可编程序控制器及应用（PLC技术）课件

1、可编程序控制器及应用全有文档 可编程序控制器及应用一、课程设置34学时 实验4 学分2 专业方向课(选修)二、教学内容1.了解PLC的硬件结构,工作原理.2.掌握软件指令系统和控制功能,软件编程技巧.教材:廖常初.PLC编程及应用 2版. 机工出版社三、教学要求现代工业控制三大支柱（PLC;NC;ROBOT)之一。成绩：平时20%（作业10%、出勤10%）期末80%。目 录第一章 概述第二章 PLC硬件结构和工作原理第三章 PLC的程序设计基础第四章 数字量控制系统梯形图设计方法第五章 顺序控制梯形图的设计方法第六章 PLC的功能指令第七章 PLC的通信与自动化通信网络第八章 PLC应用中的一

2、些问题第1章 概 述 定义 分类 特点 应用领域 国内外状况 发展趋势 1968年美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司(GM)为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置，提出了研制可编程序控制器的基本设想，即 (1)能用于工业现场。 (2)能改变其控制“逻辑”，而不需要变动组成它的元件和修改内部接线。 (3)出现故障时易于诊断和维修。 1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上第一台PLC。并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。 （逻辑、计时、计数） 1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为可编程序控制器（Program

3、mable Controller），简称 PC国际电工委员会（ IEC）于 1982.11月;1985.1和987.2发布了可编程序控制器标准草案的第1，2，3稿。 在第3稿中对可编程序控制器作了如下的定义：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应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。” 1.2 PLC的分类（1）按 IO点数分类IO点数小于 32为

4、微型PLC；IO点数在32128为微小型PLC；IO点数在128256为小型PLC；IO点九在2561024为中型PLC；IO点数大于1024为大型PLC；IO点数在4000以上为超大型PLC。以上划分不包括模拟量I0点数，且划分界限不是固定不变的。（2）按结构形式分类整体式PLC： 又称单元式或箱体式。整体式PLC是将电源、CPU、I0部件都集中装在一个机箱内。一般小型PLC采用这种结构。模块式PLC：将PLC各部分分成若干个单独的模块，如 CPU模块、I0模块、电源模块和各种功能模块。模块式PLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型PLC采用模块式结构，有的小型PLC也采用这

5、种结构。有的PLC将整体式和模块式结合起来，称为叠装式PLC。电源模块CPU模块底 板IO模块模块式1.3 PLC的特点优点：1编程方法简单易学2可靠性高,抗干扰能力强 3通用性强4系统的设计、安装、调试工作量少 5维修工作量小，维修方便6体积小，能耗低 缺点：1.主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。2.编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的 PLC互不兼容。SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础，在Windows平台下，结合IEC11313国际标准的新一代开

6、放体系结构的PLC。 1.4 PLC的应用领域 PLC在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内外已广泛应 用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、 交通等行业。经验表明， 80 以上的工业控制可以使用PLC来完成。主要有以下几个方面：1.数字量逻辑控制2.运动控制3.闭环过程控制4.数据处理5.通信联网美国PLC发展得最快：1984年有48家，生产150多种PLC；1987年有63家，生产243种PLC；1996年有70余家，生产近300种PLC。著名厂家有AB（AllenBradley）艾伦一布拉德利公司，MODICON莫迪康公司，GEFSNUC公司，TI（Texas In

7、strument）德州仪器公司，WESTHOUSE Electric西屋电气公司， IPM（International Parallel Machines）国际并行机器公司等。 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Selectron公司等。我国在 70年代末和 80年代初开始引进PLC。我国早期独立研制PLC的单位有：北京机械工业自动化研究所，上海工业自动化仪表研究所，大连组合机床研究所，成都机床电器研究所，中科院北京计算机所及自动化所，长春一汽，上海起重电器厂，上海香岛机电公司，上海自力

8、电子设备厂等单位。以上诸单位都没有形成规模化生产辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产PLC；无锡电器和日本光洋合资生产的 PLC;中美合资的厦门 AB公司生产的PLC；上海香岛机电公司引进技术生产的PLC;上海OMRON公司;西安Siemens公司等。1.5PLC的发展趋势（1）向高速度、大存储容量方向发展 （CPU处理速度nS级；内存2M字节）（2）向多品种方向发展和提高可靠性 （超大型和超小型）（3）产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼容的PLC）（4）分散型、智能型、与现场总线兼容的I0（5）加强联网和通信的能力（6）控制的开放和模块化的体系结构OMAC（open Modular Arc

9、hitecture for ControlPLC著名品牌1993年中国PLC市场排行榜上的世界十大厂家：美国 AB公司 （AllenBradley）德国西门子公司（Siemens）美国GEFanuc公司美国的莫迪康（Modicon）和法国的TE电器公司日本欧姆公司（OMRON）日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI）日本富士电机株式会社（Fuji Electric）日本东芝公司（TOSHIBA）日本的光洋电子（KOYO）和中国的华光电子(CKE）日本松下电工株式会社（MEW）：Matsushita Electric Works Ltd）根据美国 Automation Research Co

10、（ARC）的商情调查，在1994年PLC市场上，最大的5家PLC制造商是:SIEMENS，AllenBradly，（Rockwell) AEG Schneider，三菱电机, OMRON(立石电机）（1996年中国PLC市场）第二章PLC基本组成和工作原理 PLC的基本组成PLC的工作原理1.中央处理单元（CPU）：(1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令(2)将各种输入信号取入(3) 把运算结果送到输出端(4) 响应各种外部设备的请求 （1）通用处理器：8086、80286、80386（2）单片机芯片：8031、8096（3）位片式微处理器：AMD-2900小型PLC多采用8位微处理器

11、或单片机作为CPU中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU大型PLC多采用高速位片式微处理器2.存储器：作用：存放系统程序，用户程序和数据。系统程序：决定PLC的基本智能，由厂家设计，并存入ROM、EEPROM。用户不能修改。用户程序：根据要求，用PLC的编程语言，编制的程序，用户用编程器写入RAM或EEPROM。 (3)可电擦除可编程的只读存储器(EEPROM) 它是非易失性的，但是可以用编程装置对它编程兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点，但是将信息写入它所需的时间比RAM长得多。EEPROM用来存放用户程序和需长期保存的重要数据。 3. 输入、输出接口采用光电隔离，实现了P

12、LC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。输出三种形式： 继电器 - 低速大功率 可控硅 - 高速大功率 晶体管 - 高速小功率（1）输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。COM光电三极管发光二极管直流电源输入端子+PLCXn+24V发光二极管继电器输出（2）输出接口电路：以继电器形式为例：PLC内部电路内部电路J+交流电源或直流电源YCOM-4.电源单元把外部供应的电

13、源变换成系统内部各单元所需的电源。有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源，可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。可编程序控制器使用220V交流电源或24V直流电源。内部的开关电源为各模块提供DC 5V、12V、24V等直流电源。 可编程序控制器的电源一般采用开关式电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。各种接口、高功能模块：便于扩展 小型机：一体机。有接口可扩展。 Power in a Small Package!电源模块CPU模块IO模块底 板中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合。编程设备可以是专用的手持式的编程器；也可以是安装了专门的编程通讯软

14、件的个人计算机。5. 编程设备用户可以通过键盘输入和调试程序；另外在运行时，还可以对整个控制过程进行监控。PCFP PROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTLWLORRWRANYWYSTXWXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTCEVTMTSVACLRENTBAFEDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4(DELT)CLR手持式的编程器1）.手持式编程器：不能直接输人和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。2）.编程软件编程：在屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程

15、语言的相互转换。PLC的物理结构PLC的外部接线2.2 可编程序控制器的工作原理2.2.1可编程序控制器的工作模式工作模式：STOP：创建和编辑用户程序，设置PLC的硬件功能，并可下栽到PLC。 RUN: 执行用户程序实现控制功能。改变工作模式:1.用模式开关2.用编程软件3.在程序中插入stopPLC在RUN状态时，执行一次的扫描操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为1100ms。2.2.2PLC的工作原理建立I/O映像区输入点总有输入映象区的某一位与之相对应 I/O映象区的大小与系统控制的规模有关 PLC工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映象区对应的位上；将运算的结果存放到输出映象区

16、对应的位上。PLC在执行用户程序时所需“输入继电器”、“输出继电器”的数据取用于I/O映象区，而不直接与外部设备发生关系 。PLC工作过程定期检查用户程序存储器、I/O单元的连接、I/O总线是否正常，定期复位监控定时器WDTPLC之间以及PLC与PC之间； PLC与其他带微处理器的智能装置通信编程器、终端设备、彩色图形显示器、打印机 以扫描的方式按顺序逐句扫描处理，运算结果存入输出映象区对应位中 扫描的方式输入信号的状态存入输入映象区；结果存入输出映象区，直至传送到外部被控设备。 清除内部继电器区，复位定时器等，并进行自诊断，对电源、PLC内部电路、用户程序的语法进行检查。 用户程序的循环扫描

17、过程 可编程序控制器对用户程序进行循环扫描可分为三个阶段进行，即输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段。 输入、输出延迟响应 输入电路滤波时间，它由RC滤波电路的时间常数决定。改变时间常数可调整输入延迟时间。 PLC循环扫描的工作方式 用户程序中语句的安排 PLC对输入采样、输出刷新的集中处理方式 输出电路的滞后时间，它与输出电路的输出方式有关。继电器输出方式的滞后时间为10ms左右；双向晶闸管输出方式，在接通负载时滞后时间约为1ms，切断负载时滞后时间小于10ms；晶体管输出方式的滞后时间小于1ms。是指可编程序控制器的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间

18、的时间间隔，几十毫秒。CPU读输入输入输出延迟时间最短响应时间输入/输出刷新时间最短响应时间=输入延迟时间+一个扫描周期+输出延迟时间CPU读输入输入/输出刷新时间输入输出延迟时间最长响应时间最长响应时间=输入延迟时间+两个扫描时间+输出延迟时间2.3 S7-200系列可编程序控制器2.3.1S7-200PLC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

19、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 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-485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 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。（主机与扩展模块） 2. 个人计算机（PC）或编程器 个人

20、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）。3STEP7-Micro/WIN32编程软件 STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能是创建、编辑、调试用户程序、组态系统等。 编程软件的使用环境：支持Windows的应用软件。4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

21、随MP1卡提供的一根通讯电缆。5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2.3.2S7-200PLC主机简介 S7-200 CPU22X系列产品： CPU221模块、CPU222模块、CPU224模块、CPU226模块、CUP226XM模块。 CPU226模块I/O总点数为40点（24/ 16 点），可带7个扩

22、展模块； 用户程序存储器容量为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2.3.3 S7-200 PLC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：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： 直流输入模块（EM221 8

23、24VDC）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：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。（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

24、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： 直流输出模块（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： 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

25、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）。3 数字量输入输出模块组合模块或输入输出模块 ：在一块模块上既有数字量输入点又有数字量输出点 。特点：使系统配置更加灵活例如：若有CPU 226：主机I/O 24/16； 欲扩展至27/19； 缺 3/3； 配 I/O 4/4。 数字量输入输出模块的输入电路及输出电路的类型与上述介绍的相同。在同一块模块上，输入、输出电路类型的组合有多种多样，用户可根据控制需求选用。二、模拟量模块（A/D） 模拟量模块有模拟量输入模块、模拟

26、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：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。组成 由滤波、模数转换A/D，光电耦合等部分组成 。光电耦合器起防止电磁干扰的作用 。对多通道的模拟量输入单元，通常设置多路转换开关进行通道的切换，且在输出端设置信号寄存器。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

27、量输入模块（EM231）具有4个模拟量输入通道。 外部接线图： 模块上部共有12个端子，每3个点为一组，共4组。 每组可作为一路模拟量的输入通道（电压信号或电流信号），电压信号用两个端子（A+、A），电流信号用3个端子（RC，C+，C），其中RC与C+端子短接。未用的输入通道应短接（B+、B）。 该模块需要直流24V供电（M、L+端）。可由CPU模块的传感器电源24VDC/400mA供电，也可由用户提供外部电源。右端分别是校准电位器和配置DIP设定开关。 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

28、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。3. 模拟量输入输出模块（EM235） EM235具有4个模拟量输入通道、1个模拟量输出通道 。模拟量输入功能同EM231模拟量输入模块，技术参数基本相同 。电压输入范围有所不同，单极性为010V、05V、01V、0500mv、0100mv、050mv。双极性为10V、5V、2.5V、1V、500mV、250mv、100mv、50mv、25mv。该模块的模拟量输出功能同EM232模拟量输出模块。技术参数也基本相

29、同。该模块需要直流24V供电。可由CPU模块的传感器电源24VDC/400mA供电。也可由用户提供外部电源。2.3.4 本机I0与扩展lO 本机IO有固定的地址，扩展I0点的地址由模块的类型和模块在同类IO模块链中的位置来决定。规则： 1）同类型输入或输出点的模块进行顺序编址。 2）数字量I0模块的地址以字节(8位)为单位，未用的位不会分配给I0链中的后续模块。 3）模拟量扩展模块以2字节递增的方式来分配地址。 CPU224的I0地址分配举例。第3章可编程序控制器程序设计基础PLC的编程语言与程序结构存储器的数据类型与寻址方式位逻辑指令定时器与计数器指令31 可编程序控制器的编程语言与程序结构

30、3.1.1 可编程序控制器编程语言的国际标准1994年5月 可编程序控制器标准(IECll31).组成：通用信息，设备与测试要求，编程语言，用户指南和通信。编程语言标准。(IECll313) (1)顺序功能图(Sequential Function Chart)。 (2)梯形图(Ladder Diagram)。 (3)功能块图(Function Block Diagram)。 (4)指令表(Instruction List)。 (5)结构文本(structured Text) 1顺序功能图(SFC) 这是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序。 顺序功能图提供了一种组织程序的

31、图形方法，在顺序功能图中可以用别的语言嵌套编程。步、转换和动作是顺序功能图中的三种主要元件。可以用顺序功能图来描述系统的功能。 2梯形图(LAD) 组成：由触点、线圈和用方框表示的功能块。 特点:1）沿用继电器这一名称，但不是真实 继电器，而是软件中编程元件。2）假想的“能流”(POWeY Flow)，从左向右流动。3）逻辑解算，从左至右，从上至下。4）线圈放在最右边，触点可无限次使用。 3功能块图(FBD) 4语句表（STL） 指令表程序：一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式。 5结构文本(ST) 结构文本(ST)是为IECll313标准创建的一种专用的高级编程语言。与梯形图相比，

32、它能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简洁和紧凑。 32存储器的数据类型与寻址方式321数据在存储器中存取的方式 1位、字节、字和双字位(bit)：二进制数的1位只有O和1两种不同的取值。字节(Byte)：8位二进制数组成1个字节。字(Word)：两个字节。双字（Double Word）：两个字。 2数据的存取方式 I3. 2 IB3(图3-5)。VBl00 VWl00 VDl00322不同存储区的寻址 1输入过程映像寄存器(I) (I0.0-I15.7)，在每个扫描周期的开始，CPU对输入点进行采样，并将采样值存于输入映像寄存器中。 I、O、V、M、S、SM、L均可按位、字节、字和双字来存取

33、2输出过程映像寄存器(Q)(QO.OQ15.7)，在扫描周期的末尾，CPU将输出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。3变量存储区(v) 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。 4位存储区(M) (MO.0M31.7)作为控制继电器用来存储中间操作状态或其他控制信息。 5特殊存储器(SM) 特殊存储器用于CPU与用户之间交换信息，如SMO.O、SMO.l、SMO.4和SMO.5 6局部存储器(L) S7-200有64个字节的局部存储器，其中60个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、l

34、Oms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

35、) 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

36、制ASCII码或浮点数形式来 323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，AC1MOVD C3，VD6MOVD MB4，LD8 2）用指针来存取数据（图3-7）例如：MO

37、VD 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 3.3 位逻辑指令3.3.1 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标准触点指令逻辑关系 梯形图 助记符I0.0I0.1L

38、DI0.0AI0.1=Q0.0LDI0.0OI0.1=Q0.0LDN I0.1=Q0.0与或非ANDORNOT当 I0.0与 I0.1 都 “ON” 时，则输出 Q0.0 “ON”(1)。当 I0.0 或 I0.0 “ON” 时,则输出 Y0 “ON”(1)当 I0.1 “OFF” 时则输出 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

39、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）图3-9中OLD后面的两条指令将两个触点并联。例3.2 （图3-13）逻辑关系 梯形图 助记符LDX0OX1LDX2OX3ALD=Y0LDX0AX1LDX2AN X3OLD=Y0当 “X0 或 X1”与“X2 或X3” 都 “ON” 时，则输出 Y0 “ON”。区块与ALD（And Stack）区块或OLD（Or Stack）当 “X0 与 X1”或“X2 与X3非” “ON” 时，则输出 Y0 “ON”。X0X1X2X3Y0X0X2X1X3Y05其他堆栈操作指令逻辑入栈(LPS，Logic Push) 指令复制栈顶的值并将其压入堆栈

40、的下一层，栈中原来的数据依次向下一层推移，栈底值被推出丢失。逻辑读栈(LRD，Logic Read) 指令将第2层的数据复制到栈顶，第29层的数据不变，但原栈顶值消失。逻辑出栈(LPP，Logic Pop)指令使栈中各层的数据向上移动一层，第2层的数据成为堆栈新的栈顶值，栈顶原来的数据从栈内消失。装载堆栈(LDS n，Load Stack，n=18) （见图3-11） 6立即触点 立即(Immediate)触点指令只能用于输入I，执行立即触点指令时，立即读人物理输人点的值，根据该值决定触点的接通断开状态，但是并不更新该物理输人点对应的映像寄存器。3.3.3输出指令 1输出(=) 驱动线圈（S、

41、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（Sl、Rl） 5其他指令 1取反(NOT) 2跳变触点(EU、ED) 3空操作指令(NOP)立即I/O指令立即输入直接读取物理输入点的值，输入映象寄存器内容不更新。指令操作数仅限于输入物理点的值 。立即I/O指令立即输出执行立即输出指令时，则将结果同时立即复制到物理输出点和相应的输出映象寄存器 置位、复位指令立即I/O指令立即置位和复位指令须指出：立即I/O指令是直接访问物理输入输出点的，比一般指令访问输入输出映象寄存器占用C

42、PU时间要长，因而不能盲目地使用立即指令，否则，会加长扫描周期时间，反而对系统造成不利影响。空操作正跳变负跳变能流到达取非触点时，能流就停止；能流未到达取非触点时，能流就通过。检测到每一次正跳变（信号后，让能流通过一个扫描周期的时间 检测到每一次负跳变信号后，让能流通过一个扫描周期的时间 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Q0.1输出映象寄存器Q0.2一个周期一个周期空操作指令（NOP N）不影响程序的执行。操作数N是常数 0255编程中应注意的几个问题X0Y0X1Y0X1Y0X0Y0一、用电路变换简化程序(减少指令的条数）二、逻辑关系应尽量清楚(避免左轻右重)X3

43、X2X5X4X6X8X7Y0X9X3X2X5X4X6X8X7Y0X9X5X6X2X2LD X2AN X3A X4LD X2A X5AN X6A X7LD X2A X5AN X6A X8AN X9OLD= Y0ED三、避免出现无法编程的梯形图X5X1X3X2Y1X4Y2LD X3A X5O X1AN X2= Y1LD X1A X5O X3AN X4= Y2EDX1X3X2Y1X5X3X1X4Y2X53.4 定时器与计数器指令3.4.1 定时器指令输入接点设定值:132767定时器号码（0255）INPTT37TON定时器分辨率（时基）有三种：1ms、10ms、100ms。定时器的分辨率由定时器号

44、决定 定时器的实际设定时间T=设定值PT分辨率 TON：接通延时定时器 TOF：断开延时定时器 TONR：有记忆接通延时定时器类型 1. 通电延时定时器(TON)2. 断电延时定时器(TOF)。 3保持型通电延时定时器(TONR)(图3-18)。 4定时器当前值刷新的方法1).1ms定时器:由系统每隔1ms刷新一次，与扫描周期及程序处理无关。2) 10ms定时器：由系统在每个扫描周期开始时自动刷新，由于只是每个扫描周期只刷新一次，故在一个扫描周期内定时器位和当前值保持不变。3 100ms定时器：在定时器指令被执行时被刷新，因此，如果启动了100ms定时器但不是每个扫描周期都执行定时器指令或在一

45、个扫描周期内多次执行定时器指令，则会造成计时失准。 100ms定时器仅用在定时器指令在每个扫描周期执行一次的程序中。自复位式的定时器 T33T33T33错误正确3.4.2. 计数器指令定时器是对PLC内部的时钟脉冲进行计数，而计数器是对外部的或由程序产生的计数脉冲进行计数 。当前值：计数器累计计数的当前值（16位有符号整数），它存放在计数器的16位（bit）当前值寄存器中。 每个计数器只有一个16位的当前值寄存器地址。在一个程序中，同一计数器号不要重复使用，更不可分配给几个不同类型的计数器。 1.增计数器设定值:-3276832767CUPVC20CTUR复位计脉冲数2.增/减计数器增计数减计

46、数复位C(0255)I0.1I1.1I1.2当前值输出端当前值3.减计数器CUPVC(0255)CTDLD复位，装设定值计脉冲数I1.3I1.4当前值输出21计数器当前值等于0时，停止计数，同时计数器位被置位“1” 设定值 计数器应用举例：产品数量检测产品通过检测器PH机械手KM1KM2传送带电机PLC的I/O分配：I0.0 传送带停机按钮I0.1传送带起动按钮I0.2 产品通过检测器PHQ0.0传送带电机KM1Q0.1机械手KM2T37定时器,定时2秒C10计数器，初始值24（每24个产品机械手动作1次） 机械手动作后，延时2秒，将机械手电磁铁切断，同时将C20复位。C20复位后，Q0.1和

47、T37也复位 电机起动后，R1产生宽度为一个扫描周期的正脉冲，使C20和T37复位 起、停传送带电机计数器应用举例：产品数量检测Q0.0Q0.0I0.224C20T3720C20Q0.1每检测到一个产品，X2产生一个正脉冲， 使C20计一个数 C20每计24个数，机械手动作一次 机械手动作后，延时2秒，将机械手 电磁铁切断，同时将C20复位。C20 复位后，Q0.1和T37也复位( )I0.0I0.1C20CUPVCTUR( )INPTTONT37T37PQ0.0第4章数字量控制系统梯形图程序设计方法 数字量控制系统又称开关量控制系统，继电器控制系统就是典型的数字量控制系统 4.1梯形图的经验

48、设计法经验设计法:在典型电路的基础上，根据对控制系统要求，不断地修改和完善梯形图。特点：无规律可循，结果不唯一，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系，它可以用于较简单的梯形图(如手动程序)的设计。4.1.1 起动保持和停止电路直接启动停车控制继电器控制电路图I/O分配：I0.0：停车I0.1：启动Q0.1：KM梯形图：语句表LD I0.1O Q0.0A I0.0= Q0.0停止优先Q0.0I0.0Q0.0I0.1启动优先I/O分配决定PLC的端子接线图PLC的端子接线方式又决定编程语言I/O分配：I0.0：停车I0.1：启动Q0.1：KMQ0.0I0.0Q0.0I0.14.1.

49、2 定时器应用电路例4.1延时接通/断开电路例4.2定时范围扩展例4.3闪烁电路（ 图4-4）。 4.1.3经验设计法举例小车自动往返运动的梯形图设计4.1.4常闭触点输入信号的处理例：SB1(I0.2);FR(I0.5) 如果在PLC的外部接线图中SB1或FR的触点类型用常闭触点，则使继电器电路图和梯形图中对应的触点类型刚好相反，给梯形图的分析带来不便。 为了使梯形图和继电器电路图中触点的类型相同，建议尽可能地常开触点作PLC的输入信号。如果某些信号只能用常闭触点输入，可以按输入全部为常开触点来设计，然后将梯形图中相应的输入位的触点改为相反的触点。 4.2 根据继电器控制电路设计梯形图的方法

50、例：是某三速异步电动机起动和自动加速的继电器控制电路图。注意事项1.遵守梯形图语言中的语法规定。a.线圈必须放在电路的最右边。b.两条包含触点和线圈的串联电路并联，可以将各线圈的控制电路分开设计。（也可不分开）2.置中间单元。 若多个线圈都受某一触点串并联电路的控制，为了简化电路，在梯形图中可以设置用该电路控制的存储器位（M0.1) 3.尽量减少可编程序控制器的输入信号和输出信号。 a.在继电器电路中，如果几个输入器件触点的串并联电路总是作为一个整体出现，可以将它们作为PLC的一个输入信号，只占用PLC的一个输入点。 b.某些器件的触点如果在继电器电路中只出现一次，并且与PLC输出端的负载串联

51、，不必将它们作为PLC的输入信号，可以将它们放在PLC的外部输出回路，仍与相应的外负载串联。 c.继电器控制系统中某些相对独立且比较简单的部分，可以用继电器电路控制。4.外部联锁电路的设立。为了防止控制正反转的两个接触器同时动作造成三相电源短路，应在PLC外部设置硬件联锁电路。（KM1KM3)5.梯形图的优化设计 为了减少语句表指令条数，在串联电路中单个触点应放在右边，在并联电路中单个触点应放在下向。 6.外部负载的额定电压。 PLC的继电器输出模块和双相可控硅输出模块只能驱动额定电压AC220V的负载。43 顺序控制设计法与顺序功能图431顺序控制设计法1.经验设计法存在的问题：用经验设计法

52、设计梯形图时，没有一套同定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性，对于不同的控制系统，没有一种通用的容易掌握的设计方法。梯形图往往很难阅读，系统的维修和改进困难。2.定义： 所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。首先根据系统的工艺过程,画出顺序功能图,然后根据顺序功能图画出梯形图。 3.顺序控制设计法的基本思想：将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步(step)，并用编程元件(M和S)来代表各步。a.步的划分:根据输出量的状态,在任何一步之内，各输出量的ON

53、OFF状态不变，但是相邻两步输出量的状态是不同的。b. 转换条件:使系统由当前步进入下一步的信号。432顺序功能图1顺序功能图的由来功用：描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计可编程序控制器的顺序控制程序的有力工具。组成：步、有向连线、转换、转换条件、动作2.步 1）表示方法： 用矩形方框，方框中可以用数字，编程元件的地址作为步的编号。 2）初始步： 与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初始步用双线方框表示。 3）与步对应的动作或命令。 4）活动步：系统正处于某一步所在的阶段时该步处于活动状态。3有向连线与转换条件 1）有向连线：从上到下或从左至右箭头不标，反之标出。 2）转

54、换：用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示，将相邻两步隔开。 3）转换条件： 转换条件是与转换相关的逻辑命题，转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注在表示转换的短线的旁边。 4基本结构1）单序列2）选择序列3）并列序列4）顺序功能图举例5转换实现的基本规则 1）转换实现的条件 (1)该转换所有的前级步都是活动步。 (2)相应的转换条件得到满足。 2）转换实现应完成的操作 (1)使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步。 (2)使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步。6注意事项 (1)两个步绝对不能直接相连必须用一个转换将它们隔开。 (2)两个转换

55、也不能直接相连必须用一个步将它们隔开。 (3)初始步一般对应于系统等待起动的初始状态，始步是必不可少。(4)自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程，一般应有由步和有向连线组成的闭环，即在完成一次工艺过程的全部操作之后，应从最后一步返回初始步，系统停留在初始状态(单周期，图4-12)，在连续循环工作方式时，将从最后一步返回下一工作周期开始运行的第一步(图4-17)。(5)只有当某一步的前级步是活动步时，该步才有可能变成活动步 第5章 顺序控制梯形图的设计方法 定义:根据顺序功能图设计梯形图的方法。方法:使用起保停电路；以转换为中心；使用控制继电器。5.1 使用起保停电路设计顺序控制梯形图的方法

56、特点:起保停电路仅仅使用触点和线圈有关指令,任何一种PLC的指令系统都有这一类指令，因此这是一种通用的编程方法，可以用于任意型号的PLC.方法：根据转换实现的基本规则，转换实现的条件是它的前步为活动步，并且满足相应的转换条件，（步M0.1变为活动步的条件是它的前级步M0.0为活动步，且转换条件I0.0为）转换实现应完成的操作是后续步都变为活动步，前级步都变为不活动步。（步M0.1变为活动步， M0.0变为不活动步）。5.1.1单序列的编程方法例.锅炉的鼓风机和引风机梯形图设计顺序控制电路电路的设计方法M0.1:起动M0.0与I0.0的常开触点串联，停止M0.2的常闭触点与M0.1的线圈串联，保

57、持M0.1的常开触点与M0.0与I0.0的常开触点串联电路并联。输出电路的设计方法 1）某一输出量仅在某一步中为ON，将它的线圈与对应步的存储器位（M0.2）的线圈并联。 2）某一输出在几步中都为ON，将代表各有关步的存储器位的常开触点并联后，驱动该输出的线圈。（M0.1MO.3的常开触点并联驱动Q0.O的线圈） .选择序列的编程方法1.选择序列分支的编程2.选择序列合并的编程 3.仅有两步的闭环的处理4. 选择序列应用举例.并行序列的编程方法1.并行序列分支的编程2.并行序列合并的编程3.并行序列应用举例 5.2以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法.单序列的编程方法1.梯形图与顺序功能图的对

58、应关系：方法：用该转换所有前级步对应的存储器位的常开触点与转换对应的触点或电路串联，用它作为使所有后续步对应的存储器位置位，和使所有前级步对应的存储器位复位的条件。特点：这种设计方法特别有规律。梯形图与转换实现的基本规则之间有着严格的对应关系，在设计复杂的顺序功能图的梯形图时既容易掌握，又不容易出错。2.某组合机床的动力头控制系统梯形图设计注意：使用这种编程方法时，不能将输出位的线圈与置位指令和复位指令并联。.选择序列的编程方法.并行序列的编程方法.应用举例5.3使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法531顺序控制继电器指令顺序控制继电器S专门用于编制顺序控制程序。装载顺序控制继电器(Load

59、 Sequence Control Relay)指令LSCR S_bit：表示一个SCR段即顺序功能图中的步的开始。 顺序控制继电器结束(sequence Control Relay End)指令SCRE：表示SCR段的结束。 顺序控制继电器转换(sequence Control Relay Transition)指令SCRT S_bit :表示SCR段之间的转换，即步的活动状态的转换。使用SCR时有如下的限制：不能在不同的程序中使用相同的s位；不能在SCR段中使用JMP及LBL指令，即不允许用跳转的方法跳人或跳出SCR段；不能在SCR段中使用FOR、NEXT和END指令5.2 单序列编程方法

60、某小车运动的梯形图设计。5.3. 选择序列与并行序列的编程方法5.3.应用举例54具有多种工作方式的系统的顺序控制梯形图设计方法5.4.1系统的硬件结构与工作方式1.硬件结构多种工作方式：手动和自动(包括连续、单周期、单步、自动返回初始状态等)手动程序比较简单，一般用经验法设计，复杂的自动程序一般根据系统的顺序功能图用顺序控制法设计。例：某机械手用来将工件从A点搬运到B点(图5-16)，控制面板（图5-17），外部接线图（图5-18）。2.工作方式：系统设有手动、单周期、单步、连续和回原点5种工作方式。2.程序的总体结构图5-19是主程序OB1,SM0.0的常开触点一直闭合，公用程序是无条件执