可編程序控制器的結(jié)構(gòu)與工作原理

PLC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2/2/202312.1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2.3S7-200系列可編程控制器2.4可編程序控制器的編程語言本章主要內(nèi)容2/2/20232本章學(xué)習(xí)要求重點(diǎn)內(nèi)容：

S7-200的結(jié)構(gòu)、原理及編程語言了解內(nèi)容：可編程序控制器的性能指標(biāo)難點(diǎn)內(nèi)容：梯形圖的等效電路2/2/202332.1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(jì)算機(jī)，它的實(shí)際組成與一般微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。PLC的硬件系統(tǒng)由主機(jī)系統(tǒng)、輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)及外部設(shè)備組成。

PLC的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序(又稱系統(tǒng)軟件)和用戶程序(又稱應(yīng)用軟件)兩大部分組成。

2/2/20234一、PLC硬件結(jié)構(gòu)示意圖輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)2/2/202351.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.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(yùn)算程序、閉環(huán)控制程序和操作站系統(tǒng)應(yīng)用程序等。二、可編程序控制器的軟件系統(tǒng)2/2/202362.2可編程序控制器的工作原理及主要性能指標(biāo)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，CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。CPU對用戶程序的執(zhí)行過程是CPU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。一個(gè)掃描周期（工作周期）主要分為以下幾個(gè)階段：1.輸入采樣掃描階段2.執(zhí)行用戶程序掃描階段3.輸出刷新掃描階段

2/2/20237二、可編程序控制器的等效電路2.2可編程序控制器的工作原理及主要性能指標(biāo)2/2/20238三、可編程序控制器的主要技術(shù)指標(biāo)1.輸入/輸出點(diǎn)數(shù)2.存儲容量3.掃描速度4.指令系統(tǒng)5.通信功能2.2可編程序控制器的工作原理及主要性能指標(biāo)2/2/20239

西門子S7系列可編程控制器分為S7-400、S7-300、S7-200三個(gè)系列，分別為S7系列的大、中、小型（超小型）可編程控制器系統(tǒng)。S7-200系列可編程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，其中CPU22X型可編程控制器提供了4個(gè)不同的基本型號，常見的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四種基本型號。

2.3S7-200系列可編程控制器2/2/202310一、S7-200PLC系統(tǒng)組成1．CPU模塊SIMATICS7-200系統(tǒng)CPU22X系列PLC主機(jī)（CPU模塊）的外形：

2.3S7-200系列可編程控制器2/2/202311

CPU型號

2.3S7-200系列可編程控制器2/2/202312CPU22X主要技術(shù)性能指標(biāo)7個(gè)模塊2/2/202313主機(jī)及I/O特性2/2/2023142．輸入輸出擴(kuò)展模塊當(dāng)主機(jī)單元模板上的I/O點(diǎn)數(shù)不夠時(shí),或者涉及到模擬量控制時(shí),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/輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展.

設(shè)備連接

2/2/202315二、S7-200系列PLC數(shù)據(jù)存儲及內(nèi)部元器件功能數(shù)據(jù)類型字符串、布爾型、整數(shù)型和實(shí)數(shù)型（浮點(diǎn)數(shù)）2/2/202316

2.編址方式l

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

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I0.0～I(xiàn)0.7這8位組成的字節(jié)。l

字編址的指定方式為：（區(qū)域標(biāo)志符）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

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。

2/2/2023173.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(shí)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）使用間接尋址前，要先創(chuàng)建一個(gè)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)。2/2/202318直接尋址2/2/202319

4.元件功能（1）輸入映像寄存器I（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(gè)。

（2）輸出映像寄存器Q（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(gè)。（3）變量存儲器V

變量存儲器主要用于存儲變量，CPU224/226為V0.0～V5119.7共5KB存儲容量2/2/202320（4）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(gè)。（5）特殊標(biāo)志位存儲器SMPLC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L64個(gè)（7）定時(shí)器TPLC所提供的定時(shí)器作用相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的時(shí)間繼電器。每個(gè)定時(shí)器可提供無數(shù)對常開和常閉觸點(diǎn)供編程使用。共256個(gè)（T0---T255）2/2/202321（8）計(jì)數(shù)器C計(jì)數(shù)器用于累計(jì)計(jì)數(shù)輸入端接收到的由斷開到接通的脈沖個(gè)數(shù)。共256個(gè)（C0---C255）（9）高速計(jì)數(shù)器HC（10）累加器AC（11）順序控制繼電器S（狀態(tài)元件）（12）模擬量輸入/輸出映像寄存器（AI/AQ）2/2/2023222.4可編程序控制器的編程語言一、可編程序控制器的編程語言梯形圖(LAD)

2.指令表(STL)3.功能塊圖(FBD)2/2/202323圖2.7基本指令應(yīng)用舉例(a)梯形圖；(b)指令表I0.0()()I0.1Q0.0Q0.0Q0.1()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2/2/202324圖2.8FBD簡單實(shí)例功能塊圖2/2/202325二、編程注意事項(xiàng)及編程技巧

（1）程序應(yīng)按自上而下，從左至右的順序編寫。（2）線圈不能直接與左母線相連。如果需要，可以通過特殊內(nèi)部標(biāo)志位存儲器SM0.0（該位始終為1）來連接，如圖2-10所示。（3）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2-9所示。

2/2/202326圖2-9圖2-102/2/202327并聯(lián)多的支路應(yīng)靠近左母線，如下圖所