可编程控制器教案.docx
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可编程控制器教案
教学容
注意点
配时
绪论
1、PLC的产生
20世纪60年代末，在可编程控制器出现以前，继电器控制在工业领域占主导地位，由此构成的控制系统都是按预先设定好的时间或条件顺序地工作，假设要改变控制顺序就要改变控制系统的硬件接线，通用性和灵活性较差。
当时，计算机技术也开场应用于工业控制领域，但由于价格高、编程难度大以及难于适用恶劣工业环境等原因，未能在工业控制领域获得推广。
20世纪60年代末，美国汽车制造工业竞争十分剧烈。
为了适应生产工艺不断的更新，要求寻找一种比继电器控制更可靠、功能更齐全、响应速度更快的新型工业控制器，尽可能减少控制系统的设计制造时间和本钱，以满足市场竞争需求。
1968年美国最大的汽车制造商――通用汽车公司〔GM〕从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件，立即引起了开发热潮。
主要容是：
〔1〕编程方便，可现场修改程序；
〔2〕维修方便，采用插件式构造；
〔3〕可靠性高于继电器控制系统；
〔4〕体积小于继电器控制盘；
〔5〕数据可直接送入计算机管理；
〔6〕本钱可与继电器控制盘竞争；
〔7〕输入可为市电；
〔8〕输出可为市电，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器、电磁阀等；
〔9〕扩展系统时，原系统变更少；
〔10〕用户存储器大于4KB。
这些条件实际上是将继电器控制的优点与计算机控制的优点结合起来，并将继电器控制的硬件接线逻辑转变为计算机的软件逻辑的设想。
1969年，美国数字设备公司〔DEC〕成功研制出了世界上第一台可编程控制器PDP-14，用于通用汽车公司生产线，取得了满意的效果。
2、PLC的开展
PLC的出现引起了世界各国的普遍重视。
日本日立公司从美国引进了PLC技术，于1971年试制成功了日本第一台PLC；1973年德国西门子公司独立研制成功了欧洲第一台PLC；我国从1974年开场研制PLC，1977年开场工业应用。
从PLC产生到现在，经历了四次换代。
其过程如下：
第一代PLC〔1969-1972〕：
采用1位机开发，用磁芯存储器存储，只具有单一逻辑控制功能，机种单一，没有形成系列化。
第二代PLC〔1973-1975〕：
采用8位微处理器及半导体存储器，增加了数字运算、传送、比拟等功能，能实现模拟量的控制，开场具备自诊断功能，初步形成系列化。
第三代PLC〔1976-1983〕：
采用高性能8位微处理器及位片式微处理器，处理速度有所提高，向多功能及联网通信开展，增加了多种特殊功能，如浮点运算、三角函数运算、表处理、脉宽调制输出等，自诊断功能及容错技术开展迅速。
第四代PLC〔1983年至今〕：
采用16位、32位微处理器及高性能位片式微处理器，使第四代PLC产品成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通讯功能的真正名符其实的多功能控制器。
PLC的产生
PLC的开展
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教学容
注意点
配时
3、PLC的应用
〔1〕开关量逻辑控制
应用于注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线及电梯控制等。
〔2〕闭环过程控制
应用于塑料挤压成型机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备，以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。
〔3〕运动控制
应用于金属切削机床、金属成形机械、装配机械、电梯等场合。
〔4〕数据处理
数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
〔5〕通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
4、PLC的分类
〔1〕按控制规模分类
PLC按控制规模〔即I/O点数〕可分为小型机、中型机和大型机3类。
I/O点总数在256点以下的为小型机。
适合用于单机控制或小型系统的控制。
I/O点总数在256点-1024点之间的为中型PLC。
适用于中型或大型控制系统的控制。
I/O点总数在1024点以上的为大型PLC。
不仅可以用于对设备进展直接控制，可以对多个下一级的PLC进展监控，还可以完成现代化工厂的全面管理和控制任务。
（2）按构造分类
PLC按构造分，可以分为整体式和模块式两大类。
整体式构造的PLC把电源、CPU、存储器和I/O系统都集成在一个单元，该单元叫做根本单元。
一个根本单元就是一台完整的PLC。
整体式构造的特点是构造紧凑、体积小、重量轻，容易装配在设备的部，适合于设备的单机控制。
其缺点是主机I/O点数固定，使用不够灵活，维修也不够方便。
模块式构造的PLC是把PLC系统的各个组成局部按功能分成假设干个模块特点是CPU、输入和输出均为独立的模块。
模块尺寸统一、安装整齐、I/O点选型自由，并且安装调试、扩展和维修方便。
模块式PLC的缺点是构造较复杂，价格较高。
（3）按功能分类
PLC按功能分，可以分为低档机、中档机和高档机3类。
〔4〕按产地分类
按产地分，可分为日系、欧美、台、大陆等。
其中日系具有代表性的为三菱、欧姆龙、松下、光洋等；欧美系列具有代表性的为西门子、A-B、通用电气、仪表等；台系列具有代表性的为LG、台达等；大陆系列具有代表性的为合利时、中控等；
PLC的应用
PLC的分类
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教学容
注意点
配时
5、PLC的特点
PLC把计算机控制技术和继电器控制技术融合在一起，兼具有计算机的功能完备、灵活性强、通用性好以及继电器控制系统的简单易懂、维修方便的特点，主要表达在以下几个方面。
〔1〕可靠性高，抗干扰能力强
〔2〕配套齐全，功能完善，适用性强
〔3〕系统的安装简单，维护方便，容易改造
〔4〕编程简单易学
〔5〕系统设计与调试周期短
〔6〕体积小，重量轻，能耗低
模块一从传统的电气控制到PLC
一、PLC定义
1985年，国际电工委员会〔IEC〕专门为可编程控制器下了严格的定义：
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原那么而设计。
〞
二、PLC控制与继电器控制的比拟〔复习继电器控制系统、讲解以下图，总结区别〕
***强调***
常开触点常闭触点线圈
PLC的特点
PLC定义
PLC控制与继电器控制的比拟
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教学容
注意点
配时
〔1〕器件组成不同
〔2〕工作方式不同
〔3〕实施控制的方式不同
功能改变时
〔4〕系统开发周期〔设计、施工与调试〕
〔5〕触点数量
〔6〕PLC自检与监控功能比继强
〔7〕PLC适用围广
〔8〕PLC可靠性高
器件组成
工作方式
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教学容
注意点
配时
三、PLC的根本构造
PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置等组成，如下图。
PLC的特殊功能模块用来实现某些特殊功能。
1、CPU模块：
大脑和心脏。
PLC控制的中枢，其性能决定了PLC的性能。
2、I/O模块：
眼、耳、手、脚。
联系外部现场设备和CPU模块的桥梁
***注意***
〔1〕输入接口采用光电耦合器将PLC与现场设备隔离起来，提高抗干扰性能。
〔2〕输出接口有3种类型:
3、编程器：
对用户程序进展编制、编辑、调试和监视。
4、电源：
AC220V或DC24V
5、通讯接口：
用于PLC与编程器、计算机、变频器、触摸屏及其他智能设备之间的连接。
根本构造
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教学容
注意点
配时
四、PLC的软件
PLC软件系统和硬件系统共同构成了可编程控制系统。
1、软件构成
2、编程语言
PLC与个人计算机相比，PLC硬件，软件是封闭的，各PLC设备无法兼容，1994年5月IEC公布了PLC标准IEC61131，有5局部组成：
通用信息、设备与测试要求、编程语言、用户指南和通信。
IEC61131-3是世界上第一个，也是至今为止唯一的工业控制系统的编程语言标准。
详细的说明了句法、语义和下述5种编程语言。
〔1〕顺序功能图〔ＳＦＣ〕
位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制的程序。
提供了一种组织程序的图形方法。
１〕编写时，工艺过程被划分为假设干个顺序出现的步，每步中包括控制输出的动作，从一步到另一步的转换由转换条件来控制，特别适合于生产制造过程。
２〕在顺序控制功能图中，可使用其他的语言嵌套编程。
３〕代表平台西门子Ｓ７－３００〔S7-Gragh〕可实现将顺序功能图转成ＰＬＣ能识别的语言。
〔２〕梯形图〔ＬＡＤ〕
源自于继电器电气原理图。
１〕使用最多的ＰＬＣ语言
２〕属图形编程语言、直观易懂，不适合大型程序控制
３〕适合于熟悉继电器控制系统的电气人员
４〕组成：
由触点、线圈和用方框表示的功能块组成
组成元素
含 义 代表器件
触 点
线 圈
功能块
输入条件 开关、按钮、部条件
输出结果 控制外部器件／部输出
附加指令 定时器、计数器和数学运算指令等
５〕梯形图中的概念
能流：
假想的电流〔注：
将能流的概念引入ＰＬＣ中〕
网络：
由触点和线圈构成的独立电路
〔３〕语句表／助记符〔ＳＴＬ〕
是一种类似于微机汇编语言的文本编程语言，由多条语句组成一个程序段，可读性差，但是最根本的编程语言。
由操作码〔告知ＰＬＣ应做什么〕和操作数〔操作码操作的对象〕组成。
〔４〕功能块图〔ＦＢＤ〕
用类似于“与门〞“或门〞的框图表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入输出端的小圆圈表示“非〞运算，方框用导线连在一起，信号自左向右。
PLC的软件
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教学容
注意点
配时
ＬＤ Ｉ０．０Ｏ Ｑ０．０ＡＮ Ｉ０．１＝ Ｑ０．０
a）梯形图 b）语句表 c）功能块图
〔５〕构造化文本〔ＳＴ〕
高级编程语言。
与梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简洁和紧凑。
构造化文本
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教学容
注意点
配时
五、PLC的工作原理
1、工作方式
继电器控制系统：
并行。
假设这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点无论在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。
PLC控制系统：
串行。
顺序逻辑扫描用户程序的方式。
2、扫描过程
PLC投入运行后，工作过程一般分为输入采样、执行程序、处理通讯请求、CPU自诊断和输出刷新五个阶段。
完成上述五个阶段称为一个扫描周期。
典型值1-100ms。
1）输入采用阶段
以扫描方式依次读入状态和数据存入输入映像存放器。
采样后，转入下几个阶段，在下几个阶段将不读取输入，即使输入有变化，输入映像存放器容也不变，因此，要求输入信号宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下该输入均能被读入。
2）执行用户程序阶段
PLC用户程序由假设干条指令组成。
该阶段，PLC总是从第一条指令开场，逐条顺序的执行用户程序。
3）处理通讯请求阶段
处理从通讯口和智能模块接收到的信息。
4）CPU自诊断阶段
自诊断测试包括定期检查CPU模块的操作和扩展模块状态是否正常，将监控定时器复位等。
5）输出刷新阶段
CPU按输出映像存放器刷新输出锁存器，再经输出电路驱动相应外设。
I/O响应时间：
由输入延迟、输出延迟和程序执行三局部决定。
原因：
PLC采用扫描工作方式，且对输入、输出信号只在每个扫描周期的固定时间集中输入和输出，所以会产生输出信号相对输入信号滞后的现象。
扫描周期越长，滞后现象越严重。
工作方式
扫描过程
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教学容
注意点
配时
3、工作原理
1〕读输入：
S7-200将物理输入点上的状态复制到输入过程映像存放器。
2〕执行程序：
S7-200执行程序指令并将数据存在变量存储器中。
3〕处理通讯请求及执行CPU自诊断：
执行通讯任务，检查硬件、程序存储器和扩展模块是否工作正常。
4〕写输出：
将输出映像存放器中存储的数据复制到物理输出点。
六、PLC的性能及选型
1、性能指标
1〕I/O点数
2〕存储器容量
3〕指令的种类和数量
4〕扫描速度
5〕部存放器的种类和数量
6〕通讯能力
7〕智能模块
8〕扩展能力
2、选型
1〕PLC的类型
2〕输入输出模块的选择
3〕电源的选择
4〕存储器的选择
5〕经济性的考虑
工作原理
性能指标
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教学容
注意点
配时
模块二认识S7-200系列PLC
一、S7-200系列PLC的硬件
1、5种型号CPU及I/O点数编址
1〕CPU221222224224XP226
6入/4出8入/6出14入/10出14入/10出24入/16出
2AI/1AQ
**以224XP为例**编址：
I0.0Q0.0
I0.1Q0.1
……
I1.5Q1.1
AIW0AQW0
AIW2
2〕扩展能力
CPU221222224224XP226
模块数无2777
数字I/O点无78168168248
模拟I/O点无10353835
2、S7-200PLC外部构造及各部件作用
1〕输入接线端子2〕输出接线端子
3〕CPU状态指示
SF：
系统故障STOP：
停顿状态RUN：
运行状态
4〕输入状态指示5〕输出状态指示
6〕扩展接口7〕通讯接口
8〕模拟电位器
PLC的硬件
扩展能力
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注意点
配时
3、给PLC供电
有直流供电和交流供电两种方式。
a）直流供电b）交流供电
4、输入输出接线
输入为直流双向光电耦合输入。
输出有继电器和直流两种类型。
例：
CPU224DC/DC/DC：
直流24V输入/提供直流24V直流/直流输出
CPU224AC/DC/继电器：
交流输入电源/提供直流24V给外元件/继电器输出
a）输入接线b）直流输出接线c）交流输出接线
5、扩展模块
〔1〕输入输出扩展模块
1〕数字量I/O扩展模块
EM2218入EM2228出EM2238入/8出16入/16出32入/32出
2〕模拟量I/O扩展模块
EM2313AI/4AIEM2322AOEM2353AI/1AO
3〕地址分配/扩展
a、编址规那么
①同类型I/O点的模块进展顺序编址。
②其他类型模块的有无及所处位置不影响本类型模块编号。
给PLC供电
输入输出接线
扩展模块
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教学容
注意点
配时
③对数字量模块，CPU以字节为单元分配地址。
本模块高位实际位数未满8位的未用位不能分配给I/O链的后续模块。
④存储一个模拟量需要2个字节，CPU分配给模拟量模块的地址以两点〔4个字节〕方式递增。
b、例题：
给以下模块分配地址
主机模块0模块1模块2模块3模块4
CPU224XP
4输入
4输出
4AI
2AO
4输入
4AI
1AO
4输出
I0.0Q0.0I2.0Q2.0AIW4AQW4I3.0AIW12AQW8Q3.0
I0.1Q0.1I2.1Q2.1AIW6AQW6I3.1AIW14Q3.1
I0.2Q0.2I2.2Q2.2AIW8I3.2AIW16Q3.2
……I2.3Q2.3AIW10I3.3AIW18Q3.3
I1.5Q1.1
AIW0AQW0
AIW2
〔2〕通讯扩展模块
1〕调制解调器EM2412〕PROFIBUS从站模块EM277
3〕AS接口模块CP243-24〕以太网模块CP243-15〕工厂模块CP243-1IT
〔3〕通讯扩展模块
1〕定位模块2〕温度检测模块
作业：
如何给PLC进展供电？
通讯扩展模块
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注意点
配时
任务二S7-200系列PLC的存构造与寻址方法
PLC存分为：
PLC运行时需要处理的数据类型和功能往往是不同的，这些不同类型的数据被存放在不同的存储空间，从而形成不同的数据区。
S7-200的数据区分为：
数字量输入/输出映像区、模拟量输入/输出映像区、变量存储器区、位存储器区、特殊存储器区、定时器存储器区、计数器存储器区、高速计数器区和累加器区。
一、S7-200的数据区
1、数字量输入/输出映像区
1〕输入继电器I
①为保存当前输入端信号状态开辟的一个存储区，用I表示；
②当控制信号接通时，输入继电器线圈得电，对应的映像存放器位为“1〞，部常开触点闭合，常闭触点断开；
③寻址方式：
位、字节、字或双字。
*用位表示：
I0.0---I15.7共128点。
例：
I1.0说明这个输入点是第1个字节的第0位。
*用字节表示：
IB0---IB15共16个字节。
例：
IB1说明这个输入字节是第1个字节，共8位，第0位是地位，第7位是高位。
*用字表示：
IW0---IW14共8个字节。
一个字包含两个连续的字节，低位字节是高8位，高位字节是低8位。
例：
IW0中的IB0是高8位，IB1是低8位。
S7-200的数据区
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教学容
注意点
配时
*用双字表示：
ID0、ID4、ID8、ID12共4个双字。
ID0中的IB0是高8位~IB3是低8位。
**先讲SB2用常开的情况，再讲用常闭的情况**
2〕输出继电器Q
①为保存当前输出信号状态开辟的一个存储区，用Q表示；
②通过程序可使其线圈通电，对应的常开触点闭合，常闭触点断开；
③寻址方式：
位、字节、字或双字。
位：
Q0.0~Q15.7共128个点
字节：
QB0~QB15共16个字节
字：
QW0~QW14共8个字
双字：
QD0~QD12共4个双字
注：
实际没有使用的输入端/输出端的映像区的存储单元可做中间继电器使用。
2、模拟量输入/输出映像区
1〕AI区
为模拟量输入信号开辟的一个存储区，数据类型：
字〔16bit〕，AIW0、AIW2~AIW30共16路AI。
注：
模拟量输入值为只读数据。
2〕AQ区
为模拟量输出信号开辟的一个存储区，数据类型：
字〔16bit〕，AQW0、AQW2~AQW30共16路AQ。
注：
该区数据只写。
模拟量输入/输出映像区
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教学容
注意点
配时
3、变量存储区〔V区〕
为保存过程变量和数据而建立的一个存储区，用V表示。
寻址方式：
位、字节、字和双字
位：
V0.0~V5119.7共40960个点
字节：
VB0~VB5119共5120个字节
字：
VW0~VW5118共2560个字
双字：
VD0~VD5116共1280个双字
注：
该区数据可以是输入，也可以是输出。
4、位存储器区〔M区〕中间继电器
为保存标志位数据而建立的一个存储区，用M表示。
寻址方式：
位、字节、字和双字
位：
M0.0~M31.7共256个点
字节：
MB0~MB31共32个字节
字：
MW0~MW30共16个字
双字：
MD0~MD28共8个双字
5、顺序控制继电器区〔S区〕
根据顺序控制的特点和要求设计的，是S7-200CPU为顺序控制继电器的数据而建立的一个存储区，用S表示。
在顺序控制过程中用于组织步进过程的控制。
寻址方式：
位、字节、字和双字
位：
S0.0~S31.7共256个点
字节：
SB0~SB31共32个字节
字：
SW0~SW30共16个字
双字：
SD0~SD28共8个双字
6、局部变量存储器区〔L区〕
S7-200有64个字节的局部变量存储器。
**与变量存储器的区别：
变量存储区
位存储器区
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教学容
注意点
配时
注：
1〕S7-200有64个字节的局部变量存储器。
分时地分配给主程序、子程序和中断程序使用。
2〕S7-200根据需要自动将局部变量分给相应的程序。
即：
主程序之行时，分配给子程序和中断程序的局部变量是不存在的。
出现中断或调用一个子程序时，需要分配局部变量。
新的局部变量在分配时，可重新使自己分配给不同子程序或中断程序的一样局部变量。
寻址方式：
位、字节、字和双字
位：
L0.0~S63.7共512个点
字节：
LB0~LB63共64个字节
字：
LW0~LW62共32个字
双字：
LD0~LD60共16个双字
7、定时器存储区〔T〕
T0~T255共256个定时器。
有两种数据构造：
一是定时器的输出状态；二是定时器的设定值和当前值。
8、计数器区〔C〕
C0~C255共256个计数器。
具有计数功能的元件。
9、高速计数器HSC〔6个〕
10、累加器区〔AC区〕
4个32位的累加器〔AC0~AC3〕。
寻址方式：
字节、字或双字
11、特殊存储器区〔SM区〕
二、S7-200的寻址方式
PLC编程语言根本单位是语句，组成语句的是指令。
每条指令由两局部组成：
操作码、操作数。
操作码指出指令的功能，操作数指明了操作码所需的数。
寻址：
寻找操作数的过程。
寻址方式：
立即寻址、直接寻址、间接寻址
定时器存储区
寻址方式
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注意点
配时
1、立即寻址：
操作数在指令中给出。
MOVD2505，VD500；将2505传到了VD500中
2505为立即数，立即数可以为字节、字或双字
注：
CPU可以以二进制、十进制、ASII码方式和浮点数方式存储，二进制：
2#1001；十进制：
20047；十六进制16#4E4F；ASII码：
‘good’。
2、直接寻址
在指令中，操作码后面的操作数以操作数所在地址的形式出现。
MOVDVD400，VD500
1）位寻址
2〕字节、字、双字寻址格式：
元件名+数据类型+存储区首字节地址。
IB3由I3.0~I3.7共8个位组成。
VW100=VB100+VB101
高位低位
VD100=VB100~VB103
高位低位
3〕间接寻址
在指令中，操作码后面的操作数以操作数所在地址的地址的形式出现，这种寻址方式叫间接寻址。
MOVD&VB202,AC1//先建指针
VB202的地址送AC1
MOVW*AC1，AC0//指针AC1所指的值传给AC0
直接寻址
间接寻址
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注意点
配时
任务三认识S7-200系列PLC的软件
一、STEP7-Micro/
升级会员 