《机电设备电控与维修》-工作任务8 三相异步电动机全压启动

【相关知识】8.1PLC的认识可编程控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、算术运算、顺序控制、定时、计数等操作指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。8.1.1PLC的特点、主要性能指标及分类1.PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强可编程控制器生产厂家在硬件方面和软件方面上采取了一系列抗干扰措施，使它可以直接安装于工业现场而稳定可靠地工作。目前各生产厂家生产的可编程控制器，其平均无故障时间都大大地超过了IEC规定的10万小时（折合为4166天，约11年）。而且为了适应特殊场合的需要，有的可编程控制器生产商还采用了冗余设计和差异设计（如德国Pilz公司的可编程控制器），进一步提高了其可靠性。下一页返回【相关知识】（2）适应性强，应用灵活由于可编程控制器产品均成系列化生产，品种齐全，多数采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便，用户可根据自己的需要灵活选用，以满足系统大小不同及功能繁简各异的控制系统要求。（3）编程方便，易于使用可编程控制器的编程可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气技术人员的欢迎。近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言（SequentialFunctionChart，SFC），也称功能图，使编程更简单方便。（4）控制系统设计、安装、调试方便可编程控制器中含有大量的相当于中间继电器、时间继电器、计数器等的“软元件”。又用程序（软接线）代替硬接线，安装接线工作量少。设计人员只要有可编程控制器就可以进行控制系统设计，并可在实验室进行模拟调试。上一页下一页返回【相关知识】（5）维修方便，维修工作量小可编程控制器有完善的自诊断，履历情报存储及监视功能。可编程控制器对于其内部工作状态、通信状态、异常状态和I/O点的状态均有显示。工作人员可以通过它查出故障原因，便于迅速处理。（6）功能完善除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊功能模块还可以实现点位控制、PID运算、过程控制、数字控制等功能，为方便工厂管理又可与上位机通信，通过远程模块还可以控制远方设备。2.PLC的主要应用目前，PLC在国内外已广泛应用于冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活相关的机器、与环境相关的机器，而且有急速的上升趋势。从PLC应用类型看，大致可归纳为以下几个方面。上一页下一页返回【相关知识】（1）开关量逻辑控制开关量逻辑控制是PLC最基本、也是最广泛的应用领域，它取代了传统的继电器顺序控制，从单机控制、多机群控到自动生产线的控制，都可以找见它的身影。如专用机床、电梯、装配生产线等。（2）过程控制PLC通过PID指令或PID模块，甚至模糊控制模块及A/D、D/A转换模块，易于实现温度、压力、流量等模拟量的闭环控制，从而达到过程控制的要求。（3）运动控制PLC通过定位模块可实现单轴或多轴的位置控制功能，从而实现定位、插补等简易CNC的功能，达到运动控制的要求。上一页下一页返回【相关知识】（4）数据处理目前已经出现了将支持顺序控制的PLC和计算机数字控制的CNC组合在一起的趋势，从CNC内置PLC和PLC内置CNC两个方面相互融合。另外，应用组态技术也易于组成以PLC为主体的控制和管理系统。PLC通过定位模块，可实现单轴或多轴的位置控制功能，从而实现定位、插补等简易CNC的功能，以达到运动控制的要求。（5）通信联网（构成DCS、FCS系统）PLC的通信包括PLC之间、PLC与上位IPC及其他智能控制设备（如VVVF、CNC等）之间的通信。为了适应工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（FMS）等的发展需要，各PLC制造厂商都在致力于提高PLC的通信联网能力，并纷纷推出各具特色的PLC现场总线系统（FCS系统），如西门子公司的PROFIBUS、三菱公司的CC-LINK系列等，从而用网络联络构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统（DCS）。上一页下一页返回【相关知识】3.PLC的主要性能指标（1）I/O总点数I/O总点数（输入/输出点数）是指PLC外部输入、输出端子的总数。I/O点数越多，外部可接的输入器件和输出器件也就越多，控制规模就越大，这是PLC最重要的一项指标。一般按PLC点数多少来区分机型的大小。PLC的输入/输出信号有开关量和模拟量两种。其中开关量用最大I/O点数来表示，模拟量是用最大I/O通道数来表示。（2）存储器容量存储器容量是用来衡量可存储用户应用程序多少的指标，通常以字或千字为单位。约定16位二进制数为一个字（即两个8位的字节），每1024个字为1千字。PLC中通常以字为单位来存储指令和数据，一般的逻辑操作指令每条占1个字，定时器、计数器移位操作等指令占2个字，而数据操作指令占2~4个字。有些PLC的用户程序存储器容量用编程的步数来表示，每一条语句占一个步长。上一页下一页返回【相关知识】（3）编程语言编程语言是可编程控制器厂家为用户设计的用于实现各种控制功能的编程工具，它有多种形式，常见的是梯形图编程语言及语句表编程语言，另外还有逻辑图编程语言、布尔代数编程语言等，它的功能强大与否主要取决于该机型指令系统的功能是否强大。一般来讲，指令的种类和数量越多，功能越强大。（4）扫描速度扫描速度反映了PLC运行速度的快慢。扫描速度快意味着PLC可运行较为复杂的控制程序。扫描速度一般以执行1000步指令所需的时间来衡量，单位为“ms/千步”。有时也以执行一步指令的时间计算，如“ms/步”。一般大型PLC的扫描速度较快，这是因为采用多个高性能CPU并行工作的方式运行。（5）内部寄存器的种类和数量内部寄存器的种类和数量是衡量PLC硬件功能的一个指标。它主要用于存放变量的状态、中间结果、数据等，还提供大量的辅助寄存器，如定时器/计数器、移位寄存器、状态寄存器等，以便用户编程时使用。上一页下一页返回【相关知识】（6）通信能力通信能力是指PLC与PLC、PLC与计算机之间的数据传送及交换能力，它是工厂自动化的必备基础。目前生产的可编程控制器不论是小型机还是中、大型机，都配有1~2个通信端口，甚至多个通信端口。（7）智能模块智能模块是指具有自己的CPU和系统的模块。它作为PLC中央处理单元的下位机，不参与PLC的循环处理过程，但接受PLC的指挥，可独立完成某些特殊的操作。如常见的位置控制模块、温度控制模块、PID控制模块、模糊控制模块等。（8）扩展能力PLC的扩展能力包括I/O点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等。在选择PLC时，经常需要考虑PLC的可扩展能力。上一页下一页返回【相关知识】4.PLC的分类（1）按I/O点数容量分类一般而言，处理I/O点数越多，控制关系就越复杂，用户要求的程序存储器容量越大，要求PLC指令及其他功能比较多，指令执行的过程也比较快。按PLC的输入、输出点数的多少可将PLC分为以下三类。1）小型机。小型PLC的功能一般以开关量控制为主，小型PLC输入、输出点数一般在256点以下，用户程序存储器容量在4KB左右。现在的高性能小型PLC还具有一定的通信能力和少量的模拟量处理能力。这类的PLC的特点是价格低廉，体积小巧，结构紧凑，适合于控制单台设备。典型的小型机有SIEMENS公司的S7-200系列、OMRON公司的CPM2A系列、MITUBISH公司的FX系列等整体式PLC产品。上一页下一页返回【相关知识】2）中型机。中型PLC的输入、输出总点数在256~2048点之间，用户程序存储器容量达到8KB左右。中型PLC不仅具有开关量和模拟量的控制功能，还具有更强的数字计算能力，它的通信功能和模拟量处理功能更强大，中型机比小型机更丰富，中型机适用于更复杂的逻辑控制系统以及连续生产线的过程控制系统场合。典型的中型机有SIEMENS公司的S7-300系列、OMRON公司的C200H系列、AB公司的SLC500系列等模块式PLC产品。3）大型机。大型机总点数在2048点以上，用户程序储存器容量达到16KB以上。大型PLC的性能已经与大型PLC的输入、输出工业控制计算机相当，它具有计算、控制和调节的能力，还具有强大的网络结构和通信联网能力，有些PLC还具有冗余能力。它的监视系统采用CRT显示，并能够表示过程的动态流程，记录各种曲线，PID调节参数等；它配备多种智能板，构成一台多功能系统。这种系统还可以和其他型号的控制器互连，同时和上位机相连，以组成一个集中分散的生产过程和产品质量控制系统。大型机适用于设备自动化控制、过程自动化控制和过程监控系统。典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400、OMRON公司的CVM1和CS1系列、AB公司的SLC5/05等系列。上一页下一页返回【相关知识】（2）按结构形式分类根据PLC结构形式的不同，PLC主要可分为整体式和模块式两类。1）整体式结构：整体式结构的特点是将PLC的基本部件，如CPU、I/O接口、存储器、电源、通信端口等紧凑地安装在一个标准的机壳内，构成一个整体，组成PLC的一个基本单元（主机）或扩展单元。基本单元上设有扩展端口，通过扩展电缆与扩展单元相连，配有许多专用的具有特殊功能的模块，如模拟量输入/输出模块、热电偶、热电阻模块、通信模块等，以构成PLC不同的配置。整体式结构的PLC体积小，成本低，安装方便。微型和小型PLC一般为整体式结构。如西门子的S7-200系列、三菱公司的F1/F2和FX系列、欧姆龙公司的C系列和P型机等多种PLC。2）模块式结构：模块式结构的PLC是由一些模块单元构成，这些标准模块包含CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块和各种功能模块等，使用时将这些模块插在框架上和基板上即可。上一页下一页返回【相关知识】各个模块功能是独立的，外形尺寸是统一的，可根据需要灵活配置。目前大、中型PLC都采用这种方式。如西门子的S7-300和S7-400系列、三菱公司的A系列和Q系列、欧姆龙公司的CVM和CSI系列PLC等。整体式PLC每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，在小型控制系统中一般采用整体式结构，但是模块式PLC的硬件组态方便灵活，I/O点数的多少、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的使用等方面的选择余地都比整体式PLC大得多，维修时更换模块、判断故障范围也很方便，因此较复杂的、要求较高的系统一般选用模块式PLC。5.PLC的主要生产厂家世界上PLC产品可按地域分成三大流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品。美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离情况下独立研究开发的，因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性。而日本的PLC技术是由美国引进的，对美国的PLC产品有一定的继承性，但日本的主推产品定位在小型PLC上。美国和欧洲以大、中型PLC而闻名，而日本则以小型PLC著称。上一页下一页返回【相关知识】比较著名的公司有美国A-B、通用（GE）、莫迪康（MODICON）；日本的三菱（MITSUBLSHI）、欧姆龙（OMRON）、富士电机（FUJI）、松下电工；德国的西门子（SIEMENS）；法国的TE与施耐德（SCHNEIDER）；韩国的三星（SUMSUNG）与LG等公司。8.1.2PLC的结构组成和工作原理1.PLC的结构组成PLC的基本组成包括中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口（缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等）、外部设备编程器及电源模块，如图8-1所示。PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置来构成PLC控制系统。（1）中央处理器中央处理器（CPU）由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线、控制总线和电源总线与存储器、输入输出接口、编程器和电源相连接。CPU按照PLC内系统程序赋予的功能指挥PLC控制系统完成各项工作任务。上一页下一页返回【相关知识】小型PLC的CPU采用8位或16位微处理器或单片机，如8031、M68000等，这类芯片价格很低；中型PLC的CPU采用16位或32位微处理器或单片机，如8086、96系列单片机等，这类芯片主要特点是集成度高、运算速度快且可靠性高；而大型PLC则需采用高速位片式微处理器，如AM2900、AM2901、AM2903等。（2）存储器PLC内的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和数据等。1）系统程序存储器：PLC系统程序决定了PLC的基本功能，该部分程序由PLC制造厂家编写并固化在系统程序存储器中，其主要有系统管理程序、用户指令解释程序、功能程序与系统程序调用等部分。系统管理程序主要控制PLC的运行，使PLC按正确的次序工作；用户指令解释程序将PLC的用户指令转换为机器语言指令，并传输到CPU内执行；功能程序与系统程序则负责调用不同的功能子程序及其管理程序。上一页下一页返回【相关知识】2）用户程序存储器：用户程序存储器用于存放用户载入的PLC应用程序，载入初期的用户程序因需修改与调试，因此称为用户调试程序，存放在可以随机读写操作的随机存取存储器RAM内，以方便用户修改与调试。3）数据存储器：PLC运行过程中需生成或调用中间结果数据（如输入/输出元件的状态数据、定时器、计数器的预置值和当前值等）和组态数据（如输入输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等），这类数据存放在工作数据存储器中，由于工作数据与组态数据不断变化，且不需要长期保存，所以采用随机存取存储器RAM。上一页下一页返回【相关知识】（3）输入/输出接口输入/输出接口是PLC与工业现场控制或检测元件和执行元件连接的接口电路。现场控制或检测元件输入给PLC各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量等，通过输入接口电路将这些信号转换成CPU能够接收和处理的信号。输出接口电路将CPU送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。1）输入接口。输入接口用于接收和采集两种类型的输入信号：一类是由按钮、转换开关、行程开关、继电器触头等开关量输入信号，另一类是由电位器、测速发电机和各种变换器提供的连续变化的模拟量输入信号。输入接口电路通常有两类：一类为直流输入型，另一类是交流输入型。以图8-2所示的直流输入接口电路为例，R1是限流与分压电阻，R2与C构成滤波电路，滤波后的输入信号经光耦合器T与内部电路耦合。当输入端的按钮SB接通时，光耦合器T导通，直流输入信号被转换成PLC能处理的5V标准信号电平（简称TTL），同时LED输入指示灯亮，表示信号接通。上一页下一页返回【相关知识】滤波电路用以消除输入触头的抖动，光电耦合电路可防止现场的强电干扰进入PLC。由于输入电信号与PLC内部电路之间采用光信号耦合，因此两者在电气上完全隔离，使输入接口具有抗干扰能力。现场的输入信号通过光电耦合后转换为5V的TTL电平送入输入数据寄存器，再经数据总线传送给CPU。2）输出接口。输出接口电路向被控对象的各种执行元件输出控制信号。常用执行元件有接触器、电磁阀、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）、指示灯、数字显示装置和报警装置等。与输入接口电路类似，内部电路与输出接口电路之间采用光电耦合器进行抗干扰电隔离。输出接口有晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出等类型。晶体管和晶闸管输出为无触点输出型电路，晶体管输出型用于高频小功率负载，晶闸管输出型用于高频大功率负载，继电器输出为有触点输出型电路，用于低频负载。上一页下一页返回【相关知识】3）其他接口。若主机单元的I/O数量不够用，可通过I/O扩展接口电缆与I/O扩展单元（不带CPU）相接进行扩充。PLC还常配置连接各种外围设备的接口，可通过电缆实现串行通信、EPROM写入等功能。（4）电源PLC的电源将外部供给的交流电转换成供CPU、存储器等所需的直流电，其是整个PLC的能源供给中心。PLC大都采用高质量、工作稳定性好、抗干扰能力强的开关稳压电源。在PLC中，为了避免电源间的干扰，输入与输出接口电路的电源应彼此相互独立。许多PLC电源还可向外部提供直流24V稳压电源，用于向输入接口上的接入电气元件供电，从而简化外围配置。（5）编程器编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序存储器，并利用编程器检查、修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。上一页下一页返回【相关知识】编程器有简易编程器和图形编程器两种。简易编程器如图8-3所示，其特点是体积小，携带方便，但只能用语句形式进行联机编程，适合小型PLC的编程及现场调试。图形编程器既可用语句形式编程，又可用梯形图编程，同时还能进行脱机编程。目前PLC制造厂家大都开发了计算机辅助PLC编程支持软件，如西门子系统的STEP7-Micro/win编程软件。当个人计算机安装了PLC编程支持软件后，可用作图形编程器，以进行用户程序的编辑、修改，并通过个人计算机和PLC之间的通信接口实现用户程序的双向传送、监控PLC运行状态等。2.PLC的工作原理由于PLC以微处理器为核心，故具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，若有键按下或有I/O变化，则转入相应的子程序，若无则继续扫描等待。上一页下一页返回【相关知识】PLC则是采用循环扫描的工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：一是CPU执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。一个扫描周期主要可分为3个阶段。（1）输入刷新阶段在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，并转入程序执行阶段。在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一个工作周期的输入刷新阶段才能被读入。上一页下一页返回【相关知识】（2）程序执行阶段在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输出刷新阶段。（3）输出刷新阶段当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周期，由此循环往复，因此称其为循环扫描工作方式。由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的，因此也将这两个阶段统称为I/O刷新阶段。实际上，除了执行程序和I/O刷新外，PLC还要进行各种错误检测（自诊断功能）并与编程工具通信，这些操作统称为“监视服务”，一般在程序执行之后进行。综上所述，PLC的扫描工作过程如图8-4所示。上一页下一页返回【相关知识】8.2西门子S7-200系列PLC的认识S7-200PLC是德国西门子公司生产的一种超小型系列可编程器，它能够满足多种自动化控制的需求，其设计紧凑，价格低廉，并且具有良好的可扩展性以及强大的指令功能，可代替继电器用于简单控制场合，也可用于复杂的自动化控制系统。S7-200PLC除具有基本的控制功能外，还具有功能强大的指令集，丰富强大的通信功能，编程软件的易用性，Step7-Micro/WIN32编程软件为用户提供了开发、编辑和监控的良好编程环境。8.2.1S7-200系列PLC结构及性能指标1.西门子S7-200系列PLC基本结构SIMENSS7-200系列PLC是小型PLC，其硬件系统由CPU模块和丰富的扩展模块构成。S7-200系列PLC主要有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226四种主机CPU型号，其全部是整体式结构。该系列PLC的硬件系统主要包含：基本单元（或称主机、CPU模块）、扩展模块、特殊功能模块、编程器等外设。上一页下一页返回【相关知识】（1）基本单元基本单元（BasicUnit）又称CPU模块，也称为主机或本机。它包括CPU、存储器、基本输入/输出点和电源等，是PLC的主要组成部分。西门子CPU22X系列PLC主机（CPU模块）的外形如图8-5所示。各部分的主要作用：1）CPU负责执行程序和存储数据，以便对工业自动控制任务或过程进行控制；2）输入/输出是系统的控制点，输入部分从现场设备（如开关、传感器等）中采集信号，输出部分则控制电动机、电磁阀及其他被控设备；3）电源向CPU及其所连接的模块提供电力；4）通信端口允许将S7-200CPU与编程器或其他设备连接起来，完成通信任务；5）状态信号灯显示了CPU的工作模式（运行RUN或停止STOP），还显示了主机I/O的当前状态以及检查出的系统错误；上一页下一页返回【相关知识】6）存储模块用于存储用户程序或数据。S7-200系列PLC的存储系统由RAM和EEPROM两种类型存储器构成，CPU模块内部配备一定容量的RAM和EEPROM，同时CPU模块支持可选的EEPROM存储器卡，还增设了超级电容和电池模块，以用于长时间保存数据。（2）I/O系统1）主机的基本I/O类型及参数。西门子CPU22X型PLC具有两种不同的电源电压供电，输出电路分为继电器输出和晶体管输出两大类。CPU22X系列PLC可提供4个不同型号的CPU基本单元供用户选用，其类型见表8-2。电源/输入/输出类型的含义，如为DC/DC/DC，则表示电源、输入类型为24VDC，输出类型为24VDC晶体管型。如为AC/DC/继电器，则表示电源类型为220VAC，输入类型为24VDC，输出类型为继电器型。上一页下一页返回【相关知识】2）主机I/O点数及其扩展能力。当主机单元的I/O点数不能满足控制要求时，可以通过I/O扩展接口增加I/O模块，西门子S7-200系列PLC主机的基本I/O点数及扩展模块的数量见表8-3，其扩展模块连接如图8-6所示。模拟量输入、输出扩展模块：在工业控制中，某些输入量（如温度、压力、流量等）是模拟量，而某些执行机构（如电动调节阀、晶闸管调速装置和变频器等）也要求PLC输出模拟信号，而PLC的CPU只能处理数字量。这就需要模拟量输入/输出扩展模块来实现A/D转换（模拟量输入）和D/A转换（模拟量输出）。3）高速反应I/OCPU226PLC具有6个高速计数脉冲输入端（I0.0~I0.5），用于捕捉比CPU扫描速度更快的脉冲信号。CPU226PLC有2个高速脉冲输出端（Q0.0~Q0.1），输出的脉冲频率可以达到20kHz，用于PTO（高速脉冲束）和PWM（宽度可变脉冲输出）和高速脉冲输出。上一页下一页返回【相关知识】（3）特殊功能模块当需要完成某些特殊功能的控制任务时，需要扩展功能模块。它们是为完成某种特殊控制任务而特制的一些装置。如将高速计数器模块、通信模块、PID模块等与主机连接可完成相应的特殊控制功能。（4）相关设备相关设备是为充分和方便地利用系统的硬件和软件资源而开发和使用的一些设备，主要有编程设备、人机操作界面和网络设备等。（5）工业软件工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口软件等部分构成。（6）通信口在S7-200系列PLC主机模块上有通信口，其可与计算机或其他外围设备相连，以实现编程、调试、运行、监视、打印和数据传送等功能。上一页下一页返回【相关知识】S7-200系列PLC提供的是RS485通信口，要与计算机相连需经过专用的PC/PPI电缆。RS485串行通信接口的功能包括串行/并行数据的转换、通信格式的识别、数据传输的出错检验、信号电平的转换等。通信接口是PLC主机实现人机对话、机机对话的通道。通过通信接口PLC可以和编程器、彩色图形显示器、打印机等外部设备相连，也可和其他PLC或上位计算机相连接。2.S7-200系列PLC的主要性能指标PLC的性能指标是选用PLC的依据，西门子S7-200PLC的主要性能指标详细介绍请参见相关手册，其简要性能指标见表8-4。S7-200系列PLC属小型PLC，I/O总点数在256点以下，用户程序存储容量在4KB左右。在实际应用时根据需要对S7-200PLC主机和模块型号及输入、输出方式进行选择。上一页下一页返回【相关知识】8.2.2S7-200系列PLC的内存结构及寻址方法PLC的内存分为程序存储区和数据存储区两大部分。程序存储区用于存放用户程序，它由机器自动按顺序存储程序。数据存储区用于存放输入、输出状态及各种各样的中间运行结果，它是用户实现各种控制任务所必须了如指掌的内部资源。研究S7-200系列PLC的数据存储区及寻址方式是必须要掌握的重点。1.内存结构输入映像寄存器I（输入继电器）：输入映像寄存器Ｉ存放CPU在输入扫描阶段采样输入接线端子的结果。输出映像寄存器Ｑ：存放CPU执行程序的结果，并在输出扫描阶段，将其复制到输出接线端子上。变量存储器V：变量存储器V用于存放用户程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果，也可以用来保存与工序或任务有关的其他数据。上一页下一页返回【相关知识】内部位存储器M（中间继电器）：内部位存储器M存储中间操作状态或其他控制信息，其作用相当于继电接触器控制系统中的中间继电器。特殊存储器SM：特殊存储器SM用于CPU与用户之间交换信息，其特殊存储器位提供大量的状态和控制功能。例如：SM0.0——RUN监控，PLC在RUN方式时，SM0.0总为1。SM0.1——初始脉冲，PLC由STOP转为RUN时，SM0.1接通一个扫描周期。SM0.2——在RAM中数据丢失时，该位在一个扫描周期中为1，用于出错处理。SM0.3——PLC上电进入RUN方式时，SM0.3接通一个扫描周期。SM0.4——分脉冲，输出一个占空比为50%的分时钟脉冲，可做时间基准或简易延时。SM0.5——秒脉冲，输出占空比为50%，周期为1s的脉冲。上一页下一页返回【相关知识】局部变量存储器L：局部变量存储器L用来存放局部变量，它和变量存储器V很相似，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访问，而局部变量只在局部有效，即变量只和特定的程序相关联。高速计数器HC：高速计数器用来累计比CPU的扫描速率更快的事件，计数过程与扫描周期无关。累加器AC：累加器是用来暂存数据的寄存器，它可以用来存放运算数据、中间数据和结果，S7-200系列PLC提供了4个32位的累加器，其地址编号为AC0~AC3。定时器T：定时器相当于继电器-接触器控制系统中的时间继电器，用于延时控制。计数器C：计数器用来累计输入端接收到的脉冲个数，S7-200有三种计数器，即加计数器、减计数器、加减计数器。模拟量输入寄存器AI：模拟量输入寄存器AI用于接收模拟量输入模块转换后的十六位数字量。上一页下一页返回【相关知识】模拟量输出寄存器AQ：模拟量输出寄存器AQ用于暂存模拟量输出模块的值，该值经过模拟量输出模块（D/A）转换为现场所需要的标准电压或电流信号。顺序控制状态寄存器S：顺序控制状态寄存器S又称状态元件，与顺序控制继电器指令配合使用，用于组织设备的顺序操作。2.指令编址与寻址方式（1）编址方式存储器的单位可以是位（bit）、字节（Byte）、字（Word）、双字（DoubleWord），因此需要对位、字节、字、双字进行编址。存储单元的地址由区域标识符、字节地址和位地址组成，具体见表8-5。位编址：寄存器标识符+字节地址.位地址，如I0.0、M0.1、Q0.2等。字节编址：寄存器标识符+字节长度B+字节号，如IB1、VB20、QB2等。上一页下一页返回【相关知识】字编址：寄存器标识符+字长度W+起始字节号，如VW20表示VB20和VB21这2个字节组成的字，其中VB20为高字节。双字编址：寄存器标识符+双字长度D+起始字节号，如VD20表示从VB20到VB23这4个字节组成的双字。（2）寻址方式在编写PLC程序时，会用到寄存器的某一位，某一个字节，某一个字或某一个双字字。怎样让指令正确地找到所需要的位、字节、字、双字的数据信息，这就要求正确了解位、字节、字、双字寻址的方法，以便在编写程序时，使用正确的指令规则。S7-200系列PLC指令系统的数据寻址方式有立即数寻址、直接寻址和间接寻址三大类。1）立即数寻址：对立即数直接进行读写操作的寻址称为立即数寻址。二进制格式：用二进制数前加2#表示，如2#1001；十进制格式：直接用十进数表示，如20047；上一页下一页返回【相关知识】十六进制格式：用十六进制数前加16#表示，如16#4E4F；ASCII码格式：用单引号ASCII码文本表示，如‘goodbye’。2）直接寻址方式：S7-200PLC将信息存储在存储器中，存储单元按字节进行编址，无论所寻址的是何种数据类型，通常应指出它所在存储区域内的字节地址。每个单元都有唯一的地址，这种直接指出元件名称的寻址方式称为直接寻址。按位寻址时的格式为：Ax.y，在使用时必须指定存储器类型表示符、字节地址和位号，如图8-8所示。3）间接寻址：间接寻址时操作数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，如图8-9所示。在S7-200系列PLC中允许使用指针对I、Q、M、V、S、T（仅当前值）、C（仅当前值）寄存器进行间接寻址。使用间接寻址前，要先创建一指向该位置的指针，指针建立好后，利用指针存取数据。上一页下一页返回【相关知识】8.3西门子S7-200系列PLC基本编程指令8.3.1S7-200PLC编程语言与程序结构1.S7-200PLC编程语言S7-200系列PLC编程语言包括梯形图LadderLogicProgram（LAD）、语句表StatementListProgram（STL）、功能块图FunctionBlockDiagramProgram（FBD）和高级语言。这三种编程语言格式如图8-10所示。梯形图（LAD）和语句表（STL）是PLC最基本的编程语言。梯形图和语句表指令具有不同的指令格式，但两者有着严格的对应关系，可单独使用也可以相互转换。（1）梯形图（LAD）梯形图是PLC最常用的指令格式，其基本逻辑元素包括触头、线圈、指令盒和地址符。在梯形图中有一个提供“能量”的左母线，假想的能流从左母线发出向右流动，西门子S7系列PLC梯形图程序中最右边的母线通常被省略。上一页下一页返回【相关知识】梯形图成阶梯形结构，形如继电器-接触器控制系统电路图，可以分为多个独立小段，每个段称为一个网络，每个网络是由触点或线圈的符号以及直接位地址两部分组成。含有直接位地址的指令又称为位操作指令，操作数的寻找范围是I、Q、M、T、C、V、S、L等。（2）语句表（STL）语句表是由操作码和操作数组成类似于计算机的汇编语言，它的图形显示形式即梯形图程序，语句表程序指令则显示为文本格式。操作码是用一些容易记忆的字符（一般为英文名称的缩写字母）来代表某种操作功能，例如用“LD”表示装载，“A”表示“与”，“O”表示“或”等，操作数指明操作的地址，其由寄存器元件和地址两部分组成，中间用空格分开，如“LDI0.1”，其中的LD是指令操作码，I0.1是位操作数，该语句表示装载寄存器I中0号字节中第1位的数据。上一页下一页返回【相关知识】2.S7-200PLC程序结构西门子S7-200CPU的控制程序由主程序、子程序和中断程序组成。1）主程序：主程序（OB1）是程序的主体，每个项目都必须并且只能有一个主程序。在主程序中，可以调用子程序和中断程序。主程序通过指令控制整个应用程序的执行，PLC每个扫描周期都要执行一次主程序。在STEP7-Micro/WIN的程序编辑器窗口下部的标签用来选择不同的程序。因为每个程序都放在独立的程序块中，各程序结束时不需要加入无条件结束指令和无条件返回指令。2）子程序：当控制系统的程序中需要多次使用某一个程序块时，可以将此程序块做成一个子程序，这样可以简化程序代码和缩短扫描时间。子程序是可选的，且仅在被其他程序调用时执行，同一个子程序可以在不同的地方被多次调用。3）中断程序：中断程序是处理特定中断事件的用户程序段。某个特定的中断事件总是对应于特定的中断程序。只要中断事件发生，一个正常的扫描周期将被打断，用户程序自动跳转到中断程序执行，直至执行到中断返回指令，系统才又恢复到正常的扫描周期流程上。上一页下一页返回【相关知识】3.S7-200PLC的指令西门子PLC指令丰富，一般分为基本指令和功能指令。S7-200系列PLC中有27条基本逻辑指令，包括基本位操作指令、置位/复位指令、立即指令、边沿触发指令、逻辑堆栈指令、定时器/计数器指令、比较指令、取非和空操作指令。8.3.2S7-200PLC基本位操作指令位操作指令是PLC最常用的基本指令，梯形图指令有触头和线圈两大类，触头又分为常开触头（动合触头）和常闭触头（动断触头），位操作指令能够实现基本位逻辑运算和控制。1.触头指令触头指令代表CPU对存储器的读操作，常开触头和存储器的位状态一致，常闭触头和存储器的位状态相反。存储器地址位为“1”时，其所对应的常开触头闭合，常闭触头断开；存储器地址位为“0”时，其所对应的常开触头断开，常闭触头闭合。由于计算机读操作次数不受限制，因此用户程序中同一触头可以多次使用。触头指令的格式及功能见表8-6。上一页下一页返回【相关知识】指令说明：1）梯形图程序的触头指令有常开和常闭触头两类，类似于继电接触器控制系统的电气接点，可自由地进行串并联。2）语句表程序的触头指令由操作码和操作数组成。在语句表程序中，控制逻辑的执行是通过CPU中的一个逻辑堆栈来实现，这个堆栈有9层深度，每层只有一位宽度。语句表程序的触头指令运算全部都在栈顶进行。3）表中操作数bit是寄存器I、Q、M、SM、T、C、V、S、L的位值。2.输出线圈指令输出线圈指令代表CPU对存储器的写操作，若线圈左侧的逻辑运算结果为“1”，则表示能流能够达到线圈，CPU将该线圈所对应的存储器的位写入“1”，若线圈左侧的逻辑运算结果为“0”，则表示能流不能够达到线圈，CPU将该线圈所对应的存储器的位写入“0”，在同一程序中，同一线圈一般只能使用一次。输出线圈指令的格式及功能见表8-7。上一页下一页返回【相关知识】指令说明：1）输出线圈指令的操作数bit是寄存器I、Q、M、SM、T、C、V、S、L的位值。2）输出线圈指令对同一元件（操作数）一般只能使用一次。3.置位、复位指令（S、R）复位指令可直接实现对指定的寄存器位进行置“1”或清“0”的操作，并保持。其格式及功能见表8-8，其梯形图及时序图如图8-13所示。置位指令与输出线圈指令的区别：输出线圈指令不具备锁存功能，即前面逻辑是“0”则输出为“0”，前面逻辑为“1”，输出为“1”；而置位指令具有锁存功能，即某寄存器位置“1”后就一直有效，直到使用复位指令（R）对它进行复位。置位指令与输出线圈指令的比较如图8-14所示。上一页下一页返回【相关知识】指令说明如下所示：1）bit指定操作的起始位地址，寻址寄存器I、Q、M、S、SM、V、T、C、L的位值。2）N指定操作的位数，其范围是0~255，可立即数寻址，也可寄存器寻址（IB，QB，MB，SMB，SB，LB，VB，AC，*AC，*VD）。3）S、R指令具有“记忆”功能，当使用S指令时，其线圈具有自保持功能；当使用R指令时，自保持功能消失。4）当对同一位地址进行操作的复位、置位指令同时满足执行条件时，写在后面的指令被有效执行。5）如果被指定复位的定时器（T）或计数器（C），则定时器或计数器的当前值清零。6）为了保持程序的可靠运行，S、R指令通常采用短信号脉冲进行驱动。上一页下一页返回【相关知识】4.立即指令I立即指令是为了提高PLC对输入/输出的响应速度而设置的，它不受PLC循环扫描工作方式的影响，允许对输入/输出点进行快速直接存取。当用立即指令读取输入点的状态时，对I进行操作，相应的输入映像寄存器中的值并未更新；当用立即指令访问输出点时，对Q进行操作，新值同时写入PLC的物理输出点和相应的输出映像寄存器。立即指令的格式和功能见表8-9。指令说明：1）立即触头指令根据触头所处的位置决定使用LD、A、O，如LDIbitONIbit等。2）立即输出、立即置位和立即复位指令的操作数只能是Q，立即置位、立即复位N的范围是1~128。立即指令的应用程序示例及对应的时序图分别如图8-15、图8-16所示。上一页下一页返回【相关知识】5.边沿触发指令（EU、ED）边沿触发指令EU（EdgeUp）、ED（EdgeDown）是用输入脉冲的边沿作为触发信号。当信号从“0”变为“1”时，将产生一个上升沿（或正跳沿），而从“1”变“0”时，则产生一个下降沿（或负跳沿），如图8-17所示。边沿触发指令检测到信号的上升沿或下降沿时将使输出产生一个扫描周期宽度的脉冲。其指令的格式及功能见表8-10。指令说明：1）该指令在程序中的作用是检测其前方逻辑运算状态的改变，将一个长信号变为短信号。2）对于开机时就为接通状态的输入条件，EU指令不执行。3）EU、ED指令的使用次数无限制。6.触发器指令西门子S7-200系列PLC触发器指令有复位优先RS触发器和置位优先SR触发器，bit指定被操作的寄存器位，其寻址的寄存器是I、Q、M、V、S的位值。梯形图程序指令的格式及功能见表8-11，真值表见表8-12，其程序应用及时序图如图8-19所示。上一页下一页返回【相关知识】7.取反指令（NOT）取反指令可对存储器位进行“非”操作，以改变能量流出状态。在梯形图中，取非指令是将触头左边电路的逻辑运算结果取反后送出，所以当触头左侧为“1”时，右侧为“0”，能量流不能到达右侧，输出无效；反之，触头左侧为“0”时，右侧为“1”，能量流可以通过触头向右侧传送。8.空操作指令使用空操作指令主要是为方便对程序的检查和修改。当使能输入有效时，执行空操作指令可稍微延长扫描周期的长度，但不会影响用户程序的执行，也不会使能流的输出断开。在梯形图中，空操作指令NOP写在一个方框里，方框上面N表示需要做空操作的次数。这种方框成为指令盒，指令盒也是梯形图重要组成部分。8.3.3STL对复杂梯形图的描述有些梯形图的触头结构比较复杂，有重复的串联、并联或在1个节点上存在多个分支。用STL语句列写这类梯形图的指令表时，不能用简单的与、或、非等逻辑关系，而需要用触头块或堆栈操作指令。上一页下一页返回【相关知识】1.块的与操作指令（ALD）ALD指令只有助记符，没有操作数，它是将梯形图中以LD起始的电路块与另一个以LD起始的电路块串联起来。指令使用如图8-21所示。2.块的或操作指令（OLD）OLD指令只有助记符，没有操作数，它是将梯形图中以LD起始的电路块与另一个以LD起始的电路块并联起来。指令使用如图8-22所示。指令说明：1）在将电路块与前面的电路串联或并联时，在块的开始要使用LD、LDN指令。2）每完成一次电路块的“与”或电路块的“或”指令时，都要写上ALD或OLD指令。3）ALD或OLD指令没有操作数。上一页下一页返回【相关知识】3.堆栈操作指令在复杂梯形图电路中，不仅有简单的电路块的串、并联，还会有复杂电路块的串、并联，形成多重分支电路。若使用电路块指令生成一条分支母线，需再次使用LD装载指令时，就需要用语句表的栈操作指令。常用的栈操作指令有LPS逻辑入栈（也称为逻辑堆栈）、LRD逻辑读栈和LPP逻辑出栈（也称为逻辑弹栈）指令。堆栈是一组能够存储和取出数据的暂存单元，其特点是“先进后出”。每一次进行入栈操作，新值放入栈顶，栈底值丢失；每一次进行出栈操作，栈顶值弹出，栈底值补进随机数。西门子S7-200系列PLC使用一个9层堆栈来处理所有逻辑操作，主要完成对触头的复杂连接。1）逻辑入栈指令（LPP）：复制栈顶值并将其压入堆栈的下一层，栈中原来的数据依次向下移动一层，栈底值被推出丢失。2）逻辑读栈指令（LRD）：将堆栈中的第二层值复制到栈顶，原来栈顶值丢失，其他层数据不变。上一页下一页返回【相关知识】3）逻辑出栈指令（LPP）：逻辑出栈时按照“先进后出”的原则，将栈顶的内容弹出，其他层数据依次上移一位，栈底值补进随机数。注意：为了保证程序地址指针不发生错误，LPS和LPP指令必须成对使用，每一条LPS指令必须有一条对应的LPP指令，最后一条支路必须使用LPP指令。逻辑堆栈指令（LPS）可以嵌套使用，最多可以进行9层嵌套。指令使用如图8-23所示。8.3.4PLC控制系统梯形图编程规则尽管梯形图与继电器电路图在结构形式、元件符号及逻辑控制功能等方面相类似，但它们又有许多不同之处，梯形图具有自己的编程规则。1）每一逻辑行总是起于左母线，然后是触头的连接，最后终止于线圈或右母线（右母线可以不画出）。注意：左母线与线圈之间一定要有触头，而线圈与右母线之间则不能有任何触头。上一页下一页返回【相关知识】2）梯形图中的触头可以任意串联或并联，但继电器线圈只能并联而不能串联。3）触头的使用次数不受限制。4）一般情况下，在梯形图中同一线圈只能出现一次。如果在程序中，同一线圈使用了两次或多次，称为“双线圈输出”。对于“双线圈输出”，有些PLC将其视为语法错误，绝对不允许；有些PLC则将前面的输出视为无效，只有最后一次输出有效；应尽量避免双线圈输出。5）在梯形图中，不允许一个触头上有双向“电流”通过，触头应画在水平线上，不能画在垂直分支线上。对于这样的梯形图，应根据其逻辑功能做适当的等效变换。6）有几个串联电路相并联时，应将串联触头多的回路放在上方；在有几个并联电路相串联时，应将并联触头多的回路放在左方，如图8-26所示。这样编制的程序则简洁明了，所用语句较少。上一页下一页返回【相关知识】7）在设计梯形图时输入继电器的触头状态最好按输入设备全部为常开进行设计，这样更为合适，不易出错。建议用户尽可能用输入设备的常开触头与PLC输入端连接，如果某些信号只能用常闭输入，可先按输入设备为常开来设计，然后将梯形图中对应的输入继电器触头取反（常开改成常闭、常闭改成常开）。上一页返回【教学实施】8.4三相异步电动机全压启动PLC控制设计与编程1.控制分析继电器-接触器控制的电动机全压启动控制线路，控制逻辑由交流接触器KM线圈、热继电器常闭触头FR、停止按钮SB2、启动按钮SB1及接触器常开辅助触头KM通过导线连接实现。合上QS后按下启动按钮SB1，则线圈KM通电并自锁，主电路中的主触头及辅助触头KM吸合，电动机M启动；按下停止按钮SB2，则线圈KM断电，电动机停转。采用SIEMENSS7-200系列PLC实现电动机全压启动控制，主电路保持不变，热继电器常闭触头FR、停止按钮SB2、启动按钮SB1等作为PLC的输入设备接在PLC的输入接口上，而交流接触器KM线圈作为PLC的输出设备接在PLC的输出接口上。下一页返回【教学实施】2.PLC选型选用CPU224AC/DC/RLY，模块电源端和输出端连接220VAC电源，输入端使用PLC输出的24VDC电源。CPU224具有14个输入口和10个输出口，并能够满足控制要求。3.I/O口分配为了实现三相异步电动机全压启动PLC控制，PLC需要3个输入点，1个输出点，其输入/输出点的分配见表8-14。4.控制电路设计根据控制系统的要求和PLC的I/O分配，设计控制系统电路，并画出PLC的外部接线图，如图8-27所示。注意：在PLC接线图中，常将停止按钮SB2、热继电器FR等输入触头改用常开触头，这样可使PLC的输入口在大多数时间内处于断开状态。这样既可以节电，又可以延长PLC输入口的使用寿命，同时在转换为梯形图时也能保持与继电器控制原理图的习惯相一致，不会给编程带来麻烦。上一页下一页返回【教学实施】5.程序设计根据前面继电器-接触器控制线路，结合PLC的基本指令，可设计出三相异步电动机全压启动PLC控制程序梯形图，具体如图8-28所示。上一页返回【任务实施】8.5三相异步电动机全压启动PLC控制接线与调试8.5.1实训准备1.仪器和设备实训时所需的仪器和设备见表8-15。2.实训准备（1）熟悉低压电气元件的结构及动作原理在连接控制实验线路前，应熟悉西门子S7-200系列PLC的结构形式、输入输出点数、动作原理及接线方式和方法。（2）供电电源的检查供电电源的质量直接影响PLC的使用可靠性，它也是故障率较高的部件，检查电压是否满足额定范围的85%~110%并检查电压波动是否频繁。频繁的电压波动会加快电压模块电子元件的老化，建议加装稳压电源。下一页返回【任务实施】（3）PLC运行环境的检查PLC运行环境温度为0℃~60℃，相对湿度为5%~95%，过高或过低的环境温度和湿度会影响PLC的正常工作，缩短使用寿命。（4）检查PLC的安装状态各PLC单元固定是否牢固，各种I/O模块端子是否松动，PLC通信电缆的子、母连接器是否完全插入并旋紧，外部连接线有无损伤。（5）PLC除尘定期吹扫内部灰尘，以保证风道的畅通和元件的绝缘。（6）电动机的绝缘检查电动机在安装或运行前，应对其绕组进行绝缘电阻的检测，测量各绕组的相间绝缘电阻和各绕组对外壳（地）的绝缘电阻。一般情况下，其绝缘电阻应大于0.5MΩ以上。上一页下一页返回【任务实施】（7）电气元件检查应在不通电的情况下，用万用表检查各触头的分、合情况是否良好。检查接触器时，应拆卸灭弧罩，用手同时按下三副主触头并用力均匀，同时应检查接触器线圈电压与电源电压是否相符。8.5.2实训操作1.程序的输入与编译启动STEP7-Micro/WIN软件，输入电动机全压启动PLC控制程序梯形图，进行编译和调试，步骤如下：（1）创建一个项目或打开一个已有的项目在进行控制程序编程之前，首先应创建一个项目。执行菜单【文件】→【新建】选项或单击工具栏的新建按钮，可以生成一个新的项目。执行菜单【文件】→【打开】选项或单击工具栏的打开按钮，可以打开已有的项目。项目以扩展名为mwp的文件格式保存。上一页下一页返回【任务实施】（2）设置与读取PLC的型号在对PLC编程之前，应正确地设置其型号，以防止创建程序时发生编辑错误。如果指定了型号，指令树用红色标记“Ｘ”表示对当前选择的PLC无效的指令。设置与读取PLC的型号可以有两种方法：①执行菜单【PLC】→【类型】选项，在出现的对话框中，可以选择PLC型号和CPU版本，如图8-29所示。②双击指令树的【项目1】选项，然后双击PLC型号和CPU版本选项，在弹出的对话框中进行设置即可。如果已经成功地建立通信连接，单击对话框中的【读取PLC】按钮，可以通过通信读出PLC的信号与硬件版本号。（3）选择编程语言和指令集编程软件可实现3种编程语言（编程器）之间的任意切换，执行菜单【查看】→单击【梯形图】、【STL】或【FBD】选项便可进入相应的编程环境。上一页下一页返回【任务实施】S7-200系列PLC支持的指令集有SIMATIC和IEC1131-3两种。SIMATIC编程模式选择，可以执行菜单【工具】→【选项】→【常规】→【SIMATIC】选项来确定。（4）确定程序的结构简单的数字量控制程序一般只有主程序，系统较大、功能复杂的程序除了主程序外，可能还有子程序、中断程序。在编程时可以单击编辑窗口下方的选项来实现切换以完成不同程序结构的程序编辑。用户程序结构选择编辑窗口如图8-30所示。主程序在每个扫描周期内均被顺序执行一次。子程序的指令放在独立的程序块中，仅在被程序调用时才执行。中断程序的指令也放在独立的程序块中，用来处理预先规定的中断事件，在中断事件发生时操作系统调用中断程序。上一页下一页返回【任务实施】（5）编写用户程序在梯形图编辑窗口中，梯形图程序被划分成若干个网络，一个网络中只能有一个独立电路块。如果一个网络中有两个独立电路块，在编译时输出窗口将显示“1个错误”，待错误修正后方可继续。可以对网络中的程序或者某个编程元件进行编辑，执行删除、复制或粘贴操作。1）单击网络1中的选项，可在指令工具栏或指令树中选择相关符号。如在“指令树”中选择，可在“指令”中双击“位逻辑”选项，从中选择“常开触头”符号，并双击；再选择“常闭触头”符号，并双击；再选择“输出线圈”符号，双击；将光标移到“常开触头”下面，再选择“常开触头”，左移光标，单击选项，完成梯形图。2）给各符号加器件号：逐个选择，并输入相应的器件号。3）保存程序：在菜单栏中File（文件）→Save（保存），输入文件名，并保存。上一页下一页返回【任务实施】（6）编译程序执行菜单【PLC】→【编译】或【全部编译】选项，单击工具栏的或按钮，可以分别编译当前打开的程序或全部程序。编译后在输出窗口中显示程序编译结果，必须在修正程序中的所有错误，编译无错误后，才能下载程序。若没有对程序进行编译，在下载之前编程软件会自动对程序进行编译。2.控制系统的安装、接线与检查1）按照图8-26所示的控制系统接线图对控制系统进行正确的外部接线。2）联接PC：将PC/PPI电缆的PC端连接到计算机的RS232通信口上（一般是串口COM1）；将PC/PPI电缆的PPI端连接到PLC的RS485通信口上。3）在接线完成后，用万用表检查线路的通断，并分别检查主电路、控制电路。上一页下一页返回【任务实施】4）给PLC通电，查看POWER指示灯是否正常点亮；启动PLC查看“RUN”指示是否正常，有无报警发生。3.控制系统的运行调试与监控（1）参数设置设置PC/PPI电缆小盒中的DIP开关，将通信的波特率设置为9.6Kbps；将PLC的方式开关设置在“STOP”位置，给PLC上电；打开STEP7-Micro/WIN32软件并单击菜单栏中的“PLC”→“类型”，弹出“PLC类型”窗口，单击“读取PLC”选项检测是否成功或者从下拉菜单中选择CPU224，单击“通信”按钮，系统弹出“通信”窗口，双击PC/PPI电缆的图标，检测通信成功与否。（2）下装程序如果已经成功地在运行STEP7-Micro/WIN的个人计算机和PLC之间建立通信，可以将程序下载至该PLC。应遵循下列步骤：上一页下一页返回【任务实施】1）下载至PLC之前，必须核实PLC是否位于“停止”模式。检查PLC上的模式指示灯。如果PLC未设为“停止”模式，单击工具条中的“停止”按钮。2）单击工具条中的“下载”按钮，或选择文件→下载，出现“下载”对话框。3）根据默认值，在初次发出下载命令时，“程序代码块”、“数据块”和“CPU配置”（系统块）复选框被选择。如果不需要下载某一特定的块，清除该复选框。4）单击“确定”按钮，开始下载程序。5）如果下载成功，确认框会显示以下信息：下载成功。接着继续执行步骤12。6）如果STEP7-Micro/WIN中用于PLC类型的数值与实际使用的PLC不匹配，会显示以下警告信息：“为项目所选的PLC类型与远程PLC类型不匹配，继续下载吗？”上一页下一页返回【任务实施】7）欲纠正PLC类型选项，选择“否”，并终止下载程序。8）从菜单条选择“PLC”→“类型”，调出“PLC类型”对话框。9）从下拉列表方框里选择纠正类型或单击“读取PLC”按钮，由STEP7-Micro/WIN自动读取正确的数值。10）单击“确定”按钮，确认PLC类型，并清除对话框。11）点击工具条中的“下载”按钮，重新开始下载程序或从菜单栏中选择“文件”→“下载”。12）一旦下载成功，在PLC运行程序之前，必须将PLC从STOP模式转换回RUN模式。单击工具条中的“运行”按钮或选择“PLC”→“运行”，使PLC转换回RUN（运行）模式。（3）程序的运行1）接通电源，合上电源开关QS。2）将CPU上的RUN/STOP开关拨到RUN位置，CPU上的黄色STOP状态指示灯灭，绿色指示灯亮。上一页下一页返回【任务实施】3）在STEP—Micro/WIN软件中使用菜单命令“PLC”→“RUN（运行）”和“PLC”→“STOP（停止）”或者单击工具栏按钮和改变CPU的运行状态。4）按下启动按钮SB1，接触器KM线圈得电，KM主触头闭合，电动机M启动运转，松开启动按钮，电动机仍然运转，实现自锁控制，此时观察线路和电动机运行有无异常现象。按下停止按钮SB2，接触器KM线圈失电，KM主触头断开，电动机停止。（4）控制程序的运行监控程序的调试及运行监控是程序开发的重要环节，很少有程序一经编制就是完整的，只有经过调试运行甚至现场运行后才能发现程序中不合理的地方，从而进行修改。STEP7—Micro/WIN4.0编程软件提供了一系列工具，可使用户直接在软件环境下调试并监视用户程序的执行。在程序调试中，经常采用程序状态监控、状态表监控和趋势图监控三种监控方式反映程序的运行状态。上一页下一页返回【任务实施】1）程序状态监控。程序在运行时，单击工具栏中的按钮或执行菜单【调试】→【开始程序状态监控】选项，以进入程序状态监控。在监控状态下，“能流”通过的元件将显示蓝色，通过施加输入，可以模拟程序实际运行，从而检验程序。梯形图中每个元件的实际状态也都能显示出来，这些状态是PLC在扫描完成时的结果。强制输入I0.0置位，再观察运行结果并监控程序；强制输入I0.1置位，再观察运行结果并监控程序；取消强制。2）状态表监控。可以打开状态表，输入需监控的元件进行监控，在当前值栏目中显示了各元件的状态和数值大小。上一页下一页返回【任务实施】可以选择下面办法之一来进行状态表监控：执行菜单【查看】→【组件】→【状态表】。单击浏览栏的【状态表】按钮。单击工具栏

控钮。单击装订线，选择程序段，单击鼠标右键，选择【创建状态图】命令，以快速生成一个包含所选程序段内各元件的新表格。3）趋势图监控。趋势图监控是编程元件的状态和数值大小随时间变化关系的图形监控。可单击工具栏的按钮，将状态表监控切换为趋势图监控。（5）实验结束1）实验工作结束后，应切断电动机的三相交流电源。2）拆除控制线路、主电路和有关实验电器。3）将各电气设备和实验物品按规定位置安放整齐。上一页下一页返回【任务实施】4.注意事项1）实现PLC控制系统的编程方法很多，但所编程序必须与硬件接线配套。2）硬件接线时应尽量使用常开触头，这样编写的梯形图容易理解。3）梯形图程序中的触头可以任意串、并联，而输出线圈只能并联不能串联。5.任务评价考核配分及评分标准见表8-16。上一页返回【知识扩展】S7-200系列PLC的安装与配线1.PLC安装（1）安装方式S7-200系列PLC的安装方法有两种：底板安装和DIN导轨安装。底板安装是利用PLC机体外壳四个角上的安装孔，用螺钉将其固定在底板上。DIN导轨安装是利用模块上的DIN夹子，把模块固定在一个标准的DIN导轨上。导轨安装既可以水平安装，也可以垂直安装。安装接线如图8-31所示。（2）安装环境PLC适用于工业现场，为了保证其工作的可靠性，延长PLC的使用寿命，安装时要注意周围环境条件：环境温度为0℃~55℃；相对湿度为35%~85%（无结霜），周围无易燃或腐蚀性气体、过量的灰尘和金属颗粒；避免过度的震动和冲击；避免太阳光的直射和水的溅射。下一页返回【知识扩展】（3）安装注意事项除了环境因素，在安装时还应注意：PLC的所有单元都应在断电时安装，拆卸；切勿将导线头、金属屑等杂物落入机体内；模块周围应留出一定的空间，以便于机体周围的通风和散热。此外，为了防止高电子噪声对模块的干扰，应尽可能将S7-200模块与产生高电子噪声的设备（如变频器）分隔开。2.PLC的配线PLC的配线主要包括电源接线、接地、I/O接线及对扩展单元的接线等。电源接线与接地：对于每个型号，西门子提供DC（24V）和AC（120~220V）两种供电的CPU类型。四种CPU均有晶体管输出和继电器输出两种类型。如CPU224DC/DC/DC：第一个DC表示CPU是直流供电，第二个DC表示直流数字量输入，第3个DC表示数字量输出点是晶体管直流电路的类型。CPU224AC/DC/RLY：AC表示CPU是交流供电，DC表示直流数字量输入，RLY表示数字量输出点是继电器触头的类型。上一页下一页返回【知识扩展】系统的大多数干扰往往是通过电源进入PLC的，在干扰强或可靠性要求高的场合，动力部分、控制部分、PLC自身电源及I/O回路的电源应分开配线，用带屏蔽层的隔离变压器给PLC供电。隔离变压器的一次侧最好接380V，这样可以避免接地电流的干扰。输入用的外接直流电源最好采用稳压电源，因为整流滤波电源有较大的波纹，容易引起误动作。良好的接地是抑制噪声干扰和电压冲击保证PLC可靠工作的重要条件。PLC系统接地的基本原则是单点接地，一般用独自的接地装置，单独接地，接地线应尽量短，一般不超过20m，并使接地点尽量靠近PLC。3.电源接线西门子S7-200PLC在安装其电气线路时