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1、目 录1.1PLC的发展1.1.1 PLC的产生1.1.2 PLC的发展过程1.1.3 PLC的发展趋势1.2 PLC的基本特点1.2.1软硬件功能强1.2.2 使用维护方便1.2.3 运行稳定可靠1.2.4设计施工周期短1.3 PLC的分类1.3.1按结构分类1.3.2 按控制规模分类1.3.3 按生产厂家分类1.4 PLC的主要功能及应用1.4.1 开关逻辑和顺序控制1.4.2 模拟量控制1.4.3 定时控制1.4.4 数据采集与监控1.4.5 联网、通信及集散控制1.5PLC与其他工控系统的比较1.5.1 可编程控制器与继电器控制系统的比较1.5.2 PLC与集散控制系统的比较1.5.3

2、 PLC与工业控制计算机（IPC）的比较29 八月 2022第1章 PLC概述可编程控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。它是20世纪70年代以来，随着社会生产的发展和技术进步，工业生产自动化水平的日益提高及微电子技术的飞速发展，在继电器控制的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于它具有功能强、可靠性大、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，目前已成为实现工业生产自动化的支柱产品。本章主要介绍PLC的发展、特点、分类、主要功能及应用。掌握PLC的特点和主要功能，了解PLC的分类及发展。29 八月 20221.1PLC的发展1.1.1 PLC

3、的产生在可编程控制器产生之前，以各种继电器为主要元件的电气控制线路承担着生产过程自动控制的艰巨任务，可能由成百上千只各种继电器构成复杂的控制系统，需要用成千上万根导线连接起来，安装这些继电器需要大量的继电器控制柜，且占据大量的空间。当这些继电器运行时，又产生大量的噪声，消耗大量的电能。为保证控制系统的正常运行，需安排大量的电气技术人员进行维护，有时某个继电器的损坏，甚至某个继电器的触点接触不良，都会影响整个系统的正常运行。如果系统出现故障，要进行检查和排除故障又非常困难，全靠现场电气技术人员长期积累的经验。尤其是在生产工艺发生变化时，可能需要增加很多的继电器或继电器控制柜，重新接线或改线的工作

4、量极大，甚至可能需要重新设计控制系统。尽管如此，这种控制系统的功能也仅仅局限在能实现具有粗略定时、计数功能的顺序逻辑控制。因此，人们迫切需要一种新的工业控制装置来取代传统的继电器控制系统，使电气控制系统工作更可靠、更容易维修、更能适应经常变化的生产工艺要求。29 八月 2022新一代PLC应具备的10项指标： (1)编程简单，可在现场方便地编辑及修改程序；(2)价格便宜，其性价比要高于继电器控制系统；(3)体积要明显小于继电器控制柜；(4)可靠性要明显高于继电器控制系统；(5)具有数据通信功能；(6)输入可以是AC 115 V；(7)输出为AC 115 V，2 A以上；(8)硬件维护方便，最好

5、是插件式结构；(9)扩展时，原有系统只需做很小改动；(10)用户程序存储器容量至少可以扩展到4 KB。29 八月 20221.1.2 PLC的发展过程1.从1969年到20世纪70年代中期2.20世纪70年代中期到80年代初期3.20世纪80年代初期到90年代初期4.20世纪90年代至今这一阶段可编程控制器主要用于逻辑运算和计时、计数运算，其中央处理器由中小规模数字集成电路组成，存储器为磁芯存储器，控制功能比较简单。 这一阶段可编程控制器的CPU采用微处理器，存储器采用半导体存储器，不仅整机的体积减小，而且数据处理能力获得很大提高，增加了数据运算、传送、比较等功能，实现了对模拟量的控制。 这一

6、阶段由于16位、32位微处理器的出现和应用，PLC向大规模、高速度、高性能和网络化方向发展，形成了多种系列化产品，出现了结构紧凑、功能强大、性能价格比高的新一代产品，并出现多种不同性能的分布式网络系统。 这一阶段PLC继续得到快速发展，系统在网络通信、设备冗余等方面都有了长足的进步，成为一种功能强大的、成熟的控制系统。 29 八月 20221.1.3 PLC的发展趋势随着PLC技术的推广、应用，PLC将进一步向以下四个方向发展。1.系列化、模块化2.小型机功能强化3.中、大型机高速度、高功能、大容量4.低成本29 八月 20221.2 PLC的基本特点1.2.1软硬件功能强1.2.2 使用维护

7、方便1.2.3 运行稳定可靠1.2.4设计施工周期短在硬件方面，选用优质器件，采用合理的系统结构，加固简化安装，使它能抗震动冲击。对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施。在软件方面，PLC设置了“看门狗”WDT系统,运行时对WDT定时刷新，一旦程序出现死循环，使之能立即跳出，重新启动并发出报警信号。还设置了故障检测及诊断程序。可编程序控制器的故障率低，且有完善的自诊断和显示功能。可编程序控制器或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据可编程序控制器上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。传统的继电器控制系统中使用了大量的中

8、间继电器、时间继电器。容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，大大减少了因触点接触不良造成的故障。用可编程控制器完成一项控制工程时，由于其硬、软件齐全，所以设计和施工可同时进行。短了施工周期。同时，由于用户程序大都可以在实验室里模拟调试，大大缩短了设计施和工周期。29 八月 20221.3 PLC的分类1.3.1按结构分类1.整体式PLC2.模板式PLC3.分散式PLC这种形式的PLC各部分以单独的模板分开设置，如电源模板、CPU模板、输入模板、输出模板及其他智能模板等。S7-300PLCS7-400PLC一般的微型机和小型机多为整体式结构

9、。这种结构PLC的电源、CPU、I/O部件都集中配置在一个箱体中，有的甚至全部装在一块印制电路板上。 分散式PLC的结构就是将可编程控制器的CPU、电源、存储器集中放置在控制室，而将各I/O模板分散放置在各个工作站，由通信接口进行通信连接，由CPU集中指挥。2022/8/291.3.2 按控制规模分类根据PLC处理I/O点数规模来分类，PLC可分为四类：微型、小型、中型和大型。1.微型PLC2.小型PLC3.中型PLC4.大型PLC微型PLC的I/O点数通常在64点以下，处理开关量信号，功能以逻辑运算、定时和计数为主，用户程序容量一般都小于4 kW。大型PLC的I/O点数在1024点以上，除一

10、般类型的输入|输出模块外，还有特殊类型的信号处理模块和智能控制模块，能进行数学计算、PID调节、整数/浮点运算和二进制/十进制转换运算等；控制功能完善，网络系统成熟，而且软件也比较丰富，并固化一定的功能程序可供使用；用户程序容量大于32 kW，并可扩展。 小型PLC 的I/O点数在64256点之间，主要以开关量输入|输出为主，具有定时、计数和顺序控制等功能，控制功能也比较简单，用户程序容量一般小于16 kW。这类PLC和微型PLC的特点都是体积小、价格低，适用于单机控制场合。中型PLC的I/O点数在2561024点之间，同时具有开关量和模拟量的处理功能，控制功能比较丰富，用户程序容量小于32

11、kW。中型PLC可应用于有开关量、模拟量控制的，较为复杂的、连续生产自动控制的场合。2022/8/291.3.3 按生产厂家分类 PLC的生产厂家很多，每个厂家生产的PLC，其点数、容量、功能各有差异，但都自成系列，指令及外设向上兼容，因此在选择PLC时，若选择同一系列的产品，则可以使系统构成容易、操作人员使用方便，备品配件的通用性及兼容性好。比较有代表性的有：德国西门子公司的S5系列、S7系列，日本欧姆龙公司的C系列，三菱公司的FX系列，日本松下公司的FP系列，法国施耐德公司的TWIDO系列，美国通用电气公司的GE系列，美国AB公司的PLC5系列等。2022/8/291.4 PLC的主要功能

12、及应用PLC的主要功能和应用体现在以下几个方面。1.4.1 开关逻辑和顺序控制1.4.2 模拟量控制1.4.3 定时控制1.4.4 数据采集与监控1.4.5 联网、通信及集散控制由于PLC在控制现场实行控制，所以把控制现场的数据采集下来，做进一步分析研究是很重要的。对于这种应用，目前较普遍采用的方法是PLC加上触摸屏，这样既可随时观察采集下来的数据又能及时进行统计分析。PLC通过网络通信模块以及远程I/O控制模块，可实现PLC与PLC之间、PLC与上位机之间的通信、联网；实现PLC分布控制，计算机集中管理的集散控制，增加系统的控制规模，满足工厂自动化（FA）系统发展的需要。PLC为用户提供了一

13、定数量的定时器，并设置了定时器指令，一般每个定时器可实现0.1999.9 s或0.0199.99 s的定时控制，也可按一定方式进行定时时间的扩展。定时精度高，设定方便、灵活。在生产过程中，许多连续变化的物理量需要进行控制，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。目前大部分PLC产品都具备处理模拟量的功能，特别是在系统中模拟量控制点数不多，同时混有较多的开关量时，PLC具有其他控制装置无法比拟的优势。某些PLC产品还提供了典型控制策略模块，如PID模块，从而实现对系统的PID闭环控制。 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制、顺序控制，可用于单机控制、

14、多机群控制、自动化生产线的控制等，例如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2022/8/291.5 PLC与其他工控系统的比较1.5.1 可编程控制器与继电器控制系统的比较PLC控制系统是从继电器控制系统发展而来的。继电器控制系统为工业控制的发展起到了巨大的作用，目前仍然在工业领域中大量应用。然而就其控制性能与自身的功能已无法满足现代工业控制的要求和发展，与PLC相比较，存在着质的差别，下页表给出了PLC与继电器控制系统功能与特点的比较。2022/8/29PLC与继电器控制系统功能与特点的比较 比较项目继电器控制PLC控制功能的实现对继电器进行硬接线

15、，完成相应的控制功能对PLC进行编程实现所需控制要求对生产工艺变化的适应性需进行重新设计与接线，适应性差只需对程序进行修改，适应性强可靠性元器件多，触点多，容易出现故障采用大规模集成电路，绝大部分是软继电器，可靠性高灵活性差具有种类齐全的扩展单元，扩展灵活控制的实时性机械动作时间常数大，实时性差微处理器控制，实时性好占用空间与安装控制柜体积大，笨重，安装施工工作量大体积小，重量轻，安装工作量小使用寿命易损，寿命短寿命长复杂控制能力差很高调试、维护复杂，工作量大工作量小硬件成本较低较高2022/8/291.5.2 PLC与集散控制系统的比较集散控制系统（DCS）又称分布式控制系统，是专门为工业过

16、程控制设计的过程控制装置。它的主要应用场合是连续量的模拟控制，而PLC的主要应用场合是开关量的逻辑控制。因此，它们在设计思想上是有一定区别的。PLC是按循环扫描方式工作的，集散控制系统是按用户的程序指令工作的。因此，PLC对每个采样点的采样速度是相同的；而集散控制系统中，可以根据被检测对象的特性采用不同的采样速度。此外，在集散控制系统中，可以有多级优先级中断的设置，而PLC通常不采用中断方式，因此，所需的存储器容量小；而集散控制系统需进行大量的数学运算，因此，所需的存储器容量较大。2022/8/291.5.3 PLC与工业控制计算机（IPC）的比较PLC与工业控制计算机（简称工控机，IPC）都

17、是用来进行工业控制的，但是工控机与PLC相比，仍有一些不同。1.硬件方面2.软件方面工控机可借用通用微型计算机丰富的软件资源，对算法复杂、实时性强的控制任务能较好地适应。PLC在顺序控制的基础上，增加了PID等控制算法，编程采用梯形图语言，易于被电气技术人员所掌握。但是，一些微型计算机的通用软件还不能直接在PLC上应用，还要经过二次开发。工控机是由通用微型计算机推广应用发展起来的，通常由微型计算机生产厂家生产，在硬件方面具有标准化总线结构，各种机型间兼容性强。而PLC则是针对工业顺序控制，由电气控制厂家研制发展起来的，其硬件结构专用，各个厂家产品不通用，标准化程度较差。但PLC的信号采集和控制

18、输出的功率强，可不必再加信号变换和功率驱动环节，而直接和现场的测量信号及执行机构对接。2022/8/29思考题与习题1-1简述可编程控制器的产生背景和发展历程。1-2简述可编程控制器的特点和分类。1-3简述可编程控制器的应用领域。1-4与继电器控制系统相比PLC有哪些特点？2022/8/291-1简述可编程控制器的产生背景和发展历程。1-2简述可编程控制器的特点和分类。1-3简述可编程控制器的应用领域。1-4与继电器控制系统相比PLC有哪些特点？思考题与习题2022/8/29目 录2.1 PLC的结构2.2 PLC工作原理2.3 PLC的性能指标2.4 PLC的配置2022/8/29第2章 P

19、LC结构及基本工作原理PLC实质上也是一种计算机，它有着与通用计算机相类似的结构，也是由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口及电源组成的。只不过它比一般的通用计算机具有更强的与工业过程相连的接口和更直接的适应控制要求的编程语言。本章主要介绍PLC的硬件、软件结构、工作过程、性能指标和配置等内容。2022/8/292.1 PLC的结构PLC实质上是一种专门为在工业环境下应用自动控制而设计的计算机，它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口，更直接的适用于控制要求的编程语言和更强的抗干扰能力。尽管在外形上，PLC与普通计算机差别较大，但在基本结构上，PLC与微型计算机系统基本相同，也

20、由硬件和软件两大部分组成。2022/8/292.1.1 PLC的硬件系统1.中央处理器（CPU）2.存储器3.I/O接口单元4. I/O扩展接口及扩展部件5. 外设接口及外设CPU是PLC的核心，由运算器和控制器构成。其主要任务有：（1）接收和保存现场的状态和数据；（2）诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误；（3）执行系统和用户程序，实现各种运算；（4）输出运算结果，驱动现场设备；（5）协调PLC内部各部分工作，控制PLC与外围设备通信等。PLC存储器中配有两种存储系统，系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序存储器主要用来存储PLC内部的各种信息，一般系统程序是PLC生产厂家编写,

21、系统程序存储器一般用PROM或 EPROM构成。用户程序存放在用户程序存储器中。用户程序存储器一般分为两个区：程序存储区和数据存储区。I/O接口单元是PLC与现场I/O设备相连接的部件。它的作用是将输入信号转换为CPU能够接收和处理的信号，并将CPU送出的弱电信号转换为外部设备所需的强电信号。（1）开关量输入（DI）接口单元（2）开关量输出（DO）接口单元开关量输出接口单元可分为：继电器输出型 用于直流或低频交流负载晶体管输出型 用于高速、小功率直流负载晶闸管输出型 用于高速、大功率交流负载I/O扩展接口是PLC主机为了扩展I/O点数或类型的部件。当用户所需的I/O点数或类型超过PLC主机的I

22、/O接口单元的点数或类型时，可以通过加接I/O扩展部件来实现。I/O扩展部件通常有简单型和智能型两种。简单型I/O扩展部件自身不带CPU，对外部现场信号的I/O处理完全由主机的CPU管理，依赖与主机的程序扫描过程。外设接口是PLC实现人机对话、机机对话的通道。通过外设接口，PLC主机可与编程器、图形终端、打印机、EPROM写入器等外围设备相连，也可以与其他PLC或上位计算机连接。外设接口一般分为通用接口和专用接口两种。通用接口是指标准通用的接口，如RS232、RS422和RS485等。2022/8/29整体式PLC硬件结构框图 直流输入交流输入120V2022/8/292.1.2 PLC的软件

23、系统PLC的软件分为系统软件和应用软件两大部分。1.系统软件2.应用软件PLC的系统软件就是PLC的系统监控程序，包括系统管理程序、用户指令解释程序、标准程序库和编程软件等，也有人称之为PLC的操作系统。它是每台PLC必须包括的部分，是由PLC的制造厂家编制的，用于控制PLC本身的运行。一般来说，系统软件对用户是不透明的。应用软件指用户根据工艺生产过程的控制要求，按照所有PLC规定的编程语言而编写的应用程序。用户程序可采用梯形图语言、指令表语言、功能块语言、顺序功能图语言和高级语言等多种方法来编写，利用编程装置输入到PLC的程序存储器中去。2022/8/291.PLC的输入过程2.PLC的输出

24、过程2.2.1 PLC输入与输出过程输入由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。外部输入信号经PLC输入接线端子去驱动输入继电器的线圈。每个输入端子与其相同编号的输入继电器有着唯一确定的对应关系。输出部分是由PLC内部的输出继电器的常开接点、输出接线端子和外部驱动电路组成，用来驱动外部负载。PLC内部有许多输出继电器，每个输出继电器为外部输出电路提供了一个实际的常开接点与输出接线端子相连。2022/8/29过程映象字节 0字节 1字节 2: CPU 存储器区字节 0字节 1字节 2: PIIPIQ 用户程序 CPU 存储器区 : :LD I2.0= Q4.3 : : : :1120

25、22/8/292.2.2 PLC的工作过程PLC的工作过程有两个显著特点：一是周期性顺序扫描，一是集中批处理。周期性顺序扫描是PLC特有的工作方式，在运行过程中，总是处在不断循环的顺序扫描过程中。每次扫描所用的时间称为扫描时间，又称为扫描周期或工作周期。由于PLC的I/O点数较多，采用集中批处理的方法，可以简化操作过程，便于控制，提高系统可靠性。因此，PLC的另一个主要特点就是对输入采样、执行用户程序、输出刷新实施集中批处理。PLC的工作过程流程图如下页图所示。PLC的工作过程可分为四个阶段。 2022/8/29PLC的工作过程流程图2022/8/29输出模块输入采样阶段输出刷新阶段执行用户程

26、序阶段公共处理阶段PLC的扫描过程输入模块PLC在RUN状态的扫描过程公共处理包括PLC自检、执行来自外设命令、对看门狗WDT清零等。PLC自检就是CPU检测其各器件的状态，如出现异常再进行诊断，并给出故障信号或自行进行相应处理。WDT是PLC内部设置的监视定时器，如果程序运行失常进入死循环，则WDT得不到按时清零而造成超时溢出，从而发出报警信号或停止PLC工作。这是第一个集中批处理过程。在这个阶段中，PLC按顺序逐个采集所有输入端子上的信号，不论输入端子上是否接线，CPU顺序读取全部输入端，将所有采集到的一批输入信号写到输入映像寄存器中。在当前的扫描周期内，用户程序依据的输入信号状态（ON或

27、OFF）均从输入映像寄存器中去取，而不管此时外部输入信号的状态是否变化。这是第二个集中批处理过程。在执行用户程序阶段，CPU对用户程序按顺序进行扫描。如果程序用梯形图表示，则总是按先上后下、从左至右的顺序进行扫描。每扫描到一条指令，所需要的输入信息状态均从输入映像寄存器中去读取，而不是直接使用现场的立即输入信号。这是第三个集中批处理过程。当CPU对全部用户程序扫描结束后，将元件映像寄存器中各输出继电器的状态同时送到输出映像寄存器中，再由输出映像寄存器经输出端子去驱动各输出继电器的负载。在输出刷新阶段结束后，CPU进入下一个扫描周期。2022/8/292.2.3 PLC中断输入处理过程在中、大型

28、PLC控制系统中，用户程序较长，为了提高系统的响应速度，可以采用中断处理。主要表现在以下三个方面。1.中断响应问题2.中断源先后顺序及中断嵌套问题3.中断服务程序执行结果信息输出问题计算机系统的CPU在每条指令执行结束后去查询有无中断申请。而PLC对中断的响应，则是在扫描周期内某一个任务完成后进行。在每个任务执行的过程中，PLC对中断是不响应的。如果用户程序以块结构组成，则在每块结束或实行块调用时响应中断。中断源的先后顺序只要按输入点编号的顺序排列即可。系统接到中断申请后，顺序扫描中断源，它可能只有一个中断源申请中断，也可能同时有多个中断源申请中断。采用中断输入，解决了对输入信号的高速响应。当

29、中断申请被响应，在执行中断子程序后，有关信息应当尽早送到相关外设，而不希望等到扫描周期的输出刷新阶段。2022/8/292.3 PLC的性能指标2.3.1 PLC基本性能指标PLC种类、型号繁多，技术性能也各不相同，但基本的技术性能指标还是基本一致的。这里简要加以说明。1.CPU2.I/O点数3.存储容量4.扫描速度5.可靠性和使用条件6.易操作性7.可扩展性8.编程语言和指令功能CPU是PLC的核心部件和控制中心。CPU的性能，如数据运算处理的能力、运算速度、通信功能等决定了PLC的性能，是PLC重要的性能指标。PLC的I/O点数是指PLC能够处理的I/O总数，它决定了控制系统在实际应用中规

30、模的大小。用户在系统设计时，要根据实际生产过程中的I/O点数，并考虑一定的备用扩展余量（如10%15%）来选择不同型号的PLC和相关I/O设备。PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。系统存储器用来存放系统软件，它的大小是固定的。PLC的存储容量通常指用户存储器的容量，它是厂家根据不同型号产品的功能、I/O处理能力和通信等要求来配备的PLC是以循环扫描方式运行的，在一个扫描周期内，执行系统自诊断、通信服务、输入采样和输出刷新所需要的时间是基本固定的；而程序执行所需的时间，则随程序长短和指令复杂程度变化而变化。PLC厂家通常以扫描1000条基本指令所需的时间，来表示扫描速度。可靠性高是P

31、LC广泛应用于工业控制领域的主要原因。对于应用在报警、连锁和紧急停车系统场合的PLC，可靠性要求更高。PLC的易操作性指安装、程序设计和修改维护以及故障处理等方面是否方便和简易。可以通过标准化机架、模块、状态指示灯、在线诊断等方面来评估。在选择PLC时要考虑它的可扩展性，如I/O点数和类型的扩展、特殊信号处理的扩展、控制区域的扩展等，为控制系统的扩展留有适量的余地。选择编程语言对PLC进行编程时，主要应考虑要便于使用和实现，同时应考虑应用程序的主要功能等。丰富的指令集有利于实现各种复杂的运算和控制、通信功能。2022/8/292.3.2 PLC内存分配1.I/O区2.内部辅助寄存区3.特殊存储

32、器4.数据区I/O区的存储器可直接和外部输入输出端子传递信息，其每一位对应PLC的一个外部端子。这个区的存储器可供用户存放中间变量，通常称它们为“辅助继电器”或“软继电器”，其作用和传统继电控制系统中的中间继电器十分相似。这是一个有特殊用途的存储区，一般不能由用户随意占用。在这个存储区内，部分作为系统的特殊功能使用，部分存放PLC运行时产生的工作状态和标志，部分产生定时时钟，还有一部分用于存放系统内部各种命令等。数据区是用来存放PLC内部运算和由外围设备采集进来的各种数据。 2022/8/29在选择PLC机型时，常须考虑如下几个主要方面：1.I/O点数2.控制功能3.处理速度4.性能价格比2.

33、3.3 根据性能指标选择PLC机型对于PLC控制系统而言，要控制的I/O点数与机型的选择关联最大。一般来说，中高档的PLC其I/O点数较多、控制范围较大，而普通的小型PLC的I/O点数较少。PLC的控制功能除了主控（带CPU）模块外，更主要的是能配接多少高功能模块。PLC的处理速度（也称扫描速度）是其CPU处理速度的反映。中高档机的处理速度较快，而小型机的处理速度相对较慢。通常中高档PLC主机及整机价格均较高。相对而言，普通的小型PLC整机价格较低。PLC的性能价格比常以折合到每个I/O点的价格并结合PLC的控制功能和运行速度等性能指标，经横向（性能基本相同的机型）比较和纵向（性能不同的机型）

34、比较来确定。2022/8/292.4 PLC的配置2.4.1系统配置的基本原则PLC的系统配置应遵循以下五条原则：1.完整性原则2.可靠性原则3.发展性原则4.继承性原则5.经济性原则通常可把PLC与被控对象看成一个PLC控制系统，而PLC本身则为这个系统中的一个子系统。从系统论的观点看，若要使系统发挥其应有的作用，系统必须完整PLC控制系统的可靠性原则考虑的是配置好的系统能否可靠工作，具体可从PLC本身的质量、供货方的技术服务情况、能否满足重要场合下的可靠性要求、是否进行冗余配置四个方面进行考虑。由于PLC工作可靠，因此它的使用寿命较长。但PLC技术的迅速发展，也导致了其技术寿命不会太长久。

35、淘汰所用的PLC控制系统大多数是因为系统的技术落后了。为此，要以发展的眼光进行PLC控制系统的配置。 继承性原则是在进行新的PLC系统配置时，要考虑到以前所用的PLC的情况，尽可能选用比较熟悉，最好是使用过的厂家的产品或型号。经济性原则主要考虑以下两个问题：（1）用PLC控制系统是否合算（2）用何种配置更合算2022/8/292.4.2 PLC的基本配置1.基本配置的特点2.基本配置的构成基本配置有如下三个特点：（1）最简单（2）最便于扩展（3）单点的费用较高（PLC的类型不同，基本配置的构成也稍有不同。模块式PLC，一般由CPU、内存、电源、I/O模块及底板和机架等构成；整体式PLC，其基本

36、配置只有主箱体，也称CPU箱体，箱体上含有CPU板、I/O板、电源和内存等。2022/8/292.4.3扩展配置扩展配置是在基本配置的基础上，增加扩展机架和扩展箱体，从而增加I/O点数和功能模块的配置。扩展配置可充分利用CPU、内存、外设资源，使PLC的单点费用降低。扩展配置还可实现远程安装，简化接线且便于维护，可降低安装与使用费用。扩展配置依PLC的类型不同而有所不同，差别较大。扩展配置的主要类型有本地扩展配置、远程扩展配置和混合扩展配置等。另外，在进行扩展配置时，必须注意PLC最大可能的扩展配置和I/O地址的分配情况。2022/8/292-1可编程控制器由哪几部分组成？各部分的作用及功能是

37、什么？2-2可编程控制器的工作方式是什么？它的工作过程有什么显著特点？2-3简述可编程控制器的工作过程。2-4可编程控制器对输入/输出的处理规则是什么？2-5可编程控制器有哪些基本性能指标。2-6简述PLC系统配置的基本原则。 思考题与习题2022/8/29目 录3.1 S7系列PLC简介3.2 S7-200 PLC系统组成3.3编程元件及程序知识3.4基本指令3.5应用指令3.6编程软件2022/8/29第3章 西门子S7-200 PLC3.1 S7系列PLC简介德国西门子（SIEMENS）公司的S7系列可编程控制器包括S7-200、S7-300、S7-400系列。S7-200系列PLC是集

38、成型小型单元式PLC。集成了CPU、电源、I/O于一体，具有丰富的内置集成功能，强劲的通信能力，使用简单方便、易于掌握，具有极高的性价比。广泛应用于各个行业。S7-300系列PLC是模块化小型PLC系统，通过分布式的主机架(CR)和3个扩展机架(ER)，可以对多达32个模块进行操作，各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展，能满足中等性能要求的应用。 S7-400系列PLC采用模块化无风扇的设计，坚固耐用，易于扩展，通信能力强大，容易实现分布式结构。该系列具有多种级别（功能逐步升级)的CPU，种类齐全的通用功能模块，使用户能根据需要组合成不同的专用系统。当控制系统规模扩大或变得更加复杂时，只

39、要适当地增加一些模块，就能够实现系统升级。2022/8/293.2 S7-200 PLC系统组成S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。1基本单元（CPU模块）目前市场上S7-22*系列PLC已基本取代了第一代S7-21*系列PLC，并成为市场中的主流产品。S7-22*系列有CPU 221、CPU 222、CPU 224、CPU 224XP、CPU 226、CPU 226XM 6种不同型号。CPU 221无扩展功能，适于用作小点数的微型控制器。CPU 222有扩展功能，CPU 224具有较强控制

40、功能的控制器。CPU 226和CPU 226XM适用于复杂的中小型控制系统，可扩展到248点数字量和35路模拟量，有2个RS485通信接口。S7|200 CPU模块共同的技术指标、S7|200 CPU电源规范和S7|200 CPU特有技术规范分别见表3-1、表3-2和表3-3。2022/8/29S7-200 CPU模块共同的技术指标用户存储器类型EEPROM最大数字量I/O映像区128点入，128点出最大模字量I/O映像区32点入，32点出内部标志位（M寄存器）掉电永久保存超级电容或电池保存256位112位256位定时器总数1 ms定时器10 ms定时器100 ms定时器256个4个16个25

41、6个计数器总数超级电容或电池保存256个256个布尔量运算执行速度0.37 s/指令顺序控制继电器256点定时中断硬件输入边沿中断可选滤波时间输入2个，1 ms分辨率4个0.212.8 ms2022/8/29S7-200 CPU电源规范 电源类型电源电压允许范围冲击电流隔离掉电后的保持时间DC 24 V DC 20.428.8 V10 A，DC 28.8 V不隔离10 ms，DC 24 VAC电源AC 85264 V，4763 Hz20 A，AC 254 VAC 1500 V80 ms，AC 240 VDC 24 V传感器电源输出电压范围纹波噪声不隔离L5 V同电源电压不隔离DC 20.428

42、.8 V峰-峰值1 V电容的内部熔断器（用户不能更改）3 A，250 V,慢速熔断2 A，250 V，慢速熔断2022/8/29S7-200 CPU特有技术规范特性CPU 221CPU 222CPU 224CPU 224XPCPU 226外形尺寸/mm908062908062120.58062120.580621908062用户数据存储区/B可以在运行模式下编辑不能在运行模式下编辑409640964096409681921228812288163841638424576数据存储区/B2048204881921024010240掉电保持时间典型值/h5050100100100本机数字量I/O出本

43、机模拟量I/O6入/4出-8入/6出-14入/10出-14入/10出2入/1出24入/16数字量I/O映像区256（128入/128出）模拟量I/O映像区无16入/16出32入/32出扩展模块数量-2个7个脉冲捕捉输入个数681424高速计数器个数单相高速计数器个数双相高速计数器个数4个4路30 kHz2路20 kHz6个6路30 kHz4路20 kHz6个6路30 kHz或2路200 kHz3路20 kHz或1路100 kHz6个4路30 kHz2路20 kHz2022/8/29S7-200 CPU特有技术规范续表高速脉冲输出2路20 kHz2路20 kHz2路100 kHz2路20 kHz

44、模拟量调节电位器1个，8位分辨率2个，8位分辨率实时时钟有（时钟卡）有（时钟卡）有有有RS-485通信口11122可选卡件存储器卡、电池卡和实时时钟卡存储器卡和电池卡DC 24 V 电源CPU输入电流/最大负载80 mA/500 mA85 mA/500 mA110 mA/700 mA120 mA/900 mA150 mA/1050 mAAC 240 V电源CPU输入电流/最大负载15 mA/60 mA20 mA/70 mA30 mA/100 mA35 mA/100 mA40 mA/160 mA2022/8/292扩展单元S7-200系列PLC主要有两类6种型号的扩展单元，它本身没有CPU，只能

45、与基本单元相连接使用，用于扩展I/O点数。（1）数字量扩展模块S7-200系列PLC为了方便使用，提供了种类丰富的数字量扩展模块，有单独的输入模块EM221（8路扩展输入）；有单独的输出模块EM222（8路扩展输出）；有I/O混合模块EM223（具有8I/O、16I/O、32I/O等多种配置）。数字量模块性能一览表见表3-4。 2022/8/29数字量模块性能一览表数字量模块型号EM221EM222EM223输入点数/点8无4/8/16输出点数/点无84/8/16隔离组点数/点444输入电压24V DC输出电压20.422.8 V DC 或20250 V AC20.422.8 V DC 或53

46、0 V DC、20250 V AC电缆长度（隔离/不隔离）/m300/500150/50300/500输出类型DC输出/继电器输出DC输出/继电器输出电能消耗（+5V DC）/mA305040/100/1602022/8/29S7-200有三种模拟量选用模块，即4路模拟量输入模块EM231，2路模拟量输出模块EM232和4路输入1路输出的模拟量混合模块EM235。S7-200的模拟量模块中AD、DA转换器的位数均为12位。模拟量输入模块模拟量输入模块的量程有DC 010 V、05 V、01 V、0500 mV、0100 mV、050 mV、10 V、5 V、2.5 V、1 V、500 mV、2

47、50 mV、100 mV、50 mV、25 mV和020 mA等。量程用模块上的DIP开关来设置。（2）模拟量扩展模块2022/8/29 AIWXX MSB 单极性 LSB00012位数据值0 MSB 双极性 LSB000012位数据值 AIWXX 模拟量输入模块单极性全量程输入范围对应的数字量输出为032000(如下图所示，图中的MSB和LSB分别是最高有效位和最低有效位)，双极性全量程输入范围对应的数字量输出为-32000+32000，电压输入时输入电阻不小于10 M，电流输入时(020 mA)输入电阻为250 。AD转换的时间、=、=和。2022/8/29比 较 指 令 的 基 本 格

48、式 运算关系字节比较整数比较双字整数比较实数比较等于等于=LDB=IN1,IN2AB=IN1,IN2OB=IN1,IN2LDW=IN1,IN2AW=IN1,IN2OW=IN1,IN2LDD=IN1,IN2AD=IN1,IN2OD=IN1,IN2LDR=IN1,IN2AR=IN1,IN2OR=IN1,IN2不等于LDBIN1,IN2ABIN1,IN2OBIN1,IN2LDWIN1,IN2AWIN1,IN2OWIN1,IN2LDDIN1,IN2ADIN1,IN2ODIN1,IN2LDRIN1,IN2ARIN1,IN2ORIN1,IN2小于LDBIN1,IN2ABIN1,IN2OBIN1,IN2LD

49、WIN1,IN2AWIN1,IN2OWIN1,IN2LDDIN1,IN2ADIN1,IN2ODIN1,IN2LDRIN1,IN2ARIN1,IN2ORIN1,IN2小于等于=LDB=IN1,IN2AB=IN1,IN2OB=IN1,IN2LDW=IN1,IN2AW=IN1,IN2OW=IN1,IN2LDD=IN1,IN2AD=IN1,IN2OD=IN1,IN2LDR=IN1,IN2AR=IN1,IN2ORLDBIN1,IN2ABIN1,IN2OBIN1,IN2LDWIN1,IN2AWIN1,IN2OWIN1,IN2LDDIN1,IN2ADIN1,IN2ODIN1,IN2LDRIN1,IN2ARI

50、N1,IN2ORIN1,IN2大于等于=LDB=IN1,IN2AB=IN1,IN2OB=IN1,IN2LDW=IN1,IN2AW=IN1,IN2OW=IN1,IN2LDD=IN1,IN2AD=IN1,IN2OD=IN1,IN2LDR=IN1,IN2AR=IN1,IN2OR=IN1,IN22022/8/29比较指令应用举例 2022/8/29（1）字节、字、双字右移位和左移位指令字节向右移位指令SHR_B与字节向左移位指令SHL_B将输入（IN）的无符号数字节中的各位向右或向左移动N位后，送给输出字节（OUT）。移位指令对移出位补0，如果移动的位数N8，最多移位8次，所有的循环和移位指令中的N均

51、为字节变量。字向右移位指令SHR_W与字向左移位指令SHL_W将输入（IN）的无符号数字中的各位向右或向左移动N位后，送给输出字（OUT）。移位指令对移位补0，如果移动的位数N16，最多移位16次。双字向右移位指令SHR_DW与双字向左移位指令SHL_DW将输入（IN）的无符号双字中的各位向右或向左移动N位后，送给输出双字（OUT）。移位指令对移出位补0，如果移动的位数N32，最多移位32次。 移位指令如下页图所示。3移位与循环移位指令2022/8/29如果移位次数大于0，“溢出”存储器位（SM1.1）保存最后一次被移出的位值。如果移位结果为0，零标志位（SM1.0）被置为1。上述6条指令使E

52、NO=0的错误条件：0006（间接寻址），SM4.3（运行时间）。3移位与循环移位指令2022/8/29（2）字节、字、双字循环右移位和循环左移位指令 字节循环右移位指令ROR_B和字节循环左移位指令ROL_B将输入字节（IN）的数值向右或向左循环移动N位，并将结果存入输出字节（OUT）。移位次数N为字节变量，如果N8，执行循环移位之前先对N进行模8操作（N除以8后取余数），因此实际移位次数在07之间。如果N为8的整倍数，则不进行移位操作。双字循环右移位指令ROR_DW和双字循环左移位指令ROL_DW将输入双字（IN）的数值向右或向左循环移位，并将结果存入输出双字（OUT）。如果移位次数N32

53、，执行循环移位之前先对N进行模32操作（N除以32后取余数），因此移位数在031之间。如果N为32的整倍数，则不进行移位操作。循环移位指令如下图所示。 3移位与循环移位指令2022/8/29如果执行循环移位操作，移的最后一位的数值存放在溢出位（SM1.1）。如果实际移位次数为0，SM1.0（零标志位）被置为1。循环移位操作是无符号的。 使ENO=0的错误条件：0006（间接地址），SM4.3（运行时间）。3移位与循环移位指令2022/8/29字左移位指令和字循环右移位指令应用举例 2022/8/293.4.4表功能指令表功能指令是指定存储器区域中的数据管理指令。可建立一个不大于100个字的数据

54、表，依次向数据区填入或取出数据，并可在数据区查找符合设置条件的数据，以对数据区内的数据进行统计、排序、比较等处理。表功能指令包括填表指令、查表指令、先进先出指令、后进先出指令及存储器填充指令等。在此仅介绍填表指令。填表指令ATT（Add To Table）向表（TBL）中增加一个字（DATA）。表内的第一个数是表的最大长度（TL），第二个数是表内实际的项数（EC），新数据被放入表内上一次填入的数的后面。每向表内填入一个新的数据，EC自动加1。除了TL和EC外，表最多可以装入100个数据。TBL为WORD型, DATA为INT型。填表指令如下图所示。该指令影响SM1.4,填入表的数据过多时, S

55、M1.4将被置为1。ATT DATA，TBL2022/8/29填表指令应用举例 2022/8/293.4.5转换指令转换指令用于对操作数的类型、码制及数据和码制之间进行相互转换，为在不同类型的数据间进行处理或运算提供方便。1.BCD码与整数的转换BCD_I指令将输入的BCD码转换成整数（IN），并将结果送入OUT指定的变量中。输入范围是BCD码09999。I_BCD指令将输入的整数（IN）转换为BCD码，并将结果送入OUT指定的变量中。输入范围是整数09999。这些指令影响SM1.6（非法BCD）。BCD码与整数的转换如下图所示。2022/8/29BCD码与整数的转换举例 2022/8/292

56、.双整数与实数的转换DTR（DI_R）指令将32位有符号整数（IN）转换成32位实数，并将结果送入OUT指定的变量中。ROUND指令将实数（IN）转换成双整数后送入OUT 指定的变量中。如果小数部分大于等于0.5，整数部分加1。如果要转换的数值过大，输出无法表示，则置溢出位SM1.1为1。TRUNC指令将32位实数（IN）转换成32位带符号整数后送入OUT指定的变量中。只有实数的整数部分被转换，小数部分被舍去。双整数与实数的转换如下图所示。2022/8/29整数转换成实数和取整举例2022/8/297.段码指令段码SEG（Segment）指令，根据输入字节（IN）低4位确定的十六进制数（16#

57、0F）产生点亮7段显示器各段的代码，并送到输出字节OUT。七段编码显示见下表。段显示-gfedcba段显示-gfedcba000111111801111111100000110901100111201011011a01110111301001111b01111100401100110c00111001501101101d01011110601111101e01111001700000111f01110001七段编码显示表2022/8/293.5应用指令3.5.1程序控制类指令程序控制类指令用于对程序流转的控制，可以控制程序的结束、分支、循环、子程序或中断程序调用、步进指令等。通过程序控制类指令

58、的合理使用，可以优化程序结构，增强程序的功能。下页表格是程序控制指令的列表，下面对部分程序控制指令分别加以说明。1.结束指令 有条件结束(END)指令，执行条件成立时结束主程序，返回主程序起点。条件结束指令用在无条件结束(MEND)指令之前。用户程序必须以无条件结束指令结束主程序。条件结束指令不能在子程序或中断程序中使用。结束指令应用举例2022/8/29程 序 控 制 指 令 的 列 表助记符指令名称指令表格式功能END有条件结束指令END程序的条件结束MEND无条件结束指令MEND程序的无条件结束STOP暂停指令STOP切换到STOP模式WDR看门狗指令WDR看门狗复位JMP跳转指令JMP

59、 N跳到定义的标号LBL标号指令LBL N定义一个跳转的标号FORNEXT循环开始指令循环结束指令FOR INDX，INIT，INALNEXT循环开始循环结束CALLCRET子程序调用指令子程序结束指令CALL SBR_NCRET调用子程序从子程序条件返回ATCHDTCHENIDISI中断连接指令中断分离指令中断允许指令中断禁止指令ATCH INT，EVENTDTCH EVENTENIDISI中断源与中断程序建立连接断开中断源与中断程序的连接允许中断禁止中断LSCR装载顺控继电器指令LSCR n顺控继电器段开始SCRT顺控继电器转换指令SCRT n顺控继电器段转换SCRE顺控继电器结束指令SC

60、RE顺控继电器段结束2022/8/292.暂停指令暂停(STOP)指令，能够引起CPU工作方式发生变化，从运行方式(RUN)进入停止方式(STOP)，立即终止程序的执行。如果STOP指令在中断程序中执行，那么该中断程序立即终止，并且忽略所有挂起的中断，继续扫描主程序的剩余部分。在本次扫描的最后，完成CPU从RUN到STOP方式的转换。 暂停指令应用举例2022/8/293.看门狗指令为了保证系统可靠运行，PLC内部设置了系统监视定时器WDT，用于监视扫描周期是否超时。每当扫描到WDT定时器时，WDT定时器将复位。WDT定时器有一设定值（100300 ms)，系统正常工作时，所需扫描时间小于WD