PLC原理及应用

1、第一章可编程逻辑控制器介绍，1.1可编程逻辑控制器1.2结构和工作原理1.3技术性能指标1.4编程语言的发展、分类和应用。本章包括：L开发，分类和应用的可编程逻辑控制器L结构和工作原理L主要技术性能指标L通用编程语言，返回本章第一页，1.1开发，可编程逻辑控制器的分类和应用，1.1.1代1.1.2开发1.1.3特性1.1.4分类1.1.5应用，返回本章第一页，1.1.1代，可编程逻辑控制器诞生于1969年，最初仅具有逻辑控制，定时，计数等功能，主要用于取代继电器接触器控制现在被称为可编程控制器(PC)，自1980年以来，美国、日本、德国等国家已经从以前的可编程控制器进一步发展为可编程控制器。1

2、985年，国际电工委员会的国际电工委员会对可编程控制器作出了如下规定：可编程控制器是一种用于数字操作的电子系统，专门设计用于工业环境。返回到本节，1.1.2开发，1。发展和现状2。发展趋势(1)与计算机的紧密联系(2)多样化(3)模块化(4)网络和通信能力的增强(5)多样化和标准化(6)工业软件的快速发展，回到本节，1.1.3特征，1。高可靠性2。2.根据PLC的输入输出点，可分为小型、中型和大型。返回本节，1.1.5应用，1 .工业1)开关控制，如逻辑、定时、计数、顺序等。2)模拟控制，部分PLC或功能模块具有PID控制功能，可实现过程控制；3)监控：可编程控制器可构成数据采集和处理的监控系

3、统；4)建立产业网络。为了适应复杂的控制任务和节约资源，可以采用单层网络或多层分布式控制系统。2.其他行业的可编程控制器越来越多地用于其他行业：国防和民用，如建筑、环保、家用电器等。返回本节，1.2结构和工作原理，2.2.1结构，2.2.2工作原理，并返回本章第一页，1.2.1结构。可编程控制器是专门为工业场合设计的，采用典型的计算机结构，主要由中央处理器、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路组成。图2.1是典型的PLC结构图。1.中央处理器通常由控制器、运算单元和寄存器组成，它们都集成在一个芯片上。中央处理器的主要功能是：1)从存储器中读取指令2)执行指令3)按顺序提取指令4)处理中断

4、，2)存储器，1)只读存储器2)随机存取存储器随机存取存储器，3)输入和输出单元，1)输入接口电路，2)输出接口电路，通常可编程逻辑控制器的输入类型可以是DC、交流和交流/DC。输入电路的电源可以从外部提供，一些也可以从内部的可编程逻辑控制器提供。图2.2和图2.3分别是一种PLC的DC和交流输入接口电路的电路图，采用外部电源。图2.2描述了输入点的接口电路。输入电路的初级电路和次级电路通过光耦合器连接。当行程开关闭合时，输入电路和初级电路连接，上部发光管用于外部显示。同时，光耦合器中的发光管使三极管导通，信号进入内部电路。对应于该输入点的位从0变为1。也就是说，输入映射寄存器的相应位从0变为

5、1。图2.2 DC输入电路图，图2.3交流输入电路图，回到本节，1.2.2工作原理，1。循环扫描PLC采用循环扫描工作模式，一般包括内部处理、与编程器的通信处理、输入扫描、用户程序执行和输出处理五个阶段，其工作过程如图2.4所示。在图2.4中，当可编程逻辑控制器模式开关设置为运行时，所有阶段都被执行；当模式开关设置为“停止”时，不执行最后三个阶段，此时可以执行通信处理，例如在线或离线编程可编程逻辑控制器。可编程控制器的输入处理、用户程序执行和输出处理的原理如图2.5所示。可编程逻辑控制器执行的五个阶段称为扫描周期。在可编程逻辑控制器完成一个循环后，它再次执行上述过程，并重复执行扫描。图2.5程

6、序执行示意图2。与计算机的异同：(1)基本结构相同；(2)程序执行的原则是相同的；他们之间的差异主要体现在工作方式上。3。与继电器接触器的异同：图形结构和逻辑关系是相同的。差异：(1)不同的实施原则；(2)不同的工作方法；返回本节，1.3技术性能指标，1 .总体尺寸，2 .输入和输出点，3 .机器字长，4 .速度，5 .指令系统，6 .内存容量，7 .可扩展性，8 .通信功能，并返回本章第一页，1.4编程语言。1.梯形图2。报表3。逻辑符号图4。高级语言，返回本章第一页，第3章基本指令，3.1位操作指令3.2操作指令3.3其他数据处理指令3.4表功能指令3.5转换指令，第2章S7-200可编程

7、控制器，第2.1S系列可编程控制器发展概述2.2S7-200可编程控制器系统组成2.3编程元素和程序知识2.4相关设备2.5工业软件，学习本章目的，以西门子公司生产的S7-200系列小型可编程控制器为例，本章介绍可编程控制器的具体类型。内容包括：lS系列可编程控制器的发展概况；lS7-200可编程控制器的系统组成：编程元素和编程知识；相关设备；通用工业软件；回到本章的第一页；2.1S系列可编程控制器的发展概况；德国西门子公司是欧洲最大的电子电气设备制造商，其SIMATIC可编程控制器在欧洲处于领先地位。其第一代可编程控制器是1975年投放市场的西马蒂克S3系列控制系统。1979年，微处理器技术

8、被应用到可编程控制器中，产生了SIMATIC S5系列，取代了S3系列，然后在20世纪末引进了S7系列产品。最新的SIMATIC产品是SIMATIC S7、M7和C7。回到本章第一页，2.2S7-200可编程控制器系统组成，3.2.1系统基本组成，3.2.2主机结构，3.2.3扫描周期和工作模式，3.2.4输入/输出扩展，3.2.5主机性能指标，回到本章第一页，从中央处理器模块的功能来看，SIMATIC S7-200系列小型可编程控制器已经开发到现在。大致经历了两代：第一代产品的中央处理器模块是中央处理器21X，主机可以扩展。它有四个不同结构配置的中央处理器单元：中央处理器212、中央处理器2

9、14、中央处理器215和中央处理器216。将不详细介绍第一代可编程逻辑控制器产品。第二代产品的中央处理器模块是在21世纪初投放市场的中央处理器22X。速度快，沟通能力强。它有四个不同结构配置的中央处理器单元：中央处理器221、中央处理器222、中央处理器224和中央处理器226，除了中央处理器221之外，还可以增加其他扩展模块。2.2.1基本系统组成，SIMATIC S7-200系统由硬件和工业软件组成，如图3.1所示。图3.1S7-200可编程控制器系统，基本由1。硬件(1)基本单元(2)扩展单元(3)特殊功能模块(4)相关设备2。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匹配程序

10、、文件和规则的总和，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机界面组成，返回到本节，2.2.2主机结构，1。介绍每个中央处理器和输入/输出系统(1)主机外观SIMATIC S7-200中央处理器22X系列可编程逻辑控制器主机(中央处理器模块)如图3.2所示：图3.2S7-200主机外观，(2)基本结构特点，输出信号型电源输出基本输入/输出存储安全高速响应模拟电位器实时时钟输入和输出可扩展性，四种中央处理器有两种类型的晶体管输出和8个继电器输出，具有不同的电源电压和控制电压。每种类型的模型如表3.1所示。表3.1CPU型号、SIMATIC S7-200系统中央处理器22X系列可编程控制器主机和输

11、入/输出特性见表3.2。表3.2主机和输入/输出特性，2。存储系统(1)存储系统(2)内存和使用(3)存储安全，图3.3存储系统，表3.3存储容量，(2)通过使用上传和下载的用户程序永久保存数据的存储卡的内存和使用，(3)存储安全1)主机中央处理器模块2)用户可以使用程序将存储在内存中的数据备份到EEPROM存储器中。3)主机中央处理器提供一个超级电容，可以在断电后将程序和数据保存在内存中几天。4)4)中央处理器提供一个可选的电池卡，当超级电容器断电后电量完全耗尽时，电池卡可以继续向内部随机存储器供电，从而延长数据存储时间。5)可选存储卡使用户能够像使用计算机磁盘一样轻松地备份和加载程序和数据

12、。返回本节，2.2.3扫描周期和工作模式，1。扫描周期2。工作模式3。改变CPU工作模式的方法，图3.4 CPU的扫描周期，1。扫描周期，(1)输入处理，(2)执行程序，(3)处理通信请求，(4)执行中央处理器自诊断测试，(5)写入数字输出，(2)要使用STEP 7-Micro/Win32编程软件，您应该首先将主机的模式开关置于TERM或RUN位置，然后在此软件平台上用鼠标单击停止和运行模式按钮。3)在用户程序中，使用指令从运行模式转换到停止模式，前提是程序逻辑允许程序执行中断。返回到本节，2.2.4输入/输出扩展，1。设备连接2。最大输入输出配置的预算3。输入/输出5VDC中央处理器配置1。

13、设备连接，图3.5输入/输出扩展图，2。最大输入/输出配置的预算，(1)图像寄存器的数量，(2)电流供应，(3)模块电流，(1) (3)模块电流连接到中央处理器22X的每个扩展模块消耗5VDC电流，如表3.5所示。3。输入/输出和中央处理器配置，(1)输入/输出点扩展和寻址，(2)输入滤波，(3)脉冲捕获，(4)输出表配置，(5)定义存储器保持范围。例如，某个控制系统选择了中央处理器224，系统需要的输入输出点有：24个数字输入点、20个数字输出点、6个模拟输入点和模拟输入点。该系统可以选择和组合许多不同的模块，表3.6显示了可行的系统输入和输出配置之一。根据表3.6中的扩展模式，模块在输入/

14、输出链中可以有不同的位置，图3.6显示了一种模块连接形式。S7-200中央处理器为每台主机的数字输入提供脉冲捕捉功能，使主机能够捕捉少于一个扫描周期的短脉冲，并保持它们，直到主机读取该信号，但只有通过滤波器后，脉冲捕捉才有效。此外，如果在给定的扫描周期中有多个脉冲，则只能捕获第一个脉冲。几种情况下的脉冲捕获波形如图3.7所示。图3.7脉冲捕捉波形图，表3.722X主机主要技术指标，返回本节，2.2.5主机性能指标，S7-200 22X主机主要技术性能指标如下表3.7所示。返回本节，2.3编程元素和程序知识，3.3.1编程元素和寻址，3.3.2指令系统，3.3.3编程语言，3.3.4程序结构，返

15、回本章第一页，2.3.1编程元素和寻址，1。数据类型，2。直接寻址，3。间接寻址，1。数据类型，(1)数据实数用32位单精度数表示，其数值有很广的表达范围：正数为1.175495 E-38 3.402823E 38；负数是-1.175495E38-3.402823E 38。由不同长度的整数表示的数值模型如表3.8所示。常量常量常用于编程。常量的数据长度可以是字节、字和双字，机器中的数据都以二进制存储，但常量可以用二进制、十进制、十六进制、ASCII码或浮点数(实数)来写。几个常数的形式如表3.9所示。2。直接寻址方式，(1)寻址形式按位寻址的格式是：每个存储区中还有其他一些具有特定功能的硬件组

16、件。因为组件的数量很少，所以没有必要指出组件所在的存储区域的字节，而是直接指出它的数量。寻址格式为：Ay数据寻址格式为ATx，(2)每个元件引入输入继电器(1)输出继电器(q)通用辅助继电器(m)特殊标记继电器(SM)可变存储器(v)本地可变存储器(l)顺序控制继电器(s)，计时器(t)，计数器(c)，模拟输入映射寄存器(AI)，模拟输出映射寄存器(AQ)，高速计数器(HC)，累加器(AC)。S7-200将编程元件统一为存储单元，存储单元由字节寻址。无论寻址的数据类型是什么，通常都需要指出其存储区域和该区域中的字节地址。每个单元都有一个唯一的地址，由名字和数字组成。部件名称(区域地址符号)如表

17、3.10所示。逐位寻址的格式是：Ax.y。必须指定组件名称、字节地址和位数，如图3.8所示。在图3.8中，MSB代表最高有效位，LSB代表最低有效位。图3.8位寻址格式，3间接寻址模式，间接寻址模式是指数据存储在存储器或寄存器中，指令中只显示所需数据所在单元的存储器地址。存储器位置地址的地址也称为地址指针。这种间接寻址方式与计算机寻址方式相同。间接寻址在处理内存连续地址中的数据时非常方便，它可以缩短程序生成的代码长度，使编程更加灵活。通过间接寻址访问数据时，有三种工作要做：建立指针、间接访问和修改指针。(1)要建立指针，必须使用双字传输指令(MOVD)来建立指针。要被存储器访问的单元的地址被加载到用作指针的存储器单元或寄存器中，而不是数据本身。格式如下：示例：MOVDb200、vd302movdmb10、ac2movdc2、ld14注意：建立指针的movd指令。(2)间接访问，在这种访问中，操作数前面加上“*”，表示操作