可编程序控制器的结构和工作原理

PLC应用技术 第二章可编程序控制器的结构和工作原理 2020 4 13 2 2 1可编程序控制器的组成与基本结构2 2可编程序控制器的工作过程与工作原理2 3S7 200系列可编程控制器2 4可编程序控制器的编程语言 本章主要内容 2020 4 13 3 本章学习要求 重点内容 S7 200的结构 原理及编程语言了解内容 可编程序控制器的性能指标难点内容 梯形图的等效电路 2020 4 13 4 2 1可编程序控制器的组成与基本结构 PLC是一种工业控制用的专用计算机 它的实际组成与一般微型计算机系统基本相同 也是由硬件系统和软件系统两大部分组成 PLC的硬件系统由主机系统 输入 输出扩展环节及外部设备组成 PLC的软件系统由系统程序 又称系统软件 和用户程序 又称应用软件 两大部分组成 2020 4 13 5 一 PLC硬件结构示意图 输入 输出扩展环节 2020 4 13 6 1 系统程序系统程序由PLC的制造企业编制 固化在PROM或EPROM中 安装在PLC上 随产品提供给用户 系统程序包括系统管理程序 用户指令解释程序和供系统调用的标准程序模块等 2 用户程序用户程序是根据生产过程控制的要求由用户使用制造企业提供的编程语言自行编制的应用程序 用户程序包括开关量逻辑控制程序 模拟量运算程序 闭环控制程序和操作站系统应用程序等 二 可编程序控制器的软件系统 2020 4 13 7 2 2可编程序控制器的工作原理及主要性能指标 一 可编程序控制器的原理PLC是采用周期循环扫描的工作方式 CPU连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描 CPU对用户程序的执行过程是CPU的循环扫描 并用周期性地集中采样 集中输出的方式来完成的 一个扫描周期 工作周期 主要分为以下几个阶段 1 输入采样扫描阶段2 执行用户程序扫描阶段3 输出刷新扫描阶段 2020 4 13 8 二 可编程序控制器的等效电路 2 2可编程序控制器的工作原理及主要性能指标 2020 4 13 9 三 可编程序控制器的主要技术指标 1 输入 输出点数2 存储容量3 扫描速度4 指令系统5 通信功能 2 2可编程序控制器的工作原理及主要性能指标 2020 4 13 10 西门子S7系列可编程控制器分为S7 400 S7 300 S7 200三个系列 分别为S7系列的大 中 小型 超小型 可编程控制器系统 S7 200系列可编程控制器有CPU21X系列 CPU22X系列 其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号 常见的有CPU221 CPU222 CPU224和CPU226四种基本型号 2 3S7 200系列可编程控制器 2020 4 13 11 一 S7 200PLC系统组成1 CPU模块SIMATICS7 200系统CPU22X系列PLC主机 CPU模块 的外形 2 3S7 200系列可编程控制器 2020 4 13 12 CPU型号 2 3S7 200系列可编程控制器 2020 4 13 13 CPU22X主要技术性能指标 7个模块 2020 4 13 14 主机及I O特性 2020 4 13 15 2 输入输出扩展模块当主机单元模板上的I O点数不够时 或者涉及到模拟量控制时 除了CPU221以外 都可以通过增加扩展单元模板的方法 对输入 输出点数进行扩展 设备连接 2020 4 13 16 二 S7 200系列PLC数据存储及内部元器件功能数据类型字符串 布尔型 整数型和实数型 浮点数 2020 4 13 17 2 编址方式l位编址的指定方式为 区域标志符 字节号 位号如I0 0 Q0 0 I1 2 l字节编址的指定方式为 区域标志符 B 字节号 如IB0表示由I0 0 I0 7这8位组成的字节 l字编址的指定方式为 区域标志符 W 起始字节号 例如VW0表示由VB0和VB1这2字节组成的字 l双字编址的指定方式为 区域标志符 D 起始字节号 例如VD0表示由VB0到VB3这4字节组成的双字 2020 4 13 18 3 寻址方式 1 直接寻址直接寻址是在指令中直接使用存储器或寄存器的元件名称 区域标志 和地址编号 直接到指定的区域读取或写入数据 有按位 字节 字 双字的寻址方式 2 间接寻址间接寻址时操作数并不提供直接数据位置 而是通过使用地址指针来存取存储器中的数据 在S7 200中允许使用指针对I Q M V S T C 仅当前值 存储区进行间接寻址 1 使用间接寻址前 要先创建一个指向该位置的指针 2 指针建立好后 利用指针存取数据 2020 4 13 19 直接寻址 2020 4 13 20 4 元件功能 1 输入映像寄存器I 输入继电器 输入继电器是PLC用来接收用户设备输入信号的接口 共16个 2 输出映像寄存器Q 输出继电器 输出继电器是用来将输出信号传送到负载的接口 共16个 3 变量存储器V变量存储器主要用于存储变量 CPU224 226为V0 0 V5119 7共5KB存储容量 2020 4 13 21 4 内部标志位存储器 中间继电器 M内部标志位存储器 用来保存控制继电器的中间操作状态 其作用相当于继电器控制中的中间继电器 共256个 5 特殊标志位存储器SMPLC中还有若干特殊标志位存储器 特殊标志位存储器位提供大量的状态和控制功能 一般为SM0 0 SM299 7 6 局部变量存储器L64个 7 定时器TPLC所提供的定时器作用相当于继电器控制系统中的时间继电器 每个定时器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用 共256个 T0 T255 2020 4 13 22 8 计数器C计数器用于累计计数输入端接收到的由断开到接通的脉冲个数 共256个 C0 C255 9 高速计数器HC 10 累加器AC 11 顺序控制继电器S 状态元件 12 模拟量输入 输出映像寄存器 AI AQ 2020 4 13 23 2 4可编程序控制器的编程语言 一 可编程序控制器的编程语言 梯形图 LAD 2 指令表 STL 3 功能块图 FBD 2020 4 13 24 图2 7基本指令应用举例 a 梯形图 b 指令表 I0 0 I0 1 Q0 0 Q0 0 Q0 1 M0 1 I0 5 I0 3 I0 4 Q0 2 M0 1 a b LD O A LD A LDN AN I0 0 Q0 0 I0 1 Q0 0 I0 5 Q0 1 I0 3 M0 1 I0 4 M0 1 Q0 2 梯形图和指令表 2020 4 13 25 图2 8FBD简单实例 功能块图 2020 4 13 26 二 编程注意事项及编程技巧 1 程序应按自上而下 从左至右的顺序编写 2 线圈不能直接与左母线相连 如果需要 可以通过特殊内部标志位存储器SM0 0 该位始终为1 来连接 如图2 10所示 3 适当安排编程顺序 以减少程序的步数 串联多的支路应尽量放在上部 如图2 9所示 2020 4 13 27 图2 9 图2 10 2020 4 13 28 并联多的支路应靠近左母线 如下图所