胡学林讲西门子S7-300PLC(教程)

可编程控制器原理及应用胡学林编著电子工业出版社、设计（设计院、研究所、公司、有些工厂）2、维护3、技术咨询4、组态软件与PLC通讯可编程序控制器(PLC)ProgrammableLogicController可编程控制器的产生与现状定义*PLC著名品牌*PLC的特点*可编程控制器的性能指标*分类*主要功能*PLC与继电器控制系统的比较*PLC与其他通用控制器（DCS、PID、IPC）的比较PLC的应用现状PLC的发展趋势第一章可编程控制器概述一、什么是PLC？*可编程控制器PLC：是一种新型的工业控制器，它是以微处理器为核心的工业生产自动装置。它是一种计算机，它是“专为工业环境下应用而设计”的工业控制计算机。年，美国昀大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。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，昀好是插件式结构。
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。年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为编程序控制器（ProgrammableController），简称PC。以后，日本、德国、法国等国相继研制了各自的PLC。70年代中期，PLC进入了实用化阶段。70年代末和80年代初，PLC进入了成熟阶段。的定义国际电工委员会（IEC）于1982年11月和1985年1月对可编程序控制器作了如下的定义：“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命令，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，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。二、PLC著名品牌*中国PLC市场排行榜上的世界几大厂家：美国A－B公司（Allen－Bradley）德国西门子公司（Siemens）美国的莫迪康（Modicon）和法国的TE电器公司日本欧姆公司（OMRON）日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI）日本富士电机株式会社（FujiElectric）；无锡电器和日本光洋合资生产的PLC;中美合资的厦门A—B公司生产的PLC；上海香岛机电公司引进技术生产的PLC;上海OMRON公司;西安Siemens公司等。三、PLC的特点*1、抗干扰能力强，可靠性高(平均无故障时间3--5万小时）2、编程简单3、有很强的输入输出接口，使用简便4、体积小、结构紧凑、安装、维护方便5、设计、施工、调试周期短6、易于实现机电一体化、主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。2、编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的PLC互不兼容。SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础，在Windows平台下，结合IEC1131－3国际标准的新一代开放体系结构的PLC。四、PLC的性能指标*I/O（输入/输出）点数；用户程序存储容量;PLC的CPU执行程序的速度五、可编程控制器的分类1．根据Ｉ／Ｏ点数分类⒉根据结构形式分类*⒊根据用途分类．根据Ｉ／Ｏ点数分类（1）微型机Ｉ／Ｏ点数(总数)在64点以下，内存容量为256B～1KB。（2）小型机Ｉ／Ｏ点数(总数)在65～128点之间，内存容量为1～3.6KB。（3）中型机Ｉ／Ｏ点数在129～512点之间，内存容量为3.6～13KB。（4）大型机Ｉ／Ｏ点数在513～896点之间，内存容量为13K。（5）巨型机Ｉ／Ｏ点数大于896，内存容量大于13K，称为巨型机。上述划分方式并不十分严格，也不是一成不变的。随着PLC的发展，划分标准已经有过多次修改。
⒉根据结构形式分类*（1）整体式
一般的微型机和小型机多为整体式结构。这种结构ＰＬＣ的电源、ＣＰＵ、Ｉ／Ｏ
部件都集中配置在一个箱体中，有的甚至全部装在一块印刷电路板上。（2）模板式（或模块式）这种形式的ＰＬＣ各部分以单独的模板分开设置，如电源模板、ＣＰＵ模板、输入模板、输出模板及其它智能模板等。这种ＰＬＣ（如S7-400）一般设有机架底板，在底板上有若干插槽，使用时，各种模板直接插入机架底板即可。也有的ＰＬＣ（如S7-300）为串行联接，没有底板，各个模板安装在机架导轨上，而各个模板之间是通过背板总线连接的。这种结构的ＰＬＣ配置灵活，装备方便，维修简单，易于扩展，可根据控制要求灵活配置所需模板，构成功能不同的各种控制系统。一般中型机、大型机和巨型机ＰＬＣ均采用这种结构。
模板式ＰＬＣ的缺点是结构较复杂，各种插件多，因而增加了造价。（3）分散式
所谓分散式的结构就是将可编程控制器的ＣＰＵ、电源、存储器集中放置在控制室，而将各Ｉ／Ｏ模板分散放置在各个工作站，由通信接口进行通信连接，由
ＣＰＵ
集中指挥。六、可编程控制器的与继电器逻辑控制系统的比较在可编程控制器出现以前，继电器硬接线电路是逻辑控制、顺序控制的唯一执行者，它结构简单，价格低廉，一直被广泛应用。但它与PLC控制相比有许多缺点。比较项目继电器逻辑可编程控制器控制逻辑接线逻辑,体积大,接线复杂，修改困难存储逻辑,体积小、连线少,控制灵活，易于扩展控制速度通过触点的开闭实现控制作用。动作速度为几十毫秒，易出现触点抖动由半导体电路实现控制作用,每条指令执行时间在微秒级,不会出现触点抖动限时控制由时间继电器实现，精度差，易受环境、温度影响用半导体集成电路实现,精度高，时间设置方便，不受环境、温度影响触点数量４～８对，易磨损任意多个，永不磨损工作方式并行工作串行循环扫描设计与施工设计、施工、调试必须顺序进行，周期长，修改困难在系统设计后，现场施工与程序设计可同时进行,周期短，调试、修改方便可靠性与可维护性寿命短可靠性与可维护性差寿命长，可靠性高，有自诊断功能，易于维护价格使用机械开关、继电器及接触器等，价格便宜使用大规模集成电路，初期投资较高七、可编程控制器的与其他工业控制器的比较自从微型计算机诞生以后，工程技术人员就一直努力将微型计算机技术应用到工业控制领域，这样，在工业控制领域就产生了几种有代表性的工业控制器：可编程控制器(PLC)、PID控制器(又称PID调节器)、集散控制系统(DCS)、微型计算机(PC)和工业控制计算机（IPC）。由于PID控制器一般只适用于过程控制中的模拟量控制，并且，目前的PLC或DCS中均具有PID的功能。所以，只对可编程控制器与通用的微型计算机、与集散控制系统、与工业控制计算机分别做一下比较。．可编程控制器与通用的微型计算机的比较采用微电子技术制作的作为工业控制器的可编程控制器，它也是由CPU、RAM、ROM、Ｉ／Ｏ接口等构成的，与微机有相似的构造，但又不同于一般的微机，特别是它采用了特殊的抗干扰技术，有着很强的接口能力，使它更能适用于工业控制。与微型计算机的比较比较项目可编程控制器微型计算机应用范围工业控制科学计算、数据处理、通信等使用环境工业现场具有一定温度、湿度的机房输入／输出控制强电设备,有光电隔离,有大量的Ｉ／Ｏ口与主机采用微电联系,没有光电隔离,没有专用的Ｉ／Ｏ口程序设计一般为梯形图语言，易于学习和掌握程序语言丰富，需专门计算机的硬件和软件知识系统功能自诊断、监控等配有较强的操作系统工作方式循环扫描方式及中断方式中断方式可靠性极高，抗干扰能力强，长期运行抗干扰能力差,不能长期运行体积与结构结构紧凑,体积小外壳坚固，密封结构松散，体积大，密封性差键盘大，显示器大．可编程控制器与集散控制系统的比较可编程控制器与集散控制系统都是用于工业现场的自动控制设备，都是以微型计算机为基础的，都可以完成工业生产中大量的控制任务。但是，它们之间又有一些不同：①发展基础不同可编程控制器是由继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在开关量处理，顺序控制方面具有自己的绝对优势，发展初期主要侧重于顺序逻辑控制方面。集散控制系统是由仪表过程控制系统发展而来，所以它在模拟量处理、回路调节方面具有一定的优势，发展初期主要侧重于回路调节功能。②扩展方向不同随着微型计算机的发展，可编程控制器在初期逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算及闭环调节功能。运算速度不断提高，控制规模越来越大，并开始与网络或上位机相连，构成了以PLC为核心部件的分布式控制系统。集散控制系统自70年代问世后，也逐渐的把顺序控制装置，数据采集装置，回路控制仪表，过程监控装置有机的结合在一起，构成了能满足各种不同控制要求的集散控制系统。③由小型计算机构成的中小型DCS将被PLC构成的DCS所替代PLC与DCS从各自的基础出发，在发展过程中互相渗透，互为补偿，两者的功能越来越近，颇有殊路同归之感。目前，很多工业生产过程既可以用PLC实现控