a002结构和工作原理

PLC应用技术第二章可编程序控制器的结构和工作原理11/26/20231本章学习要求重点内容：

S7-200的内存管理、扫描原理及编程语言了解内容：可编程序控制器分类及性能指标难点内容：梯形图的等效电路11/26/20232一、可编程序控制器的组成与基本结构

PLC是一种工业控制用的专用计算机，它的实际组成与一般微型计算机系统基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。

PLC的硬件系统由主机系统、输入/输出扩展环节及外部设备组成。

PLC的软件系统由系统程序(又称系统软件)和用户程序(又称应用软件)两大部分组成。

11/26/2023311/26/2023PLC控制系统结构11/26/20234PLC硬件结构示意图输入/输出扩展环节11/26/20235可编程序控制器的等效电路2.2可编程序控制器的工作原理及主要性能指标11/26/20236输入接口电路：采用光电耦合电路，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。

PLC的输入接口电路（直流输入型）

输入输出接口电路11/26/20237光电耦合器

光电耦合器的发光和接收元件都封装在一个外壳内,一般有金属封装和塑料封装两种。发光元件为发光二极管，受光元件为光敏三极管或光敏可控硅。它以光为媒介，实现输入电信号耦合到输出端。

特点：①强弱电隔离。输入输出极之间绝缘电阻很高。耐压达2000V以上。能避免输出端对输入端地线等的干扰。②对系统内部噪声有很强的抑制作用。③电平转换应用于自动控制电路中的强弱电隔离。11/26/20238输出接口电路：采用光电耦合电路，将CPU处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。有三种类型：继电器输出型继电器输出型：为有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流负载回路。11/26/20239（b）晶闸管输出型（c）晶体管输出型（NPN集电极开路）（d）

晶体管输出型（PNP集电极开路）晶体管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的直流电源负载。晶闸管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载。11/26/2023101.系统程序系统程序由PLC的制造企业编制，固化在PROM或EPROM中，安装在PLC上，随产品提供给用户。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.用户程序

用户程序是根据生产过程控制的要求由用户使用制造企业提供的编程语言自行编制的应用程序。用户程序包括开关量逻辑控制程序、模拟量运算程序、闭环控制程序和操作站系统应用程序等。二、可编程序控制器的软件系统11/26/2023111、数据类型字符串、布尔型、整数型和实数型（浮点数）三、S7-200系列PLC数据存储及内部元器件功能11/26/2023122.元件功能（1）输入映像寄存器I（输入继电器）输入继电器是PLC用来接收用户设备输入信号的接口，共16个。

（2）输出映像寄存器Q（输出继电器）

输出继电器是用来将输出信号传送到负载的接口，共16个。（3）变量存储器V

变量存储器主要用于存储变量，CPU224/226为V0.0～V5119.7共5KB存储容量11/26/202313（4）内部标志位存储器（中间继电器）M

内部标志位存储器，用来保存控制继电器的中间操作状态，其作用相当于继电器控制中的中间继电器，共256个。（5）特殊标志位存储器SMPLC中还有若干特殊标志位存储器,特殊标志位存储器位提供大量的状态和控制功能，一般为SM0.0---SM299.7。（6）局部变量存储器L64个（7）定时器TPLC所提供的定时器作用相当于继电器控制系统中的时间继电器。每个定时器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用。共256个（T0---T255）11/26/202314（8）计数器C计数器用于累计计数输入端接收到的由断开到接通的脉冲个数。共256个（C0---C255）（9）高速计数器HC（10）累加器AC（11）顺序控制继电器S（状态元件）（12）模拟量输入/输出映像寄存器（AI/AQ）11/26/202315

3.编址方式l

位编址的指定方式为：（区域标志符）字节号·位号如I0.0；Q0.0；I1.2。l

字节编址的指定方式为：（区域标志符）B（字节号）如IB0表示由I0.0～I0.7这8位组成的字节。l

字编址的指定方式为：（区域标志符）W（起始字节号）例如VW0表示由VB0和VB1这2字节组成的字。l

双字编址的指定方式为:（区域标志符）D（起始字节号）例如VD0表示由VB0到VB3这4字节组成的双字。

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4.寻址方式（1）直接寻址直接寻址是在指令中直接使用存储器或寄存器的元件名称（区域标志）和地址编号，直接到指定的区域读取或写入数据。有按位、字节、字、双字的寻址方式（2）间接寻址间接寻址时操作数并不提供直接数据位置，而是通过使用地址指针来存取存储器中的数据。在S7-200中允许使用指针对I、Q、M、V、S、T、C（仅当前值）存储区进行间接寻址（1）使用间接寻址前，要先创建一个指向该位置的指针。（2）指针建立好后，利用指针存取数据。11/26/202317直接寻址11/26/20231811/26/202311/26/202319四、

可编程序控制器的编程语言梯形图(LAD)

2.指令表(STL)3.功能块图(FBD)11/26/202320图2.7基本指令应用举例(a)梯形图；(b)指令表I0.0()()I0.1Q0.0Q0.0Q0.1()M0.1I0.5I0.3I0.4()Q0.2M0.1(a)(b)LDOA=LD=A=LDNAN=I0.0Q0.0I0.1Q0.0I0.5Q0.1I0.3M0.1I0.4M0.1Q0.2梯形图和指令表11/26/202321图2.8FBD简单实例功能块图11/26/202322编程注意事项及编程技巧

（1）程序应按自上而下，从左至右的顺序编写。（2）线圈不能直接与左母线相连。如果需要，可以通过特殊内部标志位存储器SM0.0（该位始终为1）来连接，如图2-10所示。（3）适当安排编程顺序，以减少程序的步数。串联多的支路应尽量放在上部，如图2-9所示。

11/26/202323图2-9图2-1011/26/202324并联多的支路应靠近左母线，如下图所示：对复杂的电路，可重复使用一些触点画出其等效电路，然后再进行编程。

I0.5I0.6I0.7I1.0I1.111/26/2023252.2可编程序控制器的工作原理及主要性能指标五、可编程序控制器的原理

PLC是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。CPU对用户程序的执行过程是CPU的循环扫描，先上后下，先左后右。并用周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的。一个扫描周期（工作周期）主要分为以下几个阶段：

1.输入采样扫描阶段

2.执行用户程序扫描阶段

3.输出刷新扫描阶段

11/26/20232611/26/2023

扫描工作方式:

所谓就是依次对各种规定的操作项目全部进行访问和处理。PLC运行时，用户程序中有众多的操作需要去执行，但一个CPU在同一时刻只能执行一个操作而不能同时执行多个操作，因此CPU只能按规定顺序依次执行各个操作。这种依次处理多任务的工作方式称为扫描工作方式。由于扫描是周而复始无限循环的，每扫描一个循环所用的时间称为一个扫描周期。2.2可编程序控制器的工作原理及主要性能指标11/26/20232711/26/2023扫描周期

正常运转时，CPU的每一个扫描周期要完成：读输入、执行程序、处理通讯请求、执行CPU自诊断测试、写输出。

11/26/20232811/26/2023示例：下图所示程序中，任一扫描周期开始时，CPU先将输入信号读到输入映象寄存器I0.0和I0.1内，然后执行程序，并根据运算结果更新输出信号映象寄存器Q0.0，之后处理通讯和自诊断测试，扫描周期的最后才是将输出映象寄存器Q0.0中的数据送给输出点。11/26/202329

西门子S7系列可编程控制器分为S7-400、S7-300、S7-200三个系列，分别为S7系列的大、中、小型（超小型）可编程控制器系统。

S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号。六、S7-200PLC系统组成11/26/202330六、S7-200PLC系统组成

1．CPU模块

SIMATICS7-200系统CPU22X系列PLC主机（CPU模块）的外形：

2.3S7-200系列可编程控制器11/26/202331

CPU型号

2.3S7-200系列可编程控制器11/26/202332

CPU22X主要技术性能指标7个模块11/26/202333主机