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1、项目二、认识可编程序控制器一、教学目的1、掌握可编程控制器的基本知识；2、熟悉PLC的结构、工作特点及编程基础；3、了解S7-200编程软件及PLC系统的技术文件编写方法。二、教学内容任务一：了解可编程序控制器；任务二：认识S7-200系列PLC；任务三：S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式；任务四：S7-200编程软件使用。三、教学重点和难点 重点：PLC的结构及工作方式； 难点：PLC的工作方式。四、教学方法多媒体以及实训相结合的教学方法。任务一 了解可编程序控制器一、工作任务可编程控制器即Programmable Logic Controller，简称PLC。本任务通过一个PLC的
2、实际应用案例介绍，使得学生对PLC控制有一个总体的认识。（本任务以西门子公司的S7-200PLC为例，介绍PLC控制系统。）二、PLC的应用案例1、电机单向起停的继电-接触控制系统图2-1-1继电接触控制电气原理图2、PLC梯形图 图2-1-2转换成PLC梯形图的形状3、PLC硬件接线原理图 图2-1-3 PLC硬件接线图4、PLC接线示意图图2-1-4 PLC硬件接线示意图通过上述案例我们可以看出，PLC在继电接触控制系统中用来替代控制柜的主要功能。由此，继电接触控制的 “硬逻辑”将有PLC的软件来实现（“软逻辑”）。三、相关知识1、PLC的相关常识1）PLC的产生美国通用汽车公司(GM公司
3、) 1968年提出了研制新型控制装置的十项指标，其主要内容如下：(1) 编程简单，可在现场修改和调试程序；(2) 价格便宜，性价比高于继电器控制系统；(3) 可靠性高于继电器控制系统；(4) 体积小于有继电器控制柜的体积，能耗少；(5) 能与计算机系统数据通信；(6) 输入量是交流115 V电压信号（美国电网电压是110V）；(7) 输出量是交流115 V电压信号、输出电流在2 A以上，能直接驱动电磁阀等；(8) 具有灵活的扩展能力；(9) 硬件维护方便，采用插入式模块结构；(10) 用户存储器容量至少在4 KB以上。1969年，美国数字设备公司（DEC公司）首先研制成功第一台可编程控制器 P
4、DP14。接着，美国 MODICON公司也开发出可编程控制器084。1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制成了日本第一台可编程控制器 DSC8；1973年，西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器；我国从1974年也开始研制可编程控制器，1977 年开始工业应用。1980年正式将可编程序控制器命名为PC(Programmable Controller)，常将可编程序控制器简称为PLC。 2）发展方向(1).产品规模向大、小两个方向发展(2). PLC 向过程控制渗透与发展(3).PLC 加强了通信功能(4).新器件和模块不断推出(5).编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准
5、化(6).发展容错技术总结以上内容，目前PLC主要发展方向为：大容量、大型化、高速度；专用化、小型化、低成本；网络化、集成化。图2-1-4大型PLC应用示意图3）PLC应用PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保、娱乐等各行各业。其主要功能有： 开关逻辑和顺序控制 模拟控制 （A/D和D/A控制） 定时/计数控制 步进控制 运动控制 数据处理 通信联网4）PLC和其它控制技术比较（1）继电器控制与PLC控制比较相同点不同点1）符号基本类似2）结构形式基本相同3）输入、输出逻辑关系基本一致1）组成器件不同2）触点情况不同3）工作电流不
6、同4）接线方式不同5）工作方式不同（2）PLC与单片机控制系统的区别单片机控制系统具有结构简单、使用方便、价格便宜等优点，一般用于数据采集和工业控制。但由于单片机不是专门针对工业现场的自动化控制而设计的，因此与PLC相比有一下缺点。 不如PLC容易掌握 单片机一般要用机器指令或其助记符编程，这就要求设计人员具有一定的计算机硬件和软件知识，对于只熟悉机电控制的技术人员来说，需要一段时间的学习才能掌握。PLC本身是微机系统，提供给用户使用的是电控人员熟悉的梯形图语言，使用的术语仍然是“继电器”一类的术语，大部分指令与继电器触头的串联、并联、串并联、并串联等相对应，这就使熟悉机电控制的工程人员一目了
7、然。对于使用者来说，不必去关心微机的一些技术问题，而只要用较短的时间去熟悉PLC的指令系统及操作方法，才能应用到工业现场。 不如PLC使用简单 用单片机来实现自动控制，一般要在输入输出接口上做大量的工作。例如要考虑现场也单片机的连接、接口的扩展、输入输出信号的处理、接口工作方式等问题，出了要设计控制程序，还要在单片机的外围做很多软件和硬件方面的工作，调试起来也比较麻烦。而PLC的I/O口已经做好，输入接口可以与输出信号直接连线，非常方便；输出接口具有一定的驱动能力，例如继电器输出，其输出触头容量可达220V、2A。且I/O均有光耦合环节，抗干扰能力强。 不如PLC可靠 用单片机作工作控制，突然
8、问题就是抗干扰能力差。而PLC是专门应用于工业现场的自动控制装置，在系统硬件和软件上都采取了抗干扰措施。例如光电耦合、自诊断、多个CPU并行操作、冗余控制技术等。当然PLC在数据采集、数据处理等方面不如单片机。总之，PLC用于工业控制，稳定可靠，抗干扰能力强，使用方便，但单片机的统一性和适应性较强。从以上PLC和微机及单片机的区别比较可以看出：随着PLC功能的不断增强，越来越多地采用了微机技术，而单片机也为了适应用户需要，向提高可靠性、耐用性和便于维修方向发展，两者相互渗透，使PLC与单片机的差异越来越小，两者的界限也越来越模糊。今后PLC与单片机将继续共存。在一个控制系统中，使PLC集中在功
9、能控制上,使MC集中在信息处理上，两者相辅相成，共同发展。（3） PLC与集散系统的区别 PLC是由继电器控制逻辑发展而来的，而集散系统（TDCS）是由回路仪表控制发展来的。但两者的发展均与计算机控制技术有关。 早期的PLC在开关量控制、顺序控制方面有一定优势，而集散系统在回路调节模拟量控制方面有一定优势。今天，两者相互渗透、互为补充。PLC与TDCS的差别已不明显，它们都能构成复杂的分级控制。从趋势来看，两者的归宿和统一将是全分布式计算机。5）PLC的结构、分类及其特点（1）结构硬件系统CPU、存储器、总线、I/O口、通信接口、编程器电源扩展设备软件系统PLC的系统程序有三种类型： 系统管理
10、程序 用户程序编辑和指令解释程序 标准子程序与调用管理程序用户程序： 梯形图 语句表 逻辑符号图 功能表图 高级语言 系统程序用户程序编程器存 储 器输入口CPU输出口通信口系 统 总 线电源软件系统基本单元硬件系统图2-1-5 PLC结构示意图（2）分类按其点数和功能分为： 超小型机：I/O点数为64点以内，内存容量为2561000字节 小型机：I/O点数为64256，内存容量为13.6K字节，如S7-200 中型机：I/O点数为2561024，内存容量为3.613K字节，如S7-300 大型机：I/O点数为1024以上，内存容量为13K字节以上，如S7-400按其结构分为：整体式和模块式两
11、种。图2-1-6 S7-200整体式PLC的外形图图2-1-7 模块式PLC的外形图（3）可编程序控制器的特点 可靠性高，抗干扰能力强； 通用性强，使用方便； 采用模块化结构，使系统组合灵活方便； 编程语言简单、易学，便于掌握； 系统设计周期短； 对生产工艺改变适应性强； 安装简单、调试方便、维护工作量小。2、可编程序控制器的硬件PLC的硬件电路主要包括以下几个部分：中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口、电源、外部设备。（1）中央处理器（CPU）（2）CPU模块中的存储器存储器分类与特点：RAM、ROM、EPROM、EEPROM（3）基本I/O接口电路它是CPU与I/O设备之间的联接部件
12、。I/O接口电路一般采用光电耦合电路，减少电磁干扰，提高PLC可靠性。（4）输入电路输入接口接受输入设备（如：按钮、行程开关、传感器等）的控制信号。 （a） （b）（c）图2-1-8 PLC输入接口电路（5）输出电路输出接口将主机处理过的结果通过输出电路驱动输出设备（如：指示灯、电磁阀、接触器等）。继电器输出电路图2-1-9 PLC继电器输出电路晶体管、场效应管输出电路图2-1-9 PLC晶体管输出电路图2-1-10 PLC场效应管输出电路图2-1-10 PLC晶闸管输出电路3、PLC的工作原理1）PLC的等效电路PLC可以分为输入部分、逻辑部分和输出部分组成。图2-1-11PLC等效电路（1
13、）输入部分：它收集并保存被控对象实际运行的数据和信息。例如，它收集来自被控制对象上的各种开关信息或操作台上的操作命令等。（2）逻辑部分：处理输入部分所取得的信息，并按照被控对象实际的动作要求做出反映。（3）输出部分：提供正在被控制的许多装置中，哪几个设备需要实时操作处理。PLC的主要逻辑部件继电器逻辑定时器逻辑计数器逻辑触发器逻辑数据寄存器PLC的编程语言梯形图编程（Ladder）语句表编程（Statement List）功能图编程（Function Block）2）PLC的工作方式PLC一次扫描的过程，包括读输入、执行程序、处理通讯请求、执行CPU自诊断、写输出共五个阶段，其所需时间称为一个
14、工作周期（或扫描周期）。执行CPU自诊断写输出处理通讯请求执行程序一个扫描周期读输入图2-1-12 PLC工作方式示意图PLC的扫描周期与用户程序的长短和该PLC的扫描速度紧密相关。3）PLC的工作过程PLC运行时，CPU对存于用户存储器中的程序，按指令步顺序作周期性的循环扫描。PLC的扫描过程：图2-1-13 PLC扫描过程示意图（1）输入采样阶段PLC以扫描方式顺序读入输入端子的通断状态（ON/OFF），并写入相应的输入状态寄存器中，即刷新输入，接着转入程序执行阶段。（2）程序执行阶段PLC按先左后右，自上而下的顺序对每条指令进行扫描，并将相应的运算和处理结果写入输出状态寄存器中。（3）输出刷新阶段在所有指令执行完毕后，输出状态寄存器的通断状态转写入输出锁成器中，驱动相应的输出设备，产生PLC的实际输出。经过以上三个阶段，PLC完成一个扫描周期。并且不断循环下去。用一句话概括： “顺序扫描、不断循环”。4、PLC的主要技术性能1）I/O点数这是一项重要技术指标。它是指PLC的外部输入和输出端子数。小型机有几十个点，而大型机超过千点。2）用户程序存储容量指PLC存储用户程序的多少。程序指令按 “步” 存储，一 “步” 占一个地址单元，一个地址单元占两个字节，如：一个内存容量为1000步的PLC，其内存
