可编程序控制器

1、1 可编程序控制器可编程序控制器 与工业控制网络与工业控制网络 主讲老师主讲老师: 潘运红潘运红 EMAIL: 2 目目 录录 第一章第一章 电气控制基础电气控制基础 第二章第二章 可编程序控制器概述可编程序控制器概述 第三章第三章 可编程序控制器的基本组成和工作原理可编程序控制器的基本组成和工作原理 第四章第四章 S7-200可编程序控制器的系统配置可编程序控制器的系统配置 第五章第五章 S7-200可编程序控制器的指令系统可编程序控制器的指令系统 第六章第六章 STEP7-Micro/WIN32编程软件功能及使用编程软件功能及使用 第七章第七章 可编程序控制器的控制系统设计可编程序控制器的

2、控制系统设计 第八章第八章 S7-300和和S7-400可编程序控制器的系统配可编程序控制器的系统配 置及编程置及编程 第九章第九章 可编程序控制器的通信及网络可编程序控制器的通信及网络 3 简单的控制系统实例 全自动护理病床全自动护理病床 机械手控制系统机械手控制系统 4 第一章第一章 电气控制基础电气控制基础 一、传统电气控制系统简介一、传统电气控制系统简介 二、常用低压电器简介二、常用低压电器简介 三、电气控制线路基础三、电气控制线路基础 5 一、传统电气控制系统简介一、传统电气控制系统简介 传统继电接触式控制系统传统继电接触式控制系统 20世纪世纪70年代以前，电气自动控制的任年代以前

3、，电气自动控制的任 务基本上都由其完成；务基本上都由其完成； 主要由继电器、接触器、按钮等低压电主要由继电器、接触器、按钮等低压电 器组成；器组成； 6 二、常用低压电器简介二、常用低压电器简介 1、定义、定义 低压电器是一种能根据外界的信号（机械低压电器是一种能根据外界的信号（机械 力、电动力和其他物理量），自动或手动接通力、电动力和其他物理量），自动或手动接通 和断开电路，从而断续或连续改变电路参数或和断开电路，从而断续或连续改变电路参数或 状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、 保护、检测和调节用的电气元件或设备。保护、检测和调节用的电气元件或设

4、备。 （控制电器按其工作电压的高低，以交流1200V、直 流1500V为界，可划分为高压控制电器和低压控制电器 两大类。） 7 2、分类、分类 常用低压电器常用低压电器 接触器接触器 继电器继电器 开关电器开关电器 行程开关行程开关 熔断器熔断器 其他电器（如按钮、指示灯等）其他电器（如按钮、指示灯等） 交流接触器交流接触器 直流接触器直流接触器 电磁式继电器电磁式继电器 热继电器热继电器 时间继电器时间继电器 温度继电器温度继电器 速度继电器速度继电器 压力继电器压力继电器 刀开关刀开关 低压断路器低压断路器 直动式直动式 滚动式滚动式 微动式微动式 管式管式 螺旋塞式螺旋塞式 快速式快速式

5、 8 按钮按钮 一种常用的控制电器元件，一种常用的控制电器元件， 常用来接通或断开常用来接通或断开控制电控制电 路路（其中电流很小），从（其中电流很小），从 而达到控制电动机或其他电而达到控制电动机或其他电 气设备运行目的的一种开关。气设备运行目的的一种开关。 9 交流接触器交流接触器 广泛用作电力的开断和控制电路。它利用主广泛用作电力的开断和控制电路。它利用主 触点来开闭电路，用辅助触点来执行控制指令。触点来开闭电路，用辅助触点来执行控制指令。 主触点一般只有常开触点，而辅助触点常有两主触点一般只有常开触点，而辅助触点常有两 对具有常开和常闭功能的触点。对具有常开和常闭功能的触点。 10 电

6、流继电器电流继电器 继电器是一种控制器件，在自动控制电路中起着自动调节、继电器是一种控制器件，在自动控制电路中起着自动调节、 安全保护、转换电路等作用。安全保护、转换电路等作用。 电流继电器是当输入量电流继电器是当输入量(激励量激励量)是电流并当其达到规定的电是电流并当其达到规定的电 流值时做出相应动作的一种继电器。通常是用较小的电流去流值时做出相应动作的一种继电器。通常是用较小的电流去 控制较大电流的一种控制较大电流的一种“自动开关自动开关”。 11 中间继电器中间继电器 中间继电器是辅助继电器，是用于增加控制电路中中间继电器是辅助继电器，是用于增加控制电路中 的信号数量或信号强度的一种继电

7、器。的信号数量或信号强度的一种继电器。 12 热继电器热继电器 利用输入电流所产生的热效应能够做出相应动作的利用输入电流所产生的热效应能够做出相应动作的 一种继电器。通常用于实现电动机的过载保护。一种继电器。通常用于实现电动机的过载保护。 13 时间继电器时间继电器 时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实 现延时控制的自动开关装置。它的种类很多，现延时控制的自动开关装置。它的种类很多， 有空气阻尼型、电动型和电子型和其他型等。有空气阻尼型、电动型和电子型和其他型等。 14 熔断器熔断器 熔断器是当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔断器是当电流超过规

8、定值时，以本身产生的热量使 熔体熔断，断开电路的一种电器。熔断器也被称为保熔体熔断，断开电路的一种电器。熔断器也被称为保 险丝，主要进行短路保护或严重过载保护。险丝，主要进行短路保护或严重过载保护。 15 组合开关组合开关 在电气控制线路中，组合开关是一种常被作为在电气控制线路中，组合开关是一种常被作为 电源引入的开关，可以用它来直接启动或停止电源引入的开关，可以用它来直接启动或停止 小功率电动机或使电动机正反转。局部照明电小功率电动机或使电动机正反转。局部照明电 路也常用它来控制。组合开关有单极、双极、路也常用它来控制。组合开关有单极、双极、 三极、四极几种。三极、四极几种。 16 断路器断

9、路器 断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流， 并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件（包并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件（包 括短路条件）下的电流的开关装置。当发生严重的过载或括短路条件）下的电流的开关装置。当发生严重的过载或 者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔 断器式开关与过欠热继电器等的组合。断器式开关与过欠热继电器等的组合。 17 刀开关刀开关 刀开关又称闸刀开关或隔离开关，它是手控电刀开关又称闸刀开关或隔离开关，它是手控电 器中最简单

10、而使用又较广泛的一种低压电器。器中最简单而使用又较广泛的一种低压电器。 18 3、常用低压电器的基本结构和工作原理、常用低压电器的基本结构和工作原理 （1）电磁式低压电器电磁式低压电器 n 电磁式低压电器在电气控制线路中使用量最大，类电磁式低压电器在电气控制线路中使用量最大，类 型也很多；型也很多； n 各类电磁式低压电器在工作原理和构造上基本相同，各类电磁式低压电器在工作原理和构造上基本相同， 结构主要组成部分：结构主要组成部分：电磁机构电磁机构和和触点系统触点系统。 下面是电磁式电器及其简单结构和工作原理示意下面是电磁式电器及其简单结构和工作原理示意 图：图： 19 接触器接触器继电器继电

11、器 20 交流接触器交流接触器的结构和工作原理图一：的结构和工作原理图一： 电磁机构：电磁机构： 线圈、铁芯和线圈、铁芯和 衔铁衔铁 触点：触点： 静触点、动触静触点、动触 点点 动触点动触点 静触点静触点 21 电磁机构：电磁机构： 线圈、铁芯和线圈、铁芯和 衔铁衔铁 触点：触点： 静触点、动触静触点、动触 点点 静触点静触点 动触点动触点 交流接触器交流接触器的结构和工作原理图二：的结构和工作原理图二： 22 n 接触器工作原理：接触器工作原理： 掌握了接触器的结构，就容易了解其工作原理。掌握了接触器的结构，就容易了解其工作原理。 当电磁线圈当电磁线圈通电后通电后，线圈电流产生磁场，使静铁

12、，线圈电流产生磁场，使静铁 心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触点动作：心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触点动作：常常 闭触点断开；常开触点闭合闭触点断开；常开触点闭合，两者是联动的。当，两者是联动的。当 线圈线圈断电时断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的 作用下释放，使触点复原：作用下释放，使触点复原：常开触点断开，常闭常开触点断开，常闭 触点闭合触点闭合。 23 三、电气控制线路基础三、电气控制线路基础 1、电气原理图介绍、电气原理图介绍 电气原理图中常用图形、文字符号电气原理图中常用图形、文字符号 24 n 接触器在电气控制线路中的图形符号、文字符号：接触器在

13、电气控制线路中的图形符号、文字符号： KM KM KM 线圈线圈 常开触点常开触点常闭触点常闭触点 （电气原理图中常用图形、文字符号表）（电气原理图中常用图形、文字符号表） 25 n 电气原理图电气原理图 （1）一般分主电路和辅助电路两部分。）一般分主电路和辅助电路两部分。 主电路主电路是电气控制线路中是电气控制线路中大电流通过大电流通过的部分，包括从电源的部分，包括从电源 到电机之间相连的电器元件；到电机之间相连的电器元件；辅助电路辅助电路是控制线路中除主电路是控制线路中除主电路 外的电路，其流过的外的电路，其流过的电流较小电流较小，包括控制电路、照明电路、信，包括控制电路、照明电路、信 号

14、电路和保护电路。号电路和保护电路。 （2）电气原理图中所有电器元件都应采用国家标准中）电气原理图中所有电器元件都应采用国家标准中 统一规定的图形符号和文字符号。统一规定的图形符号和文字符号。 26 （3）当同一电器元件的不同部件（如线圈、触点）分散在不同）当同一电器元件的不同部件（如线圈、触点）分散在不同 位置时，为了表示同一元件，要在电器元件的不同部件处标注位置时，为了表示同一元件，要在电器元件的不同部件处标注 统一的文字符号。统一的文字符号。 （4）所有电器的可动部分均按没有通电或没有外力作用时的状）所有电器的可动部分均按没有通电或没有外力作用时的状 态画出。态画出。 2、电气原理图举例、

15、电气原理图举例 下面以下面以单相点动控制电路单相点动控制电路、三相电机全压启动控制电路三相电机全压启动控制电路、 三相电机单向运行反接制动电路三相电机单向运行反接制动电路和和三相电机顺序控制电路三相电机顺序控制电路为例为例 来了解电气原理图的组成及其电路的工作原理。来了解电气原理图的组成及其电路的工作原理。 KM1 KM1 KM1 线圈线圈常开触点常开触点常闭触点常闭触点 27 （1）单向点动）单向点动 控制电路控制电路 电气原理图电气原理图 及分析及分析 28 （2）三相电机全压）三相电机全压 启动控制电路启动控制电路 电气原理图及分析电气原理图及分析 弄懂：弄懂：自锁自锁 自锁自锁 29

16、（3）三相电机单向）三相电机单向 运行反接制动电路运行反接制动电路 互互 锁锁 说明：说明： SB2:起动按钮起动按钮 SB1:停车按钮停车按钮 KS：速度继电器：速度继电器 （M转速高于某值时转速高于某值时KS常常 开触电闭合，低于某值时开触电闭合，低于某值时 断开）断开） 分析：分析： （1）起动运行）起动运行 （2）停车制动）停车制动 弄懂：弄懂：互锁互锁 自锁自锁 30 （4）三相电机顺序控制电路）三相电机顺序控制电路 说明：说明：SB2是是M1起动按钮；起动按钮； SB4是是M2起动按钮。起动按钮。 用按钮用按钮SB4 控制第二台控制第二台 电机启动电机启动 用时间继电器用时间继电器

17、 KT控制第二控制第二 台电机启动台电机启动 31 n 传统继电接触器控制系统的优缺点传统继电接触器控制系统的优缺点： 传统继电接触器控制系统传统继电接触器控制系统是把各种继电器、定时是把各种继电器、定时 器、接触器等低压控制电器及其触点按一定的逻辑关器、接触器等低压控制电器及其触点按一定的逻辑关 系连接起来组成控制系统，来控制各种生产机械的，系连接起来组成控制系统，来控制各种生产机械的， 很明显，很明显，其具有以下优缺点：其具有以下优缺点： 优点：优点：结构简单、容易掌握、价格低廉结构简单、容易掌握、价格低廉等；等； 缺点：缺点：设备体积大，耗电多，可靠性差、寿命短，动设备体积大，耗电多，可

18、靠性差、寿命短，动 作速度慢、功能少，适应性差，难于实现较复杂的控作速度慢、功能少，适应性差，难于实现较复杂的控 制制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线 复杂，当生产工艺或对象需要改变时，原有的接线和复杂，当生产工艺或对象需要改变时，原有的接线和 控制盘（柜）就要更换，所以控制盘（柜）就要更换，所以通用性和灵活性较差通用性和灵活性较差。 32 作业：作业： 电磁式低压电器的电磁式低压电器的结构组成及工作原理结构组成及工作原理，重点弄清，重点弄清 楚楚线圈和触点之间的动作关系线圈和触点之间的动作关系。 看第一章，看懂并能分析课堂中介绍的几个电

19、机控看第一章，看懂并能分析课堂中介绍的几个电机控 制电路的控制流程，重点弄懂制电路的控制流程，重点弄懂“自锁自锁”（P15图图1- 15）、）、“互锁互锁”（P15图图1-22）、）、“点动点动”（P15图图1- 14）控制环节的实现及其作用。）控制环节的实现及其作用。 33 第二章第二章 可编程序控制器概述可编程序控制器概述 PLC的由来和定义 PLC的发展概况和发展趋势 PLC的主要功能和特点 PLC的分类 34 第一节第一节 PLC的由来和定义的由来和定义 一、一、PLC的由来的由来 现状：现状： 计算机技术的发展、计算机技术的发展、 传统的继电器控制系统的不足传统的继电器控制系统的不足

20、 为适应市场的竞争要求，各生产厂家对控制系统提出了为适应市场的竞争要求，各生产厂家对控制系统提出了 要求，要求结合：要求，要求结合： n 继电器控制的简单易懂、使用方便、价格低廉的优点继电器控制的简单易懂、使用方便、价格低廉的优点 n 计算机的功能完善、灵活性、通用性好的优点计算机的功能完善、灵活性、通用性好的优点 提出了提出了 编程的设想。编程的设想。 可编程序控制器正是顺应这一要求出现的，它是可编程序控制器正是顺应这一要求出现的，它是以微处以微处 理器为基础理器为基础的通用工业控制装置。的通用工业控制装置。 35 1968年美国通用汽车公司提出要研制一种新型的工业控制装年美国通用汽车公司提

21、出要研制一种新型的工业控制装 置来取代继电器控制装置，十项公开招标的技术要求如下：置来取代继电器控制装置，十项公开招标的技术要求如下： 1）软连接代替硬接线，编程简单方便，可在现场修改程序；）软连接代替硬接线，编程简单方便，可在现场修改程序； 2）硬件维护方便，最好是插件式结构；）硬件维护方便，最好是插件式结构； 3）可靠性要高于继电器控制装置；）可靠性要高于继电器控制装置； 4）体积小于继电器控制装置；）体积小于继电器控制装置； 5）有数据通讯功能；）有数据通讯功能； 6）成本低于继电器控制装置；）成本低于继电器控制装置； 7）输入可以是交流）输入可以是交流115V，输出为交流，输出为交流1

22、15V，2A以上，能直以上，能直 接驱动电磁阀；接驱动电磁阀； 8）可在恶劣环境下工作；）可在恶劣环境下工作； 9）扩展时，原系统变更要小；）扩展时，原系统变更要小； 10）用户程序存储器容量至少可以扩展到）用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB。 核心思想：核心思想： 用程序代替硬接线用程序代替硬接线 输入输入/输出电平可与外部装置直接相联输出电平可与外部装置直接相联 结构易于扩展结构易于扩展 1969年美国数字设备公司（年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一）研制出世界上第一 台台PLC（PDP-14），并在通用公司（），并在通用公司（GM）汽车生产）汽车生产 线上应用成功。线上应用

23、成功。 36 二、二、PLC的定义的定义 国际电工委员会（国际电工委员会（IEC）在）在1985年的年的PLC标准草案第标准草案第3稿稿 中，对中，对PLC作了如下作了如下定义定义： 可编程序控制器可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为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，运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，

24、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。其功能的原则设计。 n 定义中定义中强调强调：PLC应直接应用于工业环境，必须有很强的应直接应用于工业环境，必须有很强的 抗干扰能力、广泛的适应能力和应用能力。抗干扰能力、广泛的适应能力和应用能力。 37 第二节第二节 PLC的发展概况和发展趋势的发展概况和发展趋势 一、一、PLC的发展概况的发展概况 PLC的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、通信的发展与计算机

25、技术、半导体技术、控制技术、通信 网络技术等高新技术的发展息息相关。网络技术等高新技术的发展息息相关。 四个阶段：四个阶段： （一）第一阶段：初创阶段（一）第一阶段：初创阶段 (1969年第年第1台台PLC问世到问世到1972年年) 采用计算机的初级语言编写应用程序；采用计算机的初级语言编写应用程序； CPU采用中小规模集成电路组成；采用中小规模集成电路组成； 以逻辑运算为主，实质上是一台专用的逻辑控制计算机。以逻辑运算为主，实质上是一台专用的逻辑控制计算机。 第一台第一台PLC的功绩是把计算机的程序存储技术引入继电器的功绩是把计算机的程序存储技术引入继电器 控制系统控制系统。 38 （二）第

26、二阶段：成熟、实用化阶段（二）第二阶段：成熟、实用化阶段 （1973年到年到1978年）年） 大规模集成电路促进了微机的发展，出现了大规模集成电路促进了微机的发展，出现了以微处理器为以微处理器为 核心的新一代核心的新一代PLC； 控制功能上增强了很多控制功能上增强了很多：位逻辑运算、计时、计数、数值：位逻辑运算、计时、计数、数值 （字）运算、数据处理、数据传送、监控、记录显示、计算机（字）运算、数据处理、数据传送、监控、记录显示、计算机 接口、模拟量控制等功能；接口、模拟量控制等功能； 开发了面向用户的开发了面向用户的梯形图编程法梯形图编程法； 39 （三）第三阶段：大发展阶段（三）第三阶段：

27、大发展阶段 （从（从1978年到年到1984年）年） 应用面扩大，应用面扩大，需求量大增需求量大增，几乎覆盖了所有的工业企业。，几乎覆盖了所有的工业企业。 品种越来越多，品种越来越多，新的新的PLC生产厂家不断增加生产厂家不断增加； 功能更多，增加了很多特殊功能、处理速度更快功能更多，增加了很多特殊功能、处理速度更快 、还具、还具 有通信功能和远程有通信功能和远程I/O能力，能力，初步形成了分布式通信网络体初步形成了分布式通信网络体 系系； 40 （四）第四阶段：继续发展阶段（四）第四阶段：继续发展阶段（从（从1984年至今）年至今） 超大规模集成电路技术的发展，微处理器价格大跌、处理超大规模

28、集成电路技术的发展，微处理器价格大跌、处理 速度等性能提高；速度等性能提高；PLC的软硬件功能已接近于工业控制计算机的软硬件功能已接近于工业控制计算机 的强有力的软硬件功能的强有力的软硬件功能。 网络通信功能、监控功能增强网络通信功能、监控功能增强； 编程语言更丰富编程语言更丰富，除了传统的梯形图、流程图、语句表外，除了传统的梯形图、流程图、语句表外， 还能用高级语言；还能用高级语言； PLC的人机对话能力增强，编程软件得到普及和简化，编的人机对话能力增强，编程软件得到普及和简化，编 程排错纠错能力加强，还可在线仿真，程排错纠错能力加强，还可在线仿真，加快了软件开发的周期加快了软件开发的周期。

29、 标准化标准化：1993年颁布了年颁布了IEC 11313国际标准（国际标准（PLC编程语编程语 言标准），标准化处于进程中。言标准），标准化处于进程中。 41 二、二、PLC的发展趋势的发展趋势 虽然虽然PLC只有只有40多年历史，但发展势头迅猛，是当今增长多年历史，但发展势头迅猛，是当今增长 速度最快的工业控制器。速度最快的工业控制器。 为适应不同场合和不同要求的控制需要，其继续发展方向为适应不同场合和不同要求的控制需要，其继续发展方向 两极分化：两极分化：大型化大型化、小型化小型化 （一）大型化（一）大型化 大存储容量、高速度、高性能、增加大存储容量、高速度、高性能、增加I/O点数点数。

30、 主要表现在以下几个方面：主要表现在以下几个方面： 42 1、增强网络通信功能、增强网络通信功能 2、发展智能模块、发展智能模块 3、外部故障诊断功能、外部故障诊断功能 4、编程语言、编程工具标准化、高级化、编程语言、编程工具标准化、高级化 5、实现软件、硬件标准化、实现软件、硬件标准化 6、编程组态软件发展迅速、编程组态软件发展迅速 （二）小型化（二）小型化 发展小型化发展小型化PLC，目的是为了，目的是为了占领广大的、分散的、中占领广大的、分散的、中 小型的工业控制场合小型的工业控制场合；小型、超小型、微小型；小型、超小型、微小型PLC不仅便于不仅便于 机电一体化，也是机电一体化，也是实现

31、家庭自动化的理想控制器实现家庭自动化的理想控制器。 小型小型PLC向着简易化、体积小、功能强、价格低的方向向着简易化、体积小、功能强、价格低的方向 发展发展。 例如：西门子公司的例如：西门子公司的LOGO！通用逻辑模块就是一种微！通用逻辑模块就是一种微 小型的小型的PLC。 43 第三节第三节 PLC的主要功能和特点的主要功能和特点 一、一、PLC的主要功能的主要功能 （一）开关量逻辑控制（一）开关量逻辑控制 这是这是PLC最基本的功能最基本的功能 （二）模拟量控制（二）模拟量控制 PLC中配置了中配置了A/D、D/A转换模块转换模块 （三）闭环过程控制（三）闭环过程控制 配置配置PID控制单

32、元或模块控制单元或模块 （四）定时控制（四）定时控制 （五）计数控制（五）计数控制 44 （六）顺序（步进）控制（六）顺序（步进）控制 可用顺序功能图对顺序控制进行设计，用移位寄存器和可用顺序功能图对顺序控制进行设计，用移位寄存器和 顺控指令编写程序。顺控指令编写程序。 （七）数据处理（七）数据处理 数字运算、数据传送、数据比较、数据转换、数据显示、数字运算、数据传送、数据比较、数据转换、数据显示、 打印、数据通信等。打印、数据通信等。 （八）通信和联网（八）通信和联网 可对远程可对远程I/O进行控制，能实现进行控制，能实现PLC与与PLC、PLC和计和计 算机之间的通信，还可与其他智能控制设

33、备实现通信。算机之间的通信，还可与其他智能控制设备实现通信。 45 二、二、PLC的特点的特点 PLC是专为工业环境下应用而设计的，具有面向工业控是专为工业环境下应用而设计的，具有面向工业控 制的鲜明的特点：制的鲜明的特点： （一）可靠性高、抗干扰能力强（一）可靠性高、抗干扰能力强 （二）通用性强、灵活性好、功能齐全（二）通用性强、灵活性好、功能齐全 PLC是通过软件实现控制的，对于不同控制对象可采用是通过软件实现控制的，对于不同控制对象可采用 相同的硬件进行配置。相同的硬件进行配置。 （三）编程简单、使用方便（三）编程简单、使用方便 （四）模块化结构（四）模块化结构 配置灵活，使扩展、维护方

34、便。配置灵活，使扩展、维护方便。 （五）安装简便、调试方便（五）安装简便、调试方便 （六）网络通信（六）网络通信 PLC提供标准通信接口。提供标准通信接口。 （七）其他（七）其他 PLC体积小、能耗低，便于机电一体化。体积小、能耗低，便于机电一体化。 46 第四节第四节 PLC的分类的分类 一、按一、按PLC的控制规模分类的控制规模分类 小型机：小型机：控制点数小于控制点数小于256，用户程序存储器容量小，用户程序存储器容量小 于于8K字；用于小型控制场合，网络中常做从站；例：字；用于小型控制场合，网络中常做从站；例： S7-200 中型机：中型机：控制点数一般在控制点数一般在256点点204

35、8点，用户程序点，用户程序 存储器容量小于存储器容量小于50K字；用于中型控制场合，网络中字；用于中型控制场合，网络中 可做主站也可做从站；例：可做主站也可做从站；例：S7-300 大型机：大型机：控制点数都在控制点数都在2048点以上，用户程序存储点以上，用户程序存储 器容量达器容量达50K字以上；用于大型控制场合，网络中常字以上；用于大型控制场合，网络中常 做主站；例：做主站；例：S7-400 47 二、按二、按PLC的结构形式分类的结构形式分类 整体式整体式PLC：将电源、将电源、CPU、I/O部件都集中在一个部件都集中在一个 机箱内，结构紧凑、体积小、价格低。小型机一般机箱内，结构紧凑

36、、体积小、价格低。小型机一般 采用这种结构；采用这种结构； 48 模块式模块式PLC：将将PLC的各部分分成若干个单独的模块，的各部分分成若干个单独的模块， 如电源模块、如电源模块、CPU模块、模块、I/O模块和各种功能模块。模块和各种功能模块。 模块式模块式PLC由机架和各种模块组成。配置灵活，装配由机架和各种模块组成。配置灵活，装配 方便，便于扩展和维修。方便，便于扩展和维修。 49 叠装式叠装式PLC：将整体式和模块式结合起来。除了基本将整体式和模块式结合起来。除了基本 单元外还有扩展模块和特殊功能模块，配置比较方便。单元外还有扩展模块和特殊功能模块，配置比较方便。 S7-200就是叠装

37、式结构的。就是叠装式结构的。 50 第三章第三章 可编程序控制器的基本组成和工作原理可编程序控制器的基本组成和工作原理 PLC的基本组成和各部分的作用 PLC对继电器控制系统的仿真 PLC的工作原理 51 第一节第一节 PLC的基本组成和各部分的作用的基本组成和各部分的作用 一、一、PLC的基本组成的基本组成 中央处理器（中央处理器（CPU）、存储器、输入）、存储器、输入/输出输出 （I/O）接口、电源等。）接口、电源等。 52 二、二、PLC各部分的作用各部分的作用 （一）中央处理单元（一）中央处理单元（CPU） PLC的核心部分，包括的核心部分，包括微处理器微处理器和和控制接口电路控制接口

38、电路。 1、微处理器、微处理器 微处理器是微处理器是PLC的运算和控制中心的运算和控制中心； PLC常用的微处理器有通用微处理器、单片机、位片式微常用的微处理器有通用微处理器、单片机、位片式微 处理器；处理器； 小型小型PLC多采用多采用8位微处理器或单片机作为位微处理器或单片机作为CPU，如，如Z80等，等， 具有价格低，通用性好等优点；具有价格低，通用性好等优点； 中型机多采用中型机多采用16位微处理器或单片机作为位微处理器或单片机作为CPU，如，如Intel8086 等，具有集成度高，运行速度快，可靠性高等优点；等，具有集成度高，运行速度快，可靠性高等优点； 大型机多采用高速位片式微处理

39、器，具有灵活性更强，速度大型机多采用高速位片式微处理器，具有灵活性更强，速度 更快，效率更高的优点。更快，效率更高的优点。 53 2、控制接口电路、控制接口电路 是微处理器与主机内部其他单元进行联系的部件，主要是微处理器与主机内部其他单元进行联系的部件，主要 有数据缓冲、单元选择、信号匹配、中断管理等功能。有数据缓冲、单元选择、信号匹配、中断管理等功能。 （二）存储器（二）存储器 PLC的存储器有的存储器有系统程序存储器系统程序存储器和和用户程序存储器用户程序存储器。 1、系统程序存储器、系统程序存储器 存放存放PLC生产厂家编写的系统程序，固化在生产厂家编写的系统程序，固化在PROM或或 E

40、PROM存储器中。存储器中。 2、用户程序存储器、用户程序存储器 可分为三部分：可分为三部分：用户程序区、数据区、系统区用户程序区、数据区、系统区。 54 （三）输入、输出单元（三）输入、输出单元 是是PLC的的CPU与现场输入、输出装置或其他外部设备之与现场输入、输出装置或其他外部设备之 间的连接接口部件。间的连接接口部件。 所有输入、输出单元均带有光耦合隔离电路，及其他的所有输入、输出单元均带有光耦合隔离电路，及其他的 比如滤除噪声等功能的信号处理电路单元。比如滤除噪声等功能的信号处理电路单元。 （四）编程器（四）编程器 简易型：只能联机编程，需将梯形图转化为语句表输入。简易型：只能联机编

41、程，需将梯形图转化为语句表输入。 智能型：可联机也可脱机编程，有显示功能，可直接输入梯智能型：可联机也可脱机编程，有显示功能，可直接输入梯 形图程序。形图程序。 近年采用个人计算机编程是新趋势了。近年采用个人计算机编程是新趋势了。 （五）电源单元（五）电源单元 55 第二节第二节 PLC对继电器控制系统的仿真对继电器控制系统的仿真 梯形图：模拟继电器控制系统的编程方法梯形图：模拟继电器控制系统的编程方法 梯形图中的基本编程元素：触点、线圈、方框。梯形图中的基本编程元素：触点、线圈、方框。 名词：母线、能流、梯级、梯形图网络名词：母线、能流、梯级、梯形图网络 母线母线 56 一个梯级一个梯级 一

42、个梯级一个梯级 一个梯级一个梯级一个网络一个网络 一个网络一个网络 一个网络一个网络 梯形图基本编程元素：梯形图基本编程元素： 触点、线圈、方框。触点、线圈、方框。 名词：母线、能流、梯级、名词：母线、能流、梯级、 梯形图网络梯形图网络 57 梯形图与继电器控制电路图的差异：梯形图与继电器控制电路图的差异： （1）梯形图内各种元件也沿用继电器的叫法，称为）梯形图内各种元件也沿用继电器的叫法，称为“软继电器软继电器”， 这不是物理继电器，这不是物理继电器，每个每个“软继电器软继电器”为存储器中的一位，状态为存储器中的一位，状态 为为“1”时表示该继电器时表示该继电器“通电通电”； （2）梯形图中

43、流过的是）梯形图中流过的是“能流能流”，不是物理电流，不是物理电流，“能流能流”只能只能 从左到右、自上而下流动，不允许倒流，从左到右、自上而下流动，不允许倒流，“能流能流”到，线圈则接到，线圈则接 通。通。“能流能流”是用户程序解算中满足输出执行条件的形象表示方是用户程序解算中满足输出执行条件的形象表示方 式式。（3）梯形图中的）梯形图中的常开、常闭触点不是物理开关的触点，它们对应常开、常闭触点不是物理开关的触点，它们对应 输入、输出映像寄存器或数据寄存器中的相应位的状态输入、输出映像寄存器或数据寄存器中的相应位的状态。常开常。常开常 闭触点只是互为相反状态，触点切换没有时间延迟；而继电器控

44、闭触点只是互为相反状态，触点切换没有时间延迟；而继电器控 制系统大多数电器是属于先断后合型的电器。制系统大多数电器是属于先断后合型的电器。 （4）梯形图中的）梯形图中的输出线圈不是物理线圈，其状态对应输出映像寄输出线圈不是物理线圈，其状态对应输出映像寄 存器相应位的状态存器相应位的状态，不能直接驱动现场执行机构。，不能直接驱动现场执行机构。 （5）编程时，）编程时，PLC的的“软继电器软继电器”的的触点原则上可无限次反复使触点原则上可无限次反复使 用用，但规定内部的线圈通常只能引用一次（避免双线圈的出现）。，但规定内部的线圈通常只能引用一次（避免双线圈的出现）。 58 第三节第三节 PLC的工

45、作原理的工作原理 一、建立一、建立I/O映像区映像区 在在PLC存储器内开辟了存储器内开辟了I/O映像区，其大小由映像区，其大小由PLC的系统的系统 程序确定；程序确定； 对于控制系统的一个输入点总有输入映像区的某一位与之对于控制系统的一个输入点总有输入映像区的某一位与之 对应，对应，PLC工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映 像区对应的位上像区对应的位上；对于系统的每一个输出点都有输出映像区；对于系统的每一个输出点都有输出映像区 的某一位与之对应，的某一位与之对应，PLC在执行用户程序时所产生的运算结在执行用户程序时所产生的运算结 果存放到输出

46、映像区对应的位上果存放到输出映像区对应的位上； PLC在执行用户程序时所需的数据取用于在执行用户程序时所需的数据取用于I/O映像区，所映像区，所 以与外部设备没有直接联系，这样不仅加快了程序执行速度，以与外部设备没有直接联系，这样不仅加快了程序执行速度， 还使控制系统与外界隔开，提高了系统的抗干扰能力，并为还使控制系统与外界隔开，提高了系统的抗干扰能力，并为 硬件标准化生产创造了条件。硬件标准化生产创造了条件。 59 二、循环扫描的工作方式二、循环扫描的工作方式 （一）（一）PLC的工作过程的工作过程 PLC周而复始地巡回，执行上述整个过程，直至停机。周而复始地巡回，执行上述整个过程，直至停机

47、。 60 （二）用户程序的循环扫描过程（二）用户程序的循环扫描过程 PLC有两个操作方式有两个操作方式：STOP方式和方式和RUN方式方式。 差别差别：RUN方式下执行用户程序；方式下执行用户程序；STOP方式下不执行用户程序。方式下不执行用户程序。 RUN方式下执行用户程序的过程如下：分三个阶段方式下执行用户程序的过程如下：分三个阶段 集中采样；集中采样； 无中断跳转无中断跳转 情况下逐句扫情况下逐句扫 描；描； 集中输出；集中输出； 输入、输出输入、输出 延迟响应。延迟响应。 （具体内容以（具体内容以 后自己看后自己看P42） 61 第四章第四章 S7-200可编程序控制器的系统配置可编程

48、序控制器的系统配置 S7-200 PLC系统的基本构成 S7-200 PLC的接口模块 S7-200 PLC的系统配置 62 第一节第一节 S7-200 PLC系统的基本构成系统的基本构成 西门子公司的西门子公司的S7-200 PLC是一种是一种叠装式结构叠装式结构的小型的小型PLC； S7-200 PLC系统由系统由基本单元（基本单元（S7-200 CPU模块）模块）、个人计算个人计算 机或编程器机或编程器、STEP7-Micro/WIN32编程软件编程软件以及以及通信电缆通信电缆等等 构成。构成。 63 一、基本单元（一、基本单元（S7-200 CPU模块）模块） 也称为主机，由中央处理单

49、元（也称为主机，由中央处理单元（CPU）、电源和数）、电源和数 字量输入输出单元组成。字量输入输出单元组成。 64 下面是带有扩展模块的下面是带有扩展模块的S7-200 CPU模块：模块： 65 西门子公司西门子公司S7-200 PLC主机的型号和规格种类较多，近期主机的型号和规格种类较多，近期 推出的推出的S7-200 CPU22X系列产品有：系列产品有： CPU221模块、模块、CPU222模块、模块、CPU224模块、模块、CPU224XP模块、模块、 CPU226模块、模块、CPU226XM模块模块。 P48表表4-1是是S7-200CPU模块的主要技术指标。模块的主要技术指标。 下面

50、是下面是CPU226 AC/DC/继电器模块输入、输出单元的接线图：继电器模块输入、输出单元的接线图： 66 二、个人计算机（二、个人计算机（PC）或编程器）或编程器 三、三、STEP7-Micro/WIN32编程软件编程软件 四、通信电缆四、通信电缆 五、人机界面五、人机界面 67 第二节第二节 S7-200 PLC的接口模块的接口模块 S7-200 PLC的接口模块（扩展模块）有数字量模块、模拟的接口模块（扩展模块）有数字量模块、模拟 量模块、智能模块等。量模块、智能模块等。 一、数字量模块一、数字量模块 数字量输入模块、数字量输出模块、数字量输入输出模块数字量输入模块、数字量输出模块、数

51、字量输入输出模块 （一）数字量输入模块（一）数字量输入模块 每一个输入点可接收一个来自用户设备的离散信号，典型每一个输入点可接收一个来自用户设备的离散信号，典型 输入设备有：按钮、限位开关、选择开关、继电器触点等；输入设备有：按钮、限位开关、选择开关、继电器触点等； 为适应实际生产中输入信号电平的多样性，数字量输入模为适应实际生产中输入信号电平的多样性，数字量输入模 块分为直流输入模块和交流输入模块。块分为直流输入模块和交流输入模块。 68 1、直流输入模块：、直流输入模块： 以以EM221 8DC24VDC24V为例为例 每组需用户每组需用户 提供一个提供一个 DC24V电源电源 69 2、

52、交流输入模块：、交流输入模块： 以以EM221 8AC120V/230VAC120V/230V为例为例 每个输入点占用两个接线端子，它们每个输入点占用两个接线端子，它们 各自都由用户提供一个独立的交流电各自都由用户提供一个独立的交流电 源，这些交流电源可不同相。源，这些交流电源可不同相。 70 （二）数字量输出模块（二）数字量输出模块 每一个输出点能控制一个用户的离散型负载，典型的负每一个输出点能控制一个用户的离散型负载，典型的负 载包括：继电器线圈、接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等。载包括：继电器线圈、接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等。 每一个输出点与一个且仅与一个输出电路相连，通过输每一个

53、输出点与一个且仅与一个输出电路相连，通过输 出电路把出电路把CPU运算处理的结果转换成驱动现场执行机构的各运算处理的结果转换成驱动现场执行机构的各 种大功率的开关信号。种大功率的开关信号。 数字量输出模块分为：直流输出模块、交流输出模块、数字量输出模块分为：直流输出模块、交流输出模块、 交直流输出模块三种。交直流输出模块三种。 71 1、直流输出模块、直流输出模块 以以EM222 8DC24VDC24V为例为例 1L+，2L+分别是两组输出分别是两组输出 点内部电路的公共端，每组点内部电路的公共端，每组 需用户提供一个需用户提供一个DC24V电源电源 晶体管（或晶体管（或 场效应管）场效应管）

54、 输出方式输出方式 72 2、交流输出模块、交流输出模块 以以EM222 8AC120V/230VAC120V/230V为例为例 每个输出点占用两个接线端子，它们每个输出点占用两个接线端子，它们 各自都由用户提供一个独立的交流电各自都由用户提供一个独立的交流电 源，这些交流电源可不同相。源，这些交流电源可不同相。 晶闸管输晶闸管输 出方式出方式 73 3、交直流输出模块、交直流输出模块 以以EM222 8继电器为例继电器为例 每组需用户提供一个外部电源（可以每组需用户提供一个外部电源（可以 是直流或交流电源）是直流或交流电源） 继电器输继电器输 出方式出方式 74 （三）数字量输入输出模块（三

55、）数字量输入输出模块 即在一块模块上既有数字量输入点又有数字量输出点。即在一块模块上既有数字量输入点又有数字量输出点。 如如EM223 二、模拟量模块二、模拟量模块 （自己看）（自己看） 三、智能模块三、智能模块 常见的智能模块：常见的智能模块：PID调节模块、高速计数器模块等。调节模块、高速计数器模块等。 75 第三节第三节 S7-200 PLC的系统配置的系统配置 S7-200 PLC任一型号的主机，都可单独构成基本任一型号的主机，都可单独构成基本 配置，作为一个独立的控制系统；可采用主机带扩展配置，作为一个独立的控制系统；可采用主机带扩展 模块的方法扩展模块的方法扩展S7-200 PLC

56、的系统配置，的系统配置，采用数字量采用数字量 模块或模拟量模块可扩展系统的控制规模，采用智能模块或模拟量模块可扩展系统的控制规模，采用智能 模块可扩展系统的控制功能。模块可扩展系统的控制功能。 扩展扩展S7-200 PLC系统配置时要考虑以下几个方面：系统配置时要考虑以下几个方面： 允许主机所带扩展模块的数量；允许主机所带扩展模块的数量； CPU输入、输出映像区的大小；输入、输出映像区的大小； 内部电源的负载能力。内部电源的负载能力。 76 一、允许主机所带扩展模块的数量一、允许主机所带扩展模块的数量 类型类型数量数量地址范围地址范围 数字量输入映像寄存器数字量输入映像寄存器128个个I0.0

57、-I15.7 数字量输出映像寄存器数字量输出映像寄存器128个个Q0.0-Q15.7 模拟量模拟量I/O映像区：映像区：CPU222（16入入/16出）；出）； CPU224、CPU226、CPU226XM（32入入/32出）；出）； 模拟量扩展模块总是以模拟量扩展模块总是以2个通道递增的方式来分配空间的。个通道递增的方式来分配空间的。 CPU221模块不允许带扩展模块；模块不允许带扩展模块； CPU222模块最多可带模块最多可带2个扩展模块；个扩展模块； CPU224模块、模块、 CPU226模块、模块、 CPU226XM模块最多可带模块最多可带7个个 扩展模块，其中最多只能带扩展模块，其中

58、最多只能带2个智能扩展模块。个智能扩展模块。 二、二、CPU输入、输出映像区的大小输入、输出映像区的大小 77 以以CPU226模块的模块的I/O配置及地址分配为例，假设选配置及地址分配为例，假设选 用用CPU226为主机，带有三个为主机，带有三个I/O扩展模块：扩展模块： 4IN/4OUT、4AI/1AQ、4AI/1AQ I/O点地址分配（见点地址分配（见P56表表4-2） ： 主机主机 CPU226 模块模块0 8IN 模块模块1 4IN/4OUT 模块模块2 4AI/1AQ 模块模块3 4AI/1AQ I0.0 Q0.0 I0.7 Q0.7 I1.0 Q1.0 I1.7 Q1.7 I2.

59、0 I2.7 I3.0 I3.7 I4.0 Q2.0 I4.3 Q2.3 AIW0 AQW0 AIW2 AIW4 AIW6 注：模拟量扩展注：模拟量扩展 模块以模块以2通道（每通道（每 个通道个通道1个字个字2个个 字节）递增方式字节）递增方式 分配空间，分配空间， AIW8 AQW4 AIW10 AIW12 AIW14 若此模块没有若此模块没有 那么多那么多AI/AO通通 道的话，则也道的话，则也 当分配出去了。当分配出去了。 78 S7-200 PLC的系统配置举例（的系统配置举例（主机主机I/O与扩展与扩展I/O的地址分配）的地址分配） 例：例：某一控制系统选用某一控制系统选用CPU22

60、4，系统所需的输入输出点数各，系统所需的输入输出点数各 为：数字量输入为：数字量输入24点、数字量输出点、数字量输出20点、模拟量输入点、模拟量输入6点和模点和模 拟量输出拟量输出2点。点。 解决方案：解决方案：本系统有多种不同模块选取和排列组合，下面是其本系统有多种不同模块选取和排列组合，下面是其 中一种。模块选择及连接方式图如下中一种。模块选择及连接方式图如下 分析：分析：数字量输入点数合计：数字量输入点数合计：14+8+4=26 24点点 数字量输出点数合计：数字量输出点数合计：10+8+4=22 20点点 模拟量输入点数合计：模拟量输入点数合计：4+4=8 6点点 模拟量输出点数合计：