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1、会计学1PLC的硬件的硬件(yn jin)与工作原理与工作原理第一页，共65页。1 1整体式整体式PLCPLC又叫一体化PLC，它的CPU模块和I/O模块、电源模块等装在一个箱体内，结构非常紧凑(jncu)，它的体积小，价格低，主要用于小型或微型PLC。整体式PLC又分为基本单元和扩展单元两种。基本单元：它有CPU模块和I/O模块、电源模块，是一台完整的PLC，可以单独使用。扩展(kuzhn)单元：内部只有I/O模块和电源，主要用于扩展(kuzhn)基本单元上的I/O点数，不能单独使用。 基本单元和扩展(kuzhn)单元之间用扁平电缆连接。 第1页/共64页第二页，共65页。整体式整体式整体式
2、整体式PLCPLCPLCPLC提供多种不同提供多种不同提供多种不同提供多种不同I/OI/OI/OI/O点数的基本单元和扩展点数的基本单元和扩展点数的基本单元和扩展点数的基本单元和扩展(kuzhn)(kuzhn)(kuzhn)(kuzhn)单元供用户选用。单元供用户选用。单元供用户选用。单元供用户选用。 第2页/共64页第三页，共65页。扩展扩展(kuzhn)(kuzhn)单元的使用单元的使用n n基本单元和扩展单元之间用扁平电缆连接。基本单元和扩展单元之间用扁平电缆连接。n n有的有的PLCPLC有全输入型和全输出型的扩展单元。选用不同有全输入型和全输出型的扩展单元。选用不同I/OI/O点数的
3、基本单元和扩展单元，可以组成点数的基本单元和扩展单元，可以组成(z chn)(z chn)不同不同I/OI/O点数的点数的PLCPLC控制系统，满足用户不同要求。控制系统，满足用户不同要求。第3页/共64页第四页，共65页。2 2模块模块(m kui)(m kui)式式PLCPLCn n由框架和模块用搭积木的方式组成系统，模块插在模块插座上，由框架和模块用搭积木的方式组成系统，模块插在模块插座上，后者焊在框架的总线连接板上，主要用于大中型后者焊在框架的总线连接板上，主要用于大中型PLCPLC和部分小和部分小型型PLCPLC。n nCPUCPU模块、开关量模块、开关量I/OI/O模块、电源模块、
4、模拟量模块、电源模块、模拟量I/OI/O模块和其它模块和其它特殊的功能模块等在结构上相互独立，用户可根据具体的应用特殊的功能模块等在结构上相互独立，用户可根据具体的应用要求，选用合适的模块，安装在固定的机架上或导轨上，构成要求，选用合适的模块，安装在固定的机架上或导轨上，构成一个完整一个完整(wnzhng)(wnzhng)的的PLCPLC控制系统。控制系统。n nPLCPLC厂家备有不同槽数的框架供用户选用，如果一个框架容纳厂家备有不同槽数的框架供用户选用，如果一个框架容纳不下所选用的模块，可以增设一个或数个扩展框架，各框架之不下所选用的模块，可以增设一个或数个扩展框架，各框架之间用间用I/O
5、I/O扩展电缆连接。扩展电缆连接。n n不同档次的不同档次的CPUCPU模块、品种繁多的模块、品种繁多的I/OI/O模块和特殊功能模块，对模块和特殊功能模块，对硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。 第4页/共64页第五页，共65页。模块模块(m kui)(m kui)式式PLCPLC结结构实图构实图 第5页/共64页第六页，共65页。按按I/OI/O点数分类点数分类(fn (fn li)li)（一）（一）n n超小型超小型PLCPLCn nI/OI/O点数小于点数小于6464点，内存容量在点，内存容量在256Byt-1KB256Byt
6、-1KBn n小型小型PLCPLCn nI/OI/O点数在点数在65-12865-128点，内存容量在。点，内存容量在。n n小型及超小型小型及超小型PLCPLC在结构上一般是一体化整体式的，主在结构上一般是一体化整体式的，主要用于中等容量的开关量控制，具有逻辑运算、定时、计数、要用于中等容量的开关量控制，具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制、通讯顺序控制、通讯(tngxn)(tngxn)等功能。等功能。n n中型中型PLCPLCn nI/OI/O点数在点数在129-512129-512点，内存容量在点，内存容量在n n除具有超小型和小型除具有超小型和小型PLCPLC的功能外，还增加了数据处理的
7、功能外，还增加了数据处理能力，适用于小规模的综合控制系统。能力，适用于小规模的综合控制系统。第6页/共64页第七页，共65页。按按I/OI/O点数分类点数分类(fn li)(fn li)（二）（二）n n大型大型(dxng)PLC(dxng)PLCn nI/OI/O点数在点数在513-896513-896点，内存在点，内存在13KB13KB以上以上n n超大型超大型(dxng)PLC(dxng)PLCn nI/OI/O点数在点数在896896点以上，内存在点以上，内存在13KB13KB以上以上n n 大型大型(dxng)(dxng)和超大型和超大型(dxng)PLC(dxng)PLC除具有中小
8、型除具有中小型PLCPLC的功的功能外，增加了编程终端的处理能力和通讯能力，适用于多级自能外，增加了编程终端的处理能力和通讯能力，适用于多级自动控制和大型动控制和大型(dxng)(dxng)分散控制系统。分散控制系统。第7页/共64页第八页，共65页。2.1.2 CPU2.1.2 CPU模块模块(m kui)(m kui)中的中的CPUCPU和和存储器存储器1.CPU PLC中使用的微处理器主要以下几种：（1）通用微处理器小型(xioxng)PLC一般使用8位微处理器，如早期的8080、8086、8088等。大中型PLC则多使用处理速度更快、功能更强的16位或32位微处理器。通用微处理器通用性
9、强，价格便宜。用微机的通信软件容易构成PLC的通信网络，易于与其它计算机设备进行联网通信。第8页/共64页第九页，共65页。（2）单片微处理器即单片机，它将存储器芯片、ROM、RAM、接口电路、时钟电路、甚至A/D、D/A电路集成为一体，在一个很小的芯片上自成为一个小的微处理系统。其特点是集成度高，体积小，价格低，可扩充性好。广泛用于小型(xioxng)PLC和PLC的智能I/O模块。（3）位片式微处理器多为双极型电路，一般以4位为一片，数片级联组成任意字长的微处理器，可构成并行处理系统，运算速度快，多用于大中型PLC（如西门子的S5-150型PLC）。 第9页/共64页第十页，共65页。2.
10、2.存储器存储器: : 用于存放系统用于存放系统(xtng)(xtng)程序、用户程程序、用户程序及工作数据序及工作数据 按器件按器件(qjin)(qjin)类型分类：类型分类：RAMRAM：随机存储器，存储用户程序和临时数据，易失性，断电：随机存储器，存储用户程序和临时数据，易失性，断电信息丢失。存储用户程序时，需后备电池信息丢失。存储用户程序时，需后备电池ROMROM：只读存储器，非易失性，断电保持，存储系统程序：只读存储器，非易失性，断电保持，存储系统程序E2PROME2PROM：可电擦除可编程只读存储器，非易失性，断电保持，：可电擦除可编程只读存储器，非易失性，断电保持，写入时间比写入
11、时间比RAMRAM慢，多用来存储用户程序和需长时间保慢，多用来存储用户程序和需长时间保存的重要数据存的重要数据EPROMEPROM：可擦除可编程只读存储器，非易失性，断电保持，需：可擦除可编程只读存储器，非易失性，断电保持，需用专用设备写入，比用专用设备写入，比RAMRAM速度慢。信号擦除需用紫外灯速度慢。信号擦除需用紫外灯照射数小时，使用不方便，趋于淘汰照射数小时，使用不方便，趋于淘汰 PLC用户程序存储器一般有固定容量，若需要(xyo)，可以使用存储器扩展模块添加。第10页/共64页第十一页，共65页。 RAM供电(n din)锂电池第11页/共64页第十二页，共65页。2.1.3 I2.
12、1.3 IO O模块模块(m (m kui)kui)n nI/OI/O模块是联系外部现场和模块是联系外部现场和CPUCPU模块的桥梁，模块的桥梁，PLCPLC通过通过I/OI/O模块模块与工业生产过程现场相联系与工业生产过程现场相联系n n开关开关(kigun)(kigun)量量I/OI/O模块的通断状态用发光二极管显示模块的通断状态用发光二极管显示第12页/共64页第十三页，共65页。I/OI/O模块的外部接线模块的外部接线(ji (ji xin)xin)方式方式 汇点式：各汇点式：各I/OI/O电路共用一个公共接地端，各输入点或电路共用一个公共接地端，各输入点或输出点共用一个电源。该接线方
13、式适用于输入端或输输出点共用一个电源。该接线方式适用于输入端或输出端供电完全相同的场合。出端供电完全相同的场合。 分组式：将分组式：将I/OI/O点分为若干组，每组的点分为若干组，每组的I/OI/O电路有一个电路有一个公共点，它们共用一个电源。各组之间是分隔开来的，公共点，它们共用一个电源。各组之间是分隔开来的，可以分别使用不同的电源。常用于输出模块多种供电可以分别使用不同的电源。常用于输出模块多种供电的场合。的场合。 分隔式：各分隔式：各I/OI/O点之间相互点之间相互(xingh)(xingh)隔离，每个隔离，每个I/OI/O点点都可以使用单独的电源。常见于都可以使用单独的电源。常见于I/
14、OI/O点数极少的输出模点数极少的输出模块的多种供电负载的输出接口接线。块的多种供电负载的输出接口接线。第13页/共64页第十四页，共65页。PLC I/OPLC I/O模块的外部模块的外部(wib)(wib)接线方式接线方式 第14页/共64页第十五页，共65页。输入输入(shr)(shr)模块模块nPLC输入模块用来(yn li)接收和采集生产现场的各种输入信号n输入电路中有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nPLC开关量输入模块按工作电压分为直流输入模块和交流输入模块 nS7-200 PLC的输入滤波电路的延迟时间可以用编程软件中的系统块设定第15页/共
15、64页第十六页，共65页。PLC开关量输入模块开关量输入模块(m kui)电路电路 PLC PLC PLC PLC开关开关开关开关(kigun)(kigun)(kigun)(kigun)量交流输入方式工量交流输入方式工量交流输入方式工量交流输入方式工作电压较高，抗干扰能力和工作稳定性较作电压较高，抗干扰能力和工作稳定性较作电压较高，抗干扰能力和工作稳定性较作电压较高，抗干扰能力和工作稳定性较强，适合于在有油雾、粉尘等恶劣环境下强，适合于在有油雾、粉尘等恶劣环境下强，适合于在有油雾、粉尘等恶劣环境下强，适合于在有油雾、粉尘等恶劣环境下使用。使用。使用。使用。S7-200S7-200S7-200S
16、7-200有有有有AC 120V/230VAC 120V/230VAC 120V/230VAC 120V/230V的输入模块。的输入模块。的输入模块。的输入模块。PLC开关量直流输入模块开关量直流输入模块 (m kui)电路电路第16页/共64页第十七页，共65页。输出模块输出模块 输出模块将输出模块将PLCPLC处理结果送给被控对象，以实现控制。处理结果送给被控对象，以实现控制。开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、指示灯、数开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备。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、变频器等执行机构。模拟量输
17、出模块用来控制调节阀、变频器等执行机构。 PLC PLC开关量输出模块输出电路的功率放大器件有：开关量输出模块输出电路的功率放大器件有：大功率场效应管大功率场效应管可驱动直流负载可驱动直流负载双向可控硅双向可控硅可驱动交流负载可驱动交流负载小型继电器小型继电器可驱动直流和交流负载可驱动直流和交流负载输出模块的输出电流典型值为，负载电源输出模块的输出电流典型值为，负载电源(dinyun)(dinyun)均均由外部现场提供。由外部现场提供。第17页/共64页第十八页，共65页。继电器输出模块继电器输出模块 n n继电器同时起传递信号、电平转换和噪声隔离的作用继电器同时起传递信号、电平转换和噪声隔离
18、的作用n n特点：使用电压范围广，通用性强，可同时驱动特点：使用电压范围广，通用性强，可同时驱动(qdn)(qdn)直流直流负载和交流负载，导通压降小，承受瞬时过压和过流能力较强，负载和交流负载，导通压降小，承受瞬时过压和过流能力较强，但动作速度较慢。由于有机械触点，开关动作次数的限制，寿但动作速度较慢。由于有机械触点，开关动作次数的限制，寿命有一定限制。命有一定限制。n n如系统输出量变化不是很频繁，建议优先选用继电器型输出模如系统输出量变化不是很频繁，建议优先选用继电器型输出模块。块。第18页/共64页第十九页，共65页。晶体管或场效应管输出晶体管或场效应管输出模块模块 n nCPUCPU
19、模块输出信号送给内部电路中的输出锁存器，再经模块输出信号送给内部电路中的输出锁存器，再经光电耦合器送给场效应晶体管，后者饱和导通状态和截光电耦合器送给场效应晶体管，后者饱和导通状态和截止状态相当于触点的接通和断开。止状态相当于触点的接通和断开。n n稳压管用来抑制关断过电压和外部的浪涌电压，以保护稳压管用来抑制关断过电压和外部的浪涌电压，以保护场效应晶体管，电路工作频率可达场效应晶体管，电路工作频率可达20-100KHz20-100KHz。n n等效等效(dn xio)(dn xio)开关是电子开关，模块的反应速度较开关是电子开关，模块的反应速度较快，可靠性较高，使用寿命较长，但过载能力稍差。
20、快，可靠性较高，使用寿命较长，但过载能力稍差。n n只能驱动直流负载只能驱动直流负载第19页/共64页第二十页，共65页。双向可控硅输出模块双向可控硅输出模块n使用光电可控硅实现输出信号的传输和噪声隔离n并联在双向可控硅两端(lin dun)的RC吸收电路和压敏电阻，用来抑制可控硅关断过电压和外部的浪涌电压n双向交流电子开关，反应速度较快，可靠性较高n只能驱动交流负载 第20页/共64页第二十一页，共65页。2.2 PLC2.2 PLC的工作的工作(gngzu)(gngzu)原理原理电磁继电器工作状态电磁继电器工作状态线圈得电状态线圈得电状态 产生磁场产生磁场(cchng)(cchng)，衔铁
21、受，衔铁受力，常开触点闭合，常闭触点断力，常开触点闭合，常闭触点断开开线圈失电状态线圈失电状态 磁场磁场(cchng)(cchng)消失，衔铁在消失，衔铁在拉力弹簧作用下复位，常开触点拉力弹簧作用下复位，常开触点断开，常闭触点接通。断开，常闭触点接通。传统的工业自动控制(kngzh)系统 电磁继电器控制(kngzh)电磁继电器基本结构及工作原理第21页/共64页第二十二页，共65页。2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 用触点用触点用触点用触点(ch din)(ch din)(ch din)(ch din)和线圈实现逻辑和线圈实现逻辑和线圈实现逻辑和线圈实现逻辑运算运算运算运算例：交
22、流接触器控制异步电动机 起动-保持-停止电路KM 接触器（大功率继电器或电磁阀） SB1启动(qdng)按钮SB2停止按钮M 三相电动机逻辑逻辑(lu j)表达式：表达式：KM=(SB1+KM) SB2第22页/共64页第二十三页，共65页。2.2.2 PLC2.2.2 PLC的操作的操作(cozu)(cozu)模式模式 操作模式操作模式 PLCPLC有两种基本的工作状态有两种基本的工作状态: RUN / STOP: RUN / STOP 通过通过(tnggu)(tnggu)模式开关进行选择模式开关进行选择 运行状态通过运行状态通过(tnggu)(tnggu)面板上的面板上的LEDLED指示灯
23、显示。指示灯显示。盖内盖内第23页/共64页第二十四页，共65页。RUNRUNRUNRUN模式模式模式模式(msh)(msh)(msh)(msh)： CPU CPU CPU CPU通过执行反映控制要求的用户程序来实现控通过执行反映控制要求的用户程序来实现控通过执行反映控制要求的用户程序来实现控通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。制功能。制功能。制功能。“RUN” LED“RUN” LED“RUN” LED“RUN” LED亮。亮。亮。亮。STOP模式：CPU不执行用户程序，可以用编程软件创建和编辑用户程序，设置(shzh)PLC的硬件功能，并将用户程序和硬件信息下载到PLC。第24页
24、/共64页第二十五页，共65页。2.2.用模式用模式(msh)(msh)开关改变操作开关改变操作模式模式(msh)(msh)n nCPUCPU模块上的模式开关在模块上的模式开关在STOPSTOP位置时，将停止用户程序的位置时，将停止用户程序的运行运行n n在在RUNRUN位置时，将启动用户程序的运行位置时，将启动用户程序的运行n n模式开关在模式开关在STOPSTOP或或TERMTERM（TerminalTerminal，终端）位置时，电，终端）位置时，电源通电后源通电后CPUCPU自动自动(zdng)(zdng)进入进入STOPSTOP模式模式n n在在RUNRUN位置时，电源通电后自动位置
25、时，电源通电后自动(zdng)(zdng)进入进入RUNRUN模式。模式。第25页/共64页第二十六页，共65页。3.3.用用STEP7-Micro/WINSTEP7-Micro/WIN编程软件改变编程软件改变(gibin)(gibin)操作操作模式模式PLC - PLCPLC - PLC之间建立起通信连接后，若模式开关之间建立起通信连接后，若模式开关在在RUNRUN或或TERMTERM位置位置, , 可用编程软件中的命令可用编程软件中的命令(mng lng)(mng lng)改变改变CPUCPU的工作模式。的工作模式。4.在程序中改变操作(cozu)模式在程序中插入STOP指令，可以使CPU
26、由RUN模式进入STOP模式。第26页/共64页第二十七页，共65页。2.2.3 PLC2.2.3 PLC的工作的工作(gngzu)(gngzu)原理原理nPLC通电后，需要对硬件和软件进行初始化n为使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不只是执行一次，而是反复不断地重复执行，直到PLC停机或切换到STOP状态。这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。nPLC在RUN工作模式下，采用周期性循环扫描、分时操作的工作方式，不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。n除了(ch le)执行用户程序之外，在每次循环过程中，PLC还要完成内部处理、通信服务等工作。第27页/共
27、64页第二十八页，共65页。PLC PLC 扫描扫描(somio)(somio)工作过程工作过程 RUN工作(gngzu)模式:PLC的一个扫描工作(gngzu)周期分为5个阶段STOP工作模式:PLC的一个(y )扫描工作周期分为4个阶段第28页/共64页第二十九页，共65页。1.1.1.1.读取输入读取输入读取输入读取输入(shr)(shr)(shr)(shr)（输入（输入（输入（输入(shr)(shr)(shr)(shr)采样）采样）采样）采样）n nPLCPLC把所有输入电路的接通把所有输入电路的接通/ /断开（断开（ON/OFFON/OFF）状态读入输）状态读入输入映像寄存器中寄存起
28、来，作为下一阶段程序执行时的入映像寄存器中寄存起来，作为下一阶段程序执行时的条件。条件。n n进入程序执行阶段后，输入采样过程进入程序执行阶段后，输入采样过程(guchng)(guchng)即已结即已结束，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会束，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。样阶段才被重新读入。第29页/共64页第三十页，共65页。2.2.2.2.执行执行执行执行(zhxng)(zhxng)(zhxng)(zhxng)用户程序用户程序用户程序用户程序 n n
29、PLCPLC的用户程序由若干条指令组成，在用户程序存储器中的用户程序由若干条指令组成，在用户程序存储器中顺序排列。顺序排列。n n在在RUNRUN模式下，若无跳转指令，模式下，若无跳转指令，PLCPLC将逐条顺序扫描执行将逐条顺序扫描执行用户程序。用户程序。n n执行程序指令时，所需要的输入状态或其它编程元件的执行程序指令时，所需要的输入状态或其它编程元件的状态分别由输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出，状态分别由输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出，并根据指令要求执行相应的逻辑运算。并根据指令要求执行相应的逻辑运算。n n程序执行结果写入到元件映像寄存器中，这就是说，对程序执行结果写入到元件
30、映像寄存器中，这就是说，对于每个编程元件来说，元件映像寄存器中寄存的内容，于每个编程元件来说，元件映像寄存器中寄存的内容，会随程序执行的进程而变化。会随程序执行的进程而变化。n n执行程序时对输入执行程序时对输入/ /输出的存取对象为元件映像寄存器，输出的存取对象为元件映像寄存器，而非实际而非实际(shj)(shj)的的I/OI/O点，一方面可加快读写速度，另点，一方面可加快读写速度，另一方面可保证各一方面可保证各I/OI/O点状态固定不变，程序执行完后再通点状态固定不变，程序执行完后再通过输出过程映像寄存器的值更新输出点，使系统的运行过输出过程映像寄存器的值更新输出点，使系统的运行稳定。稳定
31、。第30页/共64页第三十一页，共65页。 3. 3. 3. 3.通信通信通信通信(tng xn)(tng xn)(tng xn)(tng xn)处理处理处理处理在通信在通信(tng xn)(tng xn)处理请求阶段，处理请求阶段，PLCPLC处理从通信处理从通信(tng xn)(tng xn)接口和智能模块接收到的信息，与计算机接口和智能模块接收到的信息，与计算机和智能设备交换数据，协调工作。和智能设备交换数据，协调工作。自诊断测试自诊断测试在自诊断测试处理阶段，在自诊断测试处理阶段，PLCPLC检查检查CPUCPU模块内部的硬模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的件是
32、否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。内部工作。第31页/共64页第三十二页，共65页。 5. 5. 5. 5.改写输出改写输出改写输出改写输出(shch)(shch)(shch)(shch)（输出（输出（输出（输出(shch)(shch)(shch)(shch)刷刷刷刷新）新）新）新）程序执行完后进入输出刷新阶段。此时程序执行完后进入输出刷新阶段。此时(c sh)(c sh)将元件映将元件映像寄存器中所有的输出继电器的状态转存到输出锁存电路，像寄存器中所有的输出继电器的状态转存到输出锁存电路，再通过输出模块去驱动输出设备（负载），这就是再通过输出模块去驱动输出设备（负载），这就
33、是PLCPLC的实际的实际输出。输出。6.6.中断程序的处理中断程序的处理如果程序中使用了中断，中断事件发生时，如果程序中使用了中断，中断事件发生时，CPUCPU停止执行停止执行正常的扫描工作方式，立即执行中断程序。中断功能可以提正常的扫描工作方式，立即执行中断程序。中断功能可以提高高PLCPLC对某些事件的响应速度。对某些事件的响应速度。7.7.立即立即I/OI/O处理处理在程序执行过程中使用立即在程序执行过程中使用立即I/OI/O指令可以直接存取指令可以直接存取I/OI/O点。点。用立即用立即I/OI/O指令读入输入点的值时，相应的输入映像寄存器的指令读入输入点的值时，相应的输入映像寄存器
34、的值未被更新。用立即值未被更新。用立即I/OI/O指令来改写输出点时，相应的输出映指令来改写输出点时，相应的输出映像寄存器的值被更新。像寄存器的值被更新。第32页/共64页第三十三页，共65页。PLCPLC循环扫描循环扫描(somio)(somio)过程过程第33页/共64页第三十四页，共65页。例：例：PLCPLC实现实现(shxin)(shxin)电机起保停电机起保停控制控制n n外部输入电路接通外部输入电路接通(ji tn)(ji tn)时时, , 对应的输入映像寄存器为对应的输入映像寄存器为ON(1ON(1状态状态), ), 梯形图中对应的常开触点闭梯形图中对应的常开触点闭合，常闭触点
35、断开。合，常闭触点断开。n n梯形图中的线圈梯形图中的线圈“ “通电通电” ”，对应的硬件继电器的常开触点闭合，接在标号为的端子的外部负载工作。，对应的硬件继电器的常开触点闭合，接在标号为的端子的外部负载工作。第34页/共64页第三十五页，共65页。8.8.扫描扫描(somio)(somio)周期周期nPLC在RUN工作模式下，执行一次完整的扫描(somio)工作操作所需的时间称为扫描(somio)工作周期。n扫描(somio)时间取决于扫描(somio)速度和用户程序的长短，其典型值为1-100ms。它由扫描(somio)工作过程中的五个工作阶段分时操作过程组成。n当PLC的CPU模块确定后
36、，扫描(somio)速度就确定下来了。除用户程序执行时间外，其它四个工作过程所花时间即基本确定了。n用户程序执行时间则与用户程序的指令数量有关，用户程序越长，指令数量越多，PLC的扫描(somio)工作周期越长。第35页/共64页第三十六页，共65页。n n西门子西门子S7-200S7-200系列系列PLCPLC使用的使用的CPUCPU扫描速度较快，其指令扫描速度较快，其指令的平均执行时间为的平均执行时间为n n日本三菱日本三菱F1F1系列小型系列小型PLC,PLC,指令的平均执行时间为指令的平均执行时间为12us12usn n日本欧姆龙公司的日本欧姆龙公司的C C系列系列P P型型PLCPL
37、C：n n内部处理内部处理(chl)(chl)时间为时间为n n执行编程器等外部通信时间为执行编程器等外部通信时间为1-2ms1-2ms，没有外部设备与，没有外部设备与PLCPLC相连时该段时间为零；相连时该段时间为零；n n输入输入/ /输出处理输出处理(chl)(chl)时间时间1ms1ms；n n每条指令平均执行时间为每条指令平均执行时间为30us.30us.第36页/共64页第三十七页，共65页。9.9.9.9.输入输入输入输入/ / / /输出输出输出输出(shch)(shch)(shch)(shch)滞后时间滞后时间滞后时间滞后时间n n输入输入/ /输出滞后时间又称系统响应时间，
38、是指输出滞后时间又称系统响应时间，是指PLCPLC的外部输入的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，它由输入电路滤波时间、输出电路的时刻之间的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。n n数字量输入模块的数字量输入模块的RCRC滤波器用来滤除由输入端引入的干扰噪滤波器用来滤除由输入端引入的干扰噪声，消除因外接输入触点动作时产生的抖动引起的不良影响。声，消除因外接输入触点动作时产生的抖动引起的不良影响。
39、滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短，其典型值滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短，其典型值为为10ms10ms左右。左右。n n输出模块的滞后时间与模块的类型有关：输出模块的滞后时间与模块的类型有关：n n继电器输出电路的滞后时间一般在继电器输出电路的滞后时间一般在10ms10ms左右左右n n场效应晶体管输出电路的滞后时间为数场效应晶体管输出电路的滞后时间为数usus至至100100多多ususn n双向可控硅输出负载接通时滞后约双向可控硅输出负载接通时滞后约1ms1ms，导通到断开的最大，导通到断开的最大滞后时间为滞后时间为10ms10msn n由于由于PLCPLC在一个扫描
40、工作周期的各个阶段在一个扫描工作周期的各个阶段(jidun)(jidun)采用分时采用分时操作的工作方式，引起的滞后时间最长可达两三个扫描周期操作的工作方式，引起的滞后时间最长可达两三个扫描周期第37页/共64页第三十八页，共65页。PLCPLC输入输入/ /输出滞后延迟输出滞后延迟(ynch)(ynch)举例举例（一）（一） 第38页/共64页第三十九页，共65页。PLCPLC输入输入/ /输出滞后延迟输出滞后延迟(ynch)(ynch)举例（二）举例（二）第39页/共64页第四十页，共65页。PLCPLC输入输入(shr)/(shr)/输出滞后延迟举例输出滞后延迟举例（三）（三）PLC总的
41、响应延迟时间一般只有几毫秒至几十毫秒，对于一般的被控系统来说是无关紧要的。要求(yoqi)输入/输出滞后时间尽量短的系统，可以选用扫描速度块的PLC或采取其它措施。第40页/共64页第四十一页，共65页。2.3 S7-200系列系列(xli)PLC简介简介SIEMENS公司具有丰富的PLC产品S7-200整体式小型PLC可扩展7个扩展模块(m kui)、扩展到248个数字量I/O或38路模拟量I/O，最多有32KB的程序存储空间和数据存储空间。第41页/共64页第四十二页，共65页。S7-300S7-300模块模块(m kui)(m kui)式式中型中型PLCPLCI/OI/O点数点数256-
42、1024256-1024之间，最多可扩展之间，最多可扩展(kuzhn)(kuzhn)到到3232个模块个模块第42页/共64页第四十三页，共65页。S7-400S7-400大型大型(dxng)PLC (dxng)PLC I/OI/O点数在点数在10241024点以上，可以扩展点以上，可以扩展(kuzhn)300(kuzhn)300多个模块多个模块 第43页/共64页第四十四页，共65页。SIEMENS公司丰富的PLC产品S7-400H：冗余设计的容错自动化系统S7-400F：安全型自动化系统，出现故障时将系统切换到安全状态S7-HF：安全及容错自动化系统，出现故障时生产过程(guchng)能继
43、续进行M7-300/400：具有AT兼容计算机功能的PLCC7系列：由S7-300和操作员面板组合而成WinAC：在PC上实现PLC功能的“软PLC”第44页/共64页第四十五页，共65页。2.3.1 S7-2002.3.1 S7-200的特点的特点(tdin)(tdin)1 1功能强功能强5 5种种CPUCPU模块（模块（10-4010-40点），可挂点），可挂7 7个扩展个扩展(kuzhn)(kuzhn)模模块，扩展块，扩展(kuzhn)(kuzhn)到到248248点数字量点数字量I/OI/O和和3838路模拟量路模拟量I/OI/O，最多有，最多有32KB32KB的程序存储空间和数据存储
44、空间，有的程序存储空间和数据存储空间，有PIDPID参参数自整定、配方、数据归档等功能。数自整定、配方、数据归档等功能。2 2先进的程序结构先进的程序结构程序结构简单清晰，在编程软件中主程序、子程序和程序结构简单清晰，在编程软件中主程序、子程序和中断程序分页存放，便于实现结构化编程；程序易于移植。中断程序分页存放，便于实现结构化编程；程序易于移植。3 3灵活方便的寻址方法灵活方便的寻址方法CPUCPU中的存储器均可以根据需要按位（中的存储器均可以根据需要按位（bitbit）、字节、）、字节、字和双字读写。字和双字读写。第45页/共64页第四十六页，共65页。4.4.4.4.功能强大、使用方便的
45、编程软件功能强大、使用方便的编程软件功能强大、使用方便的编程软件功能强大、使用方便的编程软件(run jin)(run jin)(run jin)(run jin) 编程软件编程软件(run jin)(run jin)支持梯形图、指令表和功能块图多种支持梯形图、指令表和功能块图多种编程语言，指令功能强，易于掌握；监控功能形象直观；强大编程语言，指令功能强，易于掌握；监控功能形象直观；强大的中文帮助功能，使用方便，支持文件加密。的中文帮助功能，使用方便，支持文件加密。第46页/共64页第四十七页，共65页。5.5.5.5.简化复杂编程任务的向导简化复杂编程任务的向导简化复杂编程任务的向导简化复杂
46、编程任务的向导(xingdo)(xingdo)(xingdo)(xingdo)功能功能功能功能S7-200S7-200编程软件对难度较大的特定应用编程提供了大编程软件对难度较大的特定应用编程提供了大量量(dling)(dling)的编程向导，只需输入一些参数就可以自动的编程向导，只需输入一些参数就可以自动生成用户程序。生成用户程序。6.6.强大的通信功能强大的通信功能S7-200S7-200的的CPUCPU模块带有标准的模块带有标准的RS-485RS-485通信接口，可用于通信接口，可用于编程或通讯；通过不同的通讯模块，可以连接到以太网和编程或通讯；通过不同的通讯模块，可以连接到以太网和工业现
47、场总线，组成工业自动控制网络。工业现场总线，组成工业自动控制网络。第47页/共64页第四十八页，共65页。7.7.7.7.品种品种品种品种(pnzhng)(pnzhng)(pnzhng)(pnzhng)丰富的配套人机界面丰富的配套人机界面丰富的配套人机界面丰富的配套人机界面 （HMIHMIHMIHMI） S7-200 S7-200有配有配套套(pi to)(pi to)的的用编程软件组态用编程软件组态的人机界面，完的人机界面，完美监控生产进程。美监控生产进程。第48页/共64页第四十九页，共65页。2.3.2 S7-2002.3.2 S7-2002.3.2 S7-2002.3.2 S7-200
48、系列系列系列系列(xli)CPU(xli)CPU(xli)CPU(xli)CPU模块模块模块模块 5 5种种CPUCPU模块（模块（10-4010-40点），可挂点），可挂7 7个扩展模块，扩展个扩展模块，扩展到到248248点数字量点数字量I/OI/O和和3838路模拟量路模拟量I/OI/O，最多有，最多有32KB32KB的程序的程序和数据存储空间，和数据存储空间，PIDPID参数参数(cnsh)(cnsh)自整定、配方、数据自整定、配方、数据归档等功能。归档等功能。第49页/共64页第五十页，共65页。2.3.3 S7-2002.3.3 S7-2002.3.3 S7-2002.3.3 S7
49、-200数字量扩展数字量扩展数字量扩展数字量扩展(kuzhn)(kuzhn)(kuzhn)(kuzhn)模模模模块块块块n n用于扩展基本用于扩展基本(jbn)(jbn)单元上单元上的的I/OI/O点数点数n n组态灵活，节约投资组态灵活，节约投资输入(shr)有24V DC和230V AC输出有24V DC和继电器型 第50页/共64页第五十一页，共65页。2.3.4 S7-2002.3.4 S7-2002.3.4 S7-2002.3.4 S7-200模拟量扩展模拟量扩展模拟量扩展模拟量扩展(kuzhn)(kuzhn)(kuzhn)(kuzhn)模模模模块块块块 n n工业自动控制中的某些输
50、入量，如压力、温度、流量、工业自动控制中的某些输入量，如压力、温度、流量、转速等，是模拟量信号，某些执行机构（如电动调节转速等，是模拟量信号，某些执行机构（如电动调节阀、变频器等）要求阀、变频器等）要求PLCPLC输出模拟量控制信号，而输出模拟量控制信号，而PLCPLC的的CPUCPU模块只能处理模块只能处理(chl)(chl)数字量信号。数字量信号。n n模拟量输入信号首先通过传感器或变送器转换为标准模拟量输入信号首先通过传感器或变送器转换为标准变量的电压或电流（如变量的电压或电流（如420mA420mA、15V15V、010V010V等），等），PLCPLC用用A/DA/D转换模块将它们转
51、换为数字量。转换模块将它们转换为数字量。n nD/AD/A转换模块将转换模块将PLCPLC中的数字量转换为模拟量电压或电中的数字量转换为模拟量电压或电流，再去控制执行机构。流，再去控制执行机构。第51页/共64页第五十二页，共65页。实例实例(shl)(shl)：锅炉恒温闭环控制系统：锅炉恒温闭环控制系统模拟量I/O模块的主要任务是实现A/D转换（模拟量输入）和D/A转换（模拟量输出(shch)），其转换精度由转换后的二进制位数表示，位数越多，分辨率越高。第52页/共64页第五十三页，共65页。模拟量输入模拟量输入模拟量输入模拟量输入(shr)(shr)(shr)(shr)模块模块模块模块 n
52、 n模拟量输入模块有多种量程，可以用模块上的模拟量输入模块有多种量程，可以用模块上的DIPDIP开关设置开关设置（DC010VDC010V、05V05V、020mA020mA、和和5V5V）n n模拟量输入模块分辨率为模拟量输入模块分辨率为1212位：位：n n单极全量程输入范围单极全量程输入范围(fnwi)(fnwi)的数字量输出为的数字量输出为032000032000n n双极全量程输入范围双极全量程输入范围(fnwi)(fnwi)的数字量输出为的数字量输出为- -32000+3200032000+32000n n数据格式：数据格式：第53页/共64页第五十四页，共65页。例：将模拟量输入
53、模块的输出例：将模拟量输入模块的输出例：将模拟量输入模块的输出例：将模拟量输入模块的输出(shch)(shch)(shch)(shch)值转换为实际的物理值转换为实际的物理值转换为实际的物理值转换为实际的物理量量量量 压力变送器(010MPa)的输出信号为DC420mA，模拟量输入模块将020mA转换为032000的数字量，即010000 kPa对应于数字量640032000，设转换后得到的数字为N，求以kPa为单位的压力值。解：模拟量输入模块将020mA模拟量转换为032000数字量；设4mA对应于x数字量，则有： 可计算(j sun)得：x=6400故420mA的模拟量对应于数字量6400
54、32000即010000 kPa对应于数字量640032000，计算(j sun)通式为： 有:第54页/共64页第五十五页，共65页。计算通式：设某压力值转换(zhunhun)后得到的数字为N，以kPa为单位的压力值得压力（模拟量）的计算公式为： 本例中得：当压力P5000KPa时，A/D转换(zhunhun)后的数字量值为：第55页/共64页第五十六页，共65页。模拟量输出模块模拟量输出模块模拟量输出模块模拟量输出模块 n n模拟量输出模块模拟量输出模块EM232EM232的量程有的量程有020mA020mA和和 10V 10V 两种两种n n 对应数字量分别为对应数字量分别为032000
55、032000和和-32000+32000-32000+32000n n满量程时电压满量程时电压(diny)(diny)输出和电流输出分辨率分别为输出和电流输出分辨率分别为1212位位和和1111位位n n数据格式为数据格式为: :第56页/共64页第五十七页，共65页。2.3.6 STEP 7-Micro/WIN2.3.6 STEP 7-Micro/WIN2.3.6 STEP 7-Micro/WIN2.3.6 STEP 7-Micro/WIN编程软件编程软件编程软件编程软件(run jin)(run jin)(run jin)(run jin)与显示与显示与显示与显示面板简介面板简介面板简介面
56、板简介n n1. STEP7-Micro/WIN1. STEP7-Micro/WIN编程软件编程软件n nSTEP7-MicroWINSTEP7-MicroWIN是专门为是专门为S7-200S7-200设计的、在计算机上设计的、在计算机上WINDOWSWINDOWS操作系统下运行的编程软件，它功能强大、使操作系统下运行的编程软件，它功能强大、使用方便、简单易学。用方便、简单易学。PLCPLC的的CPUCPU模块通过模块通过PC/PPIPC/PPI、USB/PPIUSB/PPI电缆或插在电缆或插在PLCPLC中的中的CP5511CP5511、CP5611CP5611等通信板等通信板卡通信。卡通信
57、。n nSTEP7-MicroWINSTEP7-MicroWIN的用户程序结构简单清晰，即通过一的用户程序结构简单清晰，即通过一个主程序调用子程序，在中断事件发生时调用中断程个主程序调用子程序，在中断事件发生时调用中断程序，可以用数据块进行变量的初始化设置。序，可以用数据块进行变量的初始化设置。n n可以使用梯形图、指令表、功能块图等语言进行编程，可以使用梯形图、指令表、功能块图等语言进行编程，同时相互间可以进行转换。同时相互间可以进行转换。n n可以用符号表来定义程序中使用的变量地址对应的符可以用符号表来定义程序中使用的变量地址对应的符号，如指定号，如指定(zhdng)(zhdng)符号符号
58、“启动按钮启动按钮”对应于地址，对应于地址，在程序中将用在程序中将用“启动按钮启动按钮”替代的显示，加强程序的替代的显示，加强程序的可读性。可读性。第57页/共64页第五十八页，共65页。编程软件编程软件(runjin)(runjin)第58页/共64页第五十九页，共65页。2. 2. 2. 2. 显示显示显示显示(xinsh)(xinsh)(xinsh)(xinsh)面板面板面板面板 PLC PLC人机接口功能较差，人机接口功能较差，S7-200S7-200有多种配套的显示面板，以增强系有多种配套的显示面板，以增强系统的软件交互功能。统的软件交互功能。（1 1）文本显示器）文本显示器TD-2
59、00CTD-200C和和TD-400CTD-400C价格低廉，通过它们可以查看、监控和修改价格低廉，通过它们可以查看、监控和修改(xigi)(xigi)应用程序中的过应用程序中的过程变量，实现文本信息和其它应用程序数据的显示和输入。程变量，实现文本信息和其它应用程序数据的显示和输入。TD-200CTD-200C显示两行，每行显示两行，每行2020个字符；个字符；TD-400CTD-400C显示四行，每行显示四行，每行2424个字符；个字符；每两个字符位置可以显示一个汉字。每两个字符位置可以显示一个汉字。第59页/共64页第六十页，共65页。（2 2 2 2）S7-200S7-200S7-200
60、S7-200专用专用专用专用(zhunyng)(zhunyng)(zhunyng)(zhunyng)触摸屏触摸屏触摸屏触摸屏n n单色、多色或彩色液晶触摸屏，单色、多色或彩色液晶触摸屏，320240320240像素像素n n支持多种文字、图像、图形、图标或背景图片支持多种文字、图像、图形、图标或背景图片n n支持部分动态图形显示，实现现场监控功能支持部分动态图形显示，实现现场监控功能n nRS-485RS-485通信接口，专用通信接口，专用(zhunyng)(zhunyng)组态软件组态组态软件组态第60页/共64页第六十一页，共65页。I/OI/O地址地址(dzh)(dzh)分配分配n nI
61、/OI/O点数分为点数分为(fn wi)(fn wi)数字量输入、数字量输出、模拟量输入数字量输入、数字量输出、模拟量输入和模拟量输出四类。和模拟量输出四类。n nCPUCPU分配给数字量分配给数字量I/OI/O模块的地址以字节为单位，一个字节由模块的地址以字节为单位，一个字节由8 8个个数字量数字量I/OI/O点组成。点组成。n n扩展模块扩展模块I/OI/O点的字节地址由点的字节地址由I/OI/O模块的类型和模块在同类模块的类型和模块在同类I/OI/O模模块链种的位置来决定块链种的位置来决定n n模拟量模拟量I/OI/O模块的以模块的以2 2点（点（4 4字节）递增方式分配地址字节）递增方
62、式分配地址第61页/共64页第六十二页，共65页。2.4 I/O2.4 I/O地址分配地址分配(fnpi)(fnpi)与外部与外部接线接线 2.4.1 2.4.1 本机本机I/OI/O与扩展与扩展I/OI/O的地址分配的地址分配S7-200S7-200有一定有一定(ydng)(ydng)数量的本机数量的本机I/OI/O，本机，本机I/OI/O有固定有固定的地址的地址可以用扩展模块可以用扩展模块I/OI/O来增加来增加I/OI/O点数，扩展模块安装在点数，扩展模块安装在CPUCPU模块的右边。模块的右边。第62页/共64页第六十三页，共65页。2.4.2 S7-2002.4.2 S7-2002.
63、4.2 S7-2002.4.2 S7-200的外部的外部的外部的外部(wib)(wib)(wib)(wib)接线接线接线接线交流电源系统交流电源系统(xtng)(xtng)的外部接线的外部接线 直流电源系统直流电源系统(xtng)(xtng)的外的外部接线部接线AC第63页/共64页第六十四页，共65页。内容(nirng)总结会计学。I/O点数在896点以上，内存在13KB以上。该接线方式(fngsh)适用于输入端或输出端供电完全相同的场合。当PLC的CPU模块确定后，扫描速度就确定下来了。双向可控硅输出负载接通时滞后约1ms，导通到断开的最大滞后时间为10ms。双极全量程输入范围的数字量输出为-32000+32000。RS-485通信接口，专用组态软件组态。AC第六十五页，共65页。
