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情境 3 ：多功能控制

情境 3 ：多功能控制. 任务 1 ：化工反应车间控制车间 主要内容： 3.1.1 模拟量及扩展模块 3.1.2 数据处理、运算指令及应用 3.1.3 中断源及中断程序 3.1.4 PID 控制. 本任务描述：. 1. 两原料泵按一定的比例系数（ 1 ： 5 ），向反应罐注入原料，反应罐中搅拌机开始工作。共计 1000L 。 2. 待原料注入完成后，搅拌机继续搅拌 40S 后，反应罐中成品经阀门 3 送出。 3. 待反应罐成品全部清空，检测开关 K 闭合。重复 1 。. 控制要求.

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情境 3 ：多功能控制

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  1. 情境3：多功能控制 任务1：化工反应车间控制车间 主要内容： 3.1.1 模拟量及扩展模块 3.1.2 数据处理、运算指令及应用 3.1.3 中断源及中断程序 3.1.4 PID控制

  2. 本任务描述： 1.两原料泵按一定的比例系数（1：5），向反应罐注入原料，反应罐中搅拌机开始工作。共计1000L。 2. 待原料注入完成后，搅拌机继续搅拌40S后，反应罐中成品经阀门3送出。 3.待反应罐成品全部清空，检测开关K闭合。重复1。

  3. 控制要求 1.工作前，阀门1阀、门2、阀门3都关闭。电机停止状态。 2.启动按钮按下，工作开始，阀门1 、门2开启，两原料泵启动，并以15L/min、 8L/min速度向反应罐输送原料。同时，反应罐中搅拌机开始工作。原料泵1和原料泵2，送完原料自动停止，相应阀门关闭。 3.两泵送完原料后，计时40s后，搅拌机停止工作，阀门3打开，直至检测开关K闭合，阀门3关闭。 4.重复以上工作，直至停止按钮按下。 5.在工作过程中，如果压力表为4MPa,报警;超过4.6MPa报警并停止工作。温度超过120℃报警，超过135℃ 报警并停止工作。

  4. 授课内容 3.1.1 模拟量扩展模块

  5. 二、模拟量模块（A/D） 模拟量模块有模拟量输入模块、模拟量输出模块、模拟量输入输出模块。 1. 模拟量输入模块（A/D） 作用：PLC只能接收数字量信号，模拟量信号是一种连续变化的物理量。为实现模拟量控制，必须先对模拟量进行模/数（A/D）转换，将模拟信号转换成PLC所能接受的数字信号。模拟量输入模块的功能就是实现模/数（A/D）转换。

  6. 组成 由滤波、模数转换A/D，光电耦合等部分组成 。光电耦合器起防止电磁干扰的作用 。 对多通道的模拟量输入单元，通常设置多路转换开关进行通道的切换，且在输出端设置信号寄存器。

  7. 使用及特性 一般先用信号变送器把它们变换成统一的标准信号（如4-20mA的直流电流信号，1-5V的直流电压信号等），然后再送入模拟量输入模块 。 模拟量输入模块（EM231）具有4个模拟量输入通道。

  8. （1）外部接线图：

  9. 模块上部共有12个端子，每3个点为一组，共4组。模块上部共有12个端子，每3个点为一组，共4组。 每组可作为一路模拟量的输入通道（电压信号或电流信号），电压信号用两个端子（A+、A—），电流信号用3个端子（RC，C+，C—），其中RC与C+端子短接。未用的输入通道应短接（B+、B—）。 该模块需要直流24V供电（M、L+端）。可由CPU模块的传感器电源24VDC/400mA供电，也可由用户提供外部电源。右端分别是校准电位器和配置DIP设定开关。

  10. （2）模拟量输入模块的特性 EM231的电压输入范围：单极性0~10V，0~5V；双极性±5V，±2.5V 电流输入范围 ：0～20mA 模拟量到数字量的最大转换时间 ：250μs 每个通道占用存储器AI区域2个字节。该模块模拟量的输入值为只读数据。

  11. 模拟量输入模块（EM231）的输入信号经模数（A/D）转换后的数字量数据值是12位二进制数。数据值的12位在CPU中存放格式如图所示。最高有效位是符号位：0表示正值数据，1表示负值数据。模拟量输入模块（EM231）的输入信号经模数（A/D）转换后的数字量数据值是12位二进制数。数据值的12位在CPU中存放格式如图所示。最高有效位是符号位：0表示正值数据，1表示负值数据。

  12. 1）单极性数据格式（0~10V、0~5V） 2个字节的存储单元的低3位均为0，数据值12位（单极性数据）是存放在第3~ 14位区域。这12位数据的最大值应为215-8=32760。单极性数据格式的全量程范围设置为0~32000。差值32760-32000=760则用于偏置/增益，由系统完成。由于第15位为0，表示是正值数据。

  13. 2）双极性数据格式（±5V、±2.5V） 2个字节存储单元的低4位均为0，数据值12位（双极性数据）是存放在第4~15位区域。最高有效位是符号位，双极性数据格式的全量程范围设置为－32000~+32000。 模拟量输入模块的分辨率通常以A/D转换后的二进制数数字量的位数来表示（12/11位）。

  14. 2. 模拟量输出模块（D/A） 模拟量输出模块由光电耦合器、数模转换器D/A和信号驱动等环节组成。光电耦合器防止电磁干扰。

  15. （1）外部接线图： 左端起的每3个点为一组，共二组。每组可作为一路模拟量输出（电压或电流信号）。 第一组V0端接电压负载、I0端接电流负载，M0为公共端。 第二组的接法与第一组类同。 该模块需要直流24V供电。

  16. （2）模拟量输出模块的特性 • 输出信号的范围：电压输出为±10V，电流输出为0-20mA。电压输出的设置时间为100μs，电流输出的设置时间为2ms。每个输出通道占用存储器AQ区域2个字节。用户程序无法读取模拟量输出值。 • PLC运算处理后的12位数字量信号（BIN数）在CPU中存放格式如图所示。最高有效位是符号位：0表示是正值，1表示是负值。

  17. 1）电流输出数据格式 2个字节的存储单元的低3位均为0，数据值12位数据是存放在第3~14位区域。电流输出数据字格式为0~+32000。第15位为0，表示是正值数据。

  18. 2）电压输出的数据格式 2个字节的存储单元的低4位均为0，数据值的12位是存放在第4~15位区域。电压输出数据格式为-32000~ +32000。 模拟量输出模块的分辨率通常以D/A转换前待转换的二进制数数字量的位数表示。

  19. 3. 模拟量输入输出模块（EM235） • EM235具有4个模拟量输入通道、1个模拟量输出通道 。 • 模拟量输入功能同EM231模拟量输入模块，技术参数基本相同 。 • 电压输入范围有所不同，单极性为0~10V、0~5V、0~1V、0~500mv、0~100mv、0~50mv。双极性为±10V、±5V、±2.5V、±1V、±500mV、±250mv、±100mv、±50mv、±25mv。 • 该模块的模拟量输出功能同EM232模拟量输出模块。技术参数也基本相同。 • 该模块需要直流24V供电。可由CPU模块的传感器电源24VDC/400mA供电。也可由用户提供外部电源。

  20. 3.1.2.数据处理、运算指令及应用

  21. 2.运算指令 （1）整数与双整数加减法指令 整数加法（ADD-I）和减法（SUB-I）指令是：使能输入有效时，将两个16位符号整数相加或相减，并产生一个16位的结果输出到OUT。 双整数加法（ADD-D）和减法（SUB-D）指令是：使能输入有效时，将两个32位符号整数相加或相减，并产生一个32位 结果输出到OUT。// //200+400 VW0即VW0的内容为600

  22. 整数与双整数加减法指令格式

  23. 说明： （1）当IN1、IN2和OUT操作数的地址不同时，在STL指令中，首先用数据传送指令将IN1中的数值送入OUT，然后再执行加、减运算即：OUT+IN2=OUT、OUT-IN2=OUT。为了节省内存，在整数加法的梯形图指令中，可以指定IN1或IN2=OUT，这样，可以不用数据传送指令。如指定INI=OUT，则语句表指令为：+I IN2，OUT；如指定IN2=OUT，则语句表指令为：+I IN1，OUT。在整数减法的梯形图指令中，可以指定IN1=OUT，则语句表指令为：-I IN2，OUT。这个原则适用于所有的算术运算指令，且乘法和加法对应，减法和除法对应。 （2）整数与双整数加减法指令影响算术标志位SM1.0（零标志位），SM1.1（溢出标志位）和SM1.2（负数标志位）。

  24. （2） 整数乘除法指令 整数乘法指令（MUL-I）是：使能输入有效时，将两个16位符号整数相乘，并产生一个16位积，从OUT指定的存储单元输出。 整数除法指令（DIV-I）是：使能输入有效时，将两个16位符号整数相除，并产生一个16位商，从OUT指定的存储单元输出，不保留余数。如果输出结果大于一个字，则溢出位SM1.1置位为1。 双整数乘法指令（MUL-D）：使能输入有效时，将两个32位符号整数相乘，并产生一个32位乘积，从OUT指定的存储单元输出。

  25. 双整数除法指令（DIV-D）：使能输入有效时，将两个32位整数相除，并产生一个32位商，从OUT指定的存储单元输出，不保留余数。双整数除法指令（DIV-D）：使能输入有效时，将两个32位整数相除，并产生一个32位商，从OUT指定的存储单元输出，不保留余数。 整数乘法产生双整数指令（MUL）：使能输入有效时，将两个16位整数相乘，得出一个32位乘积，从OUT指定的存储单元输出。 整数除法产生双整数指令（DIV）：使能输入有效时，将两个16位整数相除，得出一个32位结果，从OUT指定的存储单元输出。其中高16位放余数，低16位放商。

  26. 整数乘除法指令格式

  27. （3）实数加减乘除指令 实数加法（ADD-R）、减法（SUB-R）指令：将两个32位实数相加或相减，并产生一个32位实数结果，从OUT指定的存储单元输出。 实数乘法（MUL-R）、除法（DIV-R）指令：使能输入有效时，将两个32位实数相乘（除），并产生一个32位积（商），从OUT指定的存储单元输出。 操作数：IN1/IN2：VD, ID, QD, MD, SMD, SD, LD, AC, 常量, *VD, *LD, *AC。 OUT：VD, ID, QD, MD, SMD, SD, LD, AC, *VD, *LD, *AC。 数据类型：实数。

  28. 实数加减乘除指令格式

  29. （4） 数学函数变换指令 （1）平方根（SQRT）指令：对32位实数（IN）取平方根，并产生一个32位实数结果，从OUT指定的存储单元输出。 （2）自然对数（LN）指令：对IN中的数值进行自然对数计算，并将结果置于OUT指定的存储单元中。 求以10为底数的对数时，用自然对数除以2.302585（约等于10的自然对数）。 （3）自然指数（EXP）指令：将IN取以e为底的指数，并将结果置于OUT指定的存储单元中。将“自然指数”指令与“自然对数”指令相结合，可以实现以任意数为底，任意数为指数的计算。求yx，输入以下指令：EXP (x * LN (y))。 例如：求23=EXP（3*LN（2））=8；27的3次方根=271/3=EXP（1/3*LN（27））=3。 （4）三角函数指令：将一个实数的弧度值IN分别求SIN、COS、TAN，得到实数运算结果，从OUT指定的存储单元输出。

  30. 数学函数变换指令格式

  31. 3. 逻辑运算指令 逻辑运算是对无符号数按位进行与、或、异或和取反等操作。操作数的长度有B、W、DW。指令格式如表所示 （1） 逻辑与（WAND）指令：将输入IN1，IN2按位相与，得到的逻辑运算结果，放入OUT指定的存储单元。 （2） 逻辑或（WOR）指令：将输入IN1，IN2按位相或，得到的逻辑运算结果，放入OUT指定的存储单元。 （3）逻辑异或（WXOR）指令：将输入IN1，IN2按位相异或，得到的逻辑运算结果，放入OUT指定的存储单元。 （4） 取反（INV）指令：将输入IN按位取反，将结果放入OUT指定的存储单元。

  32. 逻辑运算指令格式

  33. 说明： （1）在表中，在梯形图指令中设置IN2和OUT所指定的存储单元相同，这样对应的语句表指令如表中所示。若在梯形图指令中，IN2（或IN1）和OUT所指定的存储单元不同，则在语句表指令中需使用数据传送指令，将其中一个输入端的数据先送入OUT，在进行逻辑运算。如MOVB IN1，OUT ANDB IN2，OUT （2）ENO=0的错误条件：0006 间接地址，SM4.3 运行时间 （3）对标志位的影响：SM1.0（零）

  34. 4. 递增、递减指令 • 递增、递减指令用于对输入无符号数字节、符号数字、符号数双字进行加1或减1的操作。指令格式如下表所示。

  35. 递增、递减指令格式

  36. （1） 递增字节（INC-B）/递减字节（DEC-B）指令 递增字节和递减字节指令在输入字节（IN）上加1或减1，并将结果置入OUT指定的变量中。递增和递减字节运算不带符号。 （2） 递增字（INC-W）/递减字（DEC-W）指令 递增字和递减字指令在输入字（IN）上加1或减1，并将结果置入OUT。递增和递减字运算带符号（16#7FFF > 16#8000）。

  37. （3）递增双字（INC-DW）/递减双字（DEC-DW）指令（3）递增双字（INC-DW）/递减双字（DEC-DW）指令 递增双字和递减双字指令在输入双字（IN）上加1或减1，并将结果置入OUT。递增和递减双字运算带符号（16#7FFFFFFF > 16#80000000）。

  38. 5. 表功能指令 数据表是用来存放字型数据的表格，如图所示。表格的第一个字地址即首地址，为表地址，首地址中的数值是表格的最大长度（TL），即最大填表数。表格的第二个字地址中的数值是表的实际长度（EC），指定表格中的实际填表数。每次向表格中增加新数据后，EC加1。从第三个字地址开始，存放数据（字）。表格最多可存放100个数据（字），不包括指定最大填表数（TL）和实际填表数（EC）的参数。

  39. 数据表 要建立表格，首先须确定表的最大填表数。如下图所示。 // 输入表格的最大填表数 LD SM0.1 MOVW +6, VW200

  40. （1 ）填表指令 表填表（ATT）指令：向表格（TBL）中增加一个字（DATA）。如右图所示。 （1）DATA为数据输入端，其操作数为：VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AIW, AC, 常量, *VD, *LD, *AC； （2）TBL为表格的首地址，其操作数为：VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, *VD, , *LD *AC；数据类型为：字。 （3）指令执行后，新填入的数据放在表格中最后一个数据的后面，EC的值自动加1。 （4）使ENO = 0的错误条件：0006（间接地址），0091（操作数超出范围），SM1.4（表溢出），SM4.3（运行时间）。 （5）填表指令影响特殊标志位：SM1.4（填入表的数据超出表的最大长度，SM1.4=1）。 ATT DATA，TBL

  41. （2 ）表取数指令 从数据表中取数有先进先出（FIFO）和后进先出（LIFO）两种。执行表取数指令后，实际填表数EC值自动减1。 先进先出指令（FIFO）：移出表格（TBL）中的第一个数（数据0），并将该数值移至DATA指定存储单元，表格中的其他数据依次向上移动一个位置。 后进先出指令（LIFO）：将表格（TBL）中的最后一个数据移至输出端DATA指定的存储单元，表格中的其他数据位置不变。 表取数指令格式如下表所示。

  42. 表取数指令格式

  43. （3） 表查找指令 • 表格查找（TBL-FIND）指令在表格（TBL）中搜索符合条件的数据在表中的位置（用数据编号表示，编号范围为0～99）。其指令格式如下图所示。 FND= TBL，PATRN，INDX FND<> TBL，PATRN，INDX FND< TBL，PATRN，INDX FND> TBL，PATRN，INDX

  44. 1）梯形图中各输入端的介绍 TBL：为表格的实际填表数对应的地址（第二个字地址），即高于对应的“增加至表格”、“后入先出”或“先入先出”指令TBL操作数的一个字地址（两个字节）。 TBL操作数：VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, *VD, *LD, *AC。数据类型：字。 PTN：是用来描述查表条件时进行比较的数据。 PTN操作数：VW, IW, QW, MW, SW, SMW, AIW, LW, T, C, AC, 常量, *VD, *LD, *AC。 数据类型：整数。

  45. INDX：搜索指针，即从INDX所指的数据编号开始查找，并将搜索到的符合条件的数据的编号放入INDX所指定的存储器。 INDX操作数：VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AC, *VD, *LD, *AC。数据类型：字。 CMD：比较运算符，其操作数为常量1～4，分别代表=、<>、<, >。数据类型：字节。

  46. 2）功能说明 表格查找”指令搜索表格时，从INDX指定的数据编号开始，寻找与数据PTN的关系满足CMD比较条件的数据。参数如果找到符合条件的数据，则INDX的值为该数据的编号。要查找下一个符合条件的数据，再次使用“表格查找”指令之前须将INDX加1。如果没有找到符合条件的数据，INDX的数值等于实际填表数EC。一个表格最多可有100数据，数据编号范围：0～99。将INDX的值设为0，则从表格的顶端开始搜索。

  47. 3）使ENO = 0的错误条件 SM4.3（运行时间），0006（间接地址），0091（操作数超出范围）。

  48. （4） 字填充指令 字填充（FILL）指令用输入IN存储器中的字值写入输出OUT开始N个连续的字存储单元中。N的数据范围：1～255。其指令格式如下图所示。 FILL IN，OUT，N

  49. 指令格式说明 （1）IN为字型数据输入端，操作数为：VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AIW, AC, 常量, *VD, *LD, *AC；数据类型为：整数。N的操作数为：VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, 常量, *VD, *LD, *AC； 数据类型：字节。 OUT的操作数为：VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AQW, *VD, *LD, *AC；数据类型：整数。 （2）使ENO = 0的错误条件：SM4.3（运行时间），0006（间接地址），0091（操作数超出范围）

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