PLC编程及应用

1、 PLC编程及应用联为-稻草人自动化第一章 PLC简介nPLC应用的广泛性与重要性;n什么是PLC;nPLC实现的两大类控制;nPLC的由来和历史;n国外主要的PLC厂商（三菱，西门子，基恩士松下）;nPLC的主要特点;nPLC的一些高级话题()PLC应用的广泛性与重要性nPLC应用的广泛性现代流程工业(化工,电力,冶金等)离散制造业(汽车,大型装备制造,家电行业)物流(货舱控制)农业,气象,航天领域nPLC的重要性重要专业课必须掌握的工作技能PLC是什么PLC在工厂(感性认识)某钢铁公司的工业加热炉现场PLC是什么PLC在工厂(感性认识)某钢铁公司的锅炉现场和加热炉现场PLC 是什么?Pro

2、grammable logic controller可编程逻辑控制器 计算机控制系统n基于PC总线的工业控制计算机n基于单片机开发的测控装置n集散控制系统 DCSn现场总线 FCSPLC- the new controller ? For industry applicationYes !？Question:n基于DSP等专用处理器设计的运动控制系统PLC是什么?-IEC的标准定义(1) 数字运算操作的电子系统,专为工业环境下应用设计的(2)采用可编程程序存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算,顺序控制,定时、记数和算术运算操作的指令。(3)通过数字式,模拟式的输入、输出控制各类型的机械或生产过

3、程(4)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.PLC实现的两大类控制n逻辑变量-顺序控制(下图所示)n模拟量的调节(如PID)如过程变量(如温度,流量,压力,液位)广泛应用于冶金,化工,电力,食品PLC的由来和历史关于关于PLC的疑惑的疑惑 从我们对于实际的工厂自动化可以看出,PLC( programmable logic controller是广泛用在自动化领域内的控制器.它不仅可以根据系统工艺要求实现工业过程的顺序控制,还可以实现温度,流量,压力,液位等模拟量的控制!？Question:为什么PLC即能控制模拟量又可控制逻辑变量,只强调可编程 逻辑逻辑 控制器answ

4、er:PLC开始是从继电器逻辑控制而来的,主要是来实现顺序控制的,后来模拟量的控制是与DCS融合的结果,历史原因!PLC的由来和历史(1)继电器控制 (2)问题它是用弱电信号控制强电的电力控制系统(如下图所示)复杂; 故障查找和调试都是十分麻烦 ;通用性和灵活性差 ;项目改造工期长费用高。PLC的由来和历史(3)解决方案-PLC (创新)这些问题需要寻求一种新的控制装置来取代老式的继电器控制,使得电器控制系统更加灵活,适应于工艺变动.能用在工业现场 ; 能改变其控制”逻辑”,而不需要改动组成他的元件和修改内部接线;出现故障易于诊断和维护( 与IEC的标准定义相印证)PLC的主要特点n编程方法简

5、单易学n功能强,性能价格比高n硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强n可靠性高,抗干扰能力强n系统的设计,安装,调试工作量少n维修工作最小,维护方便n体积小,能耗低可编程控制器发展趋势n高性能,高速度,大容量n微型化 n分布式I/O和智能I/O分布式I/O灵活的连接现场设备解决远程控制与分散控制分布式I/O-ET200Mn分布式I/O ET 200Mn安装在控制室或现场n采用S7-300系列完整的 I/O 产品体系 n用于防爆区内的本安模板ExnHART 协议模拟量输入模板n通过PROFIBUS-DP 连接AS与I/On可选光缆连接n通信线缆冗余分布式I/O-ET200iS2 x AO HART

6、2 x AI HART2 x AI RTD2 x AO 0.20mA4 x DI Namur防爆区域解决方案可编程控制器发展趋势n可编程程序控制器编程语言的标准化nPLC的网络化n其他趋势(高级话题)PLC的一些高级话题nPLC在整个现代的自动化工厂所处的地位,与工厂的综合自动化(后边展开).nPLC,PC,工业PC,(甚至单片机,ARM,DSP,CPLD)有什么区别与联系?如果不仅仅考虑应用那么我们是否可以开发出PLC-国内浙大中控,安控等开发出PLC产品(?思考题).n基于PC的软PLC的研究方向与产品(siemense WinAC,研华ADAM-5501/P30等)(作业查资料)n在PL

7、C控制系统中所包含的3C(computer,control,communication).工厂综合自动化-概貌(ERP-MES-PCS)SAP R/3Office LANEthernetOffice LANEthernet工厂工厂维护维护工厂工厂信息信息 PCS 7 / OPC-ServerInternet/Intranet工厂优工厂优化先进化先进控制软控制软件包件包OS-LANEthernetOS 客户机客户机 /多客户机多客户机OS-服务器服务器(冗余冗余)批处理批处理 服务器服务器/客户机客户机服务器服务器 ESSIMATIC PDMEngineeringToolsetOS 单站单站(多

8、屏多屏)Industrial Ethernet / Fast EthernetPROFIBUS-PAET 200MFail-SafeDP/PA-LinkAS 414 F/FHAS 417 F/FHET 200MPROFIBUS-DPPROFIBUS-DPCOx, NOx, .AS 417AS 416AS 414ET 200MEx-I/OHARTPROFIBUS-DPDP/PA-LinkET 200iSPROFIBUS-PAPROFIBUS-DPOSOPAS 414 HAS 417 HET 200MPROFIBUS-DPDP/PA-LinkPROFIBUS-PAY-LinkCOx, NOx, .

9、OSESPCS 7启动包启动包AS 414工厂综合自动化-简化ET 200M标准接口标准接口MIS, ERP, 资产管理资产管理控制器控制器 S7-400工业以太网工业以太网SIMATIC PCS 7 工程师站工程师站SIMATIC PDM:- PROFIBUS-PA- PROFIBUS-DP- HARTPROFIBUS-PA 现场设备现场设备SIPART PSSITRANS PPROFIBUS-DP 现场总线现场总线PROFIBUS DPSIPOS 3, 5SIPART DRSIMOVERTSIMOCODEDP/PA-LinkET 200iS4-20 mA / HART4-20 mA / H

10、ARTI/O module4-20 mA / HARTSITRANS F徐州炼焦气化厂系统配置图焦炉控制室焦炉控制室东厂调度室东厂调度室硫铵控制室硫铵控制室冷凝控制室冷凝控制室粗苯控制室粗苯控制室煤气鼓风机控制室煤气鼓风机控制室ET200MET200MET200MET200MET200MET200MET200MET200MOLM工程师站工程师站冗余环形工业以太网冗余环形工业以太网 100100M/SM/S煤气鼓风机煤气鼓风机操作站操作站操作站操作站操作站操作站AS-414H冗余控制站冗余控制站冗余冗余PROFIBUS -DP光纤光纤煤塔计量煤塔计量红外测温红外测温 厂级厂级管理管理系统系统推焦

11、管理推焦管理操作站操作站操作站操作站操作站操作站操作站操作站操作站操作站ET200MET200MET200MET200MET200MPLC控制所体现的3C本节的主要内容小结n什么是PLCnPLC实现的两大类控制nPLC的由来和历史n主要的PLCnPLC的主要特点nPLC控制在整个工厂综合自动化的层次本课程的重点内容n本课程将以西门子s7-200PLC为例,重点来学习以下内容PLC的硬件组成和工作原理（难点）PLC的指令系统与编程初步PLC顺序控制程序设计技术（难点）PLC模拟量控制PLC在工业过程中应用问题第2章 PLC的硬件结构与工作原理2.1PLC的硬件结构n整体式PLCCPU模块，I/O

12、模块和电源模块在一个箱形机壳内。n模块式PLC1.物理结构2.CPU模块存储器n随机存储器（随机存储器（RAM） 读/写；掉电丢失；工作速度快；n只读存储器（只读存储器（ROM） 读/不能写，掉电保存n可以电擦除可编程的只读存储器（可以电擦除可编程的只读存储器（EEPROM） 读/写；非易失性；随机存取存储器系统包括：系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序是PLC的操作系统，存在ROM中。用户程序是由用户编写的系统程序。3. I/O模块n输入模块（见图2-3） (1)1M是同一组的输入点的内部电路公共点； (2)内部有RC滤波电路； (3)原理； (4)包括直流输入和交流输出；3. I/O模

13、块n输出模块（见图2-4，2-5）输出模块n数字量输出电路的功率元件包括：小型继电器和场效应管n原理n特点 (1).继电器输出模块电压范围广，承受过载能力强，动继电器输出模块电压范围广，承受过载能力强，动作速度慢作速度慢 (2).场效应管用于直流负载，可靠性高，反应速度快，场效应管用于直流负载，可靠性高，反应速度快，寿命长，过载能力差。寿命长，过载能力差。2.2PLC的工作原理n用触点和线圈实现逻辑运算用触点和线圈实现逻辑运算1.用触点线圈实现逻辑运算FRSBKMSBKM2)1(PLC的梯形图程序PLC的工作模式nPLC的工作模式； RUN模式：执行用户程序；模式：执行用户程序； STOP模式

14、：创建和编辑用户程序，设置模式：创建和编辑用户程序，设置PLC的硬件功的硬件功 能，并将用户程序和硬件设置信息下载到能，并将用户程序和硬件设置信息下载到PLCn改变工作模式的方法； 用模式开关改变工作方式；用模式开关改变工作方式； 用用STEP7-Micro/WIN32软件改变工作方式；软件改变工作方式；n在程序中改变工作模式；PLC工作原理n读取输入n执行用户程序n通信处理nCPU自诊断测试n改写输出n中断程序的处理n立即I/O的处理PLC工作原理n扫描工作方式扫描工作方式n读取输入读取输入(1)过程映像区过程映像区(2)读取过程：读取数字量输入的状态（读取过程：读取数字量输入的状态（ON/

15、OFF) 外部输入电路闭合：外部输入电路闭合：过程映像为过程映像为1，梯形图常开触点，梯形图常开触点 接通，常闭触点断开；接通，常闭触点断开； 外部输入电路断开：外部输入电路断开：过程映像为过程映像为0，梯形图常开触点，梯形图常开触点 断开，常闭触点接通；断开，常闭触点接通；PLC工作原理n执行用户程序执行用户程序（1）读）读I/O映像寄存器以及其他位元件；映像寄存器以及其他位元件；（2）执行指令，进行逻辑运算（从左到右）执行指令，进行逻辑运算（从左到右,从上到下）；从上到下）； （3）运算结果写入映像寄存器；）运算结果写入映像寄存器；n注意注意（1）在程序执行过程中，输入变化不影响结果；）在

16、程序执行过程中，输入变化不影响结果； （2） I/O映像寄存器优点；映像寄存器优点； PLC工作原理n通讯处理通讯处理 处理从通信接口或智能模块接收到信息，读通信数据处理从通信接口或智能模块接收到信息，读通信数据放缓充区；放缓充区；nCPU自诊断测试自诊断测试 （1）自动定期检查）自动定期检查CPU模块操作和扩展模块操作；模块操作和扩展模块操作； （2）复位监控程序（看门狗程序）复位监控程序（看门狗程序）n改写输出改写输出 将输出过程映像寄存器的将输出过程映像寄存器的0/1状态传送到输出模块并状态传送到输出模块并锁存起来锁存起来 PLC工作原理n中断程序的处理中断程序的处理 中断发生，中断发生

17、，CPU停止正常扫描工作模式，立即执行停止正常扫描工作模式，立即执行中断功能；中断功能；n立即立即I/O的处理的处理 直接存取直接存取I/O点；点； （1）立即读）立即读I/O指令读输入点值时，输入过程映像寄指令读输入点值时，输入过程映像寄 存器值不被更新；存器值不被更新； （2）立即写输出点，输出映像更新；）立即写输出点，输出映像更新； PLC工作过程举例2 . 0)0 . 01 . 0(0 . 0IQIQPLC工作过程举例n读取阶段读取阶段 CPU将将SB1，SB2的常开触点的的常开触点的ON/OFF读入相应的读入相应的过程映像区。过程映像区。n执行用户指令；执行用户指令；n修改输出阶段；

18、修改输出阶段； CPU将各输出过程映像寄存器中二进制传送给输出模块并锁存起来。 输入输出滞后时间n滞后时间概念滞后时间概念: 系统响应时间，系统响应时间，PLC外部输入信号发生变化时刻至它控制的有关外部输入信号发生变化时刻至它控制的有关 外部输入信号发生变化的时刻之间的时间间隔。外部输入信号发生变化的时刻之间的时间间隔。n组成组成: 滞后时间滞后时间=输入电路滤波时间输入电路滤波时间+输出电路的滞后时间输出电路的滞后时间+扫描工作扫描工作模式的滞后时间模式的滞后时间n各部分分析各部分分析: 2.3 S7-200系列CPUnS7-200新产品介绍；nCPU模块；n数字量扩展模块；n模拟量扩展模块

19、与热电偶，热电阻扩展模块；nSTEP7-Micro/WIN编程软件与显示面板2.4 PLC的安装n模块的安装与拆卸n本机I/O与扩展I/O的地址分配nS7-200的外部接线与电源的选择；交流电源于直流电源的外部接线对于感性负载的处理2.5习题 (1)可编程序控制器主要由、和组成。 (2)继电器的线圈“断电”时，其常开触点，常闭触点o (3)外部的输入电路接通时，对应的输入映像寄存器为状态，梯形图中对应的常开触点，常闭触点o n (4)若梯形图中输出Q的线圈“断电”，对应的输出映像寄存器为状态，在修改输出阶段后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈，其常开触点，外部负载。n 2整体式可编程序

20、控制器与模块式可编程序控制器各有什么特点?分别适用于什么场合？n 3. RAM与EEPROM各有什么特点?使用RAM存储用户程序时应注意什么问题?2.5习题n4. 交流数字量输入模块与直流输入模块分别适用于什么场合?n 5. 数字量输出模块有哪几种类型?它们各有什么特点?n 6. 简述可编程序控制器的扫描工作过程。 2.5习题输出寄存器输入寄存器处理请求自诊断检查输出模块接触器KM10执行程序01第3章 PLC的程序设计基础主要讲解内容nPLC的编程语言与程序结构;n存储器的数据类型与寻址方式;nPLC编程的基本指令系统;n位逻辑指令;n定时器指令,计数器指令;n传送指令,移位指令等；3.1P

21、LC的编程语言与程序结构nPLC编程语言的国际标准IEC61131-3n顺序功能图（顺序功能图（SFC）：）：分析，设计的基本方法；分析，设计的基本方法；n梯形图（梯形图（LAD)：本门课程的主要方法；本门课程的主要方法；n功能块图(FBD)n指令表(STL)n结构化文本(ST) 顺序功能图SFC与梯形图LAD1.顺序功能图（SFC)顺序功能图是分析，设计数字量控制的基本方法步，转化，动作是顺序功能图的三种元件。2.梯形图(LAD)梯形图是使用最多的PLC编程语言。触点，线圈和方框图表示；语句表（STL）S7系列PLC将指令表称为语句表。（1）使用与汇编语言相似的助记符的表达式（2）语句表可以

22、和梯形图相互转化PLC的程序结构nPLC的程序结构 S7-200CPU的控制程序由主程序，子程序和中断程序组成；n主程序：(OB1)每个项目只有一个主程序，在主程序中可以调用子程序和中断程序；n子程序：可选的指令的集合，仅在被其他程序调用时执行。n中断程序：中断程序不是被主程序调用，他们在中断事件发生时由操作系统调用；3.2存储器数据类型与寻址方式n数据在存储器中存取方式1.位，字节，双字2. 数据的存取方式存储器数据类型与寻址方式nCPU的存储区n输入，输出过程映像（I/Q)n变量存储器,位存储区（V/M）n定时器，计数器，高速计数器（T/C/HC）n累加器(AC),特殊寄存器(SM),顺序

23、控制继电器(S)n局部存储器(L) n模拟量输入，模拟量输出（AI,AQ)常数与字符串的表达格式n常数的表示方法与范围存储器的寻址方式n直接寻址（只讲此种寻址方式）可以按照字节(B)，字(W)，双字(DW)方式存取V,I,Q,M,S,SM存储器；举例：VB100,VW100(VB100,VB101), VD100(VB100,VB101,VB103,VB104)输出指令与其他指令n输出n立即输出n置位，复位n立即置位，立即复位n其他指令（取反NOT,跳变，空操作）S7-200常见梯形图指令NOTPN常开触点常闭触点取反立即常开正跳变负跳变立即常闭（）（）（R）（ RI ）（）（）（）（）S（）

24、（）SI输出立即输出置位立即置位复位立即复位立即输出立即输出：只能用于输出量（），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过程映像区置位与复位置位与复位： 从指定的位地址开始的N个位地址都被置位（变为）或复位（变为）；（）（）（）（）S（）（）R立即置位与立即复位立即置位与立即复位 执行SI或RI指令时，从指定位地址开始的N个连续的物理输出点将被立即置位或复位，N=1128该指令只能用于输出量Q，新值被同时写入对应的物理输出点和输出过程映像区立即触点：立即触点：立即触点指令只能用于输入量I，执行立即触点指令时，立即读入物理输入点的值，根据该点的值决定触点的接通/断开。立即出点

25、指令并不更新物理输入点对应的输入过程映像区的值（ RI ）（）（）SI定时器与计数器指令n定时器指令(1)接通延时定时器接通延时定时器接通延时定时器（TON）的使能输入端（输入端（IN）的输入电路接通接通时开始开始定时。定时。 当前值大于等于预置的设定值大于等于预置的设定值时，定时器位变为定时器位变为ON，梯形图中对应的定时器的常开触点闭合，常闭触点断开定时器的常开触点闭合，常闭触点断开。达到设定值后，当前值仍然计数，直到最大值32767输入电路断开后，定时器自动复位，当前值清零，定时器为变为OFF.d定时器与计数器指令（2)断开延时定时器指令断开延时定时器指令断开延时定时器(TOF),用来在

26、IN输入电路断开后延时一段时间后，再使定时器变为OFF接在定时器IN输入端的输入电路接通时，定时器位变为输入端的输入电路接通时，定时器位变为ON,当前值被清零。输入电路断开后，开始定时输入电路断开后，开始定时，当前值从0开始增大。当前值等于设定值，当前值等于设定值，输出位变为输出位变为OFF,当前值保持不变，直到输入电路接通。定时器与计数器指令（3)保持型接通延时定时器保持型接通延时定时器保持型接通延时定时器的输入电路接通时，开始定时输入电路接通时，开始定时。当前值大于等于当前值大于等于设定值时，定时器位变为设定值时，定时器位变为ON，达到设定值后，当前值仍然继续计数直到达到32767注意：只

27、能用复位（R）指令来复位，使它当前值变为0，同时使定时器位为 OFF定时器与计数器指令n计数器指令(1)加计数器(CTU)当复位输入(R)电路断开，加计数器脉冲输入(CU)电路由断开变化为接通（即CU信号的上升沿），计数器的当前值加1，直至计数最大值32767。当前值大于等于设定值(PV)时，计数器为被置1。当复位输入（R）为ON或执行复位指令时，计数器被复位，计数器位变为OFF,当前值被清零。定时器与计数器指令n计数器指令(2)减计数器(CTD)在减计数脉冲的上升沿（从OFF到ON),从设定值开始，计数的当前值减1，减至0时，停止计数，计数器位被置1。装载输入（LD）为ON时计数器位被复位，

28、并把设定值装入当前值。定时器与计数器指令n计数器指令(2)加减计数器(CTD)在加计数脉冲（CU）的上升沿，计数器的当前值加1，在减计数脉冲输入（CD）的上升沿，计数器的当前值减1，当前值大于等于设定值时，计数器位被置位。当复位输入为ON时，或对计数器执行复位指令时，计数器被复位。数据传送指令 1.字节,字和实数的传送 这些指令将输入的数据(1N)传送到输出(OUT)，传送过程中不改变数的大小 2.字节,字,双字的块传送指令 块传送指令将从输入地址(1N)开始的N个数据传送到输出地址(OUT)开始的N个单元，N1255，N为字节变量 . 3.字节交换指令 字节交换SWAP(SwAp Bytes

29、)指令交换输入字(1N)的高字节与低字节。 n 4.字节立即读写指令n 字节立即读MOV_BIR(Move Byte lmmediate Read)指令读取IN输入端给出的1个字节的物理输入点(1B)，并将结果写入OUT。n 字节立即写MOV_BIW(Move Byte lmmediate Write)指令将输入(1N)给出的1字节数值写入OUT端给出的物理输出点(QB)。两条指令的IN和OUT都是字节变量。 移位与循环指令移位指令与循环指令n移位指令将输入IN中的数据的各位向右或向左移动N位后送给输出OUT,移位指令对移出位自动补0 n循环移位是环形的，即被移出来的位将返回到另一端空出的位置

30、。定时器与计数器指令n定时器指令(1)接通延时定时器接通延时定时器（TON）的使能输入端（输入端（IN）的输入电路接通接通时开始开始定时。定时。 当前值大于等于预置的设定值大于等于预置的设定值时，定时器位变为定时器位变为ON，梯形图中对应的定时器的常开触点闭合，常闭触点断开定时器的常开触点闭合，常闭触点断开。达到设定值后，当前值仍然计数，直到最大值32767定时器与计数器指令（2)断开延时定时器指令断开延时定时器(TOF),用来在IN输入电路断开后延时一段时间后，再使定时器变为OFF接在定时器IN输入端的输入电路接通时，定时器位变为输入端的输入电路接通时，定时器位变为ON,当前值被清零。输入电路断开后，开始定时输入电路断开后，开始定时，当前值从0开始增大。当前值等于设定值，当前值等于设定值，输出位变为输出位变为OFF,当前值保持不变，直到输入电路接通。定时器与计数器指令（2)保持型接通延时定时器保持型接通延时定时器的输入电路接通时，开