第四章微机控制系统的选择及接口设计_PLC

河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系控制功能、控制形式和动作控制方式依产品而不同。第四章微机控制系统的选择及接口设计第一节专用与通用的抉择、硬件与软件的权衡机电一体化系统设计人员提出总的设计要求，各专业人员通力协作。需要计算机控制理论、数字电路、软件设计等方面的知识，更需要深入理解生产过程和生产工艺。机电一体化系统或产品的控制系统设计包括：选用微机、设计接口、控制形式和动作控制方式等问题。河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系1.专用与通用选择第四章微机控制系统的选择及接口设计第一节专用与通用的抉择、硬件与软件的权衡专用控制系统适合于大批量生产的机电一体化产品。在开发新产品时，如果要求具有机械与电子有机结合的紧凑结构，也只有专用控制系统才能做到。选用适当的通用IC芯片来组成控制系统，以便与执行元件和检测传感器相匹配，或重新设计制作专用集成电路，把整个控制系统集成在一块或几块芯片上。河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系1.专用与通用选择第四章微机控制系统的选择及接口设计第一节专用与通用的抉择、硬件与软件的权衡对于多品种、中小批量生产的机电一体化产品来说，由于还在不断改进，结构还不十分稳定，特别是对现有设备进行改造时，采用通用控制系统比较合理。通用控制系统的设计，主要是合理选择主控制微机机型，设计与其执行元件和检测传感器之间的接口，并在此基础上编制应用软件的问题。实质上就是通过接口设计和软件编制来使通用微机专用化的问题。河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系2.硬件与软件的组合第四章微机控制系统的选择及接口设计第一节专用与通用的抉择、硬件与软件的权衡大多数控制功能单元既可以使用软件实现，也可以使用硬件实现，软件方式与硬件方式各有优缺点。控制系统中硬件和软件的合理组成，通常要根据经济性和可靠性的标准权衡决定。单元功能具体、稳定、无变化，采用硬件成本低，则优先采用硬件组成。否则，就采用软件实现。河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计第二节微机控制系统的设计思路了解被控对象的控制要求，构思微机控制系统整体方案。采用开环控制还是闭环控制？采用闭环控制时，采用何种检测传感元件？检测精度要求如何。1.确定系统整体控制方案其次考虑执行元件种类，电动、气动、液动？第三，是否有特殊控制要求，高可靠性、高精度和快速性的系统采取哪些措施？第四，微机在整个控制系统中的作用，设定计算？直接控制？还是数据处理？承担哪些任务？应具备哪些功能？需要哪些I/O通道？配备哪些外围设备？画出系统组成框图，作为下一步设计的基础和依据河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计第二节微机控制系统的设计思路对具体微机控制系统进行分析、综合或设计，首先应建立系统的数学模型，确定其控制算法。所选算法应该满足控制速度、控制精度和系统稳定性的要求。2．确定控制算法3．确定微机种类对于给定的任务，选择微机的方案不唯一，但微机应能满足具有较完善的中断系统、足够的存储容量、完善的I/O通道和实时时钟等要求。4．系统总体设计主要是对系统控制方案进行具体实施步骤的设计。5．软件设计河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计微机原理与接口技术、单片机等。第三节~第九节河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计对输入／输出硬件电路的要求是：①能够可靠地传递控制信息，并能够输入有关运动机构的状态信息；②能够进行相应的信息转换，以满足微机对输入／输出信息的转换要求，如D/A、A/D转换，并行数字量转换成串行电脉冲、电平的转换与匹配，电量与非电量之间的转换，弱电与强电的转换以及功率的匹配等；③应具有较强的阻断干扰信号进入微机控制系统的能力，以提高系统的可靠性。第十节微机应用系统的输入/输出控制的可靠性设计河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计第十节微机应用系统的输入/输出控制的可靠性设计一、光电隔离电路设计1.光电隔离电路为防止强电干扰以及其他干扰信号通过I/O控制电路进入计算机，通常的办法是首先采用滤波吸收，抑制干扰信号的产生，然后采用光电隔离的办法，使微机与强电部件不共地，阻断干扰信号的传导。河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计第十节微机应用系统的输入/输出控制的可靠性设计一、光电隔离电路设计1.光电隔离电路为防止强电干扰以及其他干扰信号通过I/O控制电路进入计算机，通常的办法是首先采用滤波吸收，抑制干扰信号的产生，然后采用光电隔离的办法，使微机与强电部件不共地，阻断干扰信号的传导。（1）输入与输出电路地线分开，各自供电，阻断干扰（2）可以进行电平转换（3）可以提高驱动能力河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计第十节微机应用系统的输入/输出控制的可靠性设计常用光电耦合器河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计第十节微机应用系统的输入/输出控制的可靠性设计一、光电隔离电路设计2.光电耦合隔离电路应用河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计第十节微机应用系统的输入/输出控制的可靠性设计二、信息转换电路设计1.弱电转强电电路河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计第十节微机应用系统的输入/输出控制的可靠性设计二、信息转换电路设计2.数字脉冲转换河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计第十节微机应用系统的输入/输出控制的可靠性设计二、信息转换电路设计4.电量转非电量河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系可编程序控制器PLC概述可编程序控制器的基本组成和工作原理西门子S7-200系列可编程序控制器及其指令系统常用基本环节编程可编程序控制器系统设计的内容和步骤第四章微机控制系统的选择及接口设计第十一节可编程逻辑控制器(PLC)的构成及应用举例河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计第十一节可编程逻辑控制器(PLC)的构成及应用举例一、可编程序控制器PLC概述1968年美国通用汽车对汽车流水线控制系统提出具体要求：(1)编程方便，可现场修改程序；(2)维修方便，采用插件式结构；(3)可靠性高于继电器控制装置；(4)体积小于继电器控制盘；(5)数据可直接送入管理计算机；(6)成本可与继电器控制盘竞争；(7)输入可以是AC115V(美国电压标准)；(8)输出AC115V，容量≥2A，可直接驱动接触器、电磁阀等；(9)扩展时原系统改变最小；(10)用户存储器至少能扩展到4KB。河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计第十一节可编程逻辑控制器(PLC)的构成及应用举例一、可编程序控制器PLC概述1969年美国数据设备公向(DEC)根据上述要求，研制开发出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。当时人们把它称为可编程序逻辑控制器：（ProgrammableLogicalController）简称PLC，它主要用来取代继电接触器逻辑控制。功能仅限于执行继电器逻辑、计时、计数等。随着大规模、超大规模集成电路、微处理器技术的发展成熟，PLC运行速度大大提高，增加了许多特殊功能：如高速运算、PID控制、运动控制、联网控制等。河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系可编程序控制器(PLC)手持式编程器河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计第十一节可编程逻辑控制器(PLC)的构成及应用举例一、可编程序控制器PLC概述PLC的作用与功能：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计第十一节可编程逻辑控制器(PLC)的构成及应用举例一、可编程序控制器PLC概述PLC的应用领域：开关量的逻辑控制模拟量控制运动控制过程控制数据处理通信及联网PLC的特点：可靠性高，抗干扰能力强配套齐全，功能完善，适用性强系统设计、维护、改造容易体积小，重量轻，能耗低易学易用河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计第十一节可编程逻辑控制器(PLC)的构成及应用举例一、可编程序控制器PLC概述PLC构成控制系统：河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系1.台式机、笔记本等运行编程软件；2.在编程软件中编制控制程序；3.对控制程序进行语法检验；4.将控制程序进行编译处理；5.将控制程序下载到PLC；6.PLC运行程序，实现控制过程。第四章微机控制系统的选择及接口设计第十一节可编程逻辑控制器(PLC)的构成及应用举例一、可编程序控制器PLC概述PLC控制程序的编制过程：PLC控制程序的修改方法：1.按照以上过程进行；2.手持式编程器直接修改；3.笔记本监控运行并修改；4.通过网络实现远程监控和修改。河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计第十一节可编程逻辑控制器(PLC)的构成及应用举例一、可编程序控制器PLC概述河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计第十一节可编程逻辑控制器(PLC)的构成及应用举例一、可编程序控制器PLC概述PLC控制系统的简单例子：河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系FU三相异步电动机正反转控制系统KM2SB1SB3FRQFRM3~SB2KM1KM1KM2KM1KM2KM1KM2河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系PLC控制电路X0Y0X1Y1X2COMCOM1SB1SB2SB3KM1KM2KM2KM1FR负载电源正转启动反转启动停止河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系PLC控制程序X0X2X1Y1Y0Y0X1X2X0Y0Y1Y1正转反转河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计第十一节可编程逻辑控制器(PLC)的构成及应用举例一、可编程序控制器PLC概述PLC与其他工业控制系统的比较：河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系集散控制系统（DistributionControlSystem）：由回路仪表控制系统发展起来的分布式控制系统，在模拟量处理、回路调节等方面有一定的优势。PLC：已具备集散控制系统的形态，性价比好，可靠性高；但PLC以循环扫描方式进行工作，扫描周期一般要限制在几十毫秒范围内，不适于单独构成需要进行较大数据量处理的集散控制系统。第四章微机控制系统的选择及接口设计第十一节可编程逻辑控制器(PLC)的构成及应用举例一、可编程序控制器PLC概述PLC与其他工业控制系统的比较：河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计第十一节可编程逻辑控制器(PLC)的构成及应用举例二、PLC的基本组成及工作原理PLC的基本组成：河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系CPURAM程序存储器EPROM输出模块I/O接口通信接口输入模块外围设备计算机或其他PLCPLC的基本组成结构BUSABDBCB用户输入设备用户输出设备河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系第四章微机控制系统的选择及接口设计第十一节可编程逻辑控制器(PLC)的构成及应用举例二、PLC的基本组成及工作原理PLC的外部连线原理：河南理工大学机械与动力工程学院机电工程系三菱FX系列PLC的一个开关量输入点：X001SX00