罗克韦尔ControlLogixPLC.ppt

第1章罗克韦尔PLC概述,1.1PLC主要功能和特点,1.2PLC的工作原理,1.3罗克韦尔（Rockwell）PLC,1.1PLC主要功能和特点,1.1.1PLC主要功能PLC作为一种专为在工业环境下应用而设计的计算机，必须具有以下功能：（1）逻辑控制功能。（2）信号采集功能。（3）输出控制功能。（4）数据处理功能。（5）定时/计数功能。（6）远程I/O功能。（7）人机界面功能（HMI）。（8）故障自诊断功能。（9）通信联网功能。（10）实时通信和冗余互备功能。,1.1.2PLC特点,1可靠性高PLC用软件代替继电器控制系统中大量的中间继电器和时间继电器，接线可以减少到继电器控制系统的十分之一以下，大大减少了触点接触不良的可能性。2抗干扰能力强I/O设计具有完善的通道保护和多种形式的滤波电路，以抑制高频干扰，削弱各模块之间的干扰影响。3编程简单、系统设计修改调试方便现在使用最多的PLC编程语言是梯形图，它符合大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯，语言形象直观，易学易用。4模块化结构、通用性强，维护简单、维修方便PLC产品系列化、标准化、模块化，用户可根据实际需求灵活选择，无须用户自己再进行设计和制作硬件装置。,1.2PLC的工作原理,1.2.1PLC基本组成1CPUCPU主要包含运算器、控制器、寄存器，它是PLC的核心部分。PLC的CPU芯片其实就是微处理器或单片机。只是它是专用于PLC的，并且大部分是生产厂家为实现PLC产品最佳性能而自行研制开发的。2存储器存储器按照存储方式可以分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。PLC内部所使用的存储器，按其用途一般可以分为系统程序存储器、用户程序存储器、内部数据存储器。,1.2.1PLC基本组成,3I/O部件输入电路中一般设有RC滤波电路、稳压电路等，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号。而且与内部计算机电路通过光耦元件隔离，如图1-1所示。输出模块用来输出各种控制信号，实现PLC内部信号到外部信号的转换。数字量输出模块用来控制接触器、电磁阀、指示灯、数字显示器等输出设备；模拟量输出模块用来控制变频器、调节阀等执行装置。,1.2.1PLC基本组成,4电源PLC使用交流220V电源（AC220V）或直流24V电源（DC24V）。PLC内部电源主要是向其内部的TTL集成电路与运算放大器等部件提供工作电源，将外部输入转换为DC5V、DC12V、DC15V、DC24V等不同电压。PLC基本结构框图如图1-2所示。,1.2.2PLC工作过程,1工作过程PLC采用不断循环的顺序扫描工作方式，每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。PLC的工作过程如图1-3所示。,1.2.2PLC工作过程,2PLC扫描工作方式的优点（1）在执行程序时，读写的是输入/输出映像寄存器的值，而不是直接对实际的I/O点进行操作。（2）整个程序执行阶段各输入继电器的状态是固定的，程序执行后再用输出映像寄存器的值更新所有的输出点，使得系统运行稳定。（3）用户程序读写I/O映像寄存器比直接读写I/O点要快得多，这样可以提高用户程序的运行速度。（4）扫描工作方式具有较好的抗干扰能力，在一个扫描周期内，输入处理仅占用极少部分时间。,1.2.2PLC工作过程,3过程映像在每个扫描周期，CPU检查输入和输出的状态。有特定的存储器区保存模块的二进制数据：过程映像输入表和过程映像输出表。在用户程序检查输入（例如：AI2.0）时，使用过程映像输入表的最后状态，这样就保证在一个扫描周期内使用相同的信号状态，如图1-4所示。,1.2.2PLC工作过程,4PLC中断处理PLC采用中断工作方式来应对紧急任务。一般的计算机系统中，CPU在每一条指令执行结束时都要询问有无中断申请。而PLC对中断的响应则是在相关程序块结束后查询有无中断申请，如果有中断申请，则转入执行相应的中断服务程序。5PLC集中处理方式PLC在工作过程中，对输入信号执行过程、输出控制采取集中批处理方式。这样不仅避免了继电器、接触器控制系统中触点竞争和时序失配的问题，而且增强了系统的抗干扰能力，提高了工作稳定性。,1.2.2PLC工作过程,6PLC时间滞后现象为了减少PLC的响应延迟时间，可以采用如下措施：（1）选用扫描速度快的PLC；（2）选用延迟时间短的输入/输出模块；（3）可以使用立即输入指令和立即输出指令，或者使用输入中断功能。,1.3罗克韦尔（Rockwell）PLC,1.3.1PLC的分类1按组成结构形式分类（1）整体式PLC整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低、安装方便的特点。（2）模块式PLC模块式PLC是将PLC各组成部分分别做成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）及各种功能模块。（3）叠装式PLC将整体式的紧凑、体积小、安装方便和模块式的搭配灵活、安装整齐的优点相结合，便构成了叠装式PLC。,1.3.1PLC的分类,2按功能分类（1）低档PLC低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位及自诊断、监控等基本功能，还有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。（2）中档PLC中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。（3）高档PLC高档PLC除具有中、低档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其他特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。,1.3.1PLC的分类,3按I/O点数分类（1）小型PLC小型PLC一般I/O点数小于256点，单CPU，8位或16位处理器，用户存储器容量为4KB以下，适合于单机控制或小型系统的控制。（2）中型PLC中型PLC一般I/O点数为2562048点，双CPU，用户存储器容量为28KB。（3）大型PLC大型PLC一般I/O点数大于2048点，多CPU，16位或32位处理器，用户存储器容量为816KB。,1.3.2罗克韦尔PLC主要性能指标,1工作速度工作速度是指CPU执行指令的速度及对急需处理的输入信号的响应速度。2输入/输出点数输入/输出点数表示PLC组成控制系统时的最大规模，代表PLC的控制能力。3内存容量PLC内部所使用的存储器，按其用途一般可分为系统程序存储器、用户程序存储器、内部数据存储器。4指令系统PLC有多少条指令，各条指令又具有什么功能，是了解与使用PLC的重要方面。,1.3.2罗克韦尔PLC主要性能指标,5支持软件（1）系统程序系统程序是指控制PLC系统自身运行的控制程序，它是不向用户开放的。（2）应用程序应用程序是指PLC用户根据各种控制要求和控制条件而编写的用户控制程序。6可靠性指标PLC是专为在工业环境下应用而设计的，所以，对其可靠性尤为关注。7经济指标经济指标最简单的就是看价格。一般来讲，同样技术性能的PLC，价格低其经济指标就好。,1.3.3罗克韦尔PLC与ControlLogix,罗克韦尔PLC产品历经插件式、模块式、开发式，逐步实现了信息综合管控，如图1-5所示。,1.3.4罗克韦尔PLC控制系统的三层结构,罗克韦尔PLC控制系统的开放式网络体系结构概况如图1-6所示。,第2章罗克韦尔ControlLogix系统硬件体系架构,2.1罗克韦尔ControlLogix系统的产品线介绍,2.2罗克韦尔ControlLogix系统的控制功能和主要性能特点,2.3罗克韦尔ControlLogix系统的主要模块及功能,2.4系统的I/O架构,2.5ControlLogixPLC系统的控制器,2.6ControlLogixPLC系统的电源模块,2.7数字量输入/输出模块,2.8模拟量输入/输出模块,2.9ControlLogix系统的I/O模块工作模式,2.10ControlLogix系统的网络通信模块,2.11ControlLogix系统的专用模块,2.12ControlLogix系统的机架背板,2.13系统组态,2.1罗克韦尔ControlLogix系统的产品线介绍,产品线如图2-1所示。,2.1罗克韦尔ControlLogix系统的产品线介绍,1ControlLogix控制器ControlLogix控制器适用于大规模的控制系统，可以控制大量的I/O点，具有极强的网络通信功能。2CompactLogix控制器CompactLogix控制器较适合于几百个控制点的工作站级的小型PLC系统，将逐渐替代SLC500系列PLC。3FlexLogix控制器FlexLogix控制器是从1794系列的适配器发展而来的，广泛应用于分布式控制系统。一个简单的FlexLogix系统包含一个控制器和最多8个输入/输出模块。,2.1罗克韦尔ControlLogix系统的产品线介绍,4DriveLogix控制器DriveLogix控制器是专用于变频驱动器的控制器，可以减少控制层和变频驱动器之间的通信，将相关的逻辑控制直接放在变频驱动器上，适用于传动系统结构。5SoftLogix控制器SoftLogix控制器是基于PC平台的控制器，把控制和信息组合在一个单元中，适用于以数据为中心的应用。6ProcessLogix控制器ProcessLogix控制器是小型DCS系统控制器，与ControlLogix控制器共用1756的框架及其I/O模块，这两种控制器可以构成混和系统，实现DCS与PLC的无缝连接及信息交换。,2.2罗克韦尔ControlLogix系统的控制功能和主要性能特点,1控制功能（1）顺序控制（2）过程控制（3）驱动控制（4）运动控制,ControlLogix系统的功能结构如图2-2所示。,2.2罗克韦尔ControlLogix系统的控制功能和主要性能特点,ControlLogix平台不仅技术领先，而且有多种解决方案，集成简易，在能源电力、冶金、市政、基础设施、水处理、烟草、消费品制造、造纸、石化、油气输送、交通、地铁、汽车、采矿等各个行业中都有广泛应用，如图2-3所示。,2.2罗克韦尔ControlLogix系统的控制功能和主要性能特点,2主要性能特点（1）Logix处理器的功能强大。（2）创新的机架和背板采用最大可用性设计，使用生产者/消费者（Producer/Consumer）技术的无源多主数据总线。（3）支持ControlNet、DeviceNet等标准工业现场总线，兼容Hart过程仪表总线协议，同时提供与各类第三方控制系统的广泛接口。（4）支持开放的100MbpsEtherNet/IP网络，控制系统和上位机可以组成多服务器/多客户端模式的实时监控系统。（5）在EtherNet/IP、ControlNet和DeviceNet各层网络中采用统一的CIP协议，该协议可以区别对待实时控制数据和非实时监视/组态数据，保证了工业控制的实时性和确定性。（6）用户通过软件刷新，即可实现包括处理器在内的各种模块的升级。（7）系统的所有模块，包括I/O模块均为智能化模块，均可带电插拔。,2.3罗克韦尔ControlLogix系统的主要模块及功能,ControlLogix系列PLC系统的主要部件如表2-1所示。,2.3罗克韦尔ControlLogix系统的主要模块及功能,ControlLogixPLC系统的实物如图2-4所示。,2.4系统的I/O架构,1单处理器本地I/O架构一个最小的单处理器本地ControlLogixPLC系统由一个机架背板（chassis）、一个电源、一个处理器模块、一个I/O模块组成。模块在机架背板内任意排列，机架内的各模块通过背板无源数据总线传递数据，如图2-5所示。,2.4系统的I/O架构,2多处理器本地I/O架构在同一个ControlLogix机架背板内安装多个处理器，可以使每个处理器独立执行各自的控制任务。但是，在多处理器本地I/O架构中要进行系统规划，为每一个I/O指明宿主控制器。多处理器本地I/O架构如图2-6所示。,2.4系统的I/O架构,3远程或分布式I/O架构对于需要I/O远程分站，或控制点数比较分散，实时性和经济性都有比较严格要求的应用，ControlLogix系统提供了远程或分布式I/O体系结构解决方案。远程或分布式I/O架构如图2-7所示。,2.5ControlLogixPLC系统的控制器,1基本介绍从应用上来说，ControlLogix控制器的硬件主要包括控制器的CPU和内存两大部件，它们的作用分别如下。CPU：共有两个，一个是逻辑CPU，主要负责逻辑控制和数据处理；一个是背板CPU，主要负责背板通信。内存：可以分为基本内存和扩展内存，基本内存主要用来存储控制器与外部交换的通信数据，扩展内存主要存储用户的逻辑程序和内部数据。,2.5ControlLogixPLC系统的控制器,不同类型控制器的结构是不同的，其CPU执行的任务和内存存储的内容不同，它们之间的关系也不同，如图2-8所示。,2.5ControlLogixPLC系统的控制器,（1）逻辑CPU逻辑CPU系统高层管理的内容主要包括：操作系统的操作执行；MSG的信息处理；串口通信；连接信息的管理。,2.5ControlLogixPLC系统的控制器,（2）背板CPU背板CPU主要负责外部数据交换的操作，访问I/O内存。背板CPU的优先级别比逻辑CPU更高。当背板CPU有新的外来数据要刷新基本内存的数据缓冲区时，可以中断逻辑CPU正在进行的数据通信，先刷新数据缓冲区。控制器的内存中总有一部分是用做信息缓冲区的，存储动态连接信息，作为系统运行时信息交换的临时存储区。主要存储的信息包括：信息处理过程的进出队列；RSLinx数据处理的标签组；在线编辑时的临时存储；趋势图的数据缓冲区。,2.5ControlLogixPLC系统的控制器,2控制器的型号分类及主要技术参数ControlLogix系列PLC的型号分类及主要技术参数如表2-2所示。,2.5ControlLogixPLC系统的控制器,3控制器面板ControlLogix系列PLC控制器如图2-9所示。其前面板上有一些与操作及状态显示有关的模式选择开关和LED（发光二极管）状态/故障显示灯。,2.5ControlLogixPLC系统的控制器,（1）状态指示灯控制器面板上的状态指示灯可以直观地显示控制器一些重要的状态信息，用户在不使用编程终端的情况下，也能了解控制器的工作情况。,（2）钥匙开关钥匙开关可以选择控制器的本地工作状态，共有3个选择挡位。（3）通信串口控制器的通信串口主要用于在编程时传输应用程序的。串口的连接方式如图2-10所示。,2.5ControlLogixPLC系统的控制器,（4）控制器结构ControlLogix控制器的结构如图2-11所示。,2.5ControlLogixPLC系统的控制器,4控制器内存结构随机存储器（RAM）由一系列寄存器阵列组成。这种存储器可以进行读、写操作。只读存储器（ROM）有两种，一种是不可擦除ROM，这种存储器只能写入一次，不能改写；另一种是可擦除EPROM和EEPROM，这种存储器擦除后还可以重写。ControlLogix系列PLC控制器的内存主要分为基本内存和扩展内存，且所有内存元件均在电路板上，不需要配置额外的芯片。,2.5ControlLogixPLC系统的控制器,（1）基本内存基本内存长度固定，存储来自背板、控制器与外部设备通信的交换数据，主要包括：初始化操作系统用的43KB。I/O模块交换数据。这是建立I/O模块时产生的模块结构数据。I/O强制数据表。这是建立I/O模块时产生的列表。Produced/Consumed标签交换数据。这是建立Produced/Consumed标签产生的。信息数据缓冲区。这是各种信息交流活动极为活跃的动态区域。（2）扩展内存扩展内存是用户根据实际需求，选择不同容量的内存，存储用户程序、内部数据、RSLinx直接访问的数据等。,2.5ControlLogixPLC系统的控制器,5控制器的连接容量控制器对外的数据交换统称为信息的连接，也就是通常所说的PLC可以带I/O的能力，分为静态连接和动态连接两种。一个ControlLogix控制器的最大可连接容量为250个，通常占用连接情况如下：本地机架中的I/O模块，每块占用1个连接。远程机架中非离散量模块各占用1个连接。远程机架非优化离散量模块各占1个连接。远程同一个机架所有的优化离散量模块共占1个连接。每块DH/RIO模块占用1个连接。每块DNB模块占用2个连接。每个RIO的适配器占用1个连接。每个Produce占用1个连接，对应ProduceTag外部每一个ConsumeTag占用1个连接。控制器中的每一个ConsumeTag占用1个连接。每条MSG指令占用1个连接，可以通过取消MSG指令中的CacheConnection功能来释放非执行中的MSG连接。,2.5ControlLogixPLC系统的控制器,6通信数据的同步机制背板CPU将交换的I/O数据和Produced/Consumed标签放在基本内存区域。逻辑CPU在执行程序使用到I/O地址时，也会访问同一内存区。逻辑CPU和背板CPU是相互独立工作的，背板CPU的优先级高于逻辑CPU。背板CPU可以中断正在访问基本内存区域的逻辑CPU，以刷新数据，如图2-12所示。,2.6ControlLogixPLC系统的电源模块,1基本介绍ControlLogixPLC系统的电源模块主要有两种作用：一是向底板提供直流电源，为CPU、I/O模块、通信模块和专用功能模块等提供电源；二是保护系统免受噪声杂波和额定电压摆动影响。电源模块可以分为标准电源模块和冗余电源模块。（1）标准电源模块标准电源模块主要包括1756-PA72、1756-PB72、1756-PA75、1756-PB75、1756-PC75、1756-PH75。标准电源模块直接安装在机架左端。,2.6ControlLogixPLC系统的电源模块,标准电源模块的主要技术参数如表2-3所示。,2.6ControlLogixPLC系统的电源模块,（2）冗余电源模块冗余电源模块主要包括1756-PA75R和1756-PB75R。其主要技术参数如表2-4所示。,2.6ControlLogixPLC系统的电源模块,2电源负载与变压器负载间的线性关系这里以标准电源模块为例，说明电源负载与变压器负载之间的线性关系，如图2-13所示。,2.7数字量输入/输出模块,1数字量输入/输出模块原理（1）数字量输入模块原理PLC的输入电路按外接电源的类型分为直流输入电路和交流输入电路；按PLC输入模块公共端（COM端）电流的流向分为源输入电路和漏输入电路；按光耦发光二极管公共端的连接方式分为共阳极和共阴极输入电路；按接线方式分为汇点式、分组式和分隔式。,2.7数字量输入/输出模块,汇点式的各I/O电路有一个公共点，各输入点或输出点共用一个电源；分组式的I/O电路分为若干组，每个组的I/O电路有一个公共点，各组之间的电路是分开的，可以分别使用不同的电源；分隔式的各I/O电路之间都是相互隔离的，每一个I/O均可以使用单独的电源，如图2-14所示。,2.7数字量输入/输出模块,直流输入模块的内部电路如图2-15所示。,2.7数字量输入/输出模块,交流输入模块的内部电路如图2-16所示。,2.7数字量输入/输出模块,（2）数字量输出模块原理同样，数字量输出模块也有两种基本的信号类型：直流信号输出和交流信号输出。直流输出模块的内部电路如图2-17所示。,2.7数字量输入/输出模块,交流输出模块的内部电路如图2-18所示。,2.7数字量输入/输出模块,（3）外接开关量信号和PLC输入电路的连接NPN和PNP输出电路的形式分别如图2-19和图2-20所示。,2.7数字量输入/输出模块,NPN集电极开路输出为0V，当输出OUT端和PLC输入端相连时，电流从PLC的输入端流出，从PLC的公共端流入，为PLC的漏型电路形式。即NPN集电极开路输出只能接漏型或混合式输入电路形式的PLC，连接图如图2-21所示。,2.7数字量输入/输出模块,PNP集电极开路输出为+V高电平，当输出OUT端和PLC输入端相连时，电流从PLC的输入端流入，从PLC的公共端流出，此为PLC的源型电路的形式。即PNP集电极开路输出只能接源型或混合型输入电路形式的PLC，连接图如图2-22所示。,2.7数字量输入/输出模块,每个安装在机架上的ControlLogixI/O模块，都需要有可拆卸接线端子块（RTB）或者一个1492接口模块（IFM），以便连接从现场来的线。可拆卸接线端子块如图2-23所示。,2.7数字量输入/输出模块,2直流输入模块直流输入模块的主要技术参数如表2-5所示。,2.7数字量输入/输出模块,这里以直流输入模块1756-IB16D（见图2-24）为例，作简单介绍。,2.7数字量输入/输出模块,3直流输出模块直流输出模块的主要技术参数如表2-6所示。,2.7数字量输入/输出模块,这里以直流输出模块1756-OB16D（见图2-25）为例，作简单介绍。,2.7数字量输入/输出模块,4交流输入模块交流输入模块的主要技术参数如表2-7所示。,2.7数字量输入/输出模块,以交流输入模块1756-IA16为例，作简单介绍。该模块的输入电压为AC120V，总的输入点数为16点，分为2组，每组8点，如图2-26所示。,2.7数字量输入/输出模块,5交流输出模块交流输出模块的主要技术参数如表2-8所示。,2.7数字量输入/输出模块,以交流输出模块1756-OA8为例，作简单介绍。该模块总的输出点数为8点，分为两组，每组4点，如图2-27所示。,2.7数字量输入/输出模块,6数字量触点输出模块数字量触点输出模块的主要技术参数如表2-9所示。,2.7数字量输入/输出模块,数字量输出模块实物如图2-28所示。,2.8模拟量输入/输出模块,1模拟量输入/输出模块原理（1）分辨率是指A/D转换器所能分辨模拟输入信号的最小变化量，它用转换后的二进制数的位数来表示。模拟量输入/输出模块的分辨率一般有8位和12位两种。（2）转换速率是指能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数。（3）模拟量转换的精度除了取决于A/D转换的分辨率，还受到转换芯片的外围电路的影响。（4）采样时间也叫做循环时间，是指同一通道两次转换之间的时间。,2.8模拟量输入/输出模块,与单片机不同，PLC模拟量输入模块的A/D转换过程一般是周期性自动进行的，不需要用户程序去启动A/D转换过程，用户程序只需要直接读取当前最新的转换结果即可。关闭未用的通道可减小模块总的A/D转换周期。A/D转换模块示意图如图2-29所示。,2.8模拟量输入/输出模块,模拟量输入模块主要实现将模拟量输入信号通过A/D转换器转换为二进制数字量的功能。以12位二进制数据为例来说明模拟量输入信号与A/D转换后数据之间的关系，如图2-30所示。,2.8模拟量输入/输出模块,模拟量输出模块，是把数字信号转换成模拟信号，即D/A转换模块。数字量的位数和转换速率是D/A转换模块的重要指标，如图2-31所示。,2.8模拟量输入/输出模块,模拟量信号的输入过程如下。当PLC用户程序运行并执行模拟量输入指令时，根据指令所指定的输入通道，经过控制与译码电路，选中一路输入信号。被选中的这一路输入信号经过预处理电路转换成PLC能接收的电平信号，再通过多路转换开关进入A/D转换器。模拟量信号的输出过程如下。当运行PLC用户程序的模拟量输出指令时，根据指令所指定的存储输出数据的地址，将其中的数据取出送到模块内部的缓冲器中。进入缓冲器的数据按照控制信号的要求传送到中间寄存器。中间寄存器中的二进制数经光电隔离后，进入D/A转换器，进行转换。,2.8模拟量输入/输出模块,模拟量处理过程如图2-32所示。,2.8模拟量输入/输出模块,2模拟量输入/输出模块ControlLogixPLC的模拟量输入/输出模块和数字量输入/输出模块一样，也包括很多种类和规格，在实际使用时可分为单端型和差动型两种接线方法，其主要技术参数如表2-10所示。,2.8模拟量输入/输出模块,模拟量输入/输出模块实物如图2-33所示。,2.9ControlLogix系统的I/O模块工作模式,1数字量输入模块工作模式（1）数字量输入模块安装在本地机架预定性数据请求数据包传递间隔时间RPI（RequestedPacketInterval）指定了模块广播数据的速率。当一个指定的RPI时间帧过后，模块开始广播数据，也称为周期数据交换。（2）数字量输入模块安装在远程机架RPI和COS的值用于确定模块何时在自身机架内广播数据，但只有RPI值可以决定主控制器何时接收网络上的数据。当在远程框架上为一个输入模块指定RPI值时，除了通知模块广播自身机架内的数据之外，RPI还在控制网络数据流中设置“远程片段”（spot）。,2.9ControlLogix系统的I/O模块工作模式,2数字量输出模块工作模式（1）数字量输出模块安装在本地机架如果数字量输出模块与主模块控制器位于同一机架上，当主控制器发出数据后，模块几乎同时接收到该数据。每个任务中的所有程序扫描结束后，发送数据。（2）数字量输出模块安装在远程机架如果数字量输出模块与主控制器不在同一个框架上，例如，通过ControlNet或EtherNet/IP连接的远程框架，主控制器将按照RPI速率向输出模块发送数据。,2.9ControlLogix系统的I/O模块工作模式,3模拟量输入模块工作模式（1）模拟量输入模块安装在本地机架实时采样速率RTS（RealTimeSamplingRate）值确定模块何时扫描其通道，更新输入数据缓冲区并广播数据。预定性数据请求数据包传递间隔时间RPI（RequestedPacketInterval）指定了模块何时广播输入数据缓冲区中的当前数据，而不扫描更新通道。（2）模拟量输入模块安装在远程机架RTS和RPI值用于确定模块何时在自身机架内广播数据，但只有RPI值可以决定主控制器什么时候接收网络上的数据。,2.9ControlLogix系统的I/O模块工作模式,4模拟量输出模块工作模式（1）模拟量输出模块安装在本地机架RPI值指定了主控制器何时向模块广播输出数据。如果模块与主模块控制器位于同一机架上，当主控制器发出数据后，模块几乎同时接收到该数据。（2）模拟量输出模块安装在远程机架如果输出模块与主控制器不在同一个框架上，例如，通过ControlNet或EtherNet/IP连接的远程框架，主控制器可以按照RPI速率向输出模块发送数据。,2.9ControlLogix系统的I/O模块工作模式,5数据更新流程图ControlLogix控制器更新时间与逻辑执行不同步，生产者发送数据的流程如图2-34所示。,2.10ControlLogix系统的网络通信模块,1工业以太网通信模块在ControlLogixPLC系统中，通信模块1756-ENBT和1756-EWEB可以连接EtherNet/IP网络进行通信，通信速率为10/100Mbps。每个通信模块最多可以支持64个TCP/IP连接，支持128个ControlLogix连接的I/O信息数据。其最大功耗为3.65W。实物如图2-35所示。,2.10ControlLogix系统的网络通信模块,2控制网通信模块ControlNet网络是开放的工业控制网络，可以满足大控制量的实时控制要求。ControlNet网络采用可靠的通用工业协议（CIP），将I/O网络和对等网络信息传输的功能集成在一起。3设备网通信模块DeviceNet网络是开放的底层设备网络，基于标准CAN（ControlAreaNetwork）技术，采用可靠的通用工业协议（CIP），连接简单的工业设备，如传感器、执行机构等。,2.10ControlLogix系统的网络通信模块,三层网络架构分别通过各自的网络通信模块实现，各层网络的通信模块如图2-36所示。,2.11ControlLogix系统的专用模块,1高速计数器模块高速计数器模块1756-HSC提供4路高速通道，具有输出可切换功能，可连接脉冲设备、编码器等，通过脉冲来计数和测频。输入点数为两个计数器，每个计数器输入3个点，输出点数为4个点。2可组态流量计模块可组态流量计模块1756-CFM提供两个通道，适用于测量应用场合的累加器模式，或者用于速度控制应用场合的高速频率测量。,2.12ControlLogix系统的机架背板,ControlLogixPLC系统的背板在模块之间提供了高速的通信通道，背板上的多个控制器相互之间可以传递报文。背板所提供的控制信号可将电源分配到各个模块中。ControlLogixPLC系统有4、7、10、13、17槽5种不同规格型号的背板，均采用钢板结构，螺钉紧固。其规格如表2-11所示。,2.12ControlLogix系统的机架背板,在控制柜内安装机架背板时，必须达到以下最小安装空间要求：在机架和电源之间，至少间隔15.320cm的距离；在电缆导管和机架的顶部或底部之间，至少间隔5.1cm的距离。控制柜内机架的安装如图2-37所示。,2.13系统组态,1硬件输入和输出的数目与类型；模块序号和类型；机架号；CPU型号和容量；HMI（人机界面）系统；网络系统。2软件程序结构；自动化过程的数据管理；组态数据；通信数据；程序和项目文档。,2.13系统组态,硬件组态和参数分配过程如图2-38所示。,2.13系统组态,实现系统各种功能所需的软件工具都集成在其中，如图2-39所示。,3.1.1编程语言简介,2编程语言的选用与相互转换ControlLogix系列PLC的编程语言各有特色，一般情况下，如果程序没有错误，并且被正确地划分为程序段，则编程语言之间可以相互转换。,3.1.2梯形图LD,1梯形图程序的逻辑结构梯形图程序是由指令构成的逻辑梯级集合而成的，而逻辑梯级的结构则由输入指令和输出指令两部分组成，如图3-1所示。,3.1.2梯形图LD,输入指令的运行，并不直接执行某种操作的动作，但都会得到逻辑结果，这就是梯级条件，它决定要不要执行指令。梯级条件逻辑上存在两种脉冲形式，如图3-2所示。,输出指令的执行是具体操作的动作，但这种执行动作与输入指令的存续有很大的关系，输入指令和输出指令之间的对应关系是非常明确的，即梯级条件会决定输出指令的执行状况。,3.1.2梯形图LD,2梯级运行条件梯形图的并列分支层数没有限制。图3-3显示的是一个5层并列分支，第一层分支是主梯级，后面跟着4个附加分支。,3.1.2梯形图LD,梯形图嵌套的分支最多可以为6层。图3-4显示的是一个嵌套分支情况，底部输出指令在一个3层深度的嵌套分支上。,3.1.2梯形图LD,3梯级预扫描和后扫描（1）预扫描预扫描的执行条件是：程序从编程状态切换至运行状态；从上电状态自动切换到运行状态。预扫描的主要内容包括：扫描所有的主程序；扫描所有设备阶段的状态程序和预状态程序；扫描程序和设备阶段的所有子程序，但不会重复预扫描；扫描所有的FOR调用的子程序；不按照跳转指令指向的顺序；按照预扫描方式执行的所有指令；将所有非保持型指令复位到0状态；不刷新输入数据，且不输出数据。,3.1.2梯形图LD,（2）后扫描后扫描的执行条件是：当MCR指令结束区域控制时；当设备阶段的状态程序转向下一个状态时；当SFC步的转换条件成立，离开激活步时。后扫描的主要内容包括：扫描条件不成立的MCR区域；扫描所有未激活的设备阶段状态程序；扫描所有未激活的SFC步；按照后扫描方式执行的所有指令；每个梯级都被扫描，但梯级条件永远不成立；将所有非保持型指令复位到0状态；刷新输入数据，但有可能被梯级条件否认；输出虚拟数据。,3.1.2梯形图LD,4数据刷新时间与程序执行的关系传统PLC的工作周期由输入扫描、程序扫描、输出扫描三个阶段组成。输入扫描刷新所有的输入映像表；程序扫描则根据最新输入数据，按照编制好的梯形图逻辑执行，产生控制结果，即刷新输出映像表；输出扫描刷新所有的输出模块。在这个过程中，输入数据是不发生改变的。5梯形图编程的主要侧重点连续的操作或没有顺序的多个操作并列执行；布尔量或位操作，可简单使用继电器指令；综合复杂的逻辑操作；信息处理或通信处理（MSG指令）；解决生产现场机器的联锁关系，充分体现明确的逻辑关系；维护维修人员的操作可能检查出机器或生产过程的故障；伺服控制，可明确运动控制指令的执行顺序。,3.1.3结构文本ST,1赋值语句（Assignment）赋值语句的语法如下：Tag:=Expression;标签数据类型必须为BOOL、SINT、INT、DINT、REAL类型。2表达式（Expression）表达式可以包括以下内容：用于存储数值的标签名，即变量；立即数，即常数；函数；运算符。,3.1.3结构文本ST,运算符的运算优先级如表3-1所示。,3.1.3结构文本ST,3指令（Instruction）指令是一个标准语句，使用圆括号包含其操作数。根据指令的不同类型，运行时，指令可以产生一个或多个数值。指令在每次被扫描且结构条件为真时执行，如果结构条件为假，就不执行该结构内的语句。4结构（Construct）IFTHEN当特定条件发生时，执行操作。CASEOF根据数值选择执行的操作。FORDO根据指定的次数重复执行操作，然后再执行其他操作。WHILEDO当条件为真时，重复执行操作。REPEATUNTIL直到条件为真，否则重复执行操作。,3.1.3结构文本ST,5注释（Comment）当添加注释内容时，使用的注释格式是：（*注释内容*）或/*注释内容*/当添加的注释内容是单独一行时，使用的注释格式是：/注释内容6结构文本编程的主要侧重点复杂的非常规算术运算；专用数组或循环处理表格，其他编程方式不能处理的数组和表格；ASCII字符串处理或协议处理，适用于文字表达的模式。,3.1.4功能块图FBD,功能块编程主要用于过程控制，侧重于以下应用范围：连续过程，功能块组态连接信息流向，使控制具有连续性；驱动控制，专用于驱动控制要求；闭环控制，专用于较复杂的闭环控制要求；流量计算，专用的累加器功能块满足控制要求。,3.1.5顺序功能图SFC,顺序功能图编程主要用于工艺步骤分明的控制要求，侧重于以下应用范围：多个操作的高水平管理，严格控制执行步骤；反复的操作顺序，可反复扫描活动步的执行逻辑；大量重复操作的批量处理；运行控制顺序（具有内嵌结构语句的功能块），准确协调执行顺序；控制机械操作进程状态。,3.2数据描述与数据类型,3.2.1数据描述数据是计算机所表示的信息总称，它可以分为数值数据和非数值数据两种。数值数据包括整数、小数，既可以是正数，也可以是负数。数据以某种特定的形式存在，数据类型决定了数据的属性。不同的数据之间往往还存在某些联系。数据类型为数据说明数据结构、数据格式、数据行为等，用于定义标签使用的数据位、字节或字的个数。,3.2.2数据类型,1基本数据类型（1）基本数据类型二进制格式的数据类型是指单一数据类型。一个二进制格式的数据由一位或者多位组成，其中的每一位都用两个基数（0或1）表示。数据的大小由其位数决定，如图3-5所示。,3.2.2数据类型,单个的十进制数需要用4位二进制数进行编码，为了用BCD码表示十进制数的09，使用与二进制数相同的表示方法，如图3-6所示。,3.2.2数据类型,例如，对十进制数“2350”用16位编码，如表3-2所示。,例如，对十进制数“58293016”用32位格式编码，如表3-3所示。,3.2.2数据类型,ControlLogixPLC系统的基本数据类型如表3-4所示。,3.2.2数据类型,例如，1024可以表示为1.024E3。实数占用存储器的2个字，最高位是符号位，其余的位代表指数和尾数。浮点数为1.m2e，其存储结构如图3-7所示。,3.2.2数据类型,ControlLogixPLC系统数据处理和传送的基本单元是32位。当数据类型为BOOL、SINT、INT，被分配给一个标签时，控制器仍然占了一个完整的4字节DINT，剩余部分则被闲置，如图3-8所示。,3.2.2数据类型,（2）基本数据类型的优点名称是独立的；标签的数量没有限制；标签编辑器（EditTags）和数据监视（MonitorTags）可以任意选择标签并显示任何参数；允许在标签编辑器和数据监视中按字母排序显示；标签及其他的位都可以支持别名；在线编程时可以增加。（3）基本数据类型的注意点每个标签都要消耗4字节；需要消耗较多的通信管理和控制器内存；在线时不可以改变标签的数据类型。,3.2.2数据类型,2结构数据类型（1）系统预定义结构数据类型I/O模块组态时产生的I/O数据。功能块（过程控制）的数据结构。系统组态信息和状态信息。（2）自定义结构数据类型字符串自定义数据结构。用户自定义数据结构UDF。AOI自定义指令。,3.2.2数据类型,3数组（1）数组类型数组是同一数据类型的连续分布的集合，可由基本数据类型和结构数据类型构成。（2）数组类型和结构数据类型的优点允许特定的名称和用户自定义的结构；在控制器中固定信息；控制器内存占用冲突得到解决，且通信时间得到优化；能够动态地索引数组；在线编程可以创建新数组。,3.2.2数据类型,（3）数组类型和结构数据类型的注意点每个用户自定义的结构或数组限于2MB；用户自定义的结构充满32位整倍数的空间；数组中的数据元素只能被基本标签指向；标签编辑器（EditTags）和数据监视（MonitorTags）的筛选有限；只有在离线时才能创建或改变结构数据类型和数组类型的结构；在结构里面的数组只可以是一维数组；用户自定义结构的子元素不能超过500个，如果需要更多，可以采用嵌套的形式，即子元素本身就是自定义结构；要用于通信的用户自定义结构也有限制，Produce/Consume的标签，通过背板的不超过500B，通过ControlNet网络的不超过480B；I/O数据要放入结构中，只能使用COP指令，注意数据类型要保持一致，以避免数据转换；当需要在程序开始时将输入数据装载在结构数据中，在程序结束时将结构数据装载到输出数据中，这时，要用合适的指令把数据装载到结构数据里，单一的位用XIC指令和OTE指令，连续的位用BTD指令，单一的量用COP指令，连续的量用CPS指令。,3.2.2数据类型,4不同数据类型的内存占用和时间消耗情况对比例如，在1756-L63控制器中执行一条ADD指令，使用不同数据类型的消耗情况如表3-5所示。,3.3数据结构,3.3.1ControlLogix控制器程序文件结构Logix5000控制器实时多任务系统内核图如图3-9所示。,3.3.1ControlLogix控制器程序文件结构,1任务连续型任务是指周而复始执行的任务，在后台运行。周期型任务是指定时中断执行的逻辑程序，周期性地执行任务，必须定义周期时间。执行周期默认值是10ms，选择范围是0.12000ms。事件触发型任务是指事件触发引起的任务调用，事件触发可以是由外部输入点变化引起的，如数字量输入触发或模拟量的新采样数据，也可以是由ConsunedTag引起或直接由指令调用引起的，还可以由运动控制状态引起。,3.3.1ControlLogix控制器程序文件结构,例如，项目中有3个任务，分别是1个事件触发型任务、1个周期型任务、1个连续型任务，如表3-6所示。,3.3.1ControlLogix控制器程序文件结构,任务执行情况如图3-10所示。,3.3.1ControlLogix控制器程序文件结构,2程序程序是第二层的组织结构，由一个数据库和多个子程序组成。每个程序都有一个独立的数据库，在这个数据库建立的数据标签只能被本程序内的子程序引用，而且都是内部数据。3子程序子程序是真正的执行程序，所有的控制程序都被编写在子程序中。,3.3.1ControlLogix控制器程序文件结构,4故障处理子程序和上电程序故障处理子程序一般用来编写清除故障的恢复程序。在本程序内由于指令执行产生的错误，或本程序引用的I/O连接故障，都有可能引起停机，定义的故障处理子程序是停机之前要调用的子程序，若能在这个子程序中清除可恢复故障的错误代码，就可以避免停机。5删除子程序、程序和任务删除子程序的所有执行代码；选定子程序并删除它们；删除程序区域的所有标签；选定程序并删除它们；最后删除任务。,3.3.2ControlLogix控制器程序文件规划,1任务确定的原则大部分执行代码都应该放在连续任务中；长时间才操作一次的执行代码或要求时间精确处理的操作，采用周期类型的任务；特定的事件需要同步执行的代码采用事件触发类型的任务，这类任务每触发一次只执行一遍；任务的个数不要太多，否则可能导致维护困难；为了改善系统性能，有的任务的输出处理应该取消，不需要执行的任务可以屏蔽。,3.3.2ControlLogix控制器程序文件规划,2任务的优先级ControlLogix控制器是一个多任务的处理器，当多个任务同时请求工作时，优先级高的任务先处理。控制器任务的优先级如图3-11所示。,3.3.2ControlLogix控制器程序文件规划,不同优先级的任务执行时相互中断的过程如图3-12所示。,3.3.3系统高层管理,1系统高层管理的作用ControlLogix系统高层管理时间主要是耗费在信息通信和后台任务的时间。这里的信息通信不是在I/O组态中预先设定的，而是外部访问的通信。例如，外部另一个控制器发出的MSG指令，只有在周期任务和事件中断任务都不能执行的情况下，信息通信才可以进行。2系统高层管理的主要内容控制器与编程终端和人机界面的通信；控制器发出的MSG指令；控制器响应外部的MSG指令；串口信息和指令处理（如ASCII码）。,3.3.3系统高层管理,系统高层管理和执行代码扫描的工作是同一个CPU实现的，如何分配这两者之间的工作关系，如图3-13所示。,3.3.4ControlLogix控制器数据文件结构,1控制器的数据区域全局数据区域，又称为控制器数据区域，它含有全部的对外数据和公用的内部数据，其数据可被控制器内所有的子程序引用。程序数据区域，全部为内部数据，其数据只能被本程序内的子程序引用。各程序之间的数据区域是隔离的，以防止标签命名的冲突。2数据库标签建立的基本原则尽可能短地建立描述性的标签名称；标签名称存放在控制器中，并且要占用内存空间；每个字符使用一字节的控制器内存，每个标签耗用的字节都是4字节的整数倍，如标签实际使用了10字节，但将耗用12字节的内存空间；使用结构数据，将节省标签的数目和尺寸大小；程序上传可以带回标签的名称，但没有注释。,3.4应用程序的结构,3.4.1程序循环执行CPU的循