S7-200 PLC 原理及应用课件

S7-200PLC原理及应用

主讲：詹泽海

深圳职业技术学院

电话/p>

第一章概述

XPLC应用的广泛性与重要性

派什么是PLC

派PLC的基本结构

派PLC的应用领域

派PLC的由来和历史

派PLC的主要特点

派PLC的一些高级话题

2012-8-21ShenzhenPolytechnic2

PLC应用的广泛性与重要性

派PLC应用的广泛性

＞现代流程工业（化工，电力，冶金等）

＞离散制造业（汽车，大型装备制造，家电行业）

＞物流（货舱控制）

＞农业，气象，航天领域...

派PLC的重要性

＞重要专业课

＞必须掌握的工作技能

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PLC是什么一PLC在工厂（感性认识）

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PLC是什么一PLC在工厂（感性认识）

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PLC是什么?TEC的标准定义

(1)专为工业环境下应用设计的数字运算操作的电子系统。

(2)采用可编程程序存储器，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。

(3)通过数字式、模拟式的输入、输出控制各类型的机械或生产过程。

(4)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。

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PLC的基本结构

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।PLC的应用领域

※数字量逻辑控制

※运动控制

※闭环过程控制

※数据处理

X通信联网

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$PLC的由来和历史

关于PLC的疑惑

从我们对于实际的工厂自动化可以看出，PLC(programmablelogiccontroller

是广泛用在自动化领域内的控制器。它不仅可以根据系统工艺要求实现工业过程的

顺序控制，还可以实现温度、流量、压力、液位等模拟量的控制！

?Question:为什么PLC即能控制模拟量又可控制逻辑变量，只强调

可编程逻辑控制器

PLC开始是从继电器逻辑控制而来的，主要是来实现顺序控制

的，后来模拟量的控制是与DCS融合的结果，历史原因！

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PLC的由来和历史

(1)继电器控制

它是用弱电信号控制强电的电力控制系统(如下图所示)

(2)问题

复杂；故障查找和调试都是十分麻烦；通用性和灵活性差；项目改造工期长

费用高。

QO.1

QO2

田4—8赘电电图

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LPLC的由来和历史

这些问题需要寻求一种新的控制装置来取代老式的继电器控制，

使得电器控制系统更加灵活，适应于工艺变动.

（3）解决方案-PLC（GM10条）

能用在工业现场；能改变其控制"逻辑”，而不需要改动组成他的元件和修改

内部接线;出现故障易于诊断和维护（与IEC的标准定义相印证）

图4-9可编程序控制器的外部接线图

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PLC的主要特点

X编程方法简单易学

X功能强，性能价格比高

X硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

X可靠性高，抗干扰能力强

X系统的设计，安装，调试工作量少

X维修工作最小，维护方便

X体积小，能耗低

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可编程控制器发展趋势

■高性能，高速度，大容量

■微型化

■分布式I/O和智能I/O

＞分布式I/O灵活的连接现场设备

＞解决远程控制与分散控制

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分布式I/0-ET200M

■分布式I/OET200M

■安装在控制室或现场

■采用S7-300系列完整的I/O产品体系

-用于防爆区内的本安模板Ex&

-HART协议模拟量输入模板

■通过PROFIBUS-DP连接AS与I/O

-可选光缆连接

-通信线缆冗余

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4分布式I/0-ET200iS

防爆区域解决方案

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可编程控制器发展趋势

-可编程程序控制器编程语言的标准化

■PLC的网络化

-其他趋势（高级话题）

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PLC的一些高级话题

■PLC在整个现代的自动化工厂所处的地位，与工厂的综

合自动化.

■PLC,PC,工业PC,(甚至单片机,ARM,DSP,CPLD)有什么区

别与联系?如果不仅仅考虑应用那么我们是否可以开发

出PLC-国内浙大中控，安控等开发出PLC产品.

■基于PC的软PLC的研究方向与产品(siemenseWinAC,

研华ADAM-5501/P30等)

-在PLC控制系统中所包含的

3C(computer,control,communication),

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工厂综合自动化■概貌（ERP・

MES-PCS)

----------------------@目口一口@可暨

R/：

OfficeEthernOfficeEthern

LANetLANet

工厂工厂

Internet/lntran

os单站OS客户机/批处理工厂优@PCS袒

侈屏）化先进□n

多客户机服务器/客户机

控制软

PCS7SIMATIC

启动包PDM□

Engineerin

匚tharc

舸LAN

Toolos•服务器n

ASAS414

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200I

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binto匚IRIIQ

PRQflBpS-DP/PAC

Q.DP/PA-吊4ink

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COx,NOx,ET

200i

空

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工厂综合自动化-简化

MIS,ERP,资产管理

SIMATICPDMHHST苜噜

-PROFIBUS-P.

-PROFIBUS-D『

-HART：h

PROFI

SIPOS^J^

SI^ARTISRDP/B

前OVERTLink

3»MQCOD^4-20mA/

HART

SITRANSfSITRANSfSIPARTFf200M

4・20mAI

t+ART

4-20mA/

HART

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徐州炼焦气化厂系统配置图

厂级

理

管

统

系

焦炉控制室煤气鼓风机控制室泠海摔制室硫铭捽制定粗苯控制室

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PLC控制所体现的3c

TelecoutiolplusOperationaudMouitoriug

withSIAL4TICS7withWiuCC

TheSINAUT

TIMModule

Back-Up容浮Tramng

肃aControlControlH

CenterCenter

U-

FibreRadio

Optic

r©OJ打Dedicated(AnalogDirectional

Lines•ISDNRadio

•GSMWAN

•SMSWideAreaNetworh

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本节的主要内容小结

※什么是PLC

派PLC的基本结构

派PLC实现的两大类控制

派PLC的由来和历史

派主要的PLC

派PLC的主要特点

派PLC控制在整个工厂综合自动化的层次

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本课程的重点内容

■本课程将以西门子S7-200PLC为例，重点

来学习以下内容

>PLC的硬件组成和工作原理（难点）

>PLC的指令系统与编程初步

>PLC顺序控制程序设计技术（难点）

>PLC模拟量控制

>PLC在工业过程中应用问题

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第2章

PLC的硬件结构与工作原理

PLC的硬件结构

电源与输出端子CPIJ模块扩展模块

1.物理结构

■整体式PLC

CPU模块，I/O模块和电源模块

在一个箱形机壳内。

■模块式PLC

图2-3S7-4OO模■!夬式PI.C

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CPU模块中的存储器

存储器系统包括：系统程序存储器和用户程序存储器。

系统程序是PLC的操作系统，存在ROM中。

用户程序是由用户编写的系统程序。

■随机存储器（RAM）

读/写；掉电丢失；工作速度快；

■只读存储器（ROM）

读/不能写，掉电保存（用来存放PLC的系统程序）

■可以电擦除可编程的只读存储器（EEPROM）

读/写；非易失性；随机存取

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4i/o模块

■输入模块

（见图2-3）

图2-3输入电路

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I/O模块

■输出模块（见图2-4,2-5）

继电器PLCIL+

o.lnn

内

内负载_

DC24V

部

部V

电A电

路

路T一

IL

0.2

图2-5PLC的输出电路

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输出模块

-数字量输出电路的功率元件包括：小型继电器

和场效应管

■特点

(1).继电器输出模块电压范围广，承受过载能力强，

动作速度慢

(2)■场效应管用于直流负载，可靠性高，反应速度快，

寿命长，过载能力差。

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PLC的工作原理

■用触点和线圈实现逻辑运算（布尔量）

图2-7基本逻辑运算

a）与b）或c）非

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用触点线圈实现逻辑运算

图2-8异步电动机控制电路

KM=(SB\+KM)•SB2•FR

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PLC的工作模式

■PLC的工作模式；

RUN模式：执行用户程序；

STOP模式：创建和编辑用户程序，设置PLC的硬件功

能，并将用户程序和硬件设置信息下载到PLC

■改变工作模式的方法；

用模式开关改变工作方式；

用STEP7・Micro/WIN32软件改变工作方式；

■在程序中改变工作模式；

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PLC工作原理

-T

※读取输入

※执行用户程序读取输入

※通信处理执行用户程序

XCPU自诊断测试智能模块通信

通信信息处理

※改写输出自诊断检查

※中断程序的处理修改输出

※立即I/O的处理

RUN状态STOP状态

扫描过程

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PLC工作原理

■扫描工作方式

■读取输入

(1)过程映像区

(2)读取过程：读取数字量输入的状态(ON/OFF)

外部输入电路闭合:过程映像为1,梯形图常开触点

接通，常闭触点断开；

外部输入电路断开:过程映像为0,梯形图常开触点

断开，常闭触点接通；

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PLC工作原理

■执行用户程序

(1)读I/O映像寄存器以及其他位元件；

(2)执行指令，进行逻辑运算(从左到右,从上到下)；

(3)运算结果写入输出映像寄存器；

■注意

(1)在程序执行过程中，输入变化不影响结果；

(2)I/O映像寄存器优点；

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PLC工作原理

■通讯处理

处理从通信接口或智能模块接收到信息，读通信数据

放缓充区；

■CPU自诊断测试

(1)自动定期检查CPU模块操作和扩展模块操作；

(2)复位监控程序(看门狗程序)

■改写输出

将输出过程映像寄存器的0/1状态传送到输出模块并

锁存起来

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PLC工作原理

■中断程序的处理

中断发生，CPU停止正常扫描工作模式，立即执行

中断功能；

■立即I/O的处理

直接存取I/O点；

(1)立即读I/O指令读输入点值时，输入过程映像寄

存器值不被更新；

(2)立即写输出点，输出映像更新；

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、■PLC工作过程举例

3DI

起动「孑一01一人映像寄存耨

LXJIL-CKMAC2大20Vo-i-10」|H|也J『"!1吗)3门_附」TL

停止一券一02

uU

(H)廿女」输出财迎器HP1JQO.OI_

pIM

LM-----------------------Qfl,O________________________________It]

DC24V.

.......L^

PLC外部接线图与梯形图

00.0=(10.1+00.0)•/0.2

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PLC工作过程举例

■读取阶段

CPU将SBl,SB2的常开触点的ON/OFF读入相应的过

程映像区。

■执行用户指令；

■修改输出阶段；

CPU将各输出过程映像寄存器中二进制传送给输出模

块并锁存起来。

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输入输出滞后时间

-滞后时间概念：

系统响应时间，PLC外部输入信号发生变化时刻至它控制的有关

外部输入信号发生变化的时刻之间的时间间隔。

■组成：

滞后时间=输入电路滤波时间+输出电路的滞后时间+扫描工作模

式的滞后时间

■各部分分析：

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PLC的安装与地址分配

※模块的安装与拆卸

派本机I/O与扩展I/O的地址分配

派S7-200的外部接线与电源的选择;

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jPLC的安装与地址分配

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PLC的安装与地址分配

※扩展时各模块可以随意放置前后位置

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PLC的安装与地址分配

宓分配地址时，各模块的位置按各自的类型

进行排列，即数字量与模拟量互不影响，输

入与输出互不影响。

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PLC的安装与地址分配

录数字量模块以8点，即每点一个字为单位

分配地址给模块。

I区Q区

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PLC的安装与地址分配

L模拟量模块以2点,即每点一个字为单位

分配地址给模块。

AQ区

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PLC的安装与地址分配

模块1■块2模块3模块4模块5模块6

4模拟量入4模拟量入

CPU224XP4入/4出8人8出

1模拟量出1模拟量出

10JOQOX)12JOQ2JDBJOAIW4AQW4Q3J0AIW12AQW8

10.1Q0.1£2.1Q2.1B.lAIW6AQW6Q3.1AIW14AQW10

102Q02122Q22B2AIW8Q32AIW16

103Q03123Q23133AIW10Q33AIW18

104Q0412.4Q2A134Q34

105Q05125Q25135Q35

WAQ0£12fQ2J613<6Q3J6

10.7Q0.712.7Q2.713.7Q3.7

I1DQUO

11.11』

112Q12扩展I/O

113Q13

114Q14

115QI5

UJ5QI6

U.7QI.7

AIWOAQW0

AIW2AQW2

本地I/O

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交流电源于直流电源的外部接线

图2-13交流电源系统的外部接线图2-14直流电源系统的外部接线

2012-8-21ShenzhenPolytechnic49

4对于感性负载的处理

晶

晶

体

体

管

管

输

曾

出

出

图2-15输出电路的处理

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、■习题

(i)可编程序控制器主要由——、——、——和——

组成。

(2)继电器的线圈“断电”时，其常开触点一，常

前触点---o

(3)外部的输入电路接通时，对应的输入映像寄存器

为——状态，梯形图中对应的常开触点——，常闭

触点---o

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s习题

■(4)若梯形图中输出Q的线圈“断电”，对应的输出

映像寄存器为——状态，在修改输出阶段后，继电

器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈——，其

常开触点——，外部负载——o

■2.整体式可编程序控制器与模块式可编程序控制

器各有什么特点?分别适用于什么场合？

■3.RAM与EEPROM各有什么特点?使用RAM存储用

户程序时应注意什么问题？

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习题

■4.交流数字量输入模块与直流输入模块分别适

用于什么场合？

■5.数字量输出模块有哪几种类型?它们各有什

么特点？

■6.简述可编程序控制器的扫描工作过程。

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动o

接

1

触

O

Q0.器

J

K

K

M

器输

出

寄

存

54

ShenzhenPolytechnic

2012-8-21

第3章

PLC的程序设计基础

主要讲解内容

派PLC的编程语言与程序结构

冰存储器的数据类型与寻址方式

派CPU的数据存储区

派STEP7-Mic「o/WIN软件使用

派PLC编程的基本指令系统

＞位逻辑指令

＞定时器指令，计数器指令

＞传送指令，移位指令等

2012-8-21ShenzhenPolytechnic56

&PLC的编程语言与程序结构

■PLC编程语言的国际标准IEC61131-3

■顺序功能图(SFC):分析,设计的基本方法;

-梯形图(LAD)：本门课程的主要方法:

■功能块图(FBD)

-指令表(STL)

■结构化文本(ST)|顺序功能图-

梯形图功能块图指令表结构文本

图3-1PLC的编程语言

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顺序功能图SFC与梯形图LAD

1.顺序功能图(SFC)

顺序功能图是分析，设计数字量控制的基本方法

步，转化，动作是顺序功能图的三种元件。

2.梯形图(LAD)

梯形图是使用最多的PLC编程语言。触点，线圈

和方框图表示;

C22M2.110.4T21,Q33,图3-2顺序功能图

H/HHH/H51飞）

Ml.310212.71

M2.2137

TI~~[IN_TON

IOO-IPT

图3-23题2的图

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、■语句表(STL)

———------

S7系列PLC将指令表称为语句表。

10.1Q03

HHs1)

(1)使用与汇编语言相似的助记符的表达式10.3Q03

THRi)

(2)语句表可以和梯形图相互转化10.4Q0.5

TH”i

10.5Q0.5

Hd)i

图3-14置位与复位

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PLC的程序结构

■PLC的程序结构

S7-200CPU的控制程序由主程序，子程序和中断

程序组成；

■主程序：（0B1）每个项目只有一个主程序，在主程

序中可以调用子程序和中断程序；

■子程序：可选的指令的集合，仅在被其他程序调

用时执行。

■中断程序：中断程序不是被主程序调用，他们在

中断事件发生时由操作系统调用；

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j存储器数据类型与寻址方式

数据格式含义数据长度（位）数据类型取值范围

BOOL位1布尔数真1,假。

BYTE字节8无符号整数0〜255

INT整数16有符号整数-32768〜32767

WORD字16无符号整数0-65535

DINT双整数32有符号整数-2147483648〜2147483647

DWORD双字32无符号整数。〜4294967295

IEEE32位-3.402823E+38〜L175495E-38

REAL实数32

单精度浮点数L175495E-38〜3.402823E+38

ASCII8字符列表ASCH字符

STRING字符串