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1、 PLC原理与应用机械与汽车工程学院 主 讲：钱 钧 电 邮： 地 址：机械楼604室2013年4月9日Principles and Applications of PLC第二章 PLC的工作原理n2.1 继电器n2.2 PLC的循环扫描方式n2.3 常用PLC简介12.1 继电器n继电器的组成n(常开、常闭)触点、线圈、衔铁，等N.O.N.C.22.1 继电器n继电器的作用n功率放大n线圈的工作电压：直流、交流n控制回路（例如：电机主回路为几十A）n可以作为中间继电器，控制交流接触器，从而控制电机通断n电气隔离n线圈工作电压与触点间电压无关32.1 继电器n继电器的作用n逻辑运算n例：启保停
2、电路KM=(SB1+KM)SB2与 M=AB或 M=A+B非 M=A42.1 继电器n继电器的作用n逻辑运算n例：启保停电路52.1 继电器n继电器输出的特点n驱动电流大，响应慢，有机械寿命。适用于驱动中间继电器、接触器的线圈、指示灯等动作频率不高的场合。 n很多硬件都是一种继电器n例如：定时器、计数器、温控仪62.1 继电器n继电器（Relay）控制 v.s. PLC控制n控制方式nRelay 采用硬件接线，利用机械触点的串、并联，形成控制逻辑，只能完成逻辑控制。nPLC 采用存储逻辑，控制逻辑以程序方式存储在内存中。n控制速度nRelay 工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。nPLC
3、速度快，微秒级，能够严格同步，无触点抖动。nPLC可以等价为软继电器、虚拟继电器。72.2 PLC的循环扫描方式n循环扫描方式n周期扫描方式nCPU从第一条指令开始执行，遇到结束符（End）后返回第一条，不断循环。n抗干扰能力强，但响应速度较慢。n定时中断方式n输入中断方式n通信方式n微机：等待命令方式顺序扫描，不断循环！82.2 PLC的循环扫描方式n循环扫描过程中五个阶段的任务n内部处理阶段n通信处理阶段n输入(I)刷新阶段n程序执行阶段n输出(O)刷新阶段n由系统程序实现n由PLC的制造企业编制，固化在PROM或EPROM中，安装在PLC上。包括：系统管理程序、用户指令解释程序和供系统调
4、用的标准程序模块等。92.2 PLC的循环扫描方式n上电初始化n进行系统初始化处理n清除内部继电器区，复位定时器等n检查电源、内部电路、用户程序的语法等102.2 PLC的循环扫描方式n内部处理阶段n检查用户程序存储器是否正常n扫描周期nI/0单元的连接n复位监控定时器（WDT）n如果出现错误，发出报警信号、停止运行PLC。n通信处理阶段n进行PLC与微机之间、或PLC与PLC之间的信息交换。112.2 PLC的循环扫描方式n输入刷新阶段n以扫描方式把输入信息的状态存入输入映像寄存器。（读入全部输入端子的通断状态，并保存。）n在程序执行阶段，即使输入状态发生变化，输入映像寄存器的内容也不会改变
5、，直到下一个扫描周期的相应阶段。n输出刷新阶段n将输出映像寄存器的通断状态经输出锁存寄存器、输出电路送到输出点，成为PLC的实际输出。122.2 PLC的循环扫描方式n程序执行阶段n自上而下，逐条读用户程序并执行。n以扫描的方式按顺序逐句扫描处理，扫描一条执行一条，并把运算结果存入输出映像寄存器对应的位中。n用户程序n用户根据生产过程控制的需要，使用编程语言自行编制的应用程序。n包括：开关量逻辑控制、模拟量运算程序、闭环控制程序、操作站系统应用程序等。132.2 PLC的循环扫描方式n执行用户程序的过程 执行用户程序执行用户程序输入刷新输入刷新 输出刷新输出刷新142.2 PLC的循环扫描方式
6、n执行用户程序的过程读读读读读读写写写写 执行用户程序执行用户程序输入刷新输入刷新 输出刷新输出刷新Q0.1 I1.0 I0.0I0.1Q0.0输输入入端端子子输输入入电电路路用用户户输输入入设设备备输输入入映映像像寄寄存存器器输输出出电电路路输输出出端端子子输输出出映映像像寄寄存存器器输输出出锁锁存存器器 用用户户输输出出设设备备( )( )152.2 PLC的循环扫描方式n扫描周期n由多个阶段任务所需时间的和。n约为0.1100ms。一个扫描周期一个扫描周期 O刷新刷新 I刷新刷新执行指令执行指令 内部处理内部处理 通信处理通信处理162.2 PLC的循环扫描方式n系统响应时间（输入输出滞
7、后时间）n是指PLC外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，大约几十毫秒。n影响因素n输入滤波的时间n输出电路的滞后n扫描周期172.2 PLC的循环扫描方式n中断程序的处理n不是由用户程序调用，而是在中断事件发生时，由系统程序调用。n中断的优先级处理和输出n由于PLC扫描输入点是按顺序进行的，因此中断源的先后顺序根据其占用的输入点位置而自动排序，当系统接到中断申请后便顺序扫描中断源。n在扫描中断源的过程中，就在存储器的一个特定区里建立中断处理表，按顺序存放中断信息，然后系统按照该表顺序先后转至相应的中断子程序去处理。182.2 PLC的循环扫描方式n
8、中断程序的处理n中断的优先级处理和输出nPLC的中断源有优先顺序，一般无嵌套关系，即在中断程序执行中，如果有新的中断发生，无论它的优先顺序如何，都不能中断正在执行的中断程序。只有在原中断处理程序结束后，才能进行新的中断处理。 nPLC正常的输入/输出处理是在扫描周期内的某一个阶段进行的，对于中断处理子程序中有关信息的输出必须采取特殊处理，即这部分输出信息不通过周期扫描方式输出，而利用专门的硬件或软件去立即执行。 192.2 PLC的循环扫描方式n中断程序的处理用户程序结构202.2 PLC的循环扫描方式nPLC工作方式小结n循环扫描，具有周期性，定时完成n在每个扫描周期内，只进行一次输入和输出
9、的操作。n对用户程序而言，要处理的输入信号是输入映像寄存器的信号，而不是实际的信号。运算处理后的输出信号被放到输出映像寄存器中，而不是直接输出到现场的信号。n以串行方式执行多个阶段的任务212.2 PLC的循环扫描方式nPLC的两种基本工作状态n运行（RUN）状态n执行用户程序，实现控制功能n停止（STOP）状态n创建和编辑用户程序，设置PLC的硬件功能n下载程序到PLC222.2 PLC的循环扫描方式n在PLC的面板上，通常有状态指示灯，用于显示RUN/STOP状态西门子S7-200PLC西门子S7-1200PLC232.3 常用PLC简介n西门子PLC S7-200n即将停产？n西门子PL
10、C S7-200 SMARTnS7-200的升级产品n西门子PLC S7-1200n面向中低端市场的新一代PLC242.3.1 西门子PLC S7-200n西门子SIMATIC S7家族nS7-400 中/大型nS7-300 中/小型nS7-200 微型nCPU221,222,224,226252.3.1 西门子PLC S7-200n西门子S7-200 CPU CPU 226CPU 226 8K 8K 字节字节 5K 5K 字节字节 24/1624/16 32/32 32/32 0.37 0.37 usus 256 256 256 256 256 256 256 256 内置内置 标准标准 标
11、准标准 6 6个个 30 30KhzKhz 2 2个个 20 20KhzKhz 2 x RS 485 2 x RS 485n 用户程序区n 数据存储区n CPU 内置DI / DO点数n AI / AO点数 n 扫描时间/ 1 条指令n 最大DI/DO点数 n 位存储区 n 计数器n 计时器 n 时钟功能n 数字量输入滤波n 模拟量输入滤波n 高速计数器n 脉冲输出n 通讯口 CPU 222CPU 222 4 K 4 K字节字节 2 K 2 K字节字节 8/6 8/6 16/16 16/16 0.37 0.37 usus 256 256 256 256 256 256 256 256 可选可选
12、 标准标准 标准标准 4 4个个 30 30KhzKhz 2 2个个 20 20KhzKhz 1 x RS 4851 x RS 485 CPU 221CPU 221 4 K 4 K字节字节 2 2 K K字节字节 6/4 6/4 无无 0.37 0.37 us us 256 256 256 256 256 256 256 256 可选可选 标准标准 N/AN/A 4 4个个 30 30KhzKhz 2 2个个 20 20KhzKhz 1 x RS 485 1 x RS 485 CPU 224CPU 224 8 K8 K字节字节 5 K 5 K字节字节 14/10 14/10 32/32 32/
13、32 0.37 0.37 usus 256 256 256 256 256 256 256 256 内置内置 标准标准 标准标准 6 6个个 30 30KhzKhz 2 2个个 20 20KhzKhz 1 x RS 4851 x RS 485262.3.1 西门子PLC S7-200n西门子S7-200 CPU的扩展功能(使用扁平电缆)nCPU221 n数字量 10点nCPU222n数字量 40入/38出=78n模拟量 8入或4出 或 8入/2出nCPU224n数字量 94入/74出=168n模拟量 28入或14出 或 28入/7出nCPU226n数字量 128入/120出=248n模拟量 2
14、8入或14出 或 28入/7出最大最大7 7个模块个模块最大最大7 7个模块个模块最大最大2 2个模块个模块无扩展能力无扩展能力272.3.1 西门子PLC S7-200n西门子S7-200 PLC的功能n高速处理能力(每条二进制指令执行速度0.37S)n通讯功能(PPI、MPI、自由口、Profibus-DP和As-I)n内置最多六路高速计数器（HSC）(30KHz)n内置两路高速脉冲输出n内置脉冲捕捉功能n立即输入/输出功能n高速中断响应(中断触发后200S)n8路PID回路控制282.3.1 西门子PLC S7-200n西门子S7-200 PLC的功能n脉冲捕捉功能n每个CPU内置的数字
15、量输入点均可独立地设置脉冲捕捉功能，可识别宽度很小的脉冲292.3.1 西门子PLC S7-200n西门子S7-200 PLC的功能n高速计数功能n不占用CPU扫描时间n包括：加计数、减计数、加/减计数302.3.1 西门子PLC S7-200n西门子S7-200 PLC的功能n高速脉冲输出功能n具有脉宽调制（PWM）和脉冲序列输出（PTO）两种模式。PWM提供可变占空比的脉冲输出。PTO提供的一组脉冲在电机加、减速时频率线性变化。n脉冲输出频率为20KHz。不影响CPU扫描速度。脉冲输出用于控制步进电机驱动驱动脉冲输出用于控制加热器加热器加热器312.3.1 西门子PLC S7-200n西门
16、子S7-200 PLC的功能n数字量、模拟量滤波功能nCPU内置的数字量输入点设置 0.2ms12.8ms 的滤波时间，降低噪音干扰。n对于CPU222,CPU224和226，可为所有的模拟量输入点设置滤波功能。322.3.1 西门子PLC S7-200n西门子S7-200 PLC的编程线缆n使用PC/PPI电缆与计算机的串口连接332.3.1 西门子PLC S7-200n西门子S7-200 PLC的编程软件nSTEP 7-Micro/WIN342.3.1 西门子PLC S7-200n西门子S7-200 PLC的编程软件nSTEP 7-Micro/WIN中的基本指令n 位逻辑指令n 比较指令n
17、 SlMATIC 计时器指令n 计数器指令n 高速计数器指令n 脉冲输出指令n 时钟指令n 整数数学运算指令n 实数数学运算指令n 赋值指令n表格指令n 逻辑操作指令n 移位循环指令n 转换指令n 程序控制指令n 通讯指令n 逻辑堆栈指令n NETR, NETW 指令n PID 指令n 352.3.1 西门子PLC S7-200n西门子S7-200 PLC的触摸屏n615英寸触摸屏362.3.1 西门子PLC S7-200n例：西门子S7-224XP CN PLCn基本配置n数字量 14输入/10输出，共24个I/O点n模拟量 2输入/ 1输出，共 3个I/O点n通讯口 2RS-485 订货数
18、据订货数据订货号订货号CPU224XPCN24VDC电源电源24VDC输入输入24VDC输出输出6ES7214-2AD23-0XB8100230VAC电源电源24VDC输入输入继电器输出继电器输出6ES7214-2BD23-0XB8372.3.1 西门子PLC S7-200n例：西门子S7-224XP CN PLCn应用n自动化机械的遥控面板382.3.2 西门子PLC S7-200 SMARTn2012年7月30日，南京，西门子发布了新款的小型PLC，命名为S7-200 SMART。 参考网文“西门子的刺刀，S7-200 SMART PLC评测报告” CPU SR6C扩展模块392.3.2
19、西门子PLC S7-200 SMARTnS7-200 SMART有6款CPUnSR20，SR40/ST40，SR60/ST60，CR40。n其中，20点一款，40点3款，60点2款。其中包括一款40点不带扩展功能的经济型。n最大的扩展能力目前可以达到188点。402.3.2 西门子PLC S7-200 SMART412.3.2 西门子PLC S7-200 SMART422.3.2 西门子PLC S7-200 SMARTnS7-200 SMART的CPU速度n提高到了0.15us每个位指令PLC布尔指令执行时间对比欧姆龙三菱台达S7-1200 0.085 s 0.1432.3.2 西门子PLC
20、S7-200 SMARTnS7-200 SMART的通讯功能n集成一个RS485口n支持扩展板功能n集成了以太网，用来编程或组网皆可n目前不支持ProfiBus协议442.3.2 西门子PLC S7-200 SMARTnS7-200 SMART的编程软件n在S7-200的Micro/Win基础上发展起来，指令基本没有变化，界面更加友好，易于掌握。n安装包小于100M。452.3.2 西门子PLC S7-200 SMARTnS7-200 SMART的运动控制 n支持3路伺服控制的能力n定位为低端市场，价格会比S7-200低，尤其是不具备扩展能力的经济型CPU。 462.3.3 西门子PLC S7
21、-1200n2009年5月18日，西门子自动化系统部西门子北京中心正式发布了全新小型可编程控制器系列SIMATICS7-1200系列PLC。CPUCPU扩展模块472.3.3 西门子PLC S7-1200nS7-1200有4款CPUn1211C，1212C，1214C，1215C。n可以在CPU的前面增加一块信号板（SB），以扩展数字或模拟I/O，而不必改变控制器的体积。n信号模块（SM）连接到CPU的右侧，以进一步扩展数字或模拟I/O容量。n通讯模块（CM）连接到CPU的左侧。482.3.3 西门子PLC S7-1200nS7-1200的通讯功能n配备了集成PROFINET接口，完全兼容工业
22、以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术 n集成 SIMATIC STEP 7 工程组态系统（用于编程）nSIMATIC HMI 精简系列面板（用于可视化）n其它控制器（用于 PLC 间的通讯）n第三方设备（用于可选的高级集成）新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。 以太网接口？492.3.3 西门子PLC S7-1200nS7-1200的编程软件nSTEP7 TIA PORTAL V11 SP2组态配置、设置50课外阅读n基于PROFINET的工厂自动化nTCP/IP标准通讯，用于工厂控制级 n实时（RT）通讯，用于传感器和执行器设备之间的数据交换n同步实时（IRT）通讯，用于运动控制51谢谢听讲，下次再见！课件下载请到 Email: Pass: robotics下一讲：PLC编程语言与 基本逻辑指令
