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可编程控制器（可编程控制器（PLCPLC）应用技术应用技术 PLC应用技术应用技术 学习情境一 S7200可编程控制器基本模块的使用1.1 概述概述1.2 PLC的硬件的硬件组成成1.3 PLC的的软件系件系统1.4 PLC的工作的工作过程程1.5 建立建立PLC与与计算机的算机的连接接 （STEP-7 MICRO/WINSTEP-7 MICRO/WIN入入门）PLC应用技术应用技术 1 1.1 .1 概述概述 PLCPLC在早期是一种开关逻辑控制装置，被在早期是一种开关逻辑控制装置，被称为可编程序逻辑控制器称为可编程序逻辑控制器(Programmable(Programmable Logic Controller)Logic Controller)，简称，简称PLCPLC。随着计算机技术和通信技术的发展，随着计算机技术和通信技术的发展，PLCPLC采用微处理器作为其控制核心，它的功能已采用微处理器作为其控制核心，它的功能已不再局限于逻辑控制的范畴。因此，不再局限于逻辑控制的范畴。因此，19801980年年美国电气制造协会美国电气制造协会(NEMA)(NEMA)将其命名为将其命名为Programmable Controller(PC)Programmable Controller(PC)，但为避免与，但为避免与个人计算机个人计算机(Personal Computer)(Personal Computer)的简称的简称PCPC混混淆，习惯上仍将其称为淆，习惯上仍将其称为PLCPLC。PLC应用技术应用技术 1.1.1 PLC的定义 国际电工委员会（IEC）于 1982年11月1985年1月对可编程序控制器作了如下的定义：“可可编程序控制器是一种数字运算操作的程序控制器是一种数字运算操作的电子系子系统，专为在工在工业环境下境下应用而用而设计。它采用可。它采用可编程序的存程序的存储器，用来在其内部存器，用来在其内部存储执行行逻辑运算、运算、顺序控制、定序控制、定时、计数和算数和算术运算等操作的命令，运算等操作的命令，并通并通过数字式模数字式模拟式的式的输入和入和输出，控制各种出，控制各种类型的机械或生型的机械或生产过程。可程。可编程序控制器及其有关程序控制器及其有关设备，都，都应按易于与工按易于与工业控制系控制系统联成一个整体，成一个整体，易于易于扩充功能的原充功能的原则而而设计”。PLC应用技术应用技术 PLC的定义 PLC是一种数字运算操作是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下的电子系统，专为工业环境下应用而设计的工业控制装置。应用而设计的工业控制装置。PLC应用技术应用技术 PLC的产生与发展PLC的应用领域PLCPLC与其他工业控制系统的比较与其他工业控制系统的比较 PLC与继电接触器控制系统的比较 PLCPLC与计算机控制系统的比较与计算机控制系统的比较PLCPLC 的特点的特点请同学们结合右边的主题写一篇关于PLC在某个领域应用的综述PLC应用技术应用技术 PLC的基本组成的基本组成PLC主要由CPU模块、输入/输出模块、电源模块和外部设备组成 PLC应用技术应用技术 整体式整体式组合式组合式 PLC的基本分类的基本分类小型机常采用整体式小型机常采用整体式中、大型机常采用组合式中、大型机常采用组合式1.2 认知PLC的硬件组成PLC应用技术应用技术 输输出出设设备备输输入入设设备备 I/OI/O扩展扩展 单元单元 特殊功特殊功 能单元能单元主机主机输输出出单单元元输输入入单单元元 电电 源源外外设设接接口口I/O/O扩扩展展口口存存 储储 器器 系统程序系统程序 存储器存储器 C P U 用户程序用户程序 存储器存储器盒式磁带机盒式磁带机打印机打印机EPROMEPROM写入器写入器 上位计算机上位计算机 PLCPLC编程器编程器可编程终端可编程终端PTPT 整体式整体式 PLC的基本组成框图的基本组成框图PLC应用技术应用技术 组合式组合式 PLC的基本组成框图的基本组成框图 系系 统统 总总 线线通信单元通信单元 控控 制制 系系 统统 现现 场场 过过 程程CPU单元单元输出单元输出单元 编程器编程器PLC或或上位计算机上位计算机智能智能I/O单元单元输入单元输入单元PLC应用技术应用技术 输入并存储用户程序、显示输入内容和地址；输入并存储用户程序、显示输入内容和地址；CPU指挥指挥PLC完成各种预定的功能完成各种预定的功能 检查、校验用户程序，发现错误即报警；检查、校验用户程序，发现错误即报警；执行用户程序、驱动外部输出设备动作；执行用户程序、驱动外部输出设备动作；诊断故障、记忆故障信息并报警。诊断故障、记忆故障信息并报警。1 1.2.1.2.1 CPU单元单元PLC应用技术应用技术 PLC中所采用的CPU通常有三种：（1）通用处理器：8086、80286、80386（2）单片机芯片：8031、8096（3）位片式微处理器：AMD-2900小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU大型PLC多采用高速位片式微处理器PLC应用技术应用技术 系统程序存储器系统程序存储器 存储系统系统程序存储系统系统程序用户程序存储器用户程序存储器 存储系统用户程序存储系统用户程序工作数据存储器工作数据存储器 存储工作数据存储工作数据 2.存储器存储器PLC应用技术应用技术 RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。存放监控程序和用户已调试好的程序。存储器存储器PLC应用技术应用技术 PLC与外部设备联系的桥梁与外部设备联系的桥梁 开关量输入单元开关量输入单元 开关量输出单元开关量输出单元 直流输入单元直流输入单元 交流输入单元交流输入单元晶体管输出单元晶体管输出单元晶闸管输出单元晶闸管输出单元继电器输出单元继电器输出单元 1 1.2.2.2.2.I/OI/O单元单元PLC应用技术应用技术 输入、输出接口：输入、输出接口：采用光电隔离，实现了采用光电隔离，实现了PLC的内部电的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。输出接口作用：输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。输出三种形式：输出三种形式：继电器继电器-低速大功率低速大功率 可控硅可控硅-高速大功率高速大功率 晶体管晶体管-高速小功率高速小功率输入接口作用：输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。转换成数字信号送入主机。PLC应用技术应用技术 （1）输入接口电路：）输入接口电路：采用采用光电耦合器，防止强电干扰。光电耦合器，防止强电干扰。COM光电三极管光电三极管发光二极管发光二极管直流电源直流电源输入端子输入端子+PLCIn+24V发光二极管发光二极管PLC应用技术应用技术 直流输入电路直流输入电路M+5VLEDSR3R1AR2CT 内内 部部 电电 路路滤波滤波 光电耦合光电耦合 外部开关外部开关 输入点的输入点的状态显示状态显示 输入点输入点 公共端公共端 PLC应用技术应用技术 交流输入电路交流输入电路LED+5VAR2MSCR1 内内 部部 电电 路路R3滤波滤波 光电耦合光电耦合 输入点的输入点的状态显示状态显示 外部开关外部开关 输入点输入点 PLC应用技术应用技术 继电器输出继电器输出（2）输出接口电路：）输出接口电路：以以继电器形式为例：继电器形式为例：PLC内内部部电电路路内内部部电电路路K+交流电源或交流电源或直流电源直流电源QL+-PLC应用技术应用技术 晶体管输出电路晶体管输出电路T2LEDDFU+5V内内 部部 电电 路路T1R1R2R3负载负载光电耦合光电耦合 输出点的输出点的状态显示状态显示 公共端公共端 输出点输出点 PLC应用技术应用技术 晶闸管输出电路晶闸管输出电路LEDR2 C TFU内内 部部 电电 路路R1负载负载光电耦合光电耦合 输出点的输出点的状态显示状态显示 公共端公共端 输出点输出点 PLC应用技术应用技术 继电器输出电路继电器输出电路LED K R内内 部部 电电 路路负载负载输出点的输出点的状态显示状态显示 继电器继电器 机械机械触点触点 公共端公共端 输出点输出点 PLC应用技术应用技术 PLC由开关式稳压电源为内部电路供电由开关式稳压电源为内部电路供电抗干扰性能好抗干扰性能好 有的有的PLC能向外部提供能向外部提供24V的直流的直流电源电源 可作为输入单元连接的外部设备的电源可作为输入单元连接的外部设备的电源 开关电源开关电源输入电压范围宽输入电压范围宽体积小体积小重量轻重量轻效率高效率高 1 1.2.3.2.3 电源单元电源单元PLC应用技术应用技术 电源单元电源单元把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源，可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。PLC应用技术应用技术 PLC的供电PLC应用技术应用技术 各种接口、高功能模块：各种接口、高功能模块：便于扩展便于扩展 小型机：小型机：一体机。有接口可扩展。一体机。有接口可扩展。PLC应用技术应用技术 Power in a Small Package!电源模块CPU模块IO模块底 板中、大型机：中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合模块式。可根据需要在主板上随意组合。PLC应用技术应用技术 PLC的外部设备主要有：的外部设备主要有：编程设备编程设备触摸屏触摸屏操作面板操作面板文本显示器文本显示器打印机打印机 等等 1.2.4 外部设备外部设备PLC应用技术应用技术 编程设备编程设备PCFP PROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTL WLORR WRANY WYSTX WXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTC EVTMT SVACLRENTBAFEDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4(DELT)CLRPLC应用技术应用技术 编程器是对编程器是对PLC进行操作的工具进行操作的工具 专专 用用 编编 程程 器器 在装有专用编程软件的计算机上编程在装有专用编程软件的计算机上编程 简易编程器简易编程器 直插式、便携式直插式、便携式 计算机辅助编程计算机辅助编程 图形编程器图形编程器 编程工具编程工具PLC应用技术应用技术 1.3 PLC的软件系统1.3.1 系系统程序程序 系系统程序程序是由PLC的制造者采用汇编语言编写的，固化于ROM型系统程序存储器中，用于控制PLC本身的运行，用户不能更改。系系统程序分程序分为：1.1.系系统管理程序管理程序2.2.用用户指令解指令解释程序程序3.3.标准程序模准程序模块和系和系统调用程序用程序 PLC应用技术应用技术 PLC的软件系统1.3.2 用用户程序程序 用用户程序程序又称又称为应用程序，是用用程序，是用户为完成某一控制任完成某一控制任务而利用而利用PLCPLC的的编程程语言言编制的程序。用制的程序。用户程序是程序是线性地存性地存储在系在系统程序制定的存程序制定的存储区内。区内。1 1用用户环境境 用用户环境是由系境是由系统程序生成的，它包括程序生成的，它包括用用户数据数据结构、用构、用户元件区、用元件区、用户程序存程序存储区、用区、用户参数、文件存参数、文件存储区等。区等。2 2用用户程序程序结构构 用用户程序程序结构大致可以分构大致可以分为三种：三种：（1 1）线性程序（性程序（2 2）分）分块程序（程序（3 3）结构化程序构化程序3 3用用户程序程序语言言 PLC PLC的的编程程语言有多种，其中梯形言有多种，其中梯形图、语句表、功能句表、功能块图是三种基本是三种基本语言。言。PLC应用技术应用技术 1.4 PLC的工作过程的工作过程PLCPLC的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程 接线程序控制与存储程序控制接线程序控制与存储程序控制 PLC应用技术应用技术 1.4.1 接线程序控制与存储程序控制 继电接触器控制系统，又称为继电接触器控制系统，又称为接线程序控制接线程序控制系统，是通过电系统，是通过电器元器件的固定接线来实现控制逻辑，完成控制任务的。器元器件的固定接线来实现控制逻辑，完成控制任务的。PLC应用技术应用技术 接线程序控制与存储程序控制 在在PLC控制系统中，用户根据控制要求编制出相应控制系统中，用户根据控制要求编制出相应的控制程序，并写入的控制程序，并写入PLC的程序存储器中。系统运行的程序存储器中。系统运行时，时，PLC将程序执行结果输出给相应的输出设备，控将程序执行结果输出给相应的输出设备，控制被控对象工作。制被控对象工作。这种控制称为这种控制称为存储程序控制存储程序控制。PLC应用技术应用技术 1.4.2 PLC 的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程 扫描工作分为扫描工作分为 5 个阶段个阶段 公公 共共 处处 理理 阶阶 段段 程程 序序 执执 行行 阶阶 段段 扫描周期计算阶段扫描周期计算阶段 I/O 刷刷 新新 阶阶 段段 外设端口处理外设端口处理 阶段阶段PLC应用技术应用技术 PLC的循环扫描工作过程 扫描工作一般分为：读输入、执行程序、处理通扫描工作一般分为：读输入、执行程序、处理通信请求、自诊断检查和写输出等过程，信请求、自诊断检查和写输出等过程，CPU反复不停反复不停地分阶段处理上述各种不同的任务，这种周而复始的地分阶段处理上述各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为循环扫描。循环工作方式称为循环扫描。执行用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用执行用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用户程序不运行时，户程序不运行时，PLC也在扫描，只不过在一个周期也在扫描，只不过在一个周期中去除了执行用户程序和读输入、写输出的内容。中去除了执行用户程序和读输入、写输出的内容。PLC最主要的工作方式是循环扫描（周期扫描）最主要的工作方式是循环扫描（周期扫描）PLC在运行工作状态，执行如上所述的一次扫描操在运行工作状态，执行如上所述的一次扫描操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为作所需的时间称为扫描周期，其典型值为1100ms。扫描周期与用户程序的长短、指令的种类和扫描周期与用户程序的长短、指令的种类和CPU的运的运算速度有很大的关系。用户程序较长时，指令执行的算速度有很大的关系。用户程序较长时，指令执行的时间在扫描周期中占相当大的比例。时间在扫描周期中占相当大的比例。PLC应用技术应用技术 设置各异常继电器异常：(ERR/ALM)LED灯亮警告：(ERR/ALM)LED 闪烁异常或警告？无有异常检查结果正常？扫描周期监视 时间预置执行用户程序 程序结束？(END命令？)NoYes扫描周期固定值设定检查 有固定值设置？等待设定扫描周期到 计算扫描周期 I/O 刷 新正常异常警告 接通电源初始化I/O外设端口 服务初始化I/O、内部辅助、特殊辅助、辅助记忆继电器区域清零定时器预置识别扩展单元公 共 处 理执行用户 程序扫 描 周 期 计 算 处 理刷新硬件、用户程序内存检 查 外设端口服务 接通电源接通电源 初始化初始化 硬件检查硬件检查 正常？正常？异常报警异常报警异常处理异常处理扫描周期监视扫描周期监视执行用户程序执行用户程序 程序结束？程序结束？扫描周期检查扫描周期检查有固定设置？有固定设置？等待等待扫描周期计算扫描周期计算 I/O刷新刷新外设端口服务外设端口服务 异常异常 公公共共处处理理 执执行行用用户户程程序序扫扫描描周周期期计计算算 刷刷 新新端端口口服服务务PLC应用技术应用技术 (1)PLC扫描工作各环节的功能扫描工作各环节的功能 PLC上电后，首先检查硬件是否正常。上电后，首先检查硬件是否正常。按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行。按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行。对输入的数据进行处理，对输入的数据进行处理，将结果存入元件映象寄存器。将结果存入元件映象寄存器。计算扫描周期。计算扫描周期。若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。母线母线 I/O刷新阶段。刷新阶段。外设端口服务。外设端口服务。读输入点的状态并写入输入映像寄存器。读输入点的状态并写入输入映像寄存器。将元件映像寄存器的状态经输出锁存器、输出电路送到输出点。将元件映像寄存器的状态经输出锁存器、输出电路送到输出点。访问外设端口连接的外部设备。访问外设端口连接的外部设备。PLC应用技术应用技术 读读读读读读写写写写 执行用户程序执行用户程序 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新 (2)PLC执行用户程序的过程执行用户程序的过程PLC应用技术应用技术 (3)PLC控制的原理控制的原理 等效电路图等效电路图SB1SB2ST公共端公共端公共端公共端输入部分输入部分输出端子输出端子输入端子输入端子用户程序用户程序输出部分输出部分主电路主电路KMFUFR M 3 QKMPLCSB1SB2KMSTI0.0I0.1I0.2Q0.01LL+PLC应用技术应用技术 KM线圈通电线圈通电SB1闭合闭合I0.0 闭闭合合接点闭合接点闭合KMFUFR M 3 QKM通电通电KM通电通电触点闭合触点闭合电动机转电动机转触点闭合触点闭合SB2STSB1KMPLCSB2STI0.0I0.1I0.2Q0.01L 1MPLC应用技术应用技术 KM线圈断电线圈断电I0.1断断开开接点断开接点断开KMFUFR M 3 QKM通电通电KM断电断电触点断开触点断开电动停转电动停转触点断开触点断开SB2STSB2闭合闭合PLCSB2STI0.0I0.1I0.2Q0.01L 1MKMPLC应用技术应用技术