PLC及其应用1全套ppt课件完整版教程(最新).ppt

,2022年6月13日星期一,目 录,1.1PLC的发展1.1.1 PLC的产生1.1.2 PLC的发展过程1.1.3 PLC的发展趋势1.2 PLC的基本特点1.2.1软硬件功能强1.2.2 使用维护方便1.2.3 运行稳定可靠1.2.4设计施工周期短1.3 PLC的分类1.3.1按结构分类1.3.2 按控制规模分类,1.3.3 按生产厂家分类1.4 PLC的主要功能及应用1.4.1 开关逻辑和顺序控制1.4.2 模拟量控制1.4.3 定时控制1.4.4 数据采集与监控1.4.5 联网、通信及集散控制1.5PLC与其他工控系统的比较1.5.1 可编程控制器与继电器控制系统的比较1.5.2 PLC与集散控制系统的比较1.5.3 PLC与工业控制计算机（IPC）的比较,2022年6月13日星期一,第1章 PLC概述,可编程控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。它是20世纪70年代以来，随着社会生产的发展和技术进步，工业生产自动化水平的日益提高及微电子技术的飞速发展，在继电器控制的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于它具有功能强、可靠性大、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，目前已成为实现工业生产自动化的支柱产品。本章主要介绍PLC的发展、特点、分类、主要功能及应用。掌握PLC的特点和主要功能，了解PLC的分类及发展。,2022年6月13日星期一,1.1PLC的发展,1.1.1 PLC的产生在可编程控制器产生之前，以各种继电器为主要元件的电气控制线路承担着生产过程自动控制的艰巨任务，可能由成百上千只各种继电器构成复杂的控制系统，需要用成千上万根导线连接起来，安装这些继电器需要大量的继电器控制柜，且占据大量的空间。当这些继电器运行时，又产生大量的噪声，消耗大量的电能。为保证控制系统的正常运行，需安排大量的电气技术人员进行维护，有时某个继电器的损坏，甚至某个继电器的触点接触不良，都会影响整个系统的正常运行。如果系统出现故障，要进行检查和排除故障又非常困难，全靠现场电气技术人员长期积累的经验。尤其是在生产工艺发生变化时，可能需要增加很多的继电器或继电器控制柜，重新接线或改线的工作量极大，甚至可能需要重新设计控制系统。尽管如此，这种控制系统的功能也仅仅局限在能实现具有粗略定时、计数功能的顺序逻辑控制。因此，人们迫切需要一种新的工业控制装置来取代传统的继电器控制系统，使电气控制系统工作更可靠、更容易维修、更能适应经常变化的生产工艺要求。,2022年6月13日星期一,新一代PLC应具备的10项指标：,(1)编程简单，可在现场方便地编辑及修改程序；(2)价格便宜，其性价比要高于继电器控制系统；(3)体积要明显小于继电器控制柜；(4)可靠性要明显高于继电器控制系统；(5)具有数据通信功能；(6)输入可以是AC 115 V；(7)输出为AC 115 V，2 A以上；(8)硬件维护方便，最好是插件式结构；(9)扩展时，原有系统只需做很小改动；(10)用户程序存储器容量至少可以扩展到4 KB。,2022年6月13日星期一,1.1.2 PLC的发展过程,1.从1969年到20世纪70年代中期2.20世纪70年代中期到80年代初期3.20世纪80年代初期到90年代初期4.20世纪90年代至今,这一阶段可编程控制器主要用于逻辑运算和计时、计数运算，其中央处理器由中小规模数字集成电路组成，存储器为磁芯存储器，控制功能比较简单。,这一阶段可编程控制器的CPU采用微处理器，存储器采用半导体存储器，不仅整机的体积减小，而且数据处理能力获得很大提高，增加了数据运算、传送、比较等功能，实现了对模拟量的控制。,这一阶段由于16位、32位微处理器的出现和应用，PLC向大规模、高速度、高性能和网络化方向发展，形成了多种系列化产品，出现了结构紧凑、功能强大、性能价格比高的新一代产品，并出现多种不同性能的分布式网络系统。,这一阶段PLC继续得到快速发展，系统在网络通信、设备冗余等方面都有了长足的进步，成为一种功能强大的、成熟的控制系统。,2022年6月13日星期一,1.1.3 PLC的发展趋势,随着PLC技术的推广、应用，PLC将进一步向以下四个方向发展。1.系列化、模块化2.小型机功能强化3.中、大型机高速度、高功能、大容量4.低成本,2022年6月13日星期一,1.2 PLC的基本特点,1.2.1软硬件功能强1.2.2 使用维护方便1.2.3 运行稳定可靠1.2.4设计施工周期短,在硬件方面，选用优质器件，采用合理的系统结构，加固简化安装，使它能抗震动冲击。对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施。在软件方面，PLC设置了“看门狗”WDT系统,运行时对WDT定时刷新，一旦程序出现死循环，使之能立即跳出，重新启动并发出报警信号。还设置了故障检测及诊断程序。,可编程序控制器的故障率低，且有完善的自诊断和显示功能。可编程序控制器或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据可编程序控制器上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。,传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，大大减少了因触点接触不良造成的故障。,用可编程控制器完成一项控制工程时，由于其硬、软件齐全，所以设计和施工可同时进行。短了施工周期。同时，由于用户程序大都可以在实验室里模拟调试，大大缩短了设计施和工周期。,2022年6月13日星期一,1.3 PLC的分类,1.3.1按结构分类1.整体式PLC2.模板式PLC3.分散式PLC,一般的微型机和小型机多为整体式结构。这种结构PLC的电源、CPU、I/O部件都集中配置在一个箱体中，有的甚至全部装在一块印制电路板上。,分散式PLC的结构就是将可编程控制器的CPU、电源、存储器集中放置在控制室，而将各I/O模板分散放置在各个工作站，由通信接口进行通信连接，由CPU集中指挥。,2022年6月13日星期一,1.3.2 按控制规模分类,根据PLC处理I/O点数规模来分类，PLC可分为四类：微型、小型、中型和大型。1.微型PLC2.小型PLC3.中型PLC4.大型PLC,微型PLC的I/O点数通常在64点以下，处理开关量信号，功能以逻辑运算、定时和计数为主，用户程序容量一般都小于4 kW。,大型PLC的I/O点数在1024点以上，除一般类型的输入|输出模块外，还有特殊类型的信号处理模块和智能控制模块，能进行数学计算、PID调节、整数/浮点运算和二进制/十进制转换运算等；控制功能完善，网络系统成熟，而且软件也比较丰富，并固化一定的功能程序可供使用；用户程序容量大于32 kW，并可扩展。,小型PLC 的I/O点数在64256点之间，主要以开关量输入|输出为主，具有定时、计数和顺序控制等功能，控制功能也比较简单，用户程序容量一般小于16 kW。这类PLC和微型PLC的特点都是体积小、价格低，适用于单机控制场合。,中型PLC的I/O点数在2561024点之间，同时具有开关量和模拟量的处理功能，控制功能比较丰富，用户程序容量小于32 kW。中型PLC可应用于有开关量、模拟量控制的，较为复杂的、连续生产自动控制的场合。,2022年6月13日星期一,1.3.3 按生产厂家分类,PLC的生产厂家很多，每个厂家生产的PLC，其点数、容量、功能各有差异，但都自成系列，指令及外设向上兼容，因此在选择PLC时，若选择同一系列的产品，则可以使系统构成容易、操作人员使用方便，备品配件的通用性及兼容性好。比较有代表性的有：德国西门子公司的S5系列、S7系列，日本欧姆龙公司的C系列，三菱公司的FX系列，日本松下公司的FP系列，法国施耐德公司的TWIDO系列，美国通用电气公司的GE系列，美国AB公司的PLC5系列等。,2022年6月13日星期一,1.4 PLC的主要功能及应用,PLC的主要功能和应用体现在以下几个方面。1.4.1 开关逻辑和顺序控制1.4.2 模拟量控制1.4.3 定时控制1.4.4 数据采集与监控1.4.5 联网、通信及集散控制,由于PLC在控制现场实行控制，所以把控制现场的数据采集下来，做进一步分析研究是很重要的。对于这种应用，目前较普遍采用的方法是PLC加上触摸屏，这样既可随时观察采集下来的数据又能及时进行统计分析。,PLC通过网络通信模块以及远程I/O控制模块，可实现PLC与PLC之间、PLC与上位机之间的通信、联网；实现PLC分布控制，计算机集中管理的集散控制，增加系统的控制规模，满足工厂自动化（FA）系统发展的需要。,PLC为用户提供了一定数量的定时器，并设置了定时器指令，一般每个定时器可实现0.1999.9 s或0.0199.99 s的定时控制，也可按一定方式进行定时时间的扩展。定时精度高，设定方便、灵活。,在生产过程中，许多连续变化的物理量需要进行控制，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。目前大部分PLC产品都具备处理模拟量的功能，特别是在系统中模拟量控制点数不多，同时混有较多的开关量时，PLC具有其他控制装置无法比拟的优势。某些PLC产品还提供了典型控制策略模块，如PID模块，从而实现对系统的PID闭环控制。,这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制、顺序控制，可用于单机控制、多机群控制、自动化生产线的控制等，例如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。,2022年6月13日星期一,1.5 PLC与其他工控系统的比较,1.5.1 可编程控制器与继电器控制系统的比较PLC控制系统是从继电器控制系统发展而来的。继电器控制系统为工业控制的发展起到了巨大的作用，目前仍然在工业领域中大量应用。然而就其控制性能与自身的功能已无法满足现代工业控制的要求和发展，与PLC相比较，存在着质的差别，下页表给出了PLC与继电器控制系统功能与特点的比较。,2022年6月13日星期一,PLC与继电器控制系统功能与特点的比较,2022年6月13日星期一,1.5.2 PLC与集散控制系统的比较,集散控制系统（DCS）又称分布式控制系统，是专门为工业过程控制设计的过程控制装置。它的主要应用场合是连续量的模拟控制，而PLC的主要应用场合是开关量的逻辑控制。因此，它们在设计思想上是有一定区别的。PLC是按循环扫描方式工作的，集散控制系统是按用户的程序指令工作的。因此，PLC对每个采样点的采样速度是相同的；而集散控制系统中，可以根据被检测对象的特性采用不同的采样速度。此外，在集散控制系统中，可以有多级优先级中断的设置，而PLC通常不采用中断方式，因此，所需的存储器容量小；而集散控制系统需进行大量的数学运算，因此，所需的存储器容量较大。,2022年6月13日星期一,1.5.3 PLC与工业控制计算机（IPC）的比较,PLC与工业控制计算机（简称工控机，IPC）都是用来进行工业控制的，但是工控机与PLC相比，仍有一些不同。1.硬件方面2.软件方面,工控机可借用通用微型计算机丰富的软件资源，对算法复杂、实时性强的控制任务能较好地适应。PLC在顺序控制的基础上，增加了PID等控制算法，编程采用梯形图语言，易于被电气技术人员所掌握。但是，一些微型计算机的通用软件还不能直接在PLC上应用，还要经过二次开发。,工控机是由通用微型计算机推广应用发展起来的，通常由微型计算机生产厂家生产，在硬件方面具有标准化总线结构，各种机型间兼容性强。而PLC则是针对工业顺序控制，由电气控制厂家研制发展起来的，其硬件结构专用，各个厂家产品不通用，标准化程度较差。但PLC的信号采集和控制输出的功率强，可不必再加信号变换和功率驱动环节，而直接和现场的测量信号及执行机构对接。,2022年6月13日星期一,思考题与习题,1-1简述可编程控制器的产生背景和发展历程。1-2简述可编程控制器的特点和分类。1-3简述可编程控制器的应用领域。1-4与继电器控制系统相比PLC有哪些特点？,2022年6月13日星期一,1-1简述可编程控制器的产生背景和发展历程。1-2简述可编程控制器的特点和分类。1-3简述可编程控制器的应用领域。1-4与继电器控制系统相比PLC有哪些特点？,思考题与习题,2022年6月13日星期一,目 录,2.1 PLC的结构2.2 PLC工作原理2.3 PLC的性能指标2.4 PLC的配置,2022年6月13日星期一,第2章 PLC结构及基本工作原理,PLC实质上也是一种计算机，它有着与通用计算机相类似的结构，也是由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口及电源组成的。只不过它比一般的通用计算机具有更强的与工业过程相连的接口和更直接的适应控制要求的编程语言。本章主要介绍PLC的硬件、软件结构、工作过程、性能指标和配置等内容。,2022年6月13日星期一,2.1 PLC的结构,PLC实质上是一种专门为在工业环境下应用自动控制而设计的计算机，它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口，更直接的适用于控制要求的编程语言和更强的抗干扰能力。尽管在外形上，PLC与普通计算机差别较大，但在基本结构上，PLC与微型计算机系统基本相同，也由硬件和软件两大部分组成。,2022年6月13日星期一,2.1.1 PLC的硬件系统,1.中央处理器（CPU）2.存储器3.I/O接口单元4. I/O扩展接口及扩展部件5. 外设接口及外设,CPU是PLC的核心，由运算器和控制器构成。其主要任务有：（1）接收和保存现场的状态和数据；（2）诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误；（3）执行系统和用户程序，实现各种运算；（4）输出运算结果，驱动现场设备；（5）协调PLC内部各部分工作，控制PLC与外围设备通信等。,PLC存储器中配有两种存储系统，系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序存储器主要用来存储PLC内部的各种信息，一般系统程序是PLC生产厂家编写,系统程序存储器一般用PROM或 EPROM构成。用户程序存放在用户程序存储器中。用户程序存储器一般分为两个区：程序存储区和数据存储区。,I/O接口单元是PLC与现场I/O设备相连接的部件。它的作用是将输入信号转换为CPU能够接收和处理的信号，并将CPU送出的弱电信号转换为外部设备所需的强电信号。（1）开关量输入（DI）接口单元（2）开关量输出（DO）接口单元开关量输出接口单元可分为：继电器输出型 用于直流或低频交流负载晶体管输出型 用于高速、小功率直流负载晶闸管输出型 用于高速、大功率交流负载,I/O扩展接口是PLC主机为了扩展I/O点数或类型的部件。当用户所需的I/O点数或类型超过PLC主机的I/O接口单元的点数或类型时，可以通过加接I/O扩展部件来实现。I/O扩展部件通常有简单型和智能型两种。简单型I/O扩展部件自身不带CPU，对外部现场信号的I/O处理完全由主机的CPU管理，依赖与主机的程序扫描过程。,外设接口是PLC实现人机对话、机机对话的通道。通过外设接口，PLC主机可与编程器、图形终端、打印机、EPROM写入器等外围设备相连，也可以与其他PLC或上位计算机连接。外设接口一般分为通用接口和专用接口两种。通用接口是指标准通用的接口，如RS232、RS422和RS485等。,2022年6月13日星期一,整体式PLC硬件结构框图,2022年6月13日星期一,2.1.2 PLC的软件系统,PLC的软件分为系统软件和应用软件两大部分。1.系统软件2.应用软件,PLC的系统软件就是PLC的系统监控程序，包括系统管理程序、用户指令解释程序、标准程序库和编程软件等，也有人称之为PLC的操作系统。它是每台PLC必须包括的部分，是由PLC的制造厂家编制的，用于控制PLC本身的运行。一般来说，系统软件对用户是不透明的。,应用软件指用户根据工艺生产过程的控制要求，按照所有PLC规定的编程语言而编写的应用程序。用户程序可采用梯形图语言、指令表语言、功能块语言、顺序功能图语言和高级语言等多种方法来编写，利用编程装置输入到PLC的程序存储器中去。,2022年6月13日星期一,1.PLC的输入过程2.PLC的输出过程,2.2.1 PLC输入与输出过程,输入由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。外部输入信号经PLC输入接线端子去驱动输入继电器的线圈。每个输入端子与其相同编号的输入继电器有着唯一确定的对应关系。,输出部分是由PLC内部的输出继电器的常开接点、输出接线端子和外部驱动电路组成，用来驱动外部负载。PLC内部有许多输出继电器，每个输出继电器为外部输出电路提供了一个实际的常开接点与输出接线端子相连。,2022年6月13日星期一,过程映象,字节 0字节 1字节 2:,PII,PIQ,CPU 存储器区,: :LD I2.0,= Q4.3 : : : :,1,1,2022年6月13日星期一,2.2.2 PLC的工作过程,PLC的工作过程有两个显著特点：一是周期性顺序扫描，一是集中批处理。周期性顺序扫描是PLC特有的工作方式，在运行过程中，总是处在不断循环的顺序扫描过程中。每次扫描所用的时间称为扫描时间，又称为扫描周期或工作周期。由于PLC的I/O点数较多，采用集中批处理的方法，可以简化操作过程，便于控制，提高系统可靠性。因此，PLC的另一个主要特点就是对输入采样、执行用户程序、输出刷新实施集中批处理。PLC的工作过程流程图如下页图所示。PLC的工作过程可分为四个阶段。,2022年6月13日星期一,PLC的工作过程流程图,2022年6月13日星期一,输入采样阶段,输出刷新阶段,执行用户程序阶段,公共处理阶段,PLC在RUN状态的扫描过程,公共处理包括PLC自检、执行来自外设命令、对看门狗WDT清零等。PLC自检就是CPU检测其各器件的状态，如出现异常再进行诊断，并给出故障信号或自行进行相应处理。WDT是PLC内部设置的监视定时器，如果程序运行失常进入死循环，则WDT得不到按时清零而造成超时溢出，从而发出报警信号或停止PLC工作。,这是第一个集中批处理过程。在这个阶段中，PLC按顺序逐个采集所有输入端子上的信号，不论输入端子上是否接线，CPU顺序读取全部输入端，将所有采集到的一批输入信号写到输入映像寄存器中。在当前的扫描周期内，用户程序依据的输入信号状态（ON或OFF）均从输入映像寄存器中去取，而不管此时外部输入信号的状态是否变化。,这是第二个集中批处理过程。在执行用户程序阶段，CPU对用户程序按顺序进行扫描。如果程序用梯形图表示，则总是按先上后下、从左至右的顺序进行扫描。每扫描到一条指令，所需要的输入信息状态均从输入映像寄存器中去读取，而不是直接使用现场的立即输入信号。,这是第三个集中批处理过程。当CPU对全部用户程序扫描结束后，将元件映像寄存器中各输出继电器的状态同时送到输出映像寄存器中，再由输出映像寄存器经输出端子去驱动各输出继电器的负载。在输出刷新阶段结束后，CPU进入下一个扫描周期。,2022年6月13日星期一,2.2.3 PLC中断输入处理过程,在中、大型PLC控制系统中，用户程序较长，为了提高系统的响应速度，可以采用中断处理。主要表现在以下三个方面。1.中断响应问题2.中断源先后顺序及中断嵌套问题3.中断服务程序执行结果信息输出问题,计算机系统的CPU在每条指令执行结束后去查询有无中断申请。而PLC对中断的响应，则是在扫描周期内某一个任务完成后进行。在每个任务执行的过程中，PLC对中断是不响应的。如果用户程序以块结构组成，则在每块结束或实行块调用时响应中断。,中断源的先后顺序只要按输入点编号的顺序排列即可。系统接到中断申请后，顺序扫描中断源，它可能只有一个中断源申请中断，也可能同时有多个中断源申请中断。,采用中断输入，解决了对输入信号的高速响应。当中断申请被响应，在执行中断子程序后，有关信息应当尽早送到相关外设，而不希望等到扫描周期的输出刷新阶段。,2022年6月13日星期一,2.3 PLC的性能指标,2.3.1 PLC基本性能指标PLC种类、型号繁多，技术性能也各不相同，但基本的技术性能指标还是基本一致的。这里简要加以说明。1.CPU2.I/O点数3.存储容量4.扫描速度5.可靠性和使用条件6.易操作性7.可扩展性8.编程语言和指令功能,CPU是PLC的核心部件和控制中心。CPU的性能，如数据运算处理的能力、运算速度、通信功能等决定了PLC的性能，是PLC重要的性能指标。,PLC的I/O点数是指PLC能够处理的I/O总数，它决定了控制系统在实际应用中规模的大小。用户在系统设计时，要根据实际生产过程中的I/O点数，并考虑一定的备用扩展余量（如10%15%）来选择不同型号的PLC和相关I/O设备。,PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。系统存储器用来存放系统软件，它的大小是固定的。PLC的存储容量通常指用户存储器的容量，它是厂家根据不同型号产品的功能、I/O处理能力和通信等要求来配备的,PLC是以循环扫描方式运行的，在一个扫描周期内，执行系统自诊断、通信服务、输入采样和输出刷新所需要的时间是基本固定的；而程序执行所需的时间，则随程序长短和指令复杂程度变化而变化。PLC厂家通常以扫描1000条基本指令所需的时间，来表示扫描速度。,可靠性高是PLC广泛应用于工业控制领域的主要原因。对于应用在报警、连锁和紧急停车系统场合的PLC，可靠性要求更高。,PLC的易操作性指安装、程序设计和修改维护以及故障处理等方面是否方便和简易。可以通过标准化机架、模块、状态指示灯、在线诊断等方面来评估。,在选择PLC时要考虑它的可扩展性，如I/O点数和类型的扩展、特殊信号处理的扩展、控制区域的扩展等，为控制系统的扩展留有适量的余地。,选择编程语言对PLC进行编程时，主要应考虑要便于使用和实现，同时应考虑应用程序的主要功能等。丰富的指令集有利于实现各种复杂的运算和控制、通信功能。,2022年6月13日星期一,2.3.2 PLC内存分配,1.I/O区2.内部辅助寄存区3.特殊存储器4.数据区,I/O区的存储器可直接和外部输入输出端子传递信息，其每一位对应PLC的一个外部端子。,这个区的存储器可供用户存放中间变量，通常称它们为“辅助继电器”或“软继电器”，其作用和传统继电控制系统中的中间继电器十分相似。,这是一个有特殊用途的存储区，一般不能由用户随意占用。在这个存储区内，部分作为系统的特殊功能使用，部分存放PLC运行时产生的工作状态和标志，部分产生定时时钟，还有一部分用于存放系统内部各种命令等。,数据区是用来存放PLC内部运算和由外围设备采集进来的各种数据。,2022年6月13日星期一,在选择PLC机型时，常须考虑如下几个主要方面：1.I/O点数2.控制功能3.处理速度4.性能价格比,2.3.3 根据性能指标选择PLC机型,对于PLC控制系统而言，要控制的I/O点数与机型的选择关联最大。一般来说，中高档的PLC其I/O点数较多、控制范围较大，而普通的小型PLC的I/O点数较少。,PLC的控制功能除了主控（带CPU）模块外，更主要的是能配接多少高功能模块。,PLC的处理速度（也称扫描速度）是其CPU处理速度的反映。中高档机的处理速度较快，而小型机的处理速度相对较慢。,通常中高档PLC主机及整机价格均较高。相对而言，普通的小型PLC整机价格较低。PLC的性能价格比常以折合到每个I/O点的价格并结合PLC的控制功能和运行速度等性能指标，经横向（性能基本相同的机型）比较和纵向（性能不同的机型）比较来确定。,2022年6月13日星期一,2.4 PLC的配置,2.4.1系统配置的基本原则PLC的系统配置应遵循以下五条原则：1.完整性原则2.可靠性原则3.发展性原则4.继承性原则5.经济性原则,通常可把PLC与被控对象看成一个PLC控制系统，而PLC本身则为这个系统中的一个子系统。从系统论的观点看，若要使系统发挥其应有的作用，系统必须完整,PLC控制系统的可靠性原则考虑的是配置好的系统能否可靠工作，具体可从PLC本身的质量、供货方的技术服务情况、能否满足重要场合下的可靠性要求、是否进行冗余配置四个方面进行考虑。,由于PLC工作可靠，因此它的使用寿命较长。但PLC技术的迅速发展，也导致了其技术寿命不会太长久。淘汰所用的PLC控制系统大多数是因为系统的技术落后了。为此，要以发展的眼光进行PLC控制系统的配置。,继承性原则是在进行新的PLC系统配置时，要考虑到以前所用的PLC的情况，尽可能选用比较熟悉，最好是使用过的厂家的产品或型号。,经济性原则主要考虑以下两个问题：（1）用PLC控制系统是否合算（2）用何种配置更合算,2022年6月13日星期一,2.4.2 PLC的基本配置,1.基本配置的特点2.基本配置的构成,基本配置有如下三个特点：（1）最简单（2）最便于扩展（3）单点的费用较高,（,PLC的类型不同，基本配置的构成也稍有不同。模块式PLC，一般由CPU、内存、电源、I/O模块及底板和机架等构成；整体式PLC，其基本配置只有主箱体，也称CPU箱体，箱体上含有CPU板、I/O板、电源和内存等。,2022年6月13日星期一,2.4.3扩展配置,扩展配置是在基本配置的基础上，增加扩展机架和扩展箱体，从而增加I/O点数和功能模块的配置。扩展配置可充分利用CPU、内存、外设资源，使PLC的单点费用降低。扩展配置还可实现远程安装，简化接线且便于维护，可降低安装与使用费用。扩展配置依PLC的类型不同而有所不同，差别较大。扩展配置的主要类型有本地扩展配置、远程扩展配置和混合扩展配置等。另外，在进行扩展配置时，必须注意PLC最大可能的扩展配置和I/O地址的分配情况。,2022年6月13日星期一,2-1可编程控制器由哪几部分组成？各部分的作用及功能是什么？2-2可编程控制器的工作方式是什么？它的工作过程有什么显著特点？2-3简述可编程控制器的工作过程。2-4可编程控制器对输入/输出的处理规则是什么？2-5可编程控制器有哪些基本性能指标。2-6简述PLC系统配置的基本原则。,思考题与习题,2022年6月13日星期一,目 录,3.1 S7系列PLC简介3.2 S7-200 PLC系统组成3.3编程元件及程序知识3.4基本指令3.5应用指令3.6编程软件,2022年6月13日星期一,第3章 西门子S7-200 PLC,3.1 S7系列PLC简介德国西门子（SIEMENS）公司的S7系列可编程控制器包括S7-200、S7-300、S7-400系列。S7-200系列PLC是集成型小型单元式PLC。集成了CPU、电源、I/O于一体，具有丰富的内置集成功能，强劲的通信能力，使用简单方便、易于掌握，具有极高的性价比。广泛应用于各个行业。S7-300系列PLC是模块化小型PLC系统，通过分布式的主机架(CR)和3个扩展机架(ER)，可以对多达32个模块进行操作，各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展，能满足中等性能要求的应用。 S7-400系列PLC采用模块化无风扇的设计，坚固耐用，易于扩展，通信能力强大，容易实现分布式结构。该系列具有多种级别（功能逐步升级)的CPU，种类齐全的通用功能模块，使用户能根据需要组合成不同的专用系统。当控制系统规模扩大或变得更加复杂时，只要适当地增加一些模块，就能够实现系统升级。,2022年6月13日星期一,3.2 S7-200 PLC系统组成,S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。1基本单元（CPU模块）目前市场上S7-22*系列PLC已基本取代了第一代S7-21*系列PLC，并成为市场中的主流产品。S7-22*系列有CPU 221、CPU 222、CPU 224、CPU 224XP、CPU 226、CPU 226XM 6种不同型号。CPU 221无扩展功能，适于用作小点数的微型控制器。CPU 222有扩展功能，CPU 224具有较强控制功能的控制器。CPU 226和CPU 226XM适用于复杂的中小型控制系统，可扩展到248点数字量和35路模拟量，有2个RS485通信接口。S7|200 CPU模块共同的技术指标、S7|200 CPU电源规范和S7|200 CPU特有技术规范分别见表3-1、表3-2和表3-3。,2022年6月13日星期一,S7-200 CPU模块共同的技术指标,2022年6月13日星期一,S7-200 CPU电源规范,2022年6月13日星期一,S7-200 CPU特有技术规范,2022年6月13日星期一,S7-200 CPU特有技术规范续表,2022年6月13日星期一,2扩展单元,S7-200系列PLC主要有两类6种型号的扩展单元，它本身没有CPU，只能与基本单元相连接使用，用于扩展I/O点数。（1）数字量扩展模块S7-200系列PLC为了方便使用，提供了种类丰富的数字量扩展模块，有单独的输入模块EM221（8路扩展输入）；有单独的输出模块EM222（8路扩展输出）；有I/O混合模块EM223（具有8I/O、16I/O、32I/O等多种配置）。数字量模块性能一览表见表3-4。,2022年6月13日星期一,数字量模块性能一览表,2022年6月13日星期一,S7-200有三种模拟量选用模块，即4路模拟量输入模块EM231，2路模拟量输出模块EM232和4路输入1路输出的模拟量混合模块EM235。S7-200的模拟量模块中AD、DA转换器的位数均为12位。模拟量输入模块模拟量输入模块的量程有DC 010 V、05 V、01 V、0500 mV、0100 mV、050 mV、10 V、5 V、2.5 V、1 V、500 mV、250 mV、100 mV、50 mV、25 mV和020 mA等。量程用模块上的DIP开关来设置。,（2）模拟量扩展模块,2022年6月13日星期一,模拟量输入模块单极性全量程输入范围对应的数字量输出为032000(如下图所示，图中的MSB和LSB分别是最高有效位和最低有效位)，双极性全量程输入范围对应的数字量输出为-32000+32000，电压输入时输入电阻不小于10 M，电流输入时(020 mA)输入电阻为250 。AD转换的时间250 s，模拟量输入的阶跃响应时间为1.5 ms(达到稳态值的95时)模拟量转换为数字量的12位读数是左对齐的，最高有效位是符号位，0表示正值。在单极性格式中，最低位是3个连续的0，相当于AD转换值被乘以8。在双极性格式中，最低位是4个连续的0，相当于AD转换值被乘以16。,（2）模拟量扩展模块,2022年6月13日星期一,模拟量输出模块模拟量输出模块的量程有10 V和020 mA两种，对应的数字量分别为-32000+32000和032000(如图32所示)。满量程时电压输出和电流输出的分辨率分别为12位和11位。25 时的精度典型值为0.5，电压输出和电流输出的稳定时间分别为100 s和2 ms。最大驱动能力为:电压输出时负载电阻最小为5 k；电流输出时负载电阻最大为500 。模拟量输出数据字是左对齐的，最高有效位是符号位，0表示止值。最低位是4个连续的0，在将数据字装载到DAC寄存器之前，低位的4个0被截断，不会影响输出信号值。,（2）模拟量扩展模块,2022年6月13日星期一,3.3编程元件及程序知识,3.3.1编程元件及寻址PLC最大的特点是可以利用其内部软元件的逻辑组合代替由继电器实现的硬件逻辑，软元件没有使用次数的限制，可以无限次使用。所谓软元件实际上就是PLC内部的各存储单元，为方便编程使用，各存储单元根据功能的不同分配了不同的名称，如输入过程映像寄存器(I)、输出过程映像寄存器(Q)、变量寄存器(V)等。每一个存储器单元都编有唯一的地址，S7-200 CPU使用数据的地址访问所有的数据，称为寻址。1数据类型和存取方式S7-200 PLC指令参数所用的基本数据类型有1位布尔型(BOOL)、8位字节型（BYTE）、16位无符号整数(WORD)、16位有符号整数(INT)、32位无符号双字整数(DWORD)、32位有符号双字整数(DINT)、32位实数型(REAL)。不同的数据类型具有不同的数据长度和数据范围，见下页表中所示。,2022年6月13日星期一,数据的位数与取值范围,存储器是由许多存储单元组成，每个存储单元都有唯一的地址，可以依据存储器地址来存取数据。数据区存储器地址的表示格式有位、字节、字、双字地址格式。,2022年6月13日星期一,(1)位地址格式数据区存储器区域的某一位的地址格式是由存储器区域标识符、字节地址及位号构成，如下图中黑色标记的位地址。I是变量存储器的区域标识符，4是字节地址，5是位号，在字节地址4与位号5之间用点号“.”隔开。,2022年6月13日星期一,(2)字节、字、双字地址格式 数据区存储器区域的字节、字、双字地址格式由区域标识符、数据长度及该字节、字、双字的起始字节地址构成。图3-4中用VB100、VW100、VD100分别表示字节、字、双字的地址。VW100由VB100、VB101两个字节组成；VD100由VB100VB103四个字节组成。,2022年6月13日星期一,(3)其他地址格式数据区存储器区域中，还包括定时器存储器（T）、计数器存储（C）、累加器（AC）等，他们是模拟相关的电器元件的。他们的地址格式为：区域标识符和元件号，如T24表示某定时器的地址。,2022年6月13日星期一,2数据区存储器的区域, 输入映像寄存器（） 输出映像寄存器（Q） 变量存储器（V） 内部标志位存储器（M） 顺序控制继电器存储器（S） 特殊标志位存储器（SM） 局部存储器（L） 定时器存储器（T） 计数器存储器（C） 模拟量输入映像寄存器（A） 模拟量输出映像寄存器（AQ） 累加器（AC） 高速计数器（HC）,PLC的每一个输入端子与输入映像寄存器(I)的相应位相对应。输入映像寄存器(I)的地址格式为：位地址：I字节地址.位地址，如:I0.1。字节、字、双字地址：I数据长度起始字节地址，如:IB4、IW6、ID10。,每一个输出模块的端子与输出映像寄存器(Q)的相应位相对应。输出映像寄存器(Q)的地址格式为： 位地址：Q字节地址.位地址，如:Q1.1。字节、字、双字地址：Q数据长度起始字节地址，如:QB5、QW8、QD11。,内部标志位存储器(M)以位为单位使用，也可以字节、字、双字为单位使用。内部标志位存储器(M)的地址格式为： 位地址：M字节地址.位地址，如:M26.7。字节、字、双字地址：M数据长度起始字节地址，如:MB11、MW23、MD26。,内部标志位存储器(M)以位为单位使用，也可以字节、字、双字为单位使用。内部标志位存储器(M)的地址格式为： 位地址：M字节地址.位地址，如:M26.7。字节、字、双字地址：M数据长度起始字节地址，如:MB11、MW23、MD26。,变量存储器(V)存放全局变量、存放程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果或其他相关数据。变量存储器是全局有效。全局有效是指同一个存储器可以在任一程序分区(主程序、子程序、中断程序)被访问。变量存储器(V)的地址格式为：位地址：V字节地址.位地址，如:V10.2。 字节、字、双字地址：V数据长度起始字节地址，如:VB20、VW100、VD320。,2022年6月13日星期一,S7-200 PLC有两种指令集：IEC 1131-3指令集和SIMATIC指令集。SIMATIC指令集是西门子公司为S7200 PLC设计的编程语言。该指令集中，大多数指令也符合IEC 1131-3标准。SIMATIC指令集不支持系统完全数据类型检查。使用SIMATIC指令集，可以用梯形图(LAD)、功能块图(FBD)和语句表(STL)编程语言编程。 1.梯形图(LAD)编程语言 2功能块图(FBD) 3语句表(STL),3.3.2编程语言,功能块图(FBD)类似于普通逻辑功能图，它沿用了半导体逻辑电路的逻辑框图的表达方式。一般用一种功能方框表示一种特定的功能，框图内的符号表达了该功能块图的功能。功能块