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1、XXXXXXXXXXX学院 创新实验论文 论文题目 PLC创新实验 指导教师 XXXXXX 姓 名 XXXXXX 学 号 XXXXXXXXXXX 专 业 电子信息工程 目 录一 PLC的概述 .3 1.1 PLC的发展历程和展望.3 1.2 PLC的基本结构.3 1.3 PLC的特点与应用领域.5 1.3.1 PLC的特点.5 1.3.2 PLC的应用领域.6二 PLC的工作原理.6 2.1 PLC的操作模式.6 2.2 PLC的工作原理.7三 PLC的硬件.9 3.1 PLC的硬件.9 3.1.1 PLC的物理结构及分类.9 3.2 CPU模块中的存储器.10 3.3 I/O模块.10 四
2、PLC的软件及其编程.124.1 PLC的编程语言与程序结构.124.2 存储器数据类型与寻址方式.134.3 位逻辑指令.164.4 PLC的梯形图程序的设计.18五 西门子S7-200 系列PLC.21 5.1 S7-200的简介.21 5.2 S7-200的特点.22 5.3 S7-200编程元件和指令系统.22六 十字路口交通信号的自动控制设计.27七 小结.33八 参考文献.35九 致谢.36 一 PLC的概述1.1 PLC的发展历程和展望1969年美国数字设备公司（DEC），研制出世界上第一台PLC，并在GM汽车生产线上应用成功。1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名
3、为可编程控制器（Programmable Controller）,简称PC。国际电工委员会（IEC）于1985年的PLC标准草案第三稿中，对PLC作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式，模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”从上述定义可以看出，PLC是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还有与其
4、他计算机通信连网等功能。PLC已广泛应用于机械，冶金，是有，化工，轻工，纺织，电力，电子，食品及交通等行业。经验表明，百分之八十以上的工业控制都用PLC来完成。长期以来，PLC处于工业自动化控制的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制应用。其主要愿意是：它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。PLC必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击。PLC需要解决的问题依然是新技术的应用，系统开放性和价格。在全球工业计算机控制领域，围绕开放与在开放过程控制系统，开放式过程控制软件及开放式数据通信协议，已经发生了巨大的变革，几乎到
5、处都有PLC，但这种趋势也许不会继续发展下去。随着软PLC控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展，安装有软PLC组态软件和基础工业PC控制系统的市场份额正在逐步得到增长，这使传统PLC供应商在PLC技术发展与提高方面做出更加开放的姿态。对于控制软件来讲，这是PLC控制器的核心，PLC供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件，而且对工业用户表现的非常积极。此外，开放式通信网络技术也得到突破和发展，其结果是将PLC融入更加开放的工业控制行业，从而使PLC面对各种冲击，比以前更为健康。1.2 PLC的基本结构 PLC主要由CPU模块，输入模块，输出模块，编程器和电源五部分组成（如图1-1）
6、。PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊任务。图1-1 PLC控制系统示意图（1） CPU模块CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储组成。在PLC控制系中CPU模块相当于人的大脑和心脏，其采用周期性循环扫描、分时操作的工作方式，不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出（2） I/O模块输入模块和输出模块简称为I/O模块，它相当于人的眼，耳，手，脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。I/O模块有三个重大作用： 传递信号，电平转换，噪声隔离。I/O模块可以分为三类：模拟量I/O模块，数字量I/O模块，特殊I/O模块输入模块（Input）输入模块用来接收和采集输入信号。PLC通过输入模
7、块检测被控对象或被控生产过程的各种参数，以这些现场数据作为PLC对被控对象进行控制的信息依据。开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号。模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流或电压信号。输出模块（Output）输出模块将PLC处理结果送给被控设备或工业生产过程，以实现控制。开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备。模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行机构。（3） 编程器编程器用来生成用户程序，并用它来编辑，检查，修改用户程序，监视用户程序执行情
8、况。编程器可以分为三类专用简易编程器：只能输入指令，不能图形编程，体积小、价廉、功能简单、通用性差专用图形编程器：支持指令及图形编程，功能较强，通用性差，价格贵通用计算机编程：使用专业软件编程，通过通信电缆与PLC交换数据，功能强大，通用性强 目前大多数PLC都具有智能通信接口和强大的通信功能，使用编程软件可用在计算机屏幕上直接生成和编辑梯形图程序或指令表程序，并可实现不同编程语言之间的转换。程序编译后通过通信电缆下载到PLC,或将PLC中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，还可以实现远程编程和传送。目前绝大多数PLC均可使用便携电脑完成程序的开发、现场监控、调试及维护工作，而不必专门购置
9、专用编程器。 （4） 电源PLC使用AC220V电源或24V电源。内部开关电源为各模块提供不同电压等级的直流电源。小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器（例如接近开关）提供DC24V电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。1.3 PLC的特点及应用领域 1.3.1 PLC的特点 （1）编程方法简单易学程序结构使用企业中电气技术人员熟悉并易于掌握的梯形图语言。电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，程序控制过程形象直观，使用的指令数量少，易学易懂，易于为熟悉梯形图控制电路的电气技术人员学习和掌握。（2）功能强、性价比高一台小型PLC内部有成百上千个可供用户使用的编程元件（如存储器、定
10、时器、计数器等），有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器控制系统相比，具有很高的性价比。PLC可以通过通信联网，组成DCS集散控制系统，实现分散控制，集中管理。（3）硬件配套齐全、用户使用方便、适应性强 PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。用户不必自己设计制作硬件装置，只需确定PLC的硬件配置和设计外部接线图即可。PLC的安装接线方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。PLC的硬件配置确定后，可以通过修改用户程
11、序，方便快速地适应工艺条件的变化。 （4）可靠性高，抗干扰能力强可靠性是自动控制系统稳定工作的重要指标。是用户选择自动控制装置的首要条件。传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替了继电器系统中容易出现故障的大量触点和接线，外部仅剩下输入和输出相关的少量硬件元件，接线大量减少，因触点接触不良的故障大为减少。（5） 系统的设计，安装，调试工作量少PLC用软件功能取代了继电气控制系统中大量的中间继电器，时间继电器，计数器等器件，使控制柜的设计，安装，接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序一般用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，
12、很容易掌握。 PLC用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场统调过程中发现问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多（6） 维修工作量小，维修方便PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速排除故障。（7） 体积小，能耗低复杂的控制系统使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2-1/10。PLC的配线比继电器控制系统的配线少得多，故可以节省大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，加上开关柜体积缩小，可以节省大量费用。1.3.2 PLC的应用领域（1） 数字量逻辑控制这是PLC最基本最广泛的应用。其输入输出均为开关量信号，控制过程与继电器控制系统最为接近，控制成本低廉，可靠性极高。可以用于单台设备，也可用于自动生产线，还可用于民用或家庭场合。（2）运动控制使用专用的运动控制模块，实现直线运动、圆周运动等场合的位置、速度等过程控制，广泛应用于各种机械的加工场合。（3）闭环过程控制通过PLC的模拟量A/D、D/A模块，可以完成模拟量和数字量之间的相互转换，实现对温度、
