機(jī)電一體化技術(shù)與應(yīng)用 課件 -第6章 機(jī)電一體化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

機(jī)電一體化技術(shù)與應(yīng)用第1章

機(jī)電一體化概述第2章

機(jī)電一體化系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模第3章

機(jī)電一體化系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)第4章

機(jī)電一體化系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)第5章

機(jī)電一體化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第6章

機(jī)電一體化系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第7章

機(jī)電一體化系統(tǒng)通信技術(shù)第8章

機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾技術(shù)第9章

機(jī)電一體化系統(tǒng)工程實(shí)例目

錄第6章機(jī)電一體化系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述6.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6.3工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）6.4單片機(jī)6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-3-6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述2024/10/9-4-1.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展（1）機(jī)械計(jì)算機(jī)第一臺(tái)能做十進(jìn)制加減法運(yùn)算的鐘表齒輪式機(jī)械計(jì)算機(jī)（1642年法國數(shù)學(xué)家帕斯卡）；第一臺(tái)能進(jìn)行十進(jìn)制四則運(yùn)算的機(jī)械計(jì)算機(jī)（1674年德國數(shù)學(xué)家拉布尼茨）；第一臺(tái)分析機(jī)（十九世紀(jì)三十年代英國數(shù)學(xué)家巴貝奇）；第一臺(tái)卡片程序控制計(jì)算機(jī)（1890年美國統(tǒng)計(jì)學(xué)家霍列瑞斯，后創(chuàng)建IBM公司）；6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述2024/10/9-5-1.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展（2）電子計(jì)算機(jī)第一代，電子管計(jì)算機(jī)：1946年，第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)ENIAC，標(biāo)志著電子計(jì)算機(jī)誕生。第二代，晶體管計(jì)算機(jī)：1958年，第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)IBM7090，計(jì)算機(jī)開始逐漸應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域、大學(xué)和政府部門。第三代，集成電路計(jì)算機(jī)：1964年到1972年的計(jì)算機(jī)，大量使用集成電路，典型的機(jī)型是IBM360系列。第四代，大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)：1972年以后，基于大規(guī)模集成電路，第一臺(tái)廣泛使用的個(gè)人計(jì)算機(jī)IBM5150。6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述2024/10/9-6-1.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展（3）發(fā)展趨勢(shì)更高速度、更大空間，適應(yīng)尖端科學(xué)技術(shù)的需要；向體積更小、功耗更低、性能更強(qiáng)的微型化方向，應(yīng)用于儀器、儀表和家用電器等設(shè)備中的專用微型機(jī)和個(gè)人計(jì)算機(jī)。舉例：中國成功構(gòu)建量子計(jì)算原型機(jī)“九章”。6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述2024/10/9-7-2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成（1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由硬件和軟件兩大部分組成。（2）硬件：是由計(jì)算機(jī)主機(jī)、接口電路、輸入/輸出通道及外部設(shè)備等組成。①計(jì)算機(jī)：整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。②接口與輸入/輸出通道：是計(jì)算機(jī)與被控對(duì)象進(jìn)行信息交換的橋梁。③外部設(shè)備：最基本的是操作臺(tái)，它是人機(jī)對(duì)話的聯(lián)系紐帶。還有串行通信口、打印機(jī)、CRT顯示終端等其他外部設(shè)備。各種傳感器把各種被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換為電量信息送到計(jì)算機(jī)中。各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)按計(jì)算機(jī)的輸出命令去控制對(duì)象。6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述2024/10/9-8-2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成（3）軟件：主要是指支持系統(tǒng)運(yùn)行并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制的程序系統(tǒng)?？煞譃閮纱箢悾簩?shí)時(shí)軟件和開發(fā)軟件。①實(shí)時(shí)軟件可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。②開發(fā)軟件包括各種語言處理程序、服務(wù)程序、調(diào)試和仿真程序等。6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述2024/10/9-9-3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的種類（1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域舉例工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述2024/10/9-10-3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的種類（1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域舉例智能家居系統(tǒng)6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述2024/10/9-11-3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的種類（1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域舉例航空航天控制系統(tǒng)。6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述2024/10/9-12-3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的種類（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類①操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)的輸出不直接用來控制生產(chǎn)對(duì)象，而只是對(duì)系統(tǒng)過程參數(shù)進(jìn)行收集、加工處理，然后輸出數(shù)據(jù)。操作人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的操作。6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述2024/10/9-13-3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的種類（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類②直接數(shù)字控制：用一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)被控參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，再根據(jù)設(shè)定值和控制算法進(jìn)行運(yùn)算，然后輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，使被控參數(shù)穩(wěn)定在給定值上。6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述2024/10/9-14-3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的種類（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類③計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)：由SCC計(jì)算機(jī)測(cè)量被控參數(shù)，按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出最佳給定值送給模擬調(diào)節(jié)器或者DDC計(jì)算機(jī)，最后由模擬調(diào)節(jié)器或DDC計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)過程，從而使生產(chǎn)過程處于最優(yōu)工作狀態(tài)。6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述2024/10/9-15-3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的種類（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類③計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)：由SCC計(jì)算機(jī)測(cè)量被控參數(shù)，按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出最佳給定值送給模擬調(diào)節(jié)器或者DDC計(jì)算機(jī)，最后由模擬調(diào)節(jié)器或DDC計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)過程，從而使生產(chǎn)過程處于最優(yōu)工作狀態(tài)。6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述2024/10/9-16-3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的種類（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類④分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：多臺(tái)微型計(jì)算機(jī)分別承擔(dān)部分任務(wù)，將控制功能分散，用多臺(tái)單片微機(jī)分別執(zhí)行不同的控制功能，用PC機(jī)等微型計(jì)算機(jī)完成上級(jí)控制和管理功能。6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述2024/10/9-17-一種四級(jí)的分布式系統(tǒng)第6章機(jī)電一體化系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述6.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6.3工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）6.4單片機(jī)6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-18-6.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2024/10/9-19-1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則（1）可靠性高①系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境②采用模塊結(jié)構(gòu)③采用集散控制系統(tǒng)④提供多種操作方式6.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2024/10/9-20-1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則（2）滿足工藝要求滿足生產(chǎn)過程所提出的各種要求和性能指標(biāo)。設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)所達(dá)到的性能指標(biāo)不應(yīng)低于生產(chǎn)工藝要求。（3）操作維護(hù)方便操作方便：表現(xiàn)在操作簡單、直觀形象和便于掌握，既要體現(xiàn)操作的先進(jìn)性，又要兼顧原有的操作習(xí)慣。維護(hù)方便：體現(xiàn)在易于查找和排除故障。6.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2024/10/9-21-1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則（4）實(shí)時(shí)性強(qiáng)表現(xiàn)在對(duì)內(nèi)部和外部事件能及時(shí)響應(yīng)，并做出相應(yīng)的處理，不丟失信息，不延誤操作。（5）通用性好①硬件模板設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，在擴(kuò)充功能時(shí)，只需增加功能模板；②軟件模塊或控制算法采用標(biāo)準(zhǔn)模塊結(jié)構(gòu)，用戶使用時(shí)不需要二次開發(fā)，只需按要求選擇各種功能模塊。（6）經(jīng)濟(jì)效益①系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性價(jià)比要盡可能高；②投入產(chǎn)出比要盡可能低。6.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2024/10/9-22-2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路（1）確定系統(tǒng)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)確定系統(tǒng)的性質(zhì)是數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，還是對(duì)象控制系統(tǒng)。采用“黑箱”設(shè)計(jì)法形成系統(tǒng)的總體框圖。6.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2024/10/9-23-2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路（2）確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式①以模擬量為主的中小規(guī)模的過程控制環(huán)境下，優(yōu)先選擇總線型IPC來構(gòu)成系統(tǒng)；②以數(shù)字量為主的中小規(guī)模的運(yùn)動(dòng)控制環(huán)境下，優(yōu)先選擇PLC來構(gòu)成系統(tǒng)；③當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較小、控制回路較少時(shí)，采用單片機(jī)系列；④對(duì)于系統(tǒng)規(guī)模較大、自動(dòng)化水平要求高、集控制與管理于一體的系統(tǒng)，選用DCS、FCS等。6.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2024/10/9-24-2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路（3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備選擇：主要包含傳感器、變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇。（4）確定控制算法：在硬件系統(tǒng)確定后，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制效果的優(yōu)劣，主要取決于采用的控制策略和控制算法是否合適。6.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2024/10/9-25-2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路（5）硬件、軟件功能的劃分①采用硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)速度比較快，可以節(jié)省CPU的大量時(shí)間，但系統(tǒng)比較復(fù)雜、靈活性差，價(jià)格也比較高；②采用軟件實(shí)現(xiàn)比較靈活、價(jià)格便宜，但要占用CPU較多的時(shí)間。一般在CPU時(shí)間允許的情況下，盡量采用軟件實(shí)現(xiàn)，如果系統(tǒng)控制回路較多、CPU任務(wù)較重，或某些軟件設(shè)計(jì)比較困難，則可考慮用硬件完成。（6）其他方面的考慮人-機(jī)交互方式的問題，系統(tǒng)的機(jī)柜或機(jī)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、可靠性、電源、抗干擾等方面的問題。第6章機(jī)電一體化系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述6.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6.3工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）6.4單片機(jī)6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-26-6.3工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）2024/10/9-27-1.IPC基本知識(shí)（1）IPC定義IPC是一種采用總線結(jié)構(gòu)，對(duì)生產(chǎn)過程及機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行檢測(cè)與控制的工具總稱。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IndustrialPersonalComputer，IPC）簡稱工控機(jī)，也稱為產(chǎn)業(yè)電腦或工業(yè)電腦。6.3工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）2024/10/9-28-1.IPC基本知識(shí)（2）IPC的組成IPC的主要結(jié)構(gòu)通常包括：全鋼機(jī)箱、無源底板、工業(yè)電源、CPU卡和其他配件。①全鋼機(jī)箱：按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，抗沖擊、抗振動(dòng)、抗電磁干擾，內(nèi)部可安裝同PC-bus兼容的無源底板。②無源底板：無源底板可插接各種板卡，包括CPU卡、顯示卡、控制卡、I/O卡等。③工業(yè)電源：主要采用的是ATX電源。6.3工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）2024/10/9-29-1.IPC基本知識(shí)（2）IPC的組成IPC的主要結(jié)構(gòu)通常包括：全鋼機(jī)箱、無源底板、工業(yè)電源、CPU卡和其他配件。④CPU卡：現(xiàn)在工控機(jī)采用較多的處理器為英特爾酷睿（Core）系列，如i3、i5和i7。⑤其他配件：主要有CPU、內(nèi)存、顯卡、硬盤、軟驅(qū)、鍵盤、鼠標(biāo)、光驅(qū)、顯示器等。⑥編程軟件：常用的工控機(jī)編程軟件有C/C++、Python、LabVIEW、MATLAB/Simulink。6.3工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）2024/10/9-30-1.IPC基本知識(shí)（3）IPC的特點(diǎn)可靠性：具有在粉塵、煙霧、高/低溫、潮濕、震動(dòng)、腐蝕和快速診斷和可維護(hù)性，其MTTR一般為5min，MTTF10萬小時(shí)以上，而普通PC的MTTF僅為10000～15000小時(shí)。實(shí)時(shí)性：對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與控制，對(duì)工作狀況的變化給予快速響應(yīng)，及時(shí)進(jìn)行采集和輸出調(diào)節(jié)（看門狗功能這是普通PC所不具有的），遇險(xiǎn)自復(fù)位，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。擴(kuò)充性：由于采用底板+CPU卡結(jié)構(gòu)，因而具有很強(qiáng)的輸入輸出功能，最多可擴(kuò)充20個(gè)板卡，能與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種外設(shè)、板卡如控制器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、車輛檢測(cè)儀等相連，以完成各種任務(wù)。兼容性：能同時(shí)利用ISA與PCI及PICMG資源，并支持各種操作系統(tǒng)，多種語言匯編，多任務(wù)操作系統(tǒng)。6.3工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）2024/10/9-31-1.IPC基本知識(shí)IPC與普通計(jì)算機(jī)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：①機(jī)箱采用鋼結(jié)構(gòu)，有較高的防磁、防塵、防沖擊的能力；②機(jī)箱內(nèi)有專用底板，底板上有PCI和ISA插槽；③機(jī)箱內(nèi)有專門電源，電源有較強(qiáng)的抗干擾能力；④具有連續(xù)長時(shí)間工作能力；⑤一般采用便于安裝的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱。相比劣勢(shì)：①配置硬盤容量??；②數(shù)據(jù)安全性低；③存儲(chǔ)選擇性??；④價(jià)格較高。6.3工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）2024/10/9-32-2.IPC系統(tǒng)開發(fā)流程（1）工程項(xiàng)目與控制任務(wù)確定階段明確系統(tǒng)技術(shù)性能指標(biāo)要求，還要包含經(jīng)費(fèi)、計(jì)劃進(jìn)度和合作方式等內(nèi)容。（2）工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段主要包括組建項(xiàng)目研制小組、系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)、方案論證與評(píng)審、硬件和軟件的細(xì)化設(shè)計(jì)、硬件和軟件的調(diào)試、系統(tǒng)的組裝等。（3）離線仿真和調(diào)試階段離線仿真和調(diào)試是指在實(shí)驗(yàn)室而不是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的仿真和調(diào)試?？綑C(jī)的目的要在連續(xù)不停機(jī)的運(yùn)行中暴露問題和解決問題。（4）在線調(diào)試和運(yùn)行階段在線調(diào)試和運(yùn)行就是將系統(tǒng)和生產(chǎn)過程連接在一起，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)行。6.3工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）2024/10/9-33-舉例：智能大棚第6章機(jī)電一體化系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述6.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6.3工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）6.4單片機(jī)6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-34-6.4單片機(jī)2024/10/9-35-1.單片機(jī)定義單片機(jī)的全稱是單片微型計(jì)算機(jī)（SingleChipMicrocomputer），也稱為微控制器（Micro-ControllerUnit，MCU），它是由中央處理單元CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、程序存儲(chǔ)器ROM和輸入/輸出接口集成在一塊芯片上，構(gòu)成的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。6.4單片機(jī)2024/10/9-36-2.單片機(jī)特點(diǎn)（1）體積小、功能全將計(jì)算機(jī)的基本組成部件集成于一塊硅片之上，與由微處理器芯片加上其他必需的外圍器件構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)的體積更為小巧，使用時(shí)更加靈活方便。（2）面向控制單片機(jī)內(nèi)部具有許多適用于控制目的的功能部件，其指令系統(tǒng)中亦包含了豐富的適宜于完成控制任務(wù)的指令，因此它是一種面向控制的通用機(jī)。（3）特別適宜于機(jī)電一體化智能產(chǎn)品因單片機(jī)體積小巧且控制功能強(qiáng)，能容易地做到在產(chǎn)品內(nèi)部代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械、電子元器件，可減小產(chǎn)品體積，增強(qiáng)其功能，實(shí)現(xiàn)不同程度的智能化。（4）種類多目前市場(chǎng)上常用的單片機(jī)有：PIC單片機(jī)、AVR單片機(jī)、ARM單片機(jī)、ESP系列單片機(jī)、STM8單片機(jī)。6.4單片機(jī)2024/10/9-37-3.單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)（1）低功耗CMOS化（2）單片化（3）微型化（4）大容量、高性能（5）串行擴(kuò)展技術(shù)6.4單片機(jī)2024/10/9-38-4.STM單片機(jī)硬件（1）STM32單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)架包含ARM公司提供的內(nèi)核：cortex-M3、ARM公司提供的總線：Icode，Dcode，System總線，ST公司提供的總線矩陣，DMA控制器，AHB總線，APB總線，以及各個(gè)外設(shè)控制器。6.4單片機(jī)2024/10/9-39-單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)架圖6.4單片機(jī)2024/10/9-40-STM32單片機(jī)引腳示意圖6.4單片機(jī)2024/10/9-41-4.STM單片機(jī)硬件（2）各引腳定義VBAT：備用電池供電引腳，其可接一個(gè)3V的電池。2號(hào)引腳：IO口或者侵入檢測(cè)或RTC。3、4號(hào)引腳：IO口或者接32.768KHz的RTC晶振。5、6號(hào)引腳：接系統(tǒng)主晶振，一般是8MHz。7號(hào)NRST：系統(tǒng)復(fù)位引腳，N表示它是低電平復(fù)位。8、9號(hào)引腳：內(nèi)部模擬部分的電源，如ADC、RC振蕩器等。10~19號(hào)引腳：IO口，PA0兼具Wake-up功能。6.4單片機(jī)2024/10/9-42-4.STM單片機(jī)硬件（2）各引腳定義20號(hào)引腳：IO口或者BOOT1引腳，BOOT引腳用來配置啟動(dòng)模式。23、24號(hào)引腳：VSS_1（負(fù)極）和VDD_1（正極）是系統(tǒng)的主電源口。25~33號(hào)引腳：IO口。34號(hào)加37~40號(hào)引腳：IO口或者調(diào)試端口。41-43及45~46引腳：IO口。44號(hào)引腳：BOOT0做啟動(dòng)配置。第6章機(jī)電一體化系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)6.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述6.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6.3工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）6.4單片機(jī)6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-43-6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-44-1.PLC基本知識(shí)（1）PLC定義可編程邏輯控制器，簡稱為PLC（ProgrammableLogicController），是給機(jī)電系統(tǒng)提供控制和操作的一種通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。采用可編程序存儲(chǔ)器作為內(nèi)部指令記憶裝置，具有邏輯、排序、定時(shí)、計(jì)數(shù)及算術(shù)運(yùn)算等功能，并通過數(shù)字或模擬輸入/輸出模塊控制各種形式的機(jī)器及過程。三電：電控、電儀、電傳的簡稱。對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的三種情況：開關(guān)量的邏輯控制用電氣控制裝置，慢速連續(xù)量的過程控制用電動(dòng)儀表裝置，快速連續(xù)量的運(yùn)動(dòng)控制用電氣傳動(dòng)裝置。6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-45-1.PLC基本知識(shí)（2）PLC工作原理PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。PLC的一個(gè)掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。①輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入，隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。②程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。③輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶間管）輸出，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作。6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-46-1.PLC基本知識(shí)PLC與通用微處理器的基本區(qū)別：掃描工作機(jī)制是PLC與通用微處理器的基本區(qū)別。此外，還有其他區(qū)別：①在理論上，微機(jī)可以編程，形成PLC的多數(shù)功能，然而，通用微機(jī)不是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用設(shè)計(jì)的；②微機(jī)與外部世界連接時(shí)，需要專門的接口電路板，而PLC帶有各種I/O模塊可供直接利用，且輸入輸出線可多至數(shù)百條；③PLC具有多種診斷能力，模塊式結(jié)構(gòu)，易于維修；④PLC可采用梯形圖編程，編程語言直觀簡單，容易掌握；⑤雖然許多PLC能夠接收模擬信號(hào)和進(jìn)行簡單的算術(shù)運(yùn)算，但是，當(dāng)數(shù)學(xué)運(yùn)算復(fù)雜時(shí)，PLC是無法與通用微機(jī)相競(jìng)爭的。6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-47-2.PLC硬件結(jié)構(gòu)PLC的硬件系統(tǒng)由主機(jī)、I/O擴(kuò)展接口及外部設(shè)備組成。主機(jī)和擴(kuò)展接口采用微機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，其內(nèi)部由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元以及接口等部分組成。6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-48-2.PLC硬件結(jié)構(gòu)（1）中央處理器（CPU）是PLC的運(yùn)算、控制中心，用來實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算，并對(duì)全機(jī)進(jìn)行控制。（2）存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或程序。它包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。（3）輸入/輸出（I/O）模塊I/O模塊是CPU與現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備或其他外部設(shè)備之間的連接部件（接口）。按照信號(hào)形式的不同，I/O模塊又分可分為：開關(guān)量I/O模塊、模擬量I/O模塊，除此之外，還提供其他用于特殊用途的接口模塊。6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-49-2.PLC硬件結(jié)構(gòu)（4）電源PLC配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源的電源模塊，用來對(duì)PLC的內(nèi)部電路供電。（5）編程器編程器用作用戶程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視，還可以通過其鍵盤去調(diào)用和顯示PLC的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它經(jīng)過接口與CPU連接，完成人-機(jī)對(duì)話連接。

（6）其他外部設(shè)備PLC也可選配其他設(shè)備，例如磁帶機(jī)、打印機(jī)、EPROM寫入器、顯示器等。6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-50-3.PLC編程基礎(chǔ)根據(jù)國際電工委員會(huì)制定的工業(yè)控制編程語言標(biāo)準(zhǔn)（IEC1131-3），PLC有五種標(biāo)準(zhǔn)編程語言：（1）梯形圖（LadderDiagram，LD）（2）指令表（InstructionList，IL）（3）順序功能圖（SequentialFunctionChart，SFC）（4）功能塊圖（FunctionBlockDiagram，F(xiàn)BD）（5）結(jié)構(gòu)化文本（StructuredText，ST）6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-51-4.F系列PLC基本指令與梯形圖（1）輸入、輸出性指令（LD、LDI、OUT）（2）邏輯“與”指令（AND、ANI）（3）邏輯“或”指令（OR、ORI）（4）電路塊并聯(lián)連接指令（ORB）（5）電路塊串聯(lián)連接指令（ANB）（6）置位/復(fù)位指令（S/R）（7）RST指令（8）移位指令（SFT）（9）主令控制指令（MC/MCR）（10）跳轉(zhuǎn)指令（CJP/EJP）（11）結(jié)束指令（END）6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-52-（1）輸入、輸出性指令（LD、LDI、OUT）LD：取指令，用于常開接點(diǎn)的狀態(tài)輸入；LDI：取反指令，用于常閉接點(diǎn)的狀態(tài)輸入；LD、LDI用于表示連接在可編程控制器輸入接點(diǎn)上的檢測(cè)信號(hào)、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器、輔助繼電器以及輸出繼電器的狀態(tài)；OUT：輸出指令，用于控制輸出繼電器、輔助繼電器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器，但不能用于控制連接可編程控制器輸入接點(diǎn)上的檢測(cè)結(jié)果。6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-53-（1）輸入、輸出性指令（LD、LDI、OUT）6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-54-（2）邏輯“與”指令（AND、ANI）AND：常開接點(diǎn)串聯(lián)連接指令；ANI：常閉接點(diǎn)串聯(lián)連接指令。它們的適用范圍與LD、LDI相同。6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-55-（3）邏輯“或”指令（OR、ORI）OR：常開接點(diǎn)并聯(lián)連接指令；ORI：常閉接點(diǎn)并聯(lián)連接指令。6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-56-（4）電路塊并聯(lián)連接指令（ORB）兩個(gè)以上接點(diǎn)串聯(lián)連接后的串聯(lián)電路塊再與前面電路塊并聯(lián)連接的指令，使用這條指令時(shí)，并聯(lián)連接的各電路塊必須用LD或LDI開始。6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-57-（5）電路塊串聯(lián)連接指令（ANB）將兩個(gè)以上接點(diǎn)并聯(lián)連接后的并聯(lián)電路塊與前面電路塊串聯(lián)連接的指令。使用ANB指令的方法和特點(diǎn)與ORB指令完全相同。6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-58-（6）置位/復(fù)位指令（S/R）S為置位指令；R為復(fù)位指令。S/R：用于輸出繼電器（Y），輔助繼電器（M200～M377）和狀態(tài)器（S）的置位/復(fù)位操作。S/R指令的編寫次序可任意編排。（a）梯形圖（b）波形圖6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-59-（7）RST指令用于計(jì)數(shù)器和移位寄存器的復(fù)位。當(dāng)RST指令用于計(jì)數(shù)器復(fù)位時(shí)，計(jì)數(shù)器的接點(diǎn)斷開，當(dāng)前計(jì)數(shù)值回到設(shè)定值。當(dāng)RST指令用于移位寄存器復(fù)位時(shí)，清除所有位的信息。6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-60-（8）移位指令（SFT）用于移位寄存器移位輸入指令。圖是一個(gè)16位移位寄存器的應(yīng)用舉例，在移位寄存器中，OUT為移位寄存器第一位輸入端；SFT為移位控制輸入端，RST為復(fù)位輸入端。6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-61-（9）主令控制指令（MC/MCR）MC：主令控制起始指令；MCR：主令控制結(jié)束指令。6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-62-（10）跳轉(zhuǎn)指令（CJP/EJP）CJP：條件跳轉(zhuǎn)指令；EJP：條件跳轉(zhuǎn)結(jié)束指令。6.5可編程邏輯控制器（PLC）2024/10/9-63-（11）結(jié)束指令（END）用于程序的結(jié)束，無目標(biāo)元素。PLC在運(yùn)行時(shí)，CPU讀輸入信號(hào)，執(zhí)行梯形圖電