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1、可编程序控制器电子教案可编程序控制器电子教案第第1 1章章 概概 述述1.11.1可编程序控制器的由来可编程序控制器的由来 可编程序控制器可编程序控制器(Programmable Controller)(Programmable Controller)简称为简称为PC PC 可编程序逻辑控制器可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Cntroller)(Programmable Logic Cntroller) 。简称为。简称为PLC PLC 19681968年美国最大的汽车制造厂家年美国最大的汽车制造厂家通通 用汽车公司用汽车公司(GM)(GM)提出了研制可编程序控制提出了
2、研制可编程序控制 器的基本设想，即器的基本设想，即(1)(1)能用于工业现场。能用于工业现场。(2)(2)能改变其控制能改变其控制“ “逻辑逻辑” ”，而不需要变动，而不需要变动 组成它的元件和修改内部接线。组成它的元件和修改内部接线。(3)(3)出现故障时易于诊断和维修。出现故障时易于诊断和维修。19691969年，美国数字设备公司年，美国数字设备公司(DEC)(DEC)研制出研制出 了世界上第一台了世界上第一台PLCPLC。 我国我国19741974年研制，年研制，7777年应用。年应用。1.21.2可编程序控制器的定义、特点可编程序控制器的定义、特点一、一、定义：定义：可编程序控制器是一
3、种数字运算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、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设备，都应按易于使工业控制系统形成一个 整体，易于扩充
4、其功能的原则设计整体，易于扩充其功能的原则设计。” ” 二、特点二、特点 1 1编程方法简单易学编程方法简单易学 2 2功能强，性能价格比高功能强，性能价格比高 3 3硬件配套齐全用户使用方便。适应性强硬件配套齐全用户使用方便。适应性强 4 4可靠性高。抗干扰能力强可靠性高。抗干扰能力强 5 5系统的设计、安装、调试工作量少系统的设计、安装、调试工作量少 6 6维修工作量小，维修方便维修工作量小，维修方便 7 7体积小，能耗低体积小，能耗低 1.3 1.3 可编程序控制器的应用领域可编程序控制器的应用领域 1. 1.数字量逻辑控制数字量逻辑控制 2. 2.运动控制运动控制 3. 3.闭环过程控
5、制闭环过程控制 4. 4.数据处理数据处理 5. 5.通信联网通信联网1.41.4可编程序控制器的发展趋势可编程序控制器的发展趋势1 1向高性能，高速度、大容量发展向高性能，高速度、大容量发展2 2大力发展微型可编程序控制器大力发展微型可编程序控制器3. 3. 大力开发智能型大力开发智能型l lOO模块和分布式模块和分布式I IOO子系统子系统4 4基于个人计算机的编程软件取代手持式编程器基于个人计算机的编程软件取代手持式编程器5 5可编程序控制器编程语言的标准化可编程序控制器编程语言的标准化6 6可编程序控制器通信的易用化和可编程序控制器通信的易用化和“ “傻瓜化傻瓜化” ”7 7可编程序控
6、制器的软件化与可编程序控制器的软件化与PcPc化化8 8组态软件引发的七位计算机编程革命组态软件引发的七位计算机编程革命 9 9可编程序控制器与现场总线相结合可编程序控制器与现场总线相结合第第2 2章章 可编程序控制器的硬件可编程序控制器的硬件 结构与工作原理结构与工作原理2.12.1可编程序控制器的基本结构可编程序控制器的基本结构 2.1.12.1.1基本结构基本结构组成：组成：CPUCPU模块、输入模块、输出模块、模块、输入模块、输出模块、编编 程装置。程装置。 n n1 CPU1 CPU模块模块n n1 1）CPUCPU芯片芯片n n作用：作用： 在可编程序控制器控制系统中，在可编程序控
7、制器控制系统中，CPUCPU 模块相当于人的大脑，它不断地采集输入信号模块相当于人的大脑，它不断地采集输入信号 ，执行用户程序，刷新系统的输出。，执行用户程序，刷新系统的输出。n n2 2）存储器：存储器：n n作用：存放系统程序，用户程序和数据。作用：存放系统程序，用户程序和数据。n n系统程序：决定系统程序：决定PLCPLC的基本智能，由厂家设计的基本智能，由厂家设计 ，并存入，并存入ROMROM、EEPROMEEPROM。用户不能修改。用户不能修改。n n用户程序：根据要求，用用户程序：根据要求，用PLCPLC的编程语言，编的编程语言，编 制的程序，用户用编程器写入制的程序，用户用编程器
8、写入RAMRAM或或 EEPROMEEPROM。类型类型(1(1) )随机存取存储器随机存取存储器(RAM)(RAM) 用户可以用编程装置读出用户可以用编程装置读出RAMRAM中的内容，也可中的内容，也可 以将用户程序写入以将用户程序写入RAMRAM，它是易失性的存储器它是易失性的存储器 ，它的电源中断后，储存的信息将会丢失。，它的电源中断后，储存的信息将会丢失。(2)(2)只读存储器只读存储器(ROM)(ROM)ROMROM的内容只能读出，不能写入。它是非易的内容只能读出，不能写入。它是非易 失的，它的电源消失后，仍能保存储存的内容。失的，它的电源消失后，仍能保存储存的内容。 ROMROM一
9、般用来存放可编程序控制器的系统程序一般用来存放可编程序控制器的系统程序 。(3)(3)可电擦除可编程的只读存储器可电擦除可编程的只读存储器 (EEPROM(EEPROM或或E2PROM)E2PROM)它是非易失性的，但是可以用编程装置它是非易失性的，但是可以用编程装置 对它编程兼有对它编程兼有ROMROM的非易失性和的非易失性和RAMRAM的的 随机存取优点，但是将信息写入它所需的时随机存取优点，但是将信息写入它所需的时 间比间比RAMRAM长得多。长得多。EEPROMEEPROM用来存放用户用来存放用户 程序和需长期保存的重要数据。程序和需长期保存的重要数据。 2 I2 I0 0模块模块作用
10、：是系统的眼、耳、手、脚，是联系外作用：是系统的眼、耳、手、脚，是联系外 部现场和部现场和CPUCPU模块的桥梁。模块的桥梁。 1 1）输入模块）输入模块作用：接收和采集输入信号。作用：接收和采集输入信号。输人电路：设有输人电路：设有RCRC滤波电路和光电耦合器。滤波电路和光电耦合器。2 2）输出模块）输出模块作用：控制输出设备，执行装置。作用：控制输出设备，执行装置。 输出电路：晶体管和场效应管输出电路：晶体管和场效应管、双向晶闸管双向晶闸管 ，小型继电器。，小型继电器。3 3、编程装置、编程装置作用：作用： 编程装置用来生成用户程序，并对编程装置用来生成用户程序，并对 它进行编辑、检查和修
11、改。它进行编辑、检查和修改。 1 1）. .手持式编程器：不能直接输人和编辑梯手持式编程器：不能直接输人和编辑梯 形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又 叫做指令编程器。叫做指令编程器。 2 2）. .编程软件编程：在屏幕上直接生成和编编程软件编程：在屏幕上直接生成和编 辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图 程序，并可以实现不同编程语言的相互转换程序，并可以实现不同编程语言的相互转换 。4 4、电源、电源 可编程序控制器使用可编程序控制器使用220V220V交流电源交流电源 或或24V24V直流电源。内部的开关电源直
12、流电源。内部的开关电源 为各模块提供为各模块提供DC DC 5V5V、12V12V、24V24V 等直流电源等直流电源。2.1.2 2.1.2 可编程序控制器的物理结构可编程序控制器的物理结构 1 1整体式（整体式（ S7200S7200）（图）（图2-22-2） 2 2模块式模块式 (s7300(s7300和和s7400s7400系列系列)( )(图图2-3)2-3)。 2.1.3 2.1.3 可编程序控制器的外部接线可编程序控制器的外部接线CPU222CPU222模块的外部接线图模块的外部接线图( (见图见图2-6) 2-6) n nPIDPID温控模温控模 块块n n运动控制运动控制 模
13、块模块n n称重模块称重模块 n nModemModem模块模块 n n以太网模以太网模 块块 n nDP DP 模块模块 n n开关量模开关量模 块块 n nHMIHMI模块模块 机架主模块扩展功能模 块S7-300模 块扩展功能模块模块化模块化S7-200S7-200培训设备培训设备DemoLive足球生产线系统配置模块化 S7-200培训PLCPLC工作原理工作原理扫描工作方式扫描工作方式 当当PLCPLC运行时，需要进行众多的操作运行时，需要进行众多的操作而而 PLCPLC的的CPUCPU不可能同时去执行多个操不可能同时去执行多个操 作，作， 每一刻只能执行一个操作每一刻只能执行一个操
14、作 。PLCPLC工作原理工作原理扫描工作方式扫描工作方式 解决的办法：解决的办法：采用分时操作原理采用分时操作原理 由于由于CPUCPU的运算处理速度很快，所以从的运算处理速度很快，所以从 宏观上来看，宏观上来看，PLCPLC外部出现的结果似乎是同时完成的。外部出现的结果似乎是同时完成的。这种分时操作的方法称为这种分时操作的方法称为扫描工作方扫描工作方 式式 PLCPLC工作原理工作原理扫描工作方式扫描工作方式 例如：用户程序的执行（用户程序的扫描工作例如：用户程序的执行（用户程序的扫描工作 过程）过程）扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下
15、，按程序存储顺序的先后，逐条执控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫行执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行。描执行，并周而复始地重复进行。可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作方式可编程序控制器的工作方式 工作状态：工作状态： STOPSTOP：创建和编辑用户程序，设置：创建和编辑用户程序，设置PLCPLC的的 硬件功能，并可下栽到硬件功能，并可下栽到PLCPLC。RUN: RUN: 执行用户程序实现控制功能。执行用户程序实现控制功能。扫描工作方式。扫描工作方式。PLCPLC工作原理工作
16、原理PLCPLC的扫描工作过程的扫描工作过程 检查检查CPUCPU等内部硬件，对监视定等内部硬件，对监视定 时器（时器（WDTWDT）复位以及其它工作）复位以及其它工作 与其它智能装置（如编程器、与其它智能装置（如编程器、 计算机等）实现通信计算机等）实现通信 按顺序对所有输入端的状态进按顺序对所有输入端的状态进 行采样，并存入相应寄存器行采样，并存入相应寄存器对用户程序扫描执行对用户程序扫描执行 ，并将，并将 结果存入相应的寄存器结果存入相应的寄存器将寄存器中与输出有关状态，转到将寄存器中与输出有关状态，转到 输出锁存器，输出驱动外部负载输出锁存器，输出驱动外部负载 PLCPLC工作原理工作原理PLCPLC的扫描工作过程的扫描工作过程 整个过程包括内部处理、通信整个过
