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第十一章IPC与PLC 1 IPC的结构组成 总线技术和模板结构化 2 IPC的功能特点与主要模板 3 PLC的结构组成 工作过程和功能特点 4 S7 200系列PLC的系统组成与主要模块 返回总目录 本章要点 本章主要内容 11 1IPC结构组成11 2IPC总线结构11 3IPC功能特点11 4IPC产品简介11 5PLC结构组成11 6PLC编程语言11 7PLC工作过程11 8PLC功能特点11 9PLC产品简介思考题 11 1IPC结构组成 主要知识点11 1 1硬件组成11 1 2软件组成 11 1 1硬件组成 11 1 2软件组成 1 系统软件 用来管理IPC的资源 并以简便的形式向用户提供服务 包括实时多任务操作系统 引导程序 调度执行程序等 其中操作系统是系统软件最基本的部分 如MS DOS和Windows系统软件 2 工具软件 技术人员从事软件开发工作的辅助软件 包括汇编语言 高级语言 编译程序 编辑程序 调试程序 诊断程序等 借以提高软件生产效率 改善软件产品质量 3 应用软件 系统设计人员针对某个生产过程现时编制的控制和管理程序 往往涉及应用领域的专业知识 它包括过程输入程序 过程控制程序 过程输出程序 人一机接口程序 打印显示程序和控制程序等 11 2IPC总线结构 主要知识点11 2 1内部总线11 2 2外部总线 11 2 1内部总线 内部总线 指IPC内部各个功能模板之间的信息通路 它是构成完整的计算机系统的内部信息枢纽 也称系统总线 分类 按功能分数据总线DB 地址总线AB 控制总线CB 电源总线PB结构形式 一块置于机箱内的无源底板上的多组并列插槽 各插槽上的同号引脚是电气相连的 从而完成插入槽内的各功能模板之间的信息传送 常用总线 工控领域应用最广的两种总线是STD总线和PC总线 发展 STD总线是美国PRO LOG公司1978年推出的一种工业控制计算机的标准系统总线 STD是Standard的缩写 1987年 STD总线被国际标准化会议定名为IEEE961 随着32位微处理器的出现 通过采用附加金手指或系统总统与局部总线转换等技术 1989年美国的EAITECH公司又开发出对32位微处理器兼容的STD32总线 结构 全部56根引脚线都有确切的定义 STD总线定义了一个8位微处理器总线标准 其中有8根数据线 16根地址线 22根控制线和10根电源线 可以兼容各种通用的8位微处理器 如8080 8085 6800 Z80 NSC800等 通过采用周期窃取和总线复用技术 还可以定义16根数据线 24根地址线 使STD总线升级为8位 16位微处理器兼容总线 可以容纳16位微处理器 如8086 68000 80286 80386等 1 STD总线 PC总线 IBMPC总线的简称 PC总线因IBMPC及其兼容机的广泛普及而成为全世界用户承认的一种事实上的标准 PC总线结构 IBMPC总线共有62根引脚线 其CPU是Intel公司准16位的8088或16位的8086 随着CPU的更新换代 PC总线也随之扩充 诸如支持80286CPU的ISA总线 支持80486和奔腾系列的PCI VESA总线等 PC总线优点 兼顾了STD总线IPC的抗干扰性能 又与PC机及其不断升级的硬软件资源完全兼容 2 PC总线 11 2 2外部总线 外部总线是指计算机与计算机之间 计算机与远程终端之间 计算机与外部设备以及测量仪器仪表之间的信息通路 常称为通信总线 通信总线的数据传输方式可以是并行的 也可以是串行的 可分别称为并行通信总线和串行通信总线 详见第10章 11 3IPC功能特点 1 可靠性和可维修性好2 通用性和扩展性好3 软件丰富编程趋向组态4 控制实时性强5 精度和速度适当 11 4IPC产品简介 主要知识点11 4 1工业计算机机箱11 4 2工业底版11 4 3工业级CPU卡11 4 4PCI总线I O卡 11 4 1工业计算机机箱 研祥的机箱按带不带底板和电源 安装形式是桌面 壁挂还是上架以及尺寸长度不一等问题 又可分为二十几种型号 图11 2为IPC 810 811型号的14槽上架型计算机机箱 图11 2IPC 810 811机箱 11 4 2工业级底板 11 4 3工业级CPU卡 11 4 4PCI总线I O卡 11 5PLC结构组成 主要知识点前言11 5 1CPU模块11 5 2I O模块11 5 3编程装置11 5 4电源11 5 5PLC的物理结构 前言 PLC构成 主要由CPU模块 输入模块 输出模块 编程装置和电源 11 5 1CPU模块 CPU模块 主要由CPU芯片和存储器组成 1 CPU芯片 负责输入 输出处理 程序解算 通信处理等功能 一般PLC使用下列CPU芯片 1 通用微处理器 如Intel公司8086 80186到Pentium系列 2 单片微处理器 单片机 如Intel公司MCS 96系单片机 3 位片式微处理器 如AMD2900系列位片式微处理器 2 存储器 1 随机存取存储器RAM 2 只读存储器ROM 3 可电擦除可编程的只读存储器EEPROM 11 5 2I O模块 I O模块 输入输出模块输入模块 用来接收和采集输入信号数字量输入模块模拟量输入模块输出模块 数字量输出模块 用来控制接触器 电磁阀 电磁铁 指示灯 数字显示装置和报警装置等输出设备 模拟量输出模块 用来控制调节阀 变频器等执行装置 其他作用 电平转换与隔离显示状态 通断状态均用发光二极管显示 外部接线一般接在模块面板的接线端子上 11 5 3编程装置 编程装置用来生成用户程序 并对它进行编辑 检查和修改 手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图 只能输入和编辑指令表程序 因此又叫做指令编程器 它的体积小 价格便宜 一般用来给小型PLC编程 或者用于现场调试和维修 现在多数情况是使用基于个人计算机PC的编程软件 可以在电脑屏幕上直接生成和编辑梯形图 指令表 功能块图和顺序功能图程序 并可以实现不同编程语言的相互转换 程序被编译后下载到PLC 也可以将PLC中的程序上传到计算机 程序可以存盘或打印 通过网络 还可以实现远程编程和传送 11 5 4电源 PLC使用220V交流电源或24V直流电源 内部的开关电源为各模块提供DC5V l2V 24V等直流电源 小型PLC一般都可以为输入电路和外部的电子传感器 如接近开关 提供24V直流电源 驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供 11 5 5PLC的物理结构 1 整体式PLC 2 模块式PLC 11 6PLC编程语言 国际电工委员会IEC于1994年5月公布了可编程控制器标准 IEC113 3 IEC1131 3详细地说明了句法 语义和下述5种编程语言的表达方式 1 顺序功能图 SequentialFunctionChart 2 梯形图 LadderDiagram 3 功能块图 FunctionBlockDiagram 4 指令表 InstructionList 5 结构文本 StructuredText 1 顺序功能图 SFC 2 梯形图 LD 3 功能块图 FBD 4 语句表 STL S7系列PLC将指令表称为语句表 语句表比较适合熟悉PLC和逻辑程序设计的经验丰富的程序员 语句表可以实现某些不能用梯形图或功能块图实现的功能 5 结构文本 ST 结构文本是为IEC1131 3标准创建的一种专用的高级编程语言 与梯形图相比 它能实现复杂的数学运算 编写的程序非常简洁和紧凑 11 7PLC工作过程 11 8PLC功能特点 1 编程简单 方法易学2 功能强大 性价比高3 配套齐全 使用方便4 可靠性高 抗干扰强5 工作量大为减少6 体积小 能耗低 11 9PLC产品简介 主要知识点11 9 1CPU模块11 9 2数字量扩展模块11 9 3模拟量扩展模块11 9 4热偶 热阻扩展模块11 9 5通信模块11 9 6通信处理器11 9 7中文显示屏11 9 8编程软件 11 9 1CPU模块 S7 200 有5种CPU模块CPU221无扩展功能 适于用做小点数的微型控制器 CPU222有扩展功能 CPU224是具有较强控制功能的控制器CPU226和CPU226XM适用于复杂的中小型控制系统 S7 200CPU特点 指令功能强采用主程序 最多8级子程序和中断程序的程序结构 用户可使用l 255ms的定时中断 用户程序可设3级口令保护 监控定时器 看门狗 的定时时间为300ms 数字量输入中有4个用做硬件中断 6个用于高速功能RS 485串行通信口的外部信号与逻辑电路之间不隔离 支持PPI MPI 自由通信口协议和PROFIBUS点对点协议 使用NETR NETW指令 用户数据存储器可永久保存 或用超级电容和电池保持 DC输出型有高速脉冲输出 边沿中断为4个上升沿和 或4个下降沿 11 9 2数字量扩展模块用户选用具有不同I O点数的数字量扩展模块 可以满足不同的控制需要 节约投资费用 系统规模扩大后 增加I O点数也很方便 用户可选用8点 16点或32点的数字量输入 输出模块 除CPU221外 其他CPU模块均可配接多个扩展模块 连接时CPU模块放在最左侧 扩展模块用扁平电缆与左侧的模块相连 模拟量I O模块的主要任务 实现A D转换和D A转换 S7 200有3种模拟量扩展模块 特点 S7 200的模拟量扩展模块中A D D A转换器的位数均为12位 模拟量输入 输出有多种量程供用户选用 A D转换的时间小于250us 模拟量输入的阶跃响应时间为1 5ms 达到稳态值的95 时 单极性全量程输入范围对应的数字量输出为0 32000 双极性全量程输人范围对应的数字量输出为 32000 32000 输入阻抗大于等于10M 模拟量输出的量程有 10V和0 20mA两种 对应的数字量为 32000 32000或0 32000 满量程时电压输出和电流输出的分辨率分别为12位和11位 25 时的精度为 0 5 电压输出和电流输出的稳定时间分别为100us和2ms 最大驱动能力如下 电压输出时负载电阻最小5K 电流输出时负载电阻最大500 11 9 3模拟量扩展模块 11 9 4热偶 热阻扩展摸块 热电偶输出的电压范围为 80mV 模块输出15位加符号位的二进制数 EM231热电偶模块可用于J K E N S T和R型热电偶 用户用模块下方的DIP开关来选择热电偶的类型 热电阻的接线方式有2线 3线和4线3种 4线方式的精度最高 因为受接线误差的影响 2线方式的精度最低 EM231热电阻模块可通过DIP开关来选择热电阻的类型与接线方式 测量单位和开路故障的方向 两种模块的采样周期为405ms Pt10000为700ms 重复性为满量程的0 05 11 9 5通信模块 EM277PROFIBUS DP通信扩展从站模块用来将S7 200连接至PROFIBUS DP网络 EM277模块通过串行I O总线连接到S7 200CPU模块 PROFIBUS DP网络经过DP通信端口连接到EM277模块 这个端口可按9600bps 12Mbps之间的PROFIBUS波特率运行 模块共有6个连接 其中的两个分别保留给编程器 PG 和操作员面板 OP S7 200可以同时处理两个CP243 2 每个CP243 2的AS i网络上最多能有124点开关量输入 DI 和124点开关量输出 DO 通过AS i网络可以增加S7 200的数字量输入 输出的点数 在S7 200的映像区中模块占用一个数字量输入字节 状态字节 一个数字量输出字节 控制字节 8个模拟量输入字和8个模拟量输出字 通过用户程序 用状态字节和控制字节设置模块的工作方式 模块可以在CPU的模拟地址区存储AS i从站的I O数据或存储诊断数据 或启动主站的调用 例如改变一个从站地址 通过按钮可以设置连接的所有AS i从站 11 9 6通信处理器 11 9 7中文显示屏 图11 13TD200中文文本显示器 11 9 8编程软件 STEP7 Micro WIN可为用户提供两