中国石油大学机电系统计算机控制 (8)

1、第八章机械系统中的第八章机械系统中的PLCPLC控制控制主要内容：主要内容：1 1、PLCPLC的基本组成、主要功能、性的基本组成、主要功能、性能特点及分类能特点及分类2 2、PLCPLC的基本结构和工作原理的基本结构和工作原理3 3、编程语言、编程语言 4 4、西门子、西门子 S7-200 PLC S7-200 PLC 5 5、PLC PLC 应用控制实例应用控制实例 早期的可编程控制器称作可编程逻辑控早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器制器( (Programmable Logic ControllerProgrammable Logic Controller) )，简称简称PLCPLC

2、，它主要用来代替继电器实现逻辑控，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。制。 可编程序控制器可编程序控制器: :（Programmable ControllerProgrammable Controller）是以微处理器）是以微处理器为核心的为核心的数字式数字式电子电气电子电气自动控制装置自动控制装置，是，是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的一种工业控制专用计算机。设计制造的一种工业控制专用计算机。 这种新型的工业控制装置以其这种新型的工业控制装置以其简单易懂简单易懂、操作方便操作方便、可靠性高可靠性高、体积小体积小、寿命长寿命长等一系等一系列优

3、点迅速的在各工业领域广泛使用。列优点迅速的在各工业领域广泛使用。 目前，世界上较著名的目前，世界上较著名的PLCPLC生产厂家有：生产厂家有：美国美国AB,AB,通用电气通用电气；日本：三菱电机、松下、日本：三菱电机、松下、OMRONOMRON；德国：西门子公司德国：西门子公司等。等。 PLC PLC的具体结构虽然多种多样，但其体系的具体结构虽然多种多样，但其体系结构基本相同，即均以结构基本相同，即均以微处理器为核心微处理器为核心，并，并辅以辅以外围电路和外围电路和I/OI/O单元单元等硬件所组成。等硬件所组成。 中国：仿制或进口生产线，上海、南京等。中国：仿制或进口生产线，上海、南京等。8.

4、1 8.1 可编程序控制器的基本结构可编程序控制器的基本结构 PLC PLC最初应用于最初应用于继电器控制继电器控制、逻辑控制逻辑控制，随着科技的发展，特别是需求的变化，目前随着科技的发展，特别是需求的变化，目前PLCPLC已经具有了大型控制系统的全部功能，包已经具有了大型控制系统的全部功能，包括括AIAI、AOAO、DIDI、DODO、定时计数定时计数、远程通信远程通信等等功能。功能。一、一、PLCPLC的基本组成的基本组成： CPUCPU、存储器、存储器、I/OI/O接口、辅助模块组成。接口、辅助模块组成。可编程序控制器基本结构可编程序控制器基本结构 对于对于整体式结构整体式结构PLCPL

5、C，所有部件都封装，所有部件都封装在同一机箱内；对于在同一机箱内；对于组合式结构组合式结构PLCPLC，各功，各功能部件独立封装，通过主线相互连接，安能部件独立封装，通过主线相互连接，安装在机架的卡槽内。装在机架的卡槽内。 1 1、CPUCPU： 中央处理单元中央处理单元(CPU)(CPU)是是PLCPLC的控制核心。的控制核心。a.a.接收并存储用户程序和数据接收并存储用户程序和数据；b.b.检查电源、存储器、检查电源、存储器、I/OI/O以及警戒定时器以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的的状态，并能诊断用户程序中的语法错误语法错误。用于按预先编制的用于按预先编制的程序程序执行相应指令

6、，执行相应指令，监监控控系统运行状态。系统运行状态。 为了进一步提高为了进一步提高PLCPLC的可靠性，近年来的可靠性，近年来对大型对大型PLCPLC还采用还采用双双CPUCPU构成冗余系统，或采构成冗余系统，或采用三用三CPUCPU的表决式系统的表决式系统。这样，即使某个。这样，即使某个CPUCPU出现故障，整个系统仍能正常运行。出现故障，整个系统仍能正常运行。2 2、存储器：、存储器： 可编程序控制器的存储器分为可编程序控制器的存储器分为系统程序系统程序存储器存储器和和用户存储器用户存储器。 存放系统软件（包括监控程序、模块化存放系统软件（包括监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、

7、故障诊断应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其各种管理程序）的存储器称为程序及其各种管理程序）的存储器称为系统系统程序存储器程序存储器； 存放用户程序和数据的存储器称为存放用户程序和数据的存储器称为用户用户存储器存储器，所以又分为，所以又分为用户程序存储器和数据用户程序存储器和数据存储器存储器两部分。两部分。 PLCPLC常用的存储器类型常用的存储器类型 1 1）RAM RAM （Random Assess MemoryRandom Assess Memory） 这是这是一种读一种读/ /写存储器写存储器( (随机存储器随机存储器) )，其存取，其存取速速度最快度最快，由锂电池支持。，

8、由锂电池支持。 2 2）EPROMEPROM（Erasable Programmable Read Erasable Programmable Read Only MemoryOnly Memory）这是一种）这是一种可擦除的只读存储可擦除的只读存储器器。在断电情况下，存储器内的所有内容。在断电情况下，存储器内的所有内容保持保持不变不变 ( (在在紫外线紫外线连续照射下可擦除存连续照射下可擦除存储器内容储器内容) )。 3 3）EEPROMEEPROM (Electrical Erasable (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory

9、)Programmable Read Only Memory)这是一这是一种种电可擦除电可擦除的只读存储器。使用编程器就的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。能很容易地对其所存储的内容进行修改。 不同型号的不同型号的PLCPLC配的存储器的类型有配的存储器的类型有所不同。所不同。PLCPLC存储空间的分配存储空间的分配 存储空间一般包括以下三个区域：存储空间一般包括以下三个区域： 1 1）系统程序存储区）系统程序存储区 在系统程序存储区中存放着相当于计在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的算机操作系统的系统程序系统程序，包括，包括监控程序、监控程序、管理程序、命

10、令解释程序、功能子程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序系统诊断子程序等，由等，由制造厂商制造厂商将其将其固化固化在在EPROMEPROM中，用户不能直接存取，它和硬件中，用户不能直接存取，它和硬件一起决定了该一起决定了该PLCPLC的性能。的性能。2 2）系统）系统RAMRAM存储区存储区 系统系统RAMRAM存储区包括存储区包括I/OI/O映象寄存区映象寄存区以以及各类及各类软元件软元件，如：逻辑线圈、数据寄存如：逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等存储器。器等存储器。 I/OI/O映象寄存区映象寄存区 由于由于P

11、LCPLC投入运行后，只是在投入运行后，只是在输入采样阶输入采样阶段段才依次读入各才依次读入各输入状态和数据输入状态和数据，在，在输出刷输出刷新阶段新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外才将输出的状态和数据送至相应的外设。设。 PLC PLC需要一定数量的存储单元需要一定数量的存储单元(RAM)(RAM)以以存放存放I/OI/O的状态和数据，这些单元称作的状态和数据，这些单元称作I/OI/O映象寄存区。映象寄存区。 整个整个I/OI/O映象寄存区可看作两个部分组映象寄存区可看作两个部分组成：成：开关量开关量I/OI/O映象寄存区；模拟量映象寄存区；模拟量I/OI/O映映象寄存区象寄存区。 系统

12、软元件存储区系统软元件存储区 除了除了I/OI/O映象寄存区以外，系统映象寄存区以外，系统RAMRAM存存储区还包括储区还包括PLCPLC内部各类内部各类软元件软元件（逻辑线圈、（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。的存储区。 该该存储区存储区又分为具有又分为具有失电保持失电保持的存储的存储区域和区域和失电不保持失电不保持的存储区域，前者在的存储区域，前者在PLCPLC断电时，由内部的断电时，由内部的锂电池锂电池供电，数据不会供电，数据不会丢失；后者当丢失；后者当PLCPLC断电时，断电时，数据被清零数据被清零。 3 3）用户存储区）

13、用户存储区 用户存储区存放用户编制的用户存储区存放用户编制的用户程序用户程序和用户数据和用户数据，不同类型的，不同类型的 PLCPLC，其存储容，其存储容量各不相同。量各不相同。 3 3、I/OI/O接口：接口： 与与外部交换信息，进行相应的控制外部交换信息，进行相应的控制。其。其驱动能力强驱动能力强( (电压、电流电压、电流) )、形式多样形式多样( (触点、触点、可控硅、晶体管可控硅、晶体管) )、抗干扰功能强大。、抗干扰功能强大。1)1)、输入接口电路、输入接口电路 输输入信号有入信号有开关量、模拟量、数字量开关量、模拟量、数字量三三种，相应接口电路包括种，相应接口电路包括开关量接口电路

14、、模开关量接口电路、模拟量模拟量和数字量拟量模拟量和数字量。 可编程序控制器优点之一是可编程序控制器优点之一是抗干扰能抗干扰能力强力强，这也是其，这也是其I/OI/O设计设计的优点之处，经的优点之处，经过过电气隔离电气隔离后，信号才送入后，信号才送入CPUCPU执行的执行的, ,防防止现场的强电干扰进入。止现场的强电干扰进入。 2 2输出接口电路输出接口电路 可编程序控制器的输出包括可编程序控制器的输出包括继电器输出继电器输出(M)(M)、晶体管输出、晶体管输出(T)(T)、晶闸管输出、晶闸管输出(SSR)(SSR)三种三种输出形式。输出形式。 输出接口电路的主要技术参数输出接口电路的主要技术

15、参数1 1）响应时间响应时间 响应时间是指响应时间是指PLCPLC从从ONON状态状态转变成转变成OFFOFF状状态态或从或从OFFOFF状态状态转变成转变成ONON状态状态所需要的时间。所需要的时间。 2 2）输出电流输出电流 继电器输出型具有较大的继电器输出型具有较大的输出电流输出电流，晶，晶体管和晶闸管输出体管和晶闸管输出电流比较小电流比较小。3 3）开路漏电流）开路漏电流 开路漏电流开路漏电流是指输出处于是指输出处于OFFOFF状态时，状态时，输出回路中的电流。输出回路中的电流。继电器输出继电器输出型输出接型输出接点点OFFOFF是是无漏电流无漏电流；晶体管输出晶体管输出型漏电流在型漏

16、电流在0.1mA0.1mA以下；以下；晶闸管有较大漏电流晶闸管有较大漏电流，主要由，主要由内部内部RCRC电路引起，需在设计系统时注意。电路引起，需在设计系统时注意。 4 4）输出公共端（）输出公共端（COMCOM） 公共端与输出各组之间形成回路，从公共端与输出各组之间形成回路，从而驱动负载。而驱动负载。 四、电源四、电源 PLC PLC的电源包括的电源包括系统电源系统电源和和后备电池后备电池。PLCPLC一般使用一般使用220V220V交流电源交流电源，电源模块的作用，电源模块的作用就是将外部输入的交流电经过整流、滤波、就是将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压电路转换成稳压电路转换成PLC

17、PLC的的CPUCPU、存储器、存储器、I/OI/O接口接口等内部电路所需要的等内部电路所需要的直流电源直流电源。PLCPLC大多使用大多使用开关型稳压电源开关型稳压电源，其稳压性能好，抗干扰能，其稳压性能好，抗干扰能力强，并可为用户提供力强，并可为用户提供24V24V电源电源，作为输入传，作为输入传感器或输出负载的感器或输出负载的电源电源。 一般小型一般小型PLCPLC的电源输出分为的电源输出分为两部分两部分：一部分供一部分供PLCPLC内部电路内部电路工作；一部分向外工作；一部分向外提供给提供给现场传感器现场传感器等的工作电源。因此等的工作电源。因此PLCPLC对电源的基本要求：对电源的基

18、本要求：（1 1）能有效地能有效地控制、消除电网电源带来的各种控制、消除电网电源带来的各种干扰；干扰；（2 2）电源发生故障不会导致其它部分产电源发生故障不会导致其它部分产生故障生故障；（；（3 3）允许较宽的输入电压范围允许较宽的输入电压范围；（4 4）电源本身的功耗低，发热量小电源本身的功耗低，发热量小；（5 5）内部电源与外部电源完全隔离内部电源与外部电源完全隔离；（6 6）有较强的自保护功能。有较强的自保护功能。 五、编程器五、编程器 编程器是编程器是人人-机机对话的工具，用来对话的工具，用来输入、输入、修改和调试修改和调试用户程序、监控用户程序、监控PLCPLC的运行情况、的运行情况

19、、调整调整内部寄存器内部寄存器的参数等。的参数等。 许多许多PLCPLC都可以利用都可以利用一条一条通信电缆通信电缆与计算机的与计算机的串行口相连串行口相连，配以厂家提，配以厂家提供的编程软件，进行用户供的编程软件，进行用户程序的程序的输入和调试输入和调试。 六、其他接口电路六、其他接口电路 1) I/O1) I/O扩展接口扩展接口 用于扩展用于扩展PLCPLC的的输入和输出点数输入和输出点数，需要，需要时，它可将主机与时，它可将主机与I/OI/O扩展单元连接起来；扩展单元连接起来； 2)2)智能智能I/OI/O接口接口 这种接口具有独立的这种接口具有独立的微处理器和控制软微处理器和控制软件件

20、，用于适应和满足复杂控制功能的要，用于适应和满足复杂控制功能的要求如：位置闭环控制模块；求如：位置闭环控制模块；PIDPID调节器的调节器的闭环控制模块。闭环控制模块。 3)3)通信接口通信接口。用于。用于PLCPLC与计算机与计算机、打印打印机机等外部设备相连；也可以构成等外部设备相连；也可以构成集散型控集散型控制系统制系统或或局域网局域网。 4)A4)AD D、D DA A接口接口。由于。由于CPUCPU只能处理只能处理数字信号，当输入输出信号为模拟量时，则数字信号，当输入输出信号为模拟量时，则需要需要A AD D、D DA A接口来进行信号转换。接口来进行信号转换。 七、七、PLCPLC

21、外部设备外部设备 外部设备包括外部设备包括编程器、打印机、外存储编程器、打印机、外存储器器( (磁带或磁盘磁带或磁盘) )、EPROMEPROM写入器写入器等。等。8.2 PLC 8.2 PLC 的工作原理的工作原理 PLC PLC是采用是采用循环扫描循环扫描的工作方式，的工作方式，CPUCPU从从程序段的第一句程序段的第一句顺序读取、顺序执行顺序读取、顺序执行。直至。直至最后一句。最后一句。 对每个程序，对每个程序，CPUCPU从第一条指令开始执从第一条指令开始执行，按指令步序号做行，按指令步序号做周期性周期性的程序的程序循环扫描循环扫描，从第一条指令开始逐条执行用户程序，直至从第一条指令开

22、始逐条执行用户程序，直至遇到遇到结束符结束符后又后又返回第一条指令返回第一条指令，如此周而，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周扫描周期期。 一、一、PLCPLC在一个周期的工作过程：在一个周期的工作过程： 输入采样阶段、程序运行阶段、输出输入采样阶段、程序运行阶段、输出刷新阶段。刷新阶段。 扫描周期的长短主要取决于以下几个扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：因素：一是一是CPUCPU执行执行指令的速度指令的速度；二是二是执行执行每条每条指令占用的时间指令占用的时间；三是三是程序中程序中指令条指令条数数的多少。的多少。 1 1输入采样阶段输入采样阶段

23、 在输入采样阶段，在输入采样阶段，CPUCPU扫描扫描全部输入端全部输入端口口，读取其状态并写入输入状态寄存器。，读取其状态并写入输入状态寄存器。 完成完成输入端刷新输入端刷新工作后，将关闭输入端工作后，将关闭输入端口，转入口，转入程序执行阶段程序执行阶段。在。在程序执行期间即程序执行期间即使输入端状态使输入端状态发生变化发生变化，输入状态寄存器的，输入状态寄存器的内容内容也不会改变也不会改变，而这些变化必须等到，而这些变化必须等到下一下一工作周期工作周期的的输入采样阶段输入采样阶段才能被读入。才能被读入。2 2程序执行阶段程序执行阶段 在程序执行阶段，根据用户输入的在程序执行阶段，根据用户输

24、入的控制控制程序程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器内部辅助寄存器和和输出状态寄存器输出状态寄存器。当最后一条控制程序执行。当最后一条控制程序执行完毕后，即转入完毕后，即转入输入刷新阶段输入刷新阶段。 在用户程序执行过程中，只有在用户程序执行过程中，只有输入点输入点在在I/OI/O映象区内的映象区内的状态和数据状态和数据不会发生变化，不会发生变化，而其他而其他输出点和软设备输出点和软设备在在I/OI/O映象区或系统映象区或系统RAMRAM存储区内的状态和数据都有可能发生变存储区内的状态和数据都有可能发

25、生变化。化。 3 3输出刷新阶段输出刷新阶段 当所有指令当所有指令执行完毕执行完毕后，将后，将输出状态寄输出状态寄存器存器中的内容，依次送到中的内容，依次送到输出锁存电路输出锁存电路（输（输出映像寄存器），并通过一定输出方式出映像寄存器），并通过一定输出方式输出输出，驱动外部相应驱动外部相应执行元件执行元件工作，这才形成工作，这才形成PLCPLC的实际输出。的实际输出。 由此可见，由此可见，输入采样、程序执行和输出输入采样、程序执行和输出刷新刷新三个阶段构成三个阶段构成PLCPLC一个一个工作周期工作周期，由此循，由此循环往复，因此称为环往复，因此称为循环扫描循环扫描工作方式。工作方式。 输入

26、刷新阶段和输出刷新阶段统称为输入刷新阶段和输出刷新阶段统称为I/OI/O刷新阶段刷新阶段。 除了执行程序和除了执行程序和I/OI/O刷新外，刷新外，PLCPLC还要进还要进行各种行各种错误检测错误检测（自诊断功能）并与编程工（自诊断功能）并与编程工具通讯，这些操作统称为具通讯，这些操作统称为“监视服务监视服务”，一，一般在程序执行之后进行。般在程序执行之后进行。 PLCPLC的扫描工作过程的扫描工作过程 扫描周期扫描周期的长短主要取决于的长短主要取决于程序的长短程序的长短。扫描周期扫描周期越长越长，响应速度，响应速度越慢越慢。由于每个扫。由于每个扫描周期只进行描周期只进行一次一次I/OI/O刷

27、新刷新，即每一个扫描，即每一个扫描周期周期PLCPLC只对只对输入、输出状态寄存器输入、输出状态寄存器更新一更新一次，所以系统存在次，所以系统存在输入输出滞后输入输出滞后现象，这在现象，这在一定程度上降低了系统的一定程度上降低了系统的响应速度响应速度。 但是由于其对但是由于其对I/OI/O的变化的变化每个周期只输每个周期只输出刷新一次出刷新一次，并且，并且只对有变化的进行刷新只对有变化的进行刷新，这对一般的开关量控制系统来说是完全允许这对一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成影响，还会的，不但不会造成影响，还会提高抗干扰能提高抗干扰能力力。 在快速响应系统中就会造成响应滞后现在快速

28、响应系统中就会造成响应滞后现象，这时象，这时PLCPLC都会采取都会采取高速模块高速模块。 几个重要概念几个重要概念 扫描周期中断：扫描周期中断： 当中断事件发生时，当中断事件发生时，CPUCPU以以异步异步扫描方式、扫描方式、根据根据中断优先级中断优先级来处理中断。来处理中断。输入和输出映像区输入和输出映像区 输入和输出映像区输入和输出映像区是在是在PLCPLC的的RAMRAM工作工作区中将区中将一特定区域一特定区域的存储单元作为的存储单元作为输入映输入映像寄存器和输出映像寄存器像寄存器和输出映像寄存器的存储区。的存储区。 输入映像区存储着对应位输入输入映像区存储着对应位输入“继电器继电器”

29、的的通断通断状态，状态，高电平高电平“1”1”为通为通，低电低电平平”0”0”为断为断。此处。此处“继电器继电器”是指由是指由系统系统软件软件程序赋予其具有程序赋予其具有继电器功能继电器功能的的“软继电软继电器器”，而非真正的，而非真正的物理继电器物理继电器，每位，每位输入映输入映像寄存器像寄存器也对应着也对应着PLCPLC每个每个实际输入端实际输入端的的通通断断状态。输入映像寄存器的内容只能被状态。输入映像寄存器的内容只能被PLCPLC中的中的CPUCPU读出读出，而不能被，而不能被改写改写。 输出映像区存储着对应输出映像区存储着对应位输出位输出“寄存器寄存器”的状态；在执行用户程序时，的状

30、态；在执行用户程序时，输出映像寄存输出映像寄存器器既可被既可被PLCPLC的的CPUCPU读取读取，也可以被，也可以被CPUCPU改写改写。 在程序执行过程中，对于在程序执行过程中，对于输入或输出点输入或输出点状态状态的存取通常是的存取通常是通道映像寄存器通道映像寄存器，而不是，而不是实际的实际的输入输出输入输出(I/O)(I/O)点点，这主要有三个，这主要有三个原因：原因： 1) 1)在同步扫描周期的开始在同步扫描周期的开始采样所有输入采样所有输入，而在扫描周期的而在扫描周期的执行阶段执行阶段就有了就有了固定的输入固定的输入。而当程序执行完后而当程序执行完后更新输出映像寄存器更新输出映像寄存

31、器，这，这样可使系统更加稳定。样可使系统更加稳定。 2) 2)用户程序存取用户程序存取映像寄存器映像寄存器要比要比I/OI/O点点快得多，因此执行程序更加快捷。快得多，因此执行程序更加快捷。 3) 3)I/OI/O点必须按位来存取，而点必须按位来存取，而映像寄存映像寄存器器可按可按字节字节、字字或或双字双字来存取，因此更具有来存取，因此更具有灵活性。灵活性。 立即立即I/O I/O 立即立即I/OI/O指令允许对指令允许对实际输入输出点实际输入输出点直接存取。直接存取。 执行执行立即立即I/OI/O指令对指令对输入和输出映像寄输入和输出映像寄存器存器的影响是不同的。当使用立即的影响是不同的。当

32、使用立即I/OI/O指令指令采集采集输入点输入点的值时，的值时，输入映像寄存器的值尚输入映像寄存器的值尚未更新未更新，而使用立即，而使用立即I/OI/O指令来指令来存取输出点存取输出点的同时，的同时，相应的输出映像寄存器被更新了相应的输出映像寄存器被更新了。 8.3 8.3 可编程控制器的编程语言可编程控制器的编程语言 一、梯形图（一、梯形图（LADLADLAdding DiagramLAdding Diagram） 梯形图语言梯形图语言表达式是在原电器控制系统表达式是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的，它与电器操作原理图相呼应，

33、形象、而来的，它与电器操作原理图相呼应，形象、直观、实用，是直观、实用，是PLCPLC的主要编辑语言。的主要编辑语言。 梯形图：梯形图：最基本单元是编程最基本单元是编程元素元素，数个，数个编程元素构成编程元素构成支路支路，几条支路又组成，几条支路又组成梯级梯级，多个梯级形成网络状的多个梯级形成网络状的梯形图梯形图。 梯形图基于寄存器梯形逻辑电气图。梯形图基于寄存器梯形逻辑电气图。在梯形图中，有一个提供能量的左母线。在梯形图中，有一个提供能量的左母线。触点闭合触点闭合可以使能量流过该器件到达下一可以使能量流过该器件到达下一个器件，个器件，触点打开触点打开将阻止能量流通过。任将阻止能量流通过。任何

34、可以连到左母线或触点的梯形组件都有何可以连到左母线或触点的梯形组件都有输入、输出输入、输出能量流。能量流。 程序一次执行一个段，程序一次执行一个段，从左至右从左至右，从从上至下上至下：当：当CPUCPU执行到程序结尾，又回到程执行到程序结尾，又回到程序序开始处开始处从上到下从上到下重新执行重新执行程序。程序。 每一条指令都规定了相应的每一条指令都规定了相应的输入和输输入和输出出操作数的范围以及数据类型。操作数的范围以及数据类型。 指令分类：指令分类：位操作指令：位操作指令：包括逻辑控制指令、定时包括逻辑控制指令、定时/ /计计数器指令和比较指令。数器指令和比较指令。运算类指令：运算类指令：包括

35、四则运算、逻辑运算、包括四则运算、逻辑运算、数学函数指令。数学函数指令。数据处理指令：数据处理指令：包括送出、位移、字节包括送出、位移、字节交换和填充指令。交换和填充指令。高级指令：高级指令：包括时钟指令、中断指令、高包括时钟指令、中断指令、高速计数器指令、速计数器指令、PIDPID指令等。指令等。表功能指令：表功能指令：包括对表的存取和查找指令。包括对表的存取和查找指令。转换指令：转换指令：包括数据类型转换、编码、译包括数据类型转换、编码、译码等。码等。程序控制指令：程序控制指令：包括空操作指令、结束及包括空操作指令、结束及暂停指令等。暂停指令等。基本指令基本指令（1 1）装载指令）装载指令

36、LDLD，LDNLDN LDLD指令指令总是从母线（包括在分支点引总是从母线（包括在分支点引出的母线）引出一个常开触点。出的母线）引出一个常开触点。 LDNLDN指令指令总是从母线引出一个常闭触点。总是从母线引出一个常闭触点。（2 2）触点串联指令）触点串联指令A A，ANAN（3 3）触点并联指令）触点并联指令O O，ONON A A，ANAN应用于单个触点的串联，可以连应用于单个触点的串联，可以连续使用。续使用。 O O，ONON应用于单个触点的并联，紧接在应用于单个触点的并联，紧接在LDLD、LDNLDN之后使用，可以连续使用。之后使用，可以连续使用。（4 4）触点输出指令）触点输出指令

37、= =（OUTOUT）输出指令输出指令不能用于输入继电器不能用于输入继电器; ;可以连续使用，构成并联输出可以连续使用，构成并联输出; ;输出指令输出指令的操作数一般不能重复使用；如的操作数一般不能重复使用；如在程序中不要多次出现：在程序中不要多次出现：“=Q0.0”;=Q0.0”;（5 5）置位、复位指令）置位、复位指令（6 6）边沿触发指令）边沿触发指令EUEU、EDED（7 7）逻辑取反指令）逻辑取反指令（8 8）逻辑入栈指令（）逻辑入栈指令（LPSLPS） （9 9）逻辑出栈指令（）逻辑出栈指令（LPPLPP） 梯形逻辑梯形逻辑LADLAD及其编辑器具有以下特点：及其编辑器具有以下特点

38、： (1)(1)梯形逻辑易于初学者使用。梯形逻辑易于初学者使用。 (2)(2)图形表示易于理解，而且全世界通图形表示易于理解，而且全世界通用。用。 (3)(3)LADLAD编辑器能够使用编辑器能够使用SIMATICSIMATIC和和IEC1131-3IEC1131-3指令集（指令集（19931993年国际电工委员年国际电工委员会会 (IEC)(IEC)制定了制定了IEC1131 PLC IEC1131 PLC 的标准）。的标准）。 (4)(4)可以使用语句表可以使用语句表(STL)(STL)编辑器显示编辑器显示所有用所有用SIMATIC LADSIMATIC LAD编辑器编写的程序。编辑器编写

39、的程序。二、语句表（二、语句表（STLSTLStatement ListStatement List） 语句表是由不同的指令所构成的语句语句表是由不同的指令所构成的语句组成的，其中的指令则由组成的，其中的指令则由操作码和操作数操作码和操作数组成，其中组成，其中操作码操作码指出了指令的功能，指出了指令的功能，操操作数作数指出了指令所用的元件或数据。指出了指令所用的元件或数据。 三、功能块图三、功能块图(FBD(FBDFunction Block Function Block Diagram) Diagram) 功能块图使用类似于布尔代数的功能块图使用类似于布尔代数的图形图形逻辑符号逻辑符号来表示

40、来表示控制逻辑控制逻辑，一些复杂的功，一些复杂的功能用指令框表示，适合于有数字电路基础能用指令框表示，适合于有数字电路基础的编程人员使用。功能块图用类似于的编程人员使用。功能块图用类似于与门、与门、或门的框图或门的框图来表示来表示逻辑运算关系逻辑运算关系，方框的，方框的左侧左侧为逻辑运算的为逻辑运算的输入变量输入变量，右侧右侧为为输出输出变量变量，输入、输出端的小圆圈表示，输入、输出端的小圆圈表示“非非”运算，方框用运算，方框用“导线导线”连在一起，信号自连在一起，信号自左向右。左向右。 选择选择FBDFBD编辑器编辑器时主要应时主要应考虑：考虑： (1)(1)图形逻辑门图形逻辑门表示表示格式

41、有利于程序流的跟踪。格式有利于程序流的跟踪。 ( (2)FBD2)FBD编辑器编辑器可以使可以使用用SIMATICSIMATIC和和IEC1131-3IEC1131-3指指令集。令集。 (3)(3)可以使用可以使用STLSTL编辑编辑器器显示所有显示所有SIMATIC FBDSIMATIC FBD编编辑器编辑的程序。辑器编辑的程序。 四、四、顺序功能图顺序功能图 （SFCSFCSeauential Fuction ChartSeauential Fuction Chart） 用来编程用来编程顺序控制顺序控制的程序，编写时，工的程序，编写时，工艺过程被划分为若干个顺序出现的艺过程被划分为若干个顺

42、序出现的步步，每步，每步中包括中包括控制输出的动作控制输出的动作，从一步到另一步的，从一步到另一步的转换由转换由转换条件转换条件来控制，特别适合于生产制来控制，特别适合于生产制造过程。造过程。 西门子西门子 STEP7 STEP7 中的该编程语言是中的该编程语言是 S7S7GraphGraph 五、结构化文本五、结构化文本（STSTStructured TextStructured Text） 结构化文本结构化文本（STST）是为是为IEC61131IEC611313 3标准创建的一种专用的标准创建的一种专用的高级编程语言高级编程语言。与。与梯形图相比，它实现梯形图相比，它实现复杂的数学运算复

43、杂的数学运算，编，编写的程序非常简洁和紧凑。写的程序非常简洁和紧凑。 STEP7 STEP7的的S7 SCLS7 SCL结构化控制语言，结构化控制语言，编编程结构程结构和和C C语言、语言、PascalPascal语言相似，特别语言相似，特别适合于习惯于使用适合于习惯于使用高级语言编程高级语言编程的人使用。的人使用。 8.4 S7-200 8.4 S7-200系统概述系统概述 一、系统功能概述一、系统功能概述 S7-200PLC S7-200PLC系统是系统是紧凑型可编程序紧凑型可编程序控制控制器。系统的硬件构架由构成系统的器。系统的硬件构架由构成系统的CPUCPU模块模块和丰富的和丰富的扩展

44、模块扩展模块组成，它可满足各种设备组成，它可满足各种设备的自动化控制需求。的自动化控制需求。1 1硬件硬件 2. 2. 工业软件工业软件 3.3.主机外形主机外形 CPU 22X CPU 22X系列系列PLCPLC主机（主机（CPUCPU模块）模块） 4. S7-200 4. S7-200 其它功能：其它功能： (1)(1)功能强大的指令集功能强大的指令集 包括位逻辑指令、计数器、定时器、包括位逻辑指令、计数器、定时器、复杂数学运算指令、复杂数学运算指令、PIDPID指令、字符串指指令、字符串指令、时钟指令、通讯指令，以及和令、时钟指令、通讯指令，以及和智能模智能模块块配合的配合的专用指令专用

45、指令等。等。 (2)(2)丰富强大的通讯功能丰富强大的通讯功能 S7-200S7-200提供了近提供了近1010种通讯方式以满足种通讯方式以满足不同的应用需求，从简单的不同的应用需求，从简单的 S7-200 S7-200 之间之间的通讯到的通讯到 S7-200 S7-200 通过通过 Profibus-DPProfibus-DP 网络网络通讯，甚至到通讯，甚至到 S7-200 S7-200 通过通过以太网以太网通讯。通讯。可以说，可以说，S7-200S7-200的通讯功能已经远远超出的通讯功能已经远远超出了小型了小型PLCPLC的整体通讯水平。的整体通讯水平。 (3)(3)编程软件的易用性编程

46、软件的易用性 Step7-Micro/WIN32Step7-Micro/WIN32编程软件为用户提编程软件为用户提供了供了开发开发 编辑和监控编辑和监控的良好编程环境。全的良好编程环境。全中文的界面、中文的在线帮助信息、中文的界面、中文的在线帮助信息、Windows Windows 的界面风格以及丰富的编程向导，的界面风格以及丰富的编程向导，能使用户快速进入状态。能使用户快速进入状态。 二、二、S7-200CPUS7-200CPU和扩展模块和扩展模块 1. S7-200CPU1. S7-200CPU S7-200CPU S7-200CPU将一个微处理器、一个集成将一个微处理器、一个集成的电源盒

47、、若干数字量的电源盒、若干数字量I/OI/O点集成在一个紧点集成在一个紧凑的封装中，组成凑的封装中，组成一个功能强大的一个功能强大的PLCPLC。 对于每个型号，西门子提供对于每个型号，西门子提供DC(24V)DC(24V)和和AC(120-220V)AC(120-220V)两种电源供电的两种电源供电的CPUCPU类型。如类型。如CPU224CPU224DC/DC/DCDC/DC/DC 和和 CPU224CPU224AC/DC/RelayAC/DC/Relay。(1)DC/DC/DC(1)DC/DC/DC：说明：说明CPUCPU是是直流供电，直流直流供电，直流数字量输入，数字量输出点数字量输入

48、，数字量输出点是是晶体管晶体管直流直流电路的类型。电路的类型。(2)AC/DC/Relay(2)AC/DC/Relay：说明：说明CPUCPU是是交流供电，交流供电，直流数字量输入直流数字量输入，数字量输出点数字量输出点是是继电器继电器触点的类型。触点的类型。 S7-200 CPUS7-200 CPU外插卡外插卡(1)MC291(1)MC291：存储器卡存储器卡，提供，提供EEPROMEEPROM存储存储单元。在单元。在CPUCPU上插入存储器卡后，可使用编程软件上插入存储器卡后，可使用编程软件Step-Step-Micro/WIN32Micro/WIN32将将CPUCPU中的中的存储内容存储

49、内容( (系统块、程序块系统块、程序块和数据块等和数据块等) )复制到卡中复制到卡中；把存储卡插到其他；把存储卡插到其他CPUCPU上，上，通电时通电时存储卡的内容会自动复制到存储卡的内容会自动复制到CPUCPU中中。(2)CC292(2)CC292：日期日期/ /时钟电池卡时钟电池卡。用于。用于CPU221CPU221和和CPU222CPU222两种不具备内部实时时钟的两种不具备内部实时时钟的CPUCPU，以提供，以提供日日期期/ /时钟功能时钟功能，同时提供内存后备电池。，同时提供内存后备电池。(3)BC293(3)BC293：电池卡电池卡。为所有类型的。为所有类型的CPUCPU提供提供数

50、据数据保持的后备电池保持的后备电池。电池在。电池在超级电容超级电容放电完毕后起作放电完毕后起作用。用。 2. 2. 扩展模块扩展模块 1 1）数字量）数字量I/OI/O模块模块 EM221EM221：数字量输入扩展模块：数字量输入扩展模块 1)1)、8 8点点24V DC24V DC输入；输入； 2)2)、8 8点点AC120/230 VAC120/230 V输入；输入； 3)3)、1616点点24V DC24V DC输入输入 EM222EM222：数字量输出扩展模块：数字量输出扩展模块 1)1)、8 8点点24V DC(24V DC(晶体管晶体管) )输出；输出； 2)2)、8 8点点AC1

51、20/230V DCAC120/230V DC输出；输出； 3)3)、4 4点点24V DC24V DC输出输出, ,每点每点5A5A； 4)4)、4 4点继电器输出点继电器输出, ,每点每点10A10A EM223EM223：数字量输入：数字量输入/ /输出扩展模块输出扩展模块 1)1)、4 4点点24V DC24V DC输入输入/4V DC/4V DC输出；输出； 2)2)、4 4点点24V DC24V DC输入输入/4V/4V继电器输出；继电器输出； 3)3)、8 8点点24V DC24V DC输入输入/8V DC/8V DC输出；输出； 4)4)、8 8点点24V DC24V DC输入

52、输入/8V/8V继电器输出；继电器输出； 5)5)、1616点点24V DC24V DC输入输入/16V DC/16V DC输出；输出； 6)6)、1616点点24V DC24V DC输入输入/16V /16V 继电器输继电器输出；出； 2 2）模拟量）模拟量I/OI/O模块模块 EM231EM231：模拟量输入模块，模拟量输入模块，4 4通道电流通道电流/ /电电压输入；压输入；EM232EM232：模拟量输出模块，模拟量输出模块，2 2通道电流通道电流/ /电电压输出；压输出；EM235EM235：模拟量输入模拟量输入/ /输出模块，输出模块，4 4通道电通道电流流/ /电压输入、电压输入

53、、1 1通道电流通道电流/ /电压输出。电压输出。 温度测量扩展模块温度测量扩展模块温度测量模块是模拟量模块的特殊形式。温度测量模块是模拟量模块的特殊形式。EM231TCEM231TC：热电偶输入模块，：热电偶输入模块，4 4输入通道；输入通道；EM231RTDEM231RTD：热电偶输入模块，：热电偶输入模块，2 2输入通道输入通道 3 3）通讯模块）通讯模块EM277EM277：Profibus-DPProfibus-DP从站通讯模块，同时从站通讯模块，同时也支持也支持MPIMPI从站通讯；从站通讯；EM241EM241：调制解调器：调制解调器(Modem)(Modem)通讯模块；通讯模块

54、；CP243-1CP243-1：工业以太网通讯模块；：工业以太网通讯模块；CP243-1ITCP243-1IT：工业以太网通讯模块，同时提：工业以太网通讯模块，同时提供供Web/E-mailWeb/E-mail等等ITIT应用。应用。 4 4）特殊功能模块）特殊功能模块 S7-200S7-200还提供了一些特殊模块，用以还提供了一些特殊模块，用以完成特定的任务。完成特定的任务。EM253EM253：定位控制模块。它能产生脉冲串，定位控制模块。它能产生脉冲串，用于步进电机和伺服电机的速度和位置的用于步进电机和伺服电机的速度和位置的开环控制。开环控制。 3 3、电源模块、电源模块 所有的所有的S7

55、-200CPUS7-200CPU都有都有内部电源内部电源，为，为CPUCPU自身、扩展模块和其他用电设备提供自身、扩展模块和其他用电设备提供5V5V、24V24V直流电源。直流电源。 扩展模块通过与扩展模块通过与CPUCPU连接的连接的总线连接电总线连接电缆缆取得取得5V5V直流电源直流电源(5V DC)(5V DC)。 CPU CPU还向外提供一个还向外提供一个24V DC24V DC电源，从电电源，从电源输出点源输出点(L+,M)(L+,M)引出。此电源可为引出。此电源可为CPUCPU和扩和扩展模块上的展模块上的I/OI/O点供电，也为一些特殊或智点供电，也为一些特殊或智能模块提供电源。能

56、模块提供电源。 不同规格的不同规格的CPUCPU提供提供5V DC5V DC和和24V DC24V DC电源电源的容量不同。每个实际应用项目都要就的容量不同。每个实际应用项目都要就电源电源容量容量进行规划计算。进行规划计算。 4 4、最大、最大I/OI/O配置配置 S7-200 S7-200按照按照I/OI/O的类型为其分配不同的地的类型为其分配不同的地址，包括址，包括AIAI、AOAO、DIDI、DODO。 每一类每一类I/OI/O分别排列地址。从分别排列地址。从CPUCPU开始算开始算起，起，I/OI/O点点从左到右按由小到大从左到右按由小到大的规律排列。的规律排列。扩展模块的类型和位置一

57、旦确定，则它的扩展模块的类型和位置一旦确定，则它的I/OI/O点地址也随之决定。点地址也随之决定。 CPU CPU的最大的最大I/OI/O，实际上取决于它们所，实际上取决于它们所能带的扩展模块数目。能带的扩展模块数目。 5 5、S7-200S7-200的数据存储区与数据保持的数据存储区与数据保持 数据存储区分为两类：数据存储区分为两类：易失性的易失性的RAMRAM存存储区，以及储区，以及永久保存的永久保存的EEPROMEEPROM存储区。存储区。 S7-200 S7-200中的中的V V数据存储区、数据存储区、M M存储区存储区都都属于易失性数据存储区。要保存属于易失性数据存储区。要保存T(T

58、(定时器定时器) )和和C(C(计数器计数器) )数据数据，也需要提供电源。，也需要提供电源。 S7-200 CPU S7-200 CPU 提供了提供了 EEPROM EEPROM 存储器存储器 EEPROM EEPROM 不需要另外的供电就能永久保存数不需要另外的供电就能永久保存数据。据。 RAM RAM存储区需要为其存储区需要为其提供电源提供电源方能保方能保持其中的数据不丢失。持其中的数据不丢失。1)1)、CPUCPU中内置中内置超级电容超级电容，在不太长的断电，在不太长的断电期间内保持数据和时钟提供电源，不需要附期间内保持数据和时钟提供电源，不需要附件，断电后件，断电后, ,CPU221

59、CPU221和和CPU222CPU222的超级电容可的超级电容可提供约提供约50h50h的数据保持，的数据保持，CPU224CPU224、CPU226CPU226、CPU226XMCPU226XM可保持数据约可保持数据约190h190h。 2)2)、CPUCPU上附加上附加电池卡电池卡，与内置超级电容配，与内置超级电容配合，长期为时钟和数据保持提供电源。合，长期为时钟和数据保持提供电源。CPUCPU断电后，断电后，首先首先依靠内置的依靠内置的超级电容超级电容为数据提为数据提供电源。超级电容放电完毕后，供电源。超级电容放电完毕后，电池电池才起作才起作用。完全靠电池为用。完全靠电池为CPUCPU提

60、供数据备份电源时，提供数据备份电源时，电池寿命约电池寿命约200200天天。 3)3)、使用数据块，、使用数据块，永久保存永久保存不需要更改的不需要更改的数据。由于数据块在数据。由于数据块在 S7-200 S7-200 项目下载到项目下载到CPU CPU 中，直接存储到中，直接存储到 EEPROM EEPROM 中，所以数中，所以数据内容永远不会丢失据内容永远不会丢失 。 4)4)、编程时设置、编程时设置系统块系统块，可在，可在CPUCPU断电时自断电时自动永久保存至多动永久保存至多1414个字节个字节的数据。的数据。 5)5)、在用户程序中编程，、在用户程序中编程，根据需要根据需要永久保永久