S7-200-系列理论课教案-(1)

1曲靖高级技工学校教案课程：PLC年级：二年级班级：电工班日期：2014年3月3日2课题一PLC的历史、分类及应用教学目的了解PLC的发展、特点、分类、应用、结构和工作原理教学重点PLC的结构和工作原理教学难点工作原理教学方法讲授法、演示法授课时间6学时教学内容一．PLC的产生可编程序逻辑控制器PLC产生于1969年，最初只具备逻辑控制、定时、计数等功能，主要是用来取代继电接触器控制。现在所说的可编程序控制器PC（ProgrammableController）是1980年以来，美、日、德等国由先前的可编程序逻辑控制器PLC进一步发展而来。1985年，国际电工委员会IEC对可编程序控制器作了如下规定：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。二．PLC的发展1.发展及现状2.发展趋势（1）与计算机联系密切（2）发展多样化（3）模块化（4）网络与通信能力增强（5）多样化与标准化（6）工业软件发展迅速三．PLC的特点1.可靠性高2.功能强大3.简单方便四．PLC的分类1.从结构上可编程序控制器从结构上可分为整体式和模块式。2.从规模上按PLC的输入输出点数可分为小型、中型和大型。五．PLC的应用1.工业1）开关量控制，如逻辑、定时、计数、顺序等；2）模拟量控制，部分PLC或功能模块具有PID控制功能，可实现过程控制；3）监控，用PLC可构成数据采集和处理的监控系统；4）建立工业网络，为适应复杂的控制任务且节省资源，可采用单级网络或多级分布式控制系统。2.其他行业可编程序控制器在其他行业的应用也日益广泛：在国防和民用，如建筑，环保，家用电器等。六．PLC的结构和工作原理（一）．结构PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输3出接口电路等组成。图2.1为一典型PLC结构简图。1．中央处理单元CPU存储器电源部分输入单元输出单元编程器或其他设备按钮接触器电磁阀指示灯行程开关继电器触点图2.1结构简中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片上。CPU的主要功能：1）从存储器中读取指令2）执行指令3）顺序取指令4）处理中断2．存储器1）只读存储器2）随机存储器RAM3.输入输出单元（1）输入接口电路（2）输出接口电路通常PLC的输入类型可以是直流、交流和交直流。输入电路的电源可由外部供给，有的也可由PLC内部提供。图2.2和图2.3分别为一种型号PLC的直流和交流输入接口电路的电路图，采用的是外接电源。图2.2描述了一个输入点的接口电路。其输入电路的一次电路与二次电路用光耦合器相连，当行程开关闭合时，输入电路和一次电路接通，上面的发光管用于对外显示，同时光耦合器中的发光管使三极管导通，信号进入内部电路，此输入点对应的位由0变为1。即输入映像寄存器的对应位由0变为1。内部电路COM输入1输入n图2.2直流输入电路图4内部电路COM输入1输入n.图2.3交流输入电路图（二）工作原理1.循环扫描PLC采用循环扫描工作方式，这个工作过程一般包括五个阶段：内部处理、与编程器等的通信处理、输入扫描、用户程序执行、输出处理，其工作过程如图2.4所示。内部处理通信处理输入扫描执行用户程序输出处理RUN方式？否是开始图2.4工作原理图图2.4中当PLC方式开关置于RUN（运行）时，执行所有阶段；当方式开关置于STOP（停止）时，不执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对PLC联机或离线编程。可编程序控制器的输入处理、执行用户程序和输出处理过程的原理如图2.5所示。PLC执行的五个阶段，称为一个扫描周期，PLC完成一个周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。5按钮接触器按钮输入电路输入映象寄存器输出映象寄存器输出电路（）程序执行图2.5程序执行原理图2.与计算机的异同相同点：（1）基本结构相同（2）程序执行原理相同不同点：两者的不同点主要体现在工作方式上。3.与继电接触器的异同相同点：图形结构和逻辑关系相同。不同点：（1）实现原理不同（2）工作方式不同七．技术性能指标1.外形尺寸2.输入输出点数3.机器字长4.速度5.指令系统6.存储器容量7.扩展性8.通信功能八．编程语言1.梯形图2.语句表3.逻辑符号图4.高级语言思考题（作业）：完成课后习题课后小结：6课题二S7-200系列可编程序控制器基本知识教学目的以西门子公司生产的S7-200系列小型可编程序控制器为例，了解可编程序控制器的系统组成，了解PLC扫描周期及工作方式，了解I/O扩展。教学重点S7-200PLC系统组成教学难点工作方式教学方法讲授法、演示法授课时间8学时教学内容一．S7-200PLC系统基本构成SIMATICS7-200系统由硬件和工业软件两大部分构成，如图3.1所示。图3.1S7-200PLC系统组成系统基本构成：1.硬件（1）基本单元（2）扩展单元（3）特殊功能模块（4）相关设备2.工业软件工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序、文档及其规则的总和，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几大类构成。二．主机结构1.各CPU介绍及I/O系统（1）主机外形SIMATICS7-200系统CPU22X系列PLC主机（CPU模块）的外形如图3.2所示：7图3.2S7-200主机外形（2）基本结构特点1、输出信号类型2、电源输出3、基本I/O4、存储安全5、高速反应6、模拟电位器7、实时时钟8、输入输出可扩展性4种CPU各有晶体管输出和8继电器输出两种类型，具有不同电源电压和控制电压。各类型的型号如表3.1所示。表3.1CPU型号SIMATICS7-200系统CPU22X系列PLC主机及I/O特性如表3.2所示。表3.2主机及I/O特性2.存储系统（1）存储系统8个人计算机存储器卡用户程序CPU组态V存储器M存储器用户程序CPU组态V存储器M存储器定时器和计数器当前值CPURAMEPROM图3.3存储系统表3.3存储容量（2）存储器及使用上装和下装用户程序定义存储器保持范围用程序永久保存数据存储器卡的使用（3）存储安全1）主机CPU模块内部配备的EEPROM，上装程序时，可自动装入并永久保存用户程序、数据和CPU的组态数据。2）用户可以用程序将存储在RAM中的数据备份到EEPROM存储器。3）主机CPU提供一个超级电容器，可使RAM中的程序和数据在断电后保持几天之久。4）CPU提供一个可选的电池卡，可在断电后超级电容器中的电量完全耗尽时，继续为内部RAM存储器供电，以延长数据所存的时间。5）可选的存储器卡可使用户像使用计算机磁盘一样来方便地备份和装载程序和数据。三．扫描周期及工作方式1.扫描周期（1）输入处理（2）执行程序（3）处理通信请求（4）执行CPU自诊断测试9（5）写数字输出一个扫描周期读输入执行程序处理通信请求写输出执行CPU自诊断图3.4CPU的扫描周期2.工作方式（1）STOP方式（2）RUN方式3.改变CPU工作方式的方法1）用PLC上的方式开关来手动切换，方式开关有3个挡位。2）用STEP7-Micro/Win32编程软件，应首先把主机的方式开关置于TERM或RUN位置，然后在此软件平台用鼠标单击STOP和RUN方式按钮即可。3）在用户程序中用指令由RUN方式转换到STOP方式，前提是程序逻辑允许中断程序的执行。四．输入输出扩展1.设备连接(a)面板安装(b)标准导轨安装图3.5I/O扩展示意图2.最大I/O配置的预算（1）映像寄存器数量（2）电流提供各CPU所能提供的最大5VDC电流如表3.4所示。（3）模块电流CPU22X可连接的各扩展模块消耗5VDC电流如表3.5所103.输入输出及CPU组态（1）I/O点数扩展和编址（2）设置输入滤波（3）设置脉冲捕捉（4）输出表配置（5）定义存储器保持范围例如，某一控制系统选用CPU224，系统所需的输入输出点数各为：数字量输入24点、数字量输出20点、模拟量输入6点、模拟量输出2点。本系统可有多种不同模块的选取组合，表3.6所示为其中的一种可行的系统输入输出组态状况。若按表3.6的扩展方式，各模块在I/O链中的位置排列方式也可以有多种，图3.6所示为其中的一种模块连接形式。11主机CPU224模块1EM221DI8XDC24V模块2EM222DO8XDC24V模块3EM235AI4/AQ1X12位模块4EM223DI4/DQ4XDC24V/继电器模块5EM235AI4/AQ1X12位图3.6扩展连接图S7-200CPU为每个主机数字量输入提供了脉冲捕捉功能，它可以使主机能够捕捉小于一个扫描周期的短脉冲，并将其保持到主机读到这个信号，但前提是只有通过滤波器后，脉冲捕捉才有效。此外，在一个给定的扫描周期内如果有不只一个脉冲，则只有第一个脉冲可以被捕捉到，几种情况下的脉冲捕捉波形如图3.7所示。CPU扫描周nCPU扫描周期n+1输入刷新输入刷新输入1输入3输入2允许脉冲捕捉允许脉冲捕捉允许脉冲捕捉图3.7脉冲捕捉波形图思考题（作业）：P27第5和第6题课后小记：12课题三STEP7编程软件介绍教学目的1、编程软件的安装及窗口组件、STEP7编程软件的主要编程功能、程序的调试与监控；2、项目管理，要求熟悉编程软件的使用教学重点STEP7编程软件的主要编程功能、程序的调试与监控教学难点编程软件的使用教学方法讲授、演示、练习授课时间8学时教学内容一．STEP7概述S7-200可编程控制器使用STEP7-Micro/WIN32编程软件进行编程。STEP7-Micro/WIN32编程软件是基于Windows的应用软件，功能强大，主要用于开发程序，也可用于适时监控用户程序的执行状态。加上汉化后的程序，可在全汉化的界面下进行操作。二．STEP7-Mirco/WIN主要编程功能三．通信四．程序的调试与监控五．项目管理思考题（作业）：P54第1、2、3题课后小记：13课题四S7-200系列可编程序控制器基本知识教学目的练习使用STEP7-Micro/WIN32编程软件教学重点程序的输入和编辑方法教学难点程序的编辑教学方法讲授、演示、练习授课时间6学时教学内容一．实训目的（1）认识S7-200系列可编程控制器及其与PC机的通信。（2）练习使用STEP7-Micro/WIN32编程软件。（3）学会程序的输入和编辑方法。（4）初步了解程序调试的方法。二．内容及指导（1）PLC认识（2）开机（打开PC和PLC）并新建一个项目。（3）检查PLC和运行STEP7-Micro/WIN（4）选择指令集和编辑器。（5）输入、编辑如图3-29所示梯形图，并转换成语句表指令。（6）给梯形图加POU注释、网络标题、网络注释。（7）编写符号表.（8）编译程序。并观察编译结果。三．结果记录（1）认真观察PLC基本单元上的输入/输出指示灯的变化，并记录。（2）总结梯形图输入及修改的操作过程。（3）写出梯形图添加注释的过程。四．思考题1.如何建立项目？2.如何在LAD中输入程序注解？3.如何下载程序？4.如何在程序编辑器中显示程序状态？5.如何建立状态图表？6.如何执行有限次数扫描？7.如何打开交叉引用表？交叉引用表的作用是什么课后小记：14课题五基本位逻辑指令教学目的1、使学生掌握LD、LDN指令的使用。2、使学生掌握A、AN指令的使用。3、使学生掌握O、ON指令的使用。教学重点梯形图和指令表之间的互换教学难点指令的灵活使用教学方法讲授、演示、练习授课时间12学时教学内容一、逻辑取（装载）及线圈驱动指令（先介绍基本指令在企业现场中的用途，引起学生的兴趣后引入新课）利用多媒体教学网络系统教师机对学生的每一台计算机实行广播控制，播放教学软件课件中第四章的第二节内容。边播放边讲解以下内容：讲解逻辑取（装载）及线圈驱动指令定义通过实例讲解逻辑取（装载）及线圈驱动指令格式。逻辑取（装载）及线圈驱动指令使用说明1、动合触点指令（装入常开触点）助记符LD取指令助记符LD功能：表示一个与输入母线相连的动合触点指令，即动合触点逻