第1章PLC入门

主编：孙平 浙江水利水电学院2013.5,第1章 PLC入门,要求掌握常用指令的格式和应用方法，熟练绘制可编程控制器外部电路接线图，掌握可编程控制器应用的基本设计思想和设计方法。,本教材以小型可编程控制器S7-200系列PLC为例，介绍可编程控制器的基本结构，以及工作原理。,内容介绍,可编程控制器原理及应用,PLC入门,1.3 SIMATIC指令系统的编程语言,1.1 PLC背景知识介绍,1.2 S7-200 PLC,第 1 章,1.4 STEP 7-Micro/WIN编程软件,1968年由美国通用汽车公司（GE）提出，1969年由美国数字设备公司（DEC）研制成功，有逻辑运算、定时、计算功能称为PLC（programmable logic controller）。,为了简单识记，仍习惯地简称为PLC。,1.1 PLC背景知识介绍,20世纪80年代，由于计算机技术的发展，PLC采用通用微处理器为核心，功能扩展到各种算术运算，PLC运算过程控制并可与上位机通讯、实现远程控制。被称为PC（programmable controller）即可编程控制器。,1.PLC的产生,1.1.1 PLC的产生与定义,国际电工委员会（IEC）1987年颁布的可编程逻辑控制器的定义如下：,“可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。.”,可编程控制器（PLC）是一种以微电子技术、自动化技术、计算机技术、通讯技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型控制装置。,2.PLC的定义,小型：I/O点数在256点以下； 中型：I/O点数在2561024点之间； 大型：I/O点数在1024点以上。,（1）按I/O点数分类,（2）按结构形式分类,分为整体式结构和模块式结构两大类。,（3）按用途分类,分为通用型和专用型两大类。,PLC入门,1.1.2 PLC的分类和特点,1. PLC的分类方法,（1）使用于工业环境，抗干扰能力强。,（2）可靠性高。无故障工作时间（平均）数十万小时并可构成多机冗余系统。,（3）控制能力极强。算术、逻辑运算、定时、计数、PID运算、过程控制、通讯等。,（4）使用、编程方便。（LAD）梯形图、语句表（STL）、功能图（FBD）、控制系统流程图等编程语言通俗易懂，使用方便。,（5）组成灵活。小型PLC为整体结构，并可外接I/O扩展机箱构成PLC控制系统。,中大型PLC采用分体模块式结构，设有各种专用功能模块（开关量、模拟量输入输出模块，位控模块，伺服、步进驱动模块、通信模块等）供选用和组合，由各种模块组成大小和要求不同的控制系统。,PLC入门,2. PLC的特点,可编程控制器在多品种、小批量、高质量的产品生产中得到广泛的应用，PLC控制已成为工业控制的重要手段之一，与CAD/CAM，机器人技术一起成为实现现代自动化生产的三大支柱。 通常可以认为，只要有控制要求的地方，都可以用到可编程控制器。,分小型化和大型化两个发展趋势。 小型PLC有两个发展方向，即微型化和专业化。 大型化指的是大中型PLC向着大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。,应用领域,发展方向,PLC入门,3.PLC的应用与发展,S7-200 PLC,SIMATIC - S7家族,LOGO!,S7-300,S7-400,S7-300C,中/ 大 型 High-end range/ medium range S7- 400,中/ 小 型Low-end range S7- 300,通用逻辑模块,微 型 PLC S7- 200,S7系列PLC,S7-200 PLC,CPU 221 (10 I/O 点),CPU 222 (14 I/O 点),CPU 226 (40 I/O 点),) CPU 224 (24 I/O 点),CPU 224XP (24 I/O 点),升级版 2004,新 2004,升级版 2004,升级版 2004,升级版 2004,CPU模块,S7-200 PLC,8DI 16DI 8 DO (DC, AC or relay) 4DO 5A 4DO 10A,4 AI 4 AI / 1AO 2 AO,2 AI or 4 AI Thermo couples RTD modules,PROFIBUS DP AS-i-Master Modem Ethernet,4DI / 4DO 8DI / 8DO 16DI / 16DO,Teleservice Communi-cation Messaging,Position module for stepper solution,数字量 I/O模块,模拟量 I/O模块,测温 模块,通讯 扩展模块,Modem 模块,定位 模块,以太网 模块 (IT),Ethernet module,扩展模块,丰富的扩展模块,S7-200 PLC,SIMATIC S7-300,通用型PLC，面向生产制造领域的最佳系统解决方案,S7-200 PLC,S7-300户外型 更多领域最佳解决方案,交通运输 铁路和公路运输车辆 交通控制系统 起重机，升降平台,过程控制 供水和污水处理 石油化工,玻璃工业 钢铁工业 矿山设备 食品与饮料工业,按照可编程控制器的工作原理，PLC分为输入部分、运算控制部分和输出部分三部分。 输入部分：将被控对象各种开关信息和操作台上的操作命令转换成可编程控制器的标准输入信号，然后送到PLC的输入端点。 运算控制部分：CPU按照用户程序的设定，完成对输入信息的处理，并可以实现算术、逻辑运算等操作功能。 输出部分：由PLC输出接口及外围现场设备构成。CPU的运算结果通过PLC的输出电路，提供给被控制装置。,1.2 S7-200 PLC,PLC入门,1. 可编程控制器的工作原理,1.2.1 S7-200PLC的构成,CPU硬件电路的构成： 可编程控制器由CPU，存储器，基本I/O接口电路，外设接口，电源等五大部分组成。,图1.1 PLC主机硬件电路,(1)中央处理器（CPU）：小型PLC多采用单片机或专用CPU (2)存储器（Memory）： EEPROM和RAM,PLC入门,2. 可编程控制器的硬件结构,图1.2 输入电路,（3） 基本I/O接口电路 可编程控制器输入电路 PLC内部输入电路作用是将PLC外部信号送至PLC内部电路。输入电路分为直流输入式（干接点式）和交流输入式两大类。,干接点式,直流式,交流式,PLC入门,图1.3 输出电路,可编程控制器输出电路 用来驱动被控负载（电磁铁、继电、接触器线圈等）。输出电路结构形式分为继电器式，双极型和晶闸管式等三种。,继电器式,双极型式,晶闸管式,(4) 接口电路：分为I/O扩展和外设通讯接口电路两大类。 (5) 电源： 5V和24VDC直流开关式稳压电源。,PLC入门,按照可编程控制器的工作原理，PLC分为输入部分、运算控制部分和输出部分三部分。 输入部分：将被控对象各种开关信息和操作台上的操作命令转换成可编程控制器的标准输入信号，然后送到PLC的输入端点。 运算控制部分：CPU按照用户程序的设定，完成对输入信息的处理，并可以实现算术、逻辑运算等操作功能。 输出部分：由PLC输出接口及外围现场设备构成。CPU的运算结果通过PLC的输出电路，提供给被控制装置。,PLC入门,1. 可编程控制器的工作原理,1.2.2 CPU224模块,面板结构：工作方式开关，模拟电位器，I/O扩展接口，工作状态指示和用户程序存储卡，I/O接线端子排及发光指示等。 RS-485通讯接口，用以连接编程器（手持式或PC机）、文本图形显示器、PLC网络等外部设备。,PLC入门,图3. 1 CPU 224主机的结构,1. CPU 224型PLC结构,1.2.2 CPU224模块,输入电路采用双向光耦，24V DC极性任意选择。 输出电路采用IGBT器件的双极型电路。,PLC入门,图1.5 CPU 224I/O电路,（1）集成I/O （CPU）,CPU224设有24V、280mA直流电源供输入点使用。,2. CPU 224 接线图,输入电路： 1M为IB0字节输入端子的公共端。 、2M为IB1字节输入端子的公共端。,PLC入门,图1.5 CPU 224外部电路接线,输出电路： 1L为Q0.0Q0.3输出端子的公共端。 2L为Q0.4Q0.6输出端子的公共端。 3L为Q0.7Q1.1输出端子的公共端。,PLC入门,CPU 224 的高速计数脉冲输入端（I0.0I0.5），响应速度为30KHz。 CPU 224 的2个高速脉冲输出端（Q0.0、Q0.1），输出脉冲频率可达20KHz。用于脉冲束和PWM高速脉冲输出。,S7-200 CPU存储器有RAM和EEPROM两种。 系统掉电时，自动将RAM中的有关内容保存到EEPROM存储器。,图1.6 S7-200 CPU 的存储器,3. CPU 224的高速反应性,4. CPU 224 的存储系统,PLC入门,用来改变特殊寄存器（SM32、SM33）中的数值。,5.模拟电位器,6. 扫描周期,S7-200 CPU连续执行用户任务的循环序列称为扫描。,图1.7 CPU扫描周期,一个机器扫描周期（用户程序运行一次），分为读输入（输入采样），执行程序，处理通讯请求，执行CPU自诊断，写输出（输出刷新）等五个阶段，CPU周而复始地循环扫描工作。 也可简化为读输入（输入采样）、执行用户程序和写输出（输出刷新）三个阶段。,PLC入门,S7-200 CPU的两种工作方式,STOP（停止）,RUN（运行）,方式开关,软件设置,STOP指令,改变工作方式的方法,使用工作方式开关改变工作状态 面板上的工作方式开关有三个档位：STOP、TERM（Terminal）、RUN （停止终端运行）。,7. CPU的工作方式,PLC入门,1. 数据存储类型及寻址方式,1.2.3 S7-200PLC的内部软元件,PLC内部设计了编程使用的各种软元件，在数据存储区为每一种软元件分配一个存储区域。 PLC与继电器控制的根本区别在于PLC采用的是软器件，以程序实现各器件间的连接。,（1） 数据存储器的分配 S7-200按软元件的种类将数据存储器分成若干个存储区域 ，每个区域存储单元按字节编址，可以进行字节、字、双字和位操作 。,PLC入门,（2）数值表示方法 数据类型有布尔型（BOOL）、整数型（INT）、双整数（DINT）和实数型（REAL）。,表1.1 数据大小范围及相关整数范围,输入映像寄存器： 输入映像寄存器区域共16个字节，编址范围（I0.0I15.7）；数据可以按位、字节、字长、双字操作（该区域按位操作又被称作输入继电器）。,（1）输入输出映像寄存器,图3. 9 输入位操作示意图,位操作原理： 输入继电器线圈由外部信号驱动，常开触点和常闭触点供用户编程使用。,S7-200 PLC,数据存储区分为：I/Q、V、M、S、SM、L、T、C、AI/AQ、AC和HC，共11类内部元器件区域，供用户编程使用。,2. S7-200数据存储区及软元件功能,数据寻址方式： 立即数寻址、直接寻址和间接寻址三大类。 立即数寻址：#100 直接寻址：位寻址如图1.9。 字节、字、双字寻址 （直接寻址） 例：VB100、VW100、VD100,图1.9 位寻址,间接寻址：例：MOVW AC1，AC0 将AC1作为内存地址指针，把以AC1中内容为起始地址的内存单元的16位数据送到累加器AC0中。,图1.11 间接寻址,PLC入门,（3）S7-200寻址方式,输出映像寄存器： 编址范围（Q0.0-Q15.7），用来将PLC的输出信号传递给负载，数据可以按位、字节、字长、双字操作（该区域按位操作又被称作输出继电器） 。,位操作原理： 输出线圈用程序指令驱动，常开触点和常闭触点供用户编程使用。,图3. 10 输出位