PLC原理及应用.ppt
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第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论第第1章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论1.11.1PLCPLC的发展、分类及应用的发展、分类及应用1.21.2结构和工作原理结构和工作原理1.31.3技术性能指标技术性能指标1.41.4编程语言编程语言第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论本章内容包括：
本章内容包括：
PLC的发展、分类及应用的发展、分类及应用结构及工作原理结构及工作原理主要技术性能指主要技术性能指标标常用编程语言常用编程语言返回本章首页返回本章首页第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论1.1PLC的发展、分类及应用的发展、分类及应用1.1.1产生产生1.1.2发展发展1.1.3特点特点1.1.4分类分类1.1.5应用应用返回本章首页返回本章首页第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论1.1.1产生产生可编程序逻辑控制器可编程序逻辑控制器PLC产生于产生于1969年，最初只具年，最初只具备逻辑控制、定时、计数等功能，主要是用来取代继备逻辑控制、定时、计数等功能，主要是用来取代继电接触器控制。
电接触器控制。
现在所说的可编程序控制器现在所说的可编程序控制器PC（ProgrammableController）是）是1980年以来，美、日、德等国由先年以来，美、日、德等国由先前的可编程序逻辑控制器前的可编程序逻辑控制器PLC进一步发展而来。
进一步发展而来。
1985年，国际电工委员会年，国际电工委员会IEC对可编程序控制器作对可编程序控制器作了如下规定：
可编程序控制器是一种数字运算操作的了如下规定：
可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。
电子系统，专为工业环境下应用而设计。
返回本节返回本节第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论1.1.2发展发展1.发展及现状发展及现状2.发展趋势发展趋势
（1）与计算机联系密切）与计算机联系密切
（2）发展多样化）发展多样化（3）模块化）模块化（4）网络与通信能力增强）网络与通信能力增强（5）多样化与标准化）多样化与标准化（6）工业软件发展迅速）工业软件发展迅速返回本节返回本节第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论1.1.3特点特点1.可靠性高可靠性高2.功能强大功能强大3.简单方便简单方便返回本节返回本节第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论1.1.4分类分类1.从结构上可编程序控制器从结构上可分为整体式和模块可编程序控制器从结构上可分为整体式和模块式。
式。
2.从规模上按按PLC的输入输出点数可分为小型、中型和的输入输出点数可分为小型、中型和大型。
大型。
返回本节返回本节第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论1.1.5应用应用1.工业工业1）开关量控制，如逻辑、定时、计数、顺序等；）开关量控制，如逻辑、定时、计数、顺序等；2）模拟量控制，部分）模拟量控制，部分PLC或功能模块具有或功能模块具有PID控控制功能，可实现过程控制；制功能，可实现过程控制；3）监控，用）监控，用PLC可构成数据采集和处理的监控系统可构成数据采集和处理的监控系统；4）建立工业网络，为适应复杂的控制任务且节省资）建立工业网络，为适应复杂的控制任务且节省资源，可采用单级网络或多级分布式控制系统。
源，可采用单级网络或多级分布式控制系统。
2.其他行业可编程序控制器在其他行业的应用也日益广泛：
在国可编程序控制器在其他行业的应用也日益广泛：
在国防和民用，如建筑，环保，家用电器等。
防和民用，如建筑，环保，家用电器等。
返回本节返回本节第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论1.2结构和工作原理结构和工作原理2.2.1结构结构2.2.2工作原理工作原理返回本章首页返回本章首页第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论1.2.1结构结构PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，主要是由主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。
图接口电路等组成。
图2.1为一典型为一典型PLC结构简图。
结构简图。
图图2.1结构简图结构简图CPU输入单元输出单元编程器或其他设备接触器电磁阀指示灯行程开关继电器触点第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论1.中央处理单元中央处理单元中央处理单元（中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片上。
上。
CPU的主要功能：
的主要功能：
1）从存储器中读取指令从存储器中读取指令2）执行指令）执行指令3）顺序取指令）顺序取指令4）处理中断）处理中断第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论2.存储器存储器1）只读存储器）只读存储器2）随机存储器）随机存储器RAM第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论3.输入输出单元输入输出单元
（1）输入接口电路）输入接口电路
（2）输出接口电路）输出接口电路第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论通常通常PLC的输入类型可以是直流、交流和交直流。
输的输入类型可以是直流、交流和交直流。
输入电路的电源可由外部供给，有的也可由入电路的电源可由外部供给，有的也可由PLC内部提内部提供。
图供。
图2.2和图和图2.3分别为一种型号分别为一种型号PLC的直流和交的直流和交流输入接口电路的电路图，采用的是外接电源。
流输入接口电路的电路图，采用的是外接电源。
图图2.2描述了一个输入点的接口电路。
其输入电路的描述了一个输入点的接口电路。
其输入电路的一次电路与二次电路用光耦合器相连，当行程开关闭一次电路与二次电路用光耦合器相连，当行程开关闭合时，输入电路和一次电路接通，上面的发光管用于合时，输入电路和一次电路接通，上面的发光管用于对外显示，同时光耦合器中的发光管使三极管导通，对外显示，同时光耦合器中的发光管使三极管导通，信号进入内部电路，此输入点对应的位由信号进入内部电路，此输入点对应的位由0变为变为1。
即输入映像寄存器的对应位由即输入映像寄存器的对应位由0变为变为1。
第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论图图2.2直流输入电路图直流输入电路图内部电路COM输入1输入n第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论图图2.3交流输入电路图交流输入电路图返回本节返回本节内部电路COM输入1输入n.第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论1.2.2工作原理工作原理1.循环扫描PLC采用循环扫描工作方式，这个工作过程一般包括采用循环扫描工作方式，这个工作过程一般包括五个阶段：
内部处理、与编程器等的通信处理、输入五个阶段：
内部处理、与编程器等的通信处理、输入扫描、用户程序执行、输出处理，其工作过程如图扫描、用户程序执行、输出处理，其工作过程如图2.4所示。
所示。
图图2.4中当中当PLC方式开关置于方式开关置于RUN（运行）时，执（运行）时，执行所有阶段；当方式开关置于行所有阶段；当方式开关置于STOP（停止）时，不（停止）时，不执行后执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对个阶段，此时可进行通信处理，如对PLC联联机或离线编程。
机或离线编程。
第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论图图2.4工作原理图工作原理图内部处理通信处理输入扫描执行用户程序输出处理RUN方式？
否是开始第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论可编程序控制器的输入处理、执行用户程序可编程序控制器的输入处理、执行用户程序和输出处理过程的原理如图和输出处理过程的原理如图2.5所示。
所示。
PLC执行的五个阶段，称为一个扫描周期，执行的五个阶段，称为一个扫描周期，PLC完成一个周期后，又重新执行上述过程完成一个周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。
，扫描周而复始地进行。
第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论输入电路输入映象寄存器输出映象寄存器输出电路（）程序执行图图2.5程序执行原理图程序执行原理图第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论2.与计算机的异同与计算机的异同相同点：
相同点：
（1）基本结构相同）基本结构相同
（2）程序执行原理相同）程序执行原理相同不同点：
不同点：
两者的不同点主要体现在工作方式上。
两者的不同点主要体现在工作方式上。
第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论3.与继电接触器的异同与继电接触器的异同相同点：
相同点：
图形结构和逻辑关系相同。
图形结构和逻辑关系相同。
不同点：
不同点：
（1）实现原理不同）实现原理不同
（2）工作方式不同）工作方式不同返回本节返回本节第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论1.3技术性能指标技术性能指标1.外形尺寸外形尺寸2.输入输出点数输入输出点数3.机器字长机器字长4.速度速度5.指令系统指令系统6.存储器容量存储器容量7.扩展性扩展性8.通信功能通信功能返回本章首页返回本章首页第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论1.4编程语言编程语言1.梯形图梯形图2.语句表语句表3.逻辑符号图逻辑符号图4.高级语言高级语言返回本章首页返回本章首页第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论第第3章基本指令章基本指令3.1位操作类指令位操作类指令3.2运算指令运算指令3.3其他数据处理指令其他数据处理指令3.4表功能指令表功能指令3.5转换指令转换指令第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论第第2章章S7-200可编程序控制器可编程序控制器2.1S系列系列PLC发展概述发展概述2.2S7-200PLC系统组成系统组成2.3编程元件及程序知识编程元件及程序知识2.4相关设备相关设备2.5工业软件工业软件第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论本章学习目的本章学习目的本章以西门子公司生产的本章以西门子公司生产的S7-200系列小型可编系列小型可编程序控制器为例，介绍具体型号的程序控制器为例，介绍具体型号的PLC，内容包，内容包括：
括：
S系列系列PLC发展概述发展概述S7-200可编程序控制器的系统组成可编程序控制器的系统组成编程元件及程序知识编程元件及程序知识相关设备相关设备常用工业软件常用工业软件返回本章首页返回本章首页第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论2.1S系列系列PLC发展概述发展概述德国的西门子（德国的西门子（SIEMENS）公司是欧洲最大的电子）公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商，生产的和电气设备制造商，生产的SIMATIC可编程序控制可编程序控制器在欧洲处于领先地位。
其第一代可编程序控制器是器在欧洲处于领先地位。
其第一代可编程序控制器是1975年投放市场的年投放市场的SIMATICS3系列的控制系统。
系列的控制系统。
在在1979年，微处理器技术被应用到可编程序控制器年，微处理器技术被应用到可编程序控制器中，产生了中，产生了SIMATICS5系列，取代了系列，取代了S3系列，之系列，之后在后在20世纪末又推出了世纪末又推出了S7系列产品。
系列产品。
最新的最新的SIMATIC产品为产品为SIMATICS7、M7和和C7等几大系列。
等几大系列。
返回本章首页返回本章首页第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论2.2S7-200PLC系统组成系统组成3.2.1系统基本构成系统基本构成3.2.2主机结构主机结构3.2.3扫描周期及工作方式扫描周期及工作方式3.2.4输入输出扩展输入输出扩展3.2.5主机性能指标主机性能指标返回本章首页返回本章首页第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论从从CPU模块的功能来看，模块的功能来看，SIMATICS7-200系列小型系列小型可编程序控制器发展至今，大致经历了两代：
可编程序控制器发展至今，大致经历了两代：
第一代产品其第一代产品其CPU模块为模块为CPU21X，主机都可进行扩，主机都可进行扩展，它具有四种不同结构配置的展，它具有四种不同结构配置的CPU单元：
单元：
CPU212，CPU214，CPU215和和CPU216，对第一代，对第一代PLC产品不再作具体介绍。
产品不再作具体介绍。
第二代产品其第二代产品其CPU模块为模块为CPU22X，是在，是在21世纪初世纪初投放市场的，速度快，具有较强的通信能力。
它具有四投放市场的，速度快，具有较强的通信能力。
它具有四种不同结构配置的种不同结构配置的CPU单元：
单元：
CPU221，CPU222，CPU224和和CPU226，除，除CPU221之外，其之外，其他都可加扩展模块。
他都可加扩展模块。
第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论2.2.1系统基本构成系统基本构成SIMATICS7-200系统由硬件和工业软件两大部分构成系统由硬件和工业软件两大部分构成，如图，如图3.1所示。
所示。
EM1EM2EMnTD200TP计算机工业软件CPU图图3.1S7-200PLC系统组成系统组成第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论系统基本构成系统基本构成1.硬件
（1）基本单元）基本单元
（2）扩展单元）扩展单元（3）特殊功能模块）特殊功能模块（4）相关设备）相关设备2.工业软件工业软件工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的与之工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序、文档及其规则的总和，它主要由标准工相配套的程序、文档及其规则的总和，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几大类构成。
具、工程工具、运行软件和人机接口等几大类构成。
返回本节返回本节第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论2.2.2主机结构主机结构1.各CPU介绍及I/O系统
（1）主机外形）主机外形SIMATICS7-200系统系统CPU22X系列系列PLC主机（主机（CPU模块）的模块）的外形如图外形如图3.2所示：
所示：
图图3.2S7-200主机外形主机外形状态显示通信口顶部端子盖电源及输出端子前盖方式开关、电位器、扩展I/O连接底部端子盖输入端子、传感器电源存储器卡第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论
（2）基本结构特点）基本结构特点输出信号类型输出信号类型电源输出电源输出基本基本I/O存储安全存储安全高速反应高速反应模拟电位器模拟电位器实时时钟实时时钟输入输出可扩展性输入输出可扩展性第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论4种种CPU各有晶体管输出和各有晶体管输出和8继电器输出两种类型，具有不同电源继电器输出两种类型，具有不同电源电压和控制电压。
各类型的型号如表电压和控制电压。
各类型的型号如表3.1所示。
所示。
表表3.1CPU型号型号第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论SIMATICS7-200系统系统CPU22X系列系列PLC主机及主机及I/O特性如表特性如表3.2所示。
所示。
表表3.2主机及主机及I/O特性特性第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论2.存系储统
（1）存储系统）存储系统
（2）存储器及使用）存储器及使用（3）存储安全）存储安全第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论图图3.3存储系统存储系统用户程序CPUVM用户程序CPUVM定时器和计数器当前值CPURAMEPROM第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论表表3.3存储容量存储容量第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论
（2）存储器及使用）存储器及使用上装和下装用户程序上装和下装用户程序定义存储器保持范围定义存储器保持范围用程序永久保存数据用程序永久保存数据存储器卡的使用存储器卡的使用第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论（3）存储安全）存储安全1）主机）主机CPU模块内部配备的模块内部配备的EEPROM，上装程序时，可自动装，上装程序时，可自动装入并永久保存用户程序、数据和入并永久保存用户程序、数据和CPU的组态数据。
的组态数据。
2）用户可以用程序将存储在）用户可以用程序将存储在RAM中的数据备份到中的数据备份到EEPROM存储存储器。
器。
3）主机）主机CPU提供一个超级电容器，可使提供一个超级电容器，可使RAM中的程序和数据在中的程序和数据在断电后保持几天之久。
断电后保持几天之久。
4）CPU提供一个可选的电池卡，可在断电后超级电容器中的电量提供一个可选的电池卡，可在断电后超级电容器中的电量完全耗尽时，继续为内部完全耗尽时，继续为内部RAM存储器供电，以延长数据所存的时存储器供电，以延长数据所存的时间。
间。
5）可选的存储器卡可使用户像使用计算机磁盘一样来方便地备份）可选的存储器卡可使用户像使用计算机磁盘一样来方便地备份和装载程序和数据。
和装载程序和数据。
返回本节返回本节第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论2.2.3扫描周期及工作方式扫描周期及工作方式1.扫描周期扫描周期2.工作方式工作方式3.改变改变CPU工作方式的方法工作方式的方法图图3.4CPU的扫描周期的扫描周期一个扫描周期读输入执行程序处理通信请求写输出执行CPU自诊断第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论1.扫描周期扫描周期
（1）输入处理）输入处理
（2）执行程序）执行程序（3）处理通信请求）处理通信请求（4）执行）执行CPU自诊断测试自诊断测试（5）写数字输出）写数字输出第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论2.工作方式工作方式
（1）STOP方式方式
（2）RUN方式方式第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论3.改变改变CPU工作方式的方法工作方式的方法1）用）用PLC上的方式开关来手动切换，方式开关有上的方式开关来手动切换，方式开关有3个挡位。
个挡位。
2）用）用STEP7-Micro/Win32编程软件，应首先把编程软件，应首先把主机的方式开关置于主机的方式开关置于TERM或或RUN位置，然后在此位置，然后在此软件平台用鼠标单击软件平台用鼠标单击STOP和和RUN方式按钮即可。
方式按钮即可。
3）在用户程序中用指令由）在用户程序中用指令由RUN方式转换到方式转换到STOP方式，前提是程序逻辑允许中断程序的执行。
方式，前提是程序逻辑允许中断程序的执行。
返回本节返回本节第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论2.2.4输入输出扩展输入输出扩展1.设备连接设备连接2.最大最大I/O配置的预算配置的预算3.输入输出及输入输出及CPU组态组态第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论1.设备连接设备连接图图3.5I/O扩展示意图扩展示意图（a）面板安装（b）标准导轨安装第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论2.最大最大I/O配置的预算配置的预算
（1）映像寄存器数量）映像寄存器数量
（2）电流提供）电流提供（3）模块电流）模块电流（4）电流预算规则）电流预算规则第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论
（2）电流提供）电流提供各各CPU所能提供的最大所能提供的最大5VDC电流如表电流如表3.4所示。
所示。
第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论（3）模块电流）模块电流CPU22X可连接的各扩展模块消耗可连接的各扩展模块消耗5VDC电流如表电流如表3.5所所示。
示。
第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论3.输入输出及输入输出及CPU组态组态
（1）I/O点数扩展和编址点数扩展和编址
（2）设置输入滤波）设置输入滤波（3）设置脉冲捕捉）设置脉冲捕捉（4）输出表配置）输出表配置（5）定义存储器保持范围）定义存储器保持范围第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论例如，某一控制系统选用例如，某一控制系统选用CPU224，系统所需的输入输出，系统所需的输入输出点数各为：
数字量输入点数各为：
数字量输入24点、数字量输出点、数字量输出20点、模拟量点、模拟量输入输入6点、模拟量输出点、模拟量输出2点。
点。
本系统可有多种不同模块的选取组合，表本系统可有多种不同模块的选取组合，表3.6所示为其中的所示为其中的一种可行的系统输入输出组态状况。
一种可行的系统输入输出组态状况。
第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论若按表若按表3.6的扩展方式，各模块在的扩展方式，各模块在I/O链中的位置排列链中的位置排列方式也可以有多种，图方式也可以有多种，图3.6所示为其中的一种模块连接所示为其中的一种模块连接形式。
形式。
图图3.6扩展连接图扩展连接图CPU224模块1EM221DI8XDC24V模块2EM222DO8XDC24V模块3EM235AI4/AQ1X12位模块4EM223DI4/DQ4XDC24V/继电器模块5EM235AI4/AQ1X12位第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论S7-200CPU为每个主机数字量输入提供了脉冲捕捉功能，它可以为每个主机数字量输入提供了脉冲捕捉功能，它可以使主机能够捕捉小于一个扫描周期的短脉冲，并将其保持到主机读使主机能够捕捉小于一个扫描周期的短脉冲，并将其保持到主机读到这个信号，但前提是只有通过滤波器后，脉冲捕捉才有效。
此外到这个信号，但前提是只有通过滤波器后，脉冲捕捉才有效。
此外，在一个给定的扫描周期内如果有不只一个脉冲，则只有第一个脉，在一个给定的扫描周期内如果有不只一个脉冲，则只有第一个脉冲可以被捕捉到，几种情况下的脉冲捕捉波形如图冲可以被捕捉到，几种情况下的脉冲捕捉波形如图3.7所示。
所示。
图图3.7脉冲捕捉波形图脉冲捕捉波形图CPU扫描周nCPU扫描周期n+1输入刷新输入刷新输入1输入3输入2允许脉冲捕捉允许脉冲捕捉允许脉冲捕捉第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论表表3.722X主机主要技术指标主机主要技术指标返回本节返回本节第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论2.2.5主机性能指标主机性能指标S7-20022X各主机的主要技术性能指标如下表各主机的主要技术性能指标如下表3.7所所示。
示。
返回本节返回本节第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论2.3编程元件及程序知识编程元件及程序知识3.3.1编程元件及寻址编程元件及寻址3.3.2指令系统指令系统3.3.3编程语言编程语言3.3.4程序结构程序结构返回本章首页返回本章首页第第22章可编程序控制器概论章可编程序控制器概论2.3.1编程元件及寻址编程元件及寻址1.数据类型2.直接寻址方式直接寻址方式3间接寻址方式间接寻址方
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