过程装备控制技术及应用2016第五章

1、第五章 可编程控制器 5.1 继电器控制系统基础 5.1.1 5.1.1 常用元件常用元件 1 1、检测元件（输入部分）、检测元件（输入部分） 用于操作指令及受控量的检测，并将其转换为开 关量信号。 1) 1) 按钮和手动开关按钮和手动开关 作用：用于操作指令的检测 常开型按钮 NO NO 常闭型按钮 NC NC 复合型按钮 按钮开关(带锁/自锁型按钮) ) 手动开关 2)自动检测开关 作用：用于工艺信号检测,并将其转换为开关量动作. 分类及表示符号： 行程开关（限位开关）、接近开关 信号检测开关 例如温度、压力、流量、液位检测开关；电流、 电压、转速检测开关等。 过热开关 n n 速度开关

2、T T 温度开关 P P 压力开关 2 2、控制元件（逻辑部分）、控制元件（逻辑部分） 按照控制要求，对检测部分送来的开关量信号进行逻辑 运算或延时等操作，并将结果送至执行部分。 1)1) 中间继电器中间继电器 作用：用于逻辑运算及触点的转换和扩展与驱动。 构成：由电磁机构和触点部分等组成。 构成及工作原理构成及工作原理 示意图中为1对常开（NO）和1对常闭（NC）触点。 桥式动触头 静触头 静触头 构成及工作原理构成及工作原理 i / I 线圈控制可以是24VDC、220VAC、380VAC。 构成及工作原理构成及工作原理 i / I 表示符号： R 继电器线圈常开触点常闭触点 l构成及工作

3、原理 2) 时间继电器 作用：用于延时操作。 构成：由电磁机构、延时装置和触点等部分组成。 表示符号： TR 继电器线圈 延时闭合，瞬时断开延时断开，瞬时闭合 瞬时闭合，延时断开 瞬时断开，延时闭合 KT 继电器触点 3 3、执行元件（输出部分）、执行元件（输出部分） 作用：用于驱动受控对象动作。 1) 接触器 作用：用于接通或断开主电路或大容量控制电路。 线圈电压：DC24V，AC220V，AC380V。 表示符号： K 接触器线圈 常开触点常闭触点 主触点 辅助触点 2) 电磁阀 作用：用于流体管路的控制。 分类：按动作形式分为带电打开和带电关闭。 线圈电压：DC24V，AC220V 表示

4、符号： 带电关闭，失电打开带电打开，失电关闭 电磁线圈 阀门 FOFC 5.1.2 5.1.2 继电器式控制系统简介继电器式控制系统简介 1 1、报警系统、报警系统 主要起自动监视作用。当工艺参数偏离规定值或运行 状态出现异常时发出声光信号，以便提醒操作人员采 取措施，使生产正常进行。 2 2、联锁系统、联锁系统 1) 作用 实现异常情况的自动处理及特定过程的顺序操作。 2) 分类 由工艺参数偏离规定范围引发的联锁；保证设备正 常运转或设备之间正常联络所需的联锁。 5.1.35.1.3 继电器式控制线路分析方法继电器式控制线路分析方法11直观分析法直观分析法 1 1、分析步骤：、分析步骤： 1

5、）了解动作要求，即输入与输出的对应关系； 2）分清输入、输出及中间环节； 3）分析线路（直接读图）； 4）绘制图表。 一、组合型线路的分析一、组合型线路的分析 2 2、分析举例（、分析举例（1 1）：）： 某控制系统的动作要求如下： 1）开关SW1闭合时，关闭A阀和B阀； 2）检测开关SW2闭合时，关闭A阀，只开B阀； 3）检测开关SW3闭合时，关闭A阀，只开B阀； 同时要求开关闭合时时，相应的指示灯点亮。 注：A、B两阀均为带电关闭。 控制系统线路图如下图(自然状态未上电)： R1、R2、R3 不带电，AL1、 AL2、AL3不 亮，VS1、 VS2、不带电， A、B阀打开。 R1 AL1

6、R2 AL2 R3 AL3 VS2 VS1 R1-1 R2-2 R3-2 R2-1 R3-1 B阀 A阀 SW1 SW2 L SW3 n 1 1）系统上电，各元件状态无变化。）系统上电，各元件状态无变化。 R1、R2、R3 不带电，AL1、 AL2、AL3不 亮，VS1、 VS2、不带电， A、B阀打开。 即状态未改变。 R1 AL1 R2 AL2 R3 AL3 VS2 VS1 R1-1 R2-2 R3-2 R2-1 R3-1 B阀 A阀 LN SW1 SW2 L SW3 n 2）SW1闭合时：闭合时： R1 AL1 R2 AL2 R3 AL3 VS2 VS1 R1-1 R2-2 R3-2 R

7、2-1 R3-1 B阀 A阀 LN SW1 SW2 L SW3 n AL1亮、亮、R1带电带电 R1 AL1 R2 AL2 R3 AL3 VS2 VS1 R1-1 R2-2 R3-2 R2-1 R3-1 B阀 A阀 LN SW1 SW2 L SW3 n R1的触点状态翻转的触点状态翻转(R1-1闭合闭合) R1 AL1 R2 AL2 R3 AL3 VS2 VS1 R1-1 R2-2 R3-2 R2-1 R3-1 B阀 A阀 LN SW1 SW2 L SW3 n VS2带电，带电，B阀关闭阀关闭 R1 AL1 R2 AL2 R3 AL3 VS2 VS1 R1-1 R2-2 R3-2 R2-1 R

8、3-1 B阀 A阀 LN SW1 SW2 L SW3 n 同时经同时经R2-1、R3-1使使VS1带电，带电，A阀关闭阀关闭 R1 AL1 R2 AL2 R3 AL3 VS2 VS1 R1-1 R2-2 R3-2 R2-1 R3-1 B阀 A阀 LN SW1 SW2 L SW3 n 3）SW1断开，断开，AL1灭，灭，R1失电失电 R1 AL1 R2 AL2 R3 AL3 VS2 VS1 R1-1 R2-2 R3-2 R2-1 R3-1 B阀 A阀 LN SW1 SW2 L SW3 n R1-1复原断开，复原断开，VS1、VS2失电，失电，A、B阀打阀打 开开 R1 AL1 R2 AL2 R3

9、 AL3 VS2 VS1 R1-1 R2-2 R3-2 R2-1 R3-1 B阀 A阀 LN SW1 SW2 L SW3 n 4）SW2闭合时：闭合时： AL1 R1 R2 AL2 R3 AL3 VS2 VS1 R1-1 R2-2 R3-2 R2-1 R3-1 B阀 A阀 LN SW1 SW2 L SW3 n AL2亮、亮、R2带电带电 R1 AL1 R2 AL2 R3 AL3 VS2 VS1 R1-1 R2-2 R3-2 R2-1 R3-1 B阀 A阀 LN SW1 SW2 L SW3 n R2的触点状态翻转的触点状态翻转(R2-1断开，断开，R2-2闭合闭合) R1 AL1 R2 AL2

10、R3 AL3 VS2 VS1 R1-1 R2-2 R3-2 R2-1 R3-1 B阀 A阀 LN SW1 SW2 L SW3 n R2-2闭合使闭合使VS1带电，带电，A阀关闭阀关闭 R1 AL1 R2 AL2 R3 AL3 VS2 VS1 R1-1 R2-2 R3-2 R2-1 R3-1 B阀 A阀 LN SW1 SW2 L SW3 n 5）SW2断开，系统复原。断开，系统复原。 R1 AL1 R2 AL2 R3 AL3 VS2 VS1 R1-1 R2-2 R3-2 R2-1 R3-1 B阀 A阀 LN SW1 SW2 L SW3 n 6）SW3闭合时：闭合时： R1 AL1 R2 AL2

11、R3 AL3 VS2 VS1 R1-1 R2-2 R3-2 R2-1 R3-1 B阀 A阀 LN SW1 SW2 L SW3 n AL3亮、亮、R3带电带电 R1 AL1 R2 AL2 R3 AL3 VS2 VS1 R1-1 R2-2 R3-2 R2-1 R3-1 B阀 A阀 LN SW1 SW2 L SW3 n R3的触点状态翻转的触点状态翻转(R3-1断开，断开，R3-2闭合闭合) R1 AL1 R2 AL2 R3 AL3 VS2 VS1 R1-1 R2-2 R3-2 R2-1 R3-1 B阀 A阀 LN SW1 SW2 L SW3 n R3-2闭合使闭合使VS1带电，带电，A阀关闭阀关闭

12、 R1 AL1 R2 AL2 R3 AL3 VS2 VS1 R1-1 R2-2 R3-2 R2-1 R3-1 B阀 A阀 LN SW1 SW2 L SW3 n 7）SW3断开，系统复原。断开，系统复原。 R1 AL1 R2 AL2 R3 AL3 VS2 VS1 R1-1 R2-2 R3-2 R2-1 R3-1 B阀 A阀 LN SW1 SW2 L SW3 n 动作表动作表 VS2 VS1 AL3 AL2 AL1 R3 R2 R1 SW3 SW2 SW1 说 明 AL3亮 A开、B关 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 AL2亮 A开、B关 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 A

13、L1亮 A、B全关 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 灯全灭 A、B全开 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 SW3闭 合 SW2闭 合 SW1闭 合 正常 执 行 中 间 输 入 状态 元件 l 加热槽温度报警联锁系统控制要求：当温度超限时 发出报警信号（灯亮及铃响），同时有联锁动作，即 关闭VS阀。按PB按钮确认后，铃消音。待温度正常后， VS重新打开，同时报警灯灭。 l注：VS为带电关闭。 3、分析举例（2）： TS 加 热 槽 VS 控制箱 蒸汽 控制系统线路图（自然状态）控制系统线路图（自然状态） R1 VS BL TS R1-2 阀 R2 AL R1-1 R2-1

14、 R2-2 PB T R2-1为自 锁点 1) 系统上电：各部件无动作系统上电：各部件无动作 R1 VS BL TS R1-2 阀 R2 AL R1-1 R2-1 R2-2 PB T LN 2) 温度超限时：温度超限时：TS闭合闭合 R1 VS BL TS R1-2 阀 R2 AL R1-1 R2-1 R2-2 PB T LN TS闭合使闭合使R1带电带电 R1 VS BL TS R1-2 阀 R2 AL R1-1 R2-1 R2-2 PB T LN R1的触点状态翻转（的触点状态翻转（R1-1、R1-2闭合）闭合） R1 VS BL TS R1-2 阀 R2 AL R1-1 R2-1 R2-

15、2 PB T LN R1-1闭合使闭合使VS带电，阀关闭带电，阀关闭 R1 VS BL TS R1-2 阀 R2 AL R1-1 R2-1 R2-2 PB T LN R1 VS BL TS R1-2 阀 R2 AL R1-1 R2-1 R2-2 PB R1-2闭合使闭合使AL灯亮、灯亮、BL 带电铃响带电铃响 T LN 3) 按按PB后，后，R2带电带电 R1 VS BL TS R1-2 阀 R2 AL R1-1 R2-1 R2-2 PB T LN R1 VS BL TS R1-2 阀 R2 AL R1-1 R2-1 R2-2 PB R2带电，触点状态翻转（带电，触点状态翻转（R2-1闭，闭，

16、R2-2断断 ）铃消音）铃消音 T LN 4) PB按钮复原后，因按钮复原后，因R2-1自锁作用，自锁作用，R2仍带电仍带电 R1 VS BL TS R1-2 阀 AL R1-1 R2-1 R2-2 PB R2 T LN 5) 温度正常后，温度正常后，TS断开，断开，R1失电失电 R1 VS BL TS R1-2 阀 AL R1-1 R2-1 R2-2 PB R2 T LN R1的触点状态翻转复原（的触点状态翻转复原（R1-1、R1-2断开）断开） R1 VS BL TS R1-2 阀 AL R1-1 R2-1 R2-2 PB R2 T LN R2失电，失电， AL灯灭灯灭 R1 VS BL

17、TS R1-2 阀 AL R1-1 R2-1 R2-2 PB R2 T LN R2失电使其触点状态翻转复原，全系统复原。失电使其触点状态翻转复原，全系统复原。 R1 VS BL TS R1-2 阀 AL R1-1 R2-1 R2-2 PB R2 T LN 绘制动作顺序表：绘制动作顺序表： VS BL AL R2 R1 PB TS 灯灭 铃不响 阀打开 灯亮 铃停 阀关闭 灯亮 铃响 阀关闭 灯不亮 铃不响 阀打开 说 明 执 行 中 间 输 入 TS 1 PB 1 TS 0 复原确认报警正常 状态 元件 条件 转步 动作顺序表动作表表达方式 有自锁点无自锁点 线路特征 与当前输入 及上一周期

18、的各元件状 态有关 只与当前输 入状态有关 输出状态 时序型线路组合型线路 类型 项目 三、三、组合型线路与组合型线路与时序型线路比较时序型线路比较 l 加热槽温度报警联锁系统控制要求：当温度超限时 发出报警信号（灯亮及铃响），同时有联锁动作，即 关闭VS阀。按PB按钮确认后，铃消音。待温度正常后， VS重新打开，同时报警灯灭。 l注：VS为带电开通。 分析设计（1）： TS 加 热 槽 VS 控制箱 蒸汽 分析设计（2）： 某控制系统的动作要求如下： 1）开关SW1闭合时，关闭A阀和B阀； 2）检测开关SW2闭合时，关闭A阀，只开B阀； 3）检测开关SW3闭合时，关闭A阀，只开B阀； 同时要

19、求阀开通时，相应的指示灯点亮。 注：A、B两阀均为带电开通。 一、可编程控制器的产生一、可编程控制器的产生 上个世纪上个世纪6060年代末期开始研制。年代末期开始研制。 1968年，通用汽车(Gener Motors)公司根据汽车生产流水线 改造需要，面向社会进行招标提出了相应的招标条件，即： “GM10条” 。 5.2 可编程控制器的构成及工作原理可编程控制器的构成及工作原理 5.2.15.2.1 可编程控制器的产生与发展可编程控制器的产生与发展 GM10条： 1）编程简单：一般电气工程师不需特殊的计算机知识即可编 程，且可现场修改； 2）维护方便：最好采用插件式结构； 3）可靠性高：优于继

20、电器控制系统； 4）体积小：小于继电器控制系统； 5）成本低：性价比高于继电器控制系统； 6）可与计算机通信：数据直接传给计算机； 7）输入可以是115VAC：可直接接收交流信号； 8）输出也可以用115VAC：可直接驱动电磁阀、接触器等； 9）具有可扩展性：采用模块化结构； 10）用户程序存储器容量：4K以上。 美国PLC发展得最快200余家： A-B（AllenBradley）艾伦一布拉德利公司 MODICON莫迪康公司； GEFSNUC公司； 欧洲PLC的厂家有60余家: 西门子（Siemens）于1973年研制出第一台PLC。 法国的TE(Telemecanique）(施耐德） 瑞士的

21、Selectron公司等。 日本生产PLC的厂家有40余家： 三菱电机(MITSUBISHI),欧姆龙(OMRON), 富士电机（Fuji Electric）,东芝（TOSHIBA） 国内： 北京和利时 大连理工大学计算机控制有限公司 可编程控制器的应用可编程控制器的应用 1 1）开关量逻辑控制）开关量逻辑控制 主要用于生产流水线控制及联锁保护系统等；主要用于生产流水线控制及联锁保护系统等； 2 2）运动控制）运动控制 主要用于加工机械、吊车、工业机器人、电梯主要用于加工机械、吊车、工业机器人、电梯 等控制；等控制； 3 3）过程控制）过程控制 主要用于连续变化的模拟量（如温度、压力、主要用于

22、连续变化的模拟量（如温度、压力、 流量等）的闭环控制；流量等）的闭环控制； 4 4）通信联网及多级控制）通信联网及多级控制 主要用于网络型监控系统及远程控制系统。主要用于网络型监控系统及远程控制系统。 5.2.2 可编程控制器的构成及工作过程可编程控制器的构成及工作过程 一、一、可编程控制器的构成可编程控制器的构成 构成与一般的计算机控制系统相似。构成与一般的计算机控制系统相似。 输 入 接 口 输入/输 出数据 存储 中央 处理 器单 元 输 出 接 口 存 储 器 编程接口电源单元 各 种 输 入 信 号 各 种 执 行 元 件 二二 、可编程控制器的分类可编程控制器的分类 1 1、按、按

23、I/OI/O点数分类点数分类 分为微型、小型、中型及大型等。分为微型、小型、中型及大型等。 微型：一般微型：一般I/OI/O点数在点数在128128点以下；点以下； 小型：一般小型：一般I/OI/O点数在点数在512512点以下；点以下； 中型：一般中型：一般I/OI/O点数在点数在20482048点以下；点以下； 大型：一般大型：一般I/OI/O点数在点数在20482048以上。以上。 2 2、按结构型式分类、按结构型式分类 常用的常用的PLCPLC可分为整体式和模块式可分为整体式和模块式PLCPLC。 1)1)整体式整体式PLCPLC：各组成部分集成在一起，封装为单一整体，各组成部分集成在

24、一起，封装为单一整体， 单台主机具备一定的控制能力。通常微型及小型单台主机具备一定的控制能力。通常微型及小型PLCPLC采用采用 此结构。此结构。 2)2)模块式模块式PLCPLC：各组成部分按其功能制成独立的模块，如各组成部分按其功能制成独立的模块，如 CPUCPU模块、电源模块、输入模块、输出模块等，并按需要模块、电源模块、输入模块、输出模块等，并按需要 选择某些模块组合在一起，构成各种规模或用途的系统。选择某些模块组合在一起，构成各种规模或用途的系统。 通常中大型通常中大型PLCPLC采用此结构。采用此结构。 此外，还有基于PC的PLC，包括PCI卡式和软PLC。 三、三、可编程控制器的

25、工作过程可编程控制器的工作过程 1 1、小型、小型PLCPLC工作过程工作过程 分为输入采样、程序执行和输出刷新三个过分为输入采样、程序执行和输出刷新三个过 程。程。 输 入 信 号 输 入 端 子 输 入 映 像 区 用户程序 输 出 映 像 区 输 出 锁 存 输 出 端 子 输 出 信 号 输入采样程序执行输出刷新 2 2、中大型、中大型PLCPLC工作过程工作过程 上电 复位操作 硬件检查 WDT复位 自诊断 与外部信息交换 执行用户程序 输入/输出操作 四、四、可编程控制器的编程语言可编程控制器的编程语言 1 1 、梯形图编程、梯形图编程 梯形图编程语言是借鉴继电器控制线路的特梯形图

26、编程语言是借鉴继电器控制线路的特 点而形成的，因此与继电器控制线路非常相似。点而形成的，因此与继电器控制线路非常相似。 继电器控制线路继电器控制线路 R QT R 梯形图编程语言梯形图编程语言 I0.0I0.1 Q0.0 Q0.0 ( ) 2 2、指令语句编程、指令语句编程 在计算机汇编语言基础上开发产生的，因此在计算机汇编语言基础上开发产生的，因此 与计算机汇编语言非常相似。其它编程语言均与计算机汇编语言非常相似。其它编程语言均 可转化为指令语句。可转化为指令语句。 A( O I 0.0 O Q 0.0 ) AN I 0.1 = Q 0.0 指令语句编程语言指令语句编程语言梯形图编程语言梯形

27、图编程语言 I0.0I0.1 Q0.0 Q0.0 ( ) 3 3、逻辑符号图编程、逻辑符号图编程 逻辑符号图编程语言是在数字电路逻辑符号逻辑符号图编程语言是在数字电路逻辑符号 图基础上产生的，与数字电路中的逻辑图非常图基础上产生的，与数字电路中的逻辑图非常 相似。相似。 继电器控制线路继电器控制线路 R QT R 逻辑符号图编程语言逻辑符号图编程语言 =1I0.0 Q0.0 & I0.1 = Q0.0 4 4、顺序功能图编程、顺序功能图编程 主要用于顺序控制。主要用于顺序控制。 初始步 第1步 第2步 转步条件 控制操作 控制操作 转步条件 转步条件 PLCPLC与其它控制系统比较与其它控制系

28、统比较 一、一、PLC与继电器控制系统比较与继电器控制系统比较 PLC取代以继电器控制系统的原因是:现代生产线要 求的时间响应快,控制精度高,可靠性好,控制程序可随 工艺改变,易与计算机接口,维修方便等诸多高品质与 功能,继电器控制系统远远比不上PLC控制系统。 但对于一些简单的系统，由于其控制逻辑简单，采 用继电器系统时，成本较低。所以，目前仍有大量的 继电器系统在使用。 二、二、PLCPLC与集散控制系统与集散控制系统（DCSDCS）比较比较 可编程序控制器与集散系统(分布式控制系统)都 是自动化控制设备,它们分别由两个不同的古典设备发 展而来。可编程序控制器是由继电器逻辑控制系统发 展而

29、来,所以它在数字处理、顺序控制方面具有优势, 发展初期主要侧重于数字量顺序控制方面的应用。在 此之后,其模拟量处理功能也得到了迅速的发展。 集散控制系统是由回路仪表控制系统发展而来, 它在 模拟量处理、回路调节方面具有一定优势,发展初期主 要侧重于回路调节功能。与PLC系统相比，功能较为完 善，但成本较高。目前，大多用于中、大规模控制系 统中。 这两种设备都在随着微电子技术、大规模集成电 路芯片、计算机技术、通信技术等的发展而发展,同时 都向对方扩展自己的技术功能。 特别是大型PLC出现后，由于其运算速度快，存储 器容量大，处理功能完善，网络系统形式多样，现已 在中、大型系统中得到广泛应用。

30、三、三、PLC与工业控制计算机比较与工业控制计算机比较 这两种设备都适合于工业控制应用。工业控制计 算机是由通用微机推广应用发展起来的,在硬件结构方 面,总线标准化程度高,品种兼容性强,是微机厂及芯片 制造厂开发的。可编程序控制器是由电气控制厂家研 制生产的,从开始就是针对工业顺序控制而发展起来的。 因此硬件结构专用、各厂家产品不兼容。 工业控制机由于直接由通用微机而来,采用板卡结构， 软件资源较为丰富,特别是有实时操作系统的支持,故 在要求快速,实时性强,运算复杂的领域占有优势。 可编程序控制器非常适合于逻辑及顺序控制。编程 时使用的梯形图编程语言直观易懂，很受熟悉电器控 制人员欢迎。 目前

31、，可编程序控制器其功能已进一步扩充,，其模 拟量控制功能也已较为完善，提高了很多的处理指令， 如数据运算,PID调节等功能，可满足一般模拟量控制 系统的需要。 5.3 西门子S7-200 PLC系统组成 德国的西门子（SIEMENS）公司生产 的SIMATIC可编程序控制器在欧洲处 于领先地位。 1975年 SIMATIC S3系列。 1979年，SIMATIC S5系列。 20世纪末又推出了S7系列。 最新产品为SIMATIC S7、M7和C7等几 大系列。 5.3.1S7-200系统基本构成 SIMATIC S7-200系统由硬件和工业软件两大部分构成 EM1 扩展 模块 EM2 扩展 模

32、块 EMn 扩展 模块 TD200 文本 显示器 TP系列 触摸屏 通信 及网络设备 计算机 工业软件 CPU 主 机 其他 设备 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。 5.3.2主机结构 1. 各CPU介绍及I/O系统 （1）主机外形 SIMATIC S7-200系统CPU 22X系列PLC主机（CPU模块）的外形如图所示： 状态显示 通信口 顶部端子盖 电 源及输出端子 前

33、盖 方式开关、 电位器、扩展I/O连接 底部端子盖 输入端子、传感器电源 存储器卡 （2）基本结构特点 输出信号类型 电源输出 基本I/O 存储安全 高速反应 模拟电位器 实时时钟 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。各类型的型号如表所示。 CPU型号 SIMATIC S7-200系统CPU 22X系列PLC主机及I/O特性如表所示。 主机及I/O特性 存储系统 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 CPU RAM EPROM 2.

34、 存储系统 （1）存储系统 （2）存储器及使用 （3）存储安全 （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

35、机磁盘一样来方便地备份和装载程序和数据 。 5.3.3扫描周期及工作方式 1. 扫描周期 2. 工作方式 3. 改变CPU工作方式的方 法 CPU的扫描周期 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 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 （5）写数字输出 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STEP 7-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

36、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。 返回本节 5.3.4输入输出扩展 1. 设备连接 2. 最大I/O配置的预算 3. 输入输出及CPU组态 1. 设备连接 I/O扩展示意图 (a) 面板安装 (b) 标准导轨安装 2 S7-200 CN 2 S7-200 CN 系列系列PLCPLC硬件系统配置硬件系统配置 1 1配置的模块数量配置的模块数量 1) CPU2211) CPU221不能扩展。不能扩展。 2) CPU2222) CPU222最多只能扩展两个模块。最多只能扩展两个模块。 3)

37、 CPU2243) CPU224和和CPU226CPU226最多可扩展最多可扩展7 7个模块。个模块。 2 2CPUCPU模块提供的电流不能超过额定值模块提供的电流不能超过额定值 每个每个CPUCPU模块所提供的模块所提供的5V5V电流电流。在一个系统中所有扩展模块的电流总和不能超。在一个系统中所有扩展模块的电流总和不能超 过过CPUCPU模块的额定值。如果超过，需要另外配一个模块的额定值。如果超过，需要另外配一个24V24V直流电源。直流电源。 3. 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

38、一控制系统选用CPU 224，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 为其中的一种模块连接形式。 扩展连接图 主机 CPU224 模块1 EM221 DI8X DC24V 模块2 EM222 DO8X DC24V 模块3 EM235 AI4/AQ1 X12 位 模块4 EM223 DI4/DQ4 XDC24V /继电器 模块 5 EM235 AI4/AQ1 X12 位 5.3.5

39、 S7-200PLC的系统配置 S7-200 CPU 1.基本单元 (S7-200 CPU模块) 基本单元（S7- 200CPU模块）也称为主 机，它包括一个中央处 理单元（CPU）、电源、 数字量输入输出单元。 基本单元可以构成一个 独立的控制系统。 组成 CPU模块的顶部端子盖内 ：电源及输出端子 底部端子盖内 ：输入端子及传感器电源 中部右侧前盖内 ：CPU工作方式开关（ RUN/STOP）、模拟调节电位器和扩展I/O接口 左侧 ：状态指示灯LED、存储卡、及通讯 口 状态指示灯状态指示灯 显示CPU的工作方式、本机I/O的状态、系统错误状态。存 储卡（EEPOM卡）可以存储CPU程序。

40、 RS-485RS-485的串行通讯端口的串行通讯端口 PLC主机实现人一机对话、机机对话的通道。 实现PLC与上位计算机的连接，实现PLC与PLC、编程器、彩色图形显示器、 打印机等外部设备的连接。 扩展接口扩展接口 PLC主机与输入、输出扩展模块的接口，作扩展系统之用。主 机与扩展模块之间由导轨固定，并用扩展电缆连接。 2. 个人计算机（PC）或编程器 个人计算机（PC）或编程器需装上STEP7- Micro/WIN32编程软件后，才可供用户进行程 序的编制、编辑、调试和监视等。 要求个人计算机CPU为80586或更高的 处理器，16M内存（最低要求为：CPU80486， 8M内存）。 3

41、STEP7-Micro/WIN32编程软件 STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能基本功能是 创建、编辑、调试用户程序、组态系统等。 编程软件的使用环境使用环境：支持Windows的应用 软件。 4 4通讯电缆通讯电缆 通讯电缆是PLC用来与个人计算机 （PC）实现通讯的。可以用PC/PPI电缆（ RS232RS485），也可用一个通讯处理器 （CP）和多点接口（MP1）电缆，或者用一 块MPI卡及随MP1卡提供的一根通讯电缆。 5人机界面人机界面 人机界面人机界面主要指专用操作员界面，例如操作 员面板、触摸屏、文本显示器等，这些设备可以使 用户通过友好的操作界面轻松地完成各种调

42、整和控 制的任务。 基本功能 操作员面板和触摸屏 ：过程状态和过程控制的可 视化。可以用Protool软件组态它们的显 示与控制 功能 文本显示器：文本显示和实施操作。 还可以扩展PLC的输入、输出端子数 5.3.6s7-200主机及性能指标 S7-200 CPU22XS7-200 CPU22X系列产品：系列产品： CPU221模块、CPU222模块、CPU224模块、CPU226模 块、CUP226XM模块。 CPU226模块I/OI/O总点数总点数为40点（24/ 16 点），可带7个扩展模块； 用户程序存储器容量容量为6.6K字； 内置高速计数器，具有PID控制的功能； 有2个高速脉冲输

43、出端和2个RS-485通讯口； 具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由口协议的通讯能力。 CPU226AC/DC/继电器模块输入、输出单元的接线图 S7-200 22X各主机的主要技术性能指标如下表所示。 5.3.7 S7-200 PLC5.3.7 S7-200 PLC的接口模块的接口模块 S7-200 PLC的接口模块有数字量模块、模拟量 模块、智能模块等。 一、数字量模块数字量模块 1.数字量输入模块 分为直流输入模块和交流输入模块。 每一个输入点可接收一个来自用户设备的离散信号（ON/OFF）。 输入设备输入设备：按钮、限位开关、选择开关、 继电器触点等。 a.直流输入模块 外部接线图

44、： .2 .3 .6 .7 1M .0 .1 2M .4 .5 . . + + 直流输入模块 （EM221 824VDC）有8个 数字量输入端子。接线图 中，8个数字量输入点分成 2组。1M、2M分别是2组输 入点内部电路的公共端， 每组需用户提供一个24VDC 电源。 b交流输入模块 外部接线图： ON 0N 4N N L1 N L1 .0 1N 1N .1 2N 2N .2 3N 3N .3 .4 5N 5N .5 6N 6N .6 7N 7N .7 有8个分隔式数字 量输入端子，每个 输入点都占用二个 接线端子。 它们各自使用1个独立的交流电源（由用户提供）。这 些交流电源可以不同相。（

45、交流I/O都是分隔式的） 2.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（晶体管、晶闸管、继电器输出方式）。 数字量输出模块的每一个输出点能控制一个用 户的离散型（ON/OFF）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。 每一个输出点与一个且仅与一个输出电路相连 ，输出电路把CPU运算处理的结果转换成能够驱动现 场执行机构的各种大功率的开关信号。PLC的输出端 子是PLC向外部负载发出控制命令的窗口。 a. 直流输出模块 外部接线图： . . 1M 1L+ .0 .1 .2 .3 2M 2L+ .4 .5 .6 .7 + + + + 直流输

46、出模块（EM222 824VDC），有8个数字 量输出点，接线图中8个 数字量输出点分成2组。 1L+、2L+分别是两组输 出点内部电路的公共端， 每组需用户提供一个 DC24V的电流。 b交流输出模块 外部接线图： N L1 OL L1 N .0 .4 4-11 OL 4L 1L1L.I2L2L.23L 5L5L.56L 6L.6 7L 交流输出模块交流输出模块 （ EM2228120V/230VA C），有8个分隔式数 字量输出点，接线图 中每个输出点占用二 个接线端子，且它们 各自都由用户提供一 个独立的交流电源， 这些交流电源可以不 同相。 c. 交、直流输出模块（继电器输出方式） 外

47、部接线图： 交直流输出 模块（EM222 8继电 器）有8个输出点，分 成2组，1L、2L是每组 输出点的公共端。每 组需用户提供一个外 部电源（可以是直流 或交流电源）。 M .3 .7 .2 .6 L(+) N(-) . . 1L.0.1 L+2L.4.5 L(+) N(-) 二、模拟量模块（二、模拟量模块（A/DA/D） 模拟量模块有模拟量输入模块、模 拟量输出模块、模拟量输入输出模块。 1.模拟量输入模块（A/D） 作用作用：PLC只能接收数字量信号，模拟量 信号是一种连续变化的物理量。为实现模 拟量控制，必须先对模拟量进行模/数（ A/D）转换，将模拟信号转换成PLC所能接 受的数字

48、信号。模拟量输入模块的功能就 是实现模/数（A/D）转换。 使用及特性使用及特性 一般先用信号变送器把它们变换成统一的 标准信号（如4-20mA的直流电流信号，1- 5V的直流电压信号等），然后再送入模拟 量输入模块 。 模拟量输入模块（EM231）具有4个模拟量 输入通道。 外部接线图：外部接线图： 2. 模拟量输出模块（D/A） 模拟量输出模块由光电耦合器、 数模转换器D/A和信号驱动等环节组成。光 电耦合器防止电磁干扰。 外部接线图： 左端起的每3个点为 一组，共二组。每组可作 为一路模拟量输出（电压 或电流信号）。 第一组V0端接电压 负载、I0端接电流负载， M0为公共端。 第二组的

49、接法与第 一组类同。 该模块需要直流 24V供电。 5.4 可编程序控制器程序设计基础 PLCPLC的编程语言与程序结构的编程语言与程序结构 存储器的数据类型与寻址方式存储器的数据类型与寻址方式 位逻辑指令位逻辑指令 定时器与计数器指令定时器与计数器指令 5.4.1 5.4.1 可编程序控制器的编程语言与程序结构可编程序控制器的编程语言与程序结构 5.4.1.1 5.4.1.1 可编程序控制器编程语言的国际标准可编程序控制器编程语言的国际标准 19941994年年5 5月月 可编程序控制器标准可编程序控制器标准(IECll31).(IECll31). 组成：通用信息，设备与测试要求，编程语言，

50、用户组成：通用信息，设备与测试要求，编程语言，用户 指南和通信。指南和通信。 编程语言标准。编程语言标准。(IECll31(IECll313)3) (1)(1)顺序功能图顺序功能图(Sequential Function Chart)(Sequential Function Chart)。 (2)(2)梯形图梯形图(Ladder Diagram)(Ladder Diagram)。 (3)(3)功能块图功能块图(Function Block Diagram)(Function Block Diagram)。 (4)(4)指令表指令表(Instruction List)(Instruction L

51、ist)。 (5)(5)结构文本结构文本(structured Text(structured Text) 5.4.25.4.2存储器的数据类型与寻址方式存储器的数据类型与寻址方式 3 32 21 1数据在存储器中存取的方式数据在存储器中存取的方式 位、字节、字和双字位、字节、字和双字 位位(bit)(bit)：二进制数的：二进制数的1 1位只有位只有O O和和1 1两种不同两种不同 的取值。的取值。 字节字节(Byte)(Byte)：8 8位二进制数组成位二进制数组成1 1个字节。个字节。 字字(Word)(Word)：两个字节。：两个字节。 双字（双字（Double WordDouble

52、Word）：两个字。）：两个字。 2 2数据的存取方式数据的存取方式 I3. 2 IB3(I3. 2 IB3(图图) ) VBl00 VWl00 VDl00VBl00 VWl00 VDl00 5.4.2.2 5.4.2.2 不同存储区的寻址不同存储区的寻址 1 1输入过程映像寄存器输入过程映像寄存器(I)(I) (I0.0-I15.7)(I0.0-I15.7)，在每个扫描周期的开始，在每个扫描周期的开始， CPUCPU对输入点进行采样，并将采样值存于输入映对输入点进行采样，并将采样值存于输入映 像寄存器中。像寄存器中。 I I、O O、V V、M M、S S、SMSM、L L均可按位、字节、均

53、可按位、字节、 字和双字来存取字和双字来存取 2 2输出过程映像寄存器输出过程映像寄存器(Q)(Q) (QO.O(QO.OQ15.7)Q15.7)，在扫描周期的末尾，在扫描周期的末尾，CPUCPU将输出将输出 映像寄存器的数据传送给输出模块，再由后者映像寄存器的数据传送给输出模块，再由后者 驱动外部负载驱动外部负载。 3 3变量存储区变量存储区(v) (v) 程序执行的过程中存放中间结果，或用来程序执行的过程中存放中间结果，或用来 保存与工序或任务有关的其他数据。保存与工序或任务有关的其他数据。 4 4位存储区位存储区(M)(M) (MO.0(MO.0M31.7)M31.7)作为控制继电器用来

54、存储中间作为控制继电器用来存储中间 操作状态或其他控制信息操作状态或其他控制信息。 5 5特殊存储器特殊存储器(SM)(SM) 特殊存储器用于特殊存储器用于CPUCPU与用户之间交换信息与用户之间交换信息 ，如，如SMO.OSMO.O、SMO.lSMO.l、SMO.4SMO.4和和SMO.5 SMO.5 6 6局部存储器局部存储器(L)(L) S7-200S7-200有有6464个字节的局部存储器，其中个字节的局部存储器，其中6060个个 可以作为暂时存储器，或给子程序传递参数。可以作为暂时存储器，或给子程序传递参数。 7定时器存储区(T) S7-200有三种时基增量分别为1ms、lOms和

55、lOOms定时器，定时器的当前值寄存器是16位有 符号整数，用于存储定时器累计的时基增量，定 时器位用来描述定时器的延时动作触电状态。 8计数器存储区(c) 计数器用来累计其计数输入端脉冲电平由低 到高的次数，CPU提供加计数器、减计数器和加 减计数器。 9顺序控制继电器(s) 顺序控制继电器(SCR)位用于组织机器的顺序 操作，SCR提供控制程序的逻辑分段。 10 模拟量输入(AI) S7-200将现实世界连续变化的模拟量(如温度、 压力、电流、电压等)用AD转换器转换为1个字长 (16位)的数字量，用区域标识符AI、数据长度(w)和 字节的起始字节地址来表示模拟量输入的地址。 AIW2 1

56、1 模拟量输出(AQ) S7-200将1个字长的数字用DA转换器转换为现 实世界的模拟量，用区域标识符AQ、数据长度(w)和 字节的起始地址来表示存储模拟量输出的地址。 AQW2 12 累加器(AC) 累加器是可以像存储器那样使用的读写单元 ，例如可以用它向子程序传递参数，或从子程序返 回参数，以及用来存放计算的中间值。4 个32位累 加器(AC0-AC3)，可以按字节、字和双字来存取累加 器中的数据 13 高速计数器(HC) 高速计数器用来累计比CPU的扫描速率更快的事 件，其当前值和设定值为32位有符号整数，当前值 为只读数据。 14 常数的表示方法与范围 常数值可以是字节、字或双字，CP

57、U以二进制方式 存储常数，常数也可以用十进制、十六进制ASCII码 或浮点数形式来 5.4.2.3 直接寻址与间接寻址 1 直接寻址 在指令中直接使用存储器或寄存器的元件 名称和地址编号，直接查找数据，如VW790、 VBl00。 2.间接寻址 使用地址指针来存取存储器中的数据， 使 用前，首先将数据所在单元的内存地址放入地 址指针寄存器中，然后根据此地址指针存取数 据 可间接寻址：I、Q、V、M、S、T（仅当前值）、C （仅当前值）、AI、AQ。 不可间接寻址：位（bit)地址、HC、L存储区。 1）.建立指针 只能用V、L或ACl、AC2和AC3作指针。 例如：MOVD VB200，AC1

58、 MOVD C3，VD6 MOVD MB4，LD8 2）用指针来存取数据 例如：MOVD VB200，AC1 MOVW *AC1,AC0 3）修改指针 例：INCD AC1 指针增加两次，指向下一个字。 INCD AC1 MOVW *AC1,AC0 将AC1所指向的字的数值送AC0 5.4.3 位逻辑指令 5.4.3.1 触点指令 1.标准触点指令 LD(Load装载)、A(And，与)和0(Or，或) ： LDN(Load Not)、AN(And Not)和0N(Or Not) 2.堆栈的基本概念 S7200有1个9位的堆栈，栈顶用来存储逻辑 运算的结果下面的8位用来存储中间运算结果。 堆栈

59、中的数据一般按“先进后出”的原则存取。( 表3-6） 1标准触点指令标准触点指令 逻辑关系逻辑关系 梯形图梯形图 助记符助记符 I0.0 I0.1 LDI0.0 AI0.1 =Q0.0 LDI0.0 OI0.1 =Q0.0 LDN I0.1 =Q0.0 与与 或或 非非 AND OR NOT 当当 I0.0与与 I0.1 都都 “ON” 时，时， 则输出则输出 Q0.0 “ON”(1)。 当当 I0.0 或或 I0.0 “ON” 时时,则输出则输出 Y0 “ON”(1) 当当 I0.1 “OFF” 时时 则输出则输出 Q0.0 “ON”(1) Q0.0 I0.0 I0.1 Q0.0 Q0.0

60、I0.1 I0.0 * *I0.1 Q0.0 3 OLD(0r Load)指令 串联电路块的并联连接。（两个以上触点串 联形成的支路叫串联电路块） OLD指令不需要地址，它相当于需并联的两块 电路右端的一段垂直连线。 4 ALD(And Load)指令 并联电路块的串联连接。（两条以上支路并 联形成的电路叫并联电路块） 逻辑关系逻辑关系 梯形图梯形图 助记助记 符符 LDX0 OX1 LDX2 OX3 ALD =Y0 LDX0 AX1 LDX2 AN X3 OLD =Y0 当当 “X0 或或 X1”与与“X2 或或X3” 都 都 “ON” 时，时， 则输出则输出 Y0 “ON”。 区块与区块与