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NONO常闭型按钮NCNC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nn速度开关TT温度开关PP压力开关2 2、控制元件（逻辑部

2、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。

3、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 表示符号：带电关闭，失电打开带电打开，失电关闭电磁线圈阀门FOFC5.1.2 5.1.2 继电器式控制系统简介继电器式控制系统简

4、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）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

5、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。R1AL1R2AL2R3AL3VS2VS1R1-1R2-2R3-2R2-1R3-1B阀A阀SW1SW2LSW3n 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

6、。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。R1AL1R2AL2R3AL3VS2VS1R1-1R2-2R3-2R2-1R3-1B阀A阀LNSW1SW2LSW3n 2）SW1闭合时：闭合时：R1AL1R2AL2R3AL3VS2VS1R1-1R2-2R3-2R2-1R3-1B阀A阀LNSW1SW2LSW3n AL1亮、亮、R1带电带电R1AL1R2AL2R3AL3VS2VS1R1-1R2-2R3-2R2-1R3-1B阀A阀LNSW1SW2LSW3n R1的触点状态翻转的触点状态翻转(R1-1闭合闭合)R1AL1R2AL2R3AL3VS2

7、VS1R1-1R2-2R3-2R2-1R3-1B阀A阀LNSW1SW2LSW3n VS2带电，带电，B阀关闭阀关闭R1AL1R2AL2R3AL3VS2VS1R1-1R2-2R3-2R2-1R3-1B阀A阀LNSW1SW2LSW3n 同时经同时经R2-1、R3-1使使VS1带电，带电，A阀关闭阀关闭R1AL1R2AL2R3AL3VS2VS1R1-1R2-2R3-2R2-1R3-1B阀A阀LNSW1SW2LSW3n 3）SW1断开，断开，AL1灭，灭，R1失电失电R1AL1R2AL2R3AL3VS2VS1R1-1R2-2R3-2R2-1R3-1B阀A阀LNSW1SW2LSW3n R1-1复原断开，

8、复原断开，VS1、VS2失电，失电，A、B阀打阀打开开R1AL1R2AL2R3AL3VS2VS1R1-1R2-2R3-2R2-1R3-1B阀A阀LNSW1SW2LSW3n 4）SW2闭合时：闭合时：AL1R1R2AL2R3AL3VS2VS1R1-1R2-2R3-2R2-1R3-1B阀A阀LNSW1SW2LSW3n AL2亮、亮、R2带电带电R1AL1R2AL2R3AL3VS2VS1R1-1R2-2R3-2R2-1R3-1B阀A阀LNSW1SW2LSW3n 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)R1AL1R2AL2R3AL3VS2VS1R1-1R2-2R3-2R

9、2-1R3-1B阀A阀LNSW1SW2LSW3n R2-2闭合使闭合使VS1带电，带电，A阀关闭阀关闭R1AL1R2AL2R3AL3VS2VS1R1-1R2-2R3-2R2-1R3-1B阀A阀LNSW1SW2LSW3n 5）SW2断开，系统复原。断开，系统复原。R1AL1R2AL2R3AL3VS2VS1R1-1R2-2R3-2R2-1R3-1B阀A阀LNSW1SW2LSW3n 6）SW3闭合时：闭合时：R1AL1R2AL2R3AL3VS2VS1R1-1R2-2R3-2R2-1R3-1B阀A阀LNSW1SW2LSW3n AL3亮、亮、R3带电带电R1AL1R2AL2R3AL3VS2VS1R1-1

10、R2-2R3-2R2-1R3-1B阀A阀LNSW1SW2LSW3n 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)R1AL1R2AL2R3AL3VS2VS1R1-1R2-2R3-2R2-1R3-1B阀A阀LNSW1SW2LSW3n R3-2闭合使闭合使VS1带电，带电，A阀关闭阀关闭R1AL1R2AL2R3AL3VS2VS1R1-1R2-2R3-2R2-1R3-1B阀A阀LNSW1SW2LSW3n 7）SW3断开，系统复原。断开，系统复原。R1AL1R2AL2R3AL3VS2VS1R1-1R2-2R3-2R2-1R3-1B阀A阀LNSW1SW2LSW3n 动作表动作表

11、VS2VS1AL3AL2AL1R3R2R1SW3SW2SW1说 明AL3亮A开、B关01100100100AL2亮A开、B关01010010010AL1亮A、B全关11001001001灯全灭A、B全开00000000000SW3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）R1VSBL TSR1-2阀

12、R2ALR1-1R2-1R2-2PBTR2-1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R1VSBL TSR1-2阀R2ALR1-1R2-1R2-2PBTLN 2) 温度超限时：温度超限时：TS闭合闭合R1VSBL TSR1-2阀R2ALR1-1R2-1R2-2PBTLN TS闭合使闭合使R1带电带电R1VSBL TSR1-2阀R2ALR1-1R2-1R2-2PBTLN R1的触点状态翻转（的触点状态翻转（R1-1、R1-2闭合）闭合）R1VSBL TSR1-2阀R2ALR1-1R2-1R2-2PBTLN R1-1闭合使闭合使VS带电，阀关闭带电，阀关闭R1VSBL TSR1

13、-2阀R2ALR1-1R2-1R2-2PBTLNR1VSBL TSR1-2阀R2ALR1-1R2-1R2-2PB R1-2闭合使闭合使AL灯亮、灯亮、BL 带电铃响带电铃响TLN 3) 按按PB后，后，R2带电带电R1VSBL TSR1-2阀R2ALR1-1R2-1R2-2PBTLNR1VSBLTSR1-2阀R2ALR1-1R2-1R2-2PB R2带电，触点状态翻转（带电，触点状态翻转（R2-1闭，闭，R2-2断断 ）铃消音）铃消音TLN 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R1VSBLTSR1-2阀ALR1-1R2-1R2-2PBR2TLN 5

14、) 温度正常后，温度正常后，TS断开，断开，R1失电失电R1VSBL TSR1-2阀ALR1-1R2-1R2-2PBR2TLN 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）R1VSBL TSR1-2阀ALR1-1R2-1R2-2PBR2TLN R2失电，失电， AL灯灭灯灭R1VSBL TSR1-2阀ALR1-1R2-1R2-2PBR2TLN 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。R1VSBL TSR1-2阀ALR1-1R2-1R2-2PBR2TLN 绘制动作顺序表：绘制动作顺序表：VSBLALR2R1PBTS灯灭铃不响阀

15、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

16、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

17、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

18、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

19、、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

20、分类可编程控制器的分类 1 1、按、按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

21、一起，封装为单一整体，各组成部分集成在一起，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PL

22、C。三、三、可编程控制器的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

23、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RQTR梯形图编程语言梯形图编程语言I0.0I0.1Q0.0Q0.0( ) 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图编程语言I0.0I0.1Q0.0Q0.0( ) 3 3、逻辑符号图编程、逻辑符号图

24、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RQTR逻辑符号图编程语言逻辑符号图编程语言=1I0.0Q0.0&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

25、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

26、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。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

27、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，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

28、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

29、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

30、。 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CPURAMEPROM2. 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

31、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

32、 （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

33、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) 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

34、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1EM221DI8XDC24V模块2EM22

35、2DO8XDC24V模块3EM235AI4/AQ1X12 位模块4EM223DI4/DQ4XDC24V/继电器模块 5EM235AI4/AQ1X12 位5.3.5 S7-200PLC的系统配置S7-200 CPU1.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

36、、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。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、

37、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）。3STEP7-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

38、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

39、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

40、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：.2 .3.6 .71M .0 .12M .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 0N4NNL1NL1.0 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

41、同相。（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 .32M 2L+ .4 .5 .6 .7+ + + 直流输出模块（EM222 8

42、24VDC），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：NL1OLL1N.0.44-11OL4L1L1L.I2L2L.23L5L5L.56L6L.67L 交流输出模块交流输出模块（EM2228120V/230VAC），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

43、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.3.7.2.6L(+)N(-). .1L.0.1L+2L.4.5L(+)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

44、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

45、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，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(Se

46、quential 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 List)。 (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

47、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 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 VDl005

48、.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

49、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

50、.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

51、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。 AIW211 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。AQW212 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

52、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，CPU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

53、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，AC1MOVD C3，VD6MOVD 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.

54、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 I0.1LDI0.0AI0.1=Q0.0LDI0.0OI0.1=Q0.0LDN I0.1=Q0.0与与或或非非ANDORNOT当当 I0.0与与 I0.1 都都 “ON” 时，时，则输出则输

55、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)Q0.0I0.0I0.1Q0.0Q0.0I0.1I0.0*I0.1Q0.03 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LDX0OX1LDX2OX3AL

56、D=Y0LDX0AX1LDX2AN X3OLD=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ALD（And Stack）区块或区块或OLD（Or Stack）当当 “X0 与与 X1”或或“X2 与与X3非非” “ON” 时，则输时，则输出出 Y0 “ON”。X0X1X2X3Y0X0X2X1X3Y0 5.4.3.2输出指令1输出(=) 驱动线圈（S、M、Q)2 立即输出(=I) 只能用于输出量(Q)，执行该指令时，将栈顶值立即写入指定的物理输出位和对应的输出映像寄存器。3 置位与复位（S、R）4 立即置位与立即复位（S

57、l、Rl）5 其他指令 1取反(NOT) 2跳变触点(EU、ED) 3空操作指令(NOP)置位、复位指令空操作空操作正跳变正跳变负跳变负跳变能流到达取非触点时，能流能流到达取非触点时，能流就停止；能流未到达取非触就停止；能流未到达取非触点时，能流就通过。点时，能流就通过。检测到每一次正跳变（检测到每一次正跳变（信号后，让能流通过一信号后，让能流通过一个扫描周期的时间个扫描周期的时间 检测到每一次负跳变检测到每一次负跳变信号后，让能流通过信号后，让能流通过一个扫描周期的时间一个扫描周期的时间 取非取非输入映象寄存器I0.0输出映象寄存器Q0.0输出映象寄存器Q0.2输出映象寄存器Q0.1一个周期

58、一个周期空操作指令（空操作指令（NOP N）不）不影响程序的执行。影响程序的执行。操作数操作数N是常数是常数 0255编程中应注意的编程中应注意的几个几个问题问题X0X0Y0Y0X1X1Y0Y0X1X1Y0Y0X0X0Y0Y0一、用电路变换简化程序一、用电路变换简化程序( (减少指令的条数）减少指令的条数）二、逻辑关系应尽量清楚二、逻辑关系应尽量清楚( (避免左轻右重避免左轻右重) )X3X3X2X2X5X5X4X4X6X6X8X8X7X7Y0Y0X9X9X3X3X2X2X5X5X4X4X6X6X8X8X7X7Y0Y0X9X9X5X5 X6X6X2X2X2X2LD X2LD X2AN X3AN

59、 X3A X4A X4LD X2LD X2A X5A X5AN X6AN X6A A X7X7LD X2LD X2A X5A X5AN X6AN X6A X8A X8AN X9AN X9OLDOLD= Y0= Y0EDED三、避免出现无法编程的梯形图三、避免出现无法编程的梯形图X5X5X1X1X3X3X2X2Y1Y1X4X4Y2Y2LD X3LD X3A X5A X5O X1O X1AN X2AN X2= Y1= Y1LD X1LD X1A X5A X5O X3O X3AN X4AN X4= Y2= Y2EDEDX1X1X3X3X2X2Y1Y1X5X5X3X3X1X1X4X4Y2Y2X5X55

60、.4.4.1 传送类指令1.单一传送指令此指令可用来进行一个数据的传送，数据类型可以是字节、字、双字和实数。这类指令影响允许输出ENO正常工作的出错条件为SM4.3（运行时间），0006（间接寻址）。5.4.4 数据处理指令指令名称指令名称MOVBMOVBMOVWMOVWMOVDMOVDMOVRMOVRBIRBIRBIWBIW梯形图梯形图STLSTL格式格式MOVB IN1,OUTMOVB IN1,OUTMOVW IN1,OUTMOVW IN1,OUTMOVD IN1,OUTMOVD IN1,OUTMOVR IN1,OUTMOVR IN1,OUTBIR IN1,OUTBIR IN1,OUTBI