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1、2018/11/2,第一章 概述,1,国际电工委员会(IEC)在1985年的可编程序控制器标准草案第3稿中，对可编程序控制器作了如下定义：“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。”,第一部分概述、结构及原理,PLC应用技术,2018/11/2,第一章 概述,2,2018/11/2,第一章 概述,3,CPU模块相
2、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。,1 CPU模块,PLC基本结构,PLC主要由电源模块、CPU模块、输入模块、输出模块、编程器等几部分组成。,2018/11/2,第一章 概述,4,2存储器,存储器(内存)主要用于存储程序及数据。PLC中的存储器一般包括系统程序存储器和用户程序存储器两部分。系统程序存储器用于存储整个系统的监控程序，一般采用只读存储器(Read Only Memory，ROM)，具有掉电不丢失信息的特性。用户程序存储器用于存储用户根据工艺要求或控制功能设计的控制程序，早期一般采用随机读写存储器(Random Access Memory，RAM)，
3、需要后备电池在掉电后保存程序。目前则倾向于采用电可擦除的只读存储器(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory，EEPROM或E2PROM)或闪存(Flash Memory)，免去了后备电池的麻烦。,2018/11/2,第一章 概述,5,输入模块用来接收和采集输入信号。数字量(或称开关量)输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的数字量输入信号；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电压信号。数字量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数
4、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、变频器等执行装置。,3IO模块,2018/11/2,第一章 概述,6,编程装置用来生成用户程序，并对它进行编辑、检查和修改。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序。使用编程软件可以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程序，并可以实现不同编程语言的相互转换。程序被编译后下载到可编程序控制器，也可以将可编程序控制器中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。给S7-200编程时，应配备一台安装有STEP7-MicroWIN 32编程软件的计算机和一根连接计算
5、机和可编程序控制器的PCPPI通信电缆。,4编程装置,2018/11/2,第一章 概述,7,可编程序控制器使用220V或110V交流电源或24V直流电源。内部的开关电源为各模块提供DC 5V、12V、24V等直流电源。,5电源,PLC的应用领域,1数字量逻辑控制,2运动控制,3闭环过程控制,4数据处理,5通信联网,2018/11/2,第一章 概述,8,1整体式PLC整体式又叫做单元式或箱体式，小型可编程序控制器一般采用整体式结构。整体式可编程序控制器将CPU模块、IO模块和电源装在一个箱型机壳内，称为基本单元，S7-200称为CPU模块。,2018/11/2,第一章 概述,9,大、中型可编程序
6、控制器(如S7-300和S7-400系列)一般采用模块式结构，它由机架和模块组成。模块插在模块插座上，后者焊在机架中的总线连接板上。可编程序控制器厂家备有不同槽数的机架供用户选用，如果一个机架容纳不下所选用的模块，可以增设一个或数个扩展机架，各机架之间用I0扩展电缆相连。 整体式可编程序控制器每一IO点的平均价格比模块式的便宜，在小型控制系统中一般采用整体式结构。但是模块式可编程序控制器的硬件组态方便灵活，IO点数的多少、输入点数与输出点数的比例、IO模块的种类和块数、特殊I0模块的使用等方面的选择余地都比整体式可编程序控制器大得多，维修时更换模块、判断故障范围也很方便，因此较复杂的、要求较高
7、的系统一般选用模块式可编程序控制器。,2模块式可编程序控制器,2018/11/2,第一章 概述,10,S7-400模块式PLC,2018/11/2,第一章 概述,11,PLC模块中的存储器,随机存取存储器（RAM） RAM是易失性的存储器，它的电源中断后，储存的信息将会丢失。可用锂电池保存RAM中的用户程序和某些数据。锂电池可用13年，需要更换锂电池时，由PLC发出信号，通知用户。现在部分PLC仍用RAM来储存用户程序。,只读存储器（ROM） ROM的内容只能读出，不能写入。电源切断后，仍能保存储存的内容。ROM一般用来存放PLC的系统程序。 可电擦除可编程的只读存储器（EEPROM）它是非易
8、失性的，兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点，但是将信息写入它所需的时间比RAM长得多。,2018/11/2,第一章 概述,12,输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号。下图是某直流输入模块的内部电路和外部接线图，图中只画出了一路输入电路，1M是同一输入组内各输入信号的公共点。S7-200可以用CPU模块输出的 24V直流电源作为输入回路的电源，它还可以为接近开关、光电开关之类的传感器提供24V直流电源。,1输入模块,2018/11/2,第一章 概述,13,2输出模块,输出模块的功率放大元件有驱动直流负载的大功率晶体管和场效应管、驱动交流负载的
9、双向晶闸管，以及既可以驱动交流负载又可以驱动直流负载的小型继电器。输出电流的典型值为05-2A，负载电源由外部现场提供。继电器输出电路。 场效应管输出电路,2018/11/2,第一章 概述,14,可编程序控制器的工作方式,可编程序控制器有两种工作方式，即RUN(运行)方式与STOP(停止)方式。在RUN方式，通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。在CPU模块的面板上用“RUN”LED显示当前的工作方式。 在STOP方式，CPU不执行用户程序，可用编程软件创建和编辑用户程序，设置可编程序控制器的硬件功能，并将用户程序和硬件设置信息下载到可编程序控制器。,返回,1 工作模式,2018/11
10、/2,第一章 概述,15,可编程序控制器的工作原理,可编程序控制器通电后，需要对硬件和软件做一些初始化的工作。为了使可编程序控制器的输出及时地响应各种输入信号，初始化后反复不停地分阶段处理各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。,RUN状态,返回,2018/11/2,第一章 概述,16,CPU模块的类型,返回,21X和CPU22X两代产品，其中CPU22X型PLC有CPU221，CPU 222，CPU 224和CPU 226四种基本型号。,第二部分 S7-200PLC类型的选择,S7-200PLC类型的选择主要依据项目的I/O点数来选择CPU的类型，通过其他的要求来选择相应
11、的各类扩展模块。,2018/11/2,第一章 概述,17,S7-200系列CPU的应用区别,2018/11/2,第一章 概述,18,S7-200系列PLC为方便工程使用，提供了种类丰富的数字量扩展模块，有单独的输入模块EM221(8路扩展输入)；有单独的输出模块EM222(8路扩展输出)；有I/O混合模块EM223(具有8I/O 、16I/O、32I/O等多种配置)。,2. 数字量模块的型号与性能,2018/11/2,第一章 概述,19,常用数字量输入扩展模块接线图,2018/11/2,第一章 概述,20,2018/11/2,第一章 概述,21,数字量输出扩展模块接线图,2018/11/2,第
12、一章 概述,22,(1) 不同的主机最大可扩展模块数量有限，CPU221不能扩展，CPU222只能扩展两个模块，CPU224、CPU226能够扩展7个模块。(2) 扩展模块消耗的总电流不能超过CPU模块能够提供的最大电流。(3) 扩展总点数不能大于I/O映像寄存器的总数。因为CPU模块对数字量的寻址都是以8位寄存器为一个单位的，对数字量扩展模块也是相同的。若某一模块的数字量I/O不是8的整倍数，则余下的空地址也不会分配给其他模块。例如对于CPU224模块，本机输入地址为I0.0I0.7和I1.0I1.5，输出地址为Q0.0Q0.7和Q1.0Q1.1。若扩展一个4输入、4输出的EM223数字量扩
13、展模块，则扩展模块输入地址为I2.0I2.3，输出地址为Q2.0Q2.3。地址I1.6I1.7与Q1.2Q1.7都不能与外部接口对应，即它们是未用位。对于输出寄存器中没有使用的位，可以像使用内部存储器标志位一样使用。但对于输入寄存器中没有使用的位，由于每次输入更新时都把未用位清0，所以不能作为内部存储器标志位使用。,3. 限制数字量模块扩展数量的几个因素,2018/11/2,第一章 概述,23,模拟量模块种类,2018/11/2,第一章 概述,24,模拟量扩展模块输入规范,2018/11/2,第一章 概述,25,模拟量输入扩展模块接线图,2018/11/2,第一章 概述,26,模拟量输出扩展模
14、块接线图,2018/11/2,第一章 概述,27,返回,2018/11/2,第一章 概述,28,垂直安装时，注意允许的环境温度比水平安装要低10摄氏度，CPU应安装在所有扩展模块的下方。,PLC的安装,2018/11/2,第一章 概述,29,交流电源系统的外部接线,直流电源系统的外部接线,第三部分 PLC的外部接线,2018/11/2,第一章 概述,30,第四部分 编程 5种编程语言的表达方式：(1)顺序功能图(Sequential Function Chart)(2)梯形图(Ladder Diagram)(3)功能块图(Function Block Diagram)(4)指令表(Instru
15、ction List)。(5)结构文本(Structured Text)。,2018/11/2,第一章 概述,31,PLC的程序结构,S7-200CPU的控制程序由主程序、子程序和中断程序组成。,1) 主程序,主程序是程序的主体，每一个项目都必须并且只能有一个主程序。在主程序中可以调用子程序和中断程序。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。,返回,2018/11/2,第一章 概述,32,2) 子程序,子程序是一个可选的指令的集合，仅在被其它程序调用时执行。同一地方被多次调用，使用子程序可以简化程序代码和减少扫描时间。设计得好的子程序容易移植到别的项目中去。,3
16、) 中断程序,中断程序是指令的一个可选集合，中断程序不是被主程序调用，它们在中断事件发生时由可编程序控制器的操作系统调用。中断程序用来处理预先规定的中断事件，因为不能预知何时会出现中断事件，所以不允许中断程序改写可能在其他程序中使用的存储器。,2018/11/2,第一章 概述,33,位存储单元的地址由字节地址和位地址组成，如I3.2，其中的区域标识符“I表示输入(Input)，字节地址为3，位地址为2(见图)。这种存取方式称为“字节位”寻址方式。输入字节IB3(B是Byte的缩写)由I3.0I3.7这8位组成。,位数据的存放,数据在存储器中存取的方式,位、字节、字和双字,2018/11/2,第一章 概述,34,相邻的两个字节组成一个字，VWl00表示由VBl00和VBl01组成的1个字(见图)，VWl00中的V为区域标识符，W表示字(Word)，100为起始字节的地址。 VDl00表示由VBl00-VBl03组成的双字，V为区域标示符，D表示存取双字(Double Word)，100为起始字节的地址。,
