机电一体化综合设计实训教程 课件 第1章PLC 概述

第1章PLC概述机电一体化综合设计实训教材PLC简介·硬件组成·编程语言·软件与调试本章导览1.1PLC简介PLC的定义、特点、基本组成与工作原理1.2S7-200系列PLC系统硬件组成S7-200与S7-200SMART、CPU224XP1.3S7-200系列PLC的编程语言梯形图LAD·语句表STL·功能块图FBD1.4—1.5编程软件与程序调试通信设置、编程下载、状态监控与状态表第一章知识结构PLC基础定义与特点·基本组成·工作原理硬件平台S7-200系列主机·CPU224XP·I/O与通信接口编程表达梯形图LAD·语句表STL·功能块图FBD工程流程通信连接·程序编译与下载·运行监控与调试1.1PLC简介PLC的定义以计算机技术为基础的工业自动控制装置内部存储程序，执行逻辑、顺序、定时、计数和算术运算通过数字量和模拟量输入/输出控制机械或生产过程主要特点结构标准化、模块化，编程方便抗干扰能力强，可靠性高，便于维护和扩展PLC控制系统的基本组成核心单元中央处理单元CPU·存储器现场接口输入接口·输出接口·模拟量接口系统支撑通信接口·电源·编程设备信号路径输入设备送入现场状态，CPU执行程序，输出接口驱动执行元件PLC的基本组成部件■

CPU

读取输入、执行用户程序、刷新输出并完成诊断■存储器保存系统程序、用户程序和工作数据■

I/O与通信接口连接按钮、传感器、执行器及上位机或网络图1.1PLC基本组成部件输入、输出接口与存储器输入接口接收按钮、限位开关、传感器等现场信号将现场电平转换为PLC内部逻辑状态输出接口根据程序结果驱动接触器、指示灯、电磁阀等负载存储器系统存储器保存系统程序，用户存储器保存控制程序和数据PLC的循环扫描工作原理■内部处理完成自检、复位监视定时器等内部任务■通信服务与编程设备或网络交换数据■输入采样与程序执行集中读取输入映像，按顺序执行用户程序■输出处理将输出映像结果集中刷新到输出端图1.2PLC工作原理S7-200与S7-200SMART■

S7-200

西门子小型可编程控制器，结构紧凑、可靠性高■

S7-200SMARTS7-200的升级系列，硬件性能和资源配置更强■课程平台教材实验以S7-200CPU224XP为主要对象图1.3S7-200PLC图1.4S7-200SMARTPLC表1.1S7-200系列功能对比（1/2）功能S7-200SMARTCPUSR40S7-200CPU226S7-200CPU224XP数字量输入24输入24输入14输入数字量输出16输出16输出10输出数字I/O映像区256位输入/256位输出128位输入/128位输出128位输入/128位输出模拟I/O映像区56输入/56输出32输入/32输出32输入/32输出允许最大的I/O扩展模块6个模块7个模块7个模块单相计数器4个200kHz6个30kHz4个30kHz+2个200kHz两相计数器—4个20kHz3个20kHz+1个100kHz表1.1S7-200系列功能对比（2/2）功能S7-200SMARTCPUSR40S7-200CPU226S7-200CPU224XP正交相计数器2个100kHz——脉冲输出—2个20kHz2个100kHz定时器总数256个256个256个计数器总数256个256个256个循环中断2个1ms分辨率2个1ms分辨率2个1ms分辨率接口2个RS-485通信口2个RS-485通信口2个RS-485通信口CPU224XP的接口与功能数字量I/O14点输入、10点输出模拟量I/O2路模拟量输入、1路模拟量输出高速与通信功能高速计数、高速脉冲输出及两个通信端口程序组织支持主程序、子程序和中断程序表1.2CPU224XP功能说明（1/2）元件名称元件符号编号范围功能说明输入寄存器II0.0～I1.5共14点接收外部输入设备的信号输出寄存器QQ0.0～Q1.1共10点输出程序执行结果并驱动外部设备位存储器MM0.0～M31.7在程序内部使用，不能提供外部输出定时器T（T0～T255）T0，T64保持型通电延时1msT1～T4，T65～T68保持型通电延时10msT5～T31，T69～T95保持型通电延时100msT32，T96ON/OFF延时1msT33～T36，T97～T100ON/OFF延时10msT37～T63，T101～T255ON/OFF延时100ms表1.2CPU224XP功能说明（2/2）元件名称元件符号编号范围功能说明计数器CC0～C255加法计数器，触点在程序内部使用高速计数器HCHC0～HC5用来累计比CPU扫描速率更快的事件顺序控制继电器SS0.0～S31.7提供控制程序的逻辑分段变量存储器VVB0～VB5119.7数据处理用的数值存储元件局部存储器LLB0～LB63使用临时寄存器作为暂时存储器特殊存储器SMSM30.0～SM549.7CPU与用户之间交换信息特殊存储器SM（只读）SM0.0～SM29.7CPU执行时标志位的状态累加寄存器ACAC0～AC3用来存放计算的中间值1.3S7-200系列PLC的编程语言■梯形图LAD以继电器控制图为基础，直观表示触点与线圈关系，是使用最广泛的PLC编程语言■语句表STL

用助记符和操作数按语句顺序描述程序，表达紧凑，适合熟悉指令系统的人员■功能块图FBD

用功能方框连接输入与输出，表示逻辑和运算关系，便于分析复杂控制方案梯形图的基本编程要素■左、右母线能流由左向右形成逻辑路径■触点与线圈触点表示条件，线圈表示逻辑运算结果■网络程序按网络分段，每个网络完成一项相对独立的功能图1.5梯形图的基本编程要素三种编程语言的表达特点梯形图LAD适合顺序控制与开关量逻辑，便于现场人员阅读语句表STL用指令助记符编程，表达紧凑，适合熟悉指令系统的人员功能块图FBD以功能块连接关系表示运算，可与梯形图相互转换1.4STEP7-Micro/WIN32简介■软件用途用于S7-200项目创建、程序编辑、编译和下载■支持内容程序块、数据块、系统块与通信设置■调试工具程序状态监控、状态表和趋势图图1.8STEP7-Micro/WIN32主界面通信设置入口■通信功能建立计算机与S7-200PLC的在线连接■访问位置从项目树或通信工具进入通信设置■连接确认选择通信接口后刷新并识别PLC图1.9通信设置入口通信设置的基本过程选择通信接口使用PC/PPI电缆连接计算机与PLC通信口设置通信参数在通信对话框中选择适配器、端口和通信速率搜索与确认刷新并识别PLC地址，确认通信连接正常通信参数设置■通信设备选择PC/PPICable或相应适配器■参数设置本机地址、波特率和端口■核对参数一致后刷新，读取PLC型号和地址图1.10通信参数设置PLC编程与下载流程创建项目设置与读取PLC型号选择编程语言和指令集确定程序结构编写符号表编写数据块编写用户程序编译程序程序的下载、上传及清除图1.11PLC编程和下载步骤创建项目■新建或打开项目用“文件”菜单建立新项目或打开已有项目■项目结构程序块、数据块、系统块和符号表等统一管理■保存建立项目后及时保存，便于后续编译和下载图1.12创建项目PLC型号与编程方式设置型号设置通信建立后读取PLC型号，也可在系统块中手动选择编程语言可选择梯形图LAD、语句表STL或功能块图FBD指令集根据CPU类型选择对应指令集，避免不支持的指令选择编程语言和指令集■菜单设置在“工具/选项”等设置中选择编辑器语言■指令兼容指令集需与实际CPU型号一致■转换关系

LAD、STL与FBD可按软件支持情况切换或转换图1.14选择编程语言和指令集编译程序■编译目的检查语法、地址和指令使用是否正确■错误定位输出窗口显示错误数量、原因和所在位置■处理原则根据提示逐项修改，直至程序编译无误图1.15编译程序STOP模式与程序下载■下载前建立通信，将PLC切换为STOP工作模式■下载内容程序块、数据块和系统块可选择性下载■运行下载完成后切换到RUN模式，观察实际控制结果图1.17程序下载1.5程序设计与调试程序设计根据控制要求分配I/O，确定程序结构并编写各功能网络编译与下载消除编译错误后下载到PLC，进入RUN模式在线调试利用程序状态监控、数值写入和状态表观察变量安全原则调试时按设备安全要求逐步验证输入、逻辑和输出程序状态监控与状态表■程序状态监控在线显示触点、线圈和数据状态■数值写入在允许范围内向指定地址写入测试值■状态表与趋势图读取、强制或跟踪变量，观察趋势变化图1.20打开和编辑状态表教材思考题问题1工业控制PLC