執(zhí)行快捷菜單中的命令“最小化功能區(qū)”，則在未單擊菜單欄選項卡時，不會顯示菜單功能區(qū)。單擊某個菜單欄選項卡，可以打開和關閉該菜單的功能區(qū)。相關知識81１.編程軟件的界面（３）菜單欄和菜單功能區(qū)１）“文件”菜單功能區(qū)包括“操作”“傳送”“打印”“保護”“庫”和“ＧＳＤＭＬ”部分，每部分包含一種類型的文件指令，如圖１－３－５所示。其中“操作”部分可完成新建、打開、關閉、保存、導入、導出、上一個等操作。“傳送”部分可完成上傳、下載項目等操作。圖１－３－５“文件”菜單功能區(qū)相關知識82１.編程軟件的界面（３）菜單欄和菜單功能區(qū)２）“編輯”菜單功能區(qū)包括“剪貼板”“插入”“刪除”和“搜索”部分，這些部分對多種編輯命令進行了分組，如圖１－３－６所示。其中“剪貼板”部分可完成粘貼、剪切、復制、撤銷等操作。“插入”部分可在程序中插入對象，包括圖表、數(shù)據(jù)頁、子程序等，還可以在程序中插入行、列、程序段、水平線、垂直線等?？捎玫摹安迦搿辈藛芜x項取決于正在編輯的窗口組件和光標位置。圖１－３－６“編輯”菜單功能區(qū)相關知識83１.編程軟件的界面（３）菜單欄和菜單功能區(qū)３）“視圖”菜單功能區(qū)包括“編輯器”“窗口”“符號”“注釋”“書簽”和“屬性”部分，如圖１－３－７所示。其中“編輯器”部分可完成ＳＴＬ、ＬＡＤ、ＦＢＤ選擇操作?！按翱凇?/p>