开关量控制4讲解

1、第四章第四章 开关量控制装置的基本工作原理开关量控制装置的基本工作原理 4.1 综述 4.2 PLC的工作原理 4.3 S7-300系列PLC简介 4.4 PLC的程序设计基础 4.1 综述 4.1.0 4.1.0 认识认识PLCPLC 4.1.1 PLC4.1.1 PLC的发展历程的发展历程 4.4.1.2 PLC1.2 PLC的结构特点的结构特点 1 1、基本结构；、基本结构； 2 2、各组成部分的作用；、各组成部分的作用； 3 3、PLCPLC系统的其他设备；系统的其他设备； 4 4、PLCPLC的分类；的分类； 5 5、PLCPLC的特点；的特点； 4.1.3 4.1.3 PLCPLC

2、的应用领域的应用领域 4.1.0 认识PLC各种小型PLC 三菱三菱 FX2N 欧姆龙欧姆龙 CP1L 和利时和利时 LEC-G3 西门子西门子 S7-200 4.1.0 认识PLC各种大中型PLC OMRON CVM1-CPU11GE-FANUC 90 SIEMENS S7-300SIEMENS S7-400 4.1.0 PLC PLC实验装置实验装置西门子西门子S7-300S7-300 4.1.1 PLC4.1.1 PLC的发展历程的发展历程 19681968年年 美国通用汽车公司美国通用汽车公司-GM-GM公司公司 招标新的控制装置招标新的控制装置 核心思想： （1）用计算机代替继电器控

3、制盘 （2）用程序代替硬件接线 （3）输入/输出电平可与外部装置直接连接 （4）结构易于扩展 控制器控制器输出部分输出部分输入部分输入部分 计算机计算机 按按 钮钮 行程开关行程开关 选择开关选择开关 接触器接触器 指示灯指示灯 电磁阀电磁阀 思路： （1 1）编程简单，可在现场修改和调试程序）编程简单，可在现场修改和调试程序 （2 2）维护方便，采用插入式模块结构）维护方便，采用插入式模块结构 （3 3）可靠性高于继电器控制系统）可靠性高于继电器控制系统 （4 4）体积小于继电器控制柜）体积小于继电器控制柜 （5 5）能与管理中心计算机系统进行通信）能与管理中心计算机系统进行通信 （6 6）

4、成本可与继电器控制系统相竞争）成本可与继电器控制系统相竞争 （7 7）输入量是）输入量是115V115V交流电压（美国电网电压交流电压（美国电网电压110110） （8 8）输出量为）输出量为115V115V、电流在、电流在2A2A以上，能直接驱动电磁阀以上，能直接驱动电磁阀 （9 9）系统扩展时，原系统只需作很小改动）系统扩展时，原系统只需作很小改动 （1010）用户程序存储器容量至少）用户程序存储器容量至少4KB4KB 新控制装置招标的要求：新控制装置招标的要求：“GM10GM10条条” 4.1.1 PLC4.1.1 PLC的发展历程的发展历程 19691969年年 美国数字设备公司美国数

5、字设备公司DECDEC公司公司 第第1 1台台 PLCPDP-4PLCPDP-4 19711971年年 日本日本 19731973年年 德国德国 19741974年年 中国开始研制中国开始研制 7777年工业应用年工业应用 PLCPLC的发展历程的发展历程 70年代初 PLC 分立元件，中 小集成电路 逻辑控制、定 时和计数 70年代中末 PC 微机技术继 电器常规控制 运算、数据 处理、模拟 80-90年代中 PC 计算机技术 网络技术 模拟量处理、 数字运算、人 机接口、网络 20世纪末- PLC 大型机、超小 型机 DCS系统、 FCS系统 1980年美国电气制造商协会 （NEMA）正式

6、将其命名为可编 程序控制器(Programmable Controller)，简称 PC。 4.1.1 PLC4.1.1 PLC的发展历程的发展历程 定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字 运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，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。PLC及其有关 的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体， 易于扩展其功能的原则而设计。 典型生产厂家国际 美国： ABAB公司、公司、GE-FanucGE-Fanuc公司公司 德国： SIEM

7、ENSSIEMENS、AEGAEG公司公司 法国： SchneiderSchneider、TETE（TelemecaniqueTelemecanique）公司）公司 日本： OMRONOMRON、松下、松下、TOSHIBATOSHIBA、MITSUBISHIMITSUBISHI 4.1.1 PLC4.1.1 PLC的发展历程的发展历程 机械行业80%以上的设备仍采用传统的继电器和接触器进行控制。 大中型企业普遍采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制；加入 WTO后，越来越多的小型企业将采用经济、实用的自动化产品对生产过 程进行控制，以提高企业的经济效益和竞争实力。 中国正在努力成为世界新的制

8、造业基地，制造业的控制主要以离散控 制为主，PLC是该领域控制系统的首选。 欧美公司在大中型PLC领域占有绝对优势，日本公司在小型PLC领域占 据十分重要的位置，中国PLC市场95以上被国外产品占领。 北京和利时公司：LK 大型PLC、LM系列小型PLC 北京安控公司：PLCcore系列、DemoEC11系列 深圳德维森公司：ATCS PPC11、PPC22、PPC31系列 上海正航公司：A系列、M系列、R系列、U系列 台安 (无锡) 公司 ：TP03 北京凯迪恩公司 ：KDN-K3系列小型一体化PLC 南京冠德公司 ：JH200系列、CA2系列 无锡信捷公司 ：XC系列PLC、FC系列PLC

9、 1 1、基本结构、基本结构 I/O扩展接口 外设接口输入接口输入接口 输出接口输出接口 CPU模块模块 电源模块电源模块 存储器存储器 用户用户 系统系统 编程器 CRT HMI 打印机 按 钮 选择开关 行程开关 拨码开关 光电开关 电位器 接触器 电磁阀 指示灯 数显装置 调节阀 4.4.1.2 PLC1.2 PLC的结构特点的结构特点 2 2、各组成部分的作用、各组成部分的作用 CPU CPU是是PLCPLC的核心，起神经中枢的作用，相当于的核心，起神经中枢的作用，相当于 人的大脑。接收并存贮用户程序和数据，用扫描的人的大脑。接收并存贮用户程序和数据，用扫描的 方式采集输入，执行用户程

10、序、刷新输出，诊断功方式采集输入，执行用户程序、刷新输出，诊断功 能。能。 各种系统参数 I/O映像 定时、计数、 累加数据 RAM 监视程序 管理程序 命令解释程序 功能子程序 系统诊断程序 ROM /E2PROM 用户编制的应 用程序 RAM /E2PROM 用户用户 系系 统统 CPUCPU与现场与现场I/OI/O装置的设备通信的桥梁，装置的设备通信的桥梁，PLCPLC与与 电气回路的接口是通过输入输出部分（电气回路的接口是通过输入输出部分（I/OI/O）完成的。）完成的。 I/OI/O分为开关量输入（分为开关量输入（DIDI），开关量输出（），开关量输出（DODO），）， 模拟量输入（

11、模拟量输入（AIAI），模拟量输出（），模拟量输出（AOAO）等模块。）等模块。 常用的常用的I/OI/O分类如下：分类如下： 开关量：按电压水平分，有开关量：按电压水平分，有220VAC220VAC、110VAC110VAC、 24VDC24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔 离。离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-4-20mA,0- 20mA20mA）、电压型（）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精）等，按精 度分，有度分，有12bit

12、,14bit,16bit12bit,14bit,16bit等。等。 特殊特殊IOIO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 电源输入类型有：交流电源（电源输入类型有：交流电源（220VAC220VAC或或 110VAC110VAC），直流电源（常用的为），直流电源（常用的为24VDC24VDC）。）。 内部开关电源提供内部开关电源提供DC5VDC5V、DC12VDC12V、DC24VDC24V。 扩展扩展I/OI/O点数和类型，有并行接口、串行接口点数和类型，有并行接口、串行接口 等等 是是PLCPLC实现人机对话的、机机对话的通道。一实现人机对话的、机机对话

13、的通道。一 般是般是RS232CRS232C、RS422ARS422A串行通信接口。串行通信接口。PLCPLC通过它和通过它和 编程器、编程器、CRTCRT、打印机、打印机、HMIHMI、其它、其它PLCPLC或上位或上位PCPC连连 接。接。 3 3、PLCPLC系统的其他设备系统的其他设备 编程器是编程器是PLCPLC开发应用、监测运行、检查维护开发应用、监测运行、检查维护 不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、 监控监控PLCPLC及及PLCPLC所控制的系统的工作状况，但它不直所控制的系统的工作状况，但它不直 接参与现场控制运行。接参与

14、现场控制运行。 小编程器小编程器PLCPLC一般有手持型编程器，目前一般一般有手持型编程器，目前一般 由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是控由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是控 制系统的上位机。制系统的上位机。 编程设备可以是专用编程设备可以是专用 的手持式的编程器；也可的手持式的编程器；也可 以是安装了专门的编程通以是安装了专门的编程通 讯软件的个人计算机。讯软件的个人计算机。 编程设备编程设备 用户可以通过键盘输用户可以通过键盘输 入和调试程序；另外在运入和调试程序；另外在运 行时，还可以对整个控制行时，还可以对整个控制 过程进行监控。过程进行监控。 PC FP PROGRA

15、MMER (HELP) CLR WRT FN/P FL STK IX/IY NOT DT/Ld READ OT L WL OR R WR AN Y WY ST X WX SRC (-) OP (BIN) K/H SC CT C EV TM T SV ACLR ENT BA FEDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4 (DELT) CLR 手持式的编程器手持式的编程器 最简单的人机界面是指示灯和按钮。目前液晶最简单的人机界面是指示灯和按钮。目前液晶 屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越 广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非广泛，由计

16、算机（运行组态软件）充当人机界面非 常普及。常普及。 4 4、PLCPLC的分类的分类 整体式整体式PLC PLC ：电源、：电源、CPUCPU、I/OI/O接口等部件都集接口等部件都集 中装在一个机箱内。中装在一个机箱内。 具有结构紧凑、体积小、具有结构紧凑、体积小、 价格低的特点。小型价格低的特点。小型PLCPLC一般采用。一般采用。 模块式模块式PLCPLC ：将：将PLCPLC各组成部分，分别作成若各组成部分，分别作成若 干个单独的模块。配置灵活、装配方便、便于扩干个单独的模块。配置灵活、装配方便、便于扩 展和维修。大、中型展和维修。大、中型PLCPLC一般采用。一般采用。 低档机：具

17、有逻辑运算、定时、计数、移位以及低档机：具有逻辑运算、定时、计数、移位以及 自诊断、监控等基本功能自诊断、监控等基本功能 。主要用于逻辑控制、顺。主要用于逻辑控制、顺 序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。 中档机：还具有较强的模拟量输入输出、算术中档机：还具有较强的模拟量输入输出、算术 运算、数据传送和比较、数制转换、远程运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/OI/O、子程、子程 序、通信联网等功能。适用于复杂控制系统。序、通信联网等功能。适用于复杂控制系统。 高档机：还增加了带符号算术运算、矩阵运算、高档机：还增加了带符号算术运算、矩阵运算、 位逻辑

18、运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运 算、制表及表格传送功能等。可用于大规模过程控算、制表及表格传送功能等。可用于大规模过程控 制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。 小型小型PLC PLC ：I/OI/O点数点数256256点，单点，单CPUCPU，8 8或或1616位处理位处理 器，容量器，容量4K10241024点，多点，多CPUCPU，1616、3232位处位处 理器，容量理器，容量8 816K16K 如：如：S7-400S7-400、GE-GE-、 C-2000C-2000、高性能型、高性

19、能型QCPU QCPU 5 5、PLCPLC的特点的特点 配套齐全，功能完善，适应性强；配套齐全，功能完善，适应性强； PLCPLC已经形成了大、中、小各种规模的系列已经形成了大、中、小各种规模的系列 化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除 了逻辑处理功能以外，还可用于各种数字控制领了逻辑处理功能以外，还可用于各种数字控制领 域。近年来域。近年来PLCPLC的功能单元大量涌现，使的功能单元大量涌现，使PLCPLC渗透渗透 到了位置控制、温度控制、到了位置控制、温度控制、CNCCNC等各种工业控制中。等各种工业控制中。 加上加上PLCPLC通信能力的

20、增强及人机界面技术的发展，通信能力的增强及人机界面技术的发展， 使用使用PLCPLC组成各种控制系统变得非常容易。组成各种控制系统变得非常容易。 （2 2）可靠性高，抗干扰能力强；）可靠性高，抗干扰能力强； 工作原理方面：工作原理方面： 循环扫描工作方式，集中采样和集中输出，避循环扫描工作方式，集中采样和集中输出，避 免了触点竞争；执行用户程序过程中与外界隔绝，免了触点竞争；执行用户程序过程中与外界隔绝， 大大减少了外界干扰。大大减少了外界干扰。 硬件方面：硬件方面： CPUCPU与与I/OI/O之间采用光电隔离、输出联锁、故障之间采用光电隔离、输出联锁、故障 显示电路等措施；电源和显示电路等

21、措施；电源和I/OI/O电路采用多种形式的电路采用多种形式的 滤波、电源自动调整与保护；滤波、电源自动调整与保护；CPUCPU采用良好的屏蔽采用良好的屏蔽 措施。措施。 软件方面：软件方面： 完善的硬件故障检测功能与故障自诊断程序，完善的硬件故障检测功能与故障自诊断程序， 信息保护与恢复程序。信息保护与恢复程序。 （3 3）编程简单、易学；）编程简单、易学； PLCPLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企作为通用工业控制计算机，是面向工矿企 业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程 技术人员接受。技术人员接受。梯形图语言梯形图语言的图形符号与表

22、达方式的图形符号与表达方式 和继电器电路图相当接近，只用和继电器电路图相当接近，只用PLCPLC的少量开关量的少量开关量 逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。 为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的 人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 （4 4）设计、安装、调试和维修工作量少、方便；）设计、安装、调试和维修工作量少、方便； PLCPLC用存储逻辑代替接线逻辑，用软件取代了大用存储逻辑代替接线逻辑，用软件取代了大 量的中间继电器、时间继电器和计数

23、器等，大大减量的中间继电器、时间继电器和计数器等，大大减 少了控制设备外部的接线；少了控制设备外部的接线； 梯形图程序容易掌握；梯形图程序容易掌握； 可以在实验室模拟调试；可以在实验室模拟调试； 可根据可根据PLCPLC上的发光二极管或编程器上提供的信上的发光二极管或编程器上提供的信 息迅速查明故障原因。息迅速查明故障原因。 （5 5）体积小、能耗低。）体积小、能耗低。 超小型超小型PLCPLC很容易装入机械内部，是实现机电很容易装入机械内部，是实现机电 一体化的理想控制设备。一体化的理想控制设备。 型号尺寸（mm） WHD 重量（g） 功率（W） F1-30MR2759090190022 L

24、OGO729055 CPU2241208062 CPU315- 2DP 801251305308 SM321401251172003.5 SM322401251172005 4.1.3 PLC4.1.3 PLC的应用领域的应用领域 1 1、开关量的逻辑控制、开关量的逻辑控制 这是这是PLCPLC最基本、最广泛的应用领域，它取代最基本、最广泛的应用领域，它取代 传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既 可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动 化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机化流水线。如注

25、塑机、印刷机、订书机械、组合机 床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 4.1.3 PLC4.1.3 PLC的应用领域的应用领域 2 2、运动控制、运动控制 指对直线运动或圆周运动的位置、速度和加指对直线运动或圆周运动的位置、速度和加 速度进行控制。早期直接用于开关量速度进行控制。早期直接用于开关量I/OI/O模块连接位模块连接位 置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控 制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多 轴位置控制模块。应用：金属切削机床、金属成形轴位置控

26、制模块。应用：金属切削机床、金属成形 机械、装配机械、机器人、电梯等场合。机械、装配机械、机器人、电梯等场合。 4.1.3 PLC4.1.3 PLC的应用领域的应用领域 3 3、闭环过程控制、闭环过程控制 是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。 作为工业控制计算机，作为工业控制计算机，PLCPLC能编制各种各样的控制算能编制各种各样的控制算 法程序，完成闭环控制。法程序，完成闭环控制。PIDPID调节是一般闭环控制系调节是一般闭环控制系 统中用得较多的调节方法。大中型统中用得较多的调节方法。大中型PLCPLC都有都有PIDPID模块，模块， 目前许

27、多小型目前许多小型PLCPLC也具有此功能模块。也具有此功能模块。PIDPID处理一般处理一般 是运行专用的是运行专用的PIDPID子程序。过程控制在冶金、化工、子程序。过程控制在冶金、化工、 热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 4.1.3 PLC4.1.3 PLC的应用领域的应用领域 4 4、数据处理、数据处理 现代现代PLCPLC具有数学运算（含矩阵运算、函数具有数学运算（含矩阵运算、函数 运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、 查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析查表、位操作等功能，可

28、以完成数据的采集、分析 及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值 比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能 传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处 理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造 系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食 品工业中的一些大型控制系统。品工业中的一些大型控制系统。 4.1.3 PLC4.1.3 PLC的应用领域的应用领域 5 5、通

29、信联网、通信联网 PLCPLC通信包含主机与远程通信包含主机与远程I/OI/O间的通信、多台间的通信、多台 PLCPLC间的通信及间的通信及PLCPLC与其它智能设备（如计算机、变与其它智能设备（如计算机、变 频器、数控装置）间的通信。与现场总线结合，组频器、数控装置）间的通信。与现场总线结合，组 成成“集中管理、分散控制集中管理、分散控制”的分布式控制系统的分布式控制系统 （FCSFCS）。）。 4.2 PLC4.2 PLC的工作原理的工作原理 4.2.1 PLC的工作原理 4.2.2 PLC的主要技术指标 4.2.1 PLC4.2.1 PLC的工作原理的工作原理 1 1、PLCPLC的逻辑

30、运算的逻辑运算 高电平（用高电平（用1 1表示）：线圈得电、常开触点的接通。表示）：线圈得电、常开触点的接通。 低电平（用低电平（用0 0表示）：线圈断电、常开触点的断开。表示）：线圈断电、常开触点的断开。 与与或或非非 梯形图梯形图 (LAD) 逻辑式逻辑式Q4.0=I0.0I0.1 Q4.1=I0.2I0.3Q4.2=I0.4 语句表语句表 (STL) A I 0.0 A I 0.1 = Q 4.0 O I 0.2 O I 0.3 = Q 4.1 AN I 0.4 = Q 4.2 功能块功能块 图图(FBD) I0.0I0.1Q4.0 I0.2 I0.3 Q4.1 I0.4Q4.2 = &

31、 Q4.0 I0.0 I0.1 = = Q4.1 I0.2 I0.3 = Q4.2 I0.4 & 220V FU2 KMSB1 SB2 FR KM SB2 KM FU1 380V FR M 3 2 2、PLCPLC的工作过程的工作过程 例如：例如： 异步电动机启停控制。异步电动机启停控制。 220V KM FR SB1 SB2 I0.1 I0.2 Q4.0 M1L DC24V Q4.0 I0.1I0.2 Q4.0 1 1 0 0 0 01 1 I 0.1 .2Q 4.0 220V KM FR SB1 SB2 I0.1 I0.2 Q4.0 M1L DC24V 1 1 0 0 0 01 1 I 0

32、.1 .2Q 4.0 2)1(SBKMSBKM 3 3、PLCPLC的循环扫描过程的循环扫描过程 220V KM FR SB1 SB2 I0.1 I0.2 Q4.0 M1L DC24V Q4.0 I0.1I0.2 Q4.0 1 1 0 0 0 01 1 I 0.1 .2Q 4.0 读取输入信号状态，读取输入信号状态， 并存储在输入映像区并存储在输入映像区 循循 环环 扫扫 描描 启动组织块启动组织块 上电后执行一次上电后执行一次 启动循环时间监控启动循环时间监控 执行用户程序执行用户程序 将输出映像区状态写将输出映像区状态写 到实际输出设备到实际输出设备 执行其它任务执行其它任务 工作方式：顺

33、序循环，不断扫描 扫描周期：从扫描过程的一点开始，顺序 扫描后，又回到该点的过程称为一个扫描 周期。 4 4、I/OI/O数据处理过程数据处理过程 允许允许允许允许 程序执行阶段程序执行阶段输入采样阶段输入采样阶段 输出刷新阶段输出刷新阶段 PIPQPIQPII 输输 入入 端端 子子 输入调理电路输入调理电路 输输 入入 缓缓 冲冲 器器 输输 入入 映映 像像 区区 执行用户程序执行用户程序 输输 出出 映映 像像 区区 输输 出出 锁锁 存存 器器 输出驱动电路输出驱动电路 输输 出出 端端 子子 输入采样阶段输入采样阶段 依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入依次地读入所有输入状态

34、和数据，并将它们存入 I/OI/O映象区中的相应单元内。映象区中的相应单元内。 输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新 阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发 生变化，生变化，I/OI/O映象区中的相应单元的状态和数据也映象区中的相应单元的状态和数据也 不会改变。不会改变。 因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽 度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况 下，该输入均能被读入。下，该输入均能被读入。 用户程序执行阶

35、段用户程序执行阶段 PLCPLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序。总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序。 在扫描每一条梯形图时，并按先左后右、先上后在扫描每一条梯形图时，并按先左后右、先上后 下的顺序进行逻辑运算，逻辑运算的结果存于映下的顺序进行逻辑运算，逻辑运算的结果存于映 象区。象区。 上面的逻辑运算其运算结果会对下面的逻辑运算上面的逻辑运算其运算结果会对下面的逻辑运算 起作用；相反，下面的逻辑运算其运算结果只能起作用；相反，下面的逻辑运算其运算结果只能 到下一个扫描周期才能对上面的逻辑运算起作用。到下一个扫描周期才能对上面的逻辑运算起作用。 输出刷新阶段输出刷新阶段 当扫描用户程

36、序结束后，当扫描用户程序结束后，PLCPLC就进入输出刷新阶段。就进入输出刷新阶段。 在此期间，在此期间，CPUCPU按照存在按照存在I/OI/O映象区的运算结果，映象区的运算结果， 刷新所有对应的输出锁存电路，再经输出电路驱刷新所有对应的输出锁存电路，再经输出电路驱 动相应的外设。这时，才是动相应的外设。这时，才是PLCPLC的真正输出。的真正输出。 5 5、I/OI/O响应滞后：输出动作滞后输入动作的时间响应滞后：输出动作滞后输入动作的时间 Q4.1 Q4.0 I0.1Q4.1 Q4.1 Q4.2 I采 样 Q刷 新 I端子端子 PQ PIQ PII T1 I0.1=ON ONON OFF

37、 OFF I0.1=OFF I0.1=OFF Q4.0=OFF Q4.1=OFF Q4.2=OFF Q4.0=OFF Q4.1=OFF Q4.2=OFF T2T3 ONON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON 指指PLCPLC外部输入和输出端子数。通常小型机有外部输入和输出端子数。通常小型机有 几十点，中型机有几百个点，而大型机超过千点。几十点，中型机有几百个点，而大型机超过千点。 用来衡量用来衡量PLCPLC所能存储用户程序的多少。所能存储用户程序的多少。 指扫描指扫描10001000步用户程序所需的时间，以步用户程序所需的时间，以ms/ms/千千 步为单位。有时也用

38、扫描一步指令的时间计步为单位。有时也用扫描一步指令的时间计, ,如如 s/s/步。步。 4.2.2 PLC4.2.2 PLC的主要技术指标的主要技术指标 4. 4. 指令系统条数指令系统条数 PLC PLC 具有基本指令和高级指令，指令的种类和数具有基本指令和高级指令，指令的种类和数 量越多，其软件功能越强。量越多，其软件功能越强。 5. 5. 编程元件的种类和数量编程元件的种类和数量 编程元件是指输入继电器、输出继电器、辅助继编程元件是指输入继电器、输出继电器、辅助继 电器、定时器、计数器、通用电器、定时器、计数器、通用“字字”寄存器、数据寄寄存器、数据寄 存器及特殊功能继电器等，其种类和数

39、量的多少是衡存器及特殊功能继电器等，其种类和数量的多少是衡 量量 PLC PLC 硬件功能强弱的一个指标。硬件功能强弱的一个指标。 PLC PLC 内部内部“继电器继电器”是存储器的存储单元。当是存储器的存储单元。当 写入该单元逻辑状态为写入该单元逻辑状态为“1”1”时，则表示相应继电器时，则表示相应继电器 的线圈接通，其动合触点闭合，动断触点断开。所的线圈接通，其动合触点闭合，动断触点断开。所 以以 PLC PLC 内部这些继电器称为内部这些继电器称为“软软”继电器。继电器。 此外，不同此外，不同PLCPLC还有其他一些指标，如编程语还有其他一些指标，如编程语 言及编程手段、输入言及编程手段

40、、输入/ /输出方式、特殊功能模块种输出方式、特殊功能模块种 类、自诊断、监控、主要硬件型号、工作环境及电类、自诊断、监控、主要硬件型号、工作环境及电 源等级等。源等级等。 4.3 S7-3004.3 S7-300系列系列PLCPLC简介简介 1 1、 S7-300PLCS7-300PLC的特点的特点 针对中等性能要求的模块式中小控制系统；针对中等性能要求的模块式中小控制系统； 可以扩展多达可以扩展多达个模块；个模块； 模块内集成背板总线；模块内集成背板总线； 网络连接：网络连接：MPIMPI、PROFIBUSPROFIBUS Industrial Ethernet Industrial Et

41、hernet 无插槽限制无插槽限制 2 2、 S7-300S7-300的系统结构的系统结构 模板钩在模板钩在DINDIN导轨上，从左开始的顺序如下导轨上，从左开始的顺序如下: : 电源模块电源模块 ( (PS)PS)、CPUCPU、接口模块接口模块 ( (IM)IM)、 信号模块信号模块 ( (SM), SM), 功能模块功能模块 ( (FM), FM), 通讯处理通讯处理 器器 ( (CP) CP) 用于主机架中时，接口模块必须插入用于主机架中时，接口模块必须插入3 3号槽。号槽。 只需要扩展一个机架，可以使用价格便宜的只需要扩展一个机架，可以使用价格便宜的 IM 365 IM 365 接口

42、模块对。接口模块对。 每个机架上最多可以插每个机架上最多可以插8 8个信号模块个信号模块 ( (SM)SM)、 功能模块功能模块 ( (FM)FM)或通讯处理器或通讯处理器 ( (CP) CP) 。 DIN导轨导轨 PSCPU IM (可选) SM: DI SM: DO SM: AI SM: AO FM: - 计数 - 定位 - 闭环控制 CP: - 点-到-点 - PROFIBUS - 工业以太网 总线连接器总线连接器 S7-300 PLCS7-300 PLC外观外观 存储区名称存储区功能访问的单位标识符最大地址范围 输入过程映 像存储区 （I） 在循环扫描的开始， 操作系统从过程中读 取输

43、入信号存入本区 域，供程序使用。 输入位 输入字节 输入字 输入双字 I IB IW ID 0.0-65535.7 0-65535 0-65534 0-65532 输出过程映 像存储区 （Q） 在循环扫描期间，程 序运算得到的输出值 存入本区域，在循环 扫描的末尾，操作系 统从中读出输出值并 将其传送至输出模板 输出位 输出字节 输出字 输出双字 Q QB QW QD 0.0-65535.7 0-65535 0-65534 0-65532 位存储器 （M） 本区域提供的存储器 用于存储在程序中运 算的中间结果 存储器位 存储器字节 存储器字 存储器双字 M MB MW MD 0.0-255.7

44、 0-255 0-254 0-252 3 3、CPUCPU的存储区的存储区 存储区名称存储区功能访问的单位标识符最大地址范围 定时器 （T） 定时器指令访问本区域可 得到当前剩余时间 定时器 （T） T0-255 计数器 （C） 计数器指令访问本区域可 得到当前计数器值 计数器 （C） C0-255 局部数据 （L） 可以作为暂时存储器或给子程序传递参数，局部变量只在本单元有效 数据块 （DB） 在程序执行的过程中存放中间结果，或用来保存与工序或任务有关的 其他数据。 存储区及其功能存储区及其功能 1 1）累加器）累加器1 1、累加器、累加器2 2（ACCU1ACCU1、ACCU2ACCU2）

45、 两个两个3232位用做处理字节、字、双字的通用寄存位用做处理字节、字、双字的通用寄存 器。可以把常数和存储区内容写入累加器，并在累器。可以把常数和存储区内容写入累加器，并在累 加器中完成逻辑操作。同样也可以把逻辑操作结果加器中完成逻辑操作。同样也可以把逻辑操作结果 从累加器从累加器1 1传输到存储区。传输到存储区。 4 4、CPUCPU中的寄存器中的寄存器 2 2）地址寄存器）地址寄存器1 1和地址寄存器和地址寄存器2 2（AR1AR1、AR2AR2） 两个两个3232位地址寄存器，用来存放寄存器间接寻位地址寄存器，用来存放寄存器间接寻 址的指针。址的指针。 3 3）数据块地址寄存器（）数据

46、块地址寄存器（DBDB、DIDI） 两个两个3232位的数据块地址寄存器，一个用来存放位的数据块地址寄存器，一个用来存放 打开的共享数据块打开的共享数据块DBDB的块号，一个用来存放打开的的块号，一个用来存放打开的 背景数据块背景数据块DIDI的块号。数据块地址寄存器中只存放的块号。数据块地址寄存器中只存放 一个数据块（一个数据块（DBDB或或DIDI）的块号，在打开一个数据块）的块号，在打开一个数据块 时，先打开的数据块自动关闭。时，先打开的数据块自动关闭。 4 4）状态字寄存器）状态字寄存器 状态字是一个状态字是一个1616位的寄存器，用于表示位的寄存器，用于表示CPUCPU执执 行指令时

47、所具有的状态。一些指令是否执行或已何行指令时所具有的状态。一些指令是否执行或已何 方式执行有的是取决于状态字中的某些位，执行指方式执行有的是取决于状态字中的某些位，执行指 令时也可能改变状态字中的某些为，也可能在位逻令时也可能改变状态字中的某些为，也可能在位逻 辑指令或字逻辑指令中访问并检测状态字中某些位。辑指令或字逻辑指令中访问并检测状态字中某些位。 状态字状态字1616位中有效位只是前位中有效位只是前9 9位（位（0-80-8号位）。状态号位）。状态 字的结构如下：字的结构如下： 首次检测位（首次检测位（ ） 状态字的第状态字的第0 0位。若该位的状态为位。若该位的状态为0 0，则表明一，

48、则表明一 个梯形逻辑网络的开始，或指令为逻辑串的第一条个梯形逻辑网络的开始，或指令为逻辑串的第一条 指令。指令。 位总是位总是0 0，在逻辑串的执行过程中为，在逻辑串的执行过程中为1 1， 执行完清执行完清0 0。 逻辑运算结果（逻辑运算结果（RLORLO） 状态字的第状态字的第1 1位称为逻辑运算结果（位称为逻辑运算结果（Result of Result of Logic Operation, RLOLogic Operation, RLO）。该位用来存储执行位逻）。该位用来存储执行位逻 辑指令或比较指令的结果。辑指令或比较指令的结果。RLORLO的状态为的状态为1 1，表示有，表示有 能流

49、流到梯形图中运算点处；为能流流到梯形图中运算点处；为0 0则表示无能流流到则表示无能流流到 该点。该点。 FC FC 状态位（状态位（STASTA） 状态字的第状态字的第2 2位，执行位逻辑指令时，位，执行位逻辑指令时，STASTA总是总是 与该位的值一致。与该位的值一致。 或位（或位（OROR） 溢出位（溢出位（OVOV） 溢出状态保持位（溢出状态保持位（OSOS） 条件代码条件代码1 1和条件代码和条件代码0 0（CC1CC1和和CC0CC0） 二进制结果位（二进制结果位（BRBR） 5 5、程序结构、程序结构 STEP 7 STEP 7编程采用块的概念，即将程序分解为独编程采用块的概念，

50、即将程序分解为独 立的、自成体系的各个部件，块类似于子程序的功立的、自成体系的各个部件，块类似于子程序的功 能，但类型更多、功能更强大。能，但类型更多、功能更强大。 （1 1）用户块）用户块 包括组织块（包括组织块（OBOB）、功能块（）、功能块（FBFB）、功能（）、功能（FCFC） 及数据块（及数据块（DBDB）。）。 （2 2）系统块）系统块 包括系统功能块（包括系统功能块（SFBSFB）、系统功能（）、系统功能（SFCSFC），）， 以及系统数据块（以及系统数据块（SDBSDB）。）。 4.4 4.4 PLCPLC的程序设计基础的程序设计基础 1 1、位逻辑指令、位逻辑指令 在在LAD

51、LAD程序中，用类似继电器控制电路中的触点程序中，用类似继电器控制电路中的触点 符号及线圈符号来表示符号及线圈符号来表示PLCPLC的位元件。的位元件。 (1)(1) (2)(2) （3)3) (4)(4) (5)(5) (6)(6) 例例1：智力抢答器的：智力抢答器的PLC控制系统控制系统 要求：三人任意抢答，先按动瞬时按钮的指示灯先要求：三人任意抢答，先按动瞬时按钮的指示灯先 亮，且只能亮一盏灯，进行下一问题时主持人按复亮，且只能亮一盏灯，进行下一问题时主持人按复 位按钮，抢答重新开始。位按钮，抢答重新开始。 2 2、定时器、定时器 接通延时定时器接通延时定时器SDSD 符号含义：符号含义

52、： T4T4为定时器的编号。为定时器的编号。 S S为启动信号，当为启动信号，当S S端出现上升沿时，启动定时器端出现上升沿时，启动定时器 R R为复位信号，当为复位信号，当R R端出现上升沿时，定时器复位，端出现上升沿时，定时器复位， 当前值清当前值清0.0. TVTV为设定时间值输入，最大设定时间为为设定时间值输入，最大设定时间为9990s9990s。输。输 入格式入格式 S5T#15sS5T#15s Q Q为定时器输出，定时器启动后，剩余时间非为定时器输出，定时器启动后，剩余时间非0 0时，时， Q Q输出为输出为0 0；定时器停止或剩余时间为；定时器停止或剩余时间为0 0时，时，Q Q

53、输出为输出为 1 1。 BIBI为剩余时间显示或输出，采用为剩余时间显示或输出，采用1616进制。该端口进制。该端口 可以接各种字存储器，如可以接各种字存储器，如MW0MW0、QW2QW2等，也可悬空。等，也可悬空。 BCDBCD为剩余时间显示或输出，采用为剩余时间显示或输出，采用S5S5系统时间格系统时间格 式。该端口可以接各种字存储器，如式。该端口可以接各种字存储器，如MW0MW0、QW2QW2等，等， 也可悬空。也可悬空。 S5T#15sS5T#15s 定时器时序定时器时序 图分析图分析 例例2 2：按下瞬时起动按钮：按下瞬时起动按钮I0.0I0.0，延时，延时5s5s后电动机后电动机 Q4.0Q4.0起动，按下瞬时停止按钮，延时起动，按下瞬时停止按钮，延时10s10s后电动机后电动机 Q4.0Q4.0停止。停止。 例例3 3：用接通延时定时器实现一个周期振荡电路，周：用接通延时定时器实现一个周期振荡电路，周 期为期为30s30s。 例例4 4：用接通延时定时器构成一脉冲