电气控制与PLC第6章

1、第第6章章 可编程控制器可编程控制器 概述概述7.1可编程控制器的硬件配置可编程控制器的硬件配置7.2S7-200系列可编程控制器简介系列可编程控制器简介7.3可编程控制器程序设计可编程控制器程序设计7.46.1 概述概述Programmable ControllerPCProgrammable Logic ControllerPLCPLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通信网导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通信网络技术发展起来的一种络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置通用工业自动控制装置。PLC的

2、四个发展阶段的四个发展阶段第一代：第一代：用一位机开发，磁芯存储器存储，只具有单一的用一位机开发，磁芯存储器存储，只具有单一的逻辑控制功能；逻辑控制功能；第二代：第二代：使用使用8位微处理器及半导体存储器，产品开始系列位微处理器及半导体存储器，产品开始系列化。化。第三代：第三代：高性能微处理器的使用，使高性能微处理器的使用，使PLC的处理速度大大的处理速度大大提高，从而促使它向多功能及联网通讯方向发展。提高，从而促使它向多功能及联网通讯方向发展。第四代：第四代：具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通讯功能的真正名副其实的多功

3、能、数据处理功能、联网通讯功能的真正名副其实的多功能产品。同一时期，由能产品。同一时期，由PLC构成的构成的PLC网络也得到飞速发网络也得到飞速发展。展。6.1.1 发展历史发展历史PLC 的定义的定义 1987年，美国电气制造协会对年，美国电气制造协会对PLC作定义：作定义：是一种带有指令存储器和数字或模拟是一种带有指令存储器和数字或模拟I/O接口，以接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能，用于控制机器或生产过程的自动算术运算功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置。控制装置。 6.1.2 性能特点性能特点1. 功能丰富功能

4、丰富（1）丰富的指令。）丰富的指令。（2）内部器件种类繁多，容量宏大。）内部器件种类繁多，容量宏大。（3）丰富的外部设备。）丰富的外部设备。（4）可建立友好的人机界面，可与计算机链接或）可建立友好的人机界面，可与计算机链接或联网，实现信息交换。联网，实现信息交换。（5）具有强大的自检功能，可进行自诊断，并记）具有强大的自检功能，可进行自诊断，并记录诊断结果，为维修提供方便。录诊断结果，为维修提供方便。2. 使用方便使用方便（1）配置、安装和维护方便。）配置、安装和维护方便。（2）编程方法简单易学。）编程方法简单易学。6.1.2 性能特点性能特点3. 工作可靠工作可靠PLC采取了一系列硬件和软件

5、抗干扰措施，使之具采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，使之具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上。因此，时以上。因此，PLC已被公认为最可靠的工业控制已被公认为最可靠的工业控制设备之一，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现设备之一，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。场。4. 体积小、能耗低、性能价格比高体积小、能耗低、性能价格比高PLC的体积小、重量轻，的体积小、重量轻，PLC可以装入机械设备内可以装入机械设备内部，实现机电一体化控制。部，实现机电一体化控制。对于复杂的控制系统，使用对于复杂的控制系统，使用PLC后，不仅可以减少后，不仅

6、可以减少大量的中间继电器和时间继电器，而且大量的中间继电器和时间继电器，而且PLC的配线的配线比继电器控制系统的少得多，从而可以省下大量的比继电器控制系统的少得多，从而可以省下大量的配线和附件，在提高了系统可靠性的同时，节约了配线和附件，在提高了系统可靠性的同时，节约了大量的费用。大量的费用。6.1.2 性能特点性能特点6.1.3 应用及发展趋势应用及发展趋势1. PLC的应用的应用（1）开关量逻辑控制）开关量逻辑控制（2）模拟量、数字量控制）模拟量、数字量控制（3）数据处理）数据处理（4）通信与联网）通信与联网（5）监控）监控（6）运动控制）运动控制2. PLC的发展趋势的发展趋势（1）向高

7、性能、高速度、大容量发展）向高性能、高速度、大容量发展（2）向超小型和超大型双向发展）向超小型和超大型双向发展（3）PLC编程语言的多样化和标准化编程语言的多样化和标准化（4）增强通信联网能力，控制与管理功能一体化）增强通信联网能力，控制与管理功能一体化（5）扩展模块智能化、功能完善化）扩展模块智能化、功能完善化6.1.3 应用及发展趋势应用及发展趋势6.2 可编程序控制器的硬件配置可编程序控制器的硬件配置6.2.1基本组成基本组成1. CPU模块模块CPU模块：模块：由微处理器（由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。芯片）和存储器组成。输入处理：输入处理：从输入模块将输入信号和数据读入输入映

8、从输入模块将输入信号和数据读入输入映象寄存器和数据寄存器。象寄存器和数据寄存器。执行用户程序：执行用户程序：读入和解释用户程序，完成数据的存读入和解释用户程序，完成数据的存取、传送和处理，并用运算结果更新输出映象寄存器取、传送和处理，并用运算结果更新输出映象寄存器的内容，产生相应的控制信号。的内容，产生相应的控制信号。输出处理：输出处理：将输出映象寄存器的内容送到输出模块。将输出映象寄存器的内容送到输出模块。CPU模块采用扫描工作方式。模块采用扫描工作方式。（1）微处理器）微处理器 CPU通用微处理器（如通用微处理器（如8086）单片微处理器（如单片微处理器（如8031）位片式微处理器（如位片

9、式微处理器（如AND2900） 由运算器、寄存器、控制器、总线接口等功能模块由运算器、寄存器、控制器、总线接口等功能模块组成。组成。小型小型PLC8位通用或单片微处理器；位通用或单片微处理器；中型中型PLC16位通用或单片微处理器；位通用或单片微处理器；大型大型PLC采用位片式微处理器。采用位片式微处理器。 （2）存储器）存储器PLC的存储器有三种分类方式：的存储器有三种分类方式：1）按介质分类）按介质分类 随机存取存储器或称读写存储器（随机存取存储器或称读写存储器（RAM） 只读存储器（只读存储器（ROM） 可擦除可编程序的只读存储器（可擦除可编程序的只读存储器（EPROM） 可电擦除的只读

10、存储器（可电擦除的只读存储器（E2PROM） 2）按用途分类）按用途分类 系统程序存储区系统程序存储区 用户程序存储区用户程序存储区 系统系统RAM存储区存储区 3）按内存的分布分类）按内存的分布分类 主内存主内存是内存的主体，也是是内存的主体，也是PLC直接访直接访问的对象；问的对象； 辅助内存辅助内存用于存放用户程序的备份，当用于存放用户程序的备份，当PLC上电初始化时，把它的内容拷贝到主内上电初始化时，把它的内容拷贝到主内存的用户程序区，供存的用户程序区，供PLC的的CPU运行；运行； 存储卡存储卡配有电池，可长期保存程序。配有电池，可长期保存程序。 2. 输入输入/输出（输出（I/O）

11、模块）模块输入（输入（Input）/输出（输出（Output）模块简称为）模块简称为I/O模块。模块。I/O模块是联系模块是联系PLC的的CPU模块和外部现场的桥梁。模块和外部现场的桥梁。PLC通过输入模块采集各种输入信号，并以此为依通过输入模块采集各种输入信号，并以此为依据进行处理，最终通过输出模块控制接触器、电磁据进行处理，最终通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器，实现对阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器，实现对被控对象的控制。被控对象的控制。采用光电隔离，实现了采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。路的电

12、气隔离，减小了电磁干扰。外部信号通常分：外部信号通常分： 开关量信号开关量信号 模拟量信号模拟量信号开关量信号开关量信号主要来自按钮、选择开关、数字拨主要来自按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等器件，只有电器等器件，只有接通和断开接通和断开两种状态；两种状态；模拟量信号模拟量信号是通过电位器、热电耦、测速发电是通过电位器、热电耦、测速发电机和各种变送器将压力、温度、流量等物理量变换机和各种变送器将压力、温度、流量等物理量变换成成连续变化的电压或电流信号连续变化的电压或电流信号。I/O模块通常可分为：模块通常可分为：

13、 开关量开关量I/O模块模块 模拟量模拟量I/O模块模块 特殊特殊I/O模块模块I/O模块输入、输出口的个数通常称为模块输入、输出口的个数通常称为I/O点数。点数。（1）开关量）开关量I/O模块模块输入模块用于接收和采集各种开关量输入信号。输入模块用于接收和采集各种开关量输入信号。对输入信号（对输入信号（按钮、行程开关或传感器等产生的按钮、行程开关或传感器等产生的信号信号）进行滤波、隔离和电平转换等处理，）进行滤波、隔离和电平转换等处理，转换转换成数字信号成数字信号以可靠、安全地传送到以可靠、安全地传送到PLC的内部。的内部。1）输入模块）输入模块输入接口电路输入接口电路COM光电三极管光电三

14、极管发光二极管发光二极管输入端子输入端子+内内部部电电路路3.3k 1000PF470 PLCI0.0+24V2）输出模块）输出模块输出模块是输出模块是PLC驱动负载的输出电路，同时它还具有驱动负载的输出电路，同时它还具有功率放大、滤波、隔离和电平转换等功能。功率放大、滤波、隔离和电平转换等功能。它将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电它将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以控制接触器线圈等电器通断电。路的信号，以控制接触器线圈等电器通断电。输出电路还使计算机与外部强电隔离。输出电路还使计算机与外部强电隔离。输出接口电路输出接口电路继电器输出继电器输出PLC内内部部电电

15、路路内内部部电电路路JYCOM+-交流电源或交流电源或直流电源直流电源输出三种形式：输出三种形式：继电器继电器 - 低速大功率，驱动交、直流负载；低速大功率，驱动交、直流负载；可控硅可控硅 - 高速大功率，驱动交流负载；高速大功率，驱动交流负载；晶体管晶体管 - 高速小功率，驱动直流负载。高速小功率，驱动直流负载。（2）模拟量）模拟量I/O模块模块模拟量模拟量I/O模块的主要任务就是对输入信号进行模块的主要任务就是对输入信号进行A/D转换，对输出信号进行转换，对输出信号进行D/A转换，其转换精度由转转换，其转换精度由转换器的位数决定。换器的位数决定。 （3）特殊）特殊I/O模块模块特殊特殊I/

16、O模块是为了降低费用或简化编程过程，模块是为了降低费用或简化编程过程，增强增强PLC的功能，扩大的功能，扩大PLC应用范围而开发应用范围而开发的各种的各种I/O模块，也经常作为独立的模块供模块，也经常作为独立的模块供PLC系统根据具体的工艺控制要求进行选择系统根据具体的工艺控制要求进行选择配置。配置。（3）特殊）特殊I/O模块模块过程控制模块：过程控制模块：指对连续变化的模拟量的闭环控指对连续变化的模拟量的闭环控制，过程控制通常采用制，过程控制通常采用PID（比例（比例-积分积分-微分）控微分）控制方式。制方式。 高速计数模块：高速计数模块：PLC有最高工作频率受扫描周期有最高工作频率受扫描周

17、期的限制，一般仅有几十的限制，一般仅有几十Hz。但是在工业控制中，。但是在工业控制中，有时要求有时要求PLC对来自旋转编码器、机械开关或电对来自旋转编码器、机械开关或电子开关的高速脉冲进行计数。由此产生的高速计子开关的高速脉冲进行计数。由此产生的高速计数模块可以对几十千数模块可以对几十千Hz甚至上兆甚至上兆Hz的脉冲进行计的脉冲进行计数，以保证能及时驱动负载。数，以保证能及时驱动负载。（3）特殊）特殊I/O模块模块运动控制模块：运动控制模块：运动控制模块一般带有微处理器，运动控制模块一般带有微处理器，用来控制运动物体的位置、速度和加速度，它可用来控制运动物体的位置、速度和加速度，它可以控制直线

18、运动或旋转运动。以控制直线运动或旋转运动。 通信模块：通信模块：用来完成用来完成PLC之间、之间、PLC与其它智能与其它智能控制设备或主计算机之间的通信。控制设备或主计算机之间的通信。 热电阻热电阻/热电耦模块：热电耦模块：在生产中，温度是最常见的在生产中，温度是最常见的一种信号，厂商也专门生产了相应的热电阻一种信号，厂商也专门生产了相应的热电阻/热电热电耦模块，它们提供了耦模块，它们提供了PLC与热电阻和热电耦的连与热电阻和热电耦的连接接口。接接口。 3. 电源电源PLC一般使用一般使用220V交流电源或交流电源或24V直流电源供电。直流电源供电。PLC内部则通过直流稳压电源为各功能模块提供

19、内部则通过直流稳压电源为各功能模块提供工作电压。工作电压。4. 编程器及其它外部设备编程器及其它外部设备编程器的基本作用编程器的基本作用是编辑、调试和输入用户程序，是编辑、调试和输入用户程序，同时还可以用于监视系统运行时各种编程元件的工同时还可以用于监视系统运行时各种编程元件的工作状态情况。作状态情况。 PLC系统还可以配置人系统还可以配置人/机接口装置、外存储器、打机接口装置、外存储器、打印机、印机、EPROM写入器等外部设备。写入器等外部设备。 6.2.2 分类分类 1. 按硬件结构分类按硬件结构分类 整体式整体式PLC 模块式模块式PLC 叠装式叠装式PLC2. 按按I/O点数分类点数分

20、类 超小型或微型超小型或微型PLC 小型小型PLC 中型中型PLC 大型大型PLC3. 按功能分类按功能分类分为低档、中档和高档三类。分为低档、中档和高档三类。低档低档PLC主要用于逻辑控制、顺序控制等单机控制主要用于逻辑控制、顺序控制等单机控制系统和比较简单的自动化系统；系统和比较简单的自动化系统；中档中档PLC则已经可以满足多数复杂控制系统的需求；则已经可以满足多数复杂控制系统的需求；高档高档PLC通常用于大规模分布式网络系统。通常用于大规模分布式网络系统。6.2.3 基本工作原理基本工作原理扫描周期：扫描周期：每扫描一个循环所用的时间称为扫描周每扫描一个循环所用的时间称为扫描周期。期。P

21、LC的工作方式：的工作方式：循环扫描工作方式。循环扫描工作方式。CPU从第一条指令开始执行，遇到结束符又返回第从第一条指令开始执行，遇到结束符又返回第一条，不断循环。一条，不断循环。工作模式工作模式PLC：运行（：运行（Run）和停止（）和停止（Stop）工作模式。）工作模式。 （1）运行（）运行（Run）自诊断处理自诊断处理通信信息处理通信信息处理输入处理输入处理程序执行程序执行输出处理输出处理 （2）停止（）停止（Stop）模式）模式自诊断处理自诊断处理通信信息处理通信信息处理输入处理输入处理程序执行程序执行输出处理输出处理 “自诊断处理自诊断处理”阶段阶段PLC检查检查CPU模块内部的硬

22、件是否正常，复位监控定模块内部的硬件是否正常，复位监控定时器（时器（WDT）；）；检查程序执行结果是否正确，进行奇偶校验；检查程序执行结果是否正确，进行奇偶校验；判断程序执行时间是否超时；判断程序执行时间是否超时；刷新具有断电保持功能的继电器现有值以及完成其它刷新具有断电保持功能的继电器现有值以及完成其它一些内部工作。一些内部工作。如果出现故障，则停止中央处理工作并报警提示。如果出现故障，则停止中央处理工作并报警提示。 “通信信息处理通信信息处理”阶段阶段PLC与编程器交换信息；与编程器交换信息；PLC与别的带微处理器的智能装置通信（如数字处与别的带微处理器的智能装置通信（如数字处理器）；理器

23、）；PLC与网络通讯，当与网络通讯，当PLC配有网络通讯模块时，应配有网络通讯模块时，应与通讯对象进行数据交换。与通讯对象进行数据交换。“输入处理输入处理”阶段（采样）阶段（采样）采样：采样：PLC以扫描工作方式按顺序将所有的输入信以扫描工作方式按顺序将所有的输入信号读入到号读入到输入映象寄存器输入映象寄存器中进行存储。中进行存储。 输入映象寄存器从输入映象寄存器从PLC的存储器中划分出来的存储器中划分出来专门用专门用来存放输入信号状态的存储区来存放输入信号状态的存储区。当外接的输入触点电路接通时，对应的输入映象寄当外接的输入触点电路接通时，对应的输入映象寄存器为存器为“1”状态；状态；当外接

24、的输入触点电路断开时，对应的输入映象寄当外接的输入触点电路断开时，对应的输入映象寄存器为存器为“0”状态。状态。注注 意意在一个扫描工作周期内，在一个扫描工作周期内，采样结果的内容不会改变采样结果的内容不会改变，它是它是PLC程序执行时使用的输入量的依据。程序执行时使用的输入量的依据。外部输入信号状态在被采样后发生的变化，只能在外部输入信号状态在被采样后发生的变化，只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。“程序执行程序执行”阶段阶段CPU从用户程序的第一条指令开始，逐条执行，直到从用户程序的第一条指令开始，逐条执行，直到程序结束。程序结束。在执行某条指令时

25、，先从在执行某条指令时，先从映象寄存器映象寄存器中将有关数据中将有关数据读出来，然后根据指令的要求执行相应的运算、处读出来，然后根据指令的要求执行相应的运算、处理，最后将运算的结果写入到对应的理，最后将运算的结果写入到对应的元件映象寄存元件映象寄存器器中，供后面指令程序执行时使用。中，供后面指令程序执行时使用。输出映象寄存器输出映象寄存器从从PLC的存储器中划分出来的存储器中划分出来专门用专门用来存放输出信号状态的存储区来存放输出信号状态的存储区。注注 意意除除输入映象寄存器输入映象寄存器外，各编程元件的映象寄存器的内外，各编程元件的映象寄存器的内容随着程序的执行而变化；容随着程序的执行而变化

26、；输出映象寄存器输出映象寄存器的状态在的状态在整个程序执行完毕之前整个程序执行完毕之前不会不会送到输出端子上去影响输出电路状态的改变。送到输出端子上去影响输出电路状态的改变。“输出刷新输出刷新”阶段阶段PLC将输出映象寄存器的将输出映象寄存器的“0”/“1”状态传送到状态传送到输出锁输出锁存器存器进行锁存，以驱动进行锁存，以驱动PLC系统输出端的用户设备。系统输出端的用户设备。当某输出映象寄存器为当某输出映象寄存器为“1”状态时，系统外部负载通状态时，系统外部负载通电工作；电工作；当某输出映象寄存器为当某输出映象寄存器为“0”状态时，则使外部负载断状态时，则使外部负载断电，停止工作。电，停止工

27、作。锁存器中的内容将保持到下一次锁存器中的内容将保持到下一次“输出处理输出处理”阶段阶段才会被更新才会被更新，PLC外部的实际输出状态也随之改变。外部的实际输出状态也随之改变。说说 明明PLC属于一种属于一种“串行串行”工作方式工作方式。以循环扫描工作方式顺序执行各个阶段的工作，以循环扫描工作方式顺序执行各个阶段的工作，继电控制系统可视为继电控制系统可视为“并行并行”工作方式工作方式。由实际硬件设备组成的，当某个继电器的线圈通电或由实际硬件设备组成的，当某个继电器的线圈通电或断电时，该继电器的所有常开或常闭触点无论处在控断电时，该继电器的所有常开或常闭触点无论处在控制线路的任何位置，都会立即同

28、时动作。制线路的任何位置，都会立即同时动作。由于由于PLC处理速度很快，采用处理速度很快，采用“串行串行”的处理方式的处理方式所造成的输出对输入在时间响应上的滞后并不影响所造成的输出对输入在时间响应上的滞后并不影响PLC在一般实际工程中的应用，同时还可避免继电在一般实际工程中的应用，同时还可避免继电接触器控制系统中的触点竞争和时序失控的问题。接触器控制系统中的触点竞争和时序失控的问题。 6.2.4 性能指标性能指标1. 编程语言编程语言PLC可采用不同的编程语言来编写用户程序，目可采用不同的编程语言来编写用户程序，目前常用的有：前常用的有：梯形图语言、助记符语言、流程图梯形图语言、助记符语言、

29、流程图语言和语言和Basic、C语言等高级语言语言等高级语言。PLC能使用的能使用的编程语言种类越多，其类型越高级。编程语言种类越多，其类型越高级。2. 指令功能及数量指令功能及数量编程指令的功能越强、数量越多，表示编程指令的功能越强、数量越多，表示PLC的处的处理和控制能力越强，用户的编程也更为简单、方理和控制能力越强，用户的编程也更为简单、方便。便。3. I/O点总数点总数I/O点总数指点总数指PLC可以接受的输入信号和输出控制信可以接受的输入信号和输出控制信号的总和。点数越多，可以连接的外部设备就越多，号的总和。点数越多，可以连接的外部设备就越多，控制的规模就越大。控制的规模就越大。4.

30、 内部继电器的种数和点数内部继电器的种数和点数内部继电器主要包括：辅助继电器、特殊继电器、内部继电器主要包括：辅助继电器、特殊继电器、定时器、计数器和移位寄存器等，表征了定时器、计数器和移位寄存器等，表征了PLC的内的内部处理能力和运算功能。部处理能力和运算功能。5. 用户程序存储量用户程序存储量用户程序存储量表示用户程序存储量表示PLC能够存放多少用户程序。能够存放多少用户程序。小型小型PLC一般为几一般为几K字，大型字，大型PLC的用户程序存储的用户程序存储器容量可达数十器容量可达数十M字。字。6. 扫描速度扫描速度扫描速度指扫描速度指PLC执行用户程序的速度，通常以毫秒执行用户程序的速度

31、，通常以毫秒每千字（每千字（ms/K字）为单位。字）为单位。7. 可扩展能力可扩展能力PLC的可扩展能力指的可扩展能力指I/O模块的扩展、存储容量的扩模块的扩展、存储容量的扩展以及各种功能模块的扩展等。扩展能力越强，系展以及各种功能模块的扩展等。扩展能力越强，系统的配置就越灵活，控制能力就越强。统的配置就越灵活，控制能力就越强。8. 工作环境工作环境一般的一般的PLC都能保证在温度都能保证在温度055、湿度、湿度 85%（无凝霜）的环境下可靠工作。（无凝霜）的环境下可靠工作。此外，此外，PLC还包括附加功能、尺寸等指标。还包括附加功能、尺寸等指标。6.3西门子西门子S7-200系列系列可编程序

32、控制器简介可编程序控制器简介西门子公司的西门子公司的micro automation SIMATIC S7-200系系列可编程序控制器是一种采用叠装式结构的小型列可编程序控制器是一种采用叠装式结构的小型PLC。 通讯电缆通讯电缆S7-200 CPU STEP7-Micro/WIN32 计算机计算机6.3.1 S7-200系统的基本组成系统的基本组成S7-200系列系列PLC系统与其他系统与其他PLC系统的基本结构相系统的基本结构相同，主要由同，主要由CPU模块、模块、I/O模块和编程器等外设组成。模块和编程器等外设组成。 1.CPU模块模块中央处理单元（中央处理单元（CPU）集成在模块的内部，

33、负责执）集成在模块的内部，负责执行程序和存储数据等工作。行程序和存储数据等工作。 I/O模块模块I/O模块是系统的控制点，是模块是系统的控制点，是PLC与外部联系的桥梁。与外部联系的桥梁。S7-200 CPU模块自带一定数量的数字量模块自带一定数量的数字量I/O，它们，它们分布在模块的顶部和底部端子盖内。分布在模块的顶部和底部端子盖内。底部端子盖内不仅顺序排列着各个输入端子，还提供底部端子盖内不仅顺序排列着各个输入端子，还提供24V的直的直流传感器电源；流传感器电源；顶部端子盖内则是输出端子和顶部端子盖内则是输出端子和CPU模块的电源输入端。模块的电源输入端。2排排LED指示灯分别指示了各个输

34、入和输出端的通指示灯分别指示了各个输入和输出端的通/断状态。断状态。2. 编程器和编程软件编程器和编程软件S7-200系列系列PLC的编程器分：的编程器分： 专用编程器专用编程器 通用计算机通用计算机3. 通讯电缆通讯电缆通讯电缆是编程系统和通讯电缆是编程系统和PLC联系的桥梁。联系的桥梁。最常见的通讯电缆是最常见的通讯电缆是PC/PPI电缆，它的标准长度是电缆，它的标准长度是5米，具有光电隔离功能，内置米，具有光电隔离功能，内置RS232C/RS485转换。转换。 4. 扩展模块扩展模块为了更好地满足控制系统的要求，西门子公司为为了更好地满足控制系统的要求，西门子公司为S7-200系列系列P

35、LC配置了丰富扩展模块。配置了丰富扩展模块。例如，数字量例如，数字量I/O模块（如模块（如EM221、EM222和和EM223）、模拟量）、模拟量I/O模块（如模块（如EM231、EM232和和EM235）、调制解调器模块）、调制解调器模块EM241、热电耦、热电耦/热电阻热电阻扩展模块扩展模块EM231、位置控制模块、位置控制模块SM253等。等。5. 文本显示器等外设文本显示器等外设文本显示器、触摸屏、操作员面板（控制台）等也文本显示器、触摸屏、操作员面板（控制台）等也常称为人机界面或人机接口，可以使用户通过友好常称为人机界面或人机接口，可以使用户通过友好的操作界面轻松的完成各种调整和控制

36、任务。的操作界面轻松的完成各种调整和控制任务。6.4 可编逻辑控制器程序设计可编逻辑控制器程序设计1. 编程语言编程语言 IEC1131-3包括五种编程语言：包括五种编程语言：顺序功能图（顺序功能图（Sequential function chart）；）；梯形图（梯形图（Ladder diagram）；）；功能块图（功能块图（Function block diagram）；）；指令表（指令表（Instruction list）；）；结构文本（结构文本（Structured text）。）。 1. 顺序功能图（顺序功能图（SFC）顺序功能图：顺序功能图：是一种位于其它四种编程语言之上的是一种位

37、于其它四种编程语言之上的图形语言。图形语言。SFC不是一种独立的编程语言，而是作为不是一种独立的编程语言，而是作为PLC的辅的辅助编程工具。它提供了一种组织程序的图形方法，助编程工具。它提供了一种组织程序的图形方法，主要用来编制顺序控制程序。主要用来编制顺序控制程序。 2. 功能块图（功能块图（FBD）功能块图功能块图FBD是一种类似于数字逻辑电路的图形语是一种类似于数字逻辑电路的图形语言，但在言，但在FBD中允许嵌入别的语言。中允许嵌入别的语言。FBD用类似数字逻辑电路与、或、非门的方框来用类似数字逻辑电路与、或、非门的方框来表示逻辑运算关系，表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输方框的

38、左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，信号是自左向右流动入变量，右侧为输出变量，信号是自左向右流动的的。它适合于具有数字电路基础的设计人员使用。它适合于具有数字电路基础的设计人员使用。 3. 结构文本（结构文本（ST）结构文本（结构文本（ST）是为）是为IEC1131-3标准创建的一种专标准创建的一种专用的高级编程语言。用的高级编程语言。与梯形图相比，与梯形图相比，ST能实现更复杂的数学运算，同时，能实现更复杂的数学运算，同时，编写的程序更简洁和紧凑。编写的程序更简洁和紧凑。 4. 梯形图（梯形图（LD）梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，特别适梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，特别

39、适用于开关量逻辑控制。用于开关量逻辑控制。梯形图梯形图：由触点、线圈和用方框表示的功能块图组成。：由触点、线圈和用方框表示的功能块图组成。 公共母线公共母线（Bus bar）触点触点线圈线圈梯形图的构成梯形图的构成梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列。梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列。从左母线开始，按一定的控制要求和规则连接每从左母线开始，按一定的控制要求和规则连接每个触点，最后以继电器线圈结束。个触点，最后以继电器线圈结束。逻辑行逻辑行5. 指令表（指令表（IL）PLC指令表又称为语句表（指令表又称为语句表（Statement List）指令表与微机的汇编语言相似，采用助记符表达式指令表

40、与微机的汇编语言相似，采用助记符表达式来表示操作功能，若干条指令组成了指令表程序。来表示操作功能，若干条指令组成了指令表程序。 LD I0.0O Q0.0AN I0.1= Q0.0指令表比较适合经验丰富的程序员，可以实现某些指令表比较适合经验丰富的程序员，可以实现某些不能用梯形图或功能块图实现的功能。不能用梯形图或功能块图实现的功能。 编程语言的相互转换和选用编程语言的相互转换和选用 梯形图：梯形图：用于设计复杂的开关量控制程序。用于设计复杂的开关量控制程序。指令表：指令表：处理某些不能用梯形图解决的问题。如数处理某些不能用梯形图解决的问题。如数学运算，通讯设计等。学运算，通讯设计等。梯形图编

41、程的程序能转换成指令表；梯形图编程的程序能转换成指令表；指令表编程的程序不一定能转换成梯形图指令表编程的程序不一定能转换成梯形图。6.4.2 S7-200编程的基本概念编程的基本概念西门子西门子S7-200系列采用梯形图、指令表和功能块图系列采用梯形图、指令表和功能块图3种编程语言进行编程。种编程语言进行编程。通过通过STEP7-Micro/WIN32编程软件提供的菜单选项，编程软件提供的菜单选项，用户可以将满足条件的梯形图、指令表和功能块图用户可以将满足条件的梯形图、指令表和功能块图3种编程语言所编写的程序进行相互转换。种编程语言所编写的程序进行相互转换。1. 编程语言编程语言2. 指令集指

42、令集SIMATIC指令集指令集 ：由西门子公司提供，它的某些指由西门子公司提供，它的某些指令不是令不是IEC1131-3中的标准指令。中的标准指令。通常通常SIMATIC指令的执行时间短，可使用梯形图、指令的执行时间短，可使用梯形图、功能块图和语句表语言。功能块图和语句表语言。 IEC1131指令集：指令集：只提供梯形图、功能块图语言，只提供梯形图、功能块图语言，且指令较少。且指令较少。 3. PLC的程序结构的程序结构S7-200的用户程序：的用户程序：包括主程序、子程序和中断程序包括主程序、子程序和中断程序3种。种。每个用户程序只能有一个每个用户程序只能有一个主程序主程序，主程序通过指令，

43、主程序通过指令控制整个应用程序的执行，每次控制整个应用程序的执行，每次CPU扫描都要执行扫描都要执行一次主程序。一次主程序。子程序：子程序：只在被其它程序调用时执行，最多可达只在被其它程序调用时执行，最多可达64个（个（SBR0SBR63）。）。中断程序：中断程序：可达可达128个（个（INT0INT127），它由相），它由相应的中断事件触发，而不是被主程序调用。应的中断事件触发，而不是被主程序调用。4. 数据类型数据类型位数据（位数据（bit）：）：通常用来表示开关量的状态。通常用来表示开关量的状态。各继电器、计数器和定时器的状态都采用位数据表各继电器、计数器和定时器的状态都采用位数据表示。

44、示。如：触点的通和断、线圈的通电和断电。如：触点的通和断、线圈的通电和断电。其值为二进制数其值为二进制数“1”或或“0”。 字节数据（字节数据（Byte）：）：8位二进制组成位二进制组成1个字节。个字节。MSB LSB76543210I0.1寄存器寄存器I0I0.516位整数（位整数（Word）：）：2个字节组成个字节组成1个字个字16位有符号整数（位有符号整数（INT）：二进制补码表示有符号数，）：二进制补码表示有符号数，最高位为符号位。最高位为符号位。MSB15141312111098VB100LSB76543210VB101V存储空间中编号为存储空间中编号为100、101的的2个字节数据

45、。个字节数据。 VW10032位整数（位整数（Double Word）：）： 2个字组成个字组成1个双字。个双字。MSB LSB310VB100VB101VB102VB103VD1005. 寻址方式寻址方式S7-200将信息存于不同的存储器单元中，每个单元将信息存于不同的存储器单元中，每个单元都有唯一的地址。都有唯一的地址。S7-200访问数据的寻址方式：访问数据的寻址方式： 立即寻址立即寻址 直接寻址直接寻址 间接寻址间接寻址立即寻址：立即寻址：在指令中直接给出了操作数，通常立即在指令中直接给出了操作数，通常立即寻址方式用来提供常数、设置初始值等。寻址方式用来提供常数、设置初始值等。 间接寻

46、址：间接寻址：使用指针对存储区域数据进行间接存取，使用指针对存储区域数据进行间接存取，不能对独立的位或模拟量进行间接寻址。不能对独立的位或模拟量进行间接寻址。直接寻址：直接寻址：用于位、字节、字或双字数据。用于位、字节、字或双字数据。 位存储单元的直接寻址：位存储单元的直接寻址：需要指定元件名称、字需要指定元件名称、字节地址和位号。节地址和位号。例如：例如：I0.1“I”表示输入，表示输入，0为字节地址，位地址为为字节地址，位地址为2对字节、字或双字进行直接寻址则需要指定元件名对字节、字或双字进行直接寻址则需要指定元件名称、数据类型和首字节。称、数据类型和首字节。例如：例如：VB100存取存取

47、V存储空间中编号为存储空间中编号为100的字节数据。的字节数据。VW100存取存取VB100、VB101组成的字数据。组成的字数据。VD100存取存取VB100VB103组成的双字数据。组成的双字数据。6.4.3 S7-200的编程元件的编程元件1. 输入继电器（输入继电器（I）在在PLC的输入处理阶段，的输入处理阶段，PLC按顺序将所有的输入按顺序将所有的输入端子的接通端子的接通/断开状态读入到对应的输入映象寄存器断开状态读入到对应的输入映象寄存器中进行存储。中进行存储。每个输入端子外接输入电路接通时对应的映像寄存每个输入端子外接输入电路接通时对应的映像寄存器位为器位为ON（“1”状态），反

48、之为状态），反之为OFF（“0”状态）。状态）。 在梯形图中，输入继电器的常开触点和常闭触点可以在梯形图中，输入继电器的常开触点和常闭触点可以被多次使用。被多次使用。按位寻址的方式按位寻址的方式单独读取某个输入点的状态。单独读取某个输入点的状态。寻址格式为：寻址格式为：I字节地址字节地址.位地址位地址I0.0 I0.0常开触点常开触点I0.0常闭触点常闭触点CPU224模块自带模块自带14个数字量输入点的寻址分别为：个数字量输入点的寻址分别为：I0.0I0.7、I1.0I1.5。 按字节、字和双字寻址的寻址格式为：按字节、字和双字寻址的寻址格式为：I数据类型数据类型.起始字节地址起始字节地址

49、IB0I0.0I0.7所构成的所构成的1个字节个字节 IW0由由IB0和和IB1所构成的字所构成的字ID0由由IB0IB3四个字节所构成的双字四个字节所构成的双字 2.输出继电器（输出继电器（Q） 每个输出端子的状态与每个输出端子的状态与PLC的输出映像寄存器位对的输出映像寄存器位对应。应。当某输出映象寄存器位为当某输出映象寄存器位为“1”时，时，PLC的输出模块的输出模块中该输出端子和公共端间处于导通状态，使外部负中该输出端子和公共端间处于导通状态，使外部负载通电工作。载通电工作。反之，则使外部负载断电，停止工作。反之，则使外部负载断电，停止工作。 在控制程序中，也可以按位、字节、字和双字在

50、控制程序中，也可以按位、字节、字和双字4种种寻址的方式来存取输出映象寄存器。寻址的方式来存取输出映象寄存器。 按位寻址的寻址格式为：按位寻址的寻址格式为：Q字节地址字节地址.位地址位地址Q0.0 字节、字和双字寻址的寻址格式为：字节、字和双字寻址的寻址格式为：Q数据类型数据类型.起始字节地址起始字节地址Q0.0常开触点常开触点Q0.0常闭触点常闭触点线圈线圈Q0.0CPU224模块自带模块自带10个数字量输出点的寻址分别为：个数字量输出点的寻址分别为：Q0.0Q0.7、Q1.0Q1.1。 3. 位存储器（位存储器（M）位存储器位存储器M也称为内部线圈，也称为内部线圈，不能接收外部的输入不能接收

51、外部的输入信号，也不能直接驱动外部负载信号，也不能直接驱动外部负载，相当于继电器控，相当于继电器控制系统的中间继电器，主要用来存放中间操作状态制系统的中间继电器，主要用来存放中间操作状态或存储相关数据。或存储相关数据。M0.0常开触点常开触点M0.0常闭触点常闭触点线圈线圈M0.0S7-200 PLC的位存储器的位存储器M的有效地址为：的有效地址为：M0.0M31.7、MB0MB31、MW0MW30和和MD0MD27，共，共256位，位，32个字节。个字节。 4.变量存储器（变量存储器（V）变量存储器变量存储器V用于存放全局变量、程序执行过程中用于存放全局变量、程序执行过程中控制逻辑操作的中间

52、结果和与任务相关的其它数据。控制逻辑操作的中间结果和与任务相关的其它数据。V有位、字节、字和双字有位、字节、字和双字4种寻址的方式。种寻址的方式。CPU221和和CPU222的变量存储器的变量存储器V的有效地址为：的有效地址为：V0.0V2047.7、VB0VB2047、VW0VW2046和和VD0VD2043，共，共2048个字节；个字节；CPU224和和CPU226的变量存储器的变量存储器V的有效地址则增加的有效地址则增加为：为：V0.0V5119.7、VB0VB5119、VW0VW5118和和VD0VD5116，共，共5120个字节。个字节。5. 局部存储器（局部存储器（L）局部存储器局

53、部存储器L用于存放局部变量。用于存放局部变量。局部变量只能在某个局部有效。局部变量只能在某个局部有效。例如，例如，子程序不能访问分配给主程序、中断程序或其子程序不能访问分配给主程序、中断程序或其它子程序的局部变量它子程序的局部变量；中断子程序不能访问分配给主程序或子程序的局部变中断子程序不能访问分配给主程序或子程序的局部变量量。局部变量分配时不进行初始化，初值可能是任意的。局部变量分配时不进行初始化，初值可能是任意的。S7-200系列系列PLC的局部存储器可按位、字节、字和双的局部存储器可按位、字节、字和双字字4种方式寻址，共有种方式寻址，共有64个字节（个字节（LB0LB63）。）。6. 特

54、殊标志位存储器（特殊标志位存储器（SM）特殊标志位存储器特殊标志位存储器SM是是S7-200系列系列PLC为保存自为保存自身工作状态数据而建立的一个存储器（身工作状态数据而建立的一个存储器（SM0SM179，共，共180字节），它提供了字节），它提供了CPU和用户程序和用户程序之间传递信息的方法。之间传递信息的方法。SM中的数据可以按位、字节、字和双字中的数据可以按位、字节、字和双字4种方式寻种方式寻址。址。其中，其中，SM0SM29共共30个字节只能读取，而其它个字节只能读取，而其它的的SM存储空间可读可写。存储空间可读可写。特殊存储器特殊存储器SMB0标志位标志位 SM位位描述描述SM0.

55、0始终为始终为1SM0.1首次扫描时为首次扫描时为1，用途之一是调用初始化子程序。，用途之一是调用初始化子程序。SM0.2若保持数据丢失，则该位在一个扫描周期中为若保持数据丢失，则该位在一个扫描周期中为1。SM0.3开机进入开机进入RUN方式，该位将方式，该位将ON一个扫描周期。一个扫描周期。SM0.4该位提供一个周期为该位提供一个周期为1分钟的时钟脉冲。分钟的时钟脉冲。SM0.5提供一个周期为提供一个周期为1秒的时钟脉冲。秒的时钟脉冲。SM0.6该位为扫描时钟，本次扫描时置该位为扫描时钟，本次扫描时置1，下次扫描时置，下次扫描时置0。SM0.7指示指示CPU工作方式开关的位置。工作方式开关的

56、位置。0为为TERM位置；位置；1为为RUN。7. 定时器（定时器（T）定时器是累计时间增量的元件，相当于继电器系统定时器是累计时间增量的元件，相当于继电器系统中的时间继电器，但是用软件来实现。中的时间继电器，但是用软件来实现。 S7-200有有3种定时器：种定时器：接通延时定时器（接通延时定时器（TON）；）；断开延时定时器（断开延时定时器（TOF）；）；有记忆接通延时定时器（有记忆接通延时定时器（TONR）。）。每种定时器有每种定时器有3种时基，又称为时间精度：种时基，又称为时间精度：1ms、10ms和和100ms。定时器定时时间长度：定时器定时时间长度：定时时间定时时间 定时精度定时精度

57、 预设值预设值 （1）接通延时定时器（）接通延时定时器（TON）T定时器号定时器号启动定时输入端启动定时输入端 时间预设值端时间预设值端 10秒秒当前值当前值SV=100I0.0T37状态位状态位T37的定时精度的定时精度100ms定时时间定时时间:0.1100=10s 一旦一旦I0.0常开触点断开，常开触点断开，IN的状态为的状态为“0”，无论，无论T37当前状态当前状态如何，均被复位状态位为如何，均被复位状态位为“0”，且，且SV=0。 010001IN位为位为“1”TON开始操作开始操作定时时间到定时时间到TON的状的状态位由态位由“0”变为变为“1”（2）断开延时定时器（）断开延时定时

58、器（TOF） T37 TOF10秒秒I0.0状态位状态位T37的定时精度的定时精度100ms定时时间定时时间:0.1100=10s 0110IN位为位为“0”TOF开始操作开始操作0101定时时间到定时时间到TOF状态状态位由位由“1”变为变为“0”一旦一旦IN的状态变为的状态变为“1”，定时器复位（，定时器复位（SV为为0，状态位为，状态位为“1”）。）。 （3）有记忆通电延时定时器（）有记忆通电延时定时器（TONR） 0.3秒秒I0.0状态位状态位T10.3秒秒T1的定时精度的定时精度10ms定时时间定时时间:0.0160=0.6s 只有当只有当I0.0为为“1”的总时间达到的总时间达到0

59、.6秒，即秒，即T1的状态的状态位才由位才由“0”变为变为“1”。 定时器类型定时器类型定时精度定时精度最大定时时间最大定时时间定时器地址定时器地址TONR1ms32.767sT0、T6410ms327.67sT1T4T65T68100ms3276.7sT5T31T69T95TONTOF1ms32.767sT32T9610ms327.67sT33T36T97T100100ms3276.7sT37T63T101T2558. 计数器（计数器（C）计数器：计数器：用于累计其计数输入端脉冲电平由低变用于累计其计数输入端脉冲电平由低变高的次数。高的次数。 S7-200有有3种类型的计数器：种类型的计数器

60、：增计数器（增计数器（CTU）；）；减计数器（减计数器（CTD）；）；增减计数器（增减计数器（CTUD）。）。 （1）增计数器（）增计数器（CTU） C计数器号计数器号 计数脉冲输入端计数脉冲输入端 复位信号输入端复位信号输入端 计数器预设值计数器预设值 当当R“0”时，时，CTU开始对计数，当开始对计数，当CU端有一个脉端有一个脉冲上升沿（电平由低变高）到来时，冲上升沿（电平由低变高）到来时， CTU的当前值的当前值SV加加1。当。当SVPV（预设值）时，计数器状态位由（预设值）时，计数器状态位由“0”变变“1”。 R“1”时，时，CTU复位，复位，当前值当前值SV0，状态位，状态位为为“0