电气控制技术--可编程序控制器(plc)

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,*,第,7,章,可编程序控制器(PLC),1,作业,P.258,7.1,7.2,7.8,7.9,2,7.1 概述,Programmable ControllerPC,Programmable Logic ControllerPLC,PLC是以微处理器为根底，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通信网络技术开展起来的一种 通用工业自动控制装置 。,3,7.1.1 开展历史,19,世纪末，直流电动机和交流电动机相继问世揭开了电气控制技术的序幕。,继电接触器控制系统,20,世纪,30,年代，继电器、接触器、按钮、开关等元器件构成了主要用于控制交流电动机的控制系统。,4,继电接触器控制系统的,缺点,:,接线复杂,，体积大，耗能多，不便于检查和维护；,有触点的电器工作频率很低，在频繁动作情况下寿命短，从而造成系统故障，使生产线的,可靠性降低,，甚至可能严重地影响生产；,如果工艺要求发生变化，控制柜内的元件和接线需要作相应的变动，,改造的工期长,、费用高。,5,PLC 的定义,1987年，美国电气制造协会也对PLC作定义：,可编程序控制器：是一种带有指令存储器和数字或模拟I/O接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置。,6,7.1.2 性能特点,1. 功能丰富,1丰富的指令。,2PLC内部器件种类繁多，容量宏大。,3丰富的外部设备。,4可建立友好的人机界面，可与计算机链接或联网，实现信息交换。,5具有强大的自检功能，可进行自诊断，并记录诊断结果，为维修提供方便。,7,2. 使用方便,1配置、安装和维护方便。,2编程方法简单易学,8,3. 工作可靠,PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，使之具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间到达数万小时以上。因此，PLC已被公认为最可靠的工业控制设备之一，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。,9,4. 体积小、能耗低、性能价格比高,PLC,的体积小、重量轻，,PLC,可以装入机械设备内部，实现机电一体化控制。,对于复杂的控制系统，使用,PLC,后，不仅可以减少大量的中间继电器和时间继电器，而且,PLC,的配线比继电器控制系统的少得多，从而可以省下大量的配线和附件，在提高了系统可靠性的同时，节约了大量的费用。,10,7.1.3 应用及开展趋势,1. PLC的应用,1开关量逻辑控制,2模拟量、数字量控制,3数据处理,4通信与联网,5监控,6运动控制,11,2. PLC的开展趋势,1向高性能、高速度、大容量开展,2向超小型和超大型双向开展,3PLC编程语言的多样化和标准化,4增强通信联网能力，控制与管理功能一体化,5扩展模块智能化、功能完善化,12,7.2 可编程序控制器的硬件配置,7.2.1 根本组成,13,1. CPU模块,CPU模块：由微处理器CPU芯片和存储器组成。,输入处理：从输入模块将输入信号和数据读入输入映象存放器和数据存放器。,执行用户程序：读入和解释用户程序，完成数据的存取、传送和处理，并用运算结果更新输出映象存放器的内容，产生相应的控制信号。,输出处理：将输出映象存放器的内容送到输出模块。,CPU模块采用,扫描工作方式,。,14,1微处理器 CPU,通用微处理器如8086,单片微处理器如8031,位片式微处理器如AND2900,由运算器、存放器、控制器、总线接口等功能模块组成。,小型PLC8位通用或单片微处理器；,中型PLC16位通用或单片微处理器；,大型PLC采用位片式微处理器。,15,2存储器,PLC的存储器有三种分类方式：,1按介质分类,随机存取存储器或称读写存储器RAM,只读存储器ROM,可擦除可编程序的只读存储器EPROM,可电擦除的只读存储器E2PROM,16,2按用途分类,系统程序存储区,用户程序存储区,系统,RAM,存储区,17,3按内存的分布分类,主内存,是内存的主体，也是,PLC,直接访问的对象；,辅助内存,用于存放用户程序的备份，当,PLC,上电初始化时，把它的内容拷贝到主内存的用户程序区，供,PLC,的,CPU,运行；,存储卡,配有电池，可长期保存程序。,18,2. 输入/输出I/O模块,输入Input/输出Output模块简称为I/O模块。I/O模块是联系PLC的CPU模块和外部现场的桥梁。,PLC,通过输入模块采集各种输入信号，并以此为依据进行处理，最终通过输出模块,控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器,，实现对被控对象的控制。,/ 采用,光电隔离,，实现了PLC的内部电路与外部电路的,电气隔离,，减小了电磁干扰。,19,外部信号通常分：,开关量信号,模拟量信号,开关量信号主要来自按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等器件，只有接通和断开两种状态；,模拟量信号是通过电位器、热电耦、测速发电机和各种变送器将压力、温度、流量等物理量变换成连续变化的电压或电流信号。,20,I/O模块通常可分为：,开关量,I/O,模块,模拟量,I/O,模块,特殊,I/O,模块,I/O模块输入、输出口的个数通常称为I/O点数。,21,1开关量I/O模块,输入模块用于接收和采集各种开关量输入信号。,对输入信号按钮、行程开关或传感器等产生的信号进行滤波、隔离和电平转换等处理，转换成数字信号可靠、平安地传送到PLC的内部。,1输入模块,22,输入接口电路,COM,光电三极管,发光二极管,输入端子,+,内,部,电,路,3.3k,1000PF,470,PLC,I0.0,+,24V,23,常用的开关量输入模块的典型电路按外部电源不同分为：,直流输入电路,交流输入电路,交直流输入电路,24,直流输入电路,25,交流输入电路,26,交直流输入电路,27,2输出模块,输出模块是PLC驱动负载的输出电路，同时它还具有,功率放大、滤波、隔离和电平转换等功能,。,它将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以控制接触器线圈等电器通断电。,输出电路还使计算机与外部强电隔离。,28,输出接口电路,：,继电器输出,PLC,内,部,电,路,内,部,电,路,J,Y,COM,+,-,交流电源或直流电源,29,输出三种形式：,继电器 - 低速大功率，驱动交、直流负载；,可控硅 - 高速大功率，驱动交流负载；,晶体管 - 高速小功率，驱动直流负载。,17-10,30,继电器输出电路,31,晶体管输出电路,32,晶闸管输出电路,33,2模拟量I/O模块,模拟量I/O模块的主要任务就是对输入信号,进行A/D转换,，对,输出信号进行D/A转换,，其转换精度由转换器的位数决定。,34,3特殊I/O模块,特殊I/O模块是为了降低费用或简化编程过程，增强PLC的功能，扩大PLC应用范围而开发的各种I/O模块，也经常作为独立的模块供PLC系统根据具体的工艺控制要求进行选择配置。,35,1PID过程控制模块,过程控制：是指对连续变化模拟量的闭环控制。,/ 过程控制通常采用PID比例-积分-微分控制方式。,/ 闭环控制运算由PID过程控制模块中的CPU完成。,36,2高速计数模块,PLC有最高工作频率受扫描周期的限制，一般仅有,几十Hz,。但是在工业控制中，有时要求PLC对来自旋转编码器、机械开关或电子开关的高速脉冲进行计数。由此产生的,高速计数模块,可以对几十千Hz甚至上兆Hz的脉冲进行计数，以保证能及时驱动负载。,37,3运动控制模块,运动控制模块一般带有微处理器，用来控制运动物体的位置、速度和加速度，它可以控制直线运动或旋转运动。模块用存储器来存储给定的运动曲线，从位置传感器得到当前的位置值，并与给定值相比较，比较的结果用来控制伺服电动机或步进电动机的驱动装置。在机床、装配机械、机器人、电梯等场合得到广泛地应用。,38,4通信模块,PLC的通信模块用来完成PLC之间、PLC与其它智能控制设备或主计算机之间的通信。,5热电阻/热电耦模块,在生产中，温度是最常见的一种信号，厂商也专门生产了相应的热电阻/热电耦模块，它们提供了PLC与,热电阻和热电耦的连接接口,。,39,3. 电源,PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源供电。PLC内部那么通过直流稳压电源为各功能模块提供工作电压。,40,4. 编程器及其它外部设备,编程器的根本作用是编辑、调试和输入用户程序，同时还可以用于监视系统运行时各种编程元件的工作状态情况。,41,1 编程器,用于输入和编辑用户程序，监视PLC运行时各种编程元件的工作状态。,1 专用编程器：,简易编程器：只能输入和编辑指令表程序，不能直接输入和编辑梯形图程序。,图形编程器：可以直接生成和编辑梯形图程序，分为液晶显示编程器和CRT编程器。,42,2通用计算机开发系统,采用以通用计算机为根底的编程系统，对于不同型号和厂家的PLC，只需采用相应的编程软件即可。,既可以编制、修改PLC各种语言的程序，进行文档管理，对工业现场和系统仿真，监视系统运行，还可以利用网络软件，构成PLC网络控制系统。,43,2人/机接口装置,人/机接口用来实现操作人员与PLC控制系统之间的对话。,最根本的人/机接口是由按钮、转换开关、拨码开关、指示灯、LED数字显示器和声光报警器等元件组成的控制台。,人/机接口上这些元件状态的改变，一方面作为PLC的输入信号，控制PLC的运行状态；另一方面接收PLC的输出信号，指示PLC系统的工作情况。,44,3外存储器,PLC的CPU模块内的半导体存储器称为内存储器，简称为内存。而磁带和磁盘称为外存储器。,45,7.2.2 分类,1. 按硬件结构分类,整体式,PLC,模块式,PLC,叠装式,PLC,46,2. 按I/O点数分类,超小型或微型,PLC,：,I/O,点数,小于,64,小型,PLC,：,I/O,点数,小于,256,中型,PLC,：,I/O,点数介于,2562048,之间,大型,PLC,：,I/O,点数在,2048,以上,47,3. 按功能分类,PLC按功能可分为低档、中档和高档三类。,低档PLC主要用于逻辑控制、顺序控制等单机控制系统和比较简单的自动化系统；,中档PLC那么已经可以满足多数复杂控制系统的需求；,高档PLC通常用于大规模分布式网络系统。,48,7.2.3 根本工作原理,扫描周期：每扫描一个循环所用的时间称为 扫描周期。,PLC的工作方式：,循环扫描工作方式,。,CPU从第一条指令开始执行，遇到结束符又返回第一条，不断循环。,49,3、PLC的工作方式,PLC是采用,顺序扫描、不断循环,的方式进行工作的。PLC的扫描工作过程可分为输入采样、程序执行和输出刷新3个阶段，并进行周期性循环。,50,工作模式,PLC：运行Run和停止Stop工作模式。,1运行Run,自诊断处理,通信信息处理,输入处理,程序执行,输出处理,51,说明,PLC在运行Run状态下，通常将执行一次扫描操作的5个阶段所需的时间称为扫描周期。,扫描周期与CPU的运行速度、PLC硬件配置及用户程序的长短有关，典型值为1 ms100 ms。,PLC通过设置CPU内部的监视定时器来监视每次扫描的时间是否超过规定时间，以防止程序进入死循环。,52,2停止Stop模式,自诊断处理,通信信息处理,输入处理,程序执行,输出处理,53,“自诊断处理阶段,PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，复位监控定时器WDT；,检查程序执行结果是否正确，进行奇偶校验；,判断程序执行时间是否超时；,刷新具有断电保持功能的继电器现有值以及完成其它一些内部工作。,如果出现故障，那么停止中央处理工作并报警提示。,54,“通信信息处理阶段,PLC与编程器交换信息；,PLC与别的带微处理器的智能装置通信如数字处理器；,PLC与网络通讯，当PLC配有网络通讯模块时，应与通讯对象进行数据交换。,55,“输入处理阶段采样,采样：PLC以扫描工作方式按顺序将所有的输入信号读入到输入映象存放器中进行存储。,输入映象存放器从PLC的存储器中划分出来专门用来存放输入信号状态的存储区。,当外接的输入触点电路接通时，对应的输入映象存放器为“1状态；,外接的输入触点电路断开时，对应的输入映象存放器为“0状态。,56,注意,在一个扫描工作周期内，采样结果的内容不会改变，它是,PLC,程序执行时使用的输入量的依据。,外部输入信号状态在被采样后发生的变化，只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。,57,“程序执行阶段,CPU从用户程序的,第一条指令开始，逐条执行,，直到程序结束。,在执行某条指令时，先从映象存放器中将有关数据读出来，然后根据指令的要求执行相应的运算、处理，最后将运算的结果写入到对应的元件映象存放器中，供后面指令程序执行时使用。,输出映象存放器从PLC的存储器中划分出来专门用来存放输出信号状态的存储区。,58,注意,除输入映象存放器外，各编程元件的映象存放器的内容随着程序的执行而变化；,输出映象存放器的状态在整个程序执行完毕之前不会送到输出端子上去影响输出电路状态的改变。,59,“输出刷新阶段,PLC将输出映象存放器的“0/“1状态传送到输出锁存器进行锁存，以驱动PLC系统输出端的用户设备。,当某输出映象存放器为“1状态时，系统外部负载通电工作；,当某输出映象存放器为“0状态时，那么使外部负载断电，停止工作。,锁存器中的内容将保持到下一次“输出处理阶段才会被更新，PLC外部的实际输出状态也随之改变。,60,说明,PLC属于一种“串行工作方式。,以循环扫描工作方式顺序执行各个阶段的工作，,继电控制系统可视为“并行工作方式。,由实际硬件设备组成的，当某个继电器的线圈通电或断电时，该继电器的所有常开或常闭触点无论处在控制线路的任何位置，都会立即同时动作。,由于PLC处理速度很快，采用“串行的处理方式所造成的输出对输入在时间响应上的滞后并不影响PLC在一般实际工程中的应用，同时还可防止继电接触器控制系统中的触点竞争和时序失控的问题。这是PLC可靠性高的原因之一。,61,7.2.4 性能指标,1. 编程语言,PLC可采用不同的编程语言来编写用户程序，目前常用的有：梯形图语言、助记符语言、流程图语言和Basic、C语言等高级语言。PLC能使用的编程语言种类越多，其类型越高级。,2. 指令功能及数量,编程指令的功能越强、数量越多，表示PLC的处理和控制能力越强，用户的编程也更为简单、方便。,62,3. I/O点总数,I/O点总数指PLC可以接受的输入信号和输出控制信号的总和。点数越多，可以连接的外部设备就越多，控制的规模就越大。,4. 内部继电器的种数和点数,内部继电器主要包括：辅助继电器、特殊继电器、定时器、计数器和移位存放器等，表征了PLC的内部处理能力和运算功能。,63,5. 用户程序存储量,用户程序存储量表示PLC能够存放多少用户程序。一般的逻辑操作指令，每条指令只占一个字，计数、定时和移位指令各占2个字节，对于一般的数据操作指令，每条指令占2个字节。小型PLC一般为几K字，大型PLC的用户程序存储器容量可达数十M字。,6. 扫描速度,扫描速度指PLC执行用户程序的速度，通常以毫秒每千字ms/K字为单位。,64,7. 可扩展能力,PLC的可扩展能力指I/O模块的扩展、存储容量的扩展以及各种功能模块的扩展等。扩展能力越强，系统的配置就越灵活，控制能力就越强。,8. 工作环境：,一般的PLC都能保证在温度055、湿度 85%无凝霜的环境下可靠工作。,此外，PLC还包括附加功能、尺寸等指标。,65,7.3,西门子S7-200,系列可编程序控制器简介,西门子公司的micro automation SIMATIC S7-200系列可编程序控制器是一种采用叠装式结构的,小型PLC,。,通讯电缆,S7-200 CPU,STEP7-Micro/WIN32,计算机,66,7.3.1 S7-200系统的根本组成,S7-200系列PLC系统与其他PLC系统的根本结构相同，主要由CPU模块、I/O模块和编程器等外设组成。,PLC的核心CPU芯片已经升级到Intel80486，甚至采用Pentium处理器。,以极快的速度处理自动化控制任务，S7-200和S7-300的扫描速度为0.37 /指令。,67,1工业以太网,2PROFIBUS现场总线,3MPI多点接口通信,4AS-i现场级通信,5PPI通信,6点对点自由通信,68,CPU,模块,中央处理单元CPU集成在模块的内部，负责执行程序和存储数据等工作。,69,I/O模块,I/O模块是系统的控制点，是PLC与外部联系的桥梁。,S7-200 CPU模块自带一定数量的数字量I/O，它们分布在模块的顶部和底部端子盖内。,70,底部端子盖内不仅顺序排列着各个输入端子，还提供24V的直流传感器电源；,顶部端子盖内那么是输出端子和CPU模块的电源输入端。,2排LED指示灯分别指示了各个输入和输出端的通/断状态。,71,2. 编程器和编程软件,S7-200系列PLC的编程器分：,专用编程器,通用计算机,72,3.,通讯电缆,通讯电缆是编程系统和PLC联系的桥梁。,最常见的通讯电缆是PC/PPI电缆，它的标准长度是5 m，具有光电隔离功能，内置RS232C/RS485转换。,73,4. 扩展模块,为了更好地满足控制系统的要求，西门子公司为S7-200系列PLC配置了丰富扩展模块。,例如，数字量I/O模块如EM221、EM222和EM223、模拟量I/O模块如EM231、EM232和EM235、调制解调器模块EM241、热电耦/热电阻扩展模块EM231、位置控制模块SM253等。,74,5. 文本显示器等外设,文本显示器、触摸屏、操作员面板控制台等也常称为人机界面或人机接口，可以使用户通过友好的操作界面轻松的完成各种调整和控制任务。,适用于S7-200的人机接口HMI有许多种，如OP系列操作面板，TP系列触摸屏等，TD200文本显示器是所有S7-200人机界面的最正确解决方案，其外形如下图。,75,S7-200 PLC的存储器空间分配,S7-200 PLC的存储器大致分为三个空间：,1、程序空间,2、数据空间,3、参数空间,76,1、程序空间,该空间主要用于存放用户应用程序，程序空间容量在不同的CPU中是不同的。另CPU中的RAM区与内置EEPROM上都有程序存储器，但它们互为映像，且空间大小一样。,77,2、数据空间,数据存储器：,变量存储器V,输入信号缓存区输入映像存储器 I,输出信号缓冲区输出映像存储区 Q,内部标志位存储器M又称内部辅助继电器,特殊标志位存储器SM,78,数据对象：,定时器,计数器,高速计数器,累加器,模拟量输入输出,79,3、参数空间,用于存放有关PLC配置结构参数的区域，如保护口令、PLC栈地址、停电记忆保持区、软件滤波、强制操作的设定信息等，存贮器为EEPROM 。,80,7.4 可编逻辑控制器程序设计,1. 编程语言,IEC1131-3包括五种编程语言：,顺序功能图Sequential function chart；,梯形图Ladder diagram；,功能块图Function block diagram；,指令表Instruction list；,结构文本Structured text。,81,1. 顺序功能图SFC,顺序功能图,：是一种位于其它四种编程语言之上的图形语言。,SFC不是一种独立的编程语言，而是作为PLC的辅助编程工具。它提供了一种组织程序的图形方法，主要用来编制顺序控制程序。,82,2. 功能块图FBD,功能块图FBD,是一种类似于数字逻辑电路的图形语言，但在FBD中允许嵌入别的语言。,FBD用类似数字逻辑电路与、或、非门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，信号是自左向右流动的。它适合于具有数字电路根底的设计人员使用。,83,3. 结构文本ST,结构文本ST是为IEC1131-3标准创立的一种专用的高级编程语言。,与梯形图相比，ST能实现更复杂的数学运算，同时，编写的程序更简洁和紧凑,84,4. 梯形图LD,梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，特别适用于,开关量逻辑控制,。,梯形图：由,触点,、,线圈,和用,方框表示的功能块图,组成。,公共母线,Bus bar,触点,线圈,85,5. 指令表IL,PLC指令表又称为语句表Statement List,指令表与微机的汇编语言相似，采用助记符表达式来表示操作功能，假设干条指令组成了指令表程序。,LD I0.0,O Q0.0,A,N,I0.1,= Q0.0,86,编程语言的相互转换和选用,梯形图,：用于设计复杂的开关量控制程序。,指令表,：处理某些不能用梯形图解决的问题。如数学运算，通讯设计等。,梯形图编程的程序能转换成指令表；,指令表编程的程序不一定能转换成梯形图。,87,7.4.2 S7-200编程的根本概念,西门子S7-200系列采用梯形图、指令表和功能块图3种编程语言进行编程。,通过STEP7-Micro/WIN32编程软件提供的菜单项选择项，用户可以将满足条件的梯形图、指令表和功能块图3种编程语言所编写的程序进行相互转换。,1. 编程语言,88,2. 指令集,SIMATIC指令集 ：由西门子公司提供，它的某些指令不是IEC1131-3中的标准指令。,通常SIMATIC指令的执行时间短，可使用梯形图、功能块图和语句表语言。,IEC1131指令集：只提供梯形图、功能块图语言，且指令较少。,89,3. PLC的程序结构,S7-200的,用户程序,：包括,主程序,、,子程序,和,中断程序,3种。,每个用户程序只能有一个,主程序,，主程序通过指令控制整个应用程序的执行，每次CPU扫描都要执行一次主程序。,子程序：只在被其它程序调用时执行，最多可达64个SBR0SBR63。,中断程序：可达128个INT0INT127，它由相应的中断事件触发，而不是被主程序调用。,90,4. 数据类型,位数据bit：通常用来表示开关量的状态。,各继电器、计数器和定时器的状态都采用位数据表示。,如：触点的通和断、线圈的通电和断电。,其值为二进制数“1或“0。,91,字节数据Byte：8位二进制组成1个字节。,MSB LSB,7,6,5,4,3,2,1,0,I0.1,存放器 I0,I0.5,92,16位整数Word: 2个字节组成1个字,16位有符号整数INT：二进制补码表示有符号数，最高位为符号位。,MSB,15,14,13,12,11,10,9,8,VB100,LSB,7,6,5,4,3,2,1,0,VB101,V存储空间中编号为100、101的2个字节数据。,VW100,93,32位整数Double Word： 2个字组成1个双字。,MSB LSB,31,0,VB100,VB101,VB102,VB103,VD100,94,5. 寻址方式,S7-200将信息存于不同的存储器单元中，每个单元都有唯一的地址。,S7-200访问数据的寻址方式：,立即寻址；,直接寻址；,间接寻址。,95,立即寻址：在指令中直接给出了,操作数,。通常立即寻址方式用来提供常数、设置初始值等。,直接寻址方式，即按给定地址所找到的存储单元中的内容就是,操作数,；,间接寻址方式，是在存储单元中放置一个,地址指针,，按照这一地址找到的存储单元中的数据才是所要取的操作数，相当于间接地取得数据。,96,直接寻址方式：用于位、字节、字或双字数据。,位存储单元的直接寻址：需要指定元件名称、字节地址和位号。,例如：,I0.1“I表示输入，0为字节地址，位地址为2；,MSB LSB,7,6,5,4,3,2,1,0,I0.1,I0.5,97,对字节、字或双字进行直接寻址那么需要指定元件名称、数据类型和首字节。,例如：,VB100,存取V存储空间中编号为100的字节数据。,VW100,存取VB100、VB101组成的字数据。,VD100,存取VB100VB103组成的双字数据。,98,间接寻址,在指令中给出地址指针，通过地址指针间接地访问想要访问的数据存储器或者数据对象区。间接寻址方式可寻址的区域有输入映像存储区I、输出映像存储区Q、辅助继电器区M、全局变量存储区V、定时器区(当前值)T、计数器区(当前位)C和数据块D。,间接寻址首先要建立地址指针，然后根据指针获取数据。,99,7.4.3 S7-200的编程元件,1. 输入继电器I,在PLC的输入处理阶段，PLC按顺序将所有的输入端子的接通/断开状态读入到对应的输入映象存放器中进行存储。,每个输入端子外接输入电路接通时对应的映像存放器位为ON“1状态，反之为OFF“0状态。,在梯形图中，输入继电器的常开触点和常闭触点可以被屡次使用。,100,1、按位寻址的方式单独读取某个输入点的状态。,寻址格式为：I字节地址.位地址,I0.0,I0.0,常开触点,I0.0,常闭触点,CPU224模块自带14个数字量输入点的寻址分别为：,I0.0I0.7、I1.0I1.5,。,输入继电器的四种寻址方式：,101,2、按字节,3、按字,4、按双字,寻址的寻址格式为：,I数据类型.起始字节地址。,IB0I0.0I0.7所构成的1个字节数据。,IW0由IB0和IB1所构成的字 。,ID0由IB0IB3四个字节所构成的双字,输入继电器的四种寻址方式：,102,输出继电器Q,每个输出端子的状态与PLC的输出映像存放器位对应。,当某输出映象存放器位为“1时，PLC的输出模块中该输出端子和公共端间处于导通状态，使外部负载通电工作。,反之，那么使外部负载断电，停止工作。,在控制程序中，也可以按位、字节、字和双字4种寻址的方式来存取输出映象存放器。,103,按位寻址的方式的寻址格式为：,Q字节地址.位地址,Q0.0,字节、字和双字寻址的寻址格式为：,Q数据类型.起始字节地址。,Q0.0,常开触点,Q0.0,常闭触点,线圈,Q0.0,CPU224模块自带10个数字量输出点的寻址分别为：Q0.0Q0.7、Q1.0Q1.1。,104,3. 位存储器M,位存储器M也称为内部线圈,，它们不能接收外部的输入信号，也不能直接驱动外部负载，相当于继电器控制系统的,中间继电器,，主要用来存放中间操作状态或存储相关数据。,M0.0,常开触点,M0.0,常闭触点,线圈,M0.0,S7-200 PLC的位存储器M的有效地址为：,M0.0M31.7、MB0MB31、,MW0MW30和MD0MD27，共256位，,32个字节,。,105,4. 变量存储器V,变量存储器V用于存放全局变量、程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果和与任务相关的其它数据。,V有位、字节、字和双字4种寻址的方式。,CPU221和CPU222的变量存储器V的有效地址为：V0.0V2047.7、VB0VB2047、VW0VW2046和VD0VD2043，共2048个字节；,CPU224和CPU226的变量存储器V的有效地址那么增加为：V0.0V5119.7、VB0VB5119、VW0VW5118和VD0VD5116，共5120个字节。,106,5. 局部存储器L,局部存储器L用于存放局部变量。,局部变量只能在某个局部有效。,例如，子程序不能访问分配给主程序、中断程序或其它子程序的局部变量；,中断子程序不能访问分配给主程序或子程序的局部变量。,局部变量分配时不进行初始化，初值可能是任意的。,S7-200系列PLC的局部存储器可按位、字节、字和双字4种方式寻址，共有64个字节LB0LB63。,107,6. 特殊标志位存储器SM,特殊标志位存储器SM是S7-200系列PLC为保存自身工作状态数据而建立的一个存储器SM0SM179，共180字节，它提供了CPU和用户程序之间传递信息的方法。,SM中的数据可以按位、字节、字和双字4种方式寻址。,其中，SM0SM29共30个字节只能读取，而其它的SM存储空间可读可写。,108,特殊存储器SMB0标志位,SM位,描述,SM0.0,始终为1,SM0.1,首次扫描时为1，用途之一是,调用初始化子程序,。,SM0.2,若保持数据丢失，则该位在一个扫描周期中为1。,SM0.3,开机进入RUN方式，该位将ON一个扫描周期。,SM0.4,该位提供一个周期为1分钟的时钟脉冲。,SM0.5,提供一个周期为1秒的时钟脉冲。,SM0.6,该位为扫描时钟，本次扫描时置1，下次扫描时置0。,SM0.7,指示CPU工作方式开关的位置。1为RUN。,18-8,109,7. 定时器T,定时器是累计时间增量的元件，相当于继电器系统中的时间继电器，但是用软件来实现。,S7-200有3种定时器：,接通延时定时器TON；,断开延时定时器TOF；,有记忆接通延时定时器TONR。,每种定时器有3种时基，又称为时间精度：,1ms、10ms和100ms。,18-9,110,定时器定时时间长度：,定时时间 定时精度,预设值。,1接通延时定时器TON,T,定时器号,启动定时输入端,时间预设值端,111,10秒,当前值=100,I0.0,T37,状态位,T37的定时精度,100ms,定时时间:,0.1,100=,10s,一旦I0.0常开触点断开，IN的状态为“0，无论T37当前状态如何，均被复位状态位为“0。,0,1,0,0,0,1,IN位为“1TON,开始操作,定时时间到TON由“0变为“1,112,2断开延时定时器TOF,T37,TOF,10秒,I0.0,状态位,T37的定时精度 100ms,定时时间:,0.1100=10s,0,1,1,0,IN位为“0TOF,开始操作,0,1,0,1,定时时间到TOF由“1变为“0,113,3保持型通电延时定时器TONR,0.3秒,I0.0,状态位,T1,0.3秒,T1的定时精度10ms,定时时间:,0.0160=0.6s,只有当I0.0为“1的总时间到达0.6秒，即T1的状态位才由“0变为“1。,114,定时器类型,定时精度,最大定时时间,定时器地址,TONR,1ms,32.767s,T0、T64,10ms,327.67s,T1T4,T65T68,100ms,3276.7s,T5T31,T69T95,TON,TOF,1ms,32.767s,T32,T96,10ms,327.67s,T33T36,T97T100,100ms,3276.7s,T37T63,T101T255,表7.3 S7-200定时器,115,8. 计数器C,计数器：用于累计其计数输入端脉冲电平由低变高的次数。,S7-200有3种类型的计数器：,增计数器CTU；,减计数器CTD；,增减计数器CTUD。,116,1加计数器CTU,C,计数器号,计数脉冲输入端,复位信号输入端,计数器预设值,当R“0时，CTU开始对计数，当CU端有一个脉冲上升沿电平由低变高到来时， CTU的当前值SV加1。当SVPV预设值时，计数器状态位由“0变“1。,R“1时,CTU复位,当前值SV0,状态位为“0,117,2减计数器CTD,LD“1时,计数器预设值PV存放到当前值存放器的操作，即SVPV,CTD状态为“0,当LD“0时，CTD开始对输入脉冲计数，CTD的当前值SV减1。当SV0时，计数器状态位由“0变“1，并停止计数。,C,计数器号,计数脉冲输入端,装载输入端,计数器预设值,118,3加减计数器CTUD,C,计数器号,增计数脉冲输入端,减计数脉冲输入端,复位信号输入端,计数器预设值,R“1时,SV0,状态位为“0,18-14,119,当CU端有一个脉冲上升沿电平由低变高到来时，SV加1；,当CD端有一个脉冲上升沿到来时，SV减1。,当R“0时，CTUD开始计数,当SVPV预设值时，计数器状态位为“1；,当SVPV时，计数器状态位为“0。,C,计数器号,增计数脉冲输入端,减计数脉冲输入端,复位信号输入端,计数器预设值,18-15,120,9. 高速计数器HC,高速计数器用来累计比CPU扫描速度更快的事件。,S7-200共有6个高速计数器SHC0SHC6其中，CPU221和CPU222不能使用SHC1和SHC2；,计数频率达30kHzCPU224 XP可达100KHz；,预设值和当前值使用32位带符号整数；,可以配置最多12种不同的操作模式。,121,10. 顺序控制继电器S,顺序控制继电器S用于组织机器操作或进入等效程序段的步，多用于编制顺序控制程序。,S可按位、字节、字和双字4种方式寻址。,S7-200系列PLC共有32字节S0S31的顺序控制继电器。,122,11. 模拟量输入AI,模拟量输入模块如：EM231将外部输入的模拟量转换成1个字长16位的数字量，存放在相应的模拟量输入映像存放器AI中，模拟量输入值为只读数据。,模拟量输入映像存放器的寻址方式为：AIW起始字节。起始字节必须为偶数，例如，AIW0、AIW4。,S7-200系列PLC中，CPU221不能外接模拟量输入模块，CPU222模拟量输入映像存放器的有效范围为AIW0AIW30，CPU224和CPU226那么可达AIW0AIW62。,123,12. 模拟量输出AQ,模拟量输出模块如：EM232将模拟量输出映像存放器AQ中的值，通过D/A转换为模拟量，以驱动外部模拟量控制的设备。,模拟量输出映像存放器的寻址方式为：AQW起始字节。起始字节必须为偶数，例如，AQW0、AQW4。,S7-200系列PLC中，CPU221不能外接模拟量输出模块，CPU222模拟量输出映像存放器的有效范围为AQW0AQW30，CPU224和CPU226那么可达AQW0AQW62。,124,13. 累加器AC,累加器通常用来暂时存储中间参数如：子程序的传递参数、计算的中间值等，可以象存储器那样进行读和写。,S7-200提供了4个32位的累加器AC0AC3，可以按字节、字或双字来存取累加器中的数值。,当按字节或字来存取时，只能存取AC的低8位或16位。,125,7.4.4 S7-200根本指令系统,1. 触点指令和输出指令,1触点指令,标准触点指令LD和LDN；,立即触点指令LDI和LDNI。,标准触点指令从元件映像存放器中读取触点的状态 。,立即触点指令在指令执行时，CPU直接读取其实际物理的输入值，但不更新映象存放器。,126,LD是常开触点与母线连接的指令；,LDN是常闭触点与母线连接的指令；,LDI是立即常开触点与母线连接的指令；,LDNI为立即常闭触点与母线连接的指令。,立即触点指令只能用于输入点，即其操作数为 I 。,127,2输出指令,标准输出指令；,立即输出指令I。,I 指令只能用于输出点，即操作数为Q。,当指令执行时，新数值不仅直接写入输出映像存放器，而且同时刷新实际物理输出。,输出指令：驱动线圈的输出指令。,立即输入和输出指令是为了加快系统的响应速度而设计的指令，它们允许系统对输入/输出端口(I和Q)进行直接快速地读写。,128,LD I0.0,= Q0.0,LDN I0.1,= Q0.1,LDNI I0.2,=I Q0.2,= M0.1,129,2. 逻辑与指令,逻辑与指令用于,单个触点与左边,电路进行串联。,A,是常开触点串联连接指令；,AN,是常闭触点串联连接指令。,采用该指令进行串联的触点个数没有限制 。,AI,是常开立即触点串联连接指令；,ANI,是常闭立即触点串联连接指令。,130,LD I0.0,AN M0.1,= Q0.0,A Q0.1,= Q0.2,131,3. 逻辑或指令,逻辑或指令用于,单个触点与前面,电路进行并联。,O,是常开触点的并联连接指令；,ON,是常闭触点的并联连接指令。,采用逻辑或指令进行并联的触点个数没有限制 。,OI,是常开立即触点的并联连接指令；,ONI,是常闭立即触点的并联连接指令。,132,LD I0.0,O,I0.1,ON,M0.0,AN M0.1,= Q0.0,133,4. 取非指令,取非指令NOT：,将执行该指令之前的逻辑运算结果取反，指令没有操作数,。,LD I0.0,NOT,= Q0.1,134,5.,串联电路块的并联操作指令,串联电路块,：指两个以上的触点串联连接而成的电路块。,串联电路块并联连接时用,O,LD,指令,135,每个串联电路块的起点都要用,LD或LDN指令,LD I0.0,AN M0.1,LDN I0.1,A M0.0,OLD,= Q0.1,OLD,指令：表示电路块结束，并且与上面的电路并联连接。,136,6. 并联电路块的串联操作指令,并联电路块,：指两个以上的触点并联连接而成的电路块。,并联电路块串联连接时用,ALD,指令,137,LDN I0.1,O I0.0,LD M0.0,O M0.1,ALD,= Q0.0,ALD,指令：表示电路块结束，并且与左边的电路串联连接。,138,例题,LDN I0.1,LD M0.0,O M0.1,ALD,= Q0.0,两段程序功能完全一样，但后者出现了并联电路块的串联结构，多用了一条ALD指令。,注意应将单个触点放在右边。,LD M0.0,O M0.1,AN I0.1,= Q0.0,139,7.,逻辑堆栈指令,堆栈,：是一组,暂时的存储单元,，用于,存放逻辑数据,。,S7-200提供了一个,9层的堆栈,来处理逻辑操作。,栈顶,栈底,栈顶用来存储逻辑运算的结果,。,下面的8位用来存储中间运算结果。,每一次入栈操作，新值放入栈顶，栈中的原来数据依次向下一层推移，栈底数据丧失；,140,堆栈操作S7-200有一个9位的堆栈，栈顶用来存储逻辑运算的结果，下面的8位用来存储中间运算结果。堆栈中的数据按“先进后出的原那么存取。,OLD指令对堆栈的影响,141,对堆栈进行操作时，执行各指令的情况如下：,执行LD指令时，将指令指定的位地址中的二进制数据装入栈顶。,执行A指令时，将指令指定的位地址中的二进制数和栈顶中的二进制数相“与，结果存入栈顶。,执行O指令时，将指令指定的位地址中的数和栈顶中的数相“或，结果存入栈顶。,执行LDN、AN和ON指令时，取出位地址中的数后，先取反，再做出相应的操作。,执行输出指令“=时，将栈顶值复制到对应的映像存放器。,执行ALD、OLD指令时，对堆栈第一层和第二层的数据进行“与、“或操作。并将运算结果存入栈顶，其余层的数据依次向上移动一位。最低层栈底补随机数。,142,关于堆栈1,143,关于堆栈2,144,堆栈具有“先进后出的特点：,LPS为逻辑入栈指令,iv0,iv1,iv2,iv3,iv4,iv5,iv6,iv7,iv8,LPS命令不带操作数，复制栈顶值并将其放入栈顶，栈中的原来数据依次向下一层推移，栈底数据丧失；,栈顶,栈底,iv0,iv0,iv1,iv2,Iv3,Iv4,iv5,iv6,iv7,145,每一次,出栈,操作，栈顶值弹出，栈中的原来数据依次向上一层推移，栈底值为随机数。,LPP为逻辑出栈指令,iv0,iv1,iv2,iv3,iv4,iv5,iv6,iv7,iv8,栈顶,栈底,iv0,iv0,iv1,iv2,iv3,iv4,iv5,iv6,iv7,iv0,iv1,iv2,iv3,iv4,iv5,iv6,iv7,随机数,146,LRD为逻辑读栈指令,LRD：复制堆栈中的第二个值到栈顶，取代原栈顶值，栈中其他数据不变，没有入栈或出栈操作。,iv0,iv1,iv2,iv3,iv4,iv5,iv6,iv7,iv8,iv1,iv1,iv2,iv3,iv4,iv5,iv6,iv7,iv8,147,LDS为装入堆栈指令,iv0,iv1,iv2,iv3,iv4,iv5,iv6,iv7,iv8,LDS复制堆栈中的第n(08)个数据到栈顶，原栈中数据依次向下一层推移，原栈底数据丧失。,指令：,LDS 3,iv3,iv0,iv1,iv2,iv3,iv4,iv5,iv6,iv7,148,例1：,LD I0.0,LPS,= M0.0,A I0.1,= Q0.1,LPP,A M0.1,= Q0.2,149,例2：,LD I0.0,LPS,LD I0.1,O I0.2,ALD,= Q0.1,LRD,LD I0.3,O I0.4,ALD,= Q0.2,LPP,AN I0.1,= Q0.3,LPS,LRD,LPP,150,以图7.24为例,iv0,iv1,iv2,iv3,iv4,iv5,iv6,iv7,iv8,I0.0,iv0,iv1,iv2,iv3,iv4,iv5,iv6,iv7,I0.0,I0.0,iv0,iv1,iv2,iv3,iv4,iv5,iv6,I0.1,I0.0,I0.0,iv0,iv1,iv2,iv3,iv4,iv5,X1,I0.0,I0.0,iv0,iv1,iv2,iv3,iv4,iv5,X2,I0.0,iv0,iv1,iv2,iv3,iv4,iv5,?,I0.0,I0.0,iv0,iv1,iv2,iv3,iv4,iv5,?,I0.3,I0.0,I0.0,iv0,iv1,iv2,iv3,iv4,iv5,X3,I0.0,I0.0,iv0,iv1,iv2,iv3,iv4,iv5,X4,I0.0,iv0,iv1,iv2,iv3,iv4,iv5,?,I0.0,iv0,iv1,iv2,iv3,iv4,iv5,?,?,X5,iv0,iv1,iv2,iv3,iv4,iv5,?,?,初始,LD I0.0,LPS,LD I0.1,O I0.2,ALD,LRD,LD I0.3,=Q0.1,O I0.4,X2=,X1=,=Q0.1,ALD,X3=,X4=,X5=,APP,AN I0.1,=Q0.3,1,2,151,堆栈指令例题,LD I0.0,LPS,A I0.0,= Q0.2,LPP,= Q0.3,两段程序功能完全一样，但后者使用了堆栈指令。,注意将单个线圈放在上面，可以简化程序。,LD I 0.0,= Q0.3,A I0.1,= Q0.2,152,8.,置位和复位指令,置位指令S和立即置位指令SI的功能是使操作数保持为“1ON的状态；,复位指令R和立即复位指令RI的功能是使操作数保持为“0OFF的状态。,SI和RI指令的操作数只能为Q,。,S和R指令的操作数为I、Q、M、SM、T、C、V、S、L 。,153,LD I0.0,S T1,1,R C0,8,SI Q0.0,2,RI Q0.2,1,n,，为1255 。表示由指令指定的操作数开始的,n,个点同时置位或复位。,n,m,m,，为1127 。,154,9. 空操作指令,空操作指令,NOP,：不做任何的逻辑操作，不影响程序的执行。,通常可应用于在程序中留出一个地址，便于调试程序，也可微调操作时间。 操作数,n,的取值为1255.,LD I0.0,NOP 2,155,10. 正、负跳变指令,正跳变指令EU是用作上升沿检测的触点指令，仅在该指令前的逻辑发生由“0到“1的变化时，接通一个扫描周期；,负跳变指令ED那么是用作下降沿检测的触点指令，仅在该指令前的逻辑发生由“1到“0的变化时，接通一个扫描周期。,156,LD I0.0,AN I0.1,EU,= Q0.0,LD I0.0,ED,= Q0.1,正跳变,负跳变,157,11.,暂停和结束指令,暂停指令STOP：改变CPU的运行方式从Run到Stop，从而可以立即终止程序的执行。,如果中断程序中的STOP指令执行时，那么该中断立即终止，并且忽略所有挂起的中断，继续扫描程序的剩余局部，在扫描的最后，完成CPU从Run到Stop的转变。,158,END指令,有条件结束指令END：可以根据前面的逻辑关系，终止用户主程序。,END指令只能用在主程序中,，不能在子程序或中断程序中使用。,此外，STEP7-Micro/Win32软件自动在主程序、中断程序和子程序的结尾添加无条件结束语句END、RETI和RET。,159,当I0.0和I0.1均为“1ON时，程序暂停，CPU转为Stop状态；,当I0.0和I0.2均为“1ON时，结束程序的运行。,160,12. 其它指令,S7-200功能强大的指令集还包括：比较指令、时钟指令、运算指令、传送指令、移位和循环指令、表功能指令、程序控制指令、中断和通讯指令等各种指令。,161,7.4.5 梯形图设计方法,梯形图源于继电器逻辑系统的描述，与继电器控制系统的电路图很相似，很容易被工厂熟悉继电器控制的电气人员掌握。,梯形图是最为广泛的可编程序控制器编程语