機電控制技術(shù)第一章-上海交通大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院

1、主講人：劉利,上海交通大學(xué)機電控制研究所lili630@sjtu.edu.cn021-34206294,2008.1.7,交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)控制課程系列,考試課、專業(yè)基礎(chǔ)課、必修課,一、教學(xué)要求的基本層次,教學(xué)要求分為三個層次，即：掌握、理解和了解。1.掌握 本課程的重點內(nèi)容要求達到全面、深入地掌握程度。并能夠舉一反三，熟練解決相關(guān)問題，這是學(xué)位考的重點考核內(nèi)容。2.理解 本課程的一般內(nèi)容要求能夠理解，并能夠進行分析和判斷

2、。3.了解 本課程的一些基本概念要求能夠了解。同時一些涉及數(shù)學(xué)、電子的內(nèi)容不要求進一步深入和擴展的要求。,二、考題類型,一、選擇題（包括單、多選擇）二、簡答題三、程序分析題（包括PLC、單片機）四、控制系統(tǒng)設(shè)計（包括低壓電器、PLC、單片機的硬、軟件）五、分析、判斷題 注：取消填空題！,三、復(fù)習(xí)范圍和具體要求,第一章 概述復(fù)習(xí)內(nèi)容：第三節(jié)：機電控制系統(tǒng)的基本要素和功能第四節(jié)：控制系統(tǒng)的基本概

3、念具體要求：1、機電一體化系統(tǒng)的五大構(gòu)成要素、五大功能及它們的對應(yīng)關(guān)系。2、控制系統(tǒng)基本類型3、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成。4、控制系統(tǒng)的基本要求。以上內(nèi)容需要掌握。,重要內(nèi)容的回顧 （教材P3 ～12）1.機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成,機電一體化的形人結(jié)構(gòu),機電一體化系統(tǒng)的各部分的作用,1、機械本體（結(jié)構(gòu)功能） 由機械零件組成，能夠傳遞運動并完成某些有效工作的裝置。2、能源（運轉(zhuǎn)功能）:提供能量，轉(zhuǎn)換成需要的形式，實現(xiàn)動力功能

4、。3、檢測傳感裝置:檢測產(chǎn)品內(nèi)部狀態(tài)和外部環(huán)境，實現(xiàn)計測功能4、電子控制單元:處理、運算、決策，實現(xiàn)控制功能.5、執(zhí)行機構(gòu):包括機械傳動與操作機構(gòu)，接收控制信息，完成要求的動作，實現(xiàn)驅(qū)動功能和能量轉(zhuǎn)換功能。 。,2、控制系統(tǒng)的基本類型,按輸入量的特征分類,恒值控制系統(tǒng)：系統(tǒng)輸入量為恒定值?？刂迫蝿?wù)是保證在任何擾動作用下系統(tǒng)的輸出量為恒值。如：恒溫箱控制、電網(wǎng)電壓、頻率控制等。隨動系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）：輸入量的變化規(guī)律不能預(yù)先確知

5、，其控制要求是輸出量迅速、平穩(wěn)地跟隨輸入量的變化，并能排除各種干擾因素的影響，準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入信號的變化規(guī)律。如：仿形加工系統(tǒng)、火炮自動瞄準(zhǔn)系統(tǒng)等程序控制系統(tǒng)：輸入量的變化規(guī)律預(yù)先確知，控制器按照預(yù)先確定的順序，或按照一定邏輯順序逐次對各個階段進行控制，使被控對象按照要求而運動。程序控制主要包括如下三種形式：,,,,按系統(tǒng)中傳遞信號的性質(zhì)分類,連續(xù)控制系統(tǒng)： 系統(tǒng)中各部分傳遞的信號為隨時間連續(xù)變化的信號。連續(xù)控制系統(tǒng)通常采用

6、微分方程描述。離散（數(shù)字）控制系統(tǒng)： 系統(tǒng)中某一處或多處的信號為脈沖序列或數(shù)字量傳遞的系統(tǒng)。離散控制系統(tǒng)通常采用差分方程描述。,方程系數(shù)與時間的關(guān)系->定常、時變*,,按系統(tǒng)元件特性分類,線性控制系統(tǒng)：由線性元件組成，輸入輸出問具有疊加性和均勻性性質(zhì)。以線性微分方程來表述。,非線性控制系統(tǒng)：系統(tǒng)中有非線性元件，輸入輸出間不具有疊加性和均勻性性質(zhì)。用非線性微分方程來表述。,開環(huán)控制與閉環(huán)控制,控制系統(tǒng)根據(jù)有無反

7、饋作用可分為三類：,開環(huán)控制,控制器與被控對象間只有順序作用而無反向聯(lián)系且控制單方向進行。,數(shù)控機床的開環(huán)控制系統(tǒng)方塊圖,優(yōu)點：簡單、穩(wěn)定、可靠。若組成系統(tǒng)的元件特性和參數(shù)值比較穩(wěn)定，且外界干擾較小，開環(huán)控制能夠保持一定的精度。,缺點：精度通常較低、無自動糾偏能力。,閉環(huán)控制,閉環(huán)控制系統(tǒng)特點：輸出端和輸入端之間存在反饋回路，輸出量對控制過程有直接影響。閉環(huán)的作用：應(yīng)用反饋，減少偏差。,優(yōu)點：精度較高，對外部擾動和系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感,缺

8、點：存在穩(wěn)定、振蕩、超調(diào)等問題，系統(tǒng)性能分析 和設(shè)計麻煩。,半閉環(huán)控制,特點：反饋信號通過系統(tǒng)內(nèi)部的中間信號獲得。,3、閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成,6校正元件：用以改善系統(tǒng)控制質(zhì)量的裝置。校正元件分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種?？刂葡到y(tǒng)中比較元件、放大元件、執(zhí)行元件和反饋元件等共同起控制作用，統(tǒng)稱為控制器。實際的控制系統(tǒng)中，擾動總是不可避免的，擾動分為內(nèi)部擾動和外部擾動。但在控制系統(tǒng)中，擾動集中表現(xiàn)在控制量與被控量的偏差上，因此

9、，可以將控制系統(tǒng)的擾動等效為對控制對象的干擾。,4、自動控制系統(tǒng)的基本要求,穩(wěn)定性：系統(tǒng)動態(tài)過程的振蕩傾向及其恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。,穩(wěn)定的擺,不穩(wěn)定的擺,(b)穩(wěn)定,(c)不穩(wěn)定,注意：控制系統(tǒng)穩(wěn)定性由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所決定，與外界因素?zé)o關(guān),準(zhǔn)確性：控制精度，以系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差來衡量。穩(wěn)態(tài)誤差是指輸入量作用系統(tǒng)后，系統(tǒng)的調(diào)整（過渡）過程結(jié)束而趨于穩(wěn)定狀態(tài)時，系統(tǒng)輸出量的實際值與給定量之間的差值。,快速性：系

10、統(tǒng)輸出量和輸入量產(chǎn)生偏差時，系統(tǒng)消除這種偏差的快慢程度?？焖傩员碚飨到y(tǒng)的動態(tài)性能。,注意：不同性質(zhì)的控制系統(tǒng)，對穩(wěn)定性、精確性和快速性要求各有側(cè)重。系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精確性、快速性相互制約。如提高系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，可能會引起振蕩，穩(wěn)定性變差；改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，控制過程可能過于遲緩，甚至控制精度降低。因此，應(yīng)根據(jù)實際需求合理選擇。,第二章 機電控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型此部分內(nèi)容只需一般了解第三章傳感器技術(shù) 此章內(nèi)容省略,第四章繼電接觸控制系

11、統(tǒng)設(shè)計,復(fù)習(xí)內(nèi)容4.1 常用低壓電器4.2 電氣原理圖的畫法規(guī)則4.3 基本控制電路4.4 三相異步電機控制系統(tǒng)設(shè)計具體要求：1、掌握各種常用低壓電器（空氣開關(guān)、中間繼電器、空氣開關(guān)熔斷器、接觸器、熱繼電器）的功能及應(yīng)用場合；2、了解常用低壓電器文字與圖形符號；3、掌握基本控制電路（包括三相異步電機啟動、停止控制系統(tǒng)）4、能夠根據(jù)工藝要求，設(shè)計相應(yīng)的低壓電器控制系統(tǒng)。,重要內(nèi)容回顧1、常用低壓電器 （見教材P75~

12、80),斷路器(又稱空氣開關(guān)）作用：  不頻繁地接通或斷開負載電路       具有過載、短路、失壓保護功能結(jié)構(gòu)：自動開關(guān)從結(jié)構(gòu)由三部分組成：主觸點及滅弧系統(tǒng)（執(zhí)行部分）——接通/分斷主電路；各種脫扣器（感測元件）——接收電路的故障信號；操作機構(gòu)（機械傳遞部件）——由脫扣器接收信號后由它實現(xiàn)自動/手動跳閘的任務(wù)。,工作原理： （過電流脫扣器的自

13、動開關(guān)原理結(jié)構(gòu)圖）,斷路器文字與圖形符號,繼電器,作用：根據(jù)某種輸入信號的變化，接通/斷開控制電路，實現(xiàn)控制目的。種類： 電壓繼電器、電流繼電器、時間繼電器、溫度繼電器、速度繼電器及壓力繼電器等；中間繼電器特點：中間繼電器（KA）實質(zhì)上是電壓繼電器的一種，但它的觸點數(shù)多，觸點的容量大（額定電流5—10A）。作用：信號傳遞、放大、分路、反相。圖形、文字符號：,時間繼電器,定義：線圈通電或斷電后其觸點經(jīng)過一定延時再動作的

14、繼電器 種類：斷電延時時間繼電器、通電延時時間繼電器。,圖形、文字符號,觸點表示含義具體見教材P103,熱繼電器,作用：利用熱效應(yīng)原理，對電機或電氣設(shè)備過載起保護作用。,長期過載、頻繁啟動、欠電壓、斷相運行均會引起過電流。,接觸器,作用：接觸器是一種用來頻繁地接通或斷開有負載的主電路的自動控制器。與繼電器的區(qū)別： 主、輔觸點之分 按主觸點通過的電流是直流還是交流，接觸器分為直流/交流接觸器。主觸點容量大。圖形

15、及文字符號：,2、基本控制電路（見教材P105~116),（1）啟動、自鎖與停止控制電路生產(chǎn)設(shè)備在使用時，一般都必須有啟動與停止按鈕，用于控制設(shè)備的啟動與停止。（2）長動與點動控制生產(chǎn)設(shè)備在正常情況下是連續(xù)工作，即所謂長動；而點動是指按下按鈕時，設(shè)備工作，手松開按鈕時，設(shè)備立即停止工作。（3）互鎖控制 是指多組控制電路相互禁止，即一個動作禁止其他動作。（4）多點控制多點控制電路設(shè)置多套起、停按鈕，分別安裝在設(shè)備的多個操作位

16、置。（5）順序控制 用于實現(xiàn)機械設(shè)備依次動作的控制要求。,Part1 自動啟/?？刂?依靠接觸器自身輔助觸點而使其線圈保持通電的現(xiàn)象 ----自鎖為什么加自鎖？為什么用點動開關(guān)？啟動、停止優(yōu)先級？,起停控制電路的保護分析,過載保護： 熱繼電器FR用于電動機過載時，其在控制電路的常閉觸點打開，接觸器KM線圈斷電，使電動機M停止工作。排除過載故障后，手動使其復(fù)位，控制電路可以重新工作。短路保護：

17、 熔斷器組FU1用于主電路的短路保護，F(xiàn)U2用于控制電路的短路保護。欠壓、零壓保護： 當(dāng)電源電壓嚴重下降或電路失電，接觸器各觸點復(fù)位斷開電動機的電源，一旦電源恢復(fù)，不操作起動按鈕，KM線圈不會再次自行通電，電動機不會自行起動，從而避免事故發(fā)生。即自鎖電路具有欠壓和失壓保護。,a) 按鈕操作：SB3常閉觸點用來切段自鎖電路實現(xiàn)點動。b) 轉(zhuǎn)換開關(guān)控制：SA合上，有自鎖電路，SB2為長動操作按鈕；SA斷開，無自鎖電路，

18、SB2為點動操作按鈕。c) 中間繼電器KA控制：按動SB2、KA通電自鎖，KM線圈通電，此狀態(tài)為長動；按動SB3、KM線圈通電，但無自鎖電路，為點動操作。,Part2 長動與點動控制,KM,KM,,結(jié)論:由N個電器都能控制甲接觸器通電,則N個電器的常開觸點應(yīng)并聯(lián)接到甲接觸器的線圈電路上;由N個電器都能控制甲接觸器斷電,則N個電器的常閉觸點應(yīng)串聯(lián)接到甲接觸器的線圈電路上;,Part3 多點控制,Part4 互鎖－正反轉(zhuǎn)控制電路,控

19、制要求： 正、反轉(zhuǎn)；如何實現(xiàn)？缺點?,,,,,,,Part4 互鎖－正反轉(zhuǎn)控制電路之一,主電路：KM1主觸點接通正相序電源—M正轉(zhuǎn)。KM2主觸點接通反相序電源—M反轉(zhuǎn)?？刂齐娐罚篠B1控制正轉(zhuǎn)，SB2控制反轉(zhuǎn)，SB3用于停止控制。KM的常閉觸點用于互鎖控制，即使在接觸器故障情況下，也可以保證不發(fā)生主電路短路現(xiàn)象。,,正－停－反,,,,Part4 互鎖－正反轉(zhuǎn)控制電路之二按鈕聯(lián)鎖功能,使用和常開觸點聯(lián)動的常閉觸

20、點的斷開對方支路線圈電流，再利用常開觸點的閉合接通通電線圈電流。,正－反－停,a）KM1的輔助常開觸點起自鎖和順控的雙重作用。b）單獨用一個KM1的輔助常開觸點作順序控制觸點。c）M1—>M2的順序起動、M2－>M1的順序停止控制。,Part5 順序控制,結(jié)論,基本電路的結(jié)構(gòu)特點：1.自鎖： 接觸器常開觸點與啟動按鈕常開觸點相并聯(lián)。2.互鎖： 兩個接觸器的常閉觸點串聯(lián)在對方線圈的電路中。3.點動： 無自

21、鎖環(huán)節(jié)。4.多地： 啟動按鈕的常開觸點并聯(lián)、停止常閉觸點串聯(lián)。5.順序： 若啟動順序為:先甲后乙,則在乙線圈電路中串聯(lián)甲的常開觸點;若停止順序為:先乙后甲,則在甲停止按鈕并聯(lián)乙的常開觸點;,（6）三相異步電機控制電路,降壓啟動控制電路星形－三角形制動控制電路電磁機械制動,異步電機星-三角形啟動,Y接法,三角形接法,為什么采用時間繼電器？,,,,KM2,異步電機制動控制之一電磁機械制動,1、電磁機械制動原理： 抱

22、閘的電磁線圈YB通電時，電磁力克服彈簧的作用，閘瓦松開，電動機可以運轉(zhuǎn)。,3、低壓電器控制系統(tǒng)設(shè)計（1）皮帶運輸機的電氣控制線路設(shè)計,,KT4停止,工藝要求,停止時順序為：1#--2#--3#，并具有一定時間間隔，以保證停機后不殘余貨物；不論2#或3#機出現(xiàn)故障，1#機必須停機，以免繼續(xù)進料，造成貨物堆積；啟動時順序為：3#--2#--1#，并具有一定時間間隔，以免貨物在皮帶上堆積，造成后面皮帶重載啟動必要的常規(guī)保護（如失壓、過

23、載、短路等）,主電路設(shè)計,電機：三相交流異步電機，因為皮帶傳輸機屬于長期工作，不需要調(diào)速、也不需要正/反轉(zhuǎn)；啟動方式：直接啟動。由于電網(wǎng)相對電機容量足夠大，且三臺電機又不同時啟動，故不會對電網(wǎng)產(chǎn)生較大沖擊；停止方式：自由停機。皮帶運輸機不經(jīng)常停機，且對停機時間、準(zhǔn)確度無特殊要求；常規(guī)保護；熔斷器（短路）熱繼電器（過載）中間繼電器（失壓）；,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

24、,,,,,FU,FU,QS,KM,FR1,PE,M,SB1,KA,（2）送料小車控制系統(tǒng)設(shè)計,工藝過程：在限位開關(guān)SQ4處裝料，裝料時間為10秒；在限位開關(guān)SQ3處卸料，卸料時間為15秒；,卸料口,根據(jù)工藝確定控制系統(tǒng)工作過程,裝料條件：啟動信號及左到位信號動作：啟動時間繼電器KT1右行條件：KT1＝10秒動作：電機正轉(zhuǎn)卸料條件：右到位信號動作：啟動時間繼電器KT2左行條件：KT2＝15秒動作：電機反轉(zhuǎn),根據(jù)控

25、制系統(tǒng)工作過程選擇器件,輸入器件按鈕：SB0啟動、SB2停止執(zhí)行器件接觸器：KM1/KM2(電機的正、反轉(zhuǎn)）檢測器件限位開關(guān)SQ3/SQ4、通電延時時間繼電器KT1/KT2、中間繼電器KA,SB2,SB0,卸料,模擬試題一、簡答題,1． 中間繼電器和接觸器有何異同？在什么條件下可以用繼電器來代替接觸器起動電動機?2． 電動機的起動電流很大，當(dāng)電動機起動時，熱繼電器會不會動作？為什么？3． 既然在電動機的主電路中裝有熔斷器

26、，為什么還要裝熱繼電器？裝有熱繼電器是否可以不裝熔斷器？為什么？4． 繼電器接觸器控制線路中一般應(yīng)設(shè)哪些保護？各有什么作用？短路保護和過載保護有什么區(qū)別？零電壓保護的目的是什么？,二、設(shè)計題,1、設(shè)計一個控制線路，要求第一臺電動機起動10S后，第二臺電動機自行起動，運行5S后，第一臺電動機停止并同時使第三臺電動機自行起動，再運行15S后，電動機全部停止。 2、某機床主軸和潤滑油泵各由一臺電動機帶動，要求主軸必須在油泵開動后才能起動。

27、主軸能正反轉(zhuǎn)并能單獨停車，有短路、零壓及過載保護等。試繪出電氣控制原理圖。,3、自動定時攪拌機如下圖所示。按下啟動按鈕時，控制出料閥門A關(guān)閉，進料閥門B打開，開始進料。當(dāng)罐內(nèi)的液面上升到一定的高度時，液面?zhèn)鞲衅鞯腟L1的常開觸點接通，關(guān)閉進料閥門B，同時啟動攪拌電機M，開始攪拌。在攪拌3分鐘后，停止攪拌，打開出料閥門A。當(dāng)罐內(nèi)液面下降到一定位置，液面?zhèn)鞲衅鱏L2常開觸點斷開，關(guān)閉出料閥門B，又重新打開進料閥門A，又一次進料，重復(fù)上述過程

28、，完成自動定時攪拌。請用低壓電器構(gòu)成此控制系統(tǒng)。,,第六章 可編程序控制器,復(fù)習(xí)內(nèi)容1 可編程控制器PLC概述2 PLC的組成3 基本工作原理4 編程語言及程序編程設(shè)計5 順序步進指令及編程具體要求1、掌握PLC的構(gòu)成以及各部分的作用；2、掌握PLC循環(huán)掃描三個階段完成什么任務(wù)；3、掌握PLC各基本邏輯指令的功能和梯形圖編程規(guī)則，并能將梯形圖、語句表、波形之間的相互關(guān)系及轉(zhuǎn)換4、能根據(jù)工藝要求，編寫相應(yīng)的用

29、戶程序。,重要內(nèi)容回顧,1、PLC的基本組成(見教材P169~173) 主要由中央處理單元、輸入模塊、輸出模塊、通信接口、電源、功能模塊等部分組成.,（1）中央處理單元CPU,CPU是PLC系統(tǒng)的核心．它通過輸入裝置讀入外設(shè)的狀態(tài)，由用戶程序處理，并根據(jù)處理結(jié)果通過輸出裝置去控制外設(shè).（2）存儲器存儲器主要存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)．（3）輸入／輸出部件 通過I／O接口可以檢測被控對象或被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，以

30、這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為PLC對被控對象進行控制的依據(jù)．同時PLC又通過I／O接口將處理結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，以實現(xiàn)控制．（4）電源部件 供內(nèi)部電路使用,或有些機型還向外提供24VDC的穩(wěn)壓電源，用于對外部傳感器供電,（5）功能模塊,功能接口模塊是一個獨立的計算機系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲器，以及外界過程與控制器系統(tǒng)總線相連的接口．它和控制器的CPU模塊通過系統(tǒng)總線相連接，進行數(shù)據(jù)交換，并在CPU模塊的協(xié)調(diào)管理

31、下獨立地進行工作．,2、PLC掃描工作方式,,,（1）輸入采樣階段,調(diào)理電路：它包括電平轉(zhuǎn)換、光電隔離、濾波電路；輸入映像區(qū)：在PLC的存儲器中專門存放輸入數(shù)據(jù)的區(qū)域；輸入刷新：當(dāng)CPU采樣時，輸入信號由緩沖區(qū)進入輸入映像區(qū)；注：只有在采樣時，輸入映像區(qū)的數(shù)據(jù)才與輸入信號一致，其他時間范圍內(nèi)輸入信號變化是不會影響輸入映像區(qū)的數(shù)據(jù)的！,(2) 執(zhí)行用戶程序操作,（3）輸出刷新階段,輸出狀態(tài)刷新： CPU不能直接驅(qū)動負載，當(dāng)前處

32、理的結(jié)果放在輸出映像區(qū)內(nèi)，在程序執(zhí)行結(jié)束后（或下次掃描用戶程序之前），才將輸出映像區(qū)的數(shù)據(jù)通過鎖存器輸出到輸出端子上,順序執(zhí)行程序中的各條指令，根據(jù)輸入狀態(tài)和指令內(nèi)容進行數(shù)據(jù)處理,3、基本邏輯指令（見教材P180~191)輸入繼電器(X),每一個輸入電路單元相當(dāng)于一個輸入繼電器。輸入電路D1、T1導(dǎo)通相當(dāng)于繼電器線圈接通。內(nèi)部電路通斷相當(dāng)于繼電器常開、常閉觸點的通斷。輸入繼電器作用：接收來自外部的開關(guān)信號。輸入繼電器由外部信號來

33、驅(qū)動，而不能由程序的指令來驅(qū)動。輸入繼電器采用八進制編號。,,輸出繼電器(Y),輸出繼電器作用：將PLC的信號傳送到外部負載的器件。輸出繼電器按程序執(zhí)行結(jié)果而被驅(qū)動，它有一個外部輸出的常開觸點，有許多常開、常閉觸點可以在編程中運用。輸出繼電器也采用八進制編號。,,輔助繼電器(M),輔助繼電器作用：同繼電器控制系統(tǒng)的中間繼電器類似。輔助繼電器帶有若干常開觸點和常閉觸點，供編程使用，輔助繼電器的觸點不可直接驅(qū)動外部負載，要通過輸出繼電

34、器才能驅(qū)動外部負載。輔助繼電器分為:通用輔助繼電器和保持輔助繼電器,,移位寄存器,移位寄存器由輔助繼電器組成，8個或16個組成一組。當(dāng)輔助繼電器已用作移位寄存器時，這一輔助繼電器不可另作它用。移位寄存器的每一位都可帶有相應(yīng)的接點去控制其他邏輯行；OUT決定移位寄存器首位的狀態(tài)，SFT為1，右移1位，RST為1移位寄存器各位均清零。,定時器T,在PLC內(nèi)定時器是根據(jù)時鐘脈沖累積計時的，時鐘脈沖分為1ms、10ms、100ms，定時器

35、一旦接通，即開始作加法運算，當(dāng)?shù)扔谠O(shè)定值，定時器才有輸出;定時器分為普通定時器、累積型定時器當(dāng)定時器輸入斷開，定時器復(fù)位（普通定時器）；定時器是通電延時型定時器.,,,T450,,K200,計數(shù)器,計數(shù)器分為16位加計數(shù)器、32位雙向計數(shù)器、高速計數(shù)器計數(shù)輸入從斷到通，計數(shù)值加1；當(dāng)設(shè)定值＝K，輸出觸點動作 ； 每個計數(shù)器都具有掉電保護； 當(dāng)計數(shù)器的復(fù)位端接通時，計數(shù)器將終止計數(shù)，設(shè)定值并立即返回初始值。,K,語句

36、表－－基本邏輯指令,FX系列PLC共有27條基本邏輯指令。1、LD(常開觸點）LDI (常閉觸點）、Y、M、T、C邏輯開始：在梯形圖中表示一個邏輯行的開始；2、OUT Y、M、T、C 線圈驅(qū)動指令：不能驅(qū)動X，OUT用于T、C時必須緊跟K；,3、AND ANI串聯(lián)連接指令：4、OR ORI 并聯(lián)連接指令,5、ORB 串聯(lián)電路塊并聯(lián)連接指令：,LD X400AND X401AND X402LD X403AND X40

37、4ORB,6、ANB并聯(lián)電路塊串聯(lián)連接指令,LD X400OR X402LDX401OR X403OR X404ANB,7、PLS、 PLF ：上升沿、下降沿微分輸出指令下降沿微分輸出指令：其作用是將較寬的脈沖輸入信號變成脈寬為一個掃描周期的脈沖信號 。指令可以用于Y、M。,,,,8、 檢測上升沿和下降沿的觸點指令LDP、ANDP(與）和ORP（或）：檢測上升沿的觸點指令，觸點的中間有一個向上的箭頭，對應(yīng)的觸點僅在指定元

38、件波形的上升沿（OFF變?yōu)镺N）時接通一個掃描周期。LDF、ANDF (與）和ORF （或）：檢測下降沿的觸點指令，觸點的中間有一個向下的箭頭，對應(yīng)的觸點僅在指定元件波形的下降沿（ON變?yōu)镺FF）時接通一個掃描周期。上升沿指令和下降沿指令可以用于X、Y、M、T、C和S。,9、SET：置位指令，使操作保持ON的指令。 SET指令用于Y、M、和S； RST：復(fù)位指令，使操作保持OFF的指令。，RST指令的可以用于復(fù)位Y、M、S、T

39、、C，將對定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器、變址寄存器的內(nèi)容清零。 這兩條指令具有記憶功能；,,10、MC、 MCRM主控指令、主控復(fù)位指令：兩條指令必須同時使用，MC用于分支處，形成新母線；分支電路執(zhí)行結(jié)束后，用MCR指令返回原母線。MC和MCR指令中包含嵌套的層數(shù)N0 ~ N7 ，N0為最高層，最低層為 N7,LD X002MC N0 M100LD X000OUT Y001LD X003OUT

40、 Y000MCR N0LD X001OUT Y002,11、棧存儲器與多重輸出指令,在PLC中有11個存儲器，它們用于存儲運算的中間結(jié)果，稱為棧寄存器。MPS（Push）、MRD（Read）和MPP（Pop）指令分別是進棧、讀棧和出棧指令，它們用于多重輸出電路。堆棧采用“先進后出”的數(shù)據(jù)存取方式。MPS指令用于存儲電路中有分支處的邏輯運算結(jié)果，以便以后處理有線圈的支路時可以調(diào)用該運算結(jié)果。使用一次MPS指令，

41、邏輯運算結(jié)果壓入堆棧的第一層，堆棧中原來的數(shù)據(jù)依次向下一層推移。MRD指令讀取存儲在堆棧最上層的電路分支點處的運算結(jié)果，讀數(shù)后堆棧內(nèi)的數(shù)據(jù)不會上下移動。MPP指令時，堆棧中各層的數(shù)據(jù)向上移動一層，最上層的數(shù)據(jù)在讀出后從棧內(nèi)消失。,4、編程規(guī)則,梯形圖中的繼電器觸點可在編制用戶程序時多次引用，既可常開又可常閉．梯形圖中輸入觸點和輸出線圈不是物理觸點和線圈， 輸出線圈中對應(yīng)輸出映像區(qū)的相應(yīng)位，不能用該編程元素直接驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)．梯

42、形圖每一行都是從左母線開始，線圈接在右母線，所有的觸點不能放在線圈的右邊；,輸出線圈不能直接與左母線相連，如需要，可以通過一個沒有使用元件的常閉（動斷）接點或者用特殊輔助繼電器來連接。在每一邏輯行上串聯(lián)觸點多的電路應(yīng)放在上方,在每一邏輯行上并聯(lián)觸點多的電路應(yīng)放在左邊,如果在同一程序中，同一輸出元件的線圈使用二次或二次以上，稱為雙線圈輸出。雙線圈輸出容易引起誤操作，應(yīng)該盡量避免。但不同編號的輸出元件可以并行輸出。,5、基本指令的應(yīng)

43、用,優(yōu)先電路： 有二個輸入按鈕來控制二路輸出。先按鈕者有優(yōu)先權(quán)，后者無效。當(dāng)X001先接通，M100（自鎖）使Y001有輸出，同時M100的常閉觸點斷開，即使X002接通，Y002沒有輸出。同樣，X002先接通，M101動作，Y002有輸出。M101的常閉觸點斷開，Y001沒有輸出。 優(yōu)先電路可用在電機正反轉(zhuǎn)控制。,延時電路,振蕩電路,2分頻電路,6、FX系列PLC 的順序步進指令,1、狀態(tài)器S0~S499（見教材表6－

44、4）；2、步進指令STL,狀態(tài)器S,狀態(tài)器用于順序控制類型的控制程序中的編程器件其在梯形圖中的表示符為：狀態(tài)器的特點：STL接點應(yīng)與左母線相連，STL接點接通后，其后電路塊才接通，而STL接點斷開，其后電路塊不再被執(zhí)行；與STL接點相連的起始觸點用LD/LDI指令開頭；,,,,,,,,,,,,,,,,STL,如通過Sa的STL接點將狀態(tài)器Sb置位，則狀態(tài)器Sa立即自動復(fù)位，即在STL指令中S狀態(tài)轉(zhuǎn)移后，上一狀態(tài)具有自動復(fù)位功

45、能；只有用S/R指令，才能對STL接點后的狀態(tài)器置位或復(fù)位；使用STL指令時允許雙線圈輸出；同一狀態(tài)器的STL接點只能使用一次；STL狀態(tài)器可作為一般輔助繼電器使用，此時STL不能使用；STL接點后不能用MC/MCR指令，但可用CJP/EJP指令；在一系列的STL指令的最后，必須用RET指令返回。,編程方式-狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖(順序功能圖）,狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖：狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖是用狀態(tài)來描述工藝流程的圖。通常，將一個動作要求作為一個狀態(tài)，用一個

46、相應(yīng)的狀態(tài)器來表示。一個完整的狀態(tài)有三大要素組成。（驅(qū)動處理、轉(zhuǎn)移條件、轉(zhuǎn)移目標(biāo)）,X002,編程舉例－旋轉(zhuǎn)工作臺（見教材P216）,凸輪,,,,,,,電機,,,X003,X004,啟動,7、系統(tǒng)設(shè)計,設(shè)計一個異步電機降壓啟動控制系統(tǒng),啟動,停止,過載,物料自動混合控制,按下啟動按鈕SB1，開始下列操作。（1） 電磁閥F1打開，注入物料A；（2）高度到達L2，（此時L2、L3均為ON）時，關(guān)閉閥F1，同時開啟電磁閥F2，注入物料

47、B；（3）當(dāng)液體上升到L1時，關(guān)閉閥F2。停止物料B注入后，啟動攪拌電動機M，使A、B兩種物料混合15s。 （4）15s后停止攪拌，開啟電磁閥F4，放出混合物料， （5）當(dāng)液面高度降到L3后，再經(jīng)10s關(guān)閉電磁閥F4。,物料自動混合 PLC I/O配置及接線圖,物料自動混合控制的梯形圖,出料閥,物料自動混合控制的梯形圖(續(xù)）,注：停止操作： 按下停止按鈕SB2，在當(dāng)前過程完成以后，才停止操作，回到初始狀態(tài)。,液位下

48、限,進料閥1、2以及電機與出料閥互鎖,模擬試題,一、簡答題,構(gòu)成PLC的主要部件有哪幾個？各部分主要作用是什么？描述PLC的工作方式。輸入映像寄存器、輸出映像寄存器、輸出寄存器在PLC中各起什么作用？二、指令編程見教材P221習(xí)題6－6,三、設(shè)計題,1、用兩個計數(shù)器設(shè)計一個定時電路。在X402接通81000S后，將Y436接通。畫出梯形圖。2、試用PLC按行程原則實現(xiàn)對機械手的夾緊――正轉(zhuǎn)――放松――反轉(zhuǎn)控制。畫出梯形圖。

49、3、電動葫蘆起升機構(gòu)的動負荷試驗，控制要求如下 （1）可手動上升、下降。 （2）自動運行時，上升6S――停9S――下降6S――停9S，反復(fù)運行1h，然后發(fā)出聲光信號，并停止運行。 試用PLC實現(xiàn)控制要求，并編出梯形圖程序。,第七章單片微型計算機原理,復(fù)習(xí)內(nèi)容5.1 MCS-51單片機的存儲器5.2 單片機指令系統(tǒng)5.3 定時/計數(shù)器5.4 中斷系統(tǒng)5.5 存儲器擴展具體要求1、掌握MCS-51

50、單片機的存儲器結(jié)構(gòu)2、掌握MCS-51單片機的指令分類、尋址方式（相應(yīng)尋址空間）、傳輸數(shù)據(jù)指令（MOV MOVX MOVC),并能進行程序分析。3、掌握MCS-51單片機的定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)的工作原理與控制字4、掌握存儲器擴展方法。,重要內(nèi)容的回顧1、存儲器結(jié)構(gòu)(見教材P229～232）微處理器、存儲器加上I/O接口電路組成微型計算機。各部分通過地址總線（AB）、數(shù)據(jù)總線（DB）和控制總線（CB）相連。,存儲器在結(jié)構(gòu)上分為

51、兩種：哈佛結(jié)構(gòu)、普林斯頓結(jié)構(gòu)MCS－51單片機采用哈佛結(jié)構(gòu)。在物理結(jié)構(gòu)上有4個存儲空間： 片內(nèi)程序存儲器、片外程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、片外數(shù)據(jù)存儲器。在邏輯結(jié)構(gòu)上有3個存儲空間： 片內(nèi)片外統(tǒng)一編址64K的程序存儲器、256字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、64K片外數(shù)據(jù)存儲器。在訪問三個不同的邏輯存儲空間時，采用不同指令和控制信號。,程序存儲器,作用：用于存放程序和常數(shù)表格一般采用只讀式存儲器ROM、EPROM、EEPRO

52、M；特點:尋址范圍64K，與之對應(yīng)的編址為0000H~FFFFH；片內(nèi)片外統(tǒng)一編址，先片內(nèi)再片外，片內(nèi)片外連續(xù)二者不重合；有6個特殊單元：(*見教材P230表7－3）0000H： 程序入口地址0003H： 外部中斷INT0入口地址000BH： 定時器T0/C0溢出中斷入口地址0013H： 外部中斷INT1入口地址： 001BH： 定時器T1/C1溢出中斷入口地址： 0023H： 串行口中斷入口地址；,

53、注意事項,系統(tǒng)若擴展片外存儲器時，P0、P2口與16位地址線連接；對于片內(nèi)有存儲器的單片機，EA＝1；外部程序存儲器讀選通信號PSEN只用于外部ROM取指，對片內(nèi)程序存儲器無效；6個特殊單元一般存放一條無條件跳轉(zhuǎn)語句；訪問外部ROM時，用MOVC指令。,數(shù)據(jù)存儲器,作用：用于存放運算中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩存、標(biāo)志位等。 一般采用讀寫存儲器:靜態(tài)和動態(tài)RAM；特點：片內(nèi)、片外分別編址，片內(nèi)RAM的地址00和～FFH,

54、片外RAM的地址為：0000H~FFFFH;外部RAM用數(shù)據(jù)指針DPTR尋址，由管腳RD/WR控制RAM的讀出/寫入。內(nèi)RAM00H～7FH的低128字節(jié)空間又可分成三個物理空間：工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。,2、 MCS-51單片機指令系統(tǒng),（1）基本特點：MCS－51的基本指令共有111條.按功能分：數(shù)據(jù)傳送類（29條）算術(shù)運算類（24條）邏輯運算及移位類（24）控制轉(zhuǎn)移類（17條）位操作類（17條）,所謂

55、尋址方式是指指令代碼中操作數(shù)地址的各種規(guī)定。MCS－51單片機共有5種尋址方式： 立即尋址、直接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、變址尋址。立即尋址：指令中給出操作數(shù)如： MOVA，#30H MOVDPTR，#3000H直接尋址：指令中給出操作數(shù)的地址如： MOVA，30H MOVA，P1,（2）尋址方式,寄存器尋址：對寄存器中的數(shù)據(jù)進行操作如：

56、MOVA，R1寄存器間接尋址：寄存器中給出操作數(shù)的地址如：MOVA，@R1MOVXA，@R1變址尋址（基址寄存器+變址寄存器間接尋址）： 以DPTR或PC為基址寄存器，A為變址寄存器，兩者內(nèi)容相加形成16位操作數(shù)的地址如：MOVCA，@A+DPTRMOVCA,@A+PC,（3）尋址方式 與尋址空間,3、定時器/計數(shù)器（見教材P232~234),（1）作用：定時、計數(shù)、波特率

57、發(fā)生器；（2）主要特性：具有兩個可編程的定時/計數(shù)器T0/C0 T1/C1;每個定時器/計數(shù)器都有4種工作方式；任一定時器/計數(shù)器在定時/計數(shù)到后可由程序安排產(chǎn)生中斷。（3）結(jié)構(gòu)：加法計數(shù)器TL（低8位）、TH（高8位）寄存器；TMOD方式寄存器TCON控制寄存器,GATE,,加法計數(shù)器TL、TH(*見表7－7、～表7－9）,作為定時器時，加法器對內(nèi)部機器周期脈沖計數(shù)；作為計數(shù)器時，加法器對芯片引腳P3.4/P3.5輸

58、入的外部脈沖計數(shù)（下降沿）；加法器的初始值可由程序設(shè)定，設(shè)置不同值，則定時/計數(shù)范圍不同，并且加法器的內(nèi)容可通過程序讀到CPU中。方式寄存器TMOD(89H)作用：用來選擇定時器/計數(shù)器的工作方式；格式:,0方式：13位定時/計數(shù)1方式：16位定時計數(shù)2方式：8位自動轉(zhuǎn)載計數(shù)定時3方式：T0分為兩個8位的定時計數(shù),控制寄存器(88H),作用：控制T0/C0、T1/C1的運行；格式：(高4位，低4位用于中斷）,中斷標(biāo)志位

59、可由硬件自動清零，也可由程序清零,0工作方式：（1）由TL的低5位與TH8位構(gòu)成13位T/C； 可用程序?qū)?～8191的某一數(shù)據(jù)送入TL、TH作為初始值，加法器溢出后，必須重新對TL/TH賦初始值。（2）作為計數(shù)器時，外部計數(shù)脈沖的頻率小于1/24fosc并且高、低電平的寬度大于一個機器周期（CPU在每一個機器周期的S5P2期間采樣P3.4或P3.5）；（3）定時時間由T=(8192-X)Tcy決定，計數(shù)值由C,（4）T

60、/C工作方式,=(8192-X)決定；,,,,定時/計數(shù)器的應(yīng)用舉例,定時器工作方式的選擇,當(dāng)fosc為6MHz時，Tcy＝2us則各工作方式的最大的定時時間為：8位2的8次方×2＝512us；13位 T=16.384ms16位 T=131.074ms采用復(fù)合方式。即T0設(shè)成定時時間為100毫秒，當(dāng)定時時間到后將P1.0取反，再加到T1作為計數(shù)脈沖。一個脈沖周期為100ms+100ms故計數(shù)5個脈沖即為

61、1秒，此時將P1.7取反一次。,定時/計數(shù)初始值的計算與裝入,T0、T1的初始值按補碼計算；對于T0的初始值X1的公式 (2的16次方－X1)*2us=100msX1=15536=3CB0H TL=B0 TH=3C對于C1的初始值X2的公式（2的8次方－X2)=5X2=251=FBH TL1=TH1=FB,4、 中斷系統(tǒng)(見教材P238~251),（1） 什么叫中斷？ CPU暫時中止其正在執(zhí)行的程

62、序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行請求中斷的那個外設(shè)或事件的服務(wù)程序，等處理完畢后再返回執(zhí)行原來中止的程序, 叫做中斷。 （2） 為什么要設(shè)置中斷？ ⑴ 提高CPU工作效率 ⑵ 具有實時處理功能 ⑶ 具有故障處理功能 ⑷ 實現(xiàn)分時操作,,（3）特點：,5個中斷源它們分別是：INT0、INT1、C0/T0、C1/T1、串行口中斷；具有優(yōu)先級管理功能即可分為2個優(yōu)先級，其中每個中斷源的優(yōu)先級可由程序指定；每個中斷源都有各自的中斷標(biāo)志位。,

63、(4)中斷結(jié)構(gòu),中斷源和中斷控制寄存器,Part1 中斷源 中斷源是指能發(fā)出中斷請求，引起中斷的裝置或事件。 80C51單片機的中斷源共有5個，其中2個為外部中斷源，3個為內(nèi)部中斷源：⑴INT0: 外部中斷0，中斷請求信號由P3.2輸入。⑵INT1: 外部中斷1，中斷請求信號由P3.3輸入。⑶ T0: 定時/計數(shù)器0溢出中斷，對外部脈沖計數(shù)由 P3.4輸入。⑷ T1: 定時/計數(shù)器1溢出中斷，對外

64、部脈沖計數(shù)由 P3.5輸入。⑸ 串行中斷: 包括串行接收中斷RI和串行發(fā)送中斷TI。,外部中斷（P3.2/P3.3),（1）激活方式： 電平觸發(fā)（低電平有效）、邊沿觸發(fā)(下降沿有效）；激活方式由特殊寄存器TCON的低4位決定：,,中斷標(biāo)志,IT0=0電平觸發(fā)IT0=1邊沿觸發(fā),（2）兩種觸發(fā)方式的區(qū)別,邊沿觸發(fā)方式的最大的優(yōu)點是中斷請求信號不會丟失（中斷請求信號的寬度大于一個機器周期），CPU將中斷標(biāo)

65、志位置1，至到CPU響應(yīng)中斷后，硬件自動將標(biāo)志位清零。電平觸發(fā)方式?jīng)]有中斷標(biāo)志位，并且響應(yīng)中斷后，不能自動清除中斷請求信號。,中斷程序ANL P1, #0FEHORL P1, #01HP1.0輸出負脈沖使D觸發(fā)器的Q端為1撤消引起重復(fù)中斷的INT0低電平信號,定時器/計數(shù)器中斷,當(dāng)C/T溢出時，由硬件自動置位TF0/TF1，CPU響應(yīng)中斷后，由硬件自動清除中斷標(biāo)志。 另可由程序?qū)F0/TF1置位或清除。串行口接收/發(fā)

66、送中斷完成一幀信號的接收/發(fā)送時，由硬件自動置中斷標(biāo)志位（串行口控制寄存器SCON的RI/TI,地址98H，具有位尋址功能)，CPU響應(yīng)中斷后，必須由軟件清除。,Part2 中斷控制,中斷控制主要解決三類問題：中斷屏蔽控制，即什么時候容許或禁止CPU響應(yīng)中斷；中斷的優(yōu)先級，即多個中斷請求同時發(fā)生時，先響應(yīng)哪個中斷請求；中斷的嵌套，即CPU正在響應(yīng)一個中斷時，是否容許響應(yīng)另一個中斷請求。,中斷控制寄存器,中斷允許控制IE(A8H具

67、有位尋址功能) 5個中斷源的中斷請求是否響應(yīng)由特殊寄存器IE決定，其格式為：,中斷優(yōu)先級控制寄存器IP(B8H具有位尋址功能),1高優(yōu)先級、0低優(yōu)先級,1中斷允許、0中斷禁止,(5)基本規(guī)則,同一級別的各種中斷源同時請求中斷時，CPU響應(yīng)中斷的順序為：INT0 、T0、INT1、T1、串行口；低優(yōu)先級中斷可被高優(yōu)先級中斷所中斷；一種中斷一旦被響應(yīng)，與它同級的中斷不能再響應(yīng)；幾個中斷同時發(fā)生，CPU響應(yīng)優(yōu)先級最高的中

68、斷。,(6)中斷響應(yīng)過程,中斷處理過程一般分為3階段：中斷響應(yīng)、中斷處理、中斷返回。其流程圖如下：,中斷響應(yīng)條件：EA=1并且中斷源的中斷允許,中斷受阻的情況 同級或高級的中斷已在進行中；（保證正常的中斷嵌套） 當(dāng)前的機器周期不是正在執(zhí)行的指 令的最后一個周期；（保證每條指令執(zhí)行的完整性） 正在執(zhí)行的指令是返回指令或是對專用寄存器IE、IP進行讀寫的指令，只有在執(zhí)行這些指令之后，至少在執(zhí)行一條其它指令后，才會響應(yīng)。（保證中斷