plc s7-300系列自学第一章精讲

Date:2020/1/25Page:1第一章可编程逻辑控制器•1.1可编程序控制器的产生和定义•1.2可编程序控制器的发展过程及发展趋势•1.3可编程序控制器的特点•1.4可编程序控制器的分类•1.5可编程序控制器的应用领域•1.6西门子PLC简介Date:2020/1/25Page:2可编程逻辑控制器概述可编程控制器简称PLC。PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置。目的是用来取代继电器、执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。可编程控制器具有能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单等优点，是当代工业生产自动化的主要手段和重要的自动化控制设备。Date:2020/1/25Page:31.1可编程序控制器的产生和定义1.1.1可编程序控制器的产生在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是以继电器占主导地位的。这种由继电器构成的控制系统有着明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，一旦生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，造成了时间和资金的严重浪费。Date:2020/1/25Page:41.1.1可编程序控制器的产生美国通用汽车公司(GM公司)1968年提出了研制新型控制装置的十项指标，其主要内容如下：1、编程简单，可在现场修改和调试程序；2、价格便宜，性价比高于继电器控制系统；3、可靠性高于继电器控制系统；4、体积小于有继电器控制柜的体积，能耗少；5、能与计算机系统数据通信；6、输入量是交流115V电压信号（美国电网电压是110V）；7、输出量是交流115V电压信号、输出电流在2A以上，能直接驱动电磁阀等；8、具有灵活的扩展能力；Date:2020/1/25Page:51.1.1可编程序控制器的产生9、硬件维护方便，采用插入式模块结构；10、用户存储器容量至少在4KB以上(根据当时的汽车装配过程的要求提出)。从上述10项指标可以看出，它实际上就是当今可编程序控制器最基本的功能，具备了可编程序控制器的特点。1969年，美国数字设备公司（DEG）根据上述要求研制出第一台可编程序控制器，型号为PDP-14，并在GM公司的汽车生产线上使用成功，于是第一台可编程序控制器诞生了。Date:2020/1/25Page:61.1.2可编程序控制器的定义由于PLC在不断发展，因此，对它进行确切的定义是比较困难的。美国电气制造商协会(NEMA)经过四年的调查工作，于1980年正式将可编程序控制器命名为PC(ProgrammableController)，但为了与个人计算机PC（PersonalComputer）相区别，常将可编程序控制器简称为PLC，并给PLC作了定义：可编程序控制器是一种带有指令存储器、数字的或模拟的输入/输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和运算等功能，用于控制机器或生产过程的自动化控制装置。Date:2020/1/25Page:71.1.2可编程序控制器的定义1982年，国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee，IEC)颁布了PLC标准草案第一稿，1985年提交了第2稿，并在1987年的第3稿中对PLC作了如下的定义：“PLC是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、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。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。”Date:2020/1/25Page:81.1.2可编程序控制器的定义上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，是以微处理器为基础，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术，用面向控制过程、面向用户的“自然语言”编程的一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。Date:2020/1/25Page:91.2可编程序控制器的发展过程及发展趋势1.2.1可编程序控制器的发展过程第一阶段：初级阶段（1969至70年代中期）主要是逻辑运算、定时和计数功能，没有形成系列。与继电器控制相比，可靠性有一定提高。CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器。第二阶段：扩展阶段（70年代中期至末期）PLC产品的控制功能得到很大扩展，包括数据的传送、数据的比较和运算、模拟量的运算等功能。增加了数字运算功能，能完成模拟量的控制。开始具备自诊断功能，存储器采用EPROM。Date:2020/1/25Page:101.2可编程序控制器的发展过程及发展趋势1.2.1可编程序控制器的发展过程第三阶段：通信阶段（70年代中末期至80年代中期）PLC随着计算机通信的发展，形成了分布式通信网络。PLC就已经从汽车行业迅速扩展到其它行业，作为继电器的替代品进入了食品、饮料、金属加工、制造和造纸等多个行业。Date:2020/1/25Page:111.2可编程序控制器的发展过程及发展趋势1.2.1可编程序控制器的发展过程第三阶段代表产品有西门子公司的SIMATICS5系列（见图1.1），富士的MICRO等，这类PLC部分仍在使用。图1.1SIMATICS5PLCDate:2020/1/25Page:121.2可编程序控制器的发展过程及发展趋势1.2.1可编程序控制器的发展过程第四阶段：开放阶段（80年代中期至今）通信系统开放，使各制造厂商的产品可以通信，通信协议开始标准化，使用户得益。PLC开始采用标准化软件系统，并完成了编程语言标准化工作。图1.2S7-200系列、AB-SLC500系列PLCDate:2020/1/25Page:131.2可编程序控制器的发展过程及发展趋势1.2.2PLC的发展趋势随着PLC技术的推广应用，PLC将向两个方面发展：一方面向着大型化的方向发展，另一方面则向着小型化的方向发展。PLC向大型化方向发展，主要表现在大中型PLC高功能、大容量、智能化、网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合的自动控制。Date:2020/1/25Page:141.2可编程序控制器的发展过程及发展趋势1.2.2PLC的发展趋势PLC向小型化方向发展，主要表现在下列几个方面：为了减小体积、降低成本，向高性能的整体型发展；在提高系统可靠性的基础上，产品的体积越来越小，功能越来越强；应用的专业性，使得控制质量大大提高。另外，PLC在软件方面也将有较大的发展。总之，PLC总的发展趋势是：高功能、高速度、高集成度、容量大、体积小、成本低、通信联网功能强。Date:2020/1/25Page:15•1、可靠性高•2、控制功能强•3、用户使用方便•4、编程方便、简单•5、设计、安装、调试周期短•6、易于实现机电一体化1.3可编程序控制器的主要特点PLC能如此迅速发展的原因，除了工业自动化的客观需要外，还有许多独特的优点。它较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。其主要特点如下：Date:2020/1/25Page:161.4可编程序控制器的分类•超小型机：I/O点数为64点以内，内存容量为256～1000字节；•小型机I/O点数为64～256，内存容量为1～3.6K字节；•中型机I/O点数一般不大于2048点，内存容量为3.6～13K字节；•大型机I/O点数一般大于2048点，内存容量为13K字节以上。1、按控制规模分类Date:2020/1/25Page:171.4可编程序控制器的分类•整体式结构•组合式结构•叠装式2、按机构形式分类Date:2020/1/25Page:181.4可编程序控制器的分类•低档PLC•中档PLC•高档PLC3、按控制性能分类Date:2020/1/25Page:191.4可编程序控制器的分类•日本立石（OMRON）公司的C系列可编程序控制器；•日本三菱（MITSUBISHI）公司的F、F1、F2、FX2系列可编程序控制器；•日本松下（PANASONIC）电工公司的FP1系列可编程序控制器；•美国通用电气（GE）公司的GE系列可编程序控制器；•美国艾论—布拉德利（A--B）公司的PLC-5系列可编程序控制器；•德国西门子（SIEMENS）公司的S5、S7系列可编程序控制器。4、按生产厂家分类Date:2020/1/25Page:201.5可编程序控制器的应用领域•1、顺序、逻辑控制•2、过程控制•3、运动控制•4、数据处理•5、通信联网Date:2020/1/25Page:211.6西门子PLC简介西门子公司的PLC产品有SIMATICS7、M7和C7等几大系列。S7系列是传统意义的PLC产品，其中的S7-200系列属于整体式小型PLC，用于代替继电器的简单场合，也可以用于复杂的自动控制系统。S7-300系列是模块化的中小型PLC，最多可以扩展32个模块，适用于中等性能的控制要求。S7-400是具有中高性能的PLC，采用模块化无风扇设计，可以扩展200多个模块，适用于对可靠性要求极高的大型复杂控制性能。S7-300/400可以组成MPI（多点接口）、PROFIBUS网络和工业以太网等。Date:2020/1/25Page:221.6西门子PLC简介SIMATICM7-300/400PLC采用与S7-300/400相同的结构，它可以作为CPU或功能模块使用。其显著特点是具有AT兼容计算机的功能，使用S7-300/400的编程软件STEP7和可选的M7软包，可以用C、C++或CFC（ContinuousFunctionChart，连续功能图）这类高级语言来对M7-300/400PLC编程。M7适合于需要处理的数据量大，对数据管理、显示和实时性有较高要求的系统使用。Date:2020/1/25Page:231.6西门子PLC简介SIMATICC7由S7-300PLC、HMI（人机接口）操作面板、I/O、通信和过程监控系统组成，整个控制系统结构紧凑，面向用户的配置、数据管理与通信集成在一起，具有很高的性能价格比。由于高度集成，节约了30%的安装空间，可以和谐地集成到SIMATIC控制产品家族中，保证正确的数据交换。Date:2020/1/25Page:24思考与练习题•1.简述可编程序控制器的定义。•2.可编程序控制器有哪些主要特点?•3.可编程序控制器有哪些分类方法?•4.可编程序控制器发展方向如何？