可编程控制技术复习

博主： tutu
发布时间：2022 年 11 月 03 日
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分类：学习单片机

# 电气控制基础

## 常用低压电气

- 什么是电器      手动或者自动接通或者断开电路。
- 电磁式继电器三个部分

- 触点系统
  - 电磁机构
  - 灭弧装置
- 接触器是电磁继电器里的重要的一种类型
- 接触器是一种频繁地接通和断开交直流主电路及大容量控制电路的自动切换电器。

结构和电磁式电器一样。

继电器

- 电压继电器
  - 线圈**并联**进入电路
  - 匝数**多**
  - 线径**细**
  - 电压电阻比较**大**
- 电流继电器
  - 线圈**串联**进入电路
  - 匝数**少**
  - 线径**粗**
  - 电压电阻比较**小**
- 中间继电器
  - 主要特点是**触点比较多**，增加控制的节点数
- 时间继电器
  - 用于延迟接通和断开触点，主要是由`PLC`中的`定时器`来完成。
- 热继电器
  - 利用电流流过热源件产生热量，促使双金属片发生弯曲，从而推动执行机构动作的一种**保护电路**。
  - 主要用于**交流电机过载保护**、断相保护、电流不平衡保护等。
- 速度继电器
  - 利用速度原则对电机进行控制的电器。
  - 主要用于**反接制动控制**。
  - 注意此继电器**动作速度和复位速度并不一样**，不然会造成两种状态抖动。即动作速度和复位速度有一个差值，以做缓冲。

主令电器[^1]

- 按钮
  - 由人来发送指令
- 行程开关
  - 由撞击来触发
  - 用于限位
- 接近开关和光电开关
  - 和行程开关差不多
  - 无需撞击触发
  - 还可以检测液面或者速度比较快的
- 熔断器
  - 用于短路保护
  - 通过自身熔断来强制断开电路
  - 有不可恢复和可恢复
- 电压熔断器
  - 相当于刀开关、熔断器、热继电器、过电流继电器和欠电压继电器的组合。

## 基本电气控制电路

**点动**。按一按动一动

**自锁**。按了一下一直动

**正反转**。正停反，正反停

**互锁**。

电机全压和减压启动

以小车为例，行程开关，可以实现自动停止

课后练习，这节课有作业。电路图绘制

# 可编程控制器的基本组成和工作原理

## plc的基本组成和各部分的作用

- 中央处理器
- 存储器
  - 系统存储器
  - 用户程序存储器
    - 用户程序区
    - 数据区
    - 系统区
- 输入输出单元
  - 输入输出均带有光电耦合电路隔离外部电路，提高抗干扰能力。
- 编程器
- 电源单元

## plc对继电器控制系统的仿真

plc主要替代了控制部分。可使用**梯形图**来编程。

梯形图中基本编程元素有**触点**、**线圈**和**方框**。

梯形图中有以下几点要注意

- 继电器是软继电器
- 流过的电流不是电流，叫能流。
- 常开、常闭触点不是物理输出。对应了寄存器中的一个位。
- 同理输出线圈也不是物理线圈，不能直接驱动现场执行机构。
- 触点可以无限使用，继电器是不行的。慎重对待重复使用同一地址编号的线圈。

## plc的工作原理

```mermaid
graph LR
A[初始化]
B[CPU自诊断]
C[通信信息处理]
D[与外部设备交换信息]
E[执行用户程序]
F[输入输出信息处理]
A-->B-->C-->D-->E-->F-->B
```

这是整个`plc`的工作过程，如果单独展开其中的*执行用户程序*阶段有如下：

![用户程序工作过程](https://picture.home.tutu147.top:10443/2022/11/02/636229ff94320.png)

循环扫描三个阶段输入**采样阶段**、**程序执行阶段**和**输出刷新阶段**。

# S7-200可编程控制器的系统配置

## 接口模块

- 数字量模块
  - 数字量输入模块（EM221）
    - 直流输入模块（EM221 8 X DC24V）
    - 交流输入模块（EM221 8 X AC120V/230V）
  - 数字量输出模块（EM222）
    - 直流输出模块（EM222 8 X DC24V）
    - 交流输出模块（EM222 8 X AC120V/230V）
    - 交直流输出模块（EM222 8 X 继电器）
  - 数字量输入输出模块（EM223）
- 模拟量模块
  - 模拟量输入模块（A/D）（EM231）
  - 模拟量输出模块（D/A）（EM232）
  - 模拟量输入输出模块（EM235）
- 智能模块
  - PID调节模块
  - 高速计数器模块
  - 温度传感器模块

## 系统配置

主要以CPU226为例。

CPU221不允许使用拓展模块。CPU222最多可以携带两个拓展模块。CPU224、CPU226、CPU226XM则可以携带7个模块，但是这其中最多只能带两个智能拓展模块。

注意：如果一个**数字量**模块没用完整个**字节**，此**字节**中没用到的位只能**舍弃**，后面的模块只能新开一个字节来存储数据。而**模拟量**以**两通道**递增方式来分配空间，并且模拟量存储**一通道就要一个字（就是两个字节）**。具体看下表。

![](https://picture.home.tutu147.top:10443/2022/11/03/63635835c71f3.png)

注意看。如果我还要在模块1后面接输入模块，我就需要从`I5.0`开始分配空间；如果我还要在模块1后面接输出模块，我就需要从`Q3.0`开始分配空间。而不是从`I4.4`或者`Q2.4`开始。而模块2和模块3的模拟量输出**舍弃了一个通道（AQW2）**，是因为**模拟量**以**两通道**递增。

200系列电流消耗表，注意模块电流消耗别超上限。

![](https://picture.home.tutu147.top:10443/2022/11/03/63635ae15ee28.png)

# 指令系统

## 编程语言

- 梯形图（LAD）
- 功能块图（FBD）
- 语句表（STL）

这三种可在有限条件下互相转换。但是语句表可以实现另外两种语言不能实现的功能，比如**堆栈操作**。

## 数据类型

- 布尔型（1位）
- 字节型（8位）
- 无符号整数（16位）
- 符号整数（16位）
- 无符号双字整数（32位）
- 有符号双字整数（32位）
- 实数型（32位）

## 内存区域

***以下编址范围如果可位选址，则只写按位编址范围，字节、字、双字范围自行计算。一般在标志后面加上B、W、D等字母来表示按字节、字、双字存取（如IB、IW、ID）***

1. **输入映像寄存器（I）**：编址范围（I0.0~I15.7）。输入映像寄存器（该区域可以按位操作又称输入继电器）输入继电器线圈由外部信号驱动，常开触点和常闭触点供用户编程使用。可以按位、字节、字或双字来存取数据。
2. **输出映像寄存器（Q）**：编址范围（Q0.0~Q15.7）。输出映像寄存器（又称输出继电器）是用来将PLC的输出信号传递给负载，线圈用程序指令驱动。PLC的每一个I/O点都是一个确定的物理点。CPU 224主机有I0.0～I0.7，I1.0～I1.5共14个数字量输入端点，Q0.0～Q0.7、Q1.0、Q1.1共10个数字量输出端点。可以按位、字节、字或双字来存取数据。
3. **变量存储器（V）**：编址范围（V0.0～V5119.7）。用以存储运算的中间结果和其它数据。可以按位、字节、字或双字来存取数据。
4. **内部标志位（M）**：编址范围（M0.0~M31.7）。存储区M作为控制继电器（又称中间继电器），用来存储中间操作数或其它控制信息。可以按位、字节、字或双字来存取存储区的数据。
5. **顺序控制继电器（S）**：存储区S又称状态元件，以实现顺序控制和步进控制。S7-200 PLC编址范围S0.0～S31.7。可以按位、字节、字或双字来存取数据。
6. **特殊标志位（SM）**：编址范围（SM0~SM29）
   1. SMB0为状态位字节，在每次扫描循环结尾由S7-200 CPU更新，定义如下：
      1. SM0.0-----RUN状态监控，PLC在运行RUN状态，该位始终为1。
      2. SM0.1-----首次扫描时为1，PLC由STOP转为RUN状态时，ON（1态）一个扫描周期，用于程序的初始化。
      3. SM0.2-----当RAM中数据丢失时，ON一个扫描周期，用于出错处理。
      4. SM0.3-----PLC上电进入RUN方式，ON一个扫描周期。
      5. SM0.4-----分脉冲，该位输出一个占空比为50％的分时钟脉冲。用作时间基准或简易延时。
      6. SM0.5-----秒脉冲，该位输出一个占空比为50％的秒时钟脉冲。可用作时间基准。
      7. SM0.6-----扫描时钟，一个扫描周期为ON（高电平），另一为OFF（低电平）循环交替。
      8. SM0.7-----工作方式开关位置指示，0为TERM位置，1为RUN位置。为1时，使自由端通讯方式有效。
   2. SMB1为指令状态位字节，常用于表及数学操作，部分位定义如下：
   3. SM1.0-----零标志，运算结果为0时，该位置1。
   4. SM1.1-----溢出标志，运算结果溢出或查出非法数值时，该位置1 。
   5. SM1.2-----负数标志，数学运算结果为负时，该位为1。
7. **局部存储器（L）**：编址范围（L0.0~L63.7）。S7-200有64个字节的局部存储器，其中60个字节可以用作暂时存储器或者给子程序传递参数，最后4个字节为系统保留字节。可以按位、字节、字或双字来存取数据。
8. **定时器存储器（T）**：编址范围（T0～T255）。CPU中的定时器是对内部时钟累计时间增量的设备，用于时间控制。
9. **计数器存储器（C）**：编址范围（C0～C255）。计数器主要用来累计输入脉冲个数。有16位预置值和当前值寄存器各一个，以及1位状态位，当前值寄存器用以累计脉冲个数，计数器当前值大于或等于预置值时，状态位置1。提供有三种类型的计数器，增计数、减计数、增／减计数。
10. **模拟量输入映像寄存器（AI）**：AI编址范围（AIW0，AIW2，……AIW62）。模拟量输入电路将外部输入的模拟量（如温度、电压）等转换成1个字长（16位）的数字量，存入模拟量输入映像寄存器区域。起始地址定义为**偶数字节地址**，共有32个模拟量输入点。**只能按字存取欧。**
11. **模拟量输出映像寄存器（AQ）**：AQ编址范围（AQW0，AQW2，……AQW62）。模拟量输出电路用来将模拟量输出映像寄存器区域的1个字长（16位）数字值转换为模拟电流或电压输输出。起始地址也采用**偶数字节地址**，共有32个模拟量输出点。**只能按字存取欧。**
12. **累加器（AC）**：编址范围（AC0～AC3）。累加器是用来暂存数据。可以按位、字节、字或双字来存取数据。
13. **高速计数器（HC）**：编址范围（HC0、HC1……HC5）：6个高速计数器 （每个计数器最高频率为30KHz）用来累计比CPU扫描速率更快的事件。高速计数器的当前值为双字长的符号整数。

***一表概括：***

![](https://picture.home.tutu147.top:10443/2022/11/03/636371548ab36.jpg)

## 逻辑指令

这章又臭又长还不好归纳，但必定会考。我列举一下有哪些指令，详细请直接翻开书70页一直往后读呢。

- 基本逻辑指令
  - 标准触点指令
  - 输出指令
  - 复位和置位指令
- 立刻I/O指令（在基本逻辑指令后面加上一个I（就是英语单词Immediately缩写））
  - 立刻触点指令
  - 立刻输出指令
  - 立刻置位和立刻复位指令
- 逻辑堆栈指令（我觉得非常重要呢，并且此只能由语句表编写）
  - 栈装载“与”指令
  - 栈装载“或”指令
  - 逻辑推入栈指令
  - 逻辑读栈指令
  - 逻辑弹出栈指令
  - 装入堆栈指令
- 取非触点指令和空操作指令
  - 取非触点指令
  - 空操作指令
- 正/负跳变触点指令
- 定时器和计数器指令
  - 定时器指令
    - 接通延时定时器
    - 有记忆接通延时定时器
    - 断开延时定时器
  - 计数器指令
    - 增计数器指令
    - 增/减计数器指令
    - 减计数器指令
- 顺序控制继电器指令
  - 可以根据生产过程自动进行控制
- 移位寄存器指令
- 比较触点指令

[^1]: 主令电器用于在自动控制系统中发出指令和信号

最后修改：2022 年 11 月 03 日

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可编程控制技术复习

tutu • 2022 年 11 月 03 日

# 电气控制基础

## 常用低压电气

- 什么是电器      手动或者自动接通或者断开电路。
- 电磁式继电器三个部分

结构和电磁式电器一样。

继电器

主令电器[^1]

## 基本电气控制电路

**点动**。按一按动一动

**自锁**。按了一下一直动

**正反转**。正停反，正反停

**互锁**。

电机全压和减压启动

以小车为例，行程开关，可以实现自动停止

课后练习，这节课有作业。电路图绘制

# 可编程控制器的基本组成和工作原理

## plc的基本组成和各部分的作用

## plc对继电器控制系统的仿真

plc主要替代了控制部分。可使用**梯形图**来编程。

梯形图中基本编程元素有**触点**、**线圈**和**方框**。

梯形图中有以下几点要注意

## plc的工作原理

```mermaid
graph LR
A[初始化]
B[CPU自诊断]
C[通信信息处理]
D[与外部设备交换信息]
E[执行用户程序]
F[输入输出信息处理]
A-->B-->C-->D-->E-->F-->B
```

这是整个`plc`的工作过程，如果单独展开其中的*执行用户程序*阶段有如下：

![用户程序工作过程](https://picture.home.tutu147.top:10443/2022/11/02/636229ff94320.png)

循环扫描三个阶段输入**采样阶段**、**程序执行阶段**和**输出刷新阶段**。

# S7-200可编程控制器的系统配置

## 接口模块

## 系统配置

主要以CPU226为例。

CPU221不允许使用拓展模块。CPU222最多可以携带两个拓展模块。CPU224、CPU226、CPU226XM则可以携带7个模块，但是这其中最多只能带两个智能拓展模块。

![](https://picture.home.tutu147.top:10443/2022/11/03/63635835c71f3.png)

200系列电流消耗表，注意模块电流消耗别超上限。

![](https://picture.home.tutu147.top:10443/2022/11/03/63635ae15ee28.png)

# 指令系统

## 编程语言

- 梯形图（LAD）
- 功能块图（FBD）
- 语句表（STL）

这三种可在有限条件下互相转换。但是语句表可以实现另外两种语言不能实现的功能，比如**堆栈操作**。

## 数据类型

- 布尔型（1位）
- 字节型（8位）
- 无符号整数（16位）
- 符号整数（16位）
- 无符号双字整数（32位）
- 有符号双字整数（32位）
- 实数型（32位）

## 内存区域

***一表概括：***

![](https://picture.home.tutu147.top:10443/2022/11/03/636371548ab36.jpg)

## 逻辑指令

这章又臭又长还不好归纳，但必定会考。我列举一下有哪些指令，详细请直接翻开书70页一直往后读呢。

[^1]: 主令电器用于在自动控制系统中发出指令和信号

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