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1、PLC 的基本工作原理及其 S7-200 编程 第一章第一章 实验基础入门篇实验基础入门篇 1.1 PLC 入门知识入门知识 1.1.11.1.1 概述概述 可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。 它采用可编程序的存储器，用来在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，都应按易于与工业 控制系统联成一个整体，易于扩充的原则设计 PLC 与传统的继电器逻辑相比： 1、 可靠性高、逻辑功能强、体积小。 2、 在需要大量中间继电器、时间继电器及计数继电器
2、的场合，PLC 无需增加 硬设备。 3、随着要求的变更 PLC 对程序修改方便。继电器线路要想改变控制功能，必须 变更硬接线，灵活性差。 4、 具有网络通讯功能，可附加高性能模块对模拟量进行处理，实现各种复杂 控制功能。 PLC 与工业控制计算机相比 1、PLC 继承了继电器系统的基本格式和习惯，对于有继电器系统方面知识和经 验的人来说，尤其是现场的技术人员，学习起来十分方便。 2、PLC 一般是由电气控制器的制造厂家研制生产，各厂家的产品不通用。工业 控制机是由通用计算机推广应用发展起来的，一般由微机厂、芯片及板卡制造 厂开发生产。它在硬件结构方面的突出优点是总线标准化程度高，产品兼容性 强
3、。 3、PLC 的运行方式与工业控制机不同，微机的许多软件不能直接使用。工业控 制机可使用通用微机的各种编程语言，对要求快速、实时性强、模型复杂的工 业对象的控制占有优势。但它要求使用者具有一定的计算机专业知识。 1.1.2PLC1.1.2PLC 的系统结构的系统结构 I I/ /O O 扩扩展展 单单元元 I I/ /O O 扩扩展展 接接口口 中中央央处处理理单单元元 ( (C CP PU U) ) 输输入入 接接口口 输输出出 接接口口 限限位位开开关关 手手动动开开关关 编编码码器器 数数字字开开关关 电电源源 外外部部 设设备备 接接口口 存存储储器器 系系统统 程程序序 用用户户
4、程程序序 数数 据据 编编程程器器 上上位位计计算算机机 图图形形监监控控系系统统 打打印印机机 E EP PR RO OM M写写入入器器 盒盒式式磁磁带带机机 条条码码判判读读机机 电电源源 电电磁磁阀阀 继继电电器器 指指示示灯灯 蜂蜂鸣鸣器器 1.21.2 PLCPLC 各部分的作用各部分的作用 1.2.11.2.1 CPUCPU 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。 1.2.11.2.1 存储器存储器 系统程序存储器系
5、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：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。 1.1.11.1.1输入输出接口电路输入输出接口电路 输入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。 输出接口电路：输出接口电路：
6、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。 1.2.21.2.2 电源电源 PLCPLC 的电源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。 1.2.31.2.3 输入输出输入输出 I I0 0 扩展接口扩展接口 若主机单元的 IO 点数不能满足需要时，可通过此接口用扁平电缆线将 IO 扩展单元与主机相连，以增加 I
7、O 点数。PLC 的最大扩展能力主要受 CPU 寻址能力和主机驱动能力的限制。 1.31.3 PLCPLC 的基本工作原理的基本工作原理 与微机等待命令等待命令的工作方式不同，PLC 采用循环扫描循环扫描的工作方式 CPU 从第一条指令开始按指令步序号作周期性的循环扫描，如果无跳转指 令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一 条指令，周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。 一个扫描周期主要分为三个阶段：一个扫描周期主要分为三个阶段： 1. 输入刷新阶段 2. 程序执行阶段 3. 输出刷新阶段 用 户 输 出 设 备 输 入 端 子 输 入 锁 存 器 输
8、入 映 象 寄 存 器 输 出 映 象 寄 存 器 输 出 锁 存 器 输 出 端 子 程 序 执 行 用 户 输 入 设 备 写 读 读 输入刷新 程序执行 输出刷新 一个扫描周期 输入刷新 由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的，所以亦将这两个阶 段统称为 IO 刷新阶段。实际上，除了执行程序和 IO 刷新外，PLC 还要进 行各种错误检测(自诊断功能)并与编程工具通讯，这些操作统称为“监视服务” 。 一般在程序执行后进行。 扫描周期的长短主要取决于程序的长短。 由于每一个扫描周期只进行一次 I0 刷新，故使系统存在输入、输出滞后 现象。这对于一般的开关量控制系统不但不会造成影响，
9、反而可以增强系统的 抗干扰能力。但对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要 精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞. S7-200 PLC 系统是紧凑型可编程序控制器。系统的硬件构架由成系统的 CPU 模块和丰富的扩展模块组成。它能够满足各种设备的自动化控制需求。S7- 200 除具有 PLC 基本的控制功能外，更在如下方面具有独到之处。 功能强大的指令集 指令内容包括位逻辑指令、计数器、定时器、复杂数学运算指令、PID 指 令、字符串指令、时钟指令，以及和智能模块配合的专用指令等。 丰富强大的通讯功能 S7-200 提供了近 10 种通讯方式以满足不
10、同的应用需求，从简单的 S7-200 之间的通讯到 S7-200 通过 PROFIBUS-DP 网络通讯，甚至到 S7-200 通过以太网 通讯。在联网需要已日益成为必需的今天，强大的通讯无疑会使 S7-200 为更多 的用户服务。可以说，S7-200 的通讯功能已经远远超过了小型 PLC 的整体通讯 水平。 编程软件的易用性 STEP7-MICRO/WIN32 编程软件为用户提供了开发、编辑和监控的良好编程 环境。全中文的界面、中文的在线帮助信息、WINDOWS 的界面网络以及丰富的 编程向导，能使用户快速进入状态，得心应手。 1.41.4 S7-200S7-200 编程软件编程软件 1.4
11、.1 安装条件 STEP7-MICRO/WIN32 V3.2 可以在 MICROSOFT 公司出品的如下操作系统环境 下安装： WINDOWS 95 WINDOWS 98 IIVISI/ON WINDOWS NT,VERSI/ON 4.0,SP6 WINDOWS ME EDITI/ON; WINDOWS 2000,SP2; WINDOWS XP HOME(STEP7-MICRO/WIN32 SP3 以上版本) WINDOWS XP PROFESSI/ONAL(STEP7-MICRO/WIN32 SP3 以上版本) 硬件要求： 任何能够运行上述操作系统的 PC 或 PG（编程器） 100M 硬盘
12、空间； WINDOWS 系统支持的鼠标； 推荐使用最小屏幕分辨率 1024768，小字体。 1.4.2 安装步骤 关闭所有应用程序，包括 MICROSOFT OFFICE 快捷工具栏；在光盘驱动器内 插入安装光盘。如果没有禁止光盘插入自动运行，安装程序会自动运行；或者 在 WINDOWS 资料管理器中打开安装光盘上的“SETUP.EXE”文件，然后按照安装 程序的提示完成安装就行。 *具体操作详见深入浅出西门子 S7-200 PLC的 P30-P34. 2.5.3 STEP-MICRO/WIN32 简介 STEP-MICRO/WIN32 窗口元素如下图所示： 浏览条 指令树 交叉引用数据块 状
13、态图 符号表 输出窗口 状态条 程序编辑器 局部变量表 “浏览条浏览条”显示编程特性的按钮控制群组： “视图视图” 选择该类别，为程序块、符号表，状态图，数据块，系统 块，交叉引用及通讯显示按钮控制。 “工具工具” 选择该类别，显示指令向导、TD200 向导、位置控制向导、 EM 253 控制面板和调制解调器扩充向导的按钮控制。 注释：当浏览条包含的对象因为当前窗口大小无法显示时，浏览条显 示滚动按钮，使您能向上或向下移动至其他对象 。 “指令树指令树”提供所有项目对象和为当前程序编辑器（LAD、FBD 或 STL）提供的所有指令的树型视图。您可以用滑鼠右键单击树中“项目”部分的 文件夹，插入
14、附加程序组织单元（POU） ；您可以用滑鼠右键单击单个 POU，打 开、删除、编辑其属性表，用密码保护或重新命名子例行程序及中断例行程序。 您可以用滑鼠右键单击树中“指令”部分的一个文件夹或单个指令，以便隐藏 整个树。您一旦打开指令文件夹，就可以拖放单个指令或双击，按照需要自动 将所选指令插入程序编辑器窗口中的光标位置。您可以将指令拖放在“偏好” 文件夹中，排列经常使用的指令。 “交叉引用交叉引用”允允许您检视程序的交叉引用和组件使用信息。 “数据块数据块” 允许您显示和编辑数据块内容。 “状态图窗口状态图窗口”允许您将程序输入、输出或变量置入图表中，以便追 踪其状态。您可以建立多个状态图，以
15、便从程序的不同部分检视组件。每个状 态图在状态图窗口中有自己的标记。 “符号表全局变量表窗口符号表全局变量表窗口”允许您分配和编辑全局符号（即可在任 何 POU 中使用的符号值，不只是建立符号的 POU） 。您可以建立多个符号表。可 在项目中增加一个 S7-200 系统符号预定义表。 “输出窗口输出窗口”在您编译程序时提供讯息。当输出窗口列出程序错误时， 可双击错误讯息，会在程序编辑器窗口中显示适当的网络。当您编译程序或指 令库时，提供讯息。当输出窗口列出程序错误时，您可以双击错误讯息，会在 程序编辑器窗口中显示适当的网络。 “状态条状态条”提供您在 STEP 7-MICRO/WIN 32 中
16、操作时的操作状态信息。 “程序编辑器窗口程序编辑器窗口”包含用于该项目的编辑器（LAD、FBD 或 STL）的 局部变量表和程序视图。如果需要，您可以拖动分割条，扩充程序视图，并覆 盖局部变量表。当您在主程序一节（OB1）之外，建立子例行程序或中断例行程 序时，标记出现在程序编辑器窗口的底部。可单击该标记，在子例行程序、中 断和 OB1 之间移动。 “局部变量表局部变量表”包含您对局部变量所作的赋值（即子例行程序和中断 例行程序使用的变量） 。在局部变量表中建立的变量使用暂时内存；地址赋值由 系统处理；变量的使用仅限于建立此变量的 POU。 “菜单条菜单条”允许您使用滑鼠或键击执行操作。您可以定制“工具”菜 单，在该菜单中增加自己的工具。 “工具条工具条”最常用的 STEP 7-MICRO/WIN 32 操作提供便利的
