第十一章IPC与PLC教材课程

1、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,11.1 IPC结构组成 11.2 IPC总线结构 11.3 IPC功能特点 11.4 IPC产品简介 11.5 PLC结构组成 11.6 PLC编程语言 11.7 PLC工作过程 11.8 PLC功能特点 11.9 PLC产品简介 思考题,11.1 IPC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,11.2 IPC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。

2、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IBM PC总线的简称，PC总线因IBM PC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IBM PC总线共有62根引脚

3、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,2PC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。,11.3 IPC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,11.4 IPC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 11.4.4 PCI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-8

4、10/811型号的14槽上架型计算机机箱。,图11-2 IPC-810/811机箱,11.4.2 工业级底板,11.4.3 工业级CPU卡,11.4.4 PCI总线I/O卡,11.5 PLC结构组成,主要知识点 前言 11.5.1 CPU模块 11.5.2 I/O模块 11.5.3 编程装置 11.5.4 电源 11.5.5 PLC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,11.5.1 CPU模块,CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成。 1CPU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 AMD 2900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,11.5.2 I/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

5、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DC 5V、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

6、源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。,11.5.5 PLC的物理结构,1整体式PLC,2模块式PLC,11.6 PLC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（Sequential Function Chart）。 （2）梯形图（Ladder Diagram）。 （3）功能块图（Function Block Diagram）。 （4）指令表（Instruction List）。 （5）结构文本（Structured Text）。,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。,11.7 PLC工作过程,11.8 PL

7、C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,11.9 PLC产品简介,主要知识点 11.9.1 CPU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,11.9.1 CPU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CPU226 XM适用于复杂的中小型控制系统。 S7-200 CPU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l255ms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NE

8、TR/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032000，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020mA两种，对应的数字量为-32000+32000或03

9、2000。 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,EM277 PROFIBUS-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9600bps12Mbps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

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