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1、精选优质文档-倾情为你奉上可编程序控制器原理与应用基础刘凤春 著 机械工业出版社第一章 可编程序控制器概述1.1.1 可编程序控制器的由来P11969年，美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程序控制器，在通用汽车公司（GM）的汽车自动装配线上试用获得成功。由此诞生了可编程序控制器技术。1.2.1 可编程序控制器的特点P4专心-专注-专业1、可靠性高，抗干扰能力强2、功能完善，通用性强3、编程方法简单，容易掌握4、设计容易，安装快捷，维护方便5、体积小，重量轻，功耗低6、各公司的PLC互不兼容一般大、中型PLC采用模块式结构，小型PLC采用整体式结构。第二章 可编程序控制器的基本原理
2、2.2.1 中央处理单元P19（1）中央处理单元（CPU）是PLC的核心部分，是整个PLC系统的中枢。（2）中央处理单元（CPU）功能是：读入现场状态，控制信息储存，解读和执行用户程序，输出运算结果，执行系统自诊断程序以及与计算机等外部设备通信。（3）中央处理单元（CPU）由大规模或超大规模集成电路微处理器构成。（4）单片机作CPU的PLC具有如下特点：体积小，便于实现机体一体化；其逻辑处理能力更加突出；使用集成了通信功能的单片机还非常有利于PLC通信程序的处理。（5）用位片式微处理器作CPU的PLC具有如下特点：高速度，高精度的运算控制能力；可以根据用户的要求自行定义指令，从而大大简化了控制
3、程序的设计2.2.3 输入/输出模块P21数字量输出接口电路：分类（原理见P21）：（1）晶体管输出接口电路（用于驱动直流负载） 特点：响应速度快、使用寿命长（2）晶闸管输出接口电路（用以驱动直流或交流任意类型的负载）（3）继电器输出接口电路（用以驱动直流或交流任意类型的负载）。由于继电器的电器寿命较晶体管或晶体闸管短，响应速度也比较慢，在需要输出点频繁通段的场合（如高频脉冲输出），应选用晶体管或晶闸管输出型的PLC。模拟量输入接口电路有三部分组成：输入滤波电路、放大电路和模拟量与数字量转换（A/D）。模拟量输出接口：数字量与模拟量（D/A）转换电路、电压输出缓存电路、电压-电流转换电路。在西
4、门子S7-200PLC中，一路模拟量转换为12位数字量，存放在输入影响寄存器AI中，占用AI一个字长（16位）。待输出的模拟量转换前为12位数字量存放在AQ中，占用AQ一个字长（16位）。2.2.5 只能模块P261、高速计数器模块 用以累计CPU扫描速度不能控制的高速事件，使用高速计数器能实现精确的控制，而不受CPU扫描周期的限制。通过总线接口与PLC的系统总线相连，由此进行信息交换。一般用作驱动鼓形计时器设备。2、通信模块 现代PLC都具有通信功能，因此各种通信模块必不可少。PLC的通信模块大都带微处理器，用以实现与其他PLC、智能控制设备或上位计算机之间的通信。远程I/O系统也必须配备相
5、应的通信模块。2.3.2 PLC的扫描工作过程P28（1）输入采样阶段（2）程序执行阶段（3）处理通信请求（4）执行CPU的自诊断测试（5）输出刷新阶段2.4.1 PLC软件的基本概念P32PLC系统的软件由系统软件与用户程序两大部分组成。系统软件：生产厂商编制好的并已固化在机内的，用于系统管理（运行管理、存储空间管理、系统自检程序）、用户指令解释以及提供标准程序模块和系统调用程序等。用户程序：为了实现广泛的控制任务由用户使用生产厂家提供的编程软件编制的应用管理程序。用户的应用程序存放在用户存储器内可以随时修改。同一台PLC，为其编制不同的应用程序就可以实现不同的控制程序。PLC采用面向控制过
6、程、面向问题的“自然语言”编程。1994年5月，国际电工委员会（IEC）公布的可编程序控制器语言标准IEC 1131-3，详细说明了句法和语义，并提供了功能表图、梯形图、功能块图、指令表、结构文本等5种通用的编程语言。其中梯形图编程语言、指令表编程语言和功能块图编程语言是编制用户程序最常用的编程语言。指令系统：为替代继电器实现控制策略，以完成类似继电气线路的控制系统梯形图，而编制的一套控制算法功能块（或子程序）。被固化在存储器POM中，用户在编制应用程序时可以调用。指令系统大致可分为基本指令和扩展指令两类。用户程序由主程序、子程序和终端程序三种类型的程序构成。主程序是程序的主体部分，由许多指令
7、组成，主程序中的指令按顺序在CPU的每个扫描周期执行一次。子程序是程序的可选部分，只有当主程序调用他们时才被执行。中断程序也是程序的可选部分，只有当中断事件发生时才能够执行。第三章 S7-200 PLC的硬件系统3.1.1 S7-200 CPU模块P38三个运行状态指示灯：事故状态SF、运行状态RUN和停止状态STOP。两种工作模式：停止模式和运行模式改变工作模式的三种方法：1、使用CPU模块上的模块开关2、将模式开关拨到RUN或TERM，由编程软件控制CPU的运行和停止3、在程序中插入STOP指令，使之在条件满足时将CPU设置为停止模式。3.1.4 扩展模块P42扩展模块可以分为：数字量输入
8、和输出扩展模块、模拟量输入和输出扩展模块、温度测量扩展模块、定位控制模块、通信模块。数字量输入输出扩展模块类型：数字量输入扩展模块、数字量输出扩展模块、数字量输入/输出扩展模块。模拟量输入输出扩展模块类型：模拟量输入扩展模块、模拟量输出扩展模块、模拟量输入/输出扩展模块。通信模块：通信模块属于智能模块，智能模块中内部具有自身的CPU。温度测量扩展模块有两种类型：（1）4输入通道的热电偶输入模块 几个输入通道所使用的热电偶必须是同一类型的（1）2输入通道的热电阻输入模块 几个输入通道所使用的热电阻必须是同一类型的3.2.1 S7-200 CPU数据存储器的分配和地址P44存储区分为：（1）输入/
9、出映像寄存器I/Q（2）模拟量输入AI（3）模拟量输出AQ（4）变量存储器V（5）位存储区M（6）特殊存储器SM（7）定时器T（8）计数器C（9）高速计数器HC（10）顺序控制继电器S（11）累加寄存器AC（12）局部存储器L3.2.2 数据存储器的功能及其寻址P47寻址格式：位寻址： I/Q/V/M/SM/S/L【字节地址】.【位号】 字节、字、双子寻址： I/Q/V/M/SM/S/L【数据长度】【起始字节地址】定时器存储器T：T【定时器号】 计数器存储器C：C【定时器号】 高速计数器存储器HC：HC【高速计数器号】累加器AC：AC0/1/2/3 模拟量输入存储区AI：AIW【起始字节地址】
10、 模拟输出存储区AQ：AQW【起始字节地址】特殊存储器SM0的8个状态位的意义: （1）SM0.0 RUN监督位。PLC在RUN状态时，SM0.0始终唯一。（2）SM0.1 初始脉冲。PLC由STOP转为RUN时的第一个扫描周期内为1态。用途之一为调用初始化子程序。（3）SM0.2 当RAM中保存的数据丢失时，SM0.2在第一个扫描周期内为1态。该位可用作错误存储器位，或用来调用特殊启动顺序功能（4）SM0.3 开机后进入RUN方式时，该位在第一个扫描周期内为1态。该位可以用作于在启动操作之前给设备提供一个预热时间（5）SM0.4 分脉冲时钟信号。该位提供了一个占空比为50%的分脉冲（周期为一
11、分钟），可以作为延时使用（6）SM0.5 秒脉冲时钟信号。该位提供了一个占空比为50%的秒脉冲（周期为一秒），可以作为延时使用（7）SM0.6 扫描时钟。一个扫描周期为1态，下一个扫描周期为0态，交替循环。可以作为扫描计数器的输入（8）SM0.7 该位指示CPU工作方式开关的位置。0为TERM位置，1为RUN位置。当开关在RUN位置时，用该位来启动自由口通信方式。当切换到TERM位置时同编程设备的正常通信有效。第四章 S7-200 PLC的指令系统4.1.3 正跳变和负跳变检测指令P58正跳变和负跳变检测指令是用于检测输入信号变化的指令。正跳变指令（P）在检测到每一次正跳变（从OFF到ON）时
12、，让能流通过一个扫描周期。负跳变指令（N）在检测到每一次负跳变（从ON到OFF）时，让能流通过一个扫描周期。4.2.1 定时器指令P63使用定时器指令可以完成基于时间的计数功能。S7-200 PLC提供了接通延时、有记忆接通延时和断开延时3种定时器指令。（1）接通延时定时器指令TON 当时使能输入IN接通时，接通延时定时器（Txxx）开始计时，当定时器的当前值（Txxx）大于等于预设值PT时，该定时器位置被置位（Txxx=1），并且定时器继续计时一直计到最大值32767。无论定时器的定时时间是否达到，只要使能输入IN断开，该定时器立即被复位，即清除定时器的当前值，定时器位被置0。接通延时定时器
13、TON用于单一时间间隔的定时，相当于通电延时的时间继电器。（2）有记忆接通延时定时器指令TONR 当使能输入IN接通时，有记忆接通延时定时器（Txxx）开始计时，当定时器的当前值（Txxx）大于等于预设值PT时，该定时器位置被置位（Txxx=1），并且定时器继续计时一直计到最大值32767。当未达到预设值PT时，而使能输入IN断开时，有记忆接通延时定时器的当前值保持不变；当使能输入IN再次接通时，该定时器在前次计时的基础上，继续计时。有记忆接通延时定时器主要用于累计输入信号的接通时间（或说累计许多时间间隔）。该定时器不能自动复位，需要利用复位指令（R）使其复位。（3）断开延时定时器指令TOF
14、当使能输入IN接通时，定时器位立即被接通，并把当前值设为0。当使能输入IN断开时，定时器开始计时，当达到预设值PT时，定时器位立即被断开，并停止计时当前值。当使能输入IN断开的时间短于预设时间时，定时器位保持接通。如果TOF定时器在顺控（SCR）区时，而且顺控区没有启动，TOF定时器的当前值设为0，定时器位设置为断开，当前值不计时。断开延时定时器相当于断开延时的时间继电器，可以用于故障事件后的时间延时，或用于多台电动机之间的顺序延时停机。对于1ms分辨率的定时器，是对1ms的时间间隔进行计数。执行定时器指令启动定时时，每隔1ms刷新一次定时器位和定时器当前值，与扫描周期不同步。也就是说，定时器
15、位和定时器当前值在扫描周期大于1ms的一个周期中要刷新几次。对于10ms分辨率的定时期，是对10ms的时间间隔进行计数。执行定时器指令启动定时时，在每次扫描周期的开始刷新一次定时器位和定时器当前值。也就是说，在一个扫描周期内定时器位和定时器当前值保持不变，只是在扫描周期开始时把累积的10ms的间隔数加到启动的定时器的当前值。对于100ms分辨率的定时器，是对100ms的时间间隔进行计数。执行定时器指令启动定时时，在每次扫描周期的开始并且定时器指令被执行时才能刷新一次定时器位和定时器当前值。如果100ms定时器已被激活，但是并不是每个扫描周期都要执行定时器指令，定时器的当前值在这些扫描周期不被刷
16、新，造成时间丢失。同样的，如果在一个扫描周期内有多次执行相同的100ms定时器指令，就会造成多计时间。因此，100ms定时器仅用在定时器指令每个扫描周期精确的被执行一次的地方。4.2.2 计数器指令P68增计数器指令CTU：在每一个CU输入的上升沿（从OFF到ON）递增计数（累加1）计数器在达到最大值32767时，停止计数。当当前计数值大于或等于预置计数值PV时，该计数器位被置位。当复位输入R置位或者执行复位指令时，计数器被复位（计数器位被复位，计数值的当前值被清零）。减计数器指令CTD：在每一个CD输入的上升沿（从OFF到ON）从预设值开始递减计数（累减1）。当当前计数值等于0时，该计数器位
17、被置位，并停止计数。当装载输入LD端接通时，计数器复位并把预设值PV装入当前值（CV）。4.6.1 字节、字、双子和实数的传送指令P84字节传送指令MOVB 把输入字节IN传送到输出字节OUT，在传送过程中不改变字节的大小字传送指令 MOVW把输入字IN传送到输出字OUT，在传送过程中不改变字的大小双字传送指令MOVD把输入双字IN传送到输出双字OUT，在传送过程中不改变的双字大小实数传送指令MOVR把输入双字IN传送到输出双子OUT，在传送过程中不改变实数的大小使ENO的错误条件是：SM4.3（运行时间）；0006（间接寻址）4.10.2 跳转指令和标号指令P108跳转指令JMP可使程序流程
18、转到同一程序中的具体标号n处，当这种跳转执行时，栈顶的值总是逻辑1。标号指令LBL标记跳转目的地的位置n。跳转指令和标号指令必须用在主程序、子程序或中断程序中。不能从主程序跳到子程序或中断程序，同样不能从子程序或中断程序跳出。可以在主程序、子程序或中断程序中使用跳转指令和标号指令，即JMP和相应的标号LBL必须总在同一段程序中。4.10.3 循环指令P109循环指令标记循环的开始，NEXT标记循环的结束，POR指令和NEXT指令必须成对使用。INDX为当前循环计数值，INIT为初值，FINAL为终值。EN为0时表示没有能流通过，为1时有能流通过。ENO为0时表示指令执行失败，为1时指令执行成功
19、。如果初值大于终值，那么循环体不被执行。每次执行一次循环体，当前循环计数值增加1，并且将其结果同终值做比较，如果大于终值，那么终止循环。使用FOR/NEXT循环，指令的规则如下：（1）如果允许FOR/NEXT循环，循环体就一直循环执行直到循环结束，除非在循环内部修改了终值。在FOR/NEXT循环执行的过程中可以修改循环指令的参数值。（2）当循环再次被允许时，他把初始值复制到指针值中（当前循环次数），当下一次允许时，FOR/NEXT指令复位他自己。（3）循环指令可以潜逃使用，即一个FOR和NEXT循环在另一个FOR和NEXT循环之内。循环嵌套的深度可达8层。4.10.4 顺序控制继电器指令P11
20、0LSCR指令标记一个顺序控制继电器SCR段的开始。当n=1时，允许该SCR段工作。SCR段必须使用SCRE指令结束。SCRT指令执行SCR段的转移。当n=1时，一方面对下一个SCR使能位（S位）位置，以便下一个SCR段工作；另一方面又同时对本SCR使能位（S位）复位，以使本SCR段停止工作。SCRE指令标示一个SCR段的结束LSCR指令把S位的引用放到SCR堆栈和逻辑堆栈中。SCR堆栈中的值决定了该SCR段是否执行。使用SCR指令的规则：（1）不能把同一个S位用于不同的程序中。（2）在SCR段中不能使用JMP和LBL指令，也就是说不允许跳入、跳出或在内部跳转。可以在SCR段的附近使用跳转和标
21、号指令。（3）在SCR段中不能使用FORNEXT和END指令。使用顺序控制继电器指令能够实现程序的分支控制和合并控制。一个顺序控制状态流（或称为一个序列）肯能转入多个可能的控制流中的某一个，到底进入哪一个控制流，取决于控制流前面的转换条件，哪一个转换条件首先为真，则程序进入相应的控制流，这就是基于转换条件的控制流的选择性分支控制。一个顺序控制状态流基于同一个转换条件同时分为2个或2个以上不同分支控制流（或称为多个序列）。当一个控制状态流分离成多个并行分支时，所有的分支控制状态流必须同时激活。当多个控制流产生相同结果时，可以把这些控制流合并成一个控制流，称此为控制状态流的合并。控制流的合并有两种
22、情况：一、选择性控制流的合并；二、并行控制流的合并。第五章 可编程控制器程序设计基础5.2.2 定时器应用程序P127看懂图5-8脉冲信号发生器程序P1285.3.1 PLC程序的移植设技法P132重点了解例5-2P1345.3.2 PLC程序的经验设计法P135重点了解例5-3P135与例5-4P137互锁：保证多个线圈不会被同时接通；自锁：利用输出线圈自身的常开触点使线圈保持持续接通状态的功能。第六章 可编程序控制器的通信及网络6.1.2 网络概述P170网络拓扑结构（1）星形结构 特点：结构简单、便于控制、建网容易、数据流向明确便于程序集中开发和资源共享。（2）树形结构 特点：主机位于树的最顶层，结构中处于较高位置的站点控制位于他下面的站点的数据通信（3）环形结构 特点：结构简单，挂接或摘除节点容易，路径选择控制简化（4）总线型结构 特点：结构简单、易于扩充，可连接多种不同传送速率、不同数据类型的节点，网络响应速度快，共享资源能力强。6.3.2 单主站通信网络应用实例P180看懂图6-12 2号机通信程序P182