西门子PLC硬件及软件介绍

模块一认识西门子PLC

传统的生产机械自动控制装置→继电器控制系统

优点→结构简单、价格低廉、容易操作。缺点→体积庞大、生产周期长、接线复杂、故障率高、可靠性及灵活性差。应用→比较适用于工作模式固定，控制逻辑简单等工业应用场合。

1.1PLC的产生和发展

什么时间？谁提出要造PLC？

二十世纪六十年代末期，美国汽车制造工业竞争十分激烈，为了适应市场从少品种大批量生产向多品种小批量生产的转变，为了尽可能减少转变过程中控制系统的设计制造时间，减少经济成本，1968年美国通用汽车公司GM（GenerlMotors）公开招标，要求用新的控制装置取代生产线上的继电接触器控制系统。迫切需要一种先进的自动控制装置继电器控制系统先进自动控制系统1968年，美国通用汽车(GM)公司液压部提出了10项招标指示：1）编程简单，可在现场修改和调试程序；2）维护方便，各部件最好采用插件方式；3）可靠性高于继电器控制系统；4）设备体积小于继电器控制柜；5）数据可以直接送给管理计算机；6）成本可与继电器控制系统相竞争；7）输入电压是115V交流电；8）输出电压也是115V交流电，输出电流达2A以上，直接驱动电磁阀；9）系统扩展时，原系统只需作很小的变动；10）用户程序存储容量可扩展到4KB。

什么时间？谁最先造出世界上的第一台PLC？1969年美国数字设备公司DEC（DIGTAL）根据上述要求，首先研制出了世界上第一台可编程控制器PDP-14，用于通用汽车公司的生产线，取得了满意的效果。由于当时主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）。PLC的定义

经历：可编程逻辑控制器（PLC）→可编程控制器（PC）

通用叫法：可编程序控制器（ProgrammableController，PC），是一台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）混淆，所以人们还沿用PLC作为可编程控制器的英文缩写。

1.2PLC的分类

一体化紧凑型PLC：电源、CPU中央处理系统、I/O接口都集成在一个机壳内。如西门子S7-200系列。标准模块式结构化PLC：各种模块相互独立，并安装在固定的机架（导轨）上，构成一个完整的PLC应用系统。如：西门子S7-300、S7-400系列。

PS(电源模块)CPU

IM(接口模块)SM:DISM:DOSM:AISM:AO

CP:-点-到-点-PROFIBUS-工业以太网1.3PLC应用领域按PLC编程功能来分可分为4大类：（1）开关量顺序控制最早最原始的控制功能，可以取代传统的继电器逻辑电路中的顺序控制系统。如电梯自动控制、工厂装配流水线的控制及交通分流信号灯的自动控制。（2）模拟量控制PLC利用PID算法可实现闭环控制功能。例如对温度、速度、压力及流量等的过程量控制。（3）运动控制目前PLC制造商已制造出能驱动步进电动机和伺服电动机的单轴或多轴的PLC和运动控制特殊模块，可驱动单轴或多轴电动机按一定的速度、作用力到达拟定目标位置。（4）通信功能为适应现代化工业自动化控制系统的需要——集中及远程管理，PLC可实现与PLC、单片机、打印机及上级计算机等之间的互相交换信息的通信功能。继电器控制系统和PLC控制系统实现逻辑控制的方式不同，继电器控制逻辑由继电器硬件连线组成，PLC控制逻辑由程序组成。PLC利用程序中的“软继电器”取代传统的物理硬件继电器，使控制系统的硬件结构大大简化，具有价格便宜、维护方便、编程简单、控制功能强等优点。1.4与继电器控制系统的比较KM2SB1SB3FRQFRFUM3

~~~SB2KM1KM2KM1KM2KM1KM2KM1

继电接触器电动机正反转控制线路FRQFRFUM3

~~~KM1KM2M+0VM10.00.10.20.30.4…S7-200CPULNCOM00.00.10.20.3…SB1SB2SB3KM1KM2KM1KM2PLC电动机正反转控制线路Q0.0I0.0Q0.0I0.1I0.2I0.3Q0.0I0.1Q0.1I0.0I0.2I0.3Q0.1PLC电动机正反转控制程序()()Q0.12PLC的组成和基本工作原理2.1PLC的组成2PLC的组成和基本工作原理2.1PLC的组成CPU存储器电源输入单元输出单元通信接口2PLC的组成和基本工作原理2.1PLC的组成CPU存储器电源输入单元输出单元CPU进行逻辑运算及数学运算，并协调整个系统的工作。通信接口2PLC的组成和基本工作原理2.1PLC的组成CPU存储器电源输入单元输出单元

用于存放系统编程程序及监控运行程序、用户程序、逻辑及数学运算的过程变量及其他所有信息。通信接口2PLC的组成和基本工作原理2.1PLC的组成CPU存储器电源输入单元输出单元

包括系统电源、备用电源及记忆电源。通信接口

这是PLC与被控设备相连接的接口电路。用户设备需输入PLC的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其它一些传感器输出的开关量或模拟量(要通过模数变换进入机内)等，通过输入接口电路将这些信号转换成CPU能够接收和处理的信号。

输出接口电路将CPU送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、电机等被控设备的执行元件。输入输出单元直流输入接口电路示意图内部电路输入LEDININ

COM

输入接口电路由滤波电路、光电隔离电路和输入内部电路组成，如下图。输入接线图2-4CPU224输入电路接线图继电器输出接口电路示意图内部电路输出LED～OUT

OUTCOMLL

PLC输出功率电路有3中形式：继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。继电器输出接口电路示意图内部电路输出LED～OUT

OUTCOMLL

PLC输出功率电路有3中形式：继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。继电器输出型：负载电流大于2A，相应时间为8~10ms。机械寿命大于106次。根据负载需要可接交流或直流电源。

继电器输出电路接线图

图2-6CPU224继电器输出电路的接线图晶体管输出接口电路示意图L+OUTOUTCOMLL输出LED内部电路晶体管输出型：负载电流为0.5A，相应时间小于1ms,电流小于100uA。负载只能选择36V以下的直流电源。晶体管输出电路接线图图2-5CPU224晶体管输出电路接线图双向晶闸管输出接口电路示意图输出LED～OUT

OUTCOMLL内部电路晶闸管输出型：一般采用双向晶闸管输出，其耐压较高，负载能力大，相应时间为微秒级。PLC的信号的采集与输出原理如下图所示：通信接口2PLC的组成和基本工作原理2.1PLC的组成CPU存储器电源输入单元输出单元它是PLC与外界进行通信的信道，如与个人计算机、扩展接口及其他通信设备。自诊断通讯处理扫描输入执行程序刷新输出开机2.2PLC的基本工作原理

PLC经过五个阶段的工作过程，称为一个扫描周期，完成一个扫描周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。自诊断通讯处理扫描输入执行程序刷新输出开机每次扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。自诊断内容为I／O部分、存储器、CPU等，发现异常停机显示出错。若自诊断正常，继续向下扫描。PLC检查是否有与编程器、计算机等的通信请求，若有则进行相应处理，如接收由编程器送来的程序、命令和各种数据，并把要显示的状态、数据、出错信息等发送给编程器进行显示。如果有与计算机等的通信请求，也在这段时间完成数据的接受和发送任务。自诊断通讯处理扫描输入执行程序刷新输出开机

PLC的中央处理器对各个输入端进行扫描，将所有输入端的状态送到输入映象寄存器。

自诊断通讯处理扫描输入执行程序刷新输出开机

中央处理器CPU将逐条执行用户指令程序，即按程序要求对数据进行逻辑、算术运算，再将正确的结果送到输出映像寄存器中。自诊断通讯处理扫描输入执行程序刷新输出开机

当所有的指令执行完毕时，集中把输出映象寄存器的状态通过输出部件转换成被控设备所能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备。

自诊断通讯处理扫描输入执行程序刷新输出开机PLC经过这五个阶段的工作过程，称为一个扫描周期，完成一个扫描周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。在不考虑第二个因素（通讯处理）时，扫描周期T的大小为：

T=（读入一点时间×输入点数）+（运算速度×程序步数）+（输出一点时间×输出点数）+故障诊断时间显然扫描周期主要取决于程序的长短，一般每秒钟可扫描数十次以上，这对于工业设备通常没有什么影响。但对控制时间要求较严格，响应速度要求快的系统，就应该精确的计算响应时间，细心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少扫描周期造成的响应延时等不良影响。（）程序执行输入电路输入映象寄存器输出映象寄存器输出电路接触器按钮按钮输入刷新执行程序输出刷新（）程序执行输入电路输入映象寄存器输出映象寄存器输出电路接触器按钮按钮输入刷新执行程序输出刷新输入刷新、程序执行及输出刷新构成PLC用户程序的一个扫描周期。在PLC内部设置了监视定时器（看门狗），用来监视每个扫描周期是否超出规定的时间，一旦超时，PLC就停止运行，从而避免由于PLC内部CPU出故障使程序进入死循环（死机现象）。3STEP7-Micro/WIN编程软件介绍

输出窗口状态条程序编辑器局部变量表浏览条指令树交叉引用数据块状态图符号表STEP7-Micro/WIN编程软件的主界面STEP7-Mirco/WIN主要编程功能1.编程元素及项目组件

STEP7-MircoWIN的一个基本项目包括程序块、数据块、系统块、符号表、状态表、交叉引用表。程序块、数据块、系统块须下载到PLC，而符号表、状态表、交叉引用表不下载到PLC。程序块由可执行代码和注释组成，可执行代码由一个主程序和可选子程序或中断程序组成。程序代码被编译并下载到PLC，程序注释被忽略。在“指令树”中右击“程序块”图标可以插入子程序和中断程序。

数据块由数据（包括初始内存值和常数值）和注释两部分组成。数据被编译后，下载到PLC，注释被忽略。系统块用来设置系统的参数，包括通信口配置信息、保存范围、模拟和数字输入过滤器、背景时间、密码表、脉冲截取位和输出表等选项。单击“浏览栏”上的“系统块”按钮，或者单击“指令树”内的“系统块”图标，可查看并编辑系统块。系统块的信息须下载到PLC，为PLC提供新的系统配置。2.梯形图程序的输入（1）建立项目通过菜单命令“文件”→“新建”或单击工具栏中“新建”快捷按钮，可新建一个项目。此时，程序编辑器将自动打开。（2）输入程序在程序编辑器中使用的梯形图元素主要有触点、线圈和功能块，梯形图的每个网络必须从触点开始，以线圈或没有ENO输出的功能块结束。线圈不允许串联使用。

（3）编辑程序

●剪切、复制、粘贴或删除多个网络

通过用SHIFT键+鼠标单击，可以选择多个相邻的网络，进行剪切、复制、粘贴或删除等操作。注意：不能选择网络中的一部分，只能选择整个网络。●编辑单元格、指令、地址和网络

用光标选中需要进行编辑的单元，单击右键，弹出快捷菜单，可以进行插入或删除行、列、垂直线或水平线的操作。删除垂直线时把方框放在垂直线左边单元上，删除时选“行”，或按“DEL”键。进行插入编辑时，先将方框移至欲插入的位置，然后选“列”。

（4）程序的编译

程序编译操作用于检查程序块、数据块及系统块是否存在错误。程序经过编译后，方可下载到PLC。单击“编译”按钮或选择菜单命令“PLC”→“编译”，编译当前被激活的窗口中的程序块或数据块；单击“全部编译”按钮或选择菜单命令“PLC”→“全部编译”，编译全部项目元件（程序块、数据块和系统块）。使用“全部编译”，与哪一个窗口是活动窗口无关。编译的结果显示在主窗口下方的输出窗口中。3.程序的上传下载（1）下载

如果已经成功地在运行STEP7-Micro/WIN的个人计算机和PLC之间建立了通讯，就可以将编译好的程序下载至该PLC。如果PLC中已经有内容将被覆盖。单击工具条中的“下载”按钮，或用菜单命令“文件”→“下载”。出现“下载”对话框。根据默认值，在初次发出下载命令时，“程序代码块”、“数据块”和“CPU配置”（系统块）复选框都被选中。如果不需要下载某个块，可以清除该复选框。单击“确定”，开始下载程序。如果下载成功，将出现一个确认框会显示以下信息：下载成功。下载成功后，单击工具条中的“运行”按钮，或“PLC”→“运行”，PLC进入RUN（运行）工作方式。注意：下载程序时PLC必须处于停止状态，可根据提示进行操作。(2)上传

可用下面的几种方法从PLC将