《小型PLC应用技术》课件-项目一 初识PLC

项目一初识PLC项目目标项目导图PLC硬件组成及原理任务1S7-1200PLC硬件任务2S7-1200PLC软件任务3项目分析PLC硬件组成及原理任务1S7-1200PLC硬件任务2S7-200PLC软件任务3项目一初识PLCPLC组成及原理任务1PLC组成及原理任务1一、PLC的产生1、产生背景

1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。PLC组成及原理任务1一、PLC的产生2、定义1987年2月，国际电工委员会（IEC）通过了对PLC的定义：”可编程控制可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它作为可编程序的存储器，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。”PLC组成及原理---相关知识任务1二、PLC的基本构成硬件软件+PLC组成及原理---相关知识任务1中央处理单元输入输出接口编程器接口I/O扩展接口电源编程器系统总线通信接口二、PLC的基本构成——硬件系统PLC组成及原理---相关知识任务1中央处理单元

PLC的中央处理单元主要由微处理器CPU、存储器ROM/RAM和微处理器I/O接口组成。

⑴微处理器CPU

CPU作为整个PLC的核心起着总指挥的作用，是PLC的运算和控制中心。

⑵存储器RAM/ROM

存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其它一些信息。

⑶微处理器I/O接口

它一般由数据输入寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路构成，负责微处理器及存储器与外部设备的信息交换。二、PLC的基本构成——硬件系统PLC组成及原理---相关知识任务1CPU的功能是完成PLC内所有的控制和监视操作。中央处理器由控制器、运算器和寄存器组成。CPU通过控制总线、地址总线和数据总线与存储器、输入输出接口电路连接。中央处理单元输入输出接口二、PLC的基本构成——硬件系统PLC组成及原理---相关知识任务1

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等，通过输入接口电路将这些信号转换成中央处理单元能够接收和处理的信号。

输出接口电路将中央处理单元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。直流输入接口电路示意图内部电路输入LEDININ

COM二、PLC的基本构成——硬件系统PLC组成及原理---相关知识任务1交流输入接口电路示意图内部电路输入LEDIN

IN

COM～二、PLC的基本构成——硬件系统PLC组成及原理---相关知识任务1内部电路输出LED～OUT

OUTCOMLL二、PLC的基本构成——硬件系统PLC组成及原理---相关知识任务1继电器输出接口电路示意图双向晶闸管输出接口电路示意图输出LED～OUT

OUTCOMLL内部电路二、PLC的基本构成——硬件系统PLC组成及原理---相关知识任务1晶体管输出接口电路示意图L+OUTOUTCOMLL输出LED内部电路二、PLC的基本构成——硬件系统PLC组成及原理---相关知识任务1

中小型的PLC输入输出接口都是与中央处理单元CPU制造在一起的，为了满足被控设备输入输出点数较多的要求，常需要扩展数字量输入输出模块；为了满足模拟量控制的需要，常需要扩展模拟量输入输出模块，如A/D、D/A转换模块等；I/O扩展接口就是为连接各种扩展模块而设计的。二、PLC的基本构成——硬件系统PLC组成及原理---相关知识任务1I/O扩展接口的连接二、PLC的基本构成——硬件系统PLC组成及原理---相关知识任务1中央处理单元输入输出接口编程器接口I/O扩展接口电源编程器系统总线通信接口

通信接口用于PLC与计算机、PLC、变频器、触摸屏等智能设备之间的连接，以实现PLC与智能设备之间的数据传送。二、PLC的基本构成——硬件系统PLC组成及原理---相关知识任务1通信接口的连接二、PLC的基本构成——硬件系统PLC组成及原理---相关知识任务1输入输出接口I/O扩展接口中央处理单元编程器接口电源编程器系统总线通信接口

用于将编程器与PLC进行连接，以实现编程器对PLC的操作。二、PLC的基本构成——硬件系统PLC组成及原理---相关知识任务1中央处理单元输入输出接口编程器接口I/O扩展接口电源编程器系统总线通信接口

编程器用作用户程序的编制、编辑、调试和监视，还可以通过其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数，它经过编程器接口与中央处理器单元联系，完成人机对话操作。

二、PLC的基本构成——硬件系统PLC组成及原理---相关知识任务1二、PLC的基本构成——硬件系统PLC组成及原理---相关知识任务1中央处理单元输入输出接口编程器接口I/O扩展接口电源编程器系统总线通信接口

电源部件将交流电源转换成供PLC的中央处理器、存储器等电子电路工作所需要的直流电源，同时还向各种扩展模块提供24V直流电源。二、PLC的基本构成——硬件系统PLC组成及原理---相关知识任务1

PLC由硬件系统组成，由软件系统支持，硬件和软件共同构成了PLC系统。PLC的软件系统可分为：

系统管理程序用户指令解释程序标准化模块程序开关量逻辑控制程序模拟量运算控制程序闭环控制程序工作站初始化程序2）用户程序

1）系统程序二、PLC的基本构成——软件系统PLC组成及原理---相关知识任务1自诊断通讯处理扫描输入执行程序刷新输出开机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。三、PLC的工作原理PLC组成及原理---相关知识任务1PLC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）+故障诊断时显然扫描周期主要取决于程序的长短。三、PLC的工作原理PLC组成及原理---相关知识任务1（）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扫描执行程序输出刷新三、PLC的工作原理PLC组成及原理---相关知识任务1PLC的工作过程1、按结构类型分为：整体式和模块式整体式模块式四、PLC的分类PLC组成及原理---相关知识任务1整体式PLC多为微型、小型，特点是将电源、CPU、存储器、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，结构紧凑、体积小、价格低和安装简单，输入/输出点数通常为10~60点。模块式PLC是将CPU、输入和输出单元、电源单元以及各种功能单元集成一体。各模块结构上相互独立，构成系统时，则根据要求搭配组合，灵活性强。1、按结构类型分为：整体式和模块式四、PLC的分类PLC组成及原理---相关知识任务12、按I/O点数和存储容量分类小型PLC

I/O点数为256点以下的为小型PLC

（其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC）中型PLC

I/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC大型PLC

I/O点数为2048以上的为大型PLC

（其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC）四、PLC的分类PLC组成及原理---相关知识任务1微型PLC的I/O点数一般在64点以下，其特点是体积小、结构紧凑、重量轻和以开关量控制为主，有些产品具有少量模拟量信号处理能力。小型PLC的I/O点数一般在256点以下，除开关量I/0外，一般都有模拟量控制功能和高速控制功能。有的产品还有多种特殊功能模板或智能模块，有较强的通信能力。中型PLC的I/O点数一般在1024点以下，指令系统更丰富，内存容量更大，一般都有可供选择的系列化特殊功能模板，有较强的通信能力。大型PLC的I/O点数一般在1024点以上，软、硬件功能极强，运算和控制功能丰富。具有多种自诊断功能，一般都有多种网络功能，有的还可以采用多CPU结构，具有冗余能力等。01STEP02STEP03STEP04STEP功能强大，性价比高设计、安装、调试与维护工作量小编程简单，容易战功可靠性高，抗干扰能力强五、PLC的特点PLC组成及原理---相关知识任务1模拟量过程控制采用专用的运动控制模块对伺服电机和步进电机的速度与位置进行控制，从而实现对各种机械的运动控制，如金属切削机床、数控机床、工业机器人等。通信联网、多级控制

实现PLC分散控制、计算机集中管理的集散控制，增加系统的控制规模，甚至可以使整个工厂实现生产自动化。现场数据采集处理

对生产现场数据进行采集、分析和加工处理。运动控制对温度、压力、流量、液面高度等连续变化的模拟量进行闭环过程控制开关量逻辑控制取代传统的继电接触控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。六、PLC的应用PLC组成及原理---相关知识任务1学生分析从传统的电气控制到PLC控制的转换过程。PLC组成及原理---相关知识任务1S7-1200PLC硬件任务2项目一初识PLCS7-1200PLC硬件任务2一、S7-200系列PLC的外部结构S7-1200PLC硬件任务21.1S7-1200的硬件1.1.1

S7-1200的硬件结构S7-1200主要由CPU、信号板、信号模块、通信模块和编程软件组成。

1．CPU模块CPU内可以安装一块信号板，集成的PROFINET接口用于与编程计算机、HMI、其他PLC或其他设备通信。

一、S7-200系列PLC的外部结构S7-1200PLC硬件任务2I/O状态指示灯以太网接口存储卡插槽CPU状态指示灯安装信号板处1．输入接线端子：用于连接外部控制信号。在底部端子盖下是输入接线端子和为传感器提供的24V直流电源。2．输出接线端子：用于连接被控设备。在顶部端子盖下是输出接线端子和PLC的工作电源。3．CPU状态指示：CPU状态指示灯有STOP/RUN、ERROR、MAINT。Run/Stop指示灯的颜色为纯橙色时指示STOP模式，纯绿色时指示RUN模式，绿色和橙色交替闪烁指示CPU正在起动。ERROR指示灯为红色闪烁状态时指示有错误，如CPU内部错误、存储卡错误或组态错误(模块不匹配)等，纯红色时指示硬件出现故障。二、各部件的作用S7-1200PLC硬件任务24．输入状态指示：用于显示是否有控制信号（如控制按钮、行程开关、接近开关、光电开关等数字量信息）接入PLC；5．输出状态指示：用于显示PLC是否有信号输出到执行设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）；6．以太网通信接口：支持以太网通信，用以连接编程器（手持式或PC机）、文本/图形显示器、PLC网络等外部设备。二、各部件的作用S7-1200PLC硬件任务2附件漏型与源型输入类型输入回路的公共端是1M，而输出回路的公共端是3L端子。三、输入输出接线S7-1200PLC硬件任务224V直流晶体管输出DC/DC/DC24V直流电源供电24V直流输入S7-1200CPU的3种版本S7-1200PLC硬件任务2直流输出（允许范围5－30V）交流输出（允许范围5－250V）DC/DC/Relay(继电器)24V直流电源供电24V直流输入S7-1200PLC硬件任务2S7-1200CPU的3种版本24V直流开关量输入（允许范围20.4－28.8VDC）直流输出（允许范围5－30V）交流输出（允许范围5－250V）AC/DC/RLY(继电器)85-264V交流电源供电S7-1200PLC硬件任务2S7-1200CPU的3种版本图CPU1214DC/DC/DC输入输出电路的接线图三、输入输出接线---DC/DC/DC类型S7-1200PLC硬件任务2图CPU1214DC/DC/Relay输入输出电路接线图三、输入输出接线—DC/DC/Relay类型S7-1200PLC硬件任务2图CPU1214AC/DC/Relay输入输出电路接线图三、输入输出接线—AC/DC/Relay类型S7-1200PLC硬件任务2PLC的内存分为程序存储区和数据存储区两大部分。程序存储区用于存放用户程序，它由机器自动按顺序存储程序。数据存储区用于存放输入输出状态及各种各样的中间运行结果。五、S7-1200系列PLC的物理存储器及寻址方法S7-1200PLC硬件任务2SIMATICS7CPU中可以按照位、字节和双字对存储单元进行寻址。S7CPU不同的存储单元都是以字节为单位。（1）位数据

对位数据的寻址由字节地址和位地址组成，如I1.2，其中的区域标识标“I”表示寻址输入（Input〉映像区，字节地址为1，位地址为2,“.”为字节地址与位地址之间的分隔符，这种存取方式为“字节.位”寻址方式。五、S7-1200系列PLC的内存结构及寻址方法_内存结构S7-1200PLC硬件任务2（2）字节、字和双字数据

对字节、字和双字数据的寻址需指明区域标识符、数据类型和存储区域内的首字节地址。例如MB10表示由M10.7~M10.0这8位（高位地址在前，低位地址在后）组成的1个字节，M为位存储区域标识符，B表示字节，10为起始字节地址。相邻两个字节组成一个字，MW10表示MB10和MB11组成的1个字。五、S7-1200系列PLC的内存结构及寻址方法_内存结构S7-1200PLC硬件任务2学生根据本任务所学，指出S7-1200PLC类型有哪些？S7-1200PLC硬件任务2项目一初识PLCS7-200PLC软件任务3S7-1200PL软件任务3系统程序用户程序厂家商家设计编写，不能读写与更改。用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的程序。一、PLC软件的组成S7-1200PL软件---相关知识任务3+系统程序主要用以通信、自检和用户程序处理。通常包括系统诊断程序、输入输出处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。二、系统程序S7-1200PL软件---相关知识任务3用户程序：用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的程序，以实现控制目的。三、用户程序S7-1200PL软件---相关知识任务3

S7-1200使用梯形图（LAD）、函数块图（FBD）和结构化控制语言（SCL）这三种编程。梯形图（LD）梯形图由触点、线圈和用方框表示的指令框组成。可以为程序段添加标题和注释，用按钮关闭注释。利用能流这一概念，可以借用继电器电路的术语和分析方法，帮助我们更好地理解和分析梯形图。能流只能从左往右流动。四、PLC的编程语言S7-1200PL软件---相关知识任务3功能块图（FBD）函数块图（FBD）使用类似于数字电路的图形逻辑符号来表示控制逻辑，国内很少有人使用。结构化文本（SCL）结构化控制语言SCL是一种基于PASCAL的高级编程语言。SCL特别适用于数据管理、过程优化、配方管理和数学计算、统计任务。SCL除了包含PLC的典型元素（输入、输出、定时器、存储器）外，还包含高级编程语言中的表达式，如表达式、赋值运算、运算符。四、PLC的编程语言S7-1200PL软件---相关知识任务3五、编程软件的使用1．博途软件界面S7-1200PL软件---相关知识任务3工作区任务卡项目树详细视图巡视窗口（1）项目树可以项目树访问所有的设备和项目数据，添加新的设备，编辑已有的设备，打开处理项目数据的编辑器。（2）详细视图打开项目数中的“PLC变量”文件夹，选中其中的“默认变量表”，详细窗口显示出该变量表中的符号，可以将其中的符号地址拖拽到程序中，用红色问号表示的需要设置地址的地址域处，拖拽到已设置的地址上，原来的地址将会被替换。（3）工作区可以同时打开几个编辑器，但是一般只在工作区同时显示一个当前打开的编辑器。五、编程软件的使用1．博途软件界面S7-1200PL软件---相关知识任务3（4）巡视窗口巡视窗口用来显示选中的工作区中对象附加的信息，还可以用巡视窗口来设置对象的属性。（5）任务卡任务卡的功能与编辑器有关，可以通过任务卡进行进一步的或附加的操作，比如从库或硬件目录中选择对象等。五、编程软件的使用1．博途软件界面S7-1200PL软件---相关知识任务3五、编程软件的使用2．创建项目与硬件组态S7-1200PL软件---相关知识任务3（1）新建一个项目执行菜单命令“项目”→“新建”，在出现的“创建新项目”对话框中设置项目的名称。可以修改保存项目的路径。单击“创建”按钮，生成项目。（2）添加新设备双击项目树中的“添加新设备”，单击出现的对话框中的“控制器”按钮，双击要添加的CPU1214的订货号，添加一个PLC。（3）设置项目的参数执行菜单命令“选项”→“设置”，选中工作区左边浏览窗口的“常规”，可设置用户界面语言和助记符，设置“起始视图”区为“项目视图”或“最近的视图”，还可以设置项目的存储位置。五、编程软件的使用2．创建项目与硬件组态S7-1200PL软件---相关知识任务3（4）硬件组态的任务

设备组态的任务就是在设备视图和网络视图中，生成一个与实际的硬件系统对应的虚拟系统。系统中所有设备，包含PLC、HMI和模块的型号、订货号和版本号都必须与实际的硬件完全相同。

（5）在设备视图中添加模块双击项目树的“PLC_1”文件夹的“设备组态”，打开设备视图。（1）用“拖拽”的方法将硬件目录窗口中的硬件拖放到允许的插槽，光标的形状指示是否可在当前位置放置。（2）首先用鼠标选中机架中需要放置模块的插槽，双击硬件目录中要放置的模块的订货号，该模块便出现在选中的插槽中。可以将模块插入已经组态的两个模块中间。五、编程软件的使用3．项目下载S7-1200PL软件---相关知识任务3CPU是通过以太网与计算机进行通信。计算机连接单台CPU时,使用标准的以太网电缆,不需要交换机，两台以上的设备通信则需要交换机。下载之前得先对CPU和计算机进行正确的通信设置。（1）CPU的IP设置双击项目树中PLC文件夹内的“设备组态”,打开该PLC的设备视图。选中CP