机电系统原理及应用

4.电源
PLC内部的开关电源为各模块提供不同电压等级的直 流电源。 小型PLC可为输入电路和外部的电子传感器提供DC24V 电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。
二、PLC结构形式
按结构不 同分类： 整体式 模块式 混合式
1.整体式PLC
小型PLC一般采用整体式 结构:将CPU模块、I/O模块、 电源装在一个箱形机壳内。 S7-200称为CPU模块。
11.模拟量输入（AI）
S7-200用A/D转换器将连续变化的模拟量，转换为1个字 长(16位)的数字量，用区域标识符AI、表示数据长度的W和 起始字节的地址表示模拟量输入的地址。
12．模拟量输出(AQ)
S7 -200将1个字长的数字用D/A转换器转换为模拟量，用 区域标识符AQ、表示数据长度的W和字节的起始地址来表示 存储模拟量输出的地址。
特点：体积小，价格低。
应用：小型控制系统。
S7-200CPU模块外形图
2.模块式PLC
大、中型PLC一般采用模块式
结构:由机架和模块组成。有不同槽数的机架供选用。模
块多时，可增设扩展模块。 特点：硬件组态方便灵活， I/O 点数、 I/O模块种类及块数 等选择余地大。维修时更换
模块、判断故障方便。
2.电气设备安装图
——表示各种电气设备在机械设备和电气控制柜 中的实际安装位置。
3.电气设备接线图
——表示各电气设备之间实际连线情况。 （同一电器各部分要画在一起）
三、电气原理图绘制规则
使用国家统一规定的电气图形符号和文字符号
1.主电路用粗实线绘在左侧; 控制电路用细线绘在右侧。 2.同一电器的导电部件可以不画在一起,但文 字相同。 3.触点均按“平常态”画出(即:未通电或未受 外力的状态)。
模拟量输入模块：接收来自电位器、测速发电机等的
连续变化的模拟量电流电压信号。 输出模块 开关量输出模块：控制接触器、电磁阀、指示灯等输 出设备。 模拟量输出模块：控制调节阀、变频器等执行装置。
3.编程器与编程软件
编程器:用来生成用户程序,并监视用户程序执行情况。 应用：手持式编程器一般用于小型PLC编程，或现场 调试和维护。 编程软件：使用该软件可在计算机上直接生成和编辑 用户程序。 发展趋势：用编程软件取代手持式编程器。
13.顺序控制继电器(S) 顺序控制继电器( SCR)位用于组织设备的顺序操作， SCR提供控制程序的逻辑分段C。 14.常数的表示方法与范围 常数值可以是字节、字或双字，CPU以二进制方式存 储常数，常数也可以用十进制、十六进制ASCⅡ码(例如 ‘Text’)或浮点数（例如2.0 )的形式表示。 15.实数 又称浮点数，可以表示为1.m× 2 E 。 ANSI/IEEE 754-1985标准格式的32位实数,可表示为浮 点数1.m× 2 e ，式中 31 30 23 22 0 指数e=E十127为整数。 S 指数 尾数 (1≤e≤254 ) 符号位
3.变量存储区（V）
V存储器在程序执行过程中存放中间结果，或用来保 存与工序或任务有关的其他数据。
4．位存储区(M)
作为控制继电器存储中间操作状态或其它控制信息。
5.定时器存储区(T)
用于存储定时器累计的时基增量值。 定时器位用来描述定时器延时动作的触点状态。 定时器位为1状态 梯形图中对应定时器的常开触 点闭合，常闭触点断开； 定时器位为0状态 触点的状态相反。
6.计数器存储区(C)
存放计数输入端累计的脉冲数。
7.高速计数器( HC )高速计数器
用来累计比CPU的扫描速率更快的事件。 地址由区域标示符HC和高速计数器号组成，如HC2。
8.累加器(AC)
可以象存储器那样使用的读/写单元。可以按字节、字 和双字来存取累加器中的数据。 存取数据的长度由指令决定。
应用：较复杂、要求较高的 系统。
图 1-12
预先存入控制器的存 储器中，工作时反复不断地循环扫描程序，当条 件满足时立即执行。 扫描：初始化后反复不停地分阶段处理各种不同的 的任务，这种周而复始的循环 工作模式称为扫描工作模式。
1.读取输入
CPU以字节为单位读写输入/输出 过程映像寄存器。 读取输入阶段，PLC把所有外部数 字量输入电路的I/O状态读入输入 过程映像寄存器。
3.通信处理
通信处理阶段，CPU处理从通信接口和智能模块接收 到的信息。
4.CPU自诊断测试
包括定期检查CPU模块的操作和扩展模块的状态是否 正常等。
5.改写输出
CPU执行完用户程序后，将输出过程映像寄存器的 0/1状态传送到输出模块并锁存。信号经输出模块隔离 和功率放大后，驱动外部负载。 输出过程映像寄存器状态为1 外部负载通电工作 输出过程映像寄存器状态为0 外部负载断电
Q0.3
Q0.4
(
继电器控制电路 梯形图
)
梯形图特点：
1）按自上而下、从左至右的顺序排列，每一个继电器线圈 为一个逻辑行，形成一个阶梯，起始于左母线，结束于 右母线； 2）继电器是概念化的，实质是变量存储器中的位触发器； 3）某一编号的继电器线圈只出现一次，但其触点可无限使 用； 4）梯形图是一个程序，左右母线间并无真实电流流过； 5）图中不出现输入继电器的线圈； 6）输出继电器得电表示其状态，还需通过输出模块的功率 开关驱动现场元件； 7）PLC内部继电器（如M0.3）不能作为输出使用，它只是 内部运算用的中间存储单元； I0.2 I0.1 Q0.3 ( ) 8）PLC按扫描方式顺序执行梯形图， Q0.3 不会出现几条支路同时动作的 Q0.3 Q0.4 现象。
图 1-13
返回扫描周期
外接输入电路闭合 外接输入电路断开
对应的映像寄存器状态为1 对应的映像寄存器状态为0
2.执行用户程序
RUN工作模式下，CPU从第一条程序开始，逐条顺序地 执行用户程序。 CPU执行指令时，从I/O映像寄存器或别的元件的映像 寄存器读出其状态，根据指令要求执行相应的逻辑运 算，运算结果写入线圈相应的映像寄存器，因此，各 映像寄存器的内容随程序的执行而变化。 程序执行阶段，即使外部输入信号状态发生变化，输 入过程映像寄存器的状态也不会变。变化的输入信号 状态在下一个扫描周期被读入。
三、按功能分类 1.在原有机械本体上采用电子控制设备实现高性能 和多功能 (数控机床、机器人） 2.用电子设备局部置换机械机构 (电子缝纫机,电子打印机) 3.在信息机器中与电子设备有机结合的机构 (电报机,传真机,复印机,录象机) 4.用电子设备全面置换机械机构的信息处理机构 (石英电子钟,电子计算机) 5.在检测系统中与电子设备有机结合的机构 (自动探伤机,CT扫描仪) 6.利用电子设备代替机械工作 (电火花机床,线切割机床)
机电系统原理及应用
3
郗安民、刘
颖、狄春良编著
机械工业出版社
第一章
第一节 第二节 第三节 第四节
绪论
机电系统的基本概念 电气原理图的画法及阅读方法 液压和气压传动（略） 可编程序控制器的基本知识
第一节
机电系统的基本概念
一、定义 机电一体化是在机构的主功能、动力功能、信息处理功能 和控制功能上引进了电子技术，并将机械装置和电子设备以 及软件等有机结合起来构成系统的总称。 二、内容 机电一体化技术 ——包括技术原理和使机电一体化产品得以实现、使用和 发展的技术。 机电一体化产品 ——机械系统与电气系统、微电子系统相互置换和有机结 合，从而赋予新的功能和性能的新一代产品。（机电 系统）。
6.中断程序的处理
若程序中使用了中断，中断事件发生时，CPU停止扫 描，立即执行中断程序。
7.扫描周期
PLC在RUN工作状态时,执行一次图1-13所示的扫描操 作所需的时间。典型值为1-100ms。
8.输入/输出滞后时间
定义:指PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的 有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔。 组成：输入电路滤波时间、输出电珞的滞后时间和因扫 描工作方式产生的滞后时间。 PLC总的响应延迟时间一般只有几毫秒至几十毫秒。
四、五大要素
动力 计算机 传感器 执行机构
传感器 计算机 执行机构 动力
机械结构
机械 结构
五、相关技术
1. 机械技术 (材料、刚度、标准化、可靠性） 2.传感技术（精确、灵敏、可靠、智能） 3.信息处理技术（计算机、PLC等） 4.驱动技术（电、液、气动技术） 5.接口技术（数/模转换） 6.软件技术（标准化、模块化、固化）
图1-18 浮点数的格式
16．字符串的格式
字符串由若干个ASCⅡ码字符组成，每个字符占1B。 字符串的第一个字节 定义了字符串的长度(OS-254 )， 即字符的个数。
长度 字节0
字符1 字节1
字符2 字节2
字符3 字节3
字符4 字节4
字符254 字节254
图1-18
字符串的格式
17.CPU存储器的范围与特性
六、基本编程指令
1.触点指令与赋值指令
（1)标准触点指令
常开触点（ 常闭触点（ ）对应的存储器地址位为1 ）对应的存储器地址位为0
四、PLC的编程语言
PLC软件： 系统软件：由厂家固化在ROM中 应用软件：由用户根据具体生产要求编写
编程语言分类 ： 梯形图、语句表、控制系统流程图、逻辑表达式等。 1.梯形图
— 类似继电器控制电路图，沿用继电器线路的一些符号。
SB1 SB2
K1
I0.1 Q0.3
I0.2
Q0.3
(
K1 K2
)
K1
(
梯形图
)
2.语句表
—用指令的助记符编程,类似于计算机汇编语言。
指令语句由两 部分组成：
操作码
助记符表示，指示 CPU要完成的某种操 作功能 。
操作数 操作码指定的操作 对象或操作所需的 数据。