电气控制与PLC第5章

1第二章S7300系列可编程控制器第二章S7300系列可编程控制器第一节可编程控制器的基础知识第二节可编程控制器的硬件结构和系统组成第三节可编程控制器的软件及编程语言第四节可编程控制器的工作原理第五节S7-300系统组成第六节S7-300的硬件组态第七节STEP7编程软件2第二章S7300系列可编程控制器第一节可编程控制器的基础知识1．PLC的起源一九六八年，美国通用汽车公司(GM)为解决因汽车不断改型而重新设计汽车装配线上各种继电器的控制线路问题，提出了著名的十项技术指标在社会上招标，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用控制器。（1）.编程简单，可在现场方便地编辑及修改程序；（2）.价格便宜，其性能价格比要高于继电器控制系统；（3）.体积要明显小于继电器控制柜；（4）.可靠性要明显高于继电器控制系统；（5）.具有数据通信功能；（6）.输入可以是AC115V；（7）.输出为AC115V，2A以上；（8）.硬件维护方便，最好是插件式结构；（9）.扩展时，原有系统只需做很小改动；（10）.用户程序存储器容量至少可以扩展到4K。3第二章S7300系列可编程控制器一九六九年，美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器，型号为PDP-14；1969年，美国哥德公司(GOULD)PLC商品化，型号084；1971年，日本研制出日本第一台可编程控制器DSC-8；1973～1974年，德国西门子公司研制出欧洲第一台PLC，型号为SIMATICS4。我国从1974年开始研制，1977年开始工业应用。２.PLC的定义可编程逻辑控制器PLC——ProgrammableLogicalController。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的或模拟的输入和输出接口，控制各种类型的机器设备或生产过程。可编程控制器及其有关设备的设计原则是它应按易于与工业控制系统联成一个整体和具有扩充功能。4第二章S7300系列可编程控制器３.PLC的特点编程简单，易于掌握功能完善，灵活方便体积小、质量轻、功耗低抗干扰能力强，可靠性高设计、施工、调试周期短易于实现机电一体化４.PLC的可编程控制器的性能指标输入/输出点数（I/O点数）、存储容量、扫描速度、功能扩展能力、指令系统。５.PLC的可编程控制器的分类按I/O点数分类分为微型机、小型机、中型机、大型机和巨型机；按结构形式分类分为整体式、模块式和分散式；按用途分类分为顺序逻辑控制、闭环过程控制、多级分布式和集散控制系统、数字控制和机器人控制。5第二章S7300系列可编程控制器6第二章S7300系列可编程控制器6.PLC的主要功能顺序逻辑控制运动控制定时控制计数控制步进控制数据处理模／数和数／模转换通信及联网7.PLC的发展趋势系列化、模板化；小型机功能强化；中、大型机高速度、高功能、大容量；低成本、多功能。7第二章S7300系列可编程控制器一．PLC系统的硬件结构PLC的硬件系统由基本单元（包含CPU、RAM、EPROM、输入/输出接口、内部电源）、I/O扩展单元及外部设备组成。第二节可编程控制器的硬件结构和系统组成8第二章S7300系列可编程控制器二．PLC系统各部分功能1.CPU①接收与存储用户由编程器键入的用户程序和数据；②检查语法错误，诊断电源及PLC内部的工作故障；③用扫描方式工作，接收现场的输入信号，并输入到输入映像寄存器和数据存储器中；④在进入运行方式后，从存储器中逐条读取并执行用户程序，完成用户程序所规定的逻辑运算、算术运算及数据处理等操作；⑤根据运算结果，更新有关标志位的状态，刷新输出映像寄存器的内容，再经输出部件实现输出控制、打印制表或数据通信等功能。2.存储器①CMOS-SRAM可读写存储器②EPROM只读存储器③EEPROM电可擦除可编程的只读存储器9第二章S7300系列可编程控制器3.数字量（或开关量）输入部件及接口(1)数字量（或开关量）输入模板的外部接线方式①汇点式输入接线；②隔离式输入接线方式。(2)数字量输入模板的接口电路①直流数字量输入模板②交流数字量输入模板10第二章S7300系列可编程控制器4.数字量（开关量）输出部件及接口(1)数字量输出模板的接线方式①汇点式输出接线；②隔离式输出接线方式。(2)数字量输出模板的接口电路①直流数字量输出接口模板(晶体管输出型)；②交流数字量输出接口模板(双向晶闸管或双向可控硅)；③继电器输出接口模板。11第二章S7300系列可编程控制器5.模拟量输入／输出接口模板模拟输入信号或模拟输出信号：电压、电流。如0～5V、0～10V、1～5V、4～20mA、±50mV、±5V、±10V、±20mA。12第二章S7300系列可编程控制器6.智能Ｉ／Ｏ接口位置闭环控制接口模块、快速PID调节器的闭环控制接口模板、高数计数器接口模板。7.扩展接口8.通信接口9.编程器①简易编程器②智能编程器③用PC机作编程器13第二章S7300系列可编程控制器三菱PLC编程软件14第二章S7300系列可编程控制器SIMENSPLC编程软件15第二章S7300系列可编程控制器10.PLC的外部设备①人─机接口装置②外存储器③打印机④EPROM写入器16第二章S7300系列可编程控制器第三节可编程控制器的软件及编程语言1.系统软件（1）.系统管理程序①负责系统的运行管理，控制可编程控制器何时输入、何时输出、何时运算、何时自检、何时通信等，进行时间上的分配管理。②负责存储空间的管理，即生成用户环境，由它规定各种参数、程序的存放地址，将用户使用的数据参数存储地址转化为实际的数据格式，以及物理存放地址。③负责系统自检，包括系统出错检验、用户程序语法检验、句法检验、警戒时钟运行等。（2）.用户指令解释程序（3）.标准程序模块和系统调用2.用户程序17第二章S7300系列可编程控制器3.编程语言编程语言分：梯形图、语句表、逻辑功能图、顺序功能图、流程图、高级语言。①梯形图②语句表③逻辑功能图④顺序功能图⑤高级语言18第二章S7300系列可编程控制器第四节可编程控制器的工作原理1.等效电路①输入部分由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。外部输入信号经PLC输入接线端子去驱动输入继电器的线圈。②内部控制电路是由用户程序形成的用“软继电器”来代替硬继电器的控制逻辑。③输出部分是由在PLC内部且与内部控制电路隔离的输出继电器的外部常开接点、输出接线端子和外部驱动电路组成，用来驱动外部负载。19第二章S7300系列可编程控制器20第二章S7300系列可编程控制器2.工作过程①周期性扫描周期性扫描是可编程控制器特有的工作方式。PLC完成一次扫描过程所需的时间称为扫描时间，又称扫描周期或工作周期。②集中批处理可编程控制器的另一个主要特点就是对输入采样、执行用户程序、输出刷新实施集中批处理。21第二章S7300系列可编程控制器3.PLC的程序执行过程PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。22第二章S7300系列可编程控制器4.输入/输出的处理规则①输入映像寄存器的数据取决于各输入端子在输入刷新期间的接通或断开状态。②程序如何执行取决于用户程序和输入映像寄存器，内部元件寄存器的内容。③输出映像寄存器内容取决于所有输出指令的执行结果。④输出锁存器中的内容决定于上一次输出刷新期间输出映像寄存器的内容。⑤所有输出端子状态由输出锁存器决定。23第二章S7300系列可编程控制器习题二1.可编程控制器由哪几部分组成？各部分的作用及功能是什么？2.可编程控制器的数字量输出有几种输出形式？各有什么特点？都适用于什么场合？3.什么是扫描周期？它主要受什么影响？4.可编程控制器的等效工作电路由那几部分组成？试与继电器控制系统进行比较。5.可编程控制器的工作方式是什么？它的工作过程有什么显著特点？6.试说明可编程控制器的工作过程。7.可编程控制器对输入/输出的处理规则是什么？8.可编程控制器的输出滞后现象是怎样产生的？9.试举例说明由于用户程序指令语句安排不当可使响应滞后时间为三个扫描周期。24第二章S7300系列可编程控制器第五节S7-300系统组成25第二章S7300系列可编程控制器1.S7-300结构特点①采用集成的背板总线（Back-PlaneBus）；②采用DIN标准导轨，安装和更换模板方便；③硬件组态灵活④机架扩展方便每个机架最多可安装8个信号模板（SM），通过IM365（机架距离最远1米）或者IM360／361（机架距离最远10米），一个S7-300系统最多可安装3个扩展机架，最多可安装32个信号模板。2.CPU模板①标准型CPU（StandardCPUs）系列②集成型CPU系列③紧凑型CPU（CompactCPUs）系列④故障安全型CPU（Fail-safeCPUs）系列26第二章S7300系列可编程控制器CPU314C-2DP外型结构图27第二章S7300系列可编程控制器CPU314C-2DP配置①配置MMC卡（MicroMemoryCart微存储卡）；②配置9针MPI（MultiPonitInterface多点通信接口）；③配置9针DP（DecentralPeripherals分散外围设备）接口；④数字量输入点数：24；⑤数字量输出点数：16；⑥模拟量输入通道数：5；⑦模拟量输出通道数：2；⑧高速计数器：4；⑨定位通道：1；注：个别型号配置15针PtP(PonittoPoint点对点)接口。3.信号模板①数字量输入／输出（DI／DO）模板；28第二章S7300系列可编程控制器数字量输入（DI）模板SM321数字量输出（DO）模板SM322数字量输入／输出（DI／DO）模板SM323②模拟量输入／输出（AI／AO）模板模拟量输入（AI）模板SM331输出精度：9～15位；模拟量输出（AO）模板SM332输出精度：12位～16位；输出范围：电压：1～5V、0～10V、±10V电流：0～20mA、4～20mA、±20mA、0～10V或0～20mA。模拟量输入／输出（AI／AO）模板SM334输入／输出精度：8位、12位；输入测量范围：0～10V或0～20mA；输出范围：0～10V或0～20mA。29第二章S7300系列可编程控制器4.功能（FM）模板单通道高速智能计数器模板FM350-18通道高速智能计数器模板FM350-230第二章S7300系列可编程控制器4.功能（FM）模板（续）快速进给／慢速驱动定位模板FM35131第二章S7300系列可编程控制器4.功能（FM）模板（续）电子凸轮控制器FM35232第二章S7300系列可编程控制器4.功能（FM）模板（续）步进电动机定位模板FM35333第二章S7300系列可编程控制器4.功能（FM）模板（续）伺服电动机定位模板FM35434第二章S7300系列可编程控制器4.功能（FM）模板（续）闭环控制模板FM355定位和连续路径控制模板FM35735第二章S7300系列可编程控制器5.接口IM模板用于S7-300系列PLC的中央机架到扩展机架的连接。①接口模板IM365用于连接中央机架与1个扩展机架;②接口模板IM360／IM361S7-300系列的最大配置为1个中央机架与3个扩展机架，当扩展机架超过1个时，将接口模板IM360插入中央机架，在扩展机架中插入接口模板IM361，每个扩展机架最多可安装8块模板。6.电源（PS）模板7.通信处理器（CP）模板①CP340通信处理器模板用于建立点对点（PointtoPoint）低速连接。有3种通信接口，RS232C（V.24）、20mA（TTY）、RS422／RS485（X.27）。②CP341通信处理器模板用于建立点对点（PointtoPoint）的高速连接。36第二章S7300系列可编程控制器③CP342-2／CP343-2通信处理器模板用于实现S7-300到AS-I接口总线的