课题一PLC基础知识

课题一PLC基础知识第一页，共107页。任务1初识PLC学习目标1．了解常用PLC品牌及其特点，能区分PLC的品牌种类并描述其主要特点。2．掌握PLC的分类、技术指标、特点及功能。3．了解PLC的编程语言及程序结构。4．掌握PLC控制系统的组成及与继电器控制系统的区别，能区分PLC与继电器控制方式并描述PLC的控制形式。第二页，共107页。工作任务初步认识PLC。具体要求为：（1）直观了解PLC在实际生产、生活中的应用。（2）直观认识PLC，包括PLC的实物外形、品牌、种类、主要技术指标及特点。（3）通过PLC与继电器控制系统的实际安装与运行，比较PLC与继电器控制方式，直观认识PLC的控制形式。第三页，共107页。任务分析按照“实践—认识—再实践—再认识”的认知规律实施。过程：看录像、现场参观，直观了解PLC实物外形、品牌、种类、应用

阅读有关资料，了解PLC的主要技术指标及特点实际安装、运行相同控制要求的继电器控制线路和PLC控制线路。

第四页，共107页。相关知识一、PLC的定义及名称演变1．PLC的定义可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。第五页，共107页。2．PLC的名称演变可编程序控制器的早期名称为“ProgrammableLogicController”（可编程序逻辑控制器），简称为PLC。1980年，美国电气制造商协会给他一个新的名称“ProgrammableController”，简称为PC。

我国为避免与个人计算机（PC,PersonalComputer）的代名词混淆，仍沿用早期的简写名称PLC。第六页，共107页。二、PLC的特点、主要技术指标及分类1．PLC的特点（1）可靠性高、抗干扰能力强（2）功能完善、通用性强、使用方便（3）编程方法简单、容易掌握（4）设计容易、安装快捷、维护方便（5）体积小、重量轻、功耗低（6）各公司的PLC互不兼容第七页，共107页。2．PLC的主要技术指标（1）输入/输出点数（I/O点数）（2）存储容量（3）扫描速度（4）编程指令的种类和条数（5）扩展能力和功能模块种类第八页，共107页。3．PLC的分类（1）按结构形式分类——整体式、模块式（2）按数字量I/O点数分类——小型、中型、大型（3）按功能分类——高档机、中档机、低档机（4）按用途分类——顺序逻辑控制、闭环过程控制、多级分布式、集散控制系统、数字控制、机器人控制（5）按流派分类——美国流派、欧洲流派、日本流派第九页，共107页。三、常用PLC介绍1．美国的PLC产品著名的有AB公司、GE公司、Modicon公司、TI公司、西屋电气公司等。2．欧洲的PLC产品著名的有德国的西门子公司、AEG公司和法国施耐德公司旗下的TE（Telemecanique）公司。3．日本的PLC产品日本PLC产品在小型机领域颇具盛名，约占70%的份额。著名的有三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、东芝等。第十页，共107页。四、PLC的编程语言及程序结构1．编程语言国际电工委员会（IEC）1994年5月公布的IEC1131-3（可编程序控制器语言标准）详细地说明了句法、语义和下述5种编程语言：顺序功能图（SequentialFunctionChart）、梯形图（LadderDiagram）、功能块图（FunctionBlackDiagram）、指令表（InstructionList）、结构文本（StructuredText）。S7系列PLC称指令表为语句表（StatementList，简称STL）。第十一页，共107页。2．与梯形图相关的几个基本概念

（1）软继电器（即映像寄存器）——编程元件（2）能流（PowerFlow）（3）母线（BusBar）（4）梯形图的逻辑运算——“从左到右、从上到下”顺序进行梯形图

第十二页，共107页。3．程序结构（1）主程序程序的主体，每个项目只能有一个。（2）子程序可选的指令集合，仅在被调用时执行。（3）中断程序指令的一个可选集合，在中断事件时被PLC的操作系统调用。第十三页，共107页。五、PLC与继电器控制系统的区别1．PLC控制系统的硬件组成

由控制电器、保护电器和电动机等组成。2．PLC与继电器控制系统的区别（1）控制方式不同（2）组成的器件不同（3）触头的数量不同（4）工作方式不同（5）可靠性和可维护性不同第十四页，共107页。任务实施一、观看PLC在工厂自动化中的应用录像记录PLC的品牌及型号，并查阅相关资料，了解PLC的主要技术指标及特点，填写于下表中。观看PLC在工厂自动化中的应用录像记录表序号品牌及型号主要技术指标特点1

2

3

第十五页，共107页。二、参观工厂、实训室记录PLC的品牌及型号，并查阅相关资料，了解PLC的主要技术指标及特点，填写于下表中。参观工厂、实训室记录表序号品牌及型号主要技术指标特点1

2

3

第十六页，共107页。三、观看PLC与继电器控制系统演示1．电动机正转启动控制线路（1）继电器控制方式1）按照如图所示的电动机正转启动控制线路，以线槽配线方式用软导线进行安装接线。电动机正转启动控制电路图第十七页，共107页。2）完成控制线路安装后，检查正确后再通电试车。注意观察实际运行的结果，并填写于下表中。电动机正转启动控制线路运行记录表控制方式操作步骤电动机运行情况继电器按下SB1

按下SB2

PLC按下SB1

按下SB2

运行结果是否相同

第十八页，共107页。（2）PLC控制方式电动机正转启动PLC控制电路图

1）根据如示电动机正转启动PLC控制线路，以线槽配线方式用软导线进行快速安装。第十九页，共107页。2）完成控制线路安装后，检查正确后才能通电试车。3）编写如图所示的梯形图程序，并编译、下载、运行和调试程序。注意观察实际运行的结果，并填写于电动机正转启动控制线路运行记录表中。电动机正转启动PLC控制梯形图程序第二十页，共107页。2．带延时要求的电动机正转启动控制线路（1）继电器控制方式1）按照如图所示的带延时要求的电动机正转启动控制线路，以线槽配线方式用软导线进行安装接线。带延时要求的电动机正转启动控制电路图第二十一页，共107页。2）完成控制线路安装后，检查正确后再通电试车。注意观察实际运行的结果，并填写于下表中。带延时要求的电动机正转启动控制线路运行记录表控制方式操作步骤电动机运行情况继电器按下SB1

按下SB2

PLC按下SB1

按下SB2

运行结果是否相同

第二十二页，共107页。（2）PLC控制方式1）用图示安装的PLC控制线路，不需要重新安装。2）修改或重新编写软件程序在电动机正转启动PLC控制梯形图程序基础上略作修改，或者直接重新编写为如图所示的程序，并编译、下载、运行和调试程序。带延时要求的电动机正转启动PLC控制梯形图程序

第二十三页，共107页。3．比较继电器控制方式和PLC控制方式观看上述两种控制线路，分别以继电器控制方式和PLC控制方式安装与运行演示，比较分析，将结果填写于表中。继电器控制方式与PLC控制方式的比较控制方式相同点不同点优点缺点继电器控制

PLC控制

第二十四页，共107页。知识拓展PLC的功能及应用领域可编程序控制器已经成功地应用到机械、汽车、冶金、石油、化工、轻工、纺织、交通、电力、电信、采矿、建材、食品、造纸、军工、家电等各个领域，其使用情况大致可归纳为如下几类：1．开关量逻辑控制2．运动控制3．闭环过程控制4．数据处理5．通信连网第二十五页，共107页。任务1初识PLC学习目标任务2硬件安装与接线

1．理解PLC的组成和工作原理。2．掌握PLC的选型方法，能根据控制要求进行PLC的选型。3．熟悉S7-200PLC硬件组成，能认识S7-200CPU模块的外形特征。4．熟悉S7-200CPU模块的基本型号及其特点。5．会安装S7-200CPU模块并进行外部接线端子的接线。6．能完成一个简单的PLC控制任务的设计、安装与调试。

第二十六页，共107页。工作任务如图所示为电动机点动正转控制电路图。电动机点动正转控制电路图第二十七页，共107页。使用PLC来完成图示电路的功能，即使用PLC控制电动机点动正转。任务要求：（1）按下启动按钮SB，接触器KM线圈得电，电动机M启动运转。松开启动按钮SB，接触器KM线圈失电，电动机M失电停转。（2）具有短路保护等必要的保护措施。（3）用PLC控制方式实现。

工作任务第二十八页，共107页。任务分析本任务的主要目的就是通过对电动机点动正转控制电路的PLC改造，初步掌握S7-200PLC的硬件安装与接线能力。过程：确定PLC的外部元件（即输入、输出元件），选择PLC机型，并分配I/O地址绘制PLC控制电路图和设计梯形图程序，并安装和检测电路把梯形图程序下载给PLC，运行和调试程序，直至系统运行成功。第二十九页，共107页。相关知识一、PLC的组成PLC由硬件和软件两大部分组成。1．PLC硬件PLC硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出单元（I/O接口）、扩展接口、通信接口及电源等组成。PLC硬件结构第三十页，共107页。1）输入接口作用：将用户输入设备产生的信号（开关量输入或模拟量输入），经过光电隔离、滤波和电平转换等处理，变成CPU能够接收和处理的信号，并送给输入映像寄存器。PLC输入接口电路种类：有直流输入、交流输入和交流/直流混合输入三种。输入接口的电源：可以由外部提供，也可以由PLC内部提供。

第三十一页，共107页。2）输出接口作用：将经过CPU处理的信号通过光电隔离和功率放大等处理，转换成外部设备所需要的驱动信号（数字量输出或模拟量输出），以驱动如接触器、指示灯、报警器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等各种执行机构。输出接口电路就是PLC的负载驱动回路。输出接口的形式：继电器输出型、场效应管（MOSFET）或大功率晶体管输出型及双向晶闸管输出型。第三十二页，共107页。2．PLC软件PLC软件由系统程序和用户程序组成。（1）系统程序（2）用户程序第三十三页，共107页。二、PLC工作原理1．PLC的扫描工作方式PLC执行程序的方式称为循环扫描工作方式，整个扫描工作过程执行一遍所需的时间称为扫描周期。2．PLC的扫描工作过程

PLC扫描工作过程：输入采样、程序执行、通信操作、内部处理、输出刷新五个阶段。PLC的扫描工作过程第三十四页，共107页。三、PLC的选型方法主要从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。1．PLC机型的选择（1）

合理的结构形式（2）

安装方式的选择（3）相应的功能要求（4）响应速度要求（5）系统可靠性的要求（6）机型尽量统一第三十五页，共107页。2．PLC容量的选择

（1）I/O点数的选择（2）

存储容量的选择3．I/O模块的选择（1）开关量输入模块的选择1）输入信号的类型及电压等级。2）输入接线方式。3）同时接通的输入点数量。4）输入门槛电平。第三十六页，共107页。（2）开关量输出模块的选择1）输入方式的选择。2）输出接线方式的选择。3）驱动能力的选择。4）同时接通的输出点数量。（3）模拟量I/O模块的选择4．电源模块及其他外设的选择（1）电源模块的选择

（2）编程器的选择（3）写入器的选择

5．特殊功能模块的选择6．通信联网能力的选择

第三十七页，共107页。任务实施一、PLC的机型选择1．S7-200PLC硬件组成S7-200PLC硬件包括CPU模块和扩展模块。（1）CPU模块CPU模块也常称为PLC主机、本机或基本单元。S7-200CPU模块是将微处理器（CPU）、集成电源、输入/输出电路集成在一个紧凑的外壳中，从而形成了一个整体式小型PLC。S7-200CPU模块主要有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四种基本型号。（2）扩展模块S7-200扩展模块主要有数字量I/O模块、模拟量I/O模块和智能模块。第三十八页，共107页。2．S7-200CPU226模块（1）CPU226模块的外形特征如图所示为CPU226模块的外形特征。

CPU226模块的外形特征

第三十九页，共107页。1）接线端子。在CPU模块的面板底部、顶部分别有一排接线端子。底部一排接线端子是输入信号的接入端子及传感器电源端子。顶部一排接线端子是输出信号的输出端子及PLC的供电电源端子。2）I/O状态指示灯。在CPU模块的面板下方、上方分别有一排状态指示灯（LED），分别指示输入和输出的逻辑状态。当输入或输出为高电平时，LED亮，否则不亮。第四十页，共107页。3）运行状态指示灯。在CPU模块的左侧有3个运行状态指示灯（LED），分别指示系统故障/诊断（SF/DIAG）状态、运行（RUN）状态和停止（STOP）状态。S7-200CPU的工作模式有停止（STOP）模式和运行（RUN）模式两种。改变工作模式有3种方法：使用CPU模块上的模式开关。将模式开关拨到RUN或TERM。在程序中插入STOP指令。第四十一页，共107页。4）通信端口和扩展I/O端口。在CPU模块左侧的通信端口是连接编程器或其他外部设备的接口，S7-200PLC的通信端口为RS485口。扩展I/O端口位于CPU模块右侧的前盖下面，它是连接各种扩展模块的接口。5）模拟电位器。6）可选卡插槽与可选卡。CPU226模块的前盖下的布局

第四十二页，共107页。AC表示供电电源电压为交流220V，DC表示输入端的电源电压为直流24V，RLY表示继电器输出。因此，在给PLC供电时，只能加AC220V电源。CPU226模块的电源及I/O接线子（2）CPU226模块的I/O及电源接线端子如图所示为CPU226模块的I/O及电源接线端子实际示意图。CPU模块上标注“AC/DC/RLY”的含义：第四十三页，共107页。1）底部端子（输入及传感器电源接线端子）

2）顶部端子（输出及PLC电源接线端子）3．PLC的选型二、I/O地址分配I/O地址分配表输入量输出量名称字母代号地址名称字母代号地址启动按钮SBI0.0接触器KMQ0.0第四十四页，共107页。三、绘制PLC控制电路图根据本任务的电动机点动正转控制电路图和I/O地址分配表，绘制PLC控制电路图，如图所示。电路图第四十五页，共107页。

接线图

第四十六页，共107页。四、设计梯形图程序

电动机点动正转PLC控制梯形图

第四十七页，共107页。五、电路安装

1．配齐并检查元器件2．固定元器件3．布线（1）输入接线（2）输出及电源接线4．安装5．自检第四十八页，共107页。六、运行和调试程序电路运行情况记录表操作步骤输入元件动作情况I/O指示灯点亮情况（亮或不亮）接触器KM线圈（吸合或不吸合）电动机M（运转或不运转）I0.0Q0.01未按下SB

2按下SB

3松开SB

七、整理技术文件

第四十九页，共107页。知识拓展可编程序控制器的发展趋势通信和网络功能是PLC发展的重要特征。近年来，PLC厂家在原来CPU模板上，逐渐增加了各种通信接口，而且提供完整的通信网络。

目前，以PLC为基础的集散控制系统（DistributedControlSystem，简称DCS，即分布式控制系统）发展很快，PLC与DCS集成，将逐渐成为占自动化装置及过程控制系统最大市场份额的产品。PLC构成的过程控制系统（ProcessControlSystem，简称PCS）比DCS的开放性更有优势。开发适应各种特殊控制要求的智能模块也是PLC发展的明显特征。PLC的不断发展也体现在编程软件的多样化和高级化。第五十页，共107页。任务3编程软件安装与使用

学习目标1．了解编程软件的基本功能，会安装编程软件。2．会进行计算机与PLC之间的硬件连接，并会建立计算机与PLC之间的在线联系。3．熟悉编程软件的主界面组成以及各图标的含义、功能，会正确创建项目。4．理解符号表的含义，并会正确编辑符号表。5．能使用编程软件编制梯形图程序，并会编译、下载、运行和调试程序。6．能完成一个简单的PLC控制任务的设计、安装与调试。

第五十一页，共107页。工作任务如图所示为三个单开关控制两只灯的电路图。其中，SA1～SA3都为单极开关。三个单开关控制两只灯的电路图

第五十二页，共107页。本任务就是使用STEP7-Micro/WINV4.0编程软件编制梯形图程序，完成如图所示的电路功能。任务要求：（1）当开关SA1闭合时，指示灯HL1点亮，反之则熄灭；当开关SA2或SA3任何一个闭合时，指示灯HL2点亮，只有当SA2和SA3都断开时，指示灯HL2才熄灭。（2）具有短路保护等必要的保护措施。（3）用PLC控制方式来实现此电路的功能。

第五十三页，共107页。任务分析本任务目的就是要通过对如图所示电路图的PLC改造，能够初步掌握使用STEP7-Micro/WINV4.0软件编程，并且通过正确的下载、运行及调试用户编制的梯形图程序来完成本任务的控制电路功能。按照电路图的逻辑功能，只要将开关（触点）、指示灯（线圈）等电气元件符号用PLC梯形图中对应的符号来表示，即可得到功能相同的PLC梯形图程序。第五十四页，共107页。任务分析要完成本任务，需要了解STEP7-Micro/WINV4.0编程软件的组成、图标含义及功能；需要掌握项目建立的步骤及方法，符号表的含义及编辑方法，程序指令的输入方法，程序的编译、下载、运行及调试方法等，这些都是以后进行PLC编程的基础，也是本任务的工作重点。

第五十五页，共107页。相关知识一、STEP7-Micro/WINV4.0编程软件的基本功能二、STEP7-Micro/WINV4.0编程软件的安装1.系统要求2.计算机与PLC之间的硬件连接3．安装步骤第五十六页，共107页。选择语言第五十七页，共107页。确认安装第五十八页，共107页。接收安装协议第五十九页，共107页。选择安装目录第六十页，共107页。安装进行中第六十一页，共107页。选择通信功能第六十二页，共107页。安装完成界面第六十三页，共107页。第六十四页，共107页。设置所需语言第六十五页，共107页。第六十六页，共107页。三、STEP7-Micro/WINV4.0编程软件的主界面STEP7-Micro/WINV4.0编程软件的主界面第六十七页，共107页。1．菜单栏

（1）文件（File）菜单项（2）编辑（Edit）菜单项（3）查看（View）菜单项（4）PLC菜单项（5）调试（Debug）菜单项（6）工具（Tools）菜单项（7）窗口（Windows）菜单项（8）帮助（Help）菜单项2．工具栏

工具栏第六十八页，共107页。标准工具栏第六十九页，共107页。3．浏览条

（1）程序块（ProgramBlock）（2）符号表（SymbolTable）（3）状态表（StatusChart）（4）数据块（DataBlock）（5）系统块（SystemBlock）（6）交叉引用（CrossReferece）（7）通信（Communications）（8）设置“PG/PC”接口4．指令树5．输出窗口6．状态栏7．程序编辑器

8．局部变量表第七十页，共107页。四、建立计算机与PLC通信联系1．设置通信参数第七十一页，共107页。第七十二页，共107页。第七十三页，共107页。第七十四页，共107页。2．建立计算机与PLC在线联系第七十五页，共107页。第七十六页，共107页。3．检查、设置和修改PLC的通信第七十七页，共107页。4．读取PLC的信息第七十八页，共107页。任务实施一、I/O地址分配

I/O地址分配表输入量输出量名称字母代号地址名称字母代号地址单开关SA1I0.0指示灯HL1Q0.0单开关SA2I0.1指示灯HL2Q0.1单开关SA3I0.2

第七十九页，共107页。二、绘制PLC硬件接线图

PLC硬件接线图

第八十页，共107页。三、设计梯形图程序1．创建及保存项目（1）在桌面上直接双击STEP7-Micro/WINV4.0编程软件的快捷图标，自动创建一个新的工程项目——项目1。（2）选择指令集和编辑器

（3）选择