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PLC第五章
第3章OMRON公司PC简介
OMRON公司PC简介
20世纪80年代初期的产品:
主要是C系列,C2000,C1000,C500,C120,C20等,随后推出了P型机代替C20型。
80年代后期,开发出H型机,主要有C2000H,C1000H,C200H,C60H,C40H,C28H,C20H等。
同时推出了微型机SP20/SP16/SP10等。
90年代初,推出了大型机CV系列。
90年代后期,更新换代加快,中型机从C200H发展到CS1系列,同时推出P型机的升级产品CPM1A/CPM2A/CPM2C/CPM2AE、CQM1A等。
本章对其部分产品作一了解。
3.1小型可编程序控制器
3.1.1CPM2A系列PC
表3.1.1给出了CPM2ACPU单元的种类。
与CPM1A相比具有以下特点:
1.指令系统有新的增加
定时器/计数器指令2种:
高精度定时器(单位:
1ms),长定时器(单位:
1s/10s)。
比较指令2种:
区域比较,双字区域比较。
转换指令6种:
双字BCD→双字BIN转换,双字BIN→双字BCD转换,ASCII→十六进制转换,二进制补码,小时→秒转换,秒→小时转换。
表3.1.1CPM2ACPU单元的种类
表格数据操作指令5种:
帧校验,求和,数据搜索,取最大值,取最小值。
数据控制指令5种:
比例转换,比例转换2,比例转换3,PID控制,平均值。
脉冲输出控制指令3种:
占空比可变脉冲输出,加速控制,同步脉冲控制。
通信指令3种:
接收,发送,改变RS-232C口设置。
2.中断功能完善,高速计数的计数频率增高很多
CPM2A具有CPM1A的各种中断功能,如输入中断、间隔定时器中断、高速计数器中断等。
高速计数器的工作模式增加到4种:
相位差(两相)输入模式,脉冲+方向输入模式,增/减脉冲模式和递增模式。
CPM2A高速计数器的计数频率除两相差模式5kHz外,其余模式都是20kHz,CPM2A输入中断下的计数频率为2kHz,是CPM1A的2倍。
3.高速脉冲输出功能更加完善
晶体管输出型CPM2A具有此功能,使用01000、01001两个输出点。
CPM1A仅有单点无加速/减速单相脉冲输出功能,而CPM2A的脉冲输出功能比CPM1A强得多,有下列三种情况:
(1)两点无加速/减速的单相脉冲输出:
输出频率为10Hz~10kHz,占空比50%。
(2)两点不同占空比的脉冲输出:
频率范围为0.1Hz~999kHz,占空比0~100%。
(3)带梯形加速/减速的单相脉冲输出:
分为脉冲+方向输出和增/减(CW/CCW)脉冲输出两种情况,占空比50%。
4.同步脉冲控制
高速计数器功能与脉冲输出功能结合,产生特定的输出脉冲。
图3.1.1同步脉冲控制
5.时钟功能
CPM2A的内置时钟(精确度:
±1分钟/月)允许用梯形图程序读取日期和时间。
通过编程器和其他编程工具改写时间。
CPM2A还有一个30秒的补偿位,当该位置为ON时,时间将自动调整到最接近的分钟。
因此,在电台报时时,打开该位就能十分精确地设定时间。
6.完善的通信功能
同CPM1A一样,CPM2A外设口也可以用RS-232C或RS-422适配器进行转换,但CPM2A所有CPU单元都带有RS-232C口,这就为通信联网提供了更加便利的条件。
CPM2A支持的通信功能有上位链接、无协议链接、1∶1PC链接及NT链接。
无协议链接是CPM2A通过外设端口或RS-232C口连接如条形码阅读器等标准设备,并利用TXD和RXD指令进行无协议通信。
另外,CPM2A还有快速响应输入(脉宽最小50ms)、两点的模拟量设定、输入时间常数设定、通过I/O链接单元加入CompBus/S网等功能,这些与CPM1A相同。
3.2中型可编程序控制器
3.2.1C200Hα系列可编程序控制器
C200Hα是C200HX/C200HG/C200HE的简称,是C200H/C200HS的后续机型。
内部器件,工作速度,联网能力等方面都比小型PC有较大提高。
3.2.2CS1系列可编程序控制器
CS1系列的功能与C200Hα相比有很大提高。
3.3大型可编程控制器
3.3.1CV系列可编程序控制器
CV系列PC有以下特点:
1.改进了系统结构
2.指令功能强、运算速度快
3.内部器件增多
4.程序存储器容量大
5.I/O刷新的方法多
6.CV机的特殊功能单元相当丰富
7.CV机组网能力强
3.4系统的配置及通道分配
3.4.1系统的配置
1.C20型PC的配置
C20是C系列的一种,采用的是单元式结构,用户可以根据实际需要选用相应的单元或箱体。
C20可以根据选用的单元构成5种I/O点数不同的系统。
它们配置情况如下:
①16点输入、12点输出:
选用主机单元即可。
②32点输入、24点输出:
选用主机单元+28点I/O扩展单元。
③48点输入、36点输出:
选用主机单元+56点I/O扩展单元。
④64点输入、48点输出:
选用主机单元+56点I/O扩展单元+28点I/O扩展单元。
⑤80点输入、60点输出:
选用主机单元+56点I/O扩展单元+56点I/O扩展单元。
图3.4.1中给出了C20的三种基本系统。
图3.4.1C20机典型系统
2.C系列P型机的系统配置
P型机是C20的替代产品,也是采用箱体结构,用户可以根据所需I/O点数进行选件配置。
最大的输入/输出点数不能大于80/60个。
P型机的任一种CPU箱和任一扩展箱均可配置在一起,在与I/O链接单元组合,可构成多种配置关系。
如表3.4.1.
表3.4.1P型机系统配置的I/O点数
3.4.2通道分配
所谓通道,在此处泛指信号进入或流出PC的通路,以及信号在PC内部存放的地点。
一般给这些通路或地点赋以编号,称为通道号。
一旦一台PC上的通道号规定下来,用户就必须遵守其编号规则,这样PC才能正确识别信息,进行工作。
事实上,PC真正能识别的是通道号,PC真正操作的是每个通道的数字,而不是信号本身,正如计算机中外设要有通道号,内存要有地址一样。
PC中通道可分两大类,一类是外部的输入/输出通道,简称I/O通道,它对应于PC机外部的接线端子,直接与PC外部的设备打交道,也有人称之为输入/输出继电器。
另一类是内部通道,或称内部继电器,它不直接与外部设备打交道,而是作为控制其他继电器的数据存储单元或数据处理区,在功能上相当于继电控制系统的内部继电器,即所谓的"内部输出",这类继电器的种类和功能稍复杂一些。
通道分配是指对PC的每个通道或每个继电器都分配给一个地址号,以便PC能够识别。
C系列的PC输入输出都使用了I/O通道的概念来识别各个I/O端子或点。
每个通道由16个点组成,用四位十进制数来标识一个I/O点,前两位数字表示通道号,后两位数字表示该通道中的某一个I/O点。
例如"0001"表示第一个通道的第二个I/O点,而"0211"表示第三个通道的第12个I/O点。
一般PC都将通道号标注在相应的接线端子旁,且标明是输入还是输出。
1.C20型机的通道分配
C20主机的输入通道固定为00,输出通道固定为05.
当接入扩展单元或I/O连接单元时,PC自动对接入的I/O通道进行分配,输入:
依次为:
01,02,……;输出:
依次为:
06,07…
C20型PC的通道分配见表:
3.4.2,黑线框内的红色点只能作中间继电器用,不对应外部接线端。
1.C20型机的通道分配
表3.4.2C20通道分配
2.P型机通道分配
(1)I/O通道分配
P型机的通道分配,输入通道:
00-04CH;输出通道:
05-09CH。
不同型号的PC能使用的I/O点数不同,见表3.4.3,其中输入通道号n从00开始;输出通道号m从05开始。
一般P型机还可以接I/O扩展箱,增加的新的输入输出通道号在主机箱的通道号后顺序递增。
扩展箱后还可以再接I/O连接单元,I/O连接单元的输入输出通道号接着它前面的扩展箱通道号递增。
表3.4.3P型机I/O分配表
表3.4.4P型机扩展I/O分配表
C40PCPU+C40P扩展+I/O连接
表3.4.4P型机扩展I/O分配表
2)内部通道的分配
内部继电器实际上是一些存储单元,对其进行编号即得通道号。
内部继电器主要有:
内部辅助继电器MR、特殊功能继电器SMR、保持继电器HR、暂存继电器TR、定时/计数继电器TM/CNT、数据存储继电器DM等。
下面以P型机为例介绍它们的通道分配及功能。
①辅助继电器MR:
P型机共有136个辅助继电器,其通道号为10~18CH,接点号为1000~1807。
它们的功能是作中间继电器使用,不能直接控制外部负载。
I/O分配表中,输入输出点未使用时,能用来作辅助继电器使用。
当程序中使用高速计数指令(FUN98)时,辅助继电器的最后一个点1807为高速计数器的软复位端。
②特殊功能继电器SMR:
P型机有16个特殊功能继电器,也称专用继电器,通道号为1808~1907。
其中每一个都有自己的专门功能,但总的来讲,都是用于监视PC工作情况的,用户可根据需要选用。
1808:
当备份电池电压过低时为ON状态。
例如,将这个继电器状态输出,接到外部的指示灯(如LED发光二极管)上,当备份电池失效时,指示灯被点亮。
1809:
P型机的扫描时间不应超过100ms,当扫描时间在100~130ms时,它为ON状态,这时CPU仍然工作。
但当扫描时间超过130ms时,CPU停止工作。
1810:
在使用高速计数指令FUN98时,当0001端子收到硬件复位信号时,它接通(ON)一个扫描周期。
1811、1812、1814:
为常开(OFF)继电器。
1813:
为常闭(ON)继电器。
将1811~1814接到PC外面的指示器上,就能用作监视PC的操作状态。
1815:
在程序起动后的第一个扫描周期内,此继电器接通(ON)。
在此处,扫描周期是指从0000开始执行用户程序,直到程序的END指令为止所需的时间。
例如,在PC加电时,可用1815来复位计数器,不需要外部接线。
1900、1901、1902:
分别用来产生0.1s、0.2s和1s的时钟脉冲,相当于时钟脉冲发生器或振荡器。
它们可与计数器CNT配合使用,构成定时器,且此定时器在电源掉电时,能保护当前值。
这些继电器还可用来加长定时器的定时时间,也可以用来构成闪烁电路的定时逻辑图。
1903:
在算术运算指令中,如果操作数不是BCD码,或者BCD码到BIN码、BIN码到BCD码的转换指令中操作数超出范围,即大于9999时,它接通(ON)。
1904:
数值运算时,有进位或有借位它接通(ON)。
即1904是进位标志。
SYC和CLC指令可强制其接通(ON)和断开(OFF)。
1905、1906、1907:
标志继电器。
在执行比较指令CMP时,若比较结果是第一操作数大于第二操作数,1905接通(ON);若是等于,1906接通(ON);若是小于,则1907接通(ON)。
③保持继电器HR:
P型PC都有160个保持继电器,分10个通道HR0~HR9CH,每个通道有16个接点,接点号为HR000~H015。
之所以称它们为保持继电器,是因为它们在电源掉电时能保持原来的状态。
④暂存继电器TR:
P型PC有8个暂存继电器,编号为TR0~TR7。
对于不能用IL和ILC指令来编程的分支电路,可以用TR来暂存状态。
在同一程序段中,最多可用8个TR,且不得重复使用。
但在不同程序段中,同一个TR可多次重复使用。
使用TR时,必须在编号之前冠以TR,如TR0、TR1等。
⑤定时器和计数器TIM/CNT:
P型PC可提供48个定时器或48个计数器(可逆或不可逆)或总数不超过48的定时器与计数器的组合,其编号为00~47。
使用时编号前应冠以符号TIM(定时器)、TIMH(高速定时器)、CNT(计数器)或CNTR(可逆计数器)等。
在同一程序段中,如果一个编号用作定时器(或计数器),则这个编号就不能再用作计数器(或定时器)了。
例如使用了TIM10,就不能再用CNT10。
当电源掉电时,定时器被复位,而计数器不被复位。
当程序中使用高速计数指令时,机器约定TIM/CNT47分配给高速计数器存放高速计数的当前值,故这个编号不能再作他用。
定时器和计数器不能直接产生输出,要输出可通过联接继电器,这种联接继电器的触点可重复使用。
⑥数据存储继电器DM:
P型PC有64个数据存储继电器,其通道号为DM00~DM63。
每个通道有16个点,但每个点不能单独使用,只能一个通道的16位同时使用。
实际上,DM是16位字长的64个存储单元,专用来存储16位字长的数据,因此也称数据存储区。
与计算机的存储器及地址号完全类似。
DM具有掉电保护功能。
当使用高速计数指令时,数据存储区中的DM32~DM63被用作高速计数的上下限计数值设定区域,不能再作他用。
3.CPM2A型机的通道分配
CPM2A型机是P型机的升级产品,其通道号由三位十进制组成,在通道号后边再加两位十进制数就组成了通道中的点地址。
例如010是010通道的通道号,01000则是010通道中第一位的地址。
1)内部继电器(IR)
内部继电器可以分为三大部分。
000~009共10个通道作为输入通道即输入继电器区,其中000和001通道用于CPU单元,其余8个通道用于扩展单元。
010~019共10个通道作为输出通道即输出继电器区,其中010和011通道用于CPU单元,其余8个通道用于扩展单元。
020~049和200~227共58个通道928点为内部辅助继电器区。
除了没有实际输入输出端子与之相联系故不能用于实际输入输出操作外,它的使用与输入输出继电器相同。
在输入输出通道中没有连接I/O设备的点在程序中也可以作为内部继电器应用。
CPM2A的CPU单元有30点、40点和60点三种。
I/O点数还可以通过最多三台扩展单元进行扩展。
扩展单元有20点输入输出、8点输入和8点输出三种类型可供选用。
以20点I/O扩展单元为例,系统扩展后的输入输出通道分配如表3.4.5所示。
表3.4.5CPM2A的I/O及其通道分配
CPU单元I/O扩展单元
2)特殊继电器(SR)
表3.4.6CPM2A为特殊继电器一览表
3)暂存继电器(TR)
暂存继电器用于复杂逻辑梯形图中的分支点暂存,合理使用可以简化程序。
CPM2A共有按TR0~TR7顺序编号的8个暂存继电器。
其具体使用可参阅有关章节。
4)保持继电器(HR)
HR00~HR19共有20个通道320点。
用标志HR后的两位数据表示通道号,再加两位数据指定点号。
在程序中的使用方法同IR,但HR具有断电保持功能。
5)辅助继电器(AR)
表3.4.7CPM2A辅助继电器一览表
6)链接继电器(LR)
LR00~LR15共16个通道256点。
在PC联网系统中作为数据交换的接口。
在没有联网的系统中也可以作为IR使用。
7)定时器/计数器(TIM/CNT)
定时器和计数器在CPM2A中是统一编号的,000~127共有128个。
系统断电时,定时器复位,计数器保持断电前的状态不变。
8)数据存储区(DM)
表3.4.8CPM2A系统设置区一览表
3.5可编程控制器的特殊功能单元
OMRON公司的某些小型PC、中型、大型PC都有可以适配特殊功能单元。
特殊功能单元本身具有CPU和存储器,能在主单元的管理和协调下独力的处理特殊任务,即完成了特殊任务,又减轻了PC中主CPU的负担,提高处理速度。
表3.5.1列出了具有的特殊功能单元。
下面简单介绍一下C200H的特殊功能单元具有的性能特点。
表3.5.1OMRON的特殊功能单元
3.5.1模拟量输入单元
C200H-AD001单元。
性能
(1)输入模拟量路数:
最多4路/单元,用户可选择使用其中1路、2路或4路。
(2)输入信号范围:
电压输入可选择为1~5V或0~10V;电流输入为4~20mA。
(3)分辨率:
输入为电压或电流时均为满量程的1/4000(含线性误差)。
(4)温度影响:
25℃时为±0.5%满量程;0~55℃时为±1.0%满量程。
(5)转换时间:
最大2.5ms(1路)。
(6)输出代码:
12位二进制数码(000H~FA0H)。
3.5.2模拟量输出单元
C200H-DA001单元。
1.性能
(1)输出模拟量路数:
每单元最多2路,可任意选择其中1路。
(2)输出信号范围:
电压输出可选择1~5V或0~10V;电流输出为4~20mA。
(3)分辨率:
输出为电压或电流时均为满量程的1/4096。
(4)精度:
0~55℃时为±1.0%满量程。
(5)转换时间:
最大2.5ms(1路)。
(6)输入数字量:
12位二进制数码(000H~FFFH)。
(7)外部输出阻抗(电压输出):
最大0.5Ω。
(8)外部输出最大电流(电压输出):
15mA。
(9)允许的外部输出负载电阻(电流输出):
最大400Ω。
(10)功耗:
5VDC最大650mA。
3.5.3温度传感器单元
温度传感器单元用于将温度传感器的检测值转换为BCD码并存入PC的指定通道。
C200HPC的温度传感器单元有两种类型:
一种连接热电偶,型号为C200H-TS001/TS002;另一种连接铂热电阻,型号为C200H-TS101/TS102。
1.性能
(1)外部输入信号(温度传感器类型):
TS001连接热电偶K或J可选;TS002连接热电偶K或L可选;TS101连接铂热电阻Pt100Ω;TS102连接铂热电阻Pt100Ω。
(2)外部输入点数:
每单元最多4点,可选择为1、2或4点。
(3)输出代码:
4位BCD码。
(4)精度:
±(满量程的1%+1℃)。
(5)转换时间:
最大1.2秒/点。
(6)转换周期:
每单元4点时最大4.8秒;
每单元2点时最大2.4秒;
每单元1点时最大1.2秒。
(7)PC时间:
转换周期+PC一次扫描时间。
(8)端子连接:
可拆卸端子块。
(9)隔离:
通道之间无隔离;输入端子与PC之间为光电隔离。
(10)内部电源:
5VDC时最大450mA。
(11)检测温度范围:
根据所选用的温度传感器型号可选择-50~1000℃中不同区域。
TS001/TS002可选15种,TS101/TS102可选11种。
3.5.4位置控制单元
C200H-NC111、C200H-NC112、C200H-NC211等是C200HPC用于位置控制的智能单元。
它们可向步进电机驱动器或伺服电机驱动器输出脉冲,以控制运动部件的速度和位置。
1.性能
以NC111为例,其性能如下:
(1)每个单元可控制一个轴。
(2)输出控制脉冲数:
-8388607~+8388606。
(3)脉冲速率:
每秒1~99990个脉冲。
(4)脉冲速率变化:
控制系统可实现阶梯式自动加减速。
加速度为1000~999000个脉冲/s2。
(5)原点搜索:
可监测接近原点或原点信号;也可进行原点补偿0~9999个脉冲;也可高速或接近现有速度搜索原点。
(6)间隙补偿:
可间隙补偿0~9999个脉冲。
(7)手动操作:
可高速点动,低速点动和微动。
(8)多点定位:
可一次定位20点,以15种速度变化。
3.5.5高速计数单元
1.性能
表3.5.8高速计数单元的性能指标
3.6PC的基本安装与接线
3.6.1系统的安装
1.环境要求
2.静电
在低湿度环境下,静电可能会对PC组件的工作产生影响。
因此在接触PC之前,一定要先将手接触一下接地的金属物体,以便释放人体所带静电。
3.冷却
如果要将PC安装在一个控制柜中,为了便于维修和通风,要给予PC足够的空间,避免将PC装在热源上方,必要时在柜中装一通风扇。
4.干扰
为了防止干扰,要注意以下几点:
①连接不同部件的双绞电缆每根至少要有2mm粗。
②PC应远离高压设备和输电线,至少要有200mm。
③如有可能,将PC的I/O线放在金属槽内,但电源不能与它们放在同一槽内。
金属槽要接地。
④当控制系统要求400V,10A或220V、20A的电源容量时,I/O线与电源线的间距不能小于300mm;若在设备连接点外,I/O线与电源线不可避免地放在同一走线槽内,这时必须用一接地的金属板将其隔离开;走线金属槽要接地,接地电阻要小于100Ω。
⑤大型PC的CPU机架和扩展机架可以水平安装或垂直安装。
如界垂直安装,CPU机架的位置要在扩展机架的上面;当水平安装时,CPU机架的位置要在左边,且走线槽不应从二者之间走过。
CPU机架和扩展机架之间及各扩展机架之间都要留有70~120mm的距离,便于走线及冷却空间。
5.输出负载
图3.6.1干扰抑制
(a)DC电源;(b)AC电源
3.6.2系统的接线
1.电源线
图3.6.2电源接线
2.I/O接线
图3.6.3I/O接线示意图
3.内部输入电路
图3.6.4输入电路
4.内部输出电路
表3.6.2输出类型
图3.6.5晶体管输出电路
图3.6.6继电器输出电路
图3.6.7可控硅输出电路
5.其他问题的处理方法
1)漏电流
图3.6.8漏电流的电阻接线
旁路电阻的阻值由下式确定:
式中:
UON--负载开启电压(V);
R--旁路电阻(kΩ);
I--漏电流(mA),其数值如表3.6.3所示
表3.6.3漏电流
2)感性负载
图3.6.9反电势抑制接线
3)开启冲击电流
图3.6.10抑制开启冲击电流的接线
(a)串联法;(b)并联法
习题与思考题
3.1OMRON公司PC有哪些系列?
每一系列有哪些机型?
3.2C系列P型机内部继电器包括哪几种?
各有哪些特点?
其编号范围各是什么?
3.3CPM2A与CPM1A相比有哪些改进?
3.4简述OMRON公司PC有哪些特殊功能单元。
3.5PLC对安装位置有什么要求?
3.6PLC对安装环境有什么要求?
3.7PLC安装时需要注意哪些事项?
3.8PLC的输入端如何接线?
3.9PLC的输出端如何接线?
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