自动化仪表与DCS第五章(PLC)PPT课件

第四章调节单元,概述调节规律及其实现形式PID调节规律PID调节规律的实现原理调节、控制装置概述模拟调节器数字调节器可编程控制器,可编程控制器,一概述二结构组成三工作原理四西门子S7200,（一）、特点,1、可靠性高，抗干扰能力强；,2、功能完善，扩充方便，组合灵活，实用性强；,3、编程简单，使用方便，控制程序可变；,4、体积小，重量轻，功耗低。,一、概述,可编程控制器,（二）、分类,整体式：PLC各部分一起安装在机壳内。简单紧凑、体积较小、价格较低。,模块式：PLC各独立的模块以搭积木的方式组装在一个机架内。对现场应变能力强，各部件的插拔形式十分便于维修。,小型：20128点。用于单机或小规模生产过程。,中型：128512点。,大型：超过512点。用于大规模生产过程，分布式控制系统、工厂自动化网络。,可编程控制器,一、概述,.,输入输出点数越多，表示处理信号的能力越强。,指扫描1K字用户程序所需的时间。扫描速度越快，输入输出滞后越小。,衡量存放用户程序多少的指标。,指令条数越多，表明其软件功能越强。,内部辅助继电器、定时器/计数器、移位寄存器、特殊功能继电器等。,专门功能。如A/D模块、D/A模块、高速计数模块、速度控制模块、位置控制模块、温度控制模块。,CPU执行基本指令所需的时间。,可编程控制器,（三）、性能指标,一、概述,.,可编程控制器,一概述二结构组成三工作原理四西门子S7200,CPU存储器输入输出接口I/O扩展接口外部设备接口编程器电源,组成：,二、结构组成,可编程控制器,.,可编程控制器,一概述二结构组成三工作原理四西门子S7200,不断循环，顺序扫描。,（1）输入传送：,PLC首先以扫描方式从输入锁存器读入所有输入端子的通/断状态，并将其存入（写入）内存中各对应的输入状态映象寄存器中。,每次采入输入状态映象寄存器中输入信号的状态，在一个扫描周期内不变。,三、工作原理,可编程控制器,（2）程序执行：,根据程序的顺序及要求，从寄存器中读出有关元件的状态，进行逻辑判断和算术运算，结果写入元件状态寄存器中。,元件状态映象寄存器中所存的内容会随着程序的执行进程而改变。,可编程控制器,不断循环，顺序扫描。,三、工作原理,（3）输出刷新：,输出状态映象寄存器的通断状态被一次集中送至输出锁存器中，并通过一定输出方式输出。,可编程控制器,不断循环，顺序扫描。,三、工作原理,.,可编程控制器,一概述二结构组成三工作原理四西门子S7200,.,（一）S7200的工作原理（二）STEP7-Micro/WIN软件使用入门（三）LAD编辑器（四）S7-200数据的存取（五）S7-200指令集（六）编程应用,可编程控制器,四、西门子S7200,.,S7-X是西门子可编程序控制器产品的序列编号。S7-200属于入门级，S7-300和S7-400相对于较高端的运用。,S7-200系列PLC可提供4个不同基本型号的8种CPU供您使用。,可编程控制器,（一）S7200的工作原理,.,CPU224,可编程控制器,（一）S7200的工作原理,.,可编程控制器,（一）S7200的工作原理,.,CPU224:集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。,13K字节程序和数据存储空间,6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器,1个RS485通讯/编程口，I/O端子排可很容易地整体拆卸,是具有较强控制能力的控制器。,扩展模块EM235:模拟量输入/输出模块，4输入/1输出功率损耗+5VDC24VDC电源,可编程控制器,（一）S7200的工作原理,.,1.电机启动开关的状态和其它输入点的状态由输入端子送给S7200；2.程序段对输入各点的状态进行逻辑操作；（程序段在STEP7-Micro/WIN软件环境中写好并已下载到S7200中）3.计算结果由S7200的输出端子送给电机启动器并最终决定电机的状态。,可编程控制器,（一）S7200的工作原理,.,S7200周而复始的执行应用程序。,5.写输出：在输出过程映象寄存器中存储的数据被复制到物理输出点。,4.执行CPU自诊断：S7-200检查固件、程序存储器和扩展模块是否工作正常。,3.处理通讯请求：S7-200执行通讯任务。,2.执行逻辑控制程序：S7-200执行程序指令并将数据存储在变量存储区中。,1.读输入：S7-200将物理输入点上的状态复制到输入过程映象寄存器中。,可编程控制器,（一）S7200的工作原理,.,（一）S7200的工作原理（二）STEP7-Micro/WIN软件使用入门（三）LAD编辑器（四）S7-200数据的存取（五）S7-200指令集（六）编程应用,可编程控制器,四、西门子S7200,.,（二）STEP7-Micro/WIN软件使用入门,操作栏:为访问程序组件提供的一组图标。,指令树：显示所有需要的指令。可将指令从指令树中拖到应用程序中，也可用双击指令的方法将该指令插入到程序编辑器中的当前光标所在地。,程序编辑器：用来编写程序。,程序块,不会被下载。,被编译并下载到S7200中,可编程控制器,.,编写并运行一个程序的步骤,1.给S7200CPU供电；2.连接RS232/PPI多主站电缆；3.打开STEP7-Micro/WIN软件；4.为STEP7-Micro/WIN设置通讯参数；5.用通讯对话框与S7-200建立通讯：在通讯对话框中双击刷新图标；6.打开程序编辑器，用梯形图编辑器来录入程序并保存；8.下载程序到S7-200中：可点击工具条中的下载图标或者在命令菜单中选择FileDownload来下载程序。如果S7-200处于运行模式，将有一个对话提示您CPU将进入停止模式。单击Yes将S7-200置于STOP模式。9.将S7-200转入运行模式:当S7-200处于RUN模式时,单击工具条中的运行图标或者在命令菜单中选择PLCRUN来运行程序。,可编程控制器,（二）STEP7-Micro/WIN软件使用入门,.,（一）S7200的工作原理（二）STEP7-Micro/WIN软件使用入门（三）LAD编辑器（四）S7-200数据的存取（五）S7-200指令集（六）编程应用,可编程控制器,四、西门子S7200,.,（三）LAD编辑器,程序编辑器中包括程序逻辑和局部变量表。在局部变量表中为临时的局部变量定义符号名。在程序编辑器的底部有子程序和中断服务程序的标签。点击这些标签，您可以在主程序、子程序和中断服务程序之间切换。,STEP7-Micro/WIN提供梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图（FBD）三种编辑器来创建程序。,选择LAD编辑器：（1）梯形图逻辑易于初学者使用。（2）图形表示法易于理解而且全世界通用。,可编程控制器,.,LAD编辑器的特点：,LAD程序被分为程序段。一个程序段是按照顺序安排的以一个完整电路的形式连接在一起的触点、线圈和盒，不能短路或者开路，也不能有能流倒流的现象存在。STEP7-Micro/WIN允许您为LAD程序中的每一个程序段加注释。,（1）LAD编辑器以图形方式显示程序，与电气接线图类似。,（2）梯形图程序允许程序仿真来自电源的电流通过一系列的逻辑输入条件，决定是否使能逻辑输出。一个LAD程序包括左侧提供能流的能量线，闭合的触点允许能量通过他们流到下一个元素，而打开的触点阻止能量的流动。,可编程控制器,（三）LAD编辑器,.,（3）逻辑控制是分段的，程序在同一时间执行一段，从左到右，从上到下。不同的指令用不同的图形符号表示。,LAD编辑器的特点：,a.触点代表逻辑输入条件，例如；开关、按钮或者内部条件等。线圈通常表示逻辑输出结果，如：灯负载、电机启动器、中间继电器或内部输出条件。c.盒表示其它一些指令，例如：定时器、计数器或者数学运算指令。,可编程控制器,（三）LAD编辑器,指令包括三种基本形式：,.,LAD编辑器中使用的惯例,（1）操作数符号“?.?”或“?”表示需要一个操作数组态。,（2）符号“-”表示开路或者需要能流连接。,（4）符号“”表示可以使用能流。,（5）EN/ENO的定义：EN（使能输入）是LAD中盒的布尔输入。要使盒指令执行，必须使能流到达这个输入。ENO（使能输出）是LAD中盒的布尔输出。如果盒的EN输入有能流并且指令正确执行，则ENO输出会将能流传递给下一元素。如果指令的执行出错，则能流在出错的盒指令处被中断。对于LAD：EN和ENO是能流，为布尔数据类型。,（6）比较指令：无论是否有能流，比较指令都会被执行。如果无能流则输出0。如果有能流，输出值取决于比较结果。,可编程控制器,（三）LAD编辑器,.,用状态图来监视用户程序,状态图允许在控制程序运行的过程中对过程变量的值进行监视和修改。可以跟踪程序的输入、输出或者变量，显示它们的当前值。状态表还允许您去强制或改变过程变量的值。,（1）在命令菜单中选择ViewComponentStatusChart或者在操作过程中单击StatusChart图标来访问状态图。,当创建状态图时，应该输入要监控的过程变量的地址。,无法监视常数、累加器和局部变量的状态。,可以按位或者字两种形式来显示定时器和计数器的值。以位形式显示的是定时器和计数器的状态位，而以字形式则显示定时器和计数器的当前值。,（2）显示程序状态：要显示程序状态，点击ProgramStatus按钮或选择命令菜单DebugProgramStatus即可。,可编程控制器,（三）LAD编辑器,.,书写规则：,可编程控制器,（三）LAD编辑器,.,（一）S7200的工作原理（二）STEP7-Micro/WIN软件使用入门（三）LAD编辑器（四）S7-200数据的存取（五）S7-200指令集（六）编程应用,可编程控制器,四、西门子S7200,.,（四）S7-200数据的存取,S7-200将信息存于不同的存储器单元，每个单元都有唯一的地址。,不同长度的数据所能表示的数值范围,要存取存储器单元的信息，需要明确指出要存取的存储器地址。,S7200的存储区有：V、I、Q、M、S、L、T、C及SM等。,(1）位用来表示数字量，比如I0.1I0.2Q0.1Q0.2等等。(2）字和双字用来表示模拟量，如AIW0，AQW0，VD100等等。主要区别在于所表示的数值的范围不一样。,可编程控制器,.,1.输入过程映象寄存器I：,在每次扫描周期的开始，CPU对物理输入点进行采样，并将采样值写入输入过程映象寄存器中。,可编程控制器,（四）S7-200数据的存取,.,若要存取CPU中的一个字节、字或双字，则必须以类似位寻址的方式给出地址，包括存储器标识符、数据大小以及该字节、字或双字的起始字节地址。,可编程控制器,（四）S7-200数据的存取,.,2.输出过程映象寄存器Q：,在每次扫描周期的结尾，CPU将输出过程映象寄存器中的数值复制到物理输出点上。,3.变量存储区V：,存储程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果，也可用来保存与工序或任务相关的其它数据。,4.位存储区M：,可作为控制继电器来存储中间操作状态和控制信息。,使用这些字节寻址方式，可以按照字节、字或双字来存取许多存储区（V、I、Q、M、S、L及SM）中的数据。,可编程控制器,（四）S7-200数据的存取,.,5.定时器存储区T：,定时器可用于时间累计，其分辨率（时基增量）分为1ms、10ms和100ms三种。,当前值：16位有符号整数，存储定时器所累计的时间。定时器位：按照当前值和预置值的比较结果置位或复位。预置值是定时器指令的一部分。,可以用“T定时器号”来存取这两种形式的定时器数据。如果使用位操作指令则是存取定时器位；如果使用字操作指令，则是存取定时器当前值。,可编程控制器,（四）S7-200数据的存取,定时器数据有两种形式：,.,5.定时器存储区T：,可以用“T定时器号”来存取这两种形式的定时器数据。如果使用位操作指令则是存取定时器位；如果使用字操作指令，则是存取定时器当前值。,可编程控制器,（四）S7-200数据的存取,.,6.计数器存储区C：,用于累计其输入端脉冲电平由低到高的次数。,可编程控制器,（四）S7-200数据的存取,.,7.累加器AC：,是可以象存储器一样使用的读写设备。,可用它来向子程序传递参数，也可从子程序返回参数，以及用来存储计算的中间结果。,S7-200提供4个32位累加器（AC0，AC1，AC2和AC3）。被访问的数据长度取决于存取累加器时所使用的指令。,当以字节或字的形式存取累加器时，使用的是低8位或低16位。当以双字的形式存取累加器时，使用全部32位。,可编程控制器,（四）S7-200数据的存取,.,可编程控制器,7.累加器AC：,（四）S7-200数据的存取,.,8.特殊存储器SM：,可以用这些位选择和控制S7-200CPU的一些特殊功能。,例如：首次扫描标志位、按照固定频率开关的标志位或者显示数学运算或操作指令状态的标志位。,可编程控制器,（四）S7-200数据的存取,9.模拟量输入AI：,将模拟量值（如温度或电压）转换成1个字长（16位）的数字量。,可以用区域标识符（AI）、数据长度（W）及字节的起始地址来存取这些值（如AIW0，AIW2，AIW4）。,模拟量输入值为只读数据。,.,10.模拟量输出AQ：,把1个字长（16位）数字值按比例转换为电流或电压（如AQW0，AQW2，AQW4）。,模拟量输出值是只写数据。,可以用区域标识符（AQ）、数据长度（W）及字节的起始地址来存取这些值（如AQW0，AQW2，AQW4）。,可编程控制器,（四）S7-200数据的存取,11.实数的格式：,由32位单精度数表示，按照双字长度来存取。浮点数精确到小数点后第六位。,.,（一）S7200的工作原理（二）STEP7-Micro/WIN软件使用入门（三）LAD编辑器（四）S7-200数据的存取（五）S7-200指令集（六）编程应用,可编程控制器,四、西门子S7200,.,（五）指令集,S7200的用户程序包括：位逻辑、计数器、定时器、复杂数学运算以及与其它智能模块通讯等指令内容。,可编程控制器,位逻辑指令,比较指令,计数器指令,数字运算指令,传送指令,移位和循环指令,定时器指令,S7-200编程语言的基本单位是语句，而语句的构成是指令。每条指令有两部分：一部分是操作码，另一部分是操作数。操作码指出这条指令的功能是什么，操作数则指明了操作码所需要的数据所在。,.,1、位逻辑指令,（1）标准触点指令:,从存储器或者过程映象寄存器中得到参考值。,常开触点指令与常闭触点指令,可编程控制器,（五）指令集,.,可编程控制器,（五）指令集,1、位逻辑指令,.,可编程控制器,（五）指令集,1、位逻辑指令,.,可编程控制器,（五）指令集,1、位逻辑指令,.,可编程控制器,（五）指令集,1、位逻辑指令,.,可编程控制器,（五）指令集,1、位逻辑指令,.,可编程控制器,（五）指令集,1、位逻辑指令,.,2、比较指令：数值比较和字符串比较。,数值比较：比较两个数值。,当比较结果为真时，比较指令使触点闭合。,可编程控制器,（五）指令集,.,3、计数器指令：,增计数指令（CTU）：从当前计数值开始，在每一个输入状态（CU）从低到高时递增计数。当CXXX大于等于PV时，CXXX置位。当复位端R接通或者执行复位指令后，计数器被复位。,可编程控制器,（五）指令集,.,减计数指令（CTD）：从当前计数值开始，在每一个输入状态（CD）从低到高时递减计数。当CXXX的当前值等于0时，CXXX置位。当装载输入端LD接通后，计数器被复位。,可编程控制器,（五）指令集,3、计数器指令：,.,增/减计数指令（CTUD）：在每一个增计数输入（CU）从低到高时增计数，在每一个减计数输入（CD）从低到高时减计数。计数器的当前值CXX保存当前计数值，在每一次计数器执行时，预置值PV与当前值作比较。,由于每一个计数器只有一个当前值，所以不要多次定义同一个计数器。,可编程控制器,（五）指令集,3、计数器指令：,.,可编程控制器,（五）指令集,3、计数器指令：,.,可编程控制器,（五）指令集,3、计数器指令：,.,4、数字运算指令：加、减、乘、除指令。,可编程控制器,（五）指令集,.,可编程控制器,4、数字运算指令：加、减、乘、除指令。,（五）指令集,.,可编程控制器,4、数字运算指令：加、减、乘、除指令。,（五）指令集,.,5、与、或、异或指令：,字节与（WAND_B）、字与（WAND_W）和双字与（WAND_DW）指令将输入值IN1和IN2的相应位进行与操作，将结果存入OUT中。,可编程控制器,（五）指令集,.,可编程控制器,5、与、或、异或指令：,（五）指令集,.,6、传送指令：,字节传送（MOV_B）、字传送（MOV_W）、双字传送(MOV_DW)和实数传送指令在不改变原值的情况下将IN中的值传送到OUT中。,可编程控制器,（五）指令集,.,模拟电位器：,模拟电位器位于模块前盖下面。,可以调节这些电位器来增加或者减小存于特殊存储器中的值SMB。,可以更新定时器或计数器的当前值，输入或修改预置值、限定值等。,可以用一个小螺丝刀来进行调节：将电位器顺时针（向右）旋转来使数值增大；逆时针（向左）旋转来使数值减小。,SMB28中的数值代表模拟电位器0的位置。SMB29中的数值代表模拟电位器1的位置。,可编程控制器,6、传送指令：,（五）指令集,.,将V存储器复制至永久存储器：,特殊存储器字节31（SMB31）命令S7-200将V存储区中的某个值复制到永久存储器的V存储区。,特殊存储器字32（SMW32）中存储所要复制数据的地址。,复制步骤如下：,（a）将要保存的V存储器的地址装载到SMW32中；（b）将数据长度装载入SM31.0和SM31.1；（c）将SM31.7置为1。,在每次扫描的末尾，CPU自动检查SM31.7。如果SM31.7为1，则将指定值保存到永久存储器。当CPU将SM31.7清零时，操作结束。,可编程控制器,6、传送指令：,（五）指令集,.,VB100将存入永久存储器。,当I0.0有上升沿信号产生，将V存储器的地址传送到SMW32。接着选择所要传输数据的长度（1代表字节，2代表字，3代表双字或者实数）。然后将SM31.7置位。S7-200会在扫描末尾传送数据。当传送完成后，S7-200会自动复位SM31.7。,可编程控制器,6、传送指令：,（五）指令集,.,7、定时器指令：对时间间隔计数。定时器号（Txx）决定了定时器的分辨率。,（1）接通延时定时器（TON）,（2）有记忆的接通延时定时器（TONR）,（3）断开延时定时器（TOF）,T0T255,使能信号,整数,可编程控制器,（五）指令集,.,（1）接通延时定时器（TON）：在使能输入(IN)接通时记时。,应用：用于单一间隔的定时。,当使能输入(IN)接通时，TON开始计时。,当定时器的当前值（Txx）大于等于预设值时，该定时器位被置位。且TON继续计时，一直计到最大值32767。,当使能输入(IN)断开时，清除接通延时定时器的当前值。,可编程控制器,（五）指令集,7、定时器指令：对时间间隔计数。定时器号（Txx）决定了定时器的分辨率。,.,7、定时器指令：,可编程控制器,（五）指令集,应用：用于单一间隔的定时。,（1）接通延时定时器（TON）,.,自复位接通延时定时器,可编程控制器,（五）指令集,7、定时器指令：,.,（2）有记忆的接通延时定时器（TONR）：在使能输入接通时记时。,应用：用于累计许多时间间隔，如累计输入信号的接通时间。,TONR定时器只能通过复位指令进行复位操作。,当使能输入(IN)接通时，TONR开始计时。,当定时器的当前值（Txx）大于等于预设值时，该定时器位被置位。且TONR继续计时，一直计到最大值32767。,当使能输入(IN)断开时，其当前值保持不变。,可编程控制器,（五）指令集,7、定时器指令：对时间间隔计数。定时器号（Txx）决定了定时器的分辨率。,.,有记忆的接通延时定时器,可编程控制器,（五）指令集,7、定时器指令：,应用：用于累计许多时间间隔，如累计输入信号的接通时间。,.,（3）断开延时定时器（TOF）,应用：关断或故障后的延时（例：在电机停后，需要冷却电机）。,在输入断开后延时一段时间断开输出。,当使能输入接通时，定时器位立即接通，并把当前值设为0。,当输入断开时，定时器开始定时，直到达到预设的时间。当达到预设时间时，定时器位断开，并停止计时当前值。当输入断开的时间短于预设时间时，定时器位保持接通。,TOF指令必须用输入信号的接通到断开的跳变启动计时。,可编程控制器,（五）指令集,7、定时器指令：对时间间隔计数。定时器号（Txx）决定了定时器的分辨率。,.,可编程控制器,（五）指令集,应用：关断或故障后的延时（例：在电机停后，需要冷却电机）。,断开延时定时器,7、定时器指令：,.,8、移位和循环指令：,若移位次数大于0，溢出标志位（SM1.1）上就是最近移出的位值。若移位操作的结果为0，零存储器位（SM1.0）置位。,（1）右移和左移指令,使能信号为“1”时，将输入值IN右移或左移N位，并对移出位自动补零，最后将结果装载到输出OUT中。,可编程控制器,（五）指令集,.,可编程控制器,（五）指令集,8、移位和循环指令：,.,使能信号为“1”时，将输入值IN循环右移或循环左移N位，并将输出装载到OUT中。,（2）循环右移和循环左移指令,若循环移位指令执行，最后移位的值会复制到溢出标志位(SM1.1)。,当要被循环移位的值是零时，零标志位（SM1.0）被置位。,可编程控制器,（五）指令集,8、移位和循环指令：,.,可编程控制器,（五）指令集,8、移位和循环指令：,.,（一）S7200的工作原理（二）STEP7-Micro/WIN软件使用入门（三）LAD编辑器（四）S7-200数据的存取（五）S7-200指令集（六）编程应用,可编程控制器,四、西门子S7200,.,（六）、编程应用,（1）PLC以循环扫描的方式工作。,（2）大量的内部继电器为编程提供了方便。,（3）高级指令的使用可使处理复杂工程的能力大为提高。,（4）程序扫描时间与用户程序的大小有关。在程序运行过一次以后，可在Micro/WIN中的命令菜单中在线查看PLCInformation,可找到CPU中程序的扫描时间。,可编程控制器,1、PLC特点：,.,2、编程规则：,（2）程序的编写应体现“左沉右轻、上沉下轻”的原则。,（1）梯形图的逻辑关系应简单、清楚。,可编程控制器,（六）