《物联网控制技术》 物联网控制技术-第2章物联网控制器.pptVIP

Modern Control Engineering 第 2 章 物联网控制器 教材： 王万良，物联网控制技术，高等教育出版社，2016 * 控制器是物联网控制系统的核心。本章从物联网应用角度介绍物联网控制系统中常用的控制器的基本内容，主要介绍可编程控制器、集散控制系统。由于单片机、嵌入式控制器已有专门课程介绍，本章就不再介绍。 第2章 物联网控制器 * 第2章 物联网控制器 2.1 物联网控制器概述 2.2 PLC及其功能与特点 2.3 PLC的组成与工作原理 2.4 PLC的编程语言 2.5 PLC应用举例 2.6 集散控制系统 集散控制系统的组态 * 物联网控制器概述 在物联网系统中，控制器作为智能控制终端，与传感器、无线网络、RFID等新型技术相互结合进行信息的交换和通信，从而实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理并实现物与物、物与人、物品与网络的连接方便了对物体的识别、管理和控制。 根据物联网系统的规模可以选择不同的控制器。常用的有单片机、可编程控制器、工业PC、集散控制系统、嵌入式控制器等。 可编程逻辑控制器(PLC)是专为在工业环境下使用而设计的一种数字运算操作电子装置，带有存储器、可以编制程序的控制器，已成为代替继电器实现逻辑控制的主流控制技术，是物联网中工业控制应用的核心部分。 * 2.2 PLC及其功能与特点 可编程逻辑控制器(programmable logic controller，PLC)又称可编程控制器，是一种有效的工业控制装置，它已经从单一的开关量控制发展到具有顺序控制、模拟量控制、连续PID控制等多种功能；从小型整体结构发展到大中型模块结构；从独立的单台运行发展到数台连成PLC网络。 * 2.2.1 PLC的功能 PLC的基本功能包括： ①多种控制功能（包括逻辑、定时、计数、顺序控制等）。 ②输入／输出接口功能（包括开关量输入输出，模拟量输入输出）。 ③数据存储与处理功能（包括辅助继电器，状态继电器，延时继电器，锁存继电器，主控继电器，定时器，计数器，移位寄存器，鼓形控制器，跳转和强制I/O等，其指令系统日趋丰富，不仅具有逻辑运算、算术运算等基本功能，而且能以双倍精度或浮点形式完成代数运算和矩阵运算）。 ④通信联网功能（包括通信联网、成组数据传送等）。 ⑤其他扩展功能（包括PID闭环回路控制、排序查表、中断控制及特殊功能函数运算、多级制机制、智能I/0、过程监视、远程I/O、多处理器和高速数据处理能力等）。 * 2.2.2 PLC的特点 PLC在工业界得到越来越多的应用，具有以下特点： （1）多功能 控制、输入／输出接口、数据存储与处理、通信联网、多种扩展 （2）应用灵活 积木硬件结构和模块化的软件设计，适应大小不同、功能繁复的控制要求，适应各种工艺流程变化较多的场合。 安装和现场接线简单，逻辑、控制功能是通过软件完成，整个设计、生产、调试周期，研制费相对较少。 （3）操作维修方便，稳定可靠 具有耐热、防潮、抗振等性能，平均无故障时间可达4万-5万小时 （4）模块智能化、通信网络化 PLC专用I/O模块的智能化以及通信过程的网络化使得PLC从继电器控制系统的替代物迅速转变为能够测试、质量管理、过程控制和其他领域中应用的多用途控制器。 2.3 PLC的组成与工作原理 PLC一般具有两种结构形式：整体式单元结构和模块化结构。 图2.1 PLC的两种结构 2.3 PLC的组成与工作原理 PLC系统的硬件结构框图如图所示。 图2.2 PLC系统的硬件结构框图 2.3 PLC的组成与工作原理 各模块的主要功能： CPU模块：PLC的核心部件，逻辑判断、数值计算、数据处理、控制命令等 扩展存储器模块：增大系统的存储容量 编程器：编制、编辑、调试、控制用户程序的设备 电源模块：电源模块将交流电源转换成PLC所需要的直流电源 I/O模块： I/O模块包括数字UO模块和模拟1/0模块两类 智能接口模块：在PLC的统一管理下完成某些独立的特定功能 网络通信接口模块：这是为PLC之间、PLC与各种计算机之间、PLC与各种智能设备之间提供的通信接口 系统1/0总线接口模块：实现各插槽间的元器件连接 2.3.2 PLC的工作原理 PLC采用了巡回扫描的工作方式 PLC系统工作过程如图所示 * 图2.3 PLC系统工作过程 2.3.2 PLC的工作原理 输入扫描阶段：在一个工作周期开始时，控制器首先以扫描方式顺序读入所有输入端的信号状态，并存入输入状态寄存器。CPU的扫描周期小于所有输入信号电平保持时间的最小值 执行扫描阶段：PLC按照用户程序在存储器中的存放地址，从头至尾顺序扫描执行整个用户程序。整个执行扫描阶段并不直接访问1/0模板，只与输入输出映像区或其他内部数据