第二章 可編程序控制器結(jié)構(gòu)和工作原理

1、2022-5-61PLC PLC 應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用技術(shù)第二章 可編程序控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理2022-5-622.1 可編程序控制器的組成與基本結(jié)構(gòu)可編程序控制器的組成與基本結(jié)構(gòu)2.2 可編程序控制器的工作過程與工作原理可編程序控制器的工作過程與工作原理2.3 S7-200 系列可編程控制器系列可編程控制器2.4 可編程序控制器的編程語言可編程序控制器的編程語言2.5 S7-200的接口及擴(kuò)展模塊的接口及擴(kuò)展模塊2022-5-632022-5-642.1 2.1 可編程序控制器的組成與基本結(jié)構(gòu)可編程序控制器的組成與基本結(jié)構(gòu) PLC是一種工業(yè)控制用的專用計算機(jī)一種工業(yè)控制用的專用計算機(jī)，它的實際組成

2、與一般微型計算機(jī)系統(tǒng)基本相同，也是由和和兩大部分組兩大部分組成成。 PLC的硬件系統(tǒng)由主機(jī)系統(tǒng)、輸入主機(jī)系統(tǒng)、輸入/輸出輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)及外部設(shè)備擴(kuò)展環(huán)節(jié)及外部設(shè)備組成組成。 PLC的軟件系統(tǒng)由由系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序(又稱系統(tǒng)軟又稱系統(tǒng)軟件件)和用戶程序和用戶程序(又稱應(yīng)用軟件又稱應(yīng)用軟件)兩大部分組成。兩大部分組成。 2022-5-65一、一、 PLC硬件結(jié)構(gòu)示意圖硬件結(jié)構(gòu)示意圖主機(jī)電源微處理器(CPU)運算器控制器輸入單元存儲器EPROM(系統(tǒng)程序)RAM(用戶程序)外設(shè)I/O接口I/O擴(kuò)展接口用戶輸入設(shè)備輸出單元用戶輸出設(shè)備I/O擴(kuò)展接口PLC或上位計算機(jī)圖形監(jiān)控系統(tǒng)EPROM寫入器打印機(jī)盒式磁

3、帶機(jī)編程器外部設(shè)備輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)2022-5-661. 1. 系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序 系統(tǒng)程序由PLC的制造企業(yè)編制，固化在PROM或EPROM中，安裝在PLC上，隨產(chǎn)品提供給用戶。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和供系統(tǒng)調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)程序模塊等。2. 2. 用戶程序用戶程序 用戶程序是根據(jù)生產(chǎn)過程控制的要求由用戶使用制造企業(yè)提供的編程語言自行編制的應(yīng)用程序。用戶程序包括開關(guān)量邏輯控制程序、模擬量運算程序、閉環(huán)控制程序和操作站系統(tǒng)應(yīng)用程序等。二、二、 可編程序控制器的軟件系統(tǒng)可編程序控制器的軟件系統(tǒng)2022-5-672.2 2.2 可編程序控制器的工作原理及主要性能指標(biāo)可編程序控制器的工作

4、原理及主要性能指標(biāo)一、可編程序控制器的原理一、可編程序控制器的原理 PLC是采用周期循環(huán)掃描的工作方式，是采用周期循環(huán)掃描的工作方式，CPU連續(xù)執(zhí)連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。行用戶程序和任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。CPU對用戶程對用戶程序的執(zhí)行過程是序的執(zhí)行過程是CPU的循環(huán)掃描，并用周期性地集中采的循環(huán)掃描，并用周期性地集中采樣、集中輸出的方式來完成的。樣、集中輸出的方式來完成的。 一個掃描周期（工作周期）主要分為以下幾個階段：一個掃描周期（工作周期）主要分為以下幾個階段： 1.輸入采樣掃描階段輸入采樣掃描階段 2.執(zhí)行用戶程序掃描階段執(zhí)行用戶程序掃描階段 3.輸出刷新掃描階段輸出

5、刷新掃描階段 2022-5-682022-5-692.2 2.2 可編程序控制器的工作原理及主要性能指標(biāo)可編程序控制器的工作原理及主要性能指標(biāo)2022-5-6102.2 2.2 可編程序控制器的工作原理及主要性能指標(biāo)可編程序控制器的工作原理及主要性能指標(biāo)2022-5-611 西門子西門子S7S7系列可編程控制器分為系列可編程控制器分為S7-400S7-400、S7-300S7-300、S7-200S7-200三個系列，分別為三個系列，分別為S7S7系列的大、系列的大、中、小型（超小型）可編程控制器系統(tǒng)。中、小型（超小型）可編程控制器系統(tǒng)。 S7-200S7-200系列可編程控制器有系列可編程控

6、制器有CPU21XCPU21X系列，系列，CPU22XCPU22X系列，其中系列，其中CPU22XCPU22X型可編程控制器提供型可編程控制器提供了了4 4個不同的基本型號，個不同的基本型號，常見的有常見的有CPU221CPU221，CPU222CPU222，CPU224CPU224和和CPU226CPU226四種基本型號。四種基本型號。 2.3 S7-200 2.3 S7-200 系列可編程控制器系列可編程控制器2022-5-612一、一、S7-200 PLC系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 1CPU模塊模塊 SIMATIC S7-200SIMATIC S7-200系統(tǒng)系統(tǒng)CPU 22XCPU 22X系列系

7、列PLCPLC主機(jī)（主機(jī)（CPUCPU模模塊）的塊）的外形外形 ： 2.3 S7-200 2.3 S7-200 系列可編程控制器系列可編程控制器2022-5-613 CPU CPU 型號型號 2.3 S7-200 2.3 S7-200 系列可編程控制器系列可編程控制器2022-5-614 CPU 22X CPU 22X主要技術(shù)性能指標(biāo)主要技術(shù)性能指標(biāo)7個模塊2022-5-615主機(jī)及主機(jī)及I/OI/O特性特性2022-5-6162 2 輸入輸出擴(kuò)展模塊輸入輸出擴(kuò)展模塊 當(dāng)主機(jī)單元模板上的I/O點數(shù)不夠時,或者涉及到模擬量控制時,除了CPU221以外,都可以通過增加擴(kuò)展單元模板的方法,對輸入/輸

8、出點數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展. (a) 面板安裝 (b) 標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝 設(shè)備連接設(shè)備連接 2022-5-617二、二、S7-200S7-200系列系列PLCPLC數(shù)據(jù)存儲及內(nèi)部元器件功能數(shù)據(jù)存儲及內(nèi)部元器件功能數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型1. 字符串、布爾型、整數(shù)型和實數(shù)型（浮點數(shù)） 2022-5-618 2.2.編址方式編址方式 l l 位編址的指定方式為：位編址的指定方式為：（區(qū)域標(biāo)志符）字節(jié)號位號如I0.0；Q0.0；I1.2。l l 字節(jié)編址的指定方式為：字節(jié)編址的指定方式為：（區(qū)域標(biāo)志符）B（字節(jié)號）如IB0表示由I0.0I0.7這8位組成的字節(jié)。l l 字編址的指定方式為：字編址的指定方式為：（區(qū)域標(biāo)志符）

9、W（起始字節(jié)號）例如VW0表示由VB0和VB1這2字節(jié)組成的字。 l l 雙字編址的指定方式為雙字編址的指定方式為: :（區(qū)域標(biāo)志符）D（起始字節(jié)號）例如VD0表示由VB0到VB3這4字節(jié)組成的雙字。 2022-5-619 3. 3.尋址方式尋址方式 （1）直接尋址 直接尋址是在指令中直接使用存儲器或寄存器的元件名稱（區(qū)域標(biāo)志）和地址編號，直接到指定的區(qū)域讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)。有按位、字節(jié)、字、雙字的尋址方式（2）間接尋址 間接尋址時操作數(shù)并不提供直接數(shù)據(jù)位置，而是通過使用地址 指針來存取存儲器中的數(shù)據(jù)。在S7-200中允許使用指針對I、Q、M、V、S、T、C（僅當(dāng)前值）存儲區(qū)進(jìn)行間接尋址（1）使用

10、間接尋址前，要先創(chuàng)建一個指向該位置的指針。 （2）指針建立好后，利用指針存取數(shù)據(jù)。2022-5-620直接尋址2022-5-621 4.4.元件功能元件功能（1 1） 輸入映像寄存器輸入映像寄存器I I（輸入繼電器）（輸入繼電器） 輸入繼電器是PLC用來接收用戶設(shè)備輸入信號的接口，共16個。 （2 2） 輸出映像寄存器輸出映像寄存器Q Q（輸出繼電器）（輸出繼電器） 輸出繼電器是用來將輸出信號傳送到負(fù)載的接口，共16個。 （3 3） 變量存儲器變量存儲器V V 變量存儲器主要用于存儲變量，CPU224/226為V0.0V5119.7共5KB存儲容量2022-5-622（4） 內(nèi)部標(biāo)志位存儲器（

11、中間繼電器）內(nèi)部標(biāo)志位存儲器（中間繼電器）M 內(nèi)部標(biāo)志位存儲器，用來保存控制繼電器的中間操作狀態(tài)，其作用相當(dāng)于繼電器控制中的中間繼電器，共256個。 （5） 特殊標(biāo)志位存儲器特殊標(biāo)志位存儲器SM PLC中還有若干特殊標(biāo)志位存儲器, 特殊標(biāo)志位存儲器位提供大量的狀態(tài)和控制功能 ，一般為SM0.0-SM299.7。（6） 局部變量存儲器局部變量存儲器L 64個（7） 定時器定時器T PLC所提供的定時器作用相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的時間繼電器。每個定時器可提供無數(shù)對常開和常閉觸點供編程使用 。共256個（T0-T255）2022-5-623（8） 計數(shù)器計數(shù)器C計數(shù)器用于累計計數(shù)輸入端接收到的由斷開

12、到接通的脈沖個數(shù)。共256個（C0-C255） （9） 高速計數(shù)器高速計數(shù)器HC（10） 累加器累加器AC（11） 順序控制繼電器順序控制繼電器S（狀態(tài)元件）（狀態(tài)元件）（12） 模擬量輸入模擬量輸入/輸出映像寄存器（輸出映像寄存器（AI/AQ）2022-5-6242.4 2.4 可編程序控制器的編程語言可編程序控制器的編程語言一、一、 可編程序控制器的編程語言可編程序控制器的編程語言梯形圖梯形圖 (LAD) 2. 指令表指令表 (STL)3. 功能塊圖功能塊圖 (FBD)4.2022-5-625圖2.7 基本指令應(yīng)用舉例(a) 梯形圖； (b) 指令表I0.0( )( )I0.1Q0.0Q0

13、.0Q0.1( )M0.1I0.5I0.3I0.4( )Q0.2M0.1(a)(b)LDOA=LD=A=LDNAN=I0.0Q0.0I0.1Q0.0I0.5Q0.1I0.3M0.1I0.4M0.1Q0.2梯形圖和指令表梯形圖和指令表2022-5-626圖2.8 FBD簡單實例ANDI1.0V10.1AC0INPTTONT37功能塊圖功能塊圖2022-5-627二、編程注意事項及編程技巧二、編程注意事項及編程技巧 （1 1）程序應(yīng)按自上而下，從左至右的順序編寫。）程序應(yīng)按自上而下，從左至右的順序編寫。（2 2）線圈不能直接與左母線相連。如果需要，可以通過）線圈不能直接與左母線相連。如果需要，可以

14、通過特殊內(nèi)部標(biāo)志位存儲器特殊內(nèi)部標(biāo)志位存儲器SM0.0SM0.0（該位始終為（該位始終為1 1）來連接，如）來連接，如圖圖2-102-10所示。所示。（3 3）適當(dāng)安排編程順序，以減少程序的步數(shù)。）適當(dāng)安排編程順序，以減少程序的步數(shù)。串聯(lián)多的支路應(yīng)盡量放在上部，如圖串聯(lián)多的支路應(yīng)盡量放在上部，如圖2-92-9所示。所示。2022-5-628圖2-9圖2-102022-5-629并聯(lián)多的支路應(yīng)靠近左母線 ，如下圖所示： 對復(fù)雜的電路，可重復(fù)使用一些觸點畫出其等效電路，然后再進(jìn)行編程。 I0.5I0.6I0.7I1.0I1.12022-5-6302022-5-6312022-5-6322022-5

15、-6332022-5-6342022-5-6352022-5-6362022-5-6372022-5-6382022-5-6392022-5-6401L 0.0 0.10.60.50.40.30.20.7 1.02L3L 1.1 1.2N1.71.41.3L1AC1.5 1.61M 0.0 0.10.60.50.40.30.20.7 1.0 1.1 1.21.41.32M 1.5 1.62.32.22.12.01.72.4 2.5 2.6 2.7LM+24VDC120/240 VAC2022-5-6411 L 0.0 0.10.60.50.40.30.20.71.02 L3 L 1.1 1.2

16、N1.71.41.3L 1 A C1 .51.61 M 0.0 0.10.60.50.40.30.20.71.0 1.1 1.21.41.32 M 1.5 1.62.32.22.12.01.72.42.5 2.6 2.7LM+2 4 V D C1 2 0 / 2 4 0 V A C2022-5-6422022-5-6432022-5-6441 L0 .00 .10 .60 .50 .40 .30 .20 .71 .02 L3 L1 .11 .2N1 .71 .41 .3L 1A C1 .51 .61 M0 .00 .10 .60 .50 .40 .30 .20 .71 .01 .11 .2 1

17、 .41 .32 M1 .51 .62 .32 .22 .12 .01 .72 .42 .52 .62 .7LM+2 4 V D C1 2 0 / 2 4 0 V A C2022-5-6452022-5-6462022-5-6472022-5-648.2 .3.6 .71M .0 .12M .4 .5.+ 直流輸入模塊（EM221 824VDC）有8個數(shù)字量輸入端子。接線圖中，8個數(shù)字量輸入點分成2組。1M、2M分別是2組輸入點內(nèi)部電路的公共端，每組需用戶提供一個24VDC電源。2022-5-649內(nèi)部電路INCOMR1R2VL光電耦合CSB124VDC-+-2022-5-6502022-5-

18、651ON 0N4NNL1NL1.0 1N 1N .1 2N 2N .2 3N 3N .3.4 5N 5N .5 6N 6N .6 7N 7N .7有8個分隔式數(shù)字量輸入端子，每個輸入點都占用二個接線端子。它們各自使用1個獨立的交流電源（由用戶提供）。這些交流電源可以不同相。（交流I/O都是分隔式的）2022-5-652SB1 INR1內(nèi)部電路CR2R3VLCOM光電耦合2022-5-6532022-5-6542022-5-655. .1M 1L+ .0 .1 .2 .32M 2L+ .4 .5 .6 .7+ + + 直流輸出模塊（EM222 824VDC），有8個數(shù)字量輸出點，接線圖中8個數(shù)字量輸出點分成2組。1L+、2L+分別是兩組輸出點內(nèi)部電路的公共端，每組需用戶提供一個DC24V的電流。2022-5-656內(nèi)部電路負(fù) 載DC24VCOMOUTO 映像區(qū)映像區(qū) O端子端子2022-5-657NL1