可编程控制器原理-plc控制器基础

1、可编程控制器原理-plc控制器基础能完成简单的梯形图传统的生产机械自动控制装置继电器控制系统 优点结构简单、价格低廉、容易操作 。缺点体积庞大、生产周期长、接线复杂、故障率高、可靠性及灵活性差 。应用比较适用于工作模式固定，控制逻辑简单等工业应用场合。 继电器控制系统继电器控制系统先进自动控制系统先进自动控制系统1.1 可编程控制器的产生及定义1、PLC的产生及定义 1968年由美国通用汽车公司（GE）提出，1969年有美国数字设备公司（DEC）研制成功，有逻辑运算、定时、计算功能称为PLC（programmable logic controller）。 80年代，由于计算机技术的发展，PLC

2、采用通用微处理器为核心，功能扩展到各种算术运算，PLC运算过程控制并可与上位机通讯、实现远程控制。被称为PC（programmable controller）即可编程控制器。2、PLC的产生及定义国际电工委员会（IEC）1987年颁布的可编程逻辑控制器的定义如下： “可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原

3、则设计”。1、按照I/O点数量分类按I/O点数可分为大、中、小型三大类，通常可以定义为： 小型：I/O点数在256点以下； 中型：I/O点数在2561024点之间； 大型：I/O点数在1024点以上2、按结构分类 2.1一体化紧凑型PLC ：电源、CPU中央处理系统、I/O接口都集成在一个机壳内。如西门子S7-200系列 CPUCPU（基本单元）（基本单元） + + 扩展模块扩展模块 2.2标准模块式结构化PLC ：各种模块相互独立，并安装在固定的机架（导轨）上，构成一个完整的PLC应用系统。如：西门子S7-300、S7-400系列。 PSPS(电源模块)CPUCPU IMIM(接口模块)SM

4、:SM: DI DISM:SM: DO DOSM:SM: AI AISM:SM: AO AO CP:CP:- 点-到-点- PROFIBUS- 工业以太网1、应用 可编程控制器在多品种、小批量、高质量的产品生产中得到广泛的应用，PLC控制已成为工业控制的重要手段之一，与CAD/CAM，机器人技术一起成为实现现代自动化生产的三大支柱。 通常可以认为，只要有控制要求的地方，都可以用到可编程控制器。2、发展方向 发展方向分小型化和大型化两个发展趋势。小型PLC有两个发展方向，即小（微）型化和专业化。大型化指的是大中型PLC向着大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂

5、系统进行综合性的自动控制。1、使用于工业环境，抗干扰能力强。2、可靠性高。无故障工作时间（平均）数十万小时并可构成多机冗余系统。3、控制能力极强。算术、逻辑运算、定时、计数、PID运算、过程控制、通讯等。4、使用、编程方便。（LAD）梯形图、语句表（STL）、功能图（FBD）、控制系统流程图等编程语言通俗易懂，使用方便。5、组成灵活。小型PLC为整体结构，并可外接I/O扩展机箱构成PLC控制系统。中大型PLC采用分体模块式结构，设有各种专用功能模块（开关量、模拟量输入输出模块，位控模块，伺服、步进驱动模块等）供选用和组合，由各种模块组成大小和要求不同的控制系统。所以可编程控制器可以称为全功能工

6、业控制计算机。2.1可编程逻辑控制器的特点高可靠性编程方便（梯形图）使用方便维护方便设计、施工、调试周期短易于实现机电一体化总价格低PLC的功能 控制功能 逻辑控制逻辑控制 定时控制定时控制 计数控制计数控制 顺序控制顺序控制顺序逻辑控制最基本的应用领域，取代传统的继电器控制系统。运动控制步进电机，伺服电机等的定位控制定时控制计数控制步进控制不是步进电机的控制，PLC提供的特殊寄存器来实现程序步进控制功能数据处理加、减、乘、除，BIN码，BCD，ASCII的转换模拟量处理电压，电路信号的处理通讯无协议，Modbus等梯形图梯形图是一种图形编程语言,是面向控制过程的一种“自然语言”，沿用继电器的

7、触点、线圈、串并联等术语和图形符号，同事也增加了一些继电器-接触器控制器系统中没有的特殊功能符号。优点：形象直观，对于电气技术人员容易被接受，不需要懂得汇编语言。1、电机自锁控制S7-200CP1E1、处理器技术指标CPU的类型程序存储器容量I/O点数量各种辅助功能处理速度循环周期等2、I/O模板技术指标开关量需要关注晶闸管输出是NPN还是PNP型。模拟量输入输出中的电流，电压参数3、编程器和软件4、通讯功能主要注意通讯口可支撑的协议，通讯口的波特率5、可扩展性I/O拓展和特殊运用方面的拓展PLC晶闸管输出分为漏型和源型,漏型接受正信号输入,直接接NPN的传感器,源型接受负信号,接PNP型传感

8、器。PLCPLC的工作过程的工作过程1、扫描周期因为PLC处理每条指令的速度是一定的,当指令程序越多,PLC的整体扫描周期就越短。S7-200中尽量缩短主程序的长度，可以使用子程序和中断程序配合缩短主程序的长度。在欧姆龙PLC编程中的程序块等同于S7-200的子程序。2、语句顺序尽量按照实际流程来依次完成程序的编写，缩短指令的响应时间，避免指令不能响应等异常情况。3、输出延时输出口的选择上，尽量选择晶体管输出，减少滞后时间本章节要求基本掌握PLC的选型,电源的配给和安装接线1、CPU221本机集成6 输入/4 输出共10 个数字量I/O 点。无I/O 扩展能力。6K 字节程序和数据存储空间。4

9、个独立的30kHz 高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出。1 个RS485 通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。2、CPU222本机集成8 输入/6 输出共14 个数字量I/O 点。可连接2 个扩展模块，最大扩展至78 路数字量I/O 点或10 路模拟量I/O 点。6K 字节程序和数据存储空间。4 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，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。是具有扩展能力的、适应性更广泛的全功能控制

10、器。3、CPU224本机集成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。16K 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，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。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。4、CUP224XP本机集成14 输入/10 输出共24 个数字量I/O 点，2 输入/1 输出共3 个模拟量I/O 点，可连接7 个扩展模块，最大扩展至16

11、8 路数字量I/O 点或 38路模拟量I/O 点。22K 字节程序和数据存储空间，6 个独立的高速计数器(100KHz)，2 个100KHz 的高速脉冲输出，2 个RS485 通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。本机还新增多种功能，如内置模拟量I/O，位控特性，自整定PID 功能，线性斜坡脉冲指令，诊断LED，数据记录及配方功能等。是具有模拟量I/O 和强大控制能力的新型CPU。5、CUP226本机集成24 输入/16 输出共40 个数字量I/O 点。可连接7 个扩展模块，最大扩展至248 路数字量I/O 点或35 路模拟量I/O 点。26K 字节程序和数据

12、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。2 个RS485 通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。I/O 端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些4 复杂的中小型控制系统。 CPU 226 8K 字节字节 5K 字节字节 24/16 32/32 0.37 us 256 256 256 256 内置内置 标准标准 标准标准 6个个 30Khz 2个个 20Khz 2 x RS485n 用户

13、程序区用户程序区n 数据存储区数据存储区n CPU 内置内置DI / DO点数点数n AI / AO点数点数 n 扫描时间扫描时间/ 1 条指令条指令n 最大最大DI/DO点数点数 n 位存储区位存储区 n 计数器计数器n 计时器计时器 n 时钟功能时钟功能n 数字量输入滤波数字量输入滤波n 模拟量输入滤波模拟量输入滤波n 高速计数器高速计数器n 脉冲输出脉冲输出n 通讯口通讯口 CPU 222 4 K字节字节 2 K字节字节 8/6 16/16 0.37 us 256 256 256 256 可选可选 标准标准 标准标准 4个个 30Khz 2个个 20Khz 1 x RS485 CPU 2

14、21 4 K字节字节 2 K字节字节 6/4 无无 0.37 us 256 256 256 256 可选可选 标准标准 N/A 4个个30Khz 2个个20Khz 1x RS485 CPU 224 8 K字节字节 5 K字节字节 14/10 32/32 0.37 us 256 256 256 256 内置内置 标准标准 标准标准 6个个 30Khz 2个个 20Khz 1 x RS 485S7-200 CPU的性能参数.意:与三菱等主要的对手的小型PLC比较,S7-200的位指令执行速度0.37微秒是较快的S7-200的高速脉冲输出频率20KHz能满足一般的控制要求，S7-200还有输出频率更

15、高的定位模块EM253,脉冲输出频率200KHz.CPU226和CPU226XM具有双通讯口,CPU226XM的用户程序区和数据存储区都是CPU226的两倍,其他指标没有区别.S7-200PLC系列目前总共可以提供3大类，共11种数字量输入输出扩展模块。输入扩展模块EM221具有8点DC输入，光耦隔离；8点AC输入（120V230V）；16点DC输入，光耦隔离。输出扩展模块EM222有5种类型，包括：4点24VDC输出；4点继电器输出；8点24VDC输出型，8点继电器输出型，8点AC输出（120V230V）输入/输出扩展模块EM223有6种类型，包括24VDC4入/4 出，24VDC4 入/继

16、电器4出。24VDC8入/8出，24VDC8 入/继电器8出，24VDC16入/16出，24VDC16入/继电器16出。1、EM231，4路12位模拟量输入（AI）模板差分输入，输入范围：电压：0-10V，0-5V, 2.5V, 5V;电流:0-20mA转换时间 Microwin3.1 SP1 Toolbox Microwin3.11 Chinese的顺序进行安装，必要时可查看光盘软件的Readme文件，按照提示步骤安装。 1. PC/PPI电缆通讯PLC用PC/PPI电缆与个人计算机连接。 2. MPI通讯 多点接口（MPI）卡提供了一个RS485端口，可以用直通电缆和网络相连 2.1 ST

17、EP7软件的基本功能 编程软件在离线条件下，可以实现程序的输入、编辑、编译等功能。编程软件在联机工作方式可实现程序的上、下载、通讯测试及实时监控等功能。 2.2 STEP7-Micro/WIN32窗口组件及功能 窗口组件参见P295，图B.1。（连接装载的软件） 1. 主菜单及子目录的状态信息 2. 工具条及浏览条和指令树 3. 程序编辑器窗口 3.1 建立项目（用户程序） 1、程序的输入、编辑 通常利用LAD进行程序的输入，程序的编辑包括程序的剪切、拷贝、粘贴、插入和删除，字符串替换、查找等。 还可以利用符号表对POU中的符号赋值。2、程序的编译及上、下载（1）编译 程序的编译，能明确指出错

18、误的网络段，编程者可以根据错误提示对程序进行修改，然后再次编译，直至编译无误。（2）下载 用户程序编译成功后，将下载块中选中下载内容下载到PLC的存储器中。（3）载入（上载） 载入可以将PLC中未加密的程序或数据向上送入编程器（PC机）。 将选择的程序块、数据块、系统块等内容上载后，可以在程序窗口显示上载的PLC内部程序和数据信息。1. 梯形图元素的工作原理 触点代表电流（能量流）的控制开关，线圈代表由电流充电的中继或输出；框盒（指令盒）代表能量流到达此框时执行指令盒的功能。 2. 梯形图排布规则 网络必须从触点开始，以线圈或框盒（没有ENO端）结束。注：每个用户程序，一个线圈或指令盒只能使用一次，并且不允许多个线圈串联使用。 3. 在梯形图中输入指令（编程元件）光标、阶梯的开始、继续输入元件等标志的识别。 4. 程序的编辑及参数设定 5. 程序注释 6. 程序的编译及上、下载 1. 程序运行方式