可编程序控制器基础

3

可编程序控制器的基础知识点：3.PLC可编程序控制器的基础基础、组成、原理

PLC的基础PLC的由来、功能、特点与分类；PLC的应用状况和发展趋势

PLC的组成硬件结构组成、 组成

PLC的原理PLC的工作原理与技术指标；PLC的 元器件；PLC的梯形图语言介绍

STEP7-Micro/WIN32编程学习重点：本章是学习PLC的基础知识。重点掌握：PLC的产生、特点、功能、使用方法及PLC的应用状况。PLC的硬件组成、

组成、工作原理及主要性能技术指标。PLC的

元器件（

11个：符号、梯形图中绘法、工作原理）

。PLC的梯形图：要素4个，连接原则。STEP7编程 的安装、基本功能、编程、调试、2

运行 方法。3

PLC的结构组成硬件器CPUI/O口编程器电源系统程序用户程序4PLC硬件结构组成

PLC由三个基本部分组成：输入部分、逻辑处理部分、输出部分。基本结构示意图参见图5-1所示。图5-1

PLC的基本组成框图输入部分输出部分5PLC硬件系统结构组成外部设备现场用户输出设备微处理器（CPU）运算器控制器输出部件输入部件系统存储器用户存储器I/O扩展接口通讯及编程接口编程设备计算机等传感器按钮、开关现场信号电磁阀中间继电器执行器现场用户输入设备扩展设备扩展单元通讯模块功能模块电源变换器～110V/220V市电PLC基本单元PLC系统结构示意图•输入部分：是指各类按钮、行程开关、传感器等接口电路，它收集并保存来自被控对象的各种开关量、模拟量信息和来自操作台 令信息等。逻辑处理部分：用于处理输入部分取得的信息，按一定的逻辑关系进行运算，并把运算结果以某种形式输出。输出部分：是指驱动各种电磁线圈、交/直流接触器、信号指示灯等执行元件的接口电路，它向被控对象提供动作信息。为了使用方便，PLC还常配套有编程器等外部设备，它们可以通过总线或标准接口与PLC连接。

不同厂家不同类型的PLC指令系统的指令符号、指令内容、指令条数也是不同；关于软器件和I/O口的相应规定也不一样。虽然PLC方方面面都有很多不同，但是这种装置都称为可编程序控制器，它们在基本内涵上一定同多异少。67SIMATIC

-

S7LOGO!S7-400S7-300S7-300C中/大型

High-endrange/medium

rangeS7-400中/小型Low-endrangeS7-

300通用逻辑模块S7-200微型PLCS7-

200S7-200系列PLC系统组成1．CPU模块SIMATIC

S7-200系统CPU

22X系列PLC主机（CPU模块）的外形：82.CPU22X主要技术指标型号CPU221CPU222CPU224CPU226外型尺寸/mm90×80

×6290×80

×62120.5×80

×62190×80

×62程序/字20482048409640961024102425602560用户数据用户

器类型EEPROMEEPROMEEPROMEEPROM数据后备(超级电容)典型值h5050190190器9本机I/O点数6入/8出6入/8出14入/10出24入/16出扩展模块数无2个7个7个量数字量I/O映像区大小/bit无256256256模拟量I/O映像区大小/bit5050190190输入输出型号CPU221CPU222CPU224CPU22610指令型号CPU221CPU222CPU224CPU22633MHz下布尔指令执行速度0.37μs/指令0.37μs/指令0.37μs/指令0.37μs/指令FOR/NEXT循环有有有有增数运算有有有有实数运算有有有有11主要

继电器型号CPU221CPU222CPU224CPU226I/O映像寄存器/bit128I和128Q128I和128Q128I和128Q128I和128Q通用继电器/bit256256256256计数器/定时器256/256256/256256/256256/256字入/字出无16/1632/3232/32顺序控制继电器/bit25625625625612附加功能型号CPU221CPU222CPU224CPU226高速计数器/个4(30kHz)4(30kHz)6(30kHz)6(30kHz)模拟量调节电位器/个1122脉冲输出/个2(20kHz)2(20kHz)2(20kHz)2(20kHz)通信中断/个1发送器21发送器21发送器21发送器2定时中断/个2(1~255ms)2(1~255ms)2(1~255ms)2(1~255ms)硬件输入中断/个4444实时时钟有(时钟卡)有(时钟卡)有(内置)有(内置)口令保护有有有有14通信型号CPU221CPU222CPU224CPU226通信口数量(个)1(RS~485)1(RS~485)1(RS~485)1(RS~485)支持协议0号口1号口口PPI.DP/N/A口PPI.DP/N/A口PPI.DP/N/A口PPI.DP/N/APROFIBUS点到点NETR/NETWNETR/NETWNETR/NETWNETR/NETW158DI16DI8DO(DC,

ACorrelay)4DO

5A4DO

10A2

AI

or

4

AIThermocouplesRTDmodulesPROFIBUSDPAS-i-MasterModemEthernet4DI

/

4DO 4

AI8DI

/8DO 4

AI

/

1AO16DI

/16DO

2

AOeserviceCommuni-cationMessagingPosition丰富的扩展模块数字量I/O模块模拟量I/O模块测温

通讯模块扩展模块Modem

定位以太网模块

模块

模块(IT)modulefor

Ethernetstepper

modulesolution强大灵活的扩展能力CPU221:数字量10点无扩展能力CPU222

:40入/38出=78数字量模拟量8入或4出或8入/2出最大2个模块CPU224

:94入/74出=168

数字量模拟量28入或14出或28入/7出最大7个模块CPU226(XM):128入/120出=248数字量模拟量28入或14出或28入/7出最大7个模块16扁平电缆的连接方式，提高抗更简单，更可靠性能可扩展多种模块，无槽位限制简单快速的模块扩展方式17运行/停止开关安装方式扩展I/O连接口安装

外部电位器导轨安装

(SMB28,SMB29

0-255)给

接线端子可 拆卸带您的设备更新与来极大的方便.扁平电缆连接外部卡简单而实用的安装方式18时钟精度:2

分种/月25

摄氏度7分钟/月

55摄氏度外插

器全面备份您的程序、用户数据和组态信息外插电池当

保持电容耗尽时可保持您的数据和内置时钟长达200天外插日期/时钟作为CPU221和CPU222的可选部件，同时集成备份电池可保护您的数据长达200天S7-200外部插件19高速处理能力(每条二进制指令执行速度0.37

µS)强大灵活的通讯功能(PPI,MPI,

口,以太网，Modem,Profibus-DP,和As-I)CPU内置最多六路高速计数器(30KHz)CPU内置 高速脉冲输出(20KHz)CPU内置脉冲捕捉功能立即输入/输出功能高速中断响应(中断触发后200

µS)8路PID回路控制强大CPU功能20每个CPU内置的数字量输入点均可独立地设置脉冲捕捉功能可识别宽度很小的脉冲21脉冲捕捉功能221or

222

CPU224CPU2个双相编4个双相编S7-200提供的先进的计数功能加计数减计数加/减计数221/222

CPU

有4个高速计数器224/226CPU

有6个高速计数器使用单相编

时221/222/224/226CPU最高计数频率为30KHZ使 相编

时221/222/224/226

CPU最高计数频率为20KHZ高速计数功能2223221,222,224和226CPU都具有2个高速脉冲输出脉冲输出频率为20KHZ具有脉宽调制（ ）和脉冲序列输出（PTO）两种模式高速脉冲输出对CPU扫描速度没有影响脉冲输出用于控制步进电机脉冲输出用于控制加热器驱动加热器高速脉冲输出功能通过Q0.0和Q0.1来实现PTO输出脉冲占空比为50％脉冲周期可以毫秒或微秒为单位S7－200的PTO具有强大的PROFILE功能,即多序列脉冲输出功能不同频率的曲线段多达255段频率时间多段脉冲序列输出24高速脉冲输出PTO功能CPU内置的数字量输入点设置

0.2ms～12.8ms的滤波时间，降低噪音干扰对于CPU222,CPU224和226您可为所有的模拟量输入点设置滤波功能数字量,模拟量滤波功能26S7－200

完全符合以下工业标准Underwriters

Laboratories,Inc.UL508

工业控制设备标准局:

CSA

C22.2

Number

142

Certified

过程控制设备Factory

Mutual

Research:

FM

Class

I,

Division

2,

Groups

A,

B,C,&

D

场合,T4AVDE

0160:用于电力系统中的电器设备European

Community(CE)Low

Voltage

Directive

73/23/EECEN61131- 2:可编程控制器及设备要求European

Community

(CE)

EMC

Directive

89/336/EEC电磁辐射标准:EN

50081-1:居住,商业和轻工业EN

50081-2:工业环境Electromagnetic

immunity

standards:EN

50082-2:工业环境…

…S7-200符合最的工业标准27PG/OPPROFIBUS以太网505S7-300S7-400S7-400S5-115US5-135US5-155U505S7-400管理计算机S5-115UMPIS7-300PG/PCPG/PCS7-200LOGO!Actuators

Sensors数据通讯－满足您今天与明天的需要PPI

协议PPI

是主从协议S7－22X既可作主站又可作从站通讯速率为9.6K，19.2K和187.5K

波特率MPI

协议用于S7－300和S7－400与S7－200之间的通讯通讯速率为19.2和187.5K波特率口通讯通讯速率从1.2kbps

to

9.6k,

19.2k

或115.2

Kbps用户可使用自定义的通讯协议与所用的智能设备通讯Profibus

DP协议AS-I

接口协议Modem通讯-PPI或Modbus协议28EthernetS7-200的通讯能力:灵活而强大PROCESS

FIELD

BUS29PLC主要部件组成CPU开关量I/O接口RAM

、ROM模拟量I/O接口EPROM/

E2ROM通迅接口编程器电源PLC组成的原理框图PLC由5个主要部件组成：①CPU

②

器③

I/O部分 ④

编程器 ⑤电源30微处理器（CPU）接收并 用户程序和数据；电源、PLC工作状态及编程的语法错误；接收输入信号，送入数据寄存器并保存；运行时顺序程序的、解释、执行用户程序，完成用户；将用户程序的执行结果送至输出端。分别介绍PLC部件组成单元31系统

器——系统程序存放系统工作程序（器+系统数据

器程序）；存放模块化应用功能子程序；存放命令解释程序；存放功能子程序的调用管理程序；存放 系统参数。用户

器——RAM/EPROM/E2PROM存放用户工作程序；存放工作数据。32输入单元——带光电 电路多种辅助电源类型：AC电源DC24V输入DC24V输入

DC12V输入量信号（数字量输入单元）；模拟量输入单元）；令（数字量输入单元）；号。33注意：光电耦合器的作用实现现场与PLC主机的电气

，以提高

性。避免外部强电侵人主机而损坏主机。电平变换，光电耦合器将现场各种开关信号变换成PLC主机要求的标准逻辑电平。PLC

输入接口电路动画演示输出单元——带光电

器及滤波器多种输出方式：晶体管晶闸管继电器驱动直流负载（晶体管输出驱动非频繁动作的交/直流负驱动频繁动作的交/直流负载元）；。35通讯及编程接口——采用RS-485或rs-422串行总线连接

编程器；连接个人电脑（PC），实现编程及

；连接工控机，实现编程及

；连接网络设备（如调制解调器），实现 通讯；连接

等计算机外设。36I/O扩展接口——采用并行通讯方式扩展I/O模块；扩展位置控制模块；扩展通讯模块；扩展模拟量控制模块。37PLC系统组成系统程序运行管理生成用户元件系统自检管理程序解释程序标准程序模块、系统调用用户程序自动化系统控制程序数据表格系统一、组成38二、PLC的编程语言PLC编程语言是多种多样的，对于不同生产厂家、不同系列的PLC产品采用的编程语言的表达方式也不相同，但基本上可归纳两种类型：一是采用字符表达方式的编程语言，如语句表等；二是采用图形符号表达方式编程语言，如梯形图等。1.梯形图语言(LAD)梯形图语言是在传统电器控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。它与电器控制线路图相似，继承了传统电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，具有形象、直观、实用的特点。3940

因此，这种编程语言为广大电气技术所熟知，是应用最广泛的PLC的编程语言，是PLC的第一编程语言。如图所示是PLC梯形图。从图中可看出，与传统电器控制图表示思想是一致的，具体表达方式有一定区别。PLC的梯形图使用的是

继电器，定时／计数器等，都是由 来实现的，使用方便，修改灵活，是原电器控制线路硬接线无法比拟的。公共母线（Bus

bar）触点线圈412.语句表语言（STL）

这种编程语言是一种与汇编语言类似的助记符编程表达方式。

在PLC应用中，经常采用简易编程器，而这种编程器中没有CRT屏幕显示，或没有较大的液晶屏幕显示。因此，就用一系列PLC操作命令组成的语句表将梯形图描述出来，再通过简易编程器输入到PLC中。虽然各个PLC生产厂家的语句表形式不尽相同，但基本功能相差无几。以下是与上面梯形图对应的语句表程序。LD

I0.0O

Q0.0AN

I0.1=

Q0.0编程语言的相互转换和选用梯形图：用于设计复杂的开关量控制程序。指令表：处理某些不能用梯形图解决的问题。如数算，通讯设计等。注意: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。423.功能块图(FBD)这是一种建立在表达式之上的图形语言。实质上是一种将逻辑表达式用类似于“与”、“或”、“非”等逻辑电路结构图表达出来的图形编程语言。这种编程语言及编程器也量PLC机型采用。例如西门子公司的S5系列PLC采用STEP编程语言，它就有功能块图编程法。4.顺序功能表图（SFC）功能表图语言是一种较新的编程方法，又称状态转移图语言。它将一个完整的控制过程分为若干阶段