SPLC的硬件与硬件组态解析教案.pptx
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1、会计学1SPLC的硬件与硬件组态解析的硬件与硬件组态解析21968 年,美国最大的汽车制造商通用汽车公司为了适应生产工艺不断更新的需要,期望找到一种新的方法,尽可能减少重新设计继电控制系统和重新接线的工作,以降低成本、缩短周期,设想把计算机通用、灵活、功能完备等优点和继电控制系统的简单易懂、价格便宜等优点结合起来,制成一种通用控制装置,并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化,用面向控制过程、面向问题的年,美国最大的汽车制造商通用汽车公司为了适应生产工艺不断更新的需要,期望找到一种新的方法,尽可能减少重新设计继电控制系统和重新接线的工作,以降低成本、缩短周期,设想把计算机通用、灵活、功能完备
2、等优点和继电控制系统的简单易懂、价格便宜等优点结合起来,制成一种通用控制装置,并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化,用面向控制过程、面向问题的“自然语言自然语言”进行编程,使不熟悉计算机的人也能方便地使用。进行编程,使不熟悉计算机的人也能方便地使用。1969 年,美国数字设备公司研制出了第一台可编程序逻辑控制器,在通用汽车公司的自动装配线上试用获得了成功。年,美国数字设备公司研制出了第一台可编程序逻辑控制器,在通用汽车公司的自动装配线上试用获得了成功。PLC的起源的起源-1第1页/共66页3可编程逻辑控制器(可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)简
3、称)简称PLC,最初只能进行计数、定时及开关量逻辑控制。,最初只能进行计数、定时及开关量逻辑控制。随着计算机技术的发展,可编程逻辑控制的功能不断扩展和完善,其功能远远超出了逻辑控制的范围,具有了随着计算机技术的发展,可编程逻辑控制的功能不断扩展和完善,其功能远远超出了逻辑控制的范围,具有了PID、A/D、D/A、算术运算、数字量智能控制、监控、通信联网等多方面的功能,它已变成了实际意义上的一种工业控制计算机。、算术运算、数字量智能控制、监控、通信联网等多方面的功能,它已变成了实际意义上的一种工业控制计算机。于是,美国电器制造商协会将其正式命名为可编程序控制器(于是,美国电器制造商协会将其正式命
4、名为可编程序控制器(Programmable Controller),简称),简称PC。由于它与个人计算机由于它与个人计算机(Personal computer)的简称的简称PC相同,所以人们习惯上仍将其称为相同,所以人们习惯上仍将其称为PLC。PLC的起源的起源-2第2页/共66页41987 年年2月,国际电工委员会月,国际电工委员会(IEC)对可编程控制器的定义是:对可编程控制器的定义是:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,是专为在工业环境下的应用而设计的。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,是专为在工业环境下的应用而设计的。它采用一类可编程序的存储器,用于其内部存储程序、执行
5、逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令,并通过数字式或模拟式输入它采用一类可编程序的存储器,用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令,并通过数字式或模拟式输入/输出,控制各种类型的机械或生产过程。输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充功能的原则设计。可编程序控制器及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充功能的原则设计。PLC的定义的定义第3页/共66页5PLC的基本结构的基本结构PLC是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技
6、术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。其硬件组成与微型计算机相似。是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。其硬件组成与微型计算机相似。工业自动控制中使用的可编程控制器的种类很多,不同类型的产品各有特点,但可编程控制器在组成、工作原理及编程方法等许多方面是基本相同的。工业自动控制中使用的可编程控制器的种类很多,不同类型的产品各有特点,但可编程控制器在组成、工作原理及编程方法等许多方面是基本相同的。第4页/共66页6PLC控制系统示意图控制系统示意图第5页/共66页7PLC的特点的特点 1.编程方法简单易学编程方法简单易学2.功能
7、强,性能价格比高功能强,性能价格比高3.硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强4.可靠性高,抗干扰能力强可靠性高,抗干扰能力强5.系统的设计、安装、调试工作量少系统的设计、安装、调试工作量少6.维修工作量小,维修方便维修工作量小,维修方便7.体积小,能耗低体积小,能耗低第6页/共66页8PLC的工作原理的工作原理 扫描过程第7页/共66页9扫描周期扫描周期 PLC在在RUN工作状态时,执行一次扫描过程所需的时间称为扫描周期,典型值为工作状态时,执行一次扫描过程所需的时间称为扫描周期,典型值为1 100ms。第8页/共66页10I/O的存取通过的存取通过I/O映
8、像寄存器,而不是实际映像寄存器,而不是实际I/O,优点:,优点:1、程序执行阶段输入固定,执行完后再用输出映像寄存器的值更新输出点,使系统运行稳定;、程序执行阶段输入固定,执行完后再用输出映像寄存器的值更新输出点,使系统运行稳定;2、用户程序读写、用户程序读写I/O映像寄存器比读写映像寄存器比读写I/O点快得多,可以提高程序的执行速度。点快得多,可以提高程序的执行速度。过程映像寄存器过程映像寄存器第9页/共66页11立即立即I/O的处理的处理在程序执行的过程中使用立即在程序执行的过程中使用立即I/O指令可以直接存取指令可以直接存取I/O点。点。用立即用立即I/O指令读输入点时,相应的输入过程映
9、像寄存器的值未被更新。指令读输入点时,相应的输入过程映像寄存器的值未被更新。用立即用立即I/O指令写输出点时,相应的输出过程映像寄存器的值被更新。指令写输出点时,相应的输出过程映像寄存器的值被更新。第10页/共66页12S7-1200 PLC(Programmable Logic Controller)是西门子公司推出的一款是西门子公司推出的一款PLC,主要面向简单而高精度的自动化任务。,主要面向简单而高精度的自动化任务。S7-1200 设计紧凑、组态灵活且具有功能强大的指令集,这些特点的组合使它成为控制各种应用的完美解决方案。设计紧凑、组态灵活且具有功能强大的指令集,这些特点的组合使它成为控
10、制各种应用的完美解决方案。CPU将微处理器、集成电源、输入电路和输出电路组合到一个设计紧凑的外壳中以形成功能强大的将微处理器、集成电源、输入电路和输出电路组合到一个设计紧凑的外壳中以形成功能强大的PLC。CPU根据用户程序逻辑监视输入并更改输出,用户程序可以包含布尔逻辑、计数、定时、复杂数学运算以及与其它智能设备的通信。根据用户程序逻辑监视输入并更改输出,用户程序可以包含布尔逻辑、计数、定时、复杂数学运算以及与其它智能设备的通信。1.1 S7-1200 PLC 简介简介第11页/共66页131.1 S7-1200 PLC 简介简介S7-1200 PLC在西门子在西门子PLC系列产品中的定位系列
11、产品中的定位第12页/共66页141.2 S7-1200 的硬件的硬件第13页/共66页15电源接口电源接口可拆卸用户接线连接器(保护盖下面)可拆卸用户接线连接器(保护盖下面)板载板载 I/O 的状态的状态LEDPROFINET 连接器(连接器(CPU 的底部)的底部)1.2 S7-1200 的硬件的硬件 CPU模块模块指示指示CPU运行状态的运行状态的LED第14页/共66页161.2 S7-1200 的硬件的硬件 CPU模块技术规范模块技术规范特性CPU1211CCPU1212CCPU1214C本机数字量I/O本机模拟量输入点6I/4O28I/6O214I/10O2脉冲捕获输入点数6814
12、扩展模块个数-28上升沿/下降沿中断点数6/68/812/12集成/可扩展的工作存储器集成/可扩展的装载存储器25KB/不可扩展1MB/24MB25KB/不可扩展1MB/24MB50KB/不可扩展2MB/24MB高速计数器点数/最高频率3点/100kHz3点/100kHz1点/30kHz3点/100kHz3点/30kHz高速脉冲输出点数/最高频率2点/100kHz(DC/DC/DC型)操作员监控功能无有有传感器电源输出电流/mA300300400外形尺寸/mm901007590100751110075第15页/共66页17CPU的共性:的共性:集成的集成的24V传感器传感器/负载电源可供传感器
13、和编码器使用,也可以用做输入回路的电源。负载电源可供传感器和编码器使用,也可以用做输入回路的电源。集成的集成的2点模拟量输入点模拟量输入(0 10V),输入电阻,输入电阻100k ,10位分辨率。位分辨率。2点脉冲列输出点脉冲列输出(PTO)或脉宽调制或脉宽调制(PWM)输出,最高频率为输出,最高频率为100kHz。有有16个参数自整定的个参数自整定的PID控制器。控制器。4个时间延迟与循环中断,分辨率为个时间延迟与循环中断,分辨率为1ms。可以扩展可以扩展3块通信模块和一块信号板,块通信模块和一块信号板,CPU可以用信号板扩展一路模拟量输出或高速数字量输入可以用信号板扩展一路模拟量输出或高速
14、数字量输入/输出。输出。1.2 S7-1200 的硬件的硬件 CPU模块技术规范模块技术规范第16页/共66页181.2 S7-1200 的硬件的硬件 CPU模块技术规范模块技术规范版本版本电源电压电源电压DI输入电压输入电压DO输出电压输出电压DO输出电流输出电流DC/DC/DCDC 24VDC 24VDC 24V0.5A,MOSFETDC/DC/RelayDC 24VDC 24VDC 5 30VAC 5 250V2A,DC30W/AC200WAC/DC/Relay AC 85 264V DC 24VDC 5 30VAC 5 250V2A,DC30W/AC200WCPU的的3种版本:种版本:
15、第17页/共66页191.2 S7-1200 的硬件的硬件 CPU1214C AC/DC/Relay的外部接线图的外部接线图第18页/共66页201.2 S7-1200 的硬件的硬件 CPU1214C DC/DC/DC的外部接线图的外部接线图第19页/共66页211.2 S7-1200 的硬件的硬件 CPU1214C DC/DC/Relay的外部接线图的外部接线图第20页/共66页221.2 S7-1200 的硬件的硬件信号板信号板SB(signal board)通过信号板可以给 CPU 增加 I/O。SB 连接在 CPU 的前端。l 具有 4 个数字量 I/O(2 x DC 输入和 2 x
16、DC 输出)的 SB l 具有 1 路模拟量输出的 SB 第21页/共66页231.2 S7-1200 的硬件的硬件信号板信号板SB 1221接线图接线图第22页/共66页241.2 S7-1200 的硬件的硬件信号板信号板SB 1222接线图接线图第23页/共66页251.2 S7-1200 的硬件的硬件信号板信号板SB 1223接线图接线图第24页/共66页261.2 S7-1200 的硬件的硬件信号板信号板SB 1232 1x模拟量输出接线图第25页/共66页271.2 S7-1200 的硬件的硬件信号模块信号模块 SM(signal module)可以使用信号模块给 CPU 增加附加功
17、能。信号模块连接在 CPU 右侧。第26页/共66页281.2 S7-1200 的硬件的硬件数字量数字量I/O可以选用可以选用8点、点、16点和点和32点的数字量输入点的数字量输入/输出模块,来满足不同的控制需要。输出模块,来满足不同的控制需要。第27页/共66页291.2 S7-1200 的硬件的硬件模拟量模拟量I/O在工业控制中,某些输入量在工业控制中,某些输入量(温度、压力、流量、转速等温度、压力、流量、转速等)是模拟量,某些执行机构是模拟量,某些执行机构(例如电动调节阀和变频器等例如电动调节阀和变频器等)要求要求PLC输出模拟量信号,而输出模拟量信号,而PLC的的CPU只能处理数字量。
18、只能处理数字量。模拟量模拟量I/O模块的任务就是实现模块的任务就是实现A/D和和D/A。模拟量首先被传感器和变送器转换为标准量程的电压或电流,例如模拟量首先被传感器和变送器转换为标准量程的电压或电流,例如4 20mA,1 5V,0 10V,PLC用模拟量输入模块的用模拟量输入模块的A/D转换器将它们转换成数字量。带正负号的电流或电压在转换器将它们转换成数字量。带正负号的电流或电压在A/D转换后用二进制补码来表示。转换后用二进制补码来表示。模拟量输出模块的模拟量输出模块的D/A转换器将转换器将PLC中的数字量转换为模拟电压或电流,再去控制执行机构。中的数字量转换为模拟电压或电流,再去控制执行机构
19、。A/D和和D/A的二进制位数反映了它们的分辨率,位数越多,分辨率越高。的二进制位数反映了它们的分辨率,位数越多,分辨率越高。第28页/共66页301.2 S7-1200 的硬件的硬件集成的集成的PROFINET接口接口 1/3实时工业以太网是现场总线发展的趋势,实时工业以太网是现场总线发展的趋势,PROFINET是基于工业以太网的现场总线,是开放式的工业以太网标准,它使工业以太网的应用扩展到了控制网络最底层的现场设备。是基于工业以太网的现场总线,是开放式的工业以太网标准,它使工业以太网的应用扩展到了控制网络最底层的现场设备。S7-1200 与编程计算机的通信与编程计算机的通信第29页/共66
20、页311.2 S7-1200 的硬件的硬件集成的集成的PROFINET接口接口 2/3S7-1200 与精简系列面板的通信与精简系列面板的通信第30页/共66页321.2 S7-1200 的硬件的硬件集成的集成的PROFINET接口接口 3/3利用工业以太网交换机利用工业以太网交换机CSM 1277 进行多设备的连接进行多设备的连接第31页/共66页331.2 S7-1200 的硬件的硬件通信模块通信模块(Communication module)1/2有两种通信模块:有两种通信模块:CM1241 RS232 和和CM1241 RS485 l CPU 最多支持最多支持 3 个通信模块个通信模块
21、 l 各各 CM 连接在连接在 CPU 的左侧(或连接到另一的左侧(或连接到另一 CM 的左侧)的左侧)第32页/共66页341.2 S7-1200 的硬件的硬件通信模块通信模块(Communication module)2/2在编程接口模式下在编程接口模式下利用利用 CM1241 进行进行点对点连接点对点连接第33页/共66页35SIMATIC STEP 7 Basic 是西门子公司开发的高集成度工程组态系统,包括面向任务的是西门子公司开发的高集成度工程组态系统,包括面向任务的HMI智能组态软件智能组态软件SIMATIC Wincc Basic。上述两个软件集成在一起,也称为上述两个软件集成
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