AsPLC概述及基本寄存器详解PPT教学课件

1、PLC定义“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，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，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。第1页/共61页PLC的产生 世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。 1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，

2、这就是第一代可编程控制器。 随后日本、德国先后研制出自己的可编程控制器。第2页/共61页1968年，GM公司提出十项设计标准（GM十条） 编程简单，可在现场修改程序；维护方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；成本可与继电器控制柜竞争；可将数据直接送入计算机；可直接使用115V交流输入电压；输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；通用性强，扩展方便;能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB。第3页/共61页PLC的特点1. 高可靠性 高可靠性是PLC最突出的特点之一。PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，另外还采取了屏蔽、滤

3、波、隔离等抗干扰措施。它的平均故障间隔时间为35万小时以上。2. 灵活性 过去，电气工程师必须为每套设备配置专用控制装置。有了可编程控制器，只需编写不同应用软件即可，而且可以用一台可编程控制器控制几台操作方式完全不同的设备。第4页/共61页3. 便于改进和修正相对传统的电气控制线路，可编程控制器为改进和修订原设计提供了极其方便的手段。以前也许要花费几周的时间，而用可编程控制器也许只用几分钟就可以完成。4. 节点利用率提高 传统电路中一个继电器只能提供几个节点用于连锁，在可编程控制器中，一个输入中的开关量或程序中的一个“线圈”可提供用户所需要的任意个连锁节点，节点在程序中可不受限制地使用。第5页

4、/共61页5. 丰富的I/0接口 PLC除了具有计算机的基本部分如CPU、存储器等以外，还有丰富的I/0接口模块。对不同的工业现场信号(如交流、直流、电压、电流、开关量、模拟量、脉冲等)，都有相应的I/0模块与工业现场的器件。另外有些PLC还有通信模块、特殊功能模块等。6. 模拟调试 可编程控制器能对所控功能在实验室内进行模拟调试，缩短现场的调试时间。7. 快速动作 传统继电器节点的响应时间一般需要几百毫秒，而可编程控制器里的节点反应很快，内部是微秒级的，外部是毫秒级的。 第6页/共61页8. 梯形图及布尔代数并用 可编程控制器的程序编制可采用电气技术人员熟悉的梯形图方式，也可以采用程序员熟悉

5、的布尔代数图形方式。9. 对现场进行微观监视 操作人员能通过显示器上的编程软件可以观测到所控每一个节点的运行情况，随时监视事故发生点。10. 体积小、质量轻、功耗低 由于采用半导体集成电路，与传统控制系统相比较，其体积小、质量轻、功耗低。11. 编程简单、使用方便 PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如目前PLC大多数采用梯形图语言编程方式，它继承了传统控制线路的清晰直观感，很容易被技术人员所接受，易于编程，程序改变时也易于修改。第7页/共61页PLC 与继电器控制系统的区别继电器控制系统PLC控制系统逻辑控制逻辑控制硬接线逻辑：接线多而复杂、体积硬接线逻辑：接线多

6、而复杂、体积大，故障率高，改变系统很困难；大，故障率高，改变系统很困难；触点有限，灵活性、扩展性差。触点有限，灵活性、扩展性差。存储器逻辑（软接线）：改变控制逻存储器逻辑（软接线）：改变控制逻辑只需改变程序；触点数目众多，灵辑只需改变程序；触点数目众多，灵活性、扩展性好。活性、扩展性好。工作方式工作方式并行并行串行串行可靠性和可靠性和可维护性可维护性差。机械触点多，接线多；触点开差。机械触点多，接线多；触点开闭受电弧损伤并有机械磨损，寿命闭受电弧损伤并有机械磨损，寿命短。短。好。开关动作由无触点的半导体电路好。开关动作由无触点的半导体电路完成，可靠性高；自身配有自检和监完成，可靠性高；自身配有

7、自检和监督功能，可维护性高。督功能，可维护性高。控制速度控制速度依靠触点的机械动作实现控制，工依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，还会出现抖动问题。作频率低，还会出现抖动问题。程序指令控制半导体电路实现控制，程序指令控制半导体电路实现控制，属于无触点控制，速度极快。属于无触点控制，速度极快。定时控制定时控制时间继电器定时精度不高，定时范时间继电器定时精度不高，定时范围窄，易受外部环境影响，调整时围窄，易受外部环境影响，调整时间困难。间困难。时基脉冲由晶体振荡器产生，精度高时基脉冲由晶体振荡器产生，精度高；定时时间不受环境影响，定时范围；定时时间不受环境影响，定时范围最小可为最小可为0.00

8、1s 设计和设计和施工施工设计、施工、调试必须依次进行，设计、施工、调试必须依次进行，周期长且修改困难。周期长且修改困难。系统设计完成后，现场施工和控制逻系统设计完成后，现场施工和控制逻辑的设计（包括梯形图）可同时进行辑的设计（包括梯形图）可同时进行，周期短，调试修改方便。，周期短，调试修改方便。第8页/共61页PLC的分类一、按I/O点数和程序容量分：（1）超小型机：I/O点数为64点以内，内存容量为2561000字节；（2）小型机：I/O点数为64256，内存容量为13.6K字节；（3）中型机：I/O点数为2561024，内存容量为3.613K字节；（4）大型机：I/O点数为1024以上，

9、内存容量为13K字节以上；第9页/共61页二、按结构形式分（1) 整体式结构 一般的小型及超小型PLC多为整体式结构，这种可编程序控制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及与编程器或EPROM写入器相连的接口、输入/输出端子、电源、指示灯等都装配在一起的整体装置。西门子公司的S7-200系列PLC为整体式结构。（2) 模块式结构 模块式结构又叫积木式。这种结构形式的特点是把PLC的每个工作单元都制成独立的模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块、通信模块等。常见产品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西门子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等

10、。 PLC的分类第10页/共61页图1-7 整体式PLC 图1-8 模块式PLC 第11页/共61页三. 按功能分类 （1）低档PLC：具有逻辑运算、定时、计数等功能。有的还增设模拟量处理、算术运算、数据传送等功能。 （2）中档PLC：除具有低档机的功能外，还具有较强的模拟量输入、输出、算术运算、数据传送等功能可完成既有开关量又有模拟量控制的任务。 （3）高档PLC：增设有带符号算术运算及矩阵运算等，使运算能力更强。还具有模拟调节、联网通信、监视、记录和打印等功能，使PLC的功能更多更强。能进行远程控制，构成分布式控制系统，成为整个工厂的自动化网络。第12页/共61页PLC的发展趋势 一方面向

11、着大型化的方向发展，一方面则向着小型化的方向发展。nPLC向大型化方向发展，主要表现在大中型PLC高功能、大容量、智能化、网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合的自动控制。nPLC向小型化方向发展，主要表现在下列几个方面：为了减小体积、降低成本，向高性能的整体型发展；在提高系统可靠性的基础上，产品的体积越来越小，功能越来越强；应用的专业性，使得控制质量大大提高。 第13页/共61页PLC的系统组成PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。下图为一典型PLC结构简图。CPU存储器电源部分输入单元

12、输出单元编程器或其他设备按钮接触器电磁阀指示灯行程开关继电器触点第14页/共61页中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片上。 CPU的主要功能： (1) 诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 (2)采集现场的状态或数据，并送人PLC的寄存器中。 (3)逐条读取指令，完成各种运算和操作。 (4)将处理结果送至输出端。 (5)响应各种外部设备的工作请求中央处理单元CPU第15页/共61页PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器1.系统存储器 系统程序由PLC的制造企业编制，固化在ROM或EPROM中，安装在PLC上，随产品提供给用户。

13、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.用户存储器 用户存储器包括用户程序存储器和用户数据存储器。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的应用程序。用户数据存储器可以用来存放用户程序中所使用器件的ON/OFF状态和数值、数据等。用户存储器的大小关系到用户程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指标之一。第16页/共61页输入/输出单元输入单元：接受来自用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器信号。输出单元：控制、驱动实际的物理负载，如电动机、电磁阀、电磁吸盘、指示灯、照明灯等PLC输入类型

14、：直流、交流或交直流。PLC输出类型：继电器输出型，晶体管输出型和晶闸管输出型。输入和输出端靠光信号耦合，电气上完全隔离，具极强的抗干扰能力。第17页/共61页PLC简单工作原理PLC实现控制的过程一般是可分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段，如下图所示： PLC的一般工作过程第18页/共61页1. 输入采样阶段 PLC以扫描工作方式，输入电路时刻监视着输入状况，并将其暂存于输入暂存器中。在整个工作周期内，这个采样结果的内容不会改变，而且这个采样结果将在PLC执行程序时被使用。2. 程序执行阶段 PLC按顺序对程序进行扫描，并分别从输入映像区和输出映像区中获得所需的数据进行运算、处理，再将

15、程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像区中保存。这个结果在程序执行期间可能发生变化，但在整个程序未执行完毕之前不会送到输出端口。第19页/共61页3. 输出刷新阶段 在执行完用户所有程序后，PLC将输出映像区中的内容送到寄存输出状态的输出锁存器中，这一过程称为输出刷新。输出电路要把输出锁存器的信息传送给输出点，再去驱动用户设备。第20页/共61页PLC的简单工作原理特点： PLC工作的主要特点是循环扫描执行输入输出采样、程序执行、输出刷新“串行”工作方式，这样既可避免继电器、接触器控制系统因“并行”工作方式存在的触点竞争，又可提高PLC的运算速度，这是PLC系统可靠性高、响应快的原因。但是，

16、也导致输出对输入在时间上的滞后。 为此，PLC的工作速度要快。速度快、执行指令时间短，是PLC实现控制的基础。事实上， PLC的速度是很快的，执行一条指令，多的几微秒、几十微秒，少的才零点几，或零点零几微秒。而且这个速度还在不断提高中。第21页/共61页 上图所示的过程是简化的过程，实际的PLC工作流程还要复杂些。除了I/O刷新及运行用户程序，还要做些公共处理工作。公共处理工作有：循环时间监控、外设服务及通讯处理等。 PLC的开机流程要经过上电初始化、系统自检、运行程序、循环时间计算、I/O刷新、外设及通讯服务等几个阶段，如下图所示。PLC的详细工作原理第22页/共61页PLC的工作流程 第2

17、3页/共61页PLC的编程语言与程序结构PLC编程语言的国际标准IEC 61131-3 是由IEC（国际电工委员会）制定的世界上第一个，也是至今为止惟一的工业控制系统的编程语言标准 顺序功能图梯形图功能块图指令表结构文本第24页/共61页顺序功能图是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序，步、转换和动作是顺序功能图中的三种主要元件。梯形图是在原继电器接触器控制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言，很容易被工厂熟悉继电气控制的技术人员掌握，特别适用于数字量逻辑控制。它是目前用得最多的PLC编程语言。功能块图使用类似数字电路中的各种门电路，加上输入，输出，通过一定的逻辑

18、连接方式来完成控制逻辑。也可以将函数和功能块连接到电路中，完成各种复杂的功能和计算。有数字电路基础的人很容易掌握。第25页/共61页指令表又称语句表。PLC的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，由指令组成指令表程序或语句表程序。语句表比较适合熟悉PLC和程序设计的经验丰富的程序员使用。结构文本是为IEC61131-3标准创建的一种专用的高级编程语言，与梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简洁和紧凑。第26页/共61页1. 梯形图语言（LAD） 梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一种编程语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，

19、因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。 图1是典型的交流异步电动机直接启动的继电器控制电路图。 图2是采用PLC控制的程序梯形图。图1 交流异步电动机直接启动电路图第27页/共61页图2 PLC梯形图第28页/共61页2 . 指令表语言（STL） 指令表编程语言是与汇编语言类似的一种助记符编程语言，和汇编语言一样由操作码和操作数组成。图3就是与图2 PLC梯形图对应的指令表。图3 指令表第29页/共61页3. 功能块图语言（FBD） 功能块图语言是与数字逻辑电路类似的一种PLC编程语言。图4是对应图1交流异步电动机直接启动的功能模块图编程语言的表达方式。图4 功能块图第30页/共61页第

20、31页/共61页S7 200 PLC CPU模块的外形图第32页/共61页S7 200 PLC （CPU 224 XP）模块的外形图各I/O点的通/断有LED指示。与外部的连接使用接线端子。第33页/共61页S7 300 PLCS7 400 PLC第34页/共61页S7-200系列PLCS7-200 的特点1、功能强2、先进的程序结构3、灵活方便的寻址方法4、功能强大、使用方便的编程软件5、简化复杂编程任务的向导功能6、强大的通信功能7、品种丰富的配套人机界面8、有竞争力的价格9、完善的网上技术支持第35页/共61页CPU模块第36页/共61页第37页/共61页第38页/共61页数字量扩展模块

21、第39页/共61页STEP 7-Micro/WIN 编程软件提供SIMATIC 指令集与IEC 61131-3 指令集 SIMATIC 指令集-由西门子公司提供，有三种编程语言：梯形图，功能块图和语句表语言。IEC 61131-3 指令集-标准的指令集，只有梯形图和功能块图 s7-200的编程语言第40页/共61页S7-200 的程序结构主程序（OB1）-一个项目都必须并且只能有一个主程序，由操作系统调用。每个扫描周期都要执行一次主程序。子程序-由主程序和其它子程序调用，子程序结束时无需返回指令和结束指令。使用子程序可以简化程序代码和减少扫描时间。中断程序-用来及时处理与用户程序的执行时序无关

22、的操作，或者不能事先预测何时发生的中断事件。在发生事件时由操作系统调用。第41页/共61页存储器的数据类型与寻址方式数据在存储器中存取的方式数据长度和表示方式称为数据格式1、1位二进制（开关量）-数据类型为布尔型I 3.2区域标识符字节地址位地址由字节地址和位地址组成西门子PLC的位存储单元第42页/共61页2、 多位二进制数2#10101 0 1 0第0位第1位第2位第3位102*02*12*02*1012302122232第43页/共61页3、 十六进制数十进十进制数制数十六十六进制数进制数二进制数二进制数BCDBCD码码十进十进制数制数十六十六进制数进制数二进制数二进制数BCDBCD码码

23、000 00000000 0000990 10010000 1001110 00010000 000110A0 10100001 0000220 00100000 001011B0 10110001 0001330 00110000 001112C0 11000001 0010440 01000000 010013D0 11010001 0011550 01010000 010114E0 11100001 0100660 01100000 011015F0 11110001 0101770 01110000 011116101 00000001 0110880 10000000 1000171

24、11 00010001 0111第44页/共61页 十六进制数： A E 7 5H 在PLC中表示：16#AE75 二进制数： 1010 1110 0111 0101A E 7 5446611*516*7256*144096*1016*516*716*16*0123 EA016116216316第45页/共61页4、字节、字与双字76543210IB0IB1IB2IB3IB4IB5I3.2位数据的存放MSBLSB第46页/共61页1个字节=8位二进制1个字=2个字节=16位二进制1个双字=2个字=4个字节=32位二进制31 IB 0IB 1IB 2 IB 3 015 IB 0 87 IB 1

25、07 IB 0 0高有效字节低有效字节最高有效字节最低有效字节IW 0IDW 0IB 0第47页/共61页5、负数的表示方法数据的位数无符号整数有符号整数十进制十六进制十进制十六进制B（字节）8位值02550FF-128127807FW（字）16位值0655350FFFF-327683276780007FFFD（双字）32位值042949672950FFFFFFFF-21474836482147483647800000007FFFFFFFPLC一般用二进制补码来表示有符号数，其最高位为符号位，最高位为0时为正数，为1时为负数。正数的补码是它本身，将正数的补码逐位取反后加1，得到绝对值与它相同的

26、负数的补码。数据的位数与取值范围第48页/共61页6、BCD码BCD码：用4位二进制表示一位十进制数用于拨盘开关的输入、输出数码管显示等十进十进制数制数十六十六进制数进制数二进制数二进制数BCD码码十进十进制数制数十六十六进制数进制数二进制数二进制数BCD码码000 00000000 0000990 10010000 1001110 00010000 000110A0 10100001 0000220 00100000 001011B0 10110001 0001330 00110000 001112C0 11000001 0010440 01000000 010013D0 11010001

27、0011550 01010000 010114E0 11100001 0100660 01100000 011015F0 11110001 0101770 01110000 011116101 00000001 0110880 10000000 100017111 00010001 0111第49页/共61页CPU 的存储区1、输入过程映像寄存器（I）在每个扫描周期开始，将现场信号采集送I，用户程序中使用到的现场信号都从I中取。2、输出过程映像寄存器（Q）在用户程序指令执行过程中，每次对Q的操作结果都存放在Q中。在扫描周期的末尾，将Q中的数据送达输出模块。第50页/共61页3、变量存储区（V）

28、变量存储区用于存放程序执行过程中的中间结果。CPU 226可使用VB0-VB102394、位存储区（M）位存储区用于存放程序执行过程中的中间结果。S7 200可使用MB0-MB31第51页/共61页5、定时器存储区（T）定时器的作用相当于继电器系统中的时间继电器。S7 200中可使用T0-T255在该区域中存放定时器当前的定时值和定时器的状态第52页/共61页6、计数器存储区（C）S7 200中可使用C0-C255在该区域中存放计数器当前的计数值和计数器的状态7、高速计数器（HC）CPU 224 XP 中可使用2个200KHZ，4个30KHZ。用来累计比CPU扫描时间更快的事件，计数过程与扫描

29、周期无关。CPU 226 中可使用6个30KHZ。第53页/共61页8、累加器（AC）CPU 226 中可使用4个32位的累加器，AC0-AC3可以作为存储单元，在做数值运算时存放中间结果。9、特殊存储器（SM）用于CPU与用户之间交换信息。第54页/共61页SMB0特殊存储器功能说明第55页/共61页10、局部存储器（L）S7 200 有64个字节的局部存储器。可以作为存储单元，或者给子程序传递参数。局部存储变量只在创建该变量的子程序中有效。11、顺序控制继电器（S）顺序控制继电器（SCR）用于组织设备的顺序操作。第56页/共61页12、模拟量输入（AI）存放模拟量的采样值。用户程序只能读该区域不能写。因为模拟量输入是一个字长，应从偶数字节地址开始存放。13、模拟量输出入（AQ）存放模拟量的输出值。用户程序只能写该区域不能读。因为模拟量输出是一个字长，应从偶数字节地址开始存放。第57页/共61页CPU存储器的范围与特性软元件名称软元件名称