PLC 应用技术可编程序控制器的结构和工作原理

,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PLC,应用技术,可编程序控制器的结构和工作原理,可编程序控制器的组成与基本结构,可编程序控制器的工作过程与工作原理,S7-200,系列可编程控制器,可编程序控制器的编程语言,本章主要内容,9/17/2024,2,本章学习要求,重点内容：,S7-200,的结构、原理及编程语言,了解内容：,可编程序控制器的性能指标,难点内容：,梯形图的等效电路,9/17/2024,3,可编程序控制器的组成与基本结构,PLC,是,一种工业控制用的专用计算机,，它的实际组成与一般微型计算机系统基本相同，也是由,硬件系统,和,软件系统,两大部分组成,。,PLC,的硬件系统由,主机系统、输入,/,输出扩展环节及外部设备,组成,。,PLC,的软件系统,由,系统程序,(,又称系统软件,),和用户程序,(,又称应用软件,),两大部分组成。,9/17/2024,4,9/17/2024,PLC,控制系统结构,9/17/2024,5,一、,PLC,硬件结构示意图,输入,/,输出,扩展,环节,9/17/2024,6,第二节 可编程控制器的基本结构,PLC,的系统结构,9/17/2024,7,PLC,各部分的作用,CPU,诊断,PLC,电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。,采集现场的状态或数据，并送,人,PLC,的寄存器中。,逐条读取指令，完成各种运算和操作。,将处理结果送至输出端。,响应各种外部设备的工作请求。,9/17/2024,8,PLC,各部分的作用,存储器,系统程序存储器,：用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据。,PLC,出厂前已将其固化在只读存储器,ROM,或,PROM,中，用户不能更改。,用户存储器：,包括,用户程序存储区及工作数据存储区。,这类存储器一般由低功耗的,CMOS-RAM,构成，其中的存储内容可读出并更改。,注意：,PLC,产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的。,9/17/2024,9,PLC,各部分的作用,输入输出接口电路,输入接口电路,：,采用光电耦合电路，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的,控制信号转换,成,CPU,所能接受和处理的,数字信号,。,PLC,的输入接口电路（直流输入型）,9/17/2024,10,光电耦合器,光电耦合器的发光和接收元件都封装在一个外壳内,一般有金属封装和塑料封装两种。发光元件为发光二极管，受光元件为光敏三极管或光敏可控硅。它以光为媒介，实现输入电信号耦合到输出端。,特点：,强弱电隔离,。,输入输出极之间绝缘电阻很高。耐压达,2000V,以上。,能避免输出端对输入端地线等的干扰。,对系统内部噪声有很强的抑制作用。,电平转换,应用于自动控制电路中的强弱电隔离。,9/17/2024,11,PLC,各部分的作用,输出接口电路：,采用光电耦合电路，,将,CPU,处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，,以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。,有三种类型,：,继电器输出型,继电器输出型,：,为有触点输出方式，用于接通或断开,开关频率较低的,直流负载,或,交流负载,回路,。,9/17/2024,12,（,b,）,晶闸管输出型,（,c,）,晶体管输出型,（,NPN,集电极开路,）,（,d,）,晶体管输出型,（,PNP,集电极开路,）,晶体管输出型,：,为无触点输出方式，用于接通或断开,开关频率较高的,直流,电源负载。,晶闸管输出型：,为无触点输出方式，用于接通或断开,开关频率较高的,交流,电源负载。,9/17/2024,13,电源,PLC,的电源,是指将外部输入的交流电处理后转换成满足,PLC,的,CPU,、,存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的,直流电源电路或电源模块,。,许多,PLC,的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电压,供内部电路使用,，,而且,还可为输入设备提供标准电源。,9/17/2024,14,手持编程器,手持编程器采用,助记符语言编程,，具有编辑、检索、修改程序、进行系统设置、内存监控等功能。可一机多用，具有使用方便、价格低廉的特点。,缺点：,不够直观,可通过,PLC,的,RS232,外设通讯口,(,或,RS422,口配以适配器,),与计算机联机，,利用专用工具软件,（,NPST,GR,、,FPSOFT,、,FPWIN,GR,）,对,PLC,进行编程和监控,。,利用计算机进行编程和监控比手持编程工具更加直观和方便,。,9/17/2024,15,西门子,S7-200,系列,PLC,9/17/2024,16,S7-200PLCPC,连接方式,9/17/2024,17,S7-200,网络,9/17/2024,18,PC+CP,卡网络,9/17/2024,19,1.,系统程序,系统程序由,PLC,的制造企业编制，固化在,PROM,或,EPROM,中，安装在,PLC,上，随产品提供给用户。系统程序包括系统管理程序、用户指令解释程序和供系统调用的标准程序模块等。,2.,用户程序,用户程序是根据生产过程控制的要求由用户使用制造企业提供的编程语言自行编制的应用程序。用户程序包括开关量逻辑控制程序、模拟量运算程序、闭环控制程序和操作站系统应用程序等。,二、 可编程序控制器的软件系统,9/17/2024,20,9/17/2024,PLC,工作示意图,9/17/2024,21,9/17/2024,PLC,控制系统结构,9/17/2024,22,9/17/2024,用触点和线圈实现逻辑运算,在数字量控制系统中，变量仅有两种相反的工作状态,高电平和低电平、继电器线圈的通电和断电、触点的接通和断开,可编程序控制器的工作原理及主要性能指标,9/17/2024,23,9/17/2024,逻辑运算关系表,可编程序控制器的工作原理及主要性能指标,9/17/2024,24,可编程序控制器的工作原理及主要性能指标,2,原理,PLC,是采用周期循环扫描的工作方式，,CPU,连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。,CPU,对用户程序的执行过程是,CPU,的循环扫描，先上后下，先左后右。并用周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的。,一个扫描周期（工作周期）主要分为以下几个阶段：,1.,输入采样扫描阶段,2.,执行用户程序扫描阶段,3.,输出刷新扫描阶段,9/17/2024,25,9/17/2024,扫描工作方式,:,所谓就是依次对各种规定的操作项目全部进行访问和处理。,PLC,运行时，用户程序中有众多的操作需要去执行，但一个,CPU,在同一时刻只能执行一个操作而不能同时执行多个操作，因此,CPU,只能按规定顺序依次执行各个操作。这种依次处理多任务的工作方式称为扫描工作方式。,由于扫描是周而复始无限循环的，每扫描一个循环所用的时间称为一个扫描周期。,可编程序控制器的工作原理及主要性能指标,9/17/2024,26,9/17/2024,扫描周期,正常运转时，,CPU,的每一个扫描周期要完成：读输入、执行程序、处理通讯请求、执行,CPU,自诊断测试、写输出。,9/17/2024,27,9/17/2024,任一扫描周期开始时，,CPU,先将输入信号读到输入映象寄存器,I0.0,和,I0.1,内，然后执行程序，并根据运算结果更新输出信号映象寄存器,Q0.0,，之后处理通讯和自诊断测试，扫描周期的最后才是将输出映象寄存器,Q0.0,中的数据送给输出点。,9/17/2024,28,3,PLC,的操作模式,RUN,模式执行用户程序，“,RUN” LED,亮。,STOP,模式不执行用户程序，可将用户程序和硬件设置信息下载到,PLC,。,TERM(,终端,),模式与通信有关。,CPU,模块上的模式开关在,RUN,位置时，上电自动进入,RUN,模式。,PC - PLC,之间建立起通信连接后，若模式开关在,RUN,或,TERM,位置,可用编程软件中的命令改变,CPU,的工作模式。,9/17/2024,29,三、可编程序控制器的主要技术指标,1.,输入,/,输出点数,2.,存储容量,3.,扫描速度,4.,指令系统,5.,通信功能,6.,负载能力,可编程序控制器的工作原理及主要性能指标,9/17/2024,30,西门子,S7,系列可编程控制器分为,S7-400,、,S7-300,、,S7-200,三个系列，分别为,S7,系列的大、中、小型（超小型）可编程控制器系统。,S7-200,系列可编程控制器有,CPU21X,系列，,CPU22X,系列，其中,CPU22X,型可编程控制器提供了,4,个不同的基本型号，常见的有,CPU221,，,CPU222,，,CPU224,和,CPU226,四种基本型号。,S7-200,系列可编程控制器,9/17/2024,31,一、,S7-200 PLC,系统组成,1,CPU,模块,SIMATIC S7-200,系统,CPU 22X,系列,PLC,主机（,CPU,模块）的,外形,：,S7-200,系列可编程控制器,9/17/2024,32,CPU,型号,S7-200,系列可编程控制器,9/17/2024,33,9/17/2024,9/17/2024,34,CPU 22X,主要技术性能指标,7,个模块,9/17/2024,35,主机及,I/O,特性,9/17/2024,36,2, 输入输出扩展模块,当主机单元模板上的,I/O,点数不够时,或者涉及到模拟量控制时,除了,CPU221,以外,都可以通过增加扩展单元模板,(,数字量,模拟量,通讯模块,),的方法,对输入,/,输出点数进行扩展,.,设备连接,9/17/2024,37,9/17/2024,9/17/2024,38,二、,S7-200,系列,PLC,数据存储及内部元器件功能,数据类型,字符串、布尔型、整数型和实数型（浮点数）,9/17/2024,39,2.,编址方式,l,位编址的指定方式为：,（区域标志符）字节号,位号,如,I0.0,；,Q0.0,；,I1.2,。,l,字节编址的指定方式为：,（区域标志符）,B,（,字节号）,如,IB0,表示由,I0.0,I0.7,这,8,位组成的字节。,l,字编址的指定方式为：,（区域标志符）,W,（,起始字节号）,例如,VW0,表示由,VB0,和,VB1,这,2,字节组成的字。,l,双字编址的指定方式为,:,（区域标志符）,D,（,起始字节号,）,例如,VD0,表示由,VB0,到,VB3,这,4,字节组成的双字。,9/17/2024,40,3.,寻址方式,（,1,）直接寻址,直接寻址是在指令中直接使用存储器或寄存器的元件名称（区域标志）和地址编号，直接到指定的区域读取或写入数据。有按位、字节、字、双字的寻址方式,取代继电器控制的数字量控制系统一般只用直接寻址,（,2,）间接寻址,间接寻址时操作数并不提供直接数据位置，而是通过使用地址 指针来存取存储器中的数据。在,S7-200,中允许使用指针对,I,、,Q,、,M,、,V,、,S,、,T,、,C,（,仅当前值）存储区进行间接寻址,（,1,）使用间接寻址前，要先创建一个指向该位置的指针。,（,2,）指针建立好后，利用指针存取数据。,9/17/2024,41,直接寻址,9/17/2024,42,4.,元件功能,（,1,） 输入映像寄存器,I,（,输入继电器）,输入继电器是,PLC,用来接收用户设备输入信号的接口，共,16,个。,（,2,） 输出映像寄存器,Q,（,输出继电器）,输出继电器是用来将输出信号传送到负载的接口，共,16,个。,（,3,） 变量存储器,V,变量存储器主要用于存储变量，,CPU224/226,为,V0.0,V5119.7,共,5KB,存储容量,9/17/2024,43,（,4,） 内部标志位存储器（中间继电器）,M,内部标志位存储器，用来保存控制继电器的中间操作状态，其作用相当于继电器控制中的中间继电器，共,256,个。,（,5,） 特殊标志位存储器,SM,PLC,中还有若干特殊标志位存储器,特殊标志位存储器位提供大量的状态和控制功能 ，一般为,SM0.0-SM299.7,。,（,6,） 局部变量存储器,L,64,个,（,7,） 定时器,T,PLC,所提供的定时器作用相当于继电器控制系统中的时间继电器。每个定时器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用 。共,256,个（,T0-T255,）,9/17/2024,44,（,8,） 计数器,C,计数器用于累计计数输入端接收到的由断开到接通的脉冲个数。共,256,个（,C0-C255,）,（,9,） 高速计数器,HC,（,10,） 累加器,AC,（,11,） 顺序控制继电器,S,（状态元件）,（,12,） 模拟量输入,/,输出映像寄存器（,AI/AQ,）,9/17/2024,45,可编程序控制器的编程语言,一、,可编程序控制器的编程语言,梯形图,(LAD),2.,指令表,(STL),3.,功能块图,(FBD),9/17/2024,46,图 基本逻辑电路,9/17/2024,47,图,2.7,基本指令应用举例,(a),梯形图；,(b),指令表,(,a,),(,b,),梯形图和指令表,9/17/2024,48,二、编程注意事项及编程技巧,（,1,）程序应按自上而下，从左至右的顺序编写。,（,2,）线圈不能直接与左母线相连。,(,线圈前必须有触电才可通电,),如果需要，可以通过特殊内部标志位存储器,SM0.0,（,该位始终为,1,）来连接。,（,3,）适当安排编程顺序，以减少程序的步数。串联多的支路应尽量放在上部。,9/17/2024,49,（,4,）并联多的支路应靠近左母线。,对复杂的电路，可重复使用一些触点画出其等效电路，然后再进行编程。,I0.5,I0.6,I0.7,I1.0,I1.1,（,5,）线圈和定时器不能重复使用,9/17/2024,50,（,6,）注意输出线圈不能串联,4.1,位操作类指令,9/17/2024,51,本章小结和作业,小结：,通过本章的学习，掌握,S7-200,的结构、原理及编程语言；了解可编程序控制器的性能指标,9/17/2024,52,