第讲可编程序控制器的基础资源课件

可编程控制器原理及应用电气学院自动化杨霞2009年8月1.可编程控制器原理及应用第3讲

讲解内容：1.PLC基础、组成、原理

PLC的内部元器件

PLC的梯形图语言

学习说明：本讲是学习PLC的指令系统。重点掌握：1基本指令和应用指令，程序执行控制类指令及指令构成。2PLC的内部元器件（11个：符号、梯形图中绘法、工作原理）

。3PLC的梯形图：要素4个，连接原则。2.1.PLC基础、组成、原理PLC的指令一般分为两大类：基本指令和应用指令。基本指令：是以逻辑变量按位进行基本逻辑操作的指令，按基本指令建立的PLC梯形图与继电器控制线路的梯形原理图基本是一致的。应用指令：用来增强PLC的控制能力，扩大PLC的功能和应用范围。应用指令多种多样，不同型号、不同类别的PLC应用指令数目的多少，功能的强弱是不同的。另，还有程序执行控制类指令，如程序结束符号、跳转、循环指令、子程序调用和返回指令等。指令构成：语句指令要有操作码和操作数。梯形图指令中，图形符号和图形符号的位置共同表明操作类型和操作对象，具体操作数或操作数地址在图形符号附近标出。3.

S7-200系列PLC内部元器件一、数据存储类型及寻址方式

PLC内部元器件的功能是相互独立的，在数据存储区为每一种元器件分配一个存储区域。每一种元器件用一组字母表示器件类型，字母加数字表示数据的存储地址。I：表示输入继电器；Q：表示输出继电器；M：表示内部标志位寄存器；SM：表示特殊标标志位寄存器；S：表示顺序控制寄存器；V：表示变量寄存器；L：表示局部变量寄存器；T：表示定时器；C：表示计数器；AI：表示模拟量输入映像寄存器；AQ：表示模拟量输出映像寄存器；AC：表示累加器；HC：表示高速计数器等。4.1．直接寻址方式寻址方式：图数据地址格式图位寻址5.图字节、字、双字寻址方式6.2．间接寻址方式图使用指针间接寻址7.数据的长度、类型无符号整数范围符号整数范围十进制十六进制十进制十六进制字节B（8位）0～2550～FF-128～12780～7F字W（16位）0～655350～FFFF-32768～327678000～7FFF双字D（32位）0～42949672950～FFFFFFFF-2147483648～214748364780000000～7FFFFFFF位（BOOL）0、1实数-1038～1038字符串每个字符串以字节形式存储最大长度为255个字节，第一个字节中定义该字符串长度表数据类型、长度及数据范围8.S7-200系列PLC数据存储区及元件列表(11个)S7-200系列PLC数据存储区及元件功能

（符号、梯形图中绘法、工作原理）1．输入/输出映像寄存器2．变量存储器V3．位存储器（M）4．特殊标志位（SM）存储器5．顺序控制继电器（S）6．局部存储器（L）7．定时器）8．计数器（C）9．模拟量输入/输出映像寄存器（AI/AQ）10．累加器（AC）11．高速计数器（HC）9.PLC用户数据存储器编程资源讲解一、输入、输出继电器1、输入继电器（InputRelay）工作：输入点的外部输入开关状态通过输入接口电路存到输入状态暂存器中，经过PLC的输入采样（输入刷新），把输入状态暂存器中输入开关的状态存入输入状态映像存储器中。注意：输入继电器状态只受外部输入开关控制，不受PLC程序控制，PLC程序可以读取输入继电器的状态，不能改变输入继电器的状态，所以输入继电器没有线圈符号。外部输入开关只能直接控制输入继电器和它的触点,不能直接控制其他的继电器。10.不同厂家、不同类型的PLC，采用的编址方案不同

输入继电器在PLC梯形图上的符号和意义如下：

德国西门子SIMATICS7-200系列PLC用I表示输入继电器，CPU224主机有I0.0～I0.7，I1.0～I1.5共14个数字量输入端点。输入继电器常开触点和常闭触点供用户编程使用。I0.0I0.0输入端子外部输入点I0.0I0.011.2、输出继电器（OutputRelay）工作：PLC运行时，每执行完一遍程序，逻辑运算的结果就存入到相应的一位存储器中。其中需要控制输出开关的运算结果存到输出映像存储器中。这个输出映像存储器在PLC程序中，可以按位存取，其中的每一位，就是一个输出继电器。功能：输出继电器线圈得电与否不但控制它在PLC内部的触点，而且还控制它在PLC输出接口电路中对应的输出开关，进而控制接在输出点上的输出负载（执行部件）得电与否。注意1：一体机，输出点地址是固定的，输出继电器与对应的输出状态锁存器，与对应的输出端子排上的输出接点的名称标号是相同的。注意2：输出继电器在PLC内部的触点，原则上说可以无限多。12.不同厂家、不同类型的PLC，采用的编址方案不同

输出继电器在PLC梯形图上的符号和意义如下：

S7-200CPU224主机有Q0.0～Q0.7、Q1.0、Q1.1共10个数字量输出端点。是用来将PLC的输出信号传递给负载，线圈用程序指令驱动。Q0.0()Q0.0Q0.0Q0.01负载电源Q0.013.输入继电器X、输出继电器Y动画输入、输出继电器的PLC程序控制演示14.二、变量存储器V变量存储器主要用于存储变量。可以存放数据运算的中间运算结果或设置参数，在进行数据处理时，变量存储器会被经常使用。变量存储器可以是位寻址，也可按字节、字、双字为单位寻址，其位存取的编号范围根据CPU的型号有所不同。CPU221/222为V0.0~V2047.7共2KB存储容量。

CPU224/226为V0.0~V5119.7共5KB存储容量。15.三、内部标志位存储器（内部辅助继电器）内部辅助继电器：也是一位存储器，但是它不与输入点对应，也不与输出点相对应，它用来存储PLC内部的中间变量，相当于继电器控制系统中的中间继电器。辅助继电器的线圈、常开触点、常闭触点：在梯形图上的图形符号与I/O继电器相同，只是标号字母名称不同或序号不同。内部辅助继电器的线圈和触点的关系和输出继电器的一样，但只有内部触点，不对应外部触点。它的内部触点也是无限多个。注意：从存储器的角度看，内部辅助继电器是一个暂存运算数据的一位存储器，它的名称标号是这个存储单元的地址。

16.一个PLC含有的内部辅助继电器的数目也是PLC的一项重要性能指标。内部标志位（M）存储区，S7-200CPU224PLC编址范围M0.0~M31.7，可以按位、字节、字或双字来存取存储区的数据。不同厂家、不同类型的PLC，采用的编址方案不同

内部辅助继电器在PLC梯形图上的符号和意义如下：

17.断电数据保持辅助继电器演示18.四、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，用来在CPU和用户程序之间交换信息，特殊标志位存储器能以位、字节、字或双字来存取。CPU224的SM的位地址编号范围为SM0.0~SM179.7共180个字节。其中SM0.0～SM29.7的30个字节为只读型区域。19.特殊标志位（SM）存储器用途①SMB0为状态位字节，在每次扫描循环结尾由S7-200CPU更新，定义如下：SM0.0RUN状态监控，PLC在运行RUN状态，该位始终为1。SM0.1首次扫描时为1，PLC由STOP转为RUN状态时，ON（1态）一个扫描周期，用于程序的初始化。SM0.2当RAM中数据丢失时，ON一个扫描周期，用于出错处理。SM0.3PLC上电进入RUN方式，ON一个扫描周期。SM0.4分脉冲，该位输出一个占空比为50％的分时钟脉冲。用作时间基准或简易延时。SM0.5秒脉冲，该位输出一个占空比为50％的秒时钟脉冲。可用作时间基准。SM0.6扫描时钟，一个扫描周期为ON（高电平），另一为OFF（低电平）循环交替。SM0.7工作方式开关位置指示，0为TERM位置，1为RUN位置。为1时，使自由端口通讯方式有效。②SMB1为指令状态位字节，常用于表及数学操作，部分位定义如下：SM1.0零标志，运算结果为0时，该位置1。SM1.1溢出标志，运算结果溢出或查出非法数值时，该位置1。SM1.2负数标志，数学运算结果为负时，该位为1。20.五、顺序控制继电器（S状态元件）顺序控制继电器是使用步进顺序控制指令编程时的重要状态元件，通常与步进指令一起使用以实现顺序功能流程图的编程。顺序控制继电器的地址编号范围为S0.0~S31.7。21.六、局部变量存储器L局部变量存储器L用来存放局部变量，局部变量存储器L和变量存储器V十分相似，主要区别在于全局变量是全局有效，即同一个变量可以被任何程序（主程序、子程序和中断程序）访问。而局部变量只是局部有效，即变量只和特定的程序相关联。S7-200有64个字节的局部变量存储器，其中60个字节可以作为暂时存储器，或给子程序传递参数。后4个字节作为系统的保留字节。PLC在运行时，根据需要动态地分配局部变量存储器，在执行主程序时，64个字节的局部变量存储器分配给主程序，当调用子程序或出现中断时，局部变量存储器分配给子程序或中断程序。局部存储器可以按位、字节、字、双字直接寻址，其位存取的地址编号范围为L0.0~L63.7。L可以作为地址指针。22.七、定时器（Timer）

定时器指令：包括定时器的类型、定时器名称标号和定时时间设定值；也可以看成线圈。定时器一般有两种类型：一种是通电延时，另一种是断电延时。通电延时定时器：是指线圈通电后，定时器的触点不立即动作，而是经过设定值规定的时间后定时器的触点才动作：常开触点闭合。常闭触点断开；当线圈断电后定时器的触点立即动作：常开触点马上断开，常闭触点马上闭合。断电延时定时器：是指线圈通电后，定时器的触点立即动作：常开触点闭合，常闭触点断开；当线圈断电后，定时器的触点不立即动作，而是经过设定值规定的时间后才动作：常开触点断开，常闭触点闭合。23.S7-200CPU中的定时器是对内部时钟累计时间增量的设备，用于时间控制。编址范围T0～T255（22X）；T0～T127(21X)；S7-200定时器的定时精度分别为0.1s、0.01s、0.001s，最大设定值为32767。不同厂家、不同类型的PLC，采用的编址方案不同

定时器在PLC梯形图上的符号和意义如下：

24.常规定时器的动作过程演示25.积算定时器的动作过程演示26.八、计数器(Counter)计数器是：计量脉冲信号数目，到达计数设定值后发出开关量控制信号的器件。在PLC的梯形图上看，计数器也是一个继电器，它由计数部分和触点组成，还有计数设定值。

S7—200系列计数器这里：C000是一个计数器的名称标号，04321是计数设定值，CTU是计数器的类别表示加法是计数器。27.计数器主要用来累计输入脉冲个数。有16位预置值和当前值寄存器各一个，以及1位状态位，当前值寄存器用以累计脉冲个数，计数器当前值大于或等于预置值时，状态位置1。S7-200CPU提供有三种类型的计数器，增计数、减计数、增／减计数。编址范围C0～C255（22X），C0～C127（21X）。不同厂家、不同类型的PLC，采用的编址方案不同

计数器在PLC梯形图上的符号和意义如下：

28.16位计数器工作过程示意图29.16位加法计数器演示设定值位1～32767。其中，C0～C99共100点是通用型，C100～C199共100点是断电保持型。下图表示了递加计数器的动作过程。30.九、模拟量输入/输出映像寄存

器（AI/AQ）S7-200的模拟量输入电路将外部输入的模拟量（如温度、电压）等转换成1个字长（16位）的数字量，存入模拟量输入映像寄存器区域。

AI编址范围AIW0，AIW2，……AIW62，起始地址定义为偶数字节地址，共有32个模拟量输入点。S7-200模拟量输出电路用来将模拟量输出映像寄存器区域的1个字长（16位）数字值转换为模拟电流或电压输输出。AQ编址范围AQW0，AQW2，……AQW62，起始地址也采用偶数字节地址，共有32个模拟量输出点31.十、累加器（AC）累加器是用来暂存数据，S7-200PLC提供了4个32位累加器AC0～AC3。累加器支持以字节（B）、字（W）和双字（D）的存取。32.十一.高速计数器HC一般计数器的计数频率受扫描周期的影响，不能太高。而高速计数器可用来累计比CPU的扫描速度更快的事件。高速计数器的当前值是一个双字长（32位）的整数，且为只读值。高速计数器的地址编号范围根据CPU的型号有所不同，CPU221/222各有4个高速计数器，CPU224/226各有6个高速计数器，编号为HC0~HC5。33.

PLC的梯形图语言梯形图的由来：PLC的梯形图是在继电器控制线路梯形原理图的基础上开发出来的。梯形图：将图形符号按一定规则连接起来的线路图。这个线路图不要求用真实的继电器实现。但是，只要把这个线路图输入到PLC中去，PLC就可以完成线路图中确定的逻辑操作，实现人们期望的控制要求。由于这个线路图与继电器控制线路的梯形图形式上基本一致，所以称为梯形图。梯形图程序：由梯形图的图形符号、器件名称标号、画图规则构成梯形图语言（LAD）。连接好的完整的梯形图就是梯形图程序。34.梯形图的要素（图形符号）4个1．母线有左母线、右母线之分。它们是两条竖直线，从程序的第一行开始到最后一行结束。它们相当于电路中的电源线。有些类型的PLC的梯形图不画右母线。2．触点它们是各类继电器、定时器、计数器的内部触点。3．线圈线圈是PLC用户程序能够控制的继电器的线圈。注意：以上三个要素对应着PLC的基本指令。4．功能指令符应用指令、程序执行控制类指令和其他不写出整条指令就不能把意思表达清楚的指令，在梯形图上也要把整条指令写出来，一般把这样指令写在梯形图上的一个方括号或一个横条形框内。如：定时器、计数器等。我们把这类方括号、方框、圆圈称为功能指令符，作为PLC梯形图的第4个要素〈图形、符号〉。

35.梯形图的连接原则1．接左母线的一般是触点；2．触点与触点可以串联、并联；3．触点组与触点组可以串联、并联；4．接右母线的一般是线圈和功能指令符；线圈间、功能指令符间、线圈与功能指令符间不能串接；5．有的功能指令符既接左母线，又接右母线，如END指令；6．触点不能串接在两个梯级之间；7．接右母线的线圈和一些功能指令符可以并接若干个，而且并接在后面的线圈或功能指令符可以在左侧串接触点。8．有些类型的PLC，一些功能指令符可以放在一个梯级的中间，既不接左母线，又不接右母线，如NB系列的比较指令；9．有些类型的PLC，可以把操作码的缩略字母放在触点符号中间，或放在线圈符号中间。10．有些类型的PLC，左侧串接触点的线圈或功能指令符，可以带触点并接。36.补充：S7-200PLC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（特殊内部标志位存储器SM0.0，RUN状态监控，PLC在运行RUN状态，该位始终为1

）来连接，如图所示；

37.（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，如图所示。（4）并联多的支路应靠近左母线，如下图所示：38.I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1（5）逻辑关系应尽量清楚(避免左轻右重)，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。LDI0.2ANI0.3AI0.4LDI0.2AI0.5ANI0.6AI0.7LDI0.2AI0.5ANI0.6AI1.0ANI1.1OLD=Q0.2ED39.（6）避免出现无法编程的梯形图I0.5I0.1I0.3I0.2Q0.1I0.4Q0.2I0.1I0.3I0.2Q0.1I0.5I0.3I0.1I0.4Q0.2I0.540.（7）梯形图中，不允许