国外plc设计经典教材

国外plc设计经典教材 第一章PLC的基本知识 PLC是可程序控制器的简称，是一种专门为在工业环境下应用而的数字运算操作的电子装置。它采用可以程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 1-1 接触器、继电器 一接触器 接触器是用来频繁地遥控接通或断开交直流主电路及大容量控制电路的自动控制电器。1.结构和组成 图（1） 2.各部分说明 给线圈加上电源，则线圈得电，从而使辅助触头1、2动作（一般为两对）；线圈失电， 辅助触头1、2恢复常态。 说明：本处没有涉及到主触头 二、继电器 继电器同接触器的结构大致相同，区别在于继电器一般不用来直接控制较强电流的主电路，因此它带的触头可以理解为都是辅助触头。它主要用于增加接触器的辅助触头，以弥补接触器置自身所带辅助触头的不足。 1. 结构和组成 图（2） 2.各部分说明 线圈加上电源，则线圈得电，触头1、2、3、4动作；线圈失电，辅助触头1、2、3、4恢复常态。 1-2PLC的基本结构及工作原理 从下面开始，我们将逐渐展开介绍PLC，为了说明问题方便，文中给出的 电动机控制线路图同实际情况有很大区别，主要体现在画法和元器件的使用上（如热继电器），敬请注意。 一、电动机的点动控制线路 1. 接触器控制原理图 图（3） 2.加入PLC 后的原理图 图（4） 图中说明：E1、E2为PLC内部带的直流电源 X0为PLC内部带的输入继电器 Y0为PLC内部带的输出继电器 工作原理如下：按下点动按钮SB后，继电器X0动作，X0常开触头闭合，使继 电器Y0动作，Y0常开触头闭合，KM线圈得电，主触头闭合，电动机点动；当放开SB后，按相反方向动作，电动机停止运行。 3.两个电路之间需说明的问题 （1） 对于初次接触PLC的人来说，不易理解的是：图（3）如此简单的线 路为何要搞成图（4）这么复杂，有这个必要吗？请你莫急，当你学完下一个内容，我们再来解释这个问题，你可能有所理解了。 （2）在电路中加入PLC后，实现了输入输出的隔离，更能实现安全生产。 （3）PLC内部带的继电器用X0、Y0表示。X0表示输入的继电器，Y0表示 输出的继电器。 （4）继电器X0、Y0的控制通过编程（软件）来实现。 二电动机正转连续控制线路 1接触器控制原理图 2加入PLC后的原理图 工作原理如下：按下起动按钮SB ，X0线圈得电，X0常开触头闭合，Y0线圈得电， Y0内部常开触头闭合自锁， Y0外部常开触头闭合使KM线圈得电，KM主触头闭合，电动机 正向启动连续运行 3学习该电路后需说明的问题 （1）由点动控制线路和正转连续控制线路比较后发现：利用接触器控制 需要改变接线才能实现控制功能的改变，而利用PLC控制，仅需 通过软件改变PLC的内部控制就能实现电路的控制变化，这就是PLC 的优点之一，复杂电路优势更加明显。 （2） PLC的另一个优点是：内部继电器（如X，Y）的触头可以无限使用， 而用传统的接触器、继电器的形式必须通过增加元器件才能增加辅助触头，从而增加线路的复杂性。 （3） PLC内部定时器、计数器等的使用使控制线路更具灵活性 （4）利用PLC还能实现数据处理、通信、人机对话、显示等强大的功能， 从而进一步提高自动化的水平。 三PLC的基本组成及工作过程 1基本构成 2各部分简单介绍 （1）电源 利用开关电源将AC 220V转化成直流电源，分别供给输入端信号开关、芯片、输出继电器。另有锂电池作为备份电源 （2）输入接口IN 将外部开关或传感器的信号传递给PLC （3）输出接口OUT 将PLC的控制信号输出到接触器、电磁阀等外部执行部件 （4）ROM 存放生产厂家的系统程序，用户不能更改 （5）RAM 存放随机变化的数据 （6）E2PROM 存放用户编写的程序，后续将着重讨论这部分内容 3.PLC的工作程序 PLC在信号取样阶段读入输入信号（X），完毕后逐条执行用户编写的程序，执行完毕后通过输出部件（Y）向外输出到被控设备的执行机构，以驱动被控设备。这一过程称为一个扫描周期，完成一个扫描周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。 1-3 PLC与继电器的联系及用户程序（梯形图）的编写 一PLC与继电器的联系 PLC控制是继电器控制的延续和发展，由PLC内部的微电子电路构成的模拟线圈和触点（软元件）取代了继电器的线圈和触点（硬元件），用PLC的程序指令代继电器控制的连接导线，将各个元件按照一定的逻辑关系连接起来，PLC控制的梯形图在许多方面可以看作是继电器控制的电路图。 电磁继电器本身所带的常开、常闭触点等有形、看得见的元件称为硬元件；与之相对应，存放在PLC的E2PROM中构成程序的常开、常闭触点等无形、看不见的元件称为软元件。 譬如，外部按钮SB是有形元件，所以称为硬元件，它的触点数是有限的；PLC内部的输入继电器实际是一个经光电开关隔离的无触点开关，并不是一般的继电器，是无形元件，所以称为软元件，它的触点数是无数的。 电磁继电器和PLC软元件图形符号的对照表如表1-1所示。与电磁继电器有一点不同的是，一个软元件的触点数目不受限制（前已有所叙述）。 可以理解为，PLC内部有大量的由软件程序构成的继电器、计时器和计数器等软元件，用软元件按照一定的规则将它们连接起来，实现一定的控制功能，用来取代继电器控制电路中的控制回路。 可编程控制器教学参考资料 ( SIEMENS S7-200 ) 宋君烈 编者注：因实验设备更新，配套教材出版周期较长。为帮助同学更好的理解教学内容，在征得可编程控制器选择、设计与维护一书的作者殷洪义教授同意后，特节选部分与教学有关的内容供大家参考。请同学尊重知识产权，课程全部结束后，应及时删除。 由于摘录匆忙，文中的段落、标号、内容衔接均有欠缺，请谅解。 东北大学信息学院 xx-11-04 一、 S7-200的组成原理 S7-200系列PLC是SIEMENS公司新推出的一种小型PLC。它以紧凑的结构、良好的扩展性、强大的指令功能、低廉的价格，已经成为当代各种小型控制工程的理想控制器。 S7-200 PLC包含了一个单独的S7-200 CPU和各种可选择的扩展模块，可以十分方便地组成不同规模的控制器。其控制规模可以从几点上到几百点。S7-200 PLC可以方便地组成PLC-PLC网络和微机-PLC网络，从而完成规模更大的工程。 S7-200的编程软件STEP7-Micro/WIN32可以方便地在Windows环境下对PLC编程、调试、监控，使得PLC的编程更加方便、快捷。可以说，S7-200可以完美地满足各种小规模控制系统的要求。 S7-200 的技术指标 目前S7-200系列PLC主要有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四种。档次最低的是CPU221，其数字量输入点数有点，数字量输出点数有点，是控制规模最小的PLC。档次最高的应属CPU226，CPU226集成了24点输入16点输 出，共有40个数字量I/O。可连接 个扩展模块，最大扩展至248点 数字量I/O点或35路模拟量I/O。 S7-200系列PLC四种CPU的 外部结构大体相同，见图2-l。 状态指示灯LED显示CPU所 处的工作状态指示。 存储卡接口可以扦入存储卡。 通讯接口可以连接RS-485总 线的通讯电缆。 顶部端子盖下边为输出端子和PLC供电电源端子。输出端子的运行状态可以由顶部端子盖下方一排指示灯显示，ON状态对应的指示灯亮。底部端子盖下边为输入端子和传感器电源端子。输入端子的运行状态可以由底部端子盖上方一排指示灯显示，ON状态对应的指示灯亮。 前盖下面有运行、停止开关和接口摸块插座。将开关拨向停止位置时，可编程序控制器处于停止状态，此时可以对其编写程序。将开关拨向运行位置时，可编程序控制器处于运行状态，此时不能对其编写程序。将开关拨向监控状态，可以运行程序，同时还可以监视程序运行的状态。接口插座用于连接扩展模块实现I/O扩展。 CPU226的技术指标 CPU226本机集成了24点输入16点输出共有40个数字量I/O。可连接个扩展模块，最大扩展至248点数字量I/O点或35路模拟量I/O。CPU226有13字节程序和数据存贮空间，个独立的30KH高速计数器，路独立的20KH高速脉冲输出，具有PID控制器。CPU226配有个RS-485通讯编程口，具有PPI通讯、MPI通讯和自由方式通讯能力。用于较高要求的中小型控制系统。 (1)CPU226与CPU221技术指标的区别 外形尺寸： 196*80*62 存储器： 程序存储器4096字 用户数据存储器 2560字 存储器类型EEPROM 存储卡 EEPROM 数据后备（超级电容） 190小时 编程语言 LAD，FBD和STL 程序组织 一个组织块（可以包含子程序和中断程序） 系统I/O： 本机I/O 24入16出 扩展模块数量个模块 数字量I/O映像区 256（128入128出） 数字量I/O物理区 248（128入120出） 模拟量I/O映像区 32入32出 模拟量I/O物理区 35（287）或14出 附加功能： 内置高速计数器 6个（30KH） 内置模拟电位器 2个（位分辨率） 脉冲输出个高速输出（20KH） 通讯中断发送器 _ 定时中断个（255） 输入中断个 实时时钟 内置 口令保护级口令保护 通讯：2个RS-485通讯口可用作PPI接口、MPI从站接口和自由口 为传感器提供5VDC电流：1000 CPU226的接线 DC输入DC输出： DC输入端由1M、0.0?1.4为第组，2M、1.5?2.7为第2组，1M、2M分别为各组的公共端。 24V DC的负极接公共端1M或2M。输入开关的一端接到24VDC的正极，输入开关的另端连接到CPU226各输入端。 DC输出端由1M、1+、0.0?0.7为第组，2M、2+、1.0?1.7为第2组组成。1L+、2L+分别为公共端。 第组24V DC的负极接1M端，正极接1L+端。输出负载的一端接到1M端，输出负载的另端接到CPU226各输出端。第2组的接线与第1组相似。 DC输入继电器输出： DC输入端与CPU226的DC输入DC输出相同。 继电器输出端由3组构成，其中N(-)、1L、0.0?0.3为第1组，N(-)、2L、0.4?1.0为第组，N(-)、3L、1.1?1.7为第3组。各组的公共端为1L、2L和3L。 第组负载电源的一端N接负载的N(-)端，电源的另外一端L(+)接继电器输出端的1L端。负载的另一端分别接到CPU226各个继电器输出端子。第2组、第3组的接线与第1组相似。 CPU226组成的基本配置 由CPU226基本单元组成的基本配置可以组成1个24点数字量输入和16点数字量输出的小型系统。 输入点地址为 I0.0、I0.1、 I0.7 I1.0、I1.1、 I1.7 I2.0、I2.1、 I2.7 输出点地址为Q0.0、Q0.1、 、 Q0.7 Q1.0、Q1.1、 Q1.7 二、 S7-200 指令系统 PLC在运行时需要处理的数据一般都根据数据的类型不同、数据的功能不同而把数据分成几类。这些不同类型的数据被存放在不同的存储空间，从而形成不同的数据区。S7-200的数据区可以分为数字量输入和输出映像区、模拟量输入和输出映像区、变量存储器区、顺序控制继电器区、位存储器区、特殊存储器区、定时器存储器区、计数器存储器区、局部存储器区、高速计数器区和累加器区。 2.1 S7-200的数据区 1. 数字量输入和输出映象区 (1) 数字量输入映像区(I区) 数字量输入映像区是S7-200 CPU为输入端信号状态开辟的一个存贮区，用I表示。在每次扫描周期的开始，CPU对输入点进行采样，并将采样值存于输入映像区寄存器中。该区的数据可以是位(1bit)、字节（8bit）、字（16bit）或者双字（32bit）。其表示形式如下。 用位表示 I0.0、I0.1、?I0.7 I1.0、I1.1、?I1.7 ? I15.0、I15.1、?I15.7 共l28点。 输入映像区每个位地址包括存储器标识符、字节地址及位号三部分。存储器标识符为“I”，字节地址为整数部分，位号为小数部分。比如Il.0表明这个输入点是第1个字节的第0位。 用字节表示 IB0、IB1、?IB15 共l6个字节。 输入映像区每个字节地址包括存储器字节标识符、字节地址两部分。字节标识符为“IB”，字节地址为整数部分。比如IB1表明这个输入字节是第1个字节，共8位，其中第0位是最低位，第7位是最高位。 用字表示 IW0、IW2、?IW14 共8个字。 输入映像区每个字地址包括存储器字标识符、字地址两部分。字标识符为“IW”，字地址为整数部分。一个字含两个字节，一个字中的两个字节的地址必须连续，且低位字节在一个字中应该是高8位，高位字节在一个字中应该是低8位。比如，IW0中的IB0应该是高8位，IB1应该是低8位。 用双字表示 ID0、ID4、?ID12 共4个双字。 输入映像区每个双字地址包括存储器双字标识符、双字地址两部分。双字标识符为“ID”，双字地址为整数部分。一个双字含四个字节，四个字节的地址必须连续。最低位字节在一个双字中应该是最高8位。比如，ID0中的IB0应该是最高8位，IB1应该是高8位，IB2应该是低8位，IB3应该是最低8位。 (2) 数字量输出映像区(Q区) 数字量输出映像区是S7-200 CPU为输出端信号状态开辟的一个存贮区，用Q表示。在扫描周期的结尾，CPU将输出映像寄存器的数值复制到物理输出点上。该区的数据可以是位(1bit)、字节（8bit）、字（16bit）或者双字（32bit）。其表示形式如下。 用位表示 Q0.0、Q0.1、?Q0.7 Q1.0、Q1.1、?Q1.7 ? Q15.0、Q15.1、?Q15.7 共l28点。 输出映像区每个位地址包括存储器标识符、字节地址及位号三部分。存储器标识符为“Q”，字节地址为整数部分，位号为小数部分。比如Q0.l表明这个输出点是第0个字节的第1位。 用字节表示 QB0、QB1、?QB15 共l6个字节。 输出映像区每个字节地址包括存储器字节标识符、字节地址两部分。字节标识符为“QB”，字节地址为整数部分。比如QBl表明这个输出字节是第1个字节，共8位，其中第0位是最低位，第7位是最高位。 用字表示 QW0、QW2、?QW14 共8个字。 输出映像区每个字地址包括存储器字标识符、字地址两部分。字标识符为“QW”，字地址为整数部分。一个字含两个字节，一个字中的两个字节的地址必须连续，且低位字节在一个字中应该是高8位，高位字节在一个字中应该是低8位。比如，QW0中的QB0应该是高8位，QBl应该是低8位。 用双字表示 QD0、QD4、?QD12 共4个双字。 输出映像区每个双字地址包括存储器双字标识符、双字地址两部分。双字标识符为“QD”，双字地址为整数部分。一个双字含四个字节，四个字节的地址必须连续。最低位字节在一个双字中应该是最高8位。比如，QD0中的QB0应该是最高8位，QBl应该是高8位，QB2应该是低8位，QB3应该是最低8位。 应当指出，实际没有使用的输入端和输出端的映像区的存储单元可以作中间继电器用。 2. 模拟量输入和输出映象区 (1) 模拟量输入映像区(AI区) 模拟量输入映像区是S7-200 CPU为模拟量输入端信号开辟的一个存贮区。S7-200将测得的模拟值（如温度、压力）转换成1个字长的（16bit）的数字量，模拟量输入用区域标识符（AI）、数据长度（W）及字节的起始地址表示。该区的数据为字（l6bit）。其表示形式如下。 AIW0、AIW2、?AIW30 共16个字，总共允许有16路模拟量输入。 应当指出，模拟量输入值为只读数据。 (2) 模拟量输出映像区(AQ区) 模拟量输出映像区是S7-200 CPU为模拟量输出端信号开辟的一个存贮区。S7-200把l个字长（16bit）数字值按比例转换为电流或电压。模拟量输出用区域标识符（AQ）、数据长度（W）及起始字节地址表示。该区的数据为字（l6bit）。