第5章 PLC的基本知识-电气控制与PLC应用专业课程课件

5.1PLC的组成和工作原理本章主要内容第5章PLC的基本知识5.2PLC的结构、性能及寻址方式5.3STEP7-Micro/WIN编程软件介绍

5.1PLC的组成和工作原理5.1.1PLC的组成和基本工作原理1．PLC的组成PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成，如图5-1所示。图5-1PLC控制系统示意图1.CPU模块

CPU模块主要由微处理器（CPU）和存储器组成。

CPU模块不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出，存储器用来储存程序和数据。

PLC的存储器有两种，一种是可进行读/写操作的随机存储器RAM；另一种为只读存储器ROM、PROM、EPROM、EEPROM。PLC中的RAM用来存放用户编制的程序或用户数据，存于RAM中的程序可随意修改。

2.I/O模块

输入模块和输出模块简称为I/O模块，这是PLC与被控设备相连接的接口电路，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。它包括直流输入模块、交流输入模块和交、直流输入模块。图5-2所示电路为直流输入模块电路。1）输入模块图5-2

直流输入模块电路2）输出模块输出模块用来控制接触器、电磁铁、指示灯、电磁阀、数字显示装置、报警装置等输出设备。模拟输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。输出模块有交流输出、真流输出及交、直流输出三种形式。交流输出如图5-3所示。图5-3继电器输出模块电路

图5-4

场效应管输出电路

图5-4为场效应晶体管型输出模块电路，适用于直流负载，它的可靠性高、反应速度快、寿命长，但是过载能力稍差些。编程器用来生成用户程序，并用它进行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行情况。3）编程器

PLC一般使用AC220

V电源或DC24

V电源。小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器提供DC24

V电源，驱动PLC负载的交、直流电源一般由用户提供。4）电源

2．PLC的工作原理

PLC是按照集中采样、集中扫描的工作方式工作的。整个工作过程可分为5个阶段：如图5-5所示。（1）自诊断

（2）通信处理

图5-5PLC扫描工作过程（3）读取输入

（4）执行程序

（5）改写输出

PLC经过这5个阶段的工作过程，称为1个扫描周期，在不考虑通信处理时，扫描周期T的大小为：T

=

(输入/点时间

×

输入点数)

+

(运算速度

×

程序步数)

+(输出/点时间

×

输出点数)

+

故障诊断时间

5.1.2PLC的性能、分类及特点1．PLC的性能指标（1）

I/O总点数（2）存储器容量（3）编程语言（4）扫描时间（5）内部寄存器的种类和数量（6）通信能力2．PLC的分类根据硬件结构的不同，可将PLC分为整体式、模块式和混合式

按I/O点数不同，PLC可分为小型、中型和大型3类。（1）小型PLC这类PLC的规模较小，它的输入/输出点数一般在20～128点。其中I/O点数小于64点的PLC又称超小型PLC，一般为整体式。（2）中型PLC中型PLC的I/O点数通常在128～512点之间，用户程序存储器的容量为2

KB～8

KB。（3）大型PLC大型PLC又称高档PLC，I/O点数在512点以上，其中I/O点数大于8192点的又称为超大型PLC，用户程序存储器容量在8

KB以上。3．PLC的主要特点（1）操作方便（5）体积小、能耗低（4）系统的设计、安装、调试工作量少（3）控制功能强（2）可靠性高

5.2PLC的结构、性能及寻址方式5.2.1S7-200系列PLC的外部结构图5-6S7-200系列PLC外部结构1.PLC各部件的功能输入接线端子CPU状态指示灯输出接线端子输入状态指示灯通信接口扩展接口输出状态指示灯2.输入输出接线输入接线

CPU224的主机共有14个输入点（I0.0～I0.7、I1.0～I1.5）和10个输出点（Q0.0～Q0.7、Q1.0～Q1.1）。输出接线

CPU224的输出电路有场效应晶体管输出电路和继电器输出电路两种供用户选用。如图5-7所示。图5-7CPU224输入/输出接线图5.2.2S7-200系列PLC的性能

PLC的CPU性能主要描述PLC的存储器能力、指令运行时间、各种特殊功能等。这些技术性指标是选用PLC的依据，如表5-1所示。

1.CPU模块性能PLC的I/O模块性能主要是描述I/O模块电路的电气性能，如电流、电压的大小，通断时间，隔离方式等。CPU22X系列PLC的输入特性如表5-2所示，输出特性如表5-3所示。2.I/O模块性能5.2.3PLC的编程语言与程序结构1.CPU的编程语言图5-8PLC的编程语言IEC61131-3详细地说明了下述5种编程语言，如图5-8所示。①顺序功能图（SequentialFunctionChart，SFC）②梯形图（LadderDiagram，LD）③功能块图（FunctionBlockDiagram，FBD）④指令表（InstructionList，IL）⑤结构文本（StructuredText，ST）这是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序。（1）顺序功能图梯形图是使用最多的PLC图形编程语言，如图5-9

所示（2）梯形图

图5-9

梯形图与指令表图5-10

功能块图（3）功能块图功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，如图5-10所示。（4）语句表（5）结构文本（6）编程语言的相互转换和选用S7-200系列PLC，CPU的控制程序由主程序、子程序和中断程序组成。2.S7-200的程序结构（1）主程序主程序是程序的主体，每一个项目都必须并且只能有一个主程序。

（2）子程序子程序仅在被其他程序调用时执行。同一个子程序可以在不同的地方被多次调用。

（3）中断程序中断程序用来及时处理与用户程序的执行时序无关的操作，或者不能事先预测何时发生的中断事件。

5.2.4S7-200系列PLC的内存结构及寻址方式1.内存结构（1）输入映像寄存器（I）输入映像寄存器与PLC的输入点相连，如图5-11（a）所示。图5-11

输入/输出映像寄存器示意图（2）输出映像寄存器（Q）输出映像寄存器如图5-11（b）所示。（3）变量存储器（V）（4）位存储器（M）（5）特殊存储器（SM）（6）顺序控制继电器（S）（7）局部变量存储器（L）（8）定时器（T）（9）计数器（C）（10）累加器（AC）（11）高速计数器（HC）（12）模拟量输入映像寄存器（AI）（13）模拟量输出映像寄存器（AQ）2.寻址方式（1）编址方式

字编址：寄存器标识符+字长度（W）+起始字节号，如VW0表示VB0、

VB1这两个字

位编址：寄存器标识符+字节地址+位地址，如I0.1、M0.0、Q0.3等。字节编址：寄存器标识符+字节长度（B）+字节号，如IB0、VB10、QB0等。双字编址：寄存器标识符+双字长度（D）+起始字节号，如VD20表示由

VW20、VW21这两个字组成的双字或由VB20、VB21、VB22、

VB23这4个字节组成的双字。字节、字、双字的编址方式如图5-12所示。图5-12

字节、字、双字的编址方式（2）寻址方式1）立即寻址不同数据的取值范围如表5-4所示。数据大小无符号数范围有符号数范围十进制十六进制十进制十六进制字节（8位）0～2550～FF−128～+12780～7F字（16位）0～65

5350～FFFF－32

768～+32

76888

000～7FFF

双字（32位）0～4

294

967

2950～FFFFFFFF−2

147

483

648～+2

147

483

647800

000

000～7FFFFFFF

表5-4

数据大小范围及相关整数范围2）直接寻址3）间接寻址

使用指针的间接寻址如图5-13

所示图5-13

使用指针的间接寻址S7-200系列PLC的存储器寻址范围如表5-5所示。表5-5 S7-200系列PLC的存储器寻址范围寻址方式CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226位存取（字节、位）I0.0～I15.7Q0.0～Q15.7M0.0～M31.7T0～T255C0～C255L0.0～L59.7V0.0～V2047.7V0.0～8191.7V0.0～V10

239.7SM0.0～SM179.7SM0.0～SM199.7SM0.0～SM549.7字节存取IB0～IB15QB0～QB15MB0～MB31SB0～SB31LB0～LB59AC0～AC3VB0～VB2

047VB0～VB8

191VB0～VB10

239SMB0.0～SMB179SMB0.0～SMB299SMB0.0～SMB549字存取IW0～IW14QW0～QW14MW0～MW30SW0～SW30T0～T255CO～C255LW0～LW58AC0～AC3VW0～VW2

046VW0～VW8

190VW0～VW10

238SMW0～SMW178SMW0～SMW298SMW0～SMW548AIW0～AIW30AQW0～AQW30AIW0～AIW62AQW0～AQW30双字存取ID0～ID2044QD0～QD12MD0～MD28SD0～SD28LD0～LD56AC0～AC3VD0～VD2

044VD0～VD8

188VD0～VD10

236SMD0～SMD176SMD0～SMD296SMD0～SMD5465.3

STEP7-Micro/WIN编程软件介绍5.3.1编程软件的安装与项目的组成1.编程软件的安装2.项目的组成（1）程序块（2）数据块（3）系统块（4）符号表（5）状态表（6）交叉引用（7）项目中各部分的参数设置5.3.2STEP7-Micro/WIN主界面1.主菜单文件菜单帮助菜单编辑菜单PLC菜单工具菜单窗口菜单调试菜单查看菜单