S7-200 PLC 编程及应用

PLC原理及应用史运涛PLC实践教学团队第一章PLC简介PLC应用的广泛性与重要性；什么是PLC；PLC实现的两大类控制；PLC的由来和历史;国外主要的PLC厂商(??作业自己查一下)；PLC的主要特点；PLC的一些高级话题(…)PLC应用的广泛性与重要性PLC应用的广泛性现代流程工业(化工,电力,冶金等)离散制造业(汽车,大型装备制造,家电行业)物流(货舱控制)…农业,气象,航天领域…PLC的重要性重要专业课必须掌握的工作技能PLC是什么—PLC在工厂(感性认识)某钢铁公司的工业加热炉现场PLC是什么—PLC在工厂(感性认识)某钢铁公司的锅炉现场和加热炉现场PLC是什么?Programmablelogiccontroller可编程逻辑控制器计算机控制系统基于PC总线的工业控制计算机基于单片机开发的测控装置集散控制系统DCS现场总线FCSPLC-thenewcontroller?ForindustryapplicationYes!!？Question:基于DSP等专用处理器设计的运动控制系统PLC是什么?-IEC的标准定义(1)数字运算操作的电子系统,专为工业环境下应用设计的(2)采用可编程程序存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算,顺序控制,定时、记数和算术运算操作的指令。(3)通过数字式,模拟式的输入、输出控制各类型的机械或生产过程(4)按易于使工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计.PLC实现的两大类控制逻辑变量-顺序控制(下图所示)模拟量的调节(如PID)如过程变量(如温度,流量,压力,液位)广泛应用于冶金,化工,电力,食品…PLC的由来和历史关于PLC的疑惑从我们对于实际的工厂自动化可以看出,PLC(programmablelogiccontroller是广泛用在自动化领域内的控制器.它不仅可以根据系统工艺要求实现工业过程的顺序控制,还可以实现温度,流量,压力,液位等模拟量的控制!？Question:为什么PLC即能控制模拟量又可控制逻辑变量,只强调可编程逻辑控制器answer:PLC开始是从继电器逻辑控制而来的,主要是来实现顺序控制的,后来模拟量的控制是与DCS融合的结果,历史原因!PLC的由来和历史(1)继电器控制(2)问题它是用弱电信号控制强电的电力控制系统(如下图所示)复杂;故障查找和调试都是十分麻烦;通用性和灵活性差;项目改造工期长费用高。PLC的由来和历史(3)解决方案-PLC(创新)这些问题需要寻求一种新的控制装置来取代老式的继电器控制,使得电器控制系统更加灵活,适应于工艺变动.能用在工业现场;能改变其控制”逻辑”,而不需要改动组成他的元件和修改内部接线;出现故障易于诊断和维护(与IEC的标准定义相印证)PLC的主要特点编程方法简单易学功能强,性能价格比高硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强可靠性高,抗干扰能力强系统的设计,安装,调试工作量少维修工作最小,维护方便体积小,能耗低可编程控制器发展趋势高性能,高速度,大容量微型化分布式I/O和智能I/O分布式I/O灵活的连接现场设备解决远程控制与分散控制分布式I/O-ET200M分布式I/OET200M安装在控制室或现场采用S7-300系列完整的I/O产品体系用于防爆区内的本安模板ExHART协议模拟量输入模板通过PROFIBUS-DP连接AS与I/O可选光缆连接通信线缆冗余分布式I/O-ET200iS防爆区域解决方案可编程控制器发展趋势可编程程序控制器编程语言的标准化PLC的网络化其他趋势(高级话题)PLC的一些高级话题PLC在整个现代的自动化工厂所处的地位,与工厂的综合自动化(后边展开).PLC,PC,工业PC,(甚至单片机,ARM,DSP,CPLD)有什么区别与联系?如果不仅仅考虑应用那么我们是否可以开发出PLC-国内浙大中控,安控等开发出PLC产品(??思考题).基于PC的软PLC的研究方向与产品(siemenseWinAC,研华ADAM-5501/P30等)(作业查资料)在PLC控制系统中所包含的3C(computer,control,communication).工厂综合自动化-概貌(ERP-MES-PCS)SAPR/3@@OfficeLANEthernetOfficeLANEthernet工厂维护工厂信息@PCS7/OPC-ServerInternet/Intranet工厂优化先进控制软件包OS-LANEthernetOS客户机/多客户机OS-服务器(冗余)批处理服务器/客户机服务器ESSIMATICPDMEngineeringToolsetOS单站(多屏)IndustrialEthernet/FastEthernetPROFIBUS-PAET200MFail-SafeDP/PA-LinkAS414F/FHAS417F/FHET200MPROFIBUS-DPPROFIBUS-DPCOx,NOx,...AS417AS416AS414ET200MEx-I/OHARTPROFIBUS-DPDP/PA-LinkET200iSPROFIBUS-PAPROFIBUS-DPOSOPAS414HAS417HET200MPROFIBUS-DPDP/PA-LinkPROFIBUS-PAY-LinkCOx,NOx,...OSESPCS7启动包AS414工厂综合自动化-简化ET200M标准接口MIS,ERP,资产管理控制器S7-400工业以太网SIMATICPCS7工程师站SIMATICPDM:-PROFIBUS-PA-PROFIBUS-DP-HARTPROFIBUS-PA现场设备SIPARTPSSITRANSPPROFIBUS-DP现场总线PROFIBUSDPSIPOS3,5SIPARTDRSIMOVERTSIMOCODEDP/PA-LinkET200iS4-20mA/HART4-20mA/HARTI/Omodule4-20mA/HARTSITRANSF徐州炼焦气化厂系统配置图焦炉控制室东厂调度室硫铵控制室冷凝控制室粗苯控制室煤气鼓风机控制室ET200MET200MET200MET200MET200MET200MET200MET200MOLM工程师站冗余环形工业以太网100M/S煤气鼓风机操作站操作站操作站AS-414H冗余控制站冗余PROFIBUS-DP光纤煤塔计量红外测温厂级管理系统推焦管理操作站操作站操作站操作站操作站ET200MET200MET200MET200MET200MPLC控制所体现的3C本节的主要内容小结什么是PLCPLC实现的两大类控制PLC的由来和历史主要的PLCPLC的主要特点PLC控制在整个工厂综合自动化的层次本课程的重点内容本课程将以西门子s7-200PLC为例,重点来学习以下内容PLC的硬件组成和工作原理（难点）PLC的指令系统与编程初步PLC顺序控制程序设计技术（难点）PLC模拟量控制PLC在工业过程中应用问题第2章PLC的硬件结构与工作原理2.1PLC的硬件结构整体式PLCCPU模块，I/O模块和电源模块在一个箱形机壳内。模块式PLC1.物理结构2.CPU模块存储器随机存储器（RAM）读/写；掉电丢失；工作速度快；只读存储器（ROM）读/不能写，掉电保存可以电擦除可编程的只读存储器（EEPROM）读/写；非易失性；随机存取存储器系统包括：系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序是PLC的操作系统，存在ROM中。用户程序是由用户编写的系统程序。3.I/O模块输入模块（见图2-3）(1)1M是同一组的输入点的内部电路公共点；(2)内部有RC滤波电路；(3)原理；(4)包括直流输入和交流输出；3.I/O模块输出模块（见图2-4，2-5）输出模块数字量输出电路的功率元件包括：小型继电器和场效应管原理特点(1).继电器输出模块电压范围广，承受过载能力强，动作速度慢(2).场效应管用于直流负载，可靠性高，反应速度快，寿命长，过载能力差。2.2PLC的工作原理用触点和线圈实现逻辑运算1.用触点线圈实现逻辑运算FRSBKMSBKM2)1(PLC的梯形图程序PLC的工作模式PLC的工作模式；RUN模式：执行用户程序；STOP模式：创建和编辑用户程序，设置PLC的硬件功能，并将用户程序和硬件设置信息下载到PLC改变工作模式的方法；用模式开关改变工作方式；用STEP7-Micro/WIN32软件改变工作方式；在程序中改变工作模式；PLC工作原理读取输入执行用户程序通信处理CPU自诊断测试改写输出中断程序的处理立即I/O的处理PLC工作原理扫描工作方式读取输入(1)过程映像区(2)读取过程：读取数字量输入的状态（ON/OFF)外部输入电路闭合：过程映像为1，梯形图常开触点接通，常闭触点断开；外部输入电路断开：过程映像为0，梯形图常开触点断开，常闭触点接通；PLC工作原理执行用户程序（1）读I/O映像寄存器以及其他位元件；（2）执行指令，进行逻辑运算（从左到右,从上到下）；（3）运算结果写入映像寄存器；注意（1）在程序执行过程中，输入变化不影响结果；（2）I/O映像寄存器优点；PLC工作原理通讯处理处理从通信接口或智能模块接收到信息，读通信数据放缓充区；CPU自诊断测试（1）自动定期检查CPU模块操作和扩展模块操作；（2）复位监控程序（看门狗程序）改写输出将输出过程映像寄存器的0/1状态传送到输出模块并锁存起来PLC工作原理中断程序的处理中断发生，CPU停止正常扫描工作模式，立即执行中断功能；立即I/O的处理直接存取I/O点；（1）立即读I/O指令读输入点值时，输入过程映像寄存器值不被更新；（2）立即写输出点，输出映像更新；PLC工作过程举例2.0)0.01.0(0.0IQIQPLC工作过程举例读取阶段CPU将SB1，SB2的常开触点的ON/OFF读入相应的过程映像区。执行用户指令；修改输出阶段；CPU将各输出过程映像寄存器中二进制传送给输出模块并锁存起来。输入输出滞后时间滞后时间概念:系统响应时间，PLC外部输入信号发生变化时刻至它控制的有关外部输入信号发生变化的时刻之间的时间间隔。组成:滞后时间=输入电路滤波时间+输出电路的滞后时间+扫描工作模式的滞后时间各部分分析:2.3S7-200系列CPUS7-200新产品介绍；CPU模块；数字量扩展模块；模拟量扩展模块与热电偶，热电阻扩展模块；STEP7-Micro/WIN编程软件与显示面板2.4PLC的安装模块的安装与拆卸本机I/O与扩展I/O的地址分配S7-200的外部接线与电源的选择；交流电源于直流电源的外部接线对于感性负载的处理2.5习题(1)可编程序控制器主要由——、——、——和——组成。(2)继电器的线圈“断电”时，其常开触点——，常闭触点——o(3)外部的输入电路接通时，对应的输入映像寄存器为——状态，梯形图中对应的常开触点——，常闭触点——o(4)若梯形图中输出Q的线圈“断电”，对应的输出映像寄存器为——状态，在修改输出阶段后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈——，其常开触点——，外部负载——。2．整体式可编程序控制器与模块式可编程序控制器各有什么特点?分别适用于什么场合？3.RAM与EEPROM各有什么特点?使用RAM存储用户程序时应注意什么问题?2.5习题4.交流数字量输入模块与直流输入模块分别适用于什么场合?5.数字量输出模块有哪几种类型?它们各有什么特点?6.简述可编程序控制器的扫描工作过程。2.5习题输出寄存器输入寄存器处理请求\自诊断检查输出模块接触器KM10执行程序01第3章PLC的程序设计基础主要讲解内容PLC的编程语言与程序结构;存储器的数据类型与寻址方式;PLC编程的基本指令系统;位逻辑指令;定时器指令,计数器指令;传送指令,移位指令等；3.1PLC的编程语言与程序结构PLC编程语言的国