清华课件17电工（第9章可编程控制器（西门子s7200型））

1,海南风光,清华大学电机系电工学教研组唐庆玉2003年10月16日编版权所有禁止盗版剽窃,第9章 可编程序控制器 （S7-200型PLC）,清华大学电机系电工学教研室2003年10月16日,2,第9章 可编程序控制器,9.1 概述 9.2 S7-200内部寄存器、存储器 及编程语言简介 9.3 S7-200基本指令 9.4 实验内容,3,9.1.1 什么是PLC ?,PLC 是一种专门用于工业控制的计算机。, 早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。它主要用于顺序控制，只能实现逻辑运算。因此，被称为可编程逻辑控制器（Programmable logic controller，略写 PLC ), 随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可编程控制器（Programmable controller，略写PC)。为区别于Personal Computer (PC)，故沿用PLC 这个略写。,9.1 概述,4,PLC应用领域,机床电器 纺织机械 塑料机械 包装机械 烟草机械 冲压机械 铸造机械 运输带 食品工业 化学工业 陶瓷工业 环保设备 电力自动化设备 电梯 中央空调 真空装置 恒压供水系统 各种电机 各种电磁阀,5,1. 抗干扰、可靠性高。 2. 模块化组合式结构，使用灵活方便。 3. 编程简单，便于普及。 4. 可进行在线修改。 5. 网络通讯功能，便于实现分散式测控系统。 6. 与传统的控制方式比较，线路简单。,优点,6,9.1.2 PLC的结构和工作原理,一、 PLC结构示意图,7,二、各组成部分的作用,2. 存储器,1. CPU,(1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令。 (2)将各种输入信号取入。 (3) 把运算结果送到输出端。 (4) 响应各种外部设备的请求。,RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。 ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。,8,3. 输入、输出接口：采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。,输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。,输出三种形式：继电器 - 低速大功率 可控硅 - 高速大功率 晶体管 - 高速小功率,输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。,9,（1）输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。,COM,光电三极管,发光二极管,直流电源,输入端子,PLC,触点Xn不合，输入逻辑0 触点Xn吸合，输入逻辑1,10,继电器输出,（2）输出接口电路：采用光电耦合器，微型继电器输出。,PLC,输出逻辑0，继电器释放 输出逻辑1，继电器吸合,11,4. 各种接口、高功能模块：便于扩展。 小型机：一体机。有接口可扩展。 中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合。,12,主机模块,扩展模块,扩展模块,模块式组合，组成大型系统,13,编程设备: 个人计算机。,5. 编程设备,编程软件：STEP7-Micro/WIN32,14,9.1.3 工作方式,CPU：等待命令。,PLC：运行（RUN)后循环扫描。 CPU从第一条指令开始执行，执行完最后一 条指令又返回第一条，不断循环。,15,1. I/O点数 ：各128位 2. 程序存储器 E2PROM 2K 3. 数据存储器 1K 3.指令执行速度 0.37 s /指令 4. 高速计数（30MHz) 6. 有中断 7. 可联网，离线编程,9.1.4 S7-200主要功能,有四种CPU: CPU221, CPU222, CPU224, CPU226,8. 可扩展 9. 模拟量的输入输出 10. 指令类型：,16,9.2 内部寄存器、存储器简介,9. 2. 1 寄存器和存储器,1. 输入（映象）寄存器 I 功能: 从输入接口输入信号 共16个字节， 128位（点） 寻址格式： 位寻址 例 I0.0, I0.1 共有I0.0I15.7共128位 字节寻址 例 IB0(由I0.0I0.7组成） 共有IB0IB15共16个字节 另外还有：字寻址和双字寻址（略）,17,9. 2. 1 寄存器和存储器(续),2. 输出（映象）寄存器 Q 功能: 向输出接口输出信号 共16个字节， 128位（点） 寻址格式： 位寻址 例 Q0.0, Q0.1 共有Q0.0Q15.7共128位 字节寻址 例 QB0(由Q0.0Q0.7组成） 共有QB0QB15共16个字节 另外还有：字寻址和双字寻址（略）,18,9. 2. 1 寄存器和存储器(续),3. 变量存储器V 功能: 程序执行过程中存放中间结果 共2048字节 位寻址格式 有V0.0V2047.7 字节寻址格式 有VB0 VB2047 字格式和双字格式（略）,19,9. 2. 1 寄存器和存储器(续),4. 位存储器M 功能: 保存继电器的中间操作状态，共32字节，256位 M0.0M31.7 5. 特殊存储器SM 功能：用于CPU与用户交换信息，共180字节，1440位 SM0.0SM179.7(其中SM0.4提供周期为1分钟的时钟 脉冲， SM0.5提供周期为1秒的时钟脉冲） 6. 局部存储器L 功能：用于CPU与用户交换信息，共64字节，512位 L0.0L63.7,20,9. 2. 1 寄存器和存储器(续),7. 定时器T 功能: 用于定时，分辨率三种1ms/10ms/100ms，定时 时间1ms-3276.7s，定时时间到，定时器位被置1 共256个（与计数器共用）：T0T255 8.计数器C 用途：对输入脉冲（上跳沿）计数，当计数值预设 值时，计数器位被置1 类型：加计数器CTU，减计数器CTD，加减计数器CTUD 共256个（与定时器共用）：C0C255,21,9. 2. 1 寄存器和存储器(续),9. 顺序控制存储器S 功能：用于编写顺序控制系统的程序，共32字节，256位 位数：S0.0S31.7,注意： 在国外或国内关于PLC的教材和产品说明书，都将PLC内部的寄存器和存储器称为继电器,22,9. 2. 2 编程语言,23,位（触点）：寄存器和存储器的每一位都是一个 “继电器触点”。,触点通断与寄存器（存储器）位的赋值关系：,PLC中有两类“触点”：常开触点和常闭触点。 符号分别为：,24,(1) 装载指令 LD （LOAD)，非装载指令 LDN （LOAD NOT) 从母线开始一个新逻辑行时，或开始一个逻辑块时，输入的第一条指令。 LD：以常开触点开始 LDN：以常闭触点开始,9.3 可编程控制器S7-200基本指令,输入I0.0的值，输出给Q0.0。若按钮动作（合），I0.0=1， Q0.0 1；若按钮不动作（开），I0.0=0， Q0.0 0。,输入I0.0的值并取反，输出给Q0.0。若按钮动作（合），I0.0=1，Q0.0=0；若按钮不动作（开),I0.0=0,Q0.0=1,25,(2) 输出指令 输出到输出寄存器，同时输出到对应的输出端口,9. 3 可编程控制器S7-200基本指令（续）,若Q0.0=1，输出继电器闭合；若Q0.0=0，输出继电器释放,26,逻辑关系 梯形图 语句表,LD I0.0 A I0.1 = Q0.0,A,当 I0.0 与 I0.1 都 “ON” 时， 则输出 Q0.0 “ON”。,（3）与指令（A） (AND)，非与指令（ AN）（AND NOT）,说明：先输入I0.0的值；再输入I0.1的值，并将I0.0和I0.1的值相与；与的结果输出到Q0.0,LD I0.0 AN I0.1 = Q0.0,AN,当 I0.0 “ON” ，I0.1“OFF”时 则输出 Q0.0 “ON”。,说明：先输入I0.0的值；再输入I0.1的值并取反，将I0.0的值和I0.1的取反值相与；与的结果输出到Q0.0,27,逻辑关系 梯形图 语句表,LD I0.0 O I0.1 = Q0.0,O,当 I0.0 “ON” 或者 I0.1 “ON” 时，则输出 Q0.0 “ON”。,（4）或指令（O，ON） (OR),说明：先输入I0.0的值；再输入I0.1的值，并将I0.0和I0.1的值相或；或的结果输出到Q0.0,LD I0.0 ON I0.1 = Q0.0,ON,当 I0.0 “ON” ，或者I0.1 “OFF”时，则输出 Q0.0 “ON”。,说明：先输入I0.0的值；再输入I0.1的值并取反，将I0.0的值和I0.1的取反值相或；或的结果输出到Q0.0,28,逻辑关系 梯形图 语句表,（5）非指令（NOT）,LD I0.0 NOT = Q0.0,NOT,说明：先输入I0.0的值；再将I0.0的值求反，1变0，0变1；求反的结果输出到Q0.0,将其左边电路的结果求反,29,逻辑关系 梯形图 语句表,LD I0.0 O I0.2 LD I0.1 O I0.3 ALD = Q0.0,先“I0.0或I0.2”，再“I0.1或I0.3”，再将两块的逻辑运算结果相与，与的结果输出到Q0.0,ALD,OLD,（6）块与指令（ALD） （7）块或指令（OLD),先“I0.0与I0.1”，再“I0.2与I0.3的反”，再将两块的逻辑运算结果相或，或的结果输出到Q0.0,LD I0.0 A I0.1 LD I0.2 AN I0.3 OLD = Q0.0,30,助记符语句表 LD I0.1 O Q0.0 AN I0.0 = Q0.0,助记符语句表 LDN I0.0 LD I0.1 O Q0.0 ALD = Q0.0,“块与ALD”指令练习,课堂练习: 试写出语句表,31,“块与”、“块或”指令练习：写出下列梯形图的语句表,LDN I1.4 A I0.3 LD I3.2 AN T16 OLD LDN C24 ON I1.2 ALD O Q3.4 = Q0.3,32,M 3,A,B,C,KM,FU,QS,FR,异步机的直接起动 + 过载保护继电器接触器控制,主电路,控制电路,采用PLC控制时，主电路接线不变,33,例1：异步机直接启动停止PLC控制,PLC I/O分配： I0.0: 停车SB1 I0.1: 启动SB2 Q0.0：KM,继电器接线图（对照）,34,异步机直接启动停止PLC控制: 语句表及动作过程分析,助记符语句表 LD I0.1 O Q0.0 AN I0.0 = Q0.0,（1）RUN后，语句表循环执行 假设SB1、SB2都不按下, ,（3）假设SB2按下，,（5）假设电机启动后，再按下 SB1，,（4）假设电机启动后， SB1、SB2 都不按下，,35,PLC外部接线限制,S7-200 CPU224 PLC控制器 输入接线端子只有14点：I0.0I0.7，I1.0I1.5 输出接线端子只有10点：Q0.0Q0.7，Q1.0Q1.1,36,电机的正反转继电器接触器控制,KMR,M 3,A,B,C,KMF,FU,Q S,FR,主电路,控制电路,37,PLC I/O分配： SB1 I0.0 SBF I0.1 SBR I0.2 KMF Q0.0 KMR Q0.1,例2：三相异步电动机的正反转PLC控制,38,LD I0.1 O Q0.0 AN I0.0 AN Q0.1 = Q0.0 LD I0.2 O Q0.1 AN I0.0 AN Q0.0 = Q0.1,三相异步电动机的PLC正反转控制编程,39,（8）堆栈操作及堆栈操作指令（LPS, LRD, LPP, LDS）,堆栈结构: 共9个单元，每个单元1位,堆栈操作: 先进后出,40,（8）堆栈操作及堆栈操作指令（LPS, LRD, LPP, LDS）（续）,CPU自动堆栈操作：,41,CPU自动堆栈操作：,42,（8）堆栈操作及堆栈操作指令（LPS, LRD, LPP, LDS）（续）,LPS指令：,操作：复制栈顶第0层的值，并向下压一层,43,（8）堆栈操作及堆栈操作指令（LPS, LRD, LPP, LDS）（续）,LRD指令,操作：复制第1层的值，装到第0层,44,（8）堆栈操作及堆栈操作指令（LPS, LRD, LPP, LDS）（续）,LPP指令,操作：将第0层的值弹出，其他层依次上移一层,45,（8）堆栈操作及堆栈操作指令（LPS, LRD, LPP, LDS）（续）,LDS n指令,操作：复制第n层到栈顶，原来各层值依次下压一层 例：LDS 2,46,（8）堆栈操作指令（LPS, LRD, LPP, LDS）举例（续）,LPS：复制栈顶第0层的值，向下压一层,LRD：复制第1层的值，装到第0层,LPP：将第0层的值弹出，其他层依次上移一层,47,（8）堆栈操作指令（LPS, LRD, LPP, LDS）举例（续）,助记符语句表 LD I0.3 A I0.5 LPS AN I0.1 = Q0.0 LRD A T16 = Q0.1 LPP AN I0.1 = Q0.2,48,堆栈操作指令（LPS, LRD, LPP, LDS）课堂练习,LPS：复制栈顶第0层的值，向下压一层,LRD：复制第1层的值，装到第0层,LPP：将第0层的值弹出，其他层依次上移一层,49,（9）定时器及定时器指令,时间常数 （1-32767）,定时器编号37 时钟周期100ms,（1）当输入触点断开，IN0，定时器复位，当前值0。 （2）当输入触点接通，IN1，定时器开始定时，每一个时钟，当前值加1。 （3）当当前值设定值时间常数时，定时器常开触点ON，常闭触点OFF。 （4）定时时间=时钟周期时间常数。 （5）若IN仍为1，则当前值仍继续计数，直到最大值32767。 （6）若输入触点断开，定时器复位(常开触点断开，常闭触点闭合，当前值 清0)。 （7）当前值、设定值都是16位有符号整数。 （8）时钟周期有三种，见下表：,说明：,通电延时定时器,通电延时定时器TON 断电延时定时器TOF 保持型通电延时定时器TONR,输入触点,50,（9）定时器及定时器指令,注：T0NR保持型通电延时定时器（输入触点接通时开始定时，输入触点断开时，定时器位复位，当前值不清0。若输入触点又接通，则继续定时，定时时间到，定时器位置位） TON通电延时定时器（输入触点断开时，定时器位复位，当前值清0。输入触点接通时开始定时，定时时间到，定时器位置位） TOF断电延时定时器（输入触点接通时，定时器位复位，当前值清0。输入触点断开时开始定时，定时时间到，定时器位置位）,51,动作说明： 当I0.1闭合后，定时器T37开始定时。 经过100ms100=10s后，T37的常开触点闭合,Q0.0=1，同时T37的常闭触点断开,Q0.1=0。,定时器指令举例：,LD I0.1 TON T37,100 LD T37 = Q0.0 LDN T37 = Q0.1,用定时器指令编写的 助记符语句表,52,例3：定时器应用举例(高频加热时间控制）,PLC分配I/O： I0.0 SB1 I0.1 SB2 Q0.0 KM T37 KT,53,PLC分配I/O： I0.0 SB1 I0.1 SB2 Q0.0 KM T37 KT,高频加热时间控制,54,例4：定时器应用举例：用PLC控制三相异步电动机的Y-起动。,Y 起动继电器控制电路,I/O分配： SB1 I0.0 SB2 I0.1 KM Q0.0 KMY Q0.1 KM Q0.2 KT T33,时间常数=500 延时0.01s 500 =5s,55,用PLC控制三相异步电动机的Y-起动,I/O分配： SB1 I0.0 SB2 I0.1 KM Q0.0 KMY Q0.1 KM Q0.2 KT T33,继电器控制图,56,用PLC控制三相异步电动机的Y-起动,I/O分配： SB1 I0.0 SB2 I0.1 KM Q0.0 KMY Q0.1 KM Q0.2 KT T33,清华大学电机系电工学教研组唐庆玉编 2003年10月16日,57,用PLC控制三相异步电动机的Y-起动编程,根据梯形图和接线进行编程,LD I0.1 O Q0.0 AN I0.0 LPS = Q0.0 AN Q0.2 TON T33,500 LRD AN T33 AN Q0.2 = Q0.1,LPP LD T33 O Q0.2 ALD AN Q0.1 = Q0.2,；块与,58,（10）计数器及计数器指令,个数：与定时器共用256个，C0C255 三种类型：加计数器CTU，减计数器CTD，加减计数器CTUD,说明：当复位输入（R）电路断开，CU端电路接通，CU输入有一个上升沿，计数器当前值加1。当当前值设定值PV时，计数器常开触点闭合，常闭触点打开。当R端ON时，计数器复位，当前值清0。,LD I0.0 LD I0.2 CTD C5,100,LD I0.0 LD I0.2 CTU C4,100,LD I0.0 LD I0.1 LD I0.2 CTUD C6,100,说明：当CD端电路接通，CD输入有一个上升沿，从设定值开始，当前值减1。当当前值减至0时，停止计数，计数器常开触点闭合，常闭触点打开。当LD端ON时，计数器复位，设定值PV重装入当前值。,说明：CU端的上升沿，当前值加1；CD端的上升沿，当前值减1。当当前值设定值PV时，计数器位置位。当R端ON时，计数器复位，当前值清0。,59,计数器指令梯形图与时序图,I0.0,I0.2,CU,CTU,PV,50,C4,R,C4,( Q0.1 ),60,（11）跳变检测指令,语句表 LD I0.0 EU = M0.0 LD I0.1 ED = M0.1,检测正跳变,检测负跳变,注：M 位存储器，用于保存继电器的中间 操作状态，M0.0M31.7,61,例5. 计数器应用举例：产品数量检测,（每24个产品 机械手动作1次, 每次时间2秒）,62, 电机起动后，M0.0产生宽度为一个扫描 周期的正脉冲，使C100复位, 手动起、停传送带电机,产品数量检测PLC控制梯形图,每检测到一个产品，I0.2产生一个正脉冲， 使C100计一个数, C100每计24个数，机械手动作一次, 机械手动作后，延时2秒，将机械手 电磁铁切断，同时将C100复位。C100 复位后，Q0.1和T37也复位,63,产品数量检测PLC控制编程语句表,LD I0.1 O Q0.0 AN I0.0 = Q0.0 LD Q0.0 EU = M0.0 LD I0.2 A Q0.0 LD M0.0 O T37 CTU C100,24,LD C100 AN T37 = Q0.1 LD C100 TON T37,20,64,(13)数据传送指令,如果I0.0的常开触点闭合，VB0单元中的一个8位数被传送到VB24单元。IN输入端可以是立即数。（传送后，VB0单元中的数不变）,如果I0.0的常开触点闭合，VB0、VB1连续两个单元中的一个16位数被传送到VB24、VB25单元。 IN输入端可以是立即数。 （传送后，VB0、VB1单元中的数不变）,LD I0.0 MOVB VB0,VB24,LD I0.0 MOVW VW0,VW24,65,(14)移位指令,输入VB0的值，循环左移1位，输出到QB0,字节循环左移指令（RLB）,LD I0.0 MOVB VB0,QB0 RLB QB0,1,LD I0.1 MOVB VB1,QB1 RRB QB1,2,输入VB1的值，循环右移2位，输出到QB1,字节循环右移指令（RRB）,66,例7. 数据传送指令、移位指令应用举例： LED指