西门子PLC培训讲稿概述.ppt

,第1讲可编程控制器的基本原理 第2讲STEP 7编程软件 第3讲PLC 指令系统介绍 上机练习 第4讲IEC 61131-3编程语言标准 第5讲现场总线 上机练习 第6讲WinCC组态软件,培 训 计 划,一、PLC的发明过程,上个世纪60年代，由于美国汽车工业需要进行大规模的技术改造和设备更新，由传统的继电器控制装置来进行控制，不仅体积庞大，故障率高，柔性差，不灵活，耗能，而且调试困难，可靠性也差年由美国通用汽车公司提出使用新一代控制器的设想从用户的角度考虑，该公司对新一代控制器提了点要求，为各大公司提供了明确的开发目标次年，就由美国DEC（数字设备公司）首先研制成功第一台可编程逻辑控制器PDP-14差不多同时，美国MODICON公司也研制出084控制器它们的问世，引起了全世界的瞩目，美国的其他公司和西欧，日本等工业发达国家，也相继研究开发出类似的产品,二、PLC发明之前传统控制装置的缺点,在PLC发明之前，在工业控制的顺序控制领域内，常常采用诸如继电器，鼓式开关，纸带阅读器等机械，电气式器件作为控制元件，尤其是控制继电器，在离散制造过程控制领域内，成为开关控制系统中最广泛使用的器件但是，随着工业现代化的发展，生产规模越来越大，劳动生产率及产品质量的要求在不断提高，对于控制系统的可靠性也提出了更高的要求，原有继电器控制系统已不适应需要，究其原因是： 动作缓慢，寿命短，可靠性差，体积大，耗电多， 设计制造周期长，程序修改费时，不能实现与计算机对话,三、在工业控制领域需要一种新的控制器,到60年代后期，虽然小型计算机已日趋完善，应用领域也在不断扩大，但小型计算机用于开关控制系统，又显然存在着大马拉小车的状态，这是由于小型计算机： 编程复杂，要求有较高水平的编程人员和操作人员， 需要配套非标准的外部接口，对环境和现场条件的要求过高，功能过剩，机器资源未能充分利用， 造价高昂。,四、PLC适合于新的控制要求,需要与可能，促使人们寻求新的出路，PLC即应运而生它首先应用于美国的汽车工业，这时的PLC，用了固态（集成）电路来代替继电器逻辑电路，用存储器电路中的存储数位（程序）来代替继电器系统的布线，以程序来规定逻辑关系；用固态I/O电路来检测按钮和限位开关的信号，给出输出以控制电机和其它执行机构,五、PLC控制器具有一些新的特点,这时的PLC系统已开始具有如下一些特点： 环境适应性较强，可以使用于车间现场; 有较高的可靠性和诊断能力，维修容易,基本能适应不同的制造过程所需; 柔性度有了较大提高，只要改变系统中的程序即可改变控制逻辑，而无需改造或更换控制硬件等,六、微处理器开始引入PLC领域,自1976年以来，微处理器开始引入PLC领域，大大加强了PLC的作用，使PLC由简单地代替继电器电路，而发展为先进的控制装置当今PLC具有采集与处理大量数据，完成数学运算，与其它智能器件通信的能力，以及具有先进的人机对话手段（如键盘，CRT和语音对话）, 近年来由于现场总线理念的出现和相关标准的建立，以及产品的迅速发展， PLC成为现场总线的一个重要组成部分，进一步扩大了PLC的应用领域,七、PLC已经成为控制领域的最重要手段,除了专用编程器外，很多PLC可以使用通用的笔记本电脑实现编程，开发一些专用软件，充分利用个人计算机的能力，完成各种高级的编程功能，省却了专用编程器，既便于推广又节省投资随着技术的进步，PLC的功能越来越强，应用范畴越来越广，与其它工业控制机，例如，分散型控制系统（DCS）的界限已经不十分明显，很多以往必须由分散型控制系统来完成的控制，现在用PLC都能实现，因此在应用上交错已经成为普遍现象,八、PLC的定义和硬件、软件的基本构成,根据IEC标准，给PLC下的定义： 它是在工业环境中使用的数字操作的电子系统，它使用可编程存储器内部储存用户设计的指令，这些指令用来实现特殊的功能，诸如逻辑运算，顺序操作，定时，计数以及算术运算和通过数字或模拟输入输出来控制各种类型的机械或过程。,九、PLC控制器的特点,1. 控制程序可变，具有很好的柔性，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改变程序就可满足要求因此，除单机控制外，PLC在柔性制造单元（FMC）,柔性制造系统（FMS），以致工厂自动化（FA）中也被大量采用 2. 具有高度可靠性，适用于工业环境，PLC产品的平均故障间隔时间（MTBF）一般可达到5年以上，因此是一种高度可靠的工业产品，大大提高了生产设备的运行效率PLC不要求专用设备的机房，这为工业现场的大量直接使用提供了方便,十、PLC的工作原理,PLC控制的对象是“过程”或“机械”，由传感器采集“过程”或“机械”的信息，送入PLC的输入单元，经PLC的中央处理单元处理，结果通过PLC的输出单元驱动执行机构，由执行机构控制“过程”或“机械”达到预期的目的图2.1还表示了PLC的外部设备接口与外部设备之间的联系主要的外部设备有编程器（编程器上配置有显示单元）， HMI人机接口，并行打印机，其它PLC或上位计算机 从原理上讲，PLC是计算机的一种，因此，它也由中央处理器，中央存储器和接口三部分组成,（一）PLC的中央处理单元（CPU）的结构,中央处理单元的核心是中央处理器 中央处理器包含指令计数器，指令存储器和地址寄存器，变址和基址寄存器，累加器和通用寄存器 除了中央处理器外，还有中央存储器，中央存储器划分成数据，程序和监控三部分数据部分包含有输入变量，中间变量和输出变量的映像区监控部分存放PLC的监控程序，用户程序区存放若干个用户的应用程序块,（二）CPU和中央存储器,PLC中的CPU是用来完成对某些不同类型的信息进行操作的单元这些操作包括信息的转移，信息的转换（码的转换，数字的转换），计算，同步，译码等 中央处理器（Processor）是CPU中的智能机构（电脑）它是用来控制程序指令的操作的，处理器本身由若干种寄存器组成寄存器是由逻辑电路组成的高速半导体存储器（暂存器），它用来暂时存放数据，外部信息或中间运算结果和对它们进行操作。,（三）PLC CPU 内部的主要的寄存器,内部寄存器 只能在计算机内部进行存取，允许内部的管理和控制操作 程序计数器 有时也称做“程序指针”，它始终包含有当前正在执行指令的地址，在每一条指令执行结束时，指针的值将被修改，自动地加。 只有在执行跳转指令时是例外指针将被放置新的下一条执行指令的地址 2. 指令存储器 由“程序指针”所指向的中央存储器中的当前指令的操作码（Operation code），被送至指令寄存器经过译码，在时钟脉冲控制下，指令寄存器将执行指令：从中央存储器转移信息到通用寄存器或取相反过程对于执行的是跳转指令，如果命令是正向跳动n，则执行指令的结果是强迫程序计数器增量加n,（四）PLC的存储器系统,处理PLC系统信息的存储器通常分为两大部分：中央存储器和大容量存储器（硬盘，软磁盘，磁带，Flash memory等）大容量存储器一般作为PLC的外部设备中央存储器有很高的存取速度，但由于价格较昂贵，限制了它的使用容量；大容量存储器虽然存取速度较慢，但由于价格相对便宜，适于储存大容量数据 中央存储器在PLC的内部，一般由三部分组成由于对存取速度有要求，所以都采用半导体存储器，常用的半导体存储器有静态RAM，EPROM和E2PROM,（五）PLC 的寻址方式,在CPU与中央存储器交换信息的过程中，很重要的一点是存储器的寻址，发展寻址技术的目的是在键入数据时增加灵活性，使更为安全和得到更大地址范围PLC系统中使用的寻址方式有以下几种： 1. 立即数寻址：这种寻址方式的操作数直接放置在指令的地址场中这种寻址方法，对简单的计算，例如，计算用户程序的地址是很方便的 2. 相对寻址：在指令的地址场中包含的是正的或负的整数，用它与现行地址（例如，程序计数器的值）代数相加，得到指令的操作数的有效地址这种寻址方式在执行转移指令，条件转移指令或循环指令（LOOP）时是非常有用的,3. 间接寻址：这种寻址方式的指令的地址场包含的是操作数所在单元的地址（即指令的操作数有效地址的地址），用这种寻址方式，可以扩展可寻址存储器的范围 4. 变址或基址寻址：在变址寄存器或通用寄存器中，预先放置一基地址，将此与指令操作数地址场的内容（偏移量）代数相加得到指令操作数的有效地址 5. 组合寻址：上面所提到的某些寻址方式可组合起来形成新的寻址方式，例如，相对变址寻址等,（六）PLC中的堆栈,1、在中央存储器中，还有一种特殊的应用区，称为“堆栈” “堆栈”是中央存储器中的一个特殊区域，用来存放程序执行过程中的结果或者在子程序调用过程中用来保护“现场”信息，以便子程序结束时能正确地返回 2、在PLC中使用的“堆栈”主要有两种形式： 一种称后进先出堆栈（LIFOlast in first out 另一种称先进先出堆栈（FIFOFirst in first out） 图2.4表示了这两种 “堆栈”在进行栈操作时的数据位置,（七）PLC I/O扩展结构,整体形非总线结构: 80年代，PLC的结构多为组件式，由CPU，I/O及备用模块等组合而成现在的小型，微型PLC结构则趋向于将CPU，存储器与I/O做成一体形结构，整体做成平板薄形，以追求低价格和便于安装这种结构的PLC往往采用非总线结构，追求低价格和小型化，其安装方法也与过去不同，大多安装到配电盘或机械之中，有的不用外壳，作成插件，以降低售价,2. 总线形结构 大，中型以及一部分小型PLC通常采用总线形方式，可视用户要求进行组合以满足不同要求，见图2.5这种总线结构有多种形式，有采用微机总线，例如VME总线，PC总线，或开发商的专用总线，例如Siemens公司的S5总线等，PLC的I/O总线扩展可以有多种结构方式，主要采用： 并行本地总线 串行远程通信连接,（八）PLC 的I/O模板,中央处理器和中央存储器通过总线与