西门子PLC课件

可编程序控制器电子教案哈尔滨理工大学第1章概述1.1可编程序控制器的由来可编程序控制器(ProgrammableController)简称为PC可编程序逻辑控制器(ProgrammableLogicCntroller)。简称为PLC1968年．美国最大的汽车制造厂家——通用汽车公司(GM)提出了研制可编程序控制器的基本设想，即(1)能用于工业现场。(2)能改变其控制“逻辑”，而不需要变动组成它的元件和修改内部接线。(3)出现故障时易于诊断和维修。1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上第一台PLC。我国1974年研制，77年应用。1.2可编程序控制器的定义、特点一、定义：可编程序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、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、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设备，都应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。”二、特点1编程方法简单易学2功能强，性能价格比高3硬件配套齐全．用户使用方便。适应性强4可靠性高。抗干扰能力强5系统的设计、安装、调试工作量少6维修工作量小，维修方便7体积小，能耗低1.3可编程序控制器的应用领域1.数字量逻辑控制2.运动控制3.闭环过程控制4.数据处理5.通信联网1.4可编程序控制器的发展趋势1．向高性能，高速度、大容量发展2．大力发展微型可编程序控制器3.大力开发智能型l／O模块和分布式I／O子系统4．基于个人计算机的编程软件取代手持式编程器5．可编程序控制器编程语言的标准化6．可编程序控制器通信的易用化和“傻瓜化”7．可编程序控制器的软件化与Pc化8．组态软件引发的七位计算机编程革命9．可编程序控制器与现场总线相结合第2章可编程序控制器的硬件结构与工作原理2.1可编程序控制器的基本结构2.1.1基本结构组成：CPU模块、输入模块、输出模块、编程装置。1CPU模块1）CPU芯片作用：在可编程序控制器控制系统中，CPU模块相当于人的大脑，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。2）存储器：作用：存放系统程序，用户程序和数据。系统程序：决定PLC的基本智能，由厂家设计，并存入ROM、EEPROM。用户不能修改。用户程序：根据要求，用PLC的编程语言，编制的程序，用户用编程器写入RAM或EEPROM。类型(1)随机存取存储器(RAM)用户可以用编程装置读出RAM中的内容，也可以将用户程序写入RAM，它是易失性的存储器，它的电源中断后，储存的信息将会丢失。(2)只读存储器(ROM)ROM的内容只能读出，不能写入。它是非易失的，它的电源消失后，仍能保存储存的内容。ROM一般用来存放可编程序控制器的系统程序。(3)可电擦除可编程的只读存储器(EEPROM或E2PROM)它是非易失性的，但是可以用编程装置对它编程．兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点，但是将信息写入它所需的时间比RAM长得多。EEPROM用来存放用户程序和需长期保存的重要数据。2I／0模块作用：是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。1）输入模块作用：接收和采集输入信号。输人电路：设有RC滤波电路和光电耦合器。2）输出模块作用：控制输出设备，执行装置。输出电路：晶体管和场效应管、双向晶闸管，小型继电器。3、编程装置作用：编程装置用来生成用户程序，并对它进行编辑、检查和修改。1）.手持式编程器：不能直接输人和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。2）.编程软件编程：在屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的相互转换。4、电源可编程序控制器使用220V交流电源或24V直流电源。内部的开关电源为各模块提供DC5V、±12V、24V等直流电源。2.1.2可编程序控制器的物理结构1整体式（S7—200）（图2-2）2模块式(s7—300和s7—400系列)(图2-3)。2.1.3可编程序控制器的外部接线CPU222模块的外部接线图(见图2-6)2.2可编程序控制器的工作原理2.2.1可编程序控制器的工作方式工作状态：STOP：创建和编辑用户程序，设置PLC的硬件功能，并可下栽到PLC。RUN:执行用户程序实现控制功能。扫描工作方式。(图2-9)2.2.2可编程序控制器的工作原理1.读取输入2.执行用户程序3.通信处理4.自诊断测试5.修改输出6.中断程序的处理7.立即I／O处理2.2.3输人／输出滞后时间是指可编程序控制器的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，几十毫秒。2.3S7-200系列可编程序控制器性能简介2.3.1CPU模块S7-200有5种CPU模块，。2.3.2数字量扩展模块当CPUI／O点数不够时，必须使用扩展模块的I／O点数2.3.3模拟量输入输出扩展模块模拟量扩展模块有3种。2.3.4热电偶、热电阻扩展模块EM231热电偶、热电阻模块.EM231热电偶模块。2.3.5PROFIBUS-DP通信模块2.3.6STEP7-Micro／WIN编程软件简介2.4可编程序控制器的安装2.4.1模块的安装与拆卸1.模块的安装与拆卸2.现场接线端子排与可拆卸的端子连接器。2.4.2本机I／0与扩展l／O本机I／O有固定的地址，扩展I／0点的地址由模块的类型和模块在同类I／O模块链中的位置来决定。规则：1）同类型输入或输出点的模块进行顺序编址。2）数字量I／0模块的地址以字节(8位)为单位，未用的位不会分配给I／0链中的后续模块。3）模拟量扩展模块以2字节递增的方式来分配地址。CPU224的I／0地址分配举例。（图2—12）第3章可编程序控制器程序设计基础3.1可编程序控制器的编程语言与程序结构3.2存储器的数据类型与寻址方式3.3位逻辑指令3.4定时器与计数器指令3.1.1可编程序控制器编程语言的国际标准1994年5月可编程序控制器标准(IECll31).组成：通用信息，设备与测试要求，编程语言，用户指南和通信。编程语言标准。(IECll31．3)(1)顺序功能图(SequentialFunctionChart)。(2)梯形图(LadderDiagram)。(3)功能块图(FunctionBlockDiagram)。(4)指令表(Inst~ctionList)。(5)结构文本(structuredText)1顺序功能图(SFC)这是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序。顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，在顺序功能图中可以用别的语言嵌套编程。步、转换和动作是顺序功能图中的三种主要元件。可以用顺序功能图来描述系统的功能。2梯形图(LAD)组成：由触点、线圈和用方框表示的功能块。（图3-3）特点：1）沿用继电器这一名称，但不是真实继电器，而是软件中编程元件。2）假想的“能流”(POWeYFlow)，从左向右流动。3）逻辑解算，从左至右，从上至下。4）线圈放在最右边，触点可无限次使用。3功能块图(FBD)4语句表（STL）指令表程序：一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式。5结构文本(sT)结构文本(sT)是为IECll31—3标准创建的一种专用的高级编程语言。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。3.2存储器的数据类型与寻址方式3.2.1数据在存储器中存取的方式1位、字节、字和双字位(bit)：二进制数的1位只有O和1两种不同的取值。字节(Byte)：8位二进制数组成1个字节。字(Word)：两个字节。双字（DoubleWord）：两个字。。2数据的存取方式I3.2IB3(图3-5)。VBl00VWl00VDl00(见图3-6)。3．2．2不同存储区的寻址1输入映像寄存器(I)寻址输入映像寄存器的标识符为I(I0.0-I15.7)，在每个扫描周期的开始，CPU对输入点进行采样，并将采样值存于输入映像寄存器中。I、O、V、M、S、SM、L均可按位、字节、字和双字来存取。2输出映像寄存器(Q)寻址输出映像寄存器的标识符为Q(QO.O～Q15.7)，在扫描周期的末尾，CPU将输出映像寄存器的数据传送给输出模块，再由后者驱动外部负载。3变量存储器(v)寻址程序执行的过程中存放中间结果，或用来保存与工序或任务有关的其他数据。4位存储器(M)区寻址内部存储器标志位(MO.0～M31.7)用来保存控制继电器的中间操作状态或其他控制信息。5特殊存储器(SM)标志位寻址特殊存储器用于CPU与用户之间交换信息如SMO.O、SMO.l、SMO.4和SMO.56局部存储器(L)区寻址S7-200有64个字节的局部存储器，其中60个可以作为暂时存储器，或给子程序传递参数。7定时器存储器(T)区寻址S7-200有三种时基增量分别为1ms、lOms和lOOms定时器。8计数器存储器(c)区寻址计数器用来累计其计数输入端脉冲电平由低到高的次数，CPU提供加计数器、减计数器和加减计数器。9顺序控制继电器(s)寻址顺序控制继电器(SCR)位用于组织机器的顺序操作，SCR提供控制程序的逻辑分段。10模拟量输入(AI)寻址S7-200将现实世界连续变化的模拟量(如温度、压力、电流、电压等)用A／D转换器转换为1个字长(16位)的数字量，用区域标识符AI、数据长度(w)和字节的起始地址来表示模拟量输入的地址。11模拟量输出(AQ)寻址S7-200将1个字长的数字用D／A转换器转换为现实世界的模拟量，用区域标识符AQ、数据妊度(w)和字节的起始地址来表示存储模拟量输出的地址12累加器(AC)寻址累加器是可以像存储器那样使用的读／写单元，例如可以用它向子程序传递参数，或从子程序返回参数，以及用来存放计算的中间值。CPU提供了4个32位累加器(AC0-AC3)，可以按字节、字和双字来存取累加器中的数据13高速计数器(HC)寻址高速计数器用来累计比CPU的扫描速率更快的事件，其当前值和设定值为32位有符号整数，当前值为只读数据。14常数的表示方法与范围常数值可以是字节、字或双字，CPU以二进制方式存储常数，常数也可以用十进制、十六进制、ASCII码或浮点数形式来3.2.3直接寻址与间接寻址1直接寻址在指令中直接使用存储器或寄存器的元件名称和地址编号，直接查找数据，如VW790、VBl00。使用地址指针来存取存储器中的数据，使用前，首先将数据所在单元的内存地址放入地址指针寄存器中，然后根据此地址指针存取数据。建立指针只能用V、L或ACl、AC2和AC3作指针。例如：MOVD＆VB200，AC1MOVD＆C3，VD6MOVD＆MB4，LD82）用指针来存取数据（图3-7）3）修改指针例：MOVDAC1将指针增加两次，指向下一个字。INCDAC1MOVW*AC1,AC0将AC1所指向的字的数值送AC03.3位逻辑指令3.3.1触点指令1.标准触点指令LD(Load装载)、A(And，与)和0(Or，或)。2.堆栈的基本概念S7—200有1个9位的堆栈，栈顶用来存储逻辑运算的结果．下面的8位用来存储中间运算结果。堆栈中的数据一般按“先进后出”的原则存取。3OLD(0rLoad)指令串联电路块的并联连接。OLD指令不需要地址，它相当于需并联的两块电路右端的一段垂直连线。4ALD(AndLoad)指令图3-9中OLD后面的两条指令将两个触点并联。5其他堆栈操作指令入栈(LPS，LogicPush)（见图3-11）。读栈(LRD，LogicRead)出栈(LPP，LogicPop)装载堆栈(LDSn，LoadStack，n=1~8)6立即触点立即(Immediate)触点指令只能用于输入I，执行立即触点指令时，立即读人物理输人点的值，根据该值决定触点的接通／断开状态，但是并不更新该物理输人点对应的映像寄存器。3.3.3输出指令1输出(=)2立