PLC控制系统编程与实现

内容简介

本书是国家精品课控制系统编程与实现的配套教材内容以西门子系列可编程控制器

“PLC”,S7-200

的应用为主线全面系统地介绍了的组成工作原理内部组件指令系统编程方法组态技术和现场

,PLC、、、、、

总线通信技术深入浅出地介绍了的输入输出单元的内部电路特点接口电路的设计控制程序设

。PLC、,,

计与调试方法项目设计开发过程等主要内容包括初识西门子系列电动机控制系

,。:S7-200PLC、PLC

统编程与实现彩灯及密码锁控制系统的编程与实现自动生产线控制系统的编程与实现组合

、PLC、PLC、

机床控制系统的编程与实现西门子系列拓展应用个项目个任务通过完成这

PLC、S7-200PLC6,19。

个任务学生不仅可以掌握有关基础理论知识提高实际操作能力还能培养学生科学严谨精益求精的

19,、,、

工匠精神和团队协作精神以及端正文明生产的态度

,。

本书适合作为高职高专院校电子技术电子与信息电气自动化通信技术机电类等专业的教材也可

、、、、,

作为其他相关专业和工程技术人员学习技术的参考书

PLC。

图书在版编目(CIP)数据

控制系统编程与实现陈丽主编版北京

PLC/.—3.—:

中国铁道出版社有限公司

,2020.9

高职高专院校机电类专业规划教材十二五职业

“”

教育国家规划教材

ISBN978-7-113-27022-3

陈技术高等职业

Ⅰ.①P…Ⅱ.①…Ⅲ.①PLC-

教育教材

-Ⅳ.①TM571.61

中国版本图书馆数据核字第号

CIP(2020)115497

书名:PLC控制系统编程与实现

作者:陈丽

策划:祁云编辑部电话:

(010)63549458

责任编辑:祁云绳超

封面设计:付巍

封面制作:刘颖

责任校对:张玉华

责任印制:樊启鹏

出版发行:中国铁道出版社有限公司北京市西城区右安门西街号

(100054,8)

网址:

/51eds/

印刷:三河市燕山印刷有限公司

版次:年月第版年月第版年月第次印刷

201031202093202091

开本:印张:字数:千

787mm×1092mm1/1615.25306

书号:

ISBN978-7-113-27022-3

定价:元

48.00

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,,。:(010)63550836

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主任:吕景泉

副主任:严晓舟史丽萍

委员:按姓氏笔画排序

()

王立王文义王龙义王建明牛云陞

朱凤芝刘建超刘薇娥关健汤晓华

牟志华李文李军李向东肖方晨

狄建雄汪敏生宋淑海张耀张文明

张永花陆建国陈丽陈铁牛林嵩

明立军金卫国宝爱群胡学同钟江生

祝瑞花姚吉姚永刚秦益霖秦绪好

钱逸秋徐国林凌艺春常晓玲梁荣新

韩丽程周曾照香谭有广

为了贯彻落实《国家职业教育改革实施方案》,深化职业教育“三教”改革,加快实现培养一大

批结构合理、素质优良的技术技能型、复合技能型和知识技能型高技能人才这一伟大目标,结合

高等职业院校的教学要求和办学特色,我们编写了本教材。

本教材为“十二五”职业教育国家规划教材。

本教材的内容及其实施过程有以下特点:

()本教材由“控制系统编程与实现”国家精品课主讲教师团队,按照

1PLC

人的职业成长规律,精心研讨选取实践项目。将慕课和课堂教学进行了整体化设计,通过项目任

务,由简单到复杂,培养学生在项目开发过程中的工程应用能力。将理论教学、实践操作和综合

设计训练有机结合;将硬件组态与软件设计相结合。

()教材中的项目来源于企业实际应用,学生兴趣浓、学习积极性高。西门子及

2S7-200

系列应用范围广,通俗易学,内容具有较好的可迁移性。将知识点和技能点紧密

200SmartPLC

结合,再现完整的设计过程,可提高学生工程应用能力,突出了应用特色。

()本教材以行动为导向,项目引领,任务驱动,促进学生综合职业能力的培养。运用工作任

3

务要素(工作对象、工具、工作方式方法、劳动组织形式、工作要求等)梳理工作过程知识,明确学

习内容,按照典型性、对知识和能力的覆盖性、可行性原则,遵循“从完成简单工作任务到完成复

杂工作任务”的能力形成规律,设计出个项目,个任务。通过完成这个任务,使学生在职

61919

业情境中“学中做、做中学”。

()运用信息技术,展现立体化学习资源,实现线上线下混合式教学。以微课、动画、技能操

4

作视频、仿真、课件、文本等丰富的数字化资源作为支撑,构建新形态的立体化课程体系。采用动

画或仿真直观展示控制对象的动作过程、指令执行的动作;以屏幕录像来演示、讲解软件操作;实

际操作以拍摄录像、制作动画来展示;讲解工作原理以微课的方式展现;使用仿真软件来模拟实

训模型,验证设计。所有信息化教学资源可通过扫描二维码获取,学生可以反复学习,学习后通

过在线作业、练习、考试,检验学习效果,并有在线答疑、互动等内容。延伸阅读与拓展内容,可以

进一步培养和提高学生的设计能力和创新能力。

()本教材打破了传统教材按章节划分的方法,将相关知识分为个学习型任务,将学生应

519

知应会的知识融入这些任务中。每个任务又由任务提出、任务目标、相关知识、任务分析、任务实

Ⅰ

施、评分标准、任务训练和总结反思构成。在基础知识安排上,打破了传统的知识体系,任务中牵

涉什么知识就重点讲解这些知识,和任务无关或关系较小的内容放在知识拓展中,让学生自学。

通过完成任务可使学生学有所用、学以致用,与传统的理论灌输有着质的区别。

()本教材采用工作手册式,将课程建设与教材编写深度融合。学生成绩评定与传统方式有

6

所不同,成绩评定不包含笔试,成绩的评定贯穿于各项任务实施的整个过程之中,每个任务的成

绩严格按照评分标准评定,最后按这些任务的总成绩给出本课程的成绩。

本教材由陈丽任主编,程德芳、曹芳菊、李立君任副主编,郭健、董永刚、于娜、王清、靳晨聪参

与编写。具体分工如下:陈丽制订编写大纲,并编写任务任务、程德芳编写任务、任务

10~1417

;曹芳菊编写任务任务;李立君编写任务任务;郭健编写任务、任务;董永刚编

184~67~91516

写任务;于娜编写任务;王清编写任务;靳晨聪编写任务。在第三版的修订过程中,针对

13192

重要知识点制作了微课视频、教学课件、动画视频及工作任务书等数字化教学资源(读者可扫描

书中二维码获取相关内容),大大提升了教材的信息化建设,更加有效地辅助于线上线下混合式

教学。在编写过程中编者参考了大量的相关文献资料,在此对书后参考文献中所列的作者深表

谢意。

由于编者水平有限,书中难免存在疏漏与不足之处,恳请读者批评指正。

编者

年月

20205

Ⅱ

根据《高技能人才培养体系建设“十一五”规划纲要》和国家对高等职业教育发展的要求,为

落实“十一五”期间完善高技能型人才培养体系建设,加快实现培养一大批结构合理、素质优良的

技术技能型、复合技能型和知识技能型高技能人才的这一伟大目标,结合高等职业院校的教学要

求和办学特色,我们编写了本教材。

本教材为“十二五”职业教育国家规划教材。

本教材的内容及其实施过程有以下特点:

()本教材以行动为导向,以工学结合人才培养模式改革与实践为基础,运用工作任务要素

1

(工作对象、工具、工作方式方法、劳动组织形式、工作要求等)梳理工作过程知识,明确学习内容,

按照典型性、对知识和能力的覆盖性、可行性原则,遵循“从完成简单工作任务到完成复杂工作任

务”的能力形成规律,设计出项工作任务。通过完成这项工作任务,使学生在职业情境中

1919

“学中做、做中学”。

()本教材打破了传统教材按章节划分的方法,将相关知识分为项学习性工作任务,将学

219

生应知应会的知识融入这些任务中。每项任务又由任务提出、任务目标、相关知识、任务分析、任

务实施、评分标准和任务训练构成。在基础知识安排上,也打破了传统的知识体系,任务中牵涉

什么知识就重点讲解这些知识,和任务无关或关系较小的内容放在知识拓展中,让学生自学。通

过完成任务可使学生学有所用、学以致用,与传统的理论灌输有着质的区别。

()将知识点与技能点紧密结合,注重培养学生实际动手能力和解决实际问题的能力,突出

3

了高等职业教育的应用特色,强调以能力为本位,并有明确具体的训练成果展示。

()本教材的实施应在专业教室中进行,专业教室要配备工作台、各种配套设备及组件、电工

4

仪表和工具,以及摄像投影多媒体教学设备等。在专业教室中,学生分组进行学习、讨论、发言、

实施、成果展示。

()学生成绩评定与传统方式有所不同,成绩评定不包含笔试,成绩的评定贯穿于各项任务

5

实施的整个过程之中,每项任务的成绩严格按照评分标准评定,最后按这些任务的总成绩给出该

课程的成绩。

本教材由陈丽任主编,李立君、郭健、于敏丽任副主编。具体分工如下:陈丽制订编写大纲,

并编写任务任务、任务、任务;李立君编写任务、任务任务;郭健编写了任务

3~917181012~14

Ⅲ

、任务;于敏丽编写任务;毕艳军编写任务;王贵兰编写任务;许慧娟编写任务。在

1516191112

编写过程中编者参考了大量的相关文献资料,因此对书后参考文献中所列的作者深表谢意。

由于编者水平有限,书中难免存在疏漏与不足之处,恳请读者批评指正。

编者

年月

20147

Ⅳ

根据《高技能人才培养体系建设“十一五”规划纲要》和国家对高等职业教育发展的要求,为

落实“十一五”期间完善高技能型人才培养体系建设,加快培养一大批结构合理、素质优良的技术

技能型、复合技能型和知识技能型高技能人才的这一伟大建设目标,结合高等职业院校的教学要

求和办学特色,我们编写了本教材。

本教材的内容及其实施过程有以下特点:

()本教材以行动为导向,以工学结合人才培养模式改革与实践为基础,运用工作任务要素

1

(工作对象、工具、工作方式方法、劳动组织形式、工作要求等)梳理工作过程知识,明确学习内容,

按照典型性、对知识和能力的覆盖性、可行性原则,遵循“从完成简单工作任务到完成复杂工作任

务”的能力形成规律,设计出十九项学习性工作任务。通过实施这十九项学习性工作任务,使学

生在职业情境中“学中做、做中学”。

()本教材打破了传统教材按章节划分的方法,将相关知识分为十九项学习性工作任务,将

2

学生应知应会的知识融入这些任务中。每项任务又由任务提出、任务目标、相关知识、任务分析、

任务实施、评分标准和任务训练构成。在基础知识安排上,也打破了传统的知识体系,任务中牵

涉什么知识就重点讲解这些知识,和任务无关或关系较小的内容放在知识拓展中,让学生自学。

通过完成任务可使学生学有所用、学以致用,与传统的理论灌输有着质的区别。

()将知识点与技能点紧密结合,注重培养学生实际动手能力和解决实际问题的能力,突出

3

了高等职业教育的应用特色,强调以能力为本位,并有明确具体的训练成果展示。

()本教材的实施应在专业教室中进行,专业教室要配备工作台、各种配套设备及组件、电工

4

仪表和工具及摄像投影多媒体教学设备。在专业教室中,学生分组进行学习、讨论、发言、实施、

成果展示。

()学生成绩评定与传统方式有所不同,成绩评定不包含有笔试,成绩的评定贯穿于各项任

5

务实施的整个过程之中,每项任务的成绩严格按照评分标准评定,最后按这些任务的总成绩给出

该课程的成绩。

本教材由邢台职业技术学院陈丽副教授制订编写大纲,并编写了任务一至任务九、任务十七

等内容;李立君编写了任务十至任务十四;郭健编写了任务十五和任务十六;毕艳军编写了任务

十八;于敏丽编写了任务十九。参加本书编写及课件制作的还有师宁、许慧娟、王贵兰等老师。

Ⅴ

另外,在编写过程中编者参考了大量的相关文献资料,因此对书后参考文献中所列的作者深表

谢意。

由于作者水平有限,书中难免存在错误与不足之处,恳请读者批评指正。

编者

年月

20102

Ⅵ

绪论………………1

项目1初识西门子S7-200系列PLC…………6

任务系列的结构及接线…………………

1S7-200PLC6

任务系列的选用…………

2S7-200PLC21

任务系列的编程软件的使用………………

3S7-200PLCSTEP7Micro/WIN3229

思考与练习……………………

39

项目2电动机PLC控制系统的编程与实现……………………41

任务三相异步电动机连续控制系统编程与实现………

441

任务三相异步电动机正反转控制系统编程与实现……

550

任务三相异步电动机降压启动控制系统编程与实现……………

6-△57

思考与练习……………………

66

项目3彩灯及密码锁PLC控制系统的编程与实现……………69

任务交通信号灯控制系统编程与实现…………………

769

任务霓虹灯控制系统编程与实现………

879

任务电子密码锁控制系统编程与实现…………………

989

思考与练习…………………

101

项目4自动生产线PLC控制系统的编程与实现……………103

任务自动生产线数码显示控制系统编程与实现……

10103

任务自动装车上料控制系统编程与实现……………

11113

任务电镀生产线控制系统编程与实现………………

12122

任务物料自动分拣控制系统编程与实现……………

13130

任务机械手控制系统编程与实现……………………

14138

思考与练习…………………

151

Ⅰ

项目5组合机床PLC控制系统的编程与实现………………153

任务组合机床液压动力滑台控制系统编程与实现…………………

15153

任务四工位组合机床控制系统编程与实现…………

16167

思考与练习…………………

179

项目6西门子S7-200系列PLC拓展应用…………………181

任务水箱水位控制系统编程与实现…………………

17181

任务西门子系列的网络通信…………

18S7-200PLC197

任务西门子系列的维护………………

19S7-200PLC208

思考与练习…………………

217

附录A……………219

参考文献…………………………230

Ⅱ

可编程序控制器是以微处理器为核心将自

(programmablelogiccontroller,PLC),

动控制技术计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的崭新的工业自动化控制装

、

置目前已经基本代替了传统的继电器控制系统而广泛应用于工业控制的各个

。,PLC

领域成为工业自动化领域中最重要的控制装置

,。

一、PLC的产生与定义

在可编程序控制器出现之前工业生产中广泛使用的电气自动控制系统是继电器

,

控制系统其设备具有体积大触点寿命短可靠性差接线复杂改接麻烦维护和排除

,、、、、、

故障困难等缺点不能适应现代社会制造工业的飞速发展世纪年代世界上第

,。2060,

一台可编程序逻辑控制器诞生于美国的汽车制造领域目的是用来取代继电器电气控

,

制系统以执行逻辑判断计时计数等顺序控制功能随着计算机技术的不断发展其

,、、。,

功能逐渐扩大不再是原来意义上的以逻辑控制为主后来把逻辑二字去掉称为可

,,“”,

编程序控制器曾经一度简称为但是为了避免与个人计

(programmablecontroller),PC,

算机的简称相混淆现在仍然把可编程序控制器简称为

(personalcomputer,PC),PLC。

年月国际电工委员会在可编程序控制器的标准草案中做了如下定

19872,(IEC)

义可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统专为工业环境应用而设计它

:“,。PLC特点与工

采用了可编程序的存储器用来在其内部存储逻辑运算顺序控制定时计数和算术运程应用领域

,、、、

算等操作的指令并通过数字式和模拟式的输入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外围设备都应按易于与工业控制系统连成一个整体易

。,,

于扩充其功能的原则设计

。”

二、PLC的特点

之所以得到迅速发展和广泛应用关键是它具有独特的优点

PLC,。

可靠性高,抗干扰能力强

1.PLC特点与工

可编程序控制器是专门为工业控制而设计的在硬件与软件两方面采用了屏蔽滤程应用领域

,、

波隔离诊断和自动恢复等措施这些措施大大地提高了的可靠性和抗干扰能

、、。PLC

力其平均无故障时间可达万甚至更高

,5h,。

1

2.编程直观、简单

有多种编程语言可供选用许多国家生产的把梯形图作为第一用户程

PLC,PLC

序梯形图是从清晰直观的继电器控制线路演化过来的一种编程语言其特点是易学

。,

易懂便于修改有一定基础的技术人员在短时间内都可以学会

,,。

3.功能完善,适应性强

不仅具有数字量和模拟量的输入输出顺序控制定时计数等功能还具有算术

PLC/、、,

运算数据处理通信联网记录与显示等功能另外当生产工艺改变或设备更新后不

、、、。,,

必大量改变的硬件设备只需要改变相应的程序就可以满足新的控制要求

PLC,,。

4.使用方便,易于维护

体积小质量小便于安装其输入端子可直接与各种开关量和传感器连接输

PLC、、,,

出端子通常也可直接与各种继电器连接维护方便有完善的自诊断功能和运行

。PLC,

故障指示装置的编程器使用简便可以方便快捷地实现对程序的调试与修改

。PLC,、。

三、PLC的分类

目前可编程序控制器产品种类很多型号和规格也不统一通常只能按照其点数

,,,

和功能结构形式用途进行大致的分类

、、。

1.按点数和功能分类

可编程序控制器用以对外围设备进行控制外部信号的输入及运算结果的输

,PLC

出都要通过输入输出端子来进行接线输入输出端子的数目之和称为的输

PLC/,/PLC

入输出点数简称点数

/,I/O。

为了满足不同控制系统处理信息量的要求具有不同的点数用户程序存

,PLCI/O、

储量和功能根据点数的多少可将分成小型含微型中型和大型

。I/OPLC()、。

小型微型的点数小于以开关量控制为主具有体积小价格低的

()PLCI/O256,,、

优点适用于对小型设备的控制

,。

中型的点数在之间功能比较丰富兼有开关量和模拟量的

PLCI/O256~1024,,

控制功能适用于较复杂系统的逻辑控制和闭环过程控制

,。

大型的点数在以上用于大规模过程控制集散式控制和工厂自动

PLCI/O1024,、

化网络

。

各厂家可编程序控制器产品定义的大中小型各不相同例如有的厂家建议小

、、。,

型为点以下中型为点大型为点以上

PLC512,512~2048,PLC2048。

2.按结构形式分类

根据结构形式不同可编程序控制器可分为整体式结构和模块式结构两大类

,。

小型一般采用整体式结构即将基本功能电路集中于一个箱内另外可以

PLC(),,

通过并行接口电路连接扩展单元

I/O。

中型以上一般多采用模块式结构不同功能的模块可以组成不同用途的

PLC,

适用于不同要求的控制系统

PLC,。

2

3.按用途分类

根据可编程序控制器的用途可以分为通用型和专用型两大类

,PLC。

通用型作为标准装置可供各类工业控制系统选用

PLC,。

专用型是专门为某类控制系统设计的由于其具有专用性结构设计更为合

PLC,,

理控制性能更加完善

,。

随着可编程序控制器应用的逐步普及专为家庭自动化设计的超小型也已

,PLC

出现

。

四、PLC的基本结构

主要由模块输入模块输出模块和编程装置等组成如图所示

PLCCPU、、,0-1。

的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务

PLC。

图0-1PLC控制系统示意图

1.CPU模块

模块主要由微处理器芯片和存储器组成在控制系统中

CPU(CPU)。PLC,CPU

模块相当于人的大脑和心脏它不断采集输入信号执行用户程序刷新系统的输出存

,,,;

储器用来存储程序和数据

。

/模块

2.IO西门子系列

输入模块和输出模块简称模块它们是系统的眼耳手PLC结构与分

(Input)(Output)I/O,“”“”“”类

脚是联系外围设备和模块的桥梁

“”,CPU。

输入模块用来接收和采集输入信号开关量输入模块用来接收从按钮选择开关

,、、

数字拨码开关限位开关接近开关光电开关压力继电器等来的开关量输入信号模

、、、、;

拟量输入模块用来接收电位器测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电

、

流电压信号开关量输出模块用来控制接触器电磁阀电磁铁指示灯数字显示装置

。、、、、

和报警装置等输出设备模拟量输出模块用来控制调节阀变频器等执行装置

;、。

模块的工作电压一般是而的输入输出信号电压较高如西门子系列

CPU5V,PLC/,DC24V

和从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏模块中的器件或使PLC结构与分

AC220V。CPU,PLC类

不能正常工作在模块中用光耦合器光电晶闸管小型继电器等器件来隔离

。I/O,、、PLC

的内部电路和外部的电路模块除了传递信号外还有电平转换与隔离的作用

I/O。I/O,。

3

3.编程装置

在对编程时应配备一台安装了编程软件的计算

S7-200,STEP7Micro/WIN32

机一根连接计算机和的通信电缆或电缆用它来编辑

、PLCRS-232/PPIUSB/PPI。、

检查修改用户程序并监视用户程序的执行情况

、,。

使用编程软件可以在计算机的屏幕上直接生成和编辑梯形图或指令语句表程序

,,

并且可以实现不同编程语言之间的相互转换程序被编译后下载到也可以将

。PLC,

中的程序上传到计算机程序可以存盘或打印

PLC,。

4.电源

有电源型和电源型两种小型可以为输入电路

S7-200AC220VDC24V,PLC

和外部的电子传感器如接近开关提供电源驱动负载的直流电源一般

()DC24V,PLC

由用户提供

。

五、PLC的主要性能指标

1.I/O总点数

总点数是衡量接入信号和可输出信号的数量的输入输出有开关

I/OPLC。PLC/

量和模拟量两种其中开关量用最大点数表示模拟量用最大通道数表示

。,I/O,I/O。

2.