可编程控制器应用技术 S7-1200 PLC课件 项目一 认识S7-1200PLC_第1页
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文档简介

可编程控制器技术与应用坚守电梯安全底线

倡导智能绿色发展项目一认识S7-1200PLC

工作任务学习内容任务1认识可编程控制器认识可编程控制器任务2S7-1200PLC硬件电路安装S7-1200PLC硬件系统认知任务3TIA博途软件安装与使用TIA博途软件认知任务4电动机自锁控制程序设计S7-1200程序设计基础

任务1认识可编程控制器

项目一认识S7-1200PLC1.可编程控制器的产生和定义2.PLC的分类和作用3.通用型PLC的硬件结构4.通用型PLC的软件系统任务目标课前导入

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课后拓学环节2任务描述可编程控制器(PLC)自诞生以来拥有众多优点,成为当今工业自动化中重要的控制设备。本项目将介绍可编程控制器的入门知识。1.可编程控制器的产生和定义环节2课前导入

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课后拓学

可编程控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来专门在工业环境中应用的控制器。被公认为现代工业自动化的三大支柱之一。固定接线、体积大、耗电多,可靠性差、通用性灵活性差。可编程控制器,计算机辅助设计(CAD)计算机辅助制造(CAM)、机器人技术。环节31PLC定义2234PLC的分类PLC的作用硬件结构软件结构国际电工学会(internationalelectrotechnicalcommission,IEC)在1987年2月发布的可编程控制器第三稿标准草案中,对PLC做了如下定义:可编程控制器(PLC)是一种数字运算操作的电子系统,专为工业环境应用而设计;它采用可编程序的存储器,用于存储内部程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令,并通过数字式或模拟式输入、输出控制各种类型的机械或生产过程。课前导入

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课后拓学环节31PLC定义2345PLC的分类PLC的作用硬件结构软件结构课前导入

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课后拓学产品规模两极化一方面,大力发展速度更快、性价比更高的小型和超小型PLC,以满足单机及小型自动控制的需要;另一方面,向高速度、大容量、技术完善的大型PLC方向发展。通信网络化网络控制是当前控制系统和PLC技术发展的潮,为了加强PLC的联网能力,制造商都在发展专用的通信模块和通信软件。随着工业网络技术的发展,各PLC制造商之间也在寻求统一的通信标准,以构成更大的网络系统。结构模块化,智能化近年来,PLC厂家先后开发了不少新器件和模块,如智能I/O模块、温度控制模块和专门用于检测PLC外部故障的专用智能模块等。这些智能模块本身就是一个小的微型计算机系统,有很强的信息处理能力和较完善的控制功能,可以简化系统设计和编程,完成PLC的主CPU难以兼顾的功能,提高PLC的适应性和可靠性。环节31PLC定义2345PLC的分类PLC的作用硬件结构软件结构课前导入

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课后拓学按结构形式分类:整体式PLC:是将电源、CPU、存储器、I/O单元等集中在一个机壳内,形成一个整体欧姆龙CQM1H系列

西门子S7-300系列

三菱Q系列模块式PLC:按照各组成部分的功能不同分成若干个模块,如电源模块、CPU模块、I/O模块、通信模块欧姆龙CPM1A系列

西门子S7-200系列

三菱FX2N系列的PLC环节31PLC定义2345PLC的分类PLC的作用硬件结构软件结构课前导入

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课后拓学按I/O点数分类:PLC可分为小型机、中型机和大型机3类。

将I/O点数在256点以下的PLC称为小型PLC,如西门子S7-1200系列;

将I/O点数在256~2048之间的PLC称为中型PLC,如西门子S7-300系列;

将I/O点数在2048以上的PLC称为大型PLC,如西门子S7-400系列

按照其功能强弱,分为低档机、中档机和高档机3类。小型PLC多为低档机,中型PLC多为中档机,而大型PLC多为高档机。按功能分类:环节3课前导入

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课后拓学PLC已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,其应用方向主要有以下几类。1PLC定义2345PLC的分类PLC的作用硬件结构软件结构开关量逻辑控制取代传统的继电器-接触器控制,实现逻辑控制和顺序控制。工业过程控制采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法来处理这些模拟量,完成闭环控制。运动控制PLC将描述目标位置的数据送给位置控制模块,位置控制模块控制电机移动一轴或多轴到目标位置通信和联网PLC通信通常包括PLC与PLC之间、与上位机之间、与其他智能设备之间的通信。PLC与其他智能控制设备一起,构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统数据处理PLC将采集到的数据与存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,或者利用通信接口传送到指定的智能装置进行处理。环节3课前导入

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课后拓学1PLC定义2345PLC的分类PLC的作用硬件结构软件结构PLC的硬件系统包括CPU(中央处理器)、存储器、输入/输出单元、外设I/O接口(通信接口)、I/O扩展接口、电源等部分。整体式PLC整体式PLC的硬件组成,所有单元在同一机壳内环节3

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课后拓学环节3课前导入

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课后拓学模块式PLC模块式PLC的硬件组成,各部件独立封装成模块,各模块通过总线连接1PLC定义2345PLC的分类PLC的作用硬件结构软件结构环节3课前导入

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课后拓学1PLC定义2345PLC的分类PLC的作用硬件结构软件结构

一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等用户程序系统程序

检查是否满足热启动需要的条件

处理过程数据。用OB块中的程序对中断事件做出反应。环节3课前导入

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课后拓学1.PLC产品出现两级化发展,一种向更高的小型和超小

型PLC发展,举例说说超小型PLC的应用?2.市场上主流的PLC有那些?3.国产PLC由哪些品牌?如何实现弯道车?环节3课前导入

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课后拓学西门子PLC的主要应用领域是机器人和生产线控制、自动化生产流程、能源和建筑自动化。西门子PLC系列包括S7-200、S7-300、S7-400、S7-1200、S7-1500。ABB的PLC主要应用于过程控制和离散制造行业,如化工、水处理、食品和饮料、机床等。

禾川的PLC主要应用于自动化生产流程、机器人控制、汽车制造、工业控制等领域。

三菱的PLC主要应用于机器人控制、自动化生产流程、电力自动化、交通运输、建筑自动化等领域。A:技术创新B:市场份额C:品牌认知D:全球竞争力行业深耕,走产品研发和自主创新道路之路的坚定决心。坚守电梯安全底线

倡导智能绿色发展项目一认识S7-1200PLC

工作任务学习内容任务1认识可编程控制器认识可编程控制器任务2S7-1200PLC硬件电路安装S7-1200PLC硬件系统认知任务3TIA博途软件安装与使用TIA博途软件认知任务4电动机自锁控制程序设计S7-1200程序设计基础

任务2S7-1200PLC硬件系统认知

项目一认识S7-1200PLC1.了解西门子PLC系列产品的分类和特点2.掌握S7-1200PLC的硬件组成和3.掌握S7-1200CPU的外部结构。4.掌握S7-1200PLC的硬件接线原则。5.能够完成S7-1200PLC控制系统连接与接线。任务目标课前导入

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课后拓学环节2任务描述设计并安装一个多功能PLC控制电路板,可以完成多种控制任务。PLC选择CPU1214CAC/DC/Rly,输入设备选择接入三个无源按钮开关,一个有源光电开关。输出设备选择三个带指示灯的中间继电器,一个数码显示器。画出PLC输入输出端电路图,完成电路接线。1.西门子SIMATIC系列PLC产品介绍环节2课前导入

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课后拓学西门子(SIEMENS)公司的PLC产品包括LOGO、S7-200Smart、S7-1200、S7-300、S7-400、S7-1500等。西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化,具有网络通信能力,功能更强,可靠性高。S7系列PLC产品可分为微型PLC(如S7-200Smart),小规模性能要求的PLC(如S7-300)和中、高性能要求的PLC(如S7-400)等。环节3课前导入

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课后拓学2.S7-1200PLC硬件组成西门子S7-1200PLC采用模块式结构,将主要模块(CPU模块、信号板、信号模块和通信模块等)安装在标准DIN导轨或面板上。用户可以根据自身的需求确定PLC的结构,系统扩展方便。CMCMCMCPUSMSMSMSMSMSMSMSM3个通讯模块模块8个信号模块CPU1214以上允许连接8个I/O单元CPU1212允许连接2个I/O单元CPU1211无法连接I/O单元扩展模块8+3+13.S7-1200PLC的CPU模块的外部结构环节3课前导入

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课后拓学S7-1200PLC的CPU将微处理器、集成电源、输入和输出电路、内置PROFINET、高速运动控制I/O及板载模拟量输入组合到一个设计紧凑的外壳中,形成功能强大的控制器。右表为主要模块的技术参数CPU模块1.CPU模块包括CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C、CPU1215C和CPU1217C系列。特征和功能CPU1211CCPU1212CCPU1214CCPU1215CCPU1217CCPU的类型DC/DC/DC、DC/DC/RLY、AC/DC/RLYDC/DC/DC本机数字量I/O点数6/48/614/10本机模拟量I/O通道数2/02/2输入过程映像(I)1024个字节输出过程映像(Q)1024个字节工作存储区50KB75KB100KB125KB150KB装载存储区1MB2MB4MB位存储器(M)4096个字节8192个字节可扩展信号模块个数无28信号板、电池板或通信板1最大本地数字量I/O点数1482284最大本地模拟量I/O通道13196769高速计数器最多可组态6个使用任意内置或信号板输入的高速计数器脉冲输出最多可组态4个使用任意内置或信号板输出的脉冲输出上升沿/下降沿中断点数6/68/812/12脉冲捕获输入点数6814PROFINET接口12数据日志每次最多打开8个每个数据日志为500MB或受最大可用装载存储器用量限制外观尺寸/mm90×100×75110×100×75130×100×75150×100×75环节3课前导入

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课后拓学信号板SB信号板(signalboard,SB)是S7-1200PLC所特有的硬件设置,任何一种CPU模块都可以在其正面安装一块信号板。S7-1200PLC的信号板主要包括数字量输入/输出(DI/DO)板、模拟量输入/输出(AI/AO)板和通信板3(C)环节3课前导入

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课后拓学信号模块SM

S7-1200PLC的信号模块(I/O模块)也称为SM模块,主要用于扩展PLC的输入/输出点数,增加PLC的附加功能。信号模块通常安装在CPU模块的右侧。

信号模块按其信号类型不同,可分为数字量模块和模拟量模块。

数字量模块包括数字量输入模块、数字量输出模块和数字量输入/输出模块。

模拟量模块包括模拟量输入模块、模拟量输出模块和模拟量输出/输出模块。CPU1214以上允许连接8个I/O单元CPU1212允许连接2个I/O单元CPU1211无法连接I/O单元扩展模块8+3+1环节3课前导入

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课后拓学通讯模块SMCPU1214以上允许连接8个I/O单元扩展模块8+3+1S7-1200PLC集成了PROFINET(一种基于工业以太网技术的现场总线)接口,CPU可以通过这个接口与计算机、PROFINETI/O设备及使用标准TCP协议的设备进行通信在CPU的左边,最多还可以安装3个通信模块。这些模块可以是点对点模块、PROFIBUS模块、工业远程通信模块、AS-i接口模块和IO-Link模块。通信模块的能力代表了PLC的组网能力环节3课前导入

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课后拓学3.S7-1200PLC的外部结构环节3课前导入

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课后拓学4.S7-1200PLC的安装与接线S7-1200PLC的CPU标准模块有5种类型,CPU模块有交流和直流两种供电方式,输出方式有继电器输出和晶体管输出。CPU1214CDC/DC/DC:CPU1214CAC/DC/RLY:

CPU1214CAC/DC/RLY的外部接线图环节3课前导入

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课后拓学4.S7-1200PLC的安装与接线(1)供电电源接线。S7-1200PLC有两种供电方式,即DC24V和AC120~240V,供电端子的接线方法如下图。其中,标记为L+/M的电源端子为直流电源端,而标记为L1/N的电源端子为交流电源端,接线时必须首先确认CPU的类型及其供电方式。直流电源接线方法

交流电源接线方法DC/DC/DC、DC/DC/RLY、AC/DC/RLY环节3课前导入

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课后拓学4.S7-1200PLC的安装与接线数字量输入端子接线(a)漏型输入

(b)源型输入图1-14

数字量输入接线

漏型输入:数字量输入公共端1M接24V直流电源的负极源型输入:数字量输入公共端1M接24V直流电源的正极环节3课前导入

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课后拓学4.S7-1200PLC的安装与接线CPU1214CDC/DC/DC:CPU1214CAC/DC/RLY:数字量输出端子接线:晶体管输出的CPU只支持直流信号输出。继电器输出的CPU可以接直流信号,也可以接120~240V的交流信号。

图1-15

数字量输出接线课前导入

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课后拓学环节2任务描述设计并安装一个多功能PLC控制电路板,可以完成多种控制任务。PLC选择CPU1214CAC/DC/Rly,输入设备选择接入三个无源按钮开关,一个有源光电开关。输出设备选择三个带指示灯的中间继电器,一个数码显示器。画出PLC输入输出端电路图,完成电路接线。环节4课前导入

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课后拓学1.PLC及输入输出元件选型常用的输入元件有按钮、开关、行程开关、传感器等,常用的输出设备有继电器-接触器线圈、信号灯、电磁阀等执行元件。环节4课前导入

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课后拓学2.绘制PLCI/O接线图环节4课前导入

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课后拓学3.接线注意事项

图1-15三线式传感器与PLC接线PNP常开型与PLC接线:传感器黑色信号线输出高电平,电流流入PLC数字量输入端。接线时,PLC的公共端1M与直流24V电源负极相连,棕色线与直流电源正极相连,蓝色线与电源负极相连。NPN常开型与PLC接线:传感器黑色信号线输出低电平,电流流出PLC数字量输入端。接线时,PLC的公共端1M与直流24V电源正极相连,棕色线与直流电源正极相连,蓝色线与电源负极相连。环节4课前导入

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课后拓学4.电路自检环节4课前导入

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课后拓学5.上电检测

倡导智能绿色发展项目一认识S7-1200PLC

工作任务学习内容任务1认识可编程控制器认识可编程控制器任务2S7-1200PLC硬件电路安装S7-1200PLC硬件系统认知任务3TIA博途软件安装与使用TIA博途软件认知任务4电动机自锁控制程序设计S7-1200程序设计基础

任务3TIA博途软件安装与使用

项目一认识S7-1200PLC1.介绍博途软件的组成。2.TIAV16软件的安装条件和安装方法。3.TIAV16软件常用的操作方法。4.应用博途软件创建一个项目。任务目标课前导入

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课后拓学环节2任务描述

使用博途STEP7软件创建一个新项目,添加设备CPU1214CDC/DC/DC、信号模块SM1223DI8/DQ8×24VDC和通讯模块CM1242-5,并完成硬件设备的组态。1.TIA博途软件的组成环节2课前导入

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课后拓学

TIA

博途

STEP71.硬件组态2.编辑PLC程序TIA

是Tota11y

integrated

automation

的缩写,意思是全集成自动化软件。

TIA

博途

WINCC1.人机交互界面HMI2.数据采集与监控

TIA

博途Startdrive1.配置G系列变频器2.调试G系列变频器

环节3课前导入

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课后拓学2.TIA博途软件的安装TIA博途STEP7V16.1专业版。运行该软件推荐的计算机配置配

置要

求操作系统MicrosoftWindows7或更高处理器Intel®Core™i5-6440EQ3.4

GHz或更高内存16GB或更大(大型项目为32GB以上)硬盘50GB的固态硬盘或更大环节3课前导入

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课后拓学3.TIA博途STEP7

软件操作界面概述TIA博途软件在自动化项目中可以使用两种不同的视图,Portal视图或者项目视图Portal视图是一种面向任务的视图,初次使用者可以快速上手,并进行具体的任务选择。

项目视图项目视图中直接访问所有的组件、编辑器、参数及数据,并进行高效的组态和编程。课前导入

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课后拓学环节2任务描述

使用博途STEP7软件创建一个新项目,添加设备CPU1214CDC/DC/DC、信号模块SM1223DI8/DQ8×24VDC和通讯模块CM1242-5,并完成硬件设备的组态。环节4课前导入

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课后拓学1.新建项目

2.添加新设备:在TIA博途软件中添加新设备选择的订货号和版本号

必须和实际硬件完全匹配,否则无法正常工作。

3.硬件组态:设备组态的任务就是在设备和网络编辑器中生成一个与实

际的硬件系统对应的虚拟系统,模块的安装位置和设备之间

的通信连接,都应与实际的硬件系统完全相同。4.设备组态编译5.项目下载:下载前需要对CPU和计算机进行正确的通信设置

倡导智能绿色发展项目一认识S7-1200PLC

工作任务学习内容任务1认识可编程控制器认识可编程控制器任务2S7-1200PLC硬件电路安装S7-1200PLC硬件系统认知任务3TIA博途软件安装与使用TIA博途软件认知任务4电动机自锁控制程序设计S7-1200程序设计基础

任务4S7-1200程序设计基础

项目一认识S7-1200PLC1.掌握S7-1200PLC主要编程语言2.了解S7-1200PLC物理存储器,掌握系统存储区。3.掌握PLC的基本数据类型。4.能够完成电动机自锁控制的程序设计和运行调试。任务目标课前导入

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课后拓学环节2任务描述

三相异步电动机全压起动控制要求:对某小型异步电动机进行全压起动,要求按下启动按钮SB2,接触器KM线圈得电,其主触点闭合使电动机全压启动,其辅助常开触点闭合自锁,电动机连续运行;按下停止按钮SB1,电动机停止运行。如果电动机过载,热继电器触点FR动作也,电动机停止运行。图1-50所示为继电器控制的电气原理图,现用S7-1200PLC为控制器,CPU模块采用CPU1214AC/DC/RLY。完成三相异步电动机全压起动控制。1.S7-1200的编程语言环节3课前导入

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课后拓学PLC程序设计主要面向的是企业电气技术人员,因此编程语言应采用面对控制过程和控制问题的语言,便于工程技术人员使用。IEC提供了四种内部操作语言和一个结构化语言定义,即梯形图、指令表、功能块图、顺序功能图和结构化文本。S7-1200使用梯形图(LAD)、功能块图(FBD)和结构化控制语言(SCL)这三种编程语言。

梯形图是S7-1200PLC编程中使用最多的语言,优点直观易懂。

梯形图程序由一个或多个程序段构成,每个程序段由三个基本要素构成,其中

左、右垂直线称为左、右母线。1.触点表示逻辑输入条件,如开关、按钮和寄存器等;2.线圈表示逻辑输出结果,控制外部的指示灯、接触器、电磁阀;3.功能块包括定时器、计数器及数学运算等。1.S7-1200的编程语言环节3课前导入

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课后拓学梯形图程序由一个或多个程序段构成,每个程序段由三个基本要素构成。1.触点表示逻辑输入条件,如开关、按钮和寄存器等;2.线圈表示逻辑输出结果,控制外部的指示灯、接触器、电磁阀;3.功能块包括定时器、计数器及数学运算等。环节3梯形图三要素编写梯形图程序应遵循以下规则。课前导入

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课后拓学环节3编写梯形图程序应遵循以下规则。a梯形图常采用程序段结构。清晰的程序段结构有利于程序的调试,编译时能够明确指出错误语句所在的程序段,且不增加程序的长度。b梯形图必须遵循顺序执行的原则,即从左到右、从上到下执行,每行都是起于左母线,经触点或功能块,终止于软继电器线圈或右母线,触点不能放在线圈的右侧,且不能与右母线直接相连。如图所示。c同一个编号的线圈不能多次使用,否则会出现双线圈问题,双线圈输出很容易引起误动作,应尽量避免。课前导入

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课后拓学环节3课前导入

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课后拓学装载存储器:装载存储器是非易失性存储器,主要用于存储用户程序、数据和组态。该存储器位于存储卡(如果存在)或CPU中,能够在断电后继续保持。项目下载后,首先会存储在装载存储器中工作存储器:工作存储器是易失性存储器,该存储器在断电后将丢失数据,而在恢复供电时由CPU恢复数据。在执行用户程序时,CPU会将一些项目内容(如组织块、函数块、数据块等)从装载存储器复制到工作存储器。2.

PLC的物理存储器0201环节3课前导入

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课后拓学03系统存储器:系统存储器是CPU为用户程序提供的存储器组件。系统存储器划分为若干个地址区,设计程序时可以在相应的地址区内直接寻址。常用的系统存储器包括输入映像寄存器、输出映像寄存器、位存储器、数据块、局部变量存储器、定时器、计数器等环节3课前导入

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课后拓学3.PLC的工作过程PLC采用循环扫描的工作方式即“顺序扫描,循环工作”。当PLC正常运行时,它将根据用户按控制要求编制的程序,按照指令序号循环扫描。输入采样程序执行输出刷新扫描周期根据PLC梯形图程序扫描原则,CPU按先左后右、先上后下的顺序逐点扫描。对输出映像寄存器来说,每一个元件(软继电器)的状态都会随着程序执行过程而变化在所有指令执行完毕后,输出映像寄存器中所有输出继电器的状态(接通/断开)在输出刷新阶段转存到输出锁存器中,通过一定方式驱动外部负载。CPU首先扫描所有输入端子,并将各输入状态存入对应的输入映像寄存器中。此时,输入映像寄存器被刷新,接着进入程序执行阶段。环节3课前导入

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课后拓学3.PLC的工作过程输入采样程序执行输出刷新扫描周期环节3课前导入

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课后拓学输入映像寄存器(I):是PLC用来接受外部输入信号的窗口,工程上经常将它称为输入继电器。输入映像寄存器I的每个位对应一个数字量输入点,在输入采样阶段,CPU对输入点进行采样,并将采样值存放在输入映像寄存器中。输入映像存储器一般以位为单位存取,也可以以字节、字、双字为单位存取。4.系统存储区输出映像寄存器(Q):输出映像寄存器是PLC向外部负载发出控制命令的窗口,工程上经常将它称为输出继电器。输出映像寄存器Q的每个位对应一个数字量输出点,在输出刷新阶段,CPU将输出映像寄存器的数据传送至输出模块,再由输出模块驱动外部负载。环节3课前导入

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课后拓学位存储器(M):也称内部线圈,用来存放中间操作状态或其他相关的数据。位存储器一般以位为单位存取,也可以以字节、字、双字为单位存取。数据块(DB):在程序执行过程中存放中间结果,或用来保存与工序或任务有关的其他数据,它主要分为全局数据块和背景数据块两类4.系统存储区环节3课前导入

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课后拓学5.PLC的基本数据类型S7-1200PLC的数据类型主要用来描述数据的长度和属性。数据类型1数据类型符号位数取值范围举例位Bool10、10、1、TRUE、FALSE字节Byte816#00~16#FF16#01、2#00011110字Word1616#0000~16#FFFF16#0100、123双字DWord3216#00000000~16#FFFFFFFF16#12AB、

字符Char816#00~16#FF‘a’、CHRA#‘A’双字符WChar16-128~127‘中’、WCHAR#‘国’整数Int16-32768~32767−12、23双整数DInt32-2147483648~2147483647−122345、12345无符号字节USInt80~255123无符号整数UInt160~6553516#123、32无符号双整数UDInt320~429496729516#12FED、536325浮点数Real320~0.1、−0.05时间Time32T#-24d_20h_31m_23s_648ms~T#24d_20h_31m_23s_647msT#−2d_2h_2m、T#30ms日期Date16D#1990-1-1~D#2169-06-06D#2021-01-01环节3课前导入

任务描述

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课后拓学数值与数码2①二进制的表达:二进制数的1位(bit)只能取

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