S7-200PLC原理及应用.pps

S7-200 PLC原理及应用 主讲：詹泽海 深圳职业技术学院 电话第一章 概述 PLC应用的广泛性与重要性 什么是PLC PLC的基本结构 PLC的应用领域 PLC的由来和历史 PLC的主要特点 PLC的一些高级话题 Shenzhen Polytechnic*2 PLC应用的广泛性与重要性 PLC应用的广泛性 现代流程工业(化工,电力,冶金等) 离散制造业(汽车,大型装备制造,家电行业) 物流(货舱控制) 农业,气象,航天领域 PLC的重要性 重要专业课 必须掌握的工作技能 Shenzhen Polytechnic*3 PLC是什么PLC在工厂(感性认识) 某钢铁公司的工业加热炉现场 Shenzhen Polytechnic*4 PLC是什么PLC在工厂(感性认识 ) 某钢铁公司的锅炉现场和加热炉现场 Shenzhen Polytechnic*5 PLC是什么?-IEC的标准定义 (1)专为工业环境下应用设计的数字运算操作的电子系统。 (3)通过数字式、模拟式的输入、输出控制各类型的机械或生产过程。 (4)按易于使工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。 (2)采用可编程程序存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制 ，定时、计数和算术运算等操作的指令。 Shenzhen Polytechnic*6 PLC的基本结构 Shenzhen Polytechnic*7 PLC的应用领域 数字量逻辑控制 运动控制 闭环过程控制 数据处理 通信联网 Shenzhen Polytechnic*8 PLC的由来和历史 关于PLC的疑惑 从我们对于实际的工厂自动化可以看出，PLC( programmable logic controller 是广泛用在自动化领域内的控制器。它不仅可以根据系统工艺要求实现工业过程的 顺序控制，还可以实现温度、流量、压力、液位等模拟量的控制！ ？Question: 为什么PLC即能控制模拟量又可控制逻辑变量,只强调 可编程 逻辑 控制器 answer: PLC开始是从继电器逻辑控制而来的,主要是来实现顺序控制 的,后来模拟量的控制是与DCS融合的结果,历史原因! Shenzhen Polytechnic*9 PLC的由来和历史 (1)继电器控制 (2)问题 它是用弱电信号控制强电的电力控制系统(如下图所示) 复杂; 故障查找和调试都是十分麻烦 ;通用性和灵活性差 ;项目改造工期长 费用高。 Shenzhen Polytechnic*10 PLC的由来和历史 (3)解决方案-PLC (GM10条) 这些问题需要寻求一种新的控制装置来取代老式的继电器控制 ,使得电器控制系统更加灵活,适应于工艺变动. 能用在工业现场 ; 能改变其控制”逻辑”,而不需要改动组成他的元件和修改 内部接线;出现故障易于诊断和维护( 与IEC的标准定义相印证) Shenzhen Polytechnic*11 PLC的主要特点 编程方法简单易学 功能强，性能价格比高 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 可靠性高，抗干扰能力强 系统的设计，安装，调试工作量少 维修工作最小，维护方便 体积小，能耗低 Shenzhen Polytechnic*12 可编程控制器发展趋势 n高性能，高速度，大容量 n微型化 n分布式I/O和智能I/O 分布式I/O灵活的连接现场设备 解决远程控制与分散控制 Shenzhen Polytechnic*13 分布式I/O-ET200M n分布式I/O ET 200M n安装在控制室或现场 n采用S7-300系列完整的 I/O 产品体系 n用于防爆区内的本安模板Ex nHART 协议模拟量输入模板 n通过PROFIBUS-DP 连接AS与I/O n可选光缆连接 n通信线缆冗余 Shenzhen Polytechnic*14 分布式I/O-ET200iS 2 x AO HART 2 x AI HART 2 x AI RTD 2 x AO 0.20mA 4 x DI Namur 防爆区域解决方案 Shenzhen Polytechnic*15 可编程控制器发展趋势 n可编程程序控制器编程语言的标准化 nPLC的网络化 n其他趋势(高级话题) Shenzhen Polytechnic*16 PLC的一些高级话题 nPLC在整个现代的自动化工厂所处的地位,与工厂的综 合自动化. nPLC,PC,工业PC,(甚至单片机,ARM,DSP,CPLD)有什么区 别与联系?如果不仅仅考虑应用那么我们是否可以开发 出PLC-国内浙大中控,安控等开发出PLC产品. n基于PC的软PLC的研究方向与产品(siemense WinAC, 研华ADAM-5501/P30等) n在PLC控制系统中所包含的 3C(computer,control,communication). Shenzhen Polytechnic*17 工厂综合自动化-概貌(ERP- MES-PCS) Industrial Ethernet / Fast Ethernet PROFIBUS- DP COx, NOx, . AS 417 AS 416 AS 414ET 200M Ex-I/O HART PROFIBUS- DP DP/PA - Link ET 200i S PROFIBUS- PA PROFIBUS- DP SAP R/3 Office LAN Ethern et Office LAN Ethern et 工厂 维护 工厂 信息 PCS 7 / OPC- Server Internet/Intran et 工厂优 化先进 控制软 件包 OS- LAN Ethern et OS 客户机 / 多客户机 OS-服务器 (冗余) 批处理 服务器/客户机 服务 器 ES SIMATIC PDM Engineerin g Toolset OS 单站 (多屏) PROFIBUS-PA ET 200M Fail- Safe DP/PA- Link AS 414 F/FH AS 417 F/FH ET 200M PROFIBUS- DP O S O P AS 414 H AS 417 H ET 200M PROFIBUS- DP DP/PA- Link PROFIBUS- PA Y-Link COx, NOx, . OS ES PCS 7 启动包 AS 414 *18Shenzhen Polytechnic 工厂综合自动化-简化 ET 200M 标准接口 MIS, ERP, 资产管理 控制器 S7-400 工业以太网 SIMATIC PCS 7 工程师站 SIMATIC PDM: - PROFIBUS-PA - PROFIBUS-DP - HART PROFIBUS-PA 现场设备 SIPART PSSITRANS P PROFIBUS-DP 现场总线 PROFIBUS DP SIPOS 3, 5 SIPART DR SIMOVERT SIMOCODE DP/PA- Link ET 200iS 4-20 mA / HART 4-20 mA / HART I/O module 4-20 mA / HART SITRANS F *19Shenzhen Polytechnic 徐州炼焦气化厂系统配置图 焦炉控制室 东厂调度室 硫铵控制室冷凝控制室粗苯控制室煤气鼓风机控制室 ET200M ET200M ET200M ET200M ET200M ET200M ET200M ET200M OLM 工程师站 冗余环形工业以太网100M/S 煤气鼓风机 操作站 操作站操作站 AS-414H冗余控制站 冗余PROFIBUS-DP 光纤 煤塔计量红外测温 厂级 管理 系统 推焦管理 操作站操作站操作站操作站操作站 ET200M ET200M ET200M ET200M ET200M *20Shenzhen Polytechnic PLC控制所体现的3C *21Shenzhen Polytechnic 本节的主要内容小结 什么是PLC PLC的基本结构 PLC实现的两大类控制 PLC的由来和历史 主要的PLC PLC的主要特点 PLC控制在整个工厂综合自动化的层次 Shenzhen Polytechnic*22 本课程的重点内容 n本课程将以西门子s7-200PLC为例,重点 来学习以下内容 PLC的硬件组成和工作原理（难点） PLC的指令系统与编程初步 PLC顺序控制程序设计技术（难点） PLC模拟量控制 PLC在工业过程中应用问题 Shenzhen Polytechnic*23 第2章 PLC的硬件结构与工作原理 PLC的硬件结构 n整体式PLC CPU模块，I/O模块和电源模块 在一个箱形机壳内。 n模块式PLC 1.物理结构 Shenzhen Polytechnic*25 CPU模块中的存储器 n随机存储器（RAM） 读/写；掉电丢失；工作速度快； n只读存储器（ROM） 读/不能写，掉电保存（用来存放PLC的系统程序） n可以电擦除可编程的只读存储器（EEPROM） 读/写；非易失性；随机存取 存储器系统包括：系统程序存储器和用户程序存储器。 系统程序是PLC的操作系统，存在ROM中。 用户程序是由用户编写的系统程序。 Shenzhen Polytechnic*26 I/O模块 n输入模块（ 见图2-3） Shenzhen Polytechnic*27 I/O模块 n输出模块（见图2-4，2-5） Shenzhen Polytechnic*28 输出模块 n数字量输出电路的功率元件包括：小型继电器 和场效应管 n特点 (1).继电器输出模块电压范围广，承受过载能力强，动 作速度慢 (2).场效应管用于直流负载，可靠性高，反应速度快， 寿命长，过载能力差。 Shenzhen Polytechnic*29 PLC的工作原理 n用触点和线圈实现逻辑运算（布尔量） Shenzhen Polytechnic*30 用触点线圈实现逻辑运算 Shenzhen Polytechnic*31 PLC的工作模式 nPLC的工作模式； RUN模式：执行用户程序； STOP模式：创建和编辑用户程序，设置PLC的硬件功 能，并将用户程序和硬件设置信息下载到PLC n改变工作模式的方法； 用模式开关改变工作方式； 用STEP7-Micro/WIN32软件改变工作方式； n在程序中改变工作模式； Shenzhen Polytechnic*32 PLC工作原理 读取输入 执行用户程序 通信处理 CPU自诊断测试 改写输出 中断程序的处理 立即I/O的处理 Shenzhen Polytechnic*33 PLC的工作过程 Shenzhen Polytechnic*34 PLC工作原理 n扫描工作方式 n读取输入 (1)过程映像区 (2)读取过程：读取数字量输入的状态（ON/OFF) 外部输入电路闭合：过程映像为1，梯形图常开触点 接通，常闭触点断开； 外部输入电路断开：过程映像为0，梯形图常开触点 断开，常闭触点接通； Shenzhen Polytechnic*35 PLC工作原理 n执行用户程序 （1）读I/O映像寄存器以及其他位元件； （2）执行指令，进行逻辑运算（从左到右,从上到下）； （3）运算结果写入输出映像寄存器； n注意 （1）在程序执行过程中，输入变化不影响结果； （2） I/O映像寄存器优点； Shenzhen Polytechnic*36 PLC工作原理 n通讯处理 处理从通信接口或智能模块接收到信息，读通信数据 放缓充区； nCPU自诊断测试 （1）自动定期检查CPU模块操作和扩展模块操作； （2）复位监控程序（看门狗程序） n改写输出 将输出过程映像寄存器的0/1状态传送到输出模块并 锁存起来 Shenzhen Polytechnic*37 PLC工作原理 n中断程序的处理 中断发生，CPU停止正常扫描工作模式，立即执行 中断功能； n立即I/O的处理 直接存取I/O点； （1）立即读I/O指令读输入点值时，输入过程映像寄 存器值不被更新； （2）立即写输出点，输出映像更新； Shenzhen Polytechnic*38 PLC工作过程举例 Shenzhen Polytechnic*39 PLC工作过程举例 n读取阶段 CPU将SB1，SB2的常开触点的ON/OFF读入相应的过 程映像区。 n执行用户指令； n修改输出阶段； CPU将各输出过程映像寄存器中二进制传送给输出模 块并锁存起来。 Shenzhen Polytechnic*40 输入输出滞后时间 n滞后时间概念: 系统响应时间，PLC外部输入信号发生变化时刻至它控制的有关 外部输入信号发生变化的时刻之间的时间间隔。 n组成: 滞后时间=输入电路滤波时间+输出电路的滞后时间+扫描工作模 式的滞后时间 n各部分分析: Shenzhen Polytechnic*41 PLC的安装与地址分配 模块的安装与拆卸 本机I/O与扩展I/O的地址分配 S7-200的外部接线与电源的选择； Shenzhen Polytechnic*42 PLC的安装与地址分配 Shenzhen Polytechnic*43 PLC的安装与地址分配 扩展时各模块可以随意放置前后位置 *44Shenzhen Polytechnic PLC的安装与地址分配 分配地址时，各模块的位置按各自的类型 进行排列，即数字量与模拟量互不影响，输 入与输出互不影响。 *45Shenzhen Polytechnic PLC的安装与地址分配 数字量模块以8点，即每点一个字为单位 分配地址给模块。 *46Shenzhen Polytechnic PLC的安装与地址分配 模拟量模块以2点，即每点一个字为单位 分配地址给模块。 *47Shenzhen Polytechnic PLC的安装与地址分配 *48Shenzhen Polytechnic 交流电源于直流电源的外部接线 Shenzhen Polytechnic*49 对于感性负载的处理 Shenzhen Polytechnic*50 习题 (1)可编程序控制器主要由、和 组成。 (2)继电器的线圈“断电”时，其常开触点，常闭 触点o (3)外部的输入电路接通时，对应的输入映像寄存器 为状态，梯形图中对应的常开触点，常闭 触点o Shenzhen Polytechnic*51 n (4)若梯形图中输出Q的线圈“断电”，对应的输出映 像寄存器为状态，在修改输出阶段后，继电器 型输出模块中对应的硬件继电器的线圈，其常 开触点，外部负载。 n 2整体式可编程序控制器与模块式可编程序控制 器各有什么特点?分别适用于什么场合？ n 3. RAM与EEPROM各有什么特点?使用RAM存储用 户程序时应注意什么问题? 习题 Shenzhen Polytechnic*52 n4. 交流数字量输入模块与直流输入模块分别适 用于什么场合? n 5. 数字量输出模块有哪几种类型?它们各有什 么特点? n 6. 简述可编程序控制器的扫描工作过程。 习题 Shenzhen Polytechnic*53 输出寄存 器 输入寄存 器 处理请求自诊断检 查 输出模块 接触器KM 1 0 执行程序 0 1 Shenzhen Polytechnic*54 第3章 PLC的程序设计基础 主要讲解内容 PLC的编程语言与程序结构 存储器的数据类型与寻址方式 CPU的数据存储区 STEP 7-Micro/WIN软件使用 PLC编程的基本指令系统 位逻辑指令 定时器指令，计数器指令 传送指令，移位指令等 Shenzhen Polytechnic*56 PLC的编程语言与程序结构 nPLC编程语言的国际标准IEC61131-3 n顺序功能图（SFC）：分析，设计的基本方法； n梯形图（LAD)：本门课程的主要方法； n功能块图(FBD) n指令表(STL) n结构化文本(ST) Shenzhen Polytechnic*57 顺序功能图SFC与梯形图LAD 1.顺序功能图（SFC) 顺序功能图是分析，设计数字量控制的基本方法 步，转化，动作是顺序功能图的三种元件。 2.梯形图(LAD) 梯形图是使用最多的PLC编程语言。触点，线圈 和方框图表示； Shenzhen Polytechnic*58 语句表（STL） S7系列PLC将指令表称为语句表。 （1）使用与汇编语言相似的助记符的表达式 （2）语句表可以和梯形图相互转化 Shenzhen Polytechnic*59 PLC的程序结构 nPLC的程序结构 S7-200CPU的控制程序由主程序，子程序和中断 程序组成； n主程序：(OB1)每个项目只有一个主程序，在主程 序中可以调用子程序和中断程序； n子程序：可选的指令的集合，仅在被其他程序调 用时执行。 n中断程序：中断程序不是被主程序调用，他们在 中断事件发生时由操作系统调用； Shenzhen Polytechnic*60 存储器数据类型与寻址方式 *61Shenzhen Polytechnic 存储器数据类型与寻址方式 位:(布尔型) *62Shenzhen Polytechnic 存储器数据类型与寻址方式 *63Shenzhen Polytechnic 存储器数据类型与寻址方式 *64Shenzhen Polytechnic 存储器数据类型与寻址方式 *65Shenzhen Polytechnic 存储器数据类型与寻址方式 *66Shenzhen Polytechnic 存储器数据类型与寻址方式 *67Shenzhen Polytechnic 存储器数据类型与寻址方式 *68Shenzhen Polytechnic 存储器数据类型与寻址方式 *69Shenzhen Polytechnic 存储器数据类型与寻址方式 *70Shenzhen Polytechnic 注意事项 *71Shenzhen Polytechnic 注意事项 高地址低字节 *72Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区 *73Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（I） *74Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（I） *75Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（I） *76Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（I） 16字节 128点 *77Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（Q） *78Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（Q） *79Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（Q） *80Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（Q） *81Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（V） *82Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（V） *83Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（V） 8K2K10K10K *84Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（M） *85Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（M） *86Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（M） 32字节 256位 *87Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（T） *88Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（T） *89Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（T） *90Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（C） *91Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（C） *92Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（C） *93Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（AI） *94Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（AI） *95Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（AI） *96Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（AI） 16通道32通道32通道32通道 *97Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区(AQ) *98Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区(AQ) *99Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区(AQ) *100Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区(AQ) 16通道32通道32通道32通道 *101Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（L） *102Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（L） *103Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（L） *104Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（L） *105Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（SM） *106Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（SM） *107Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（SM） *108Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（SM） *109Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（SM） 300字节550字节550字节550字节 *110Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（SM） *111Shenzhen Polytechnic CPU的数据存储区（SM） *112Shenzhen Polytechnic STEP 7-Micro/WIN软件使用 编程软件的安装和设置中文界面 基本菜单介绍 通讯口设置 如何输入和编辑程序 编译和下载，运行和调试 *113Shenzhen Polytechnic S7-200位逻辑指令 输出 立即输出 置位，复位 立即置位，立即复位 其他指令（取反NOT,跳变，空操作 ） Shenzhen Polytechnic*114 S7-200位逻辑指令 NOT P N 常开触点 常闭触点 取反 立即常开 正跳变 负跳变 立即常闭 （ ） （ R ） （ RI ） （ ） （ ）S （ ）SI 输出 立即输出 置位 立即置位 复位 立即复位 Shenzhen Polytechnic*115 S7-200位逻辑指令 立即输出：只能用于输出量（），执行该指令时，将栈顶值立即写入指定 的物理输出位和对应的输出过程映像区 置位与复位： 从指定的位地址开始的N个位地址都被置位（变为） 或复位（变为）； （ ） （ ）S （ ）R Shenzhen Polytechnic*116 S7-200位逻辑指令 立即置位与立即复位 执行SI或RI指令时，从指定位地址开始的N个连续的物理输出点将被立即 置位或复位，N=1128 该指令只能用于输出量Q，新值被同时写入对应的物理输出点和输出过程映像区 立即触点： 立即触点指令只能用于输入量I，执行立即触点指令时，立即读入 物理输入点的值，根据该点的值决定触点的接通/断开。 立即出点指令并不更新物理输入点对应的输入过程映像区的值 （ RI ）（ ）SI Shenzhen Polytechnic*117 S7-200位逻辑指令应用 *118Shenzhen Polytechnic S7-200位逻辑指令应用 24V I0.1 I0.0 COM Q0.0 COM KM SB2 SB1 220V *119Shenzhen Polytechnic S7-200位逻辑指令应用 *120Shenzhen Polytechnic S7-200位逻辑指令应用 自已动手设计一 个电动机正反转 控制程序 *121Shenzhen Polytechnic 定时器与计数器指令 接通延时定时器 接通延时定时器（TON）的使能输入端（IN）的输入电路接通时开始 定时。 当前值大于等于预置的设定值时，定时器位变为ON，梯形图中 对应的定时器的常开触点闭合，常闭触点断开。达到设定值后，当前值仍然 计数，直到最大值32767 输入电路断开后，定时器自动复位，当前值清零，定时器为变为OFF.d *122Shenzhen Polytechnic 定时器与计数器指令 断开延时定时器指令 断开延时定时器(TOF),用来在IN输入电路断开后延时一段时间后 ，再使定时器变为OFF；接在定时器IN输入端的输入电路接通时 ，定时器位变为ON,当前值被清零。输入电路断开后，开始定时， 当前值从0开始增大。当前值等于设定值，输出位变为OFF,当前值 保持不变，直到输入电路接通。 Shenzhen Polytechnic*123 定时器与计数器指令 保持型接通延时定时器 保持型接通延时定时器的输入电路接通时，开始定时。当前值大于 等于设定值时，定时器位变为ON，达到设定值后，当前值仍然继 续计数直到达到32767 注意：只能用复位（R）指令来复位，使它当前值变为0，同时使定 时器位为 OFF Shenzhen Polytechnic*124 定时器应用 *125Shenzhen Polytechnic 定时器应用 试利用定时器设 计一个循环正反 转程序 *126Shenzhen Polytechnic 定时器与计数器指令 加计数器(CTU) 当复位输入(R)电路断开，加计数器脉冲输入(CU)电路由断开变化为接通 （即CU信号的上升沿），计数器的当前值加1，直至计数最大值32767。 当前值大于等于设定值(PV)时，计数器为被置1。当复位输入（R）为ON 或执行复位指令时，计数器被复位，计数器位变为OFF,当前值被清零。 *127Shenzhen Polytechnic 定时器与计数器指令 减计数器(CTD) 在减计数脉冲的上升沿（从OFF到ON),从设定值开始，计数的当前值 减1，减至0时，停止计数，计数器位被置1。装载输入（LD）为ON时 计数器位被复位，并把设定值装入当前值。 *128Shenzhen Polytechnic 定时器与计数器指令 加减计数器(CTD) 在加计数脉冲（CU）的上升沿，计数器的当前值加1，在减计数脉冲 输入（CD）的上升沿，计数器的当前值减1，当前值大于等于设定值 时，计数器位被置位。当复位输入为ON时，或对计数器执行复位指令 时，计数器被复位。 *129Shenzhen Polytechnic 定时器与计数器指令 She