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1、可编程序控制器及应用可编程序控制器及应用全有文档全有文档 可编程序控制器及应用可编程序控制器及应用一、课程设置一、课程设置v34学时学时 实验实验4 学分学分2 专业方向课专业方向课(选修选修)二、教学内容二、教学内容1.了解了解PLC的硬件结构的硬件结构,工作原理工作原理.2.掌握软件指令系统和控制功能掌握软件指令系统和控制功能,软件编程技巧软件编程技巧.教材教材:廖常初廖常初.PLC编程及应用编程及应用 2版版.机工出版社机工出版社三、教学要求三、教学要求现代工业控制三大支柱（现代工业控制三大支柱（PLC;NC;ROBOT)之一。v成绩：平时成绩：平时20%（作业（作业10%、出勤、出勤1
2、0%）期末）期末80%。目目 录录第一章第一章第一章第一章 概述概述概述概述第二章第二章第二章第二章 PLC PLC PLC PLC硬件结构和工作原理硬件结构和工作原理硬件结构和工作原理硬件结构和工作原理第三章第三章第三章第三章 PLC PLC PLC PLC的程序设计基础的程序设计基础的程序设计基础的程序设计基础第四章第四章第四章第四章 数字量控制系统梯形图设计方法数字量控制系统梯形图设计方法数字量控制系统梯形图设计方法数字量控制系统梯形图设计方法第五章第五章第五章第五章 顺序控制梯形图的设计方法顺序控制梯形图的设计方法顺序控制梯形图的设计方法顺序控制梯形图的设计方法第六章第六章第六章第六章
3、 PLC PLC PLC PLC的功能指令的功能指令的功能指令的功能指令第七章第七章第七章第七章 PLC PLC PLC PLC的通信与自动化通信网络的通信与自动化通信网络的通信与自动化通信网络的通信与自动化通信网络第八章第八章第八章第八章 PLC PLC PLC PLC应用中的一些问题应用中的一些问题应用中的一些问题应用中的一些问题第第1章章 概概 述述v 定义v 分类v 特点v 应用领域v 国内外状况v 发展趋势第第1章章 概概 述述11 可编程序控制器的定义可编程序控制器的定义v可编程序控制器可编程序控制器(Programmable Controller)简称为简称为PC v可编程序逻辑
4、控制器可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Cntroller)。简称为。简称为PLC v一一、可编程序控制器的历史可编程序控制器的历史v20世纪世纪70年代前年代前 继电器接触器控制系统继电器接触器控制系统v优点：结构简单、价格低廉。优点：结构简单、价格低廉。v缺点：灵活性差、可靠性低。缺点：灵活性差、可靠性低。v 1968年年美美国国最最大大的的汽汽车车制制造造厂厂家家通通用用汽汽车车公公司司(GM)为为了了适适应应汽汽车车型型号号不不断断更更新新的的需需要要，提提出出了了十十条条技技术术指指标标在在社社会会上上公公开开招招标标，制制造造一一种种新新型型的的工工业业控控
5、制制装装置置，提提出出了了研研制制可可编编程程序序控控制制器器的的基基本本设设想想，即即v (1)能用于工业现场。能用于工业现场。v (2)能能改改变变其其控控制制“逻逻辑辑”，而而不不需需要要变变动动组组成成它它的的元件和修改内部接线。元件和修改内部接线。v (3)出现故障时易于诊断和维修。出现故障时易于诊断和维修。v 1969年年，美美国国数数字字设设备备公公司司(DEC)研研制制出出了了世世界界上上第第一一台台PLC。并并在在GM公公司司汽汽车车生生产产线线上上首首次次应应用用成成功功。（逻辑、计时、计数）（逻辑、计时、计数）1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为可编程序
6、控制器（Programmable Controller），简称 PC国际电工委员会（IEC）于 1982.11月;1985.1和987.2发布了可编程序控制器标准草案的第1，2，3稿。在第3稿中对可编程序控制器作了如下的定义：可可编编程程序序控控制制器器是是一一种种数数字字运运算算操操作作的的电电子子系系统统，专专为为在在工工业业环环境境下下应应用用而而设设计计。它它采采用用可可编编程程序序的的存存储储器器，用用来来在在其其内内部部存存储储执执行行逻逻辑辑运运算算、顺顺序序控控制制、定定时时、计计数数和和算算术术运运算算等等操操作作的的指指令令，并并通通过过数数字字式式、模模拟拟式式的的输输入
7、入和和输输出出，控控制制各各种种类类型型的的机机械械或或生生产产过过程程。可可编编程程序序控控制制器器及及其其有有关关设设备备，都都应应按按易易于于使使工工业业控控制制系系统统形形成成一一个个整整体体，易易于于扩扩充充其功能的原则设计其功能的原则设计。”v定义强调了PLC是：v 1 数字运算操作的电子系统数字运算操作的电子系统也是一种计算也是一种计算机机v 2 专为在工业环境下应用而设计专为在工业环境下应用而设计v 3 面向用户指令面向用户指令编程方便编程方便v 4 逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作v 5 数字量或模拟量输入输出控制数字量或模拟量输入
8、输出控制v 6 易与控制系统联成一体易与控制系统联成一体v 7 易于扩充易于扩充v v1.2 PLC的分类v（1）按）按 IO点数分类点数分类vIO点数小于点数小于 32为微型为微型PLC；vIO点数在点数在32128为微小型为微小型PLC；vIO点数在点数在128256为为小型小型PLC；vIO点九在点九在2561024为为中型中型PLC；vIO点数大于点数大于1024为为大型大型PLC；vIO点数在点数在4000以上为超大型以上为超大型PLC。以上划分不包括模拟量以上划分不包括模拟量I0点数，且划分界限不点数，且划分界限不是固定不变的。是固定不变的。（2）按结构形式分类）按结构形式分类v整
9、体式整体式PLC：又称单元式或箱体式。整体式又称单元式或箱体式。整体式PLC是将电源、是将电源、CPU、I0部件都集中装在一个机箱部件都集中装在一个机箱内。一般小型内。一般小型PLC采用这种结构。采用这种结构。v模块式模块式PLC：将将PLC各部分分成若干个单独的模各部分分成若干个单独的模块，如块，如 CPU模块、模块、I0模块、电源模块和各种功模块、电源模块和各种功能模块。模块式能模块。模块式PLC由框架和各种模块组成。模由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型块插在插座上。一般大、中型PLC采用模块式结采用模块式结构，有的小型构，有的小型PLC也采用这种结构。也采用这种结构。v有
10、的有的PLC将整体式和模块式结合起来，称为将整体式和模块式结合起来，称为叠装叠装式式PLC。电源模块CPU模块底 板IO模块模块式模块式1.3 PLC的特点优点：1编程方法简单易学编程方法简单易学2可靠性高可靠性高,抗干扰能力强抗干扰能力强 3通用性强通用性强4系统的设计、安装、调试工作量少系统的设计、安装、调试工作量少 5维修工作量小，维修方便维修工作量小，维修方便6体积小，能耗低体积小，能耗低 vv缺点：v1.主要是主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚至连
11、机柜、电源模板亦各不模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。相同。v2.编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的言结构均不一致，因此各公司的 PLC互不兼容。互不兼容。vSIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基等公司已经开发出以个人计算机为基础，在础，在Windows平台下，结合平台下，结合IEC11313国际国际标准的新一代开放体系结构标准的新一代开放体系结构的PLC。1.4 PLC的应用领域的应用领域 PLC在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内外已广泛应 用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食
12、品、交通等行业。经验表明，80 以上的工业控制可以使用PLC来完成。主要有以下几个方面：1.数字量逻辑控制数字量逻辑控制2.运动控制运动控制3.闭环过程控制闭环过程控制4.数据处理数据处理5.通信联网通信联网1.4 PLC的国内外现状的国内外现状v1969年美国研制出世界上第一台PLC以后，日本、德国、法国等国相继研制了各自的PLC。v70年代中期，PLC进入了实用化阶段。v70年代末和 80年代初，PLC进入了成熟阶段。美国PLC发展得最快：v1984年有48家，生产150多种PLC；v1987年有63家，生产243种PLC；v1996年有70余家，生产近300种PLC。v著名厂家有AB（A
13、llenBradley）艾伦一布拉德利公司，MODICON莫迪康公司，GEFSNUC公司，TI（Texas Instrument）德州仪器公司，WESTHOUSE Electric西屋电气公司，IPM（International Parallel Machines）国际并行机器公司等。欧洲PLC的厂家有60余家:西门子（Siemens）于1973年研制出第一台PLC。v法国的TE(Telemecanique）(施耐德）v瑞士的Selectron公司等。1971年，日本从美国引进PLC技术，由日立公司研制成功日本第一台PLC。日本生产PLC的厂家有40余家：v三菱电机(MITSUBISHI),欧
14、姆龙(OMRON),v富士电机（Fuji Electric）,东芝（TOSHIBA）,v光洋（KOYO),松下电工（MEW）,v和泉（IDEC）,夏普(SHARP）,v安川等公司。我国在 70年代末和 80年代初开始引进PLC。我国早期独立研制PLC的单位有：v北京机械工业自动化研究所，v上海工业自动化仪表研究所，v大连组合机床研究所，v成都机床电器研究所，v中科院北京计算机所及自动化所，v长春一汽，v上海起重电器厂，v上海香岛机电公司，v上海自力电子设备厂等单位。v以上诸单位都没有形成规模化生产v辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产PLC；v无锡电器和日本光洋合资生产的 PLC;v中美合资的
15、厦门 AB公司生产的PLC；v上海香岛机电公司引进技术生产的PLC;v上海OMRON公司;v西安Siemens公司等。1.5PLC的发展趋势v（1）向高速度、大存储容量方向发展 （CPU处理速度nS级；内存2M字节）v（2）向多品种方向发展和提高可靠性 （超大型和超小型）v（3）产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼容的PLC）v（4）分散型、智能型、与现场总线兼容的I0v（5）加强联网和通信的能力v（6）控制的开放和模块化的体系结构OMAC（open Modular Architecture for ControlvvPLCPLC著名品牌著名品牌 1993年中国PLC市场排行榜上的世界十大厂家
16、：v美国 AB公司（AllenBradley）v德国西门子公司（Siemens）v美国GEFanuc公司v美国的莫迪康（Modicon）和法国的TE电器公司v日本欧姆公司（OMRON）v日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI）v日本富士电机株式会社（Fuji Electric）v日本东芝公司（TOSHIBA）v日本的光洋电子（KOYO）和中国的华光电子(CKE）v日本松下电工株式会社（MEW）：Matsushita Electric Works Ltd）根据美国 Automation Research Co（ARC）的商情调查，在1994年PLC市场上，最大的5家PLC制造商是:SIEME
17、NS，AllenBradly，（Rockwell)AEG Schneider，三菱电机,OMRON(立石电机）（1996年中国PLC市场）第二章第二章PLCPLC基本组成和工作原理基本组成和工作原理 PLC的基本组成PLC的工作原理的工作原理2.1 PLC的基本组成的基本组成v1.中央处理单元（中央处理单元（CPU）：）：(1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令(2)将各种输入信号取入将各种输入信号取入(3)把运算结果送到输出端把运算结果送到输出端(4)响应各种外部设备的请求响应各种外部设备的请求 v（1）通用处理器：8086、80286、8038
18、6v（2）单片机芯片：8031、8096v（3）位片式微处理器：AMD-2900v小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPUv中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPUv大型PLC多采用高速位片式微处理器v2.存储器存储器：v作用：存放系统程序，用户程序和数据。作用：存放系统程序，用户程序和数据。v系系统统程程序序：决决定定PLC的的基基本本智智能能，由由厂厂家家设设计计，并并存存入入ROM、EEPROM。用用户户不不能能修改。修改。v用用户户程程序序：根根据据要要求求，用用PLC的的编编程程语语言言，编编制制的的程程序序，用用户户用用编编程程器器写写入入RAM或或EEPROM。类型
19、类型 (1)随机存取存储器随机存取存储器(RAM)用用户户可可以以用用编编程程装装置置读读出出RAM中中的的内内容容，也也可可以以将将用用户户程程序序写写入入RAM，它它是是易易失失性性的的存存储储器器，它它的电源中断后，储存的信息将会丢失。的电源中断后，储存的信息将会丢失。(2)只读存储器只读存储器(ROM)ROM的的内内容容只只能能读读出出，不不能能写写入入。它它是是非非易易失失的的，它它的的电电源源消消失失后后，仍仍能能保保存存储储存存的的内内容容。ROM一般用来存放可编程序控制器的系统程序。一般用来存放可编程序控制器的系统程序。(3)可可 电电 擦擦 除除 可可 编编 程程 的的 只只
20、 读读 存存 储储 器器(EEPROM)它是非易失性的，但是可以用编程装置它是非易失性的，但是可以用编程装置对它编程兼有对它编程兼有ROM的非易失性和的非易失性和RAM的的随机存取优点，但是将信息写入它所需的时随机存取优点，但是将信息写入它所需的时间比间比RAM长得多。长得多。EEPROM用来存放用户用来存放用户程序和需长期保存的重要数据。程序和需长期保存的重要数据。3.输入、输出接口采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信
21、号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。输出三种形式：继电器-低速大功率 可控硅-高速大功率 晶体管-高速小功率（1）输入接口电路：）输入接口电路：采用采用光电耦合器，防止强电干扰。光电耦合器，防止强电干扰。COM光电三极管光电三极管发光二极管发光二极管直流电源直流电源输入端子输入端子+PLCXn+24V发光二极管发光二极管继电器输出继电器输出（2）输出接口电路：）输出接口电路：以以继电器形式为例：继电器形式为例：PLC内内部部电电路路内内部部电电路路J+交流电源或交流电源或直流电源直流电源YCOM-4.电源单元v把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电把
22、外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。源。v有的电源单元还向外提供有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源，可供隔离直流电源，可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。可编可编程序控制器使用程序控制器使用220V交流电源或交流电源或24V直流电源。内直流电源。内部的开关电源为各模块提供部的开关电源为各模块提供DC 5V、12V、24V等等直流电源。直流电源。可编程序控制器的电源一般采用开关式电源，其特点是输入可编程序控制器的电源一般采用开关式电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、
23、抗干扰性能好。各种接口、高功能模块：各种接口、高功能模块：便于扩展便于扩展 小型机：小型机：一体机。有接口可扩展。一体机。有接口可扩展。Power in a Small Package!电源模块CPU模块IO模块底 板中、大型机：中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合模块式。可根据需要在主板上随意组合。编程设备可以是专用编程设备可以是专用的手持式的编程器；也可的手持式的编程器；也可以是安装了专门的编程通以是安装了专门的编程通讯软件的个人计算机。讯软件的个人计算机。5.编程设备编程设备用户可以通过键盘输用户可以通过键盘输入和调试程序；另外在运入和调试程序；另外在运行时，还可以对整个控制行
24、时，还可以对整个控制过程进行监控。过程进行监控。PCFP PROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTL WLORR WRANY WYSTX WXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTC EVTMT SVACLRENTBAFEDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4(DELT)CLR手持式的编程器手持式的编程器1）.手手持持式式编编程程器器：不不能能直直接接输输人人和和编编辑辑梯梯形形图图，只只能能输输入入和和编编辑辑指指令令表表程程序序，因此又叫做指令编程器。因此又叫做指令编程器。2）.编编程程软软件件编编程程：在在屏屏幕幕上上直直
25、接接生生成成和和编编辑辑梯梯形形图图、指指令令表表、功功能能块块图图和和顺顺序序功功能能图图程程序序，并并可可以以实实现现不不同同编编程程语语言的相互转换。言的相互转换。PLC的物理结构PLC的外部接线2.2 2.2 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作模式可编程序控制器的工作模式工作模式工作模式：STOP：创创建建和和编编辑辑用用户户程程序序，设设置置PLC的的硬硬件件功功能，并可下栽到能，并可下栽到PLC。RUN:执行用户程序实现控制功能。执行用户程序实现控制功能。改变工作模式改变工作模式:1.用模式开关用模式开关2.用编程软件用编程软件3.在程序中插入在程
26、序中插入stopPLC在在RUN状态时，执行一次的扫描操作所需的时间称为扫描周期，其状态时，执行一次的扫描操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为典型值为1100ms。的工作原理建立I/O映像区输入点总有输入映象区的某一位输入点总有输入映象区的某一位与之相对应与之相对应 I/O映象区的大小与系统控映象区的大小与系统控制的规模有关制的规模有关 PLC工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映象区工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映象区对应的位上；将运算的结果存放到输出映象区对应的位上。对应的位上；将运算的结果存放到输出映象区对应的位上。PLC在执行用户程序时所需在执行用户程序时所需“输入继电
27、器输入继电器”、“输出继电输出继电器器”的数据取用于的数据取用于I/O映象区，而不直接与外部设备发生映象区，而不直接与外部设备发生关系关系。PLC工作过程定期检查用户程序存储器、定期检查用户程序存储器、I/O单元的连接、单元的连接、I/O总线是否正常，定期复位监控定时器总线是否正常，定期复位监控定时器WDTPLC之间以及之间以及PLC与与PC之间；之间；PLC与其他带与其他带微处理器的智能装置通信微处理器的智能装置通信编程器、终端设备、彩色图形显示器、打印机编程器、终端设备、彩色图形显示器、打印机 以扫描的方式按顺序逐句扫描处理，运算结果存以扫描的方式按顺序逐句扫描处理，运算结果存入输出映象区
28、对应位中入输出映象区对应位中 扫描的方式输入信号的状态存入输入映象区；结扫描的方式输入信号的状态存入输入映象区；结果存入输出映象区，直至传送到外部被控设备。果存入输出映象区，直至传送到外部被控设备。清除内部继电器区，复位定时器等，并进行自诊清除内部继电器区，复位定时器等，并进行自诊断，对电源、断，对电源、PLC内部电路、用户程序的语法进内部电路、用户程序的语法进行检查。行检查。用户程序的循环扫描过程 可编程序控制器对用户程序进行循环扫描可分为三个阶段进行，即输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段。输入、输出延迟响应 输入电路滤波时间，它由输入电路滤波时间，它由RC滤波电路的时间常数决定。滤波
29、电路的时间常数决定。改变时间常数可调整输入延迟时间。改变时间常数可调整输入延迟时间。PLC循环扫描的工作方式循环扫描的工作方式 用户程序中语句的安排用户程序中语句的安排 PLC对输入采样、输出刷新的集中处理方式对输入采样、输出刷新的集中处理方式 输出电路的滞后时间，它与输出电路的输出方式有关。输出电路的滞后时间，它与输出电路的输出方式有关。继电器输出方式的滞后时间为继电器输出方式的滞后时间为10ms左右；双向晶闸管输出左右；双向晶闸管输出方式，在接通负载时滞后时间约为方式，在接通负载时滞后时间约为1ms，切断负载时滞后时，切断负载时滞后时间小于间小于10ms；晶体管输出方式的滞后时间小于；晶体
30、管输出方式的滞后时间小于1ms。是指可编程序控制器的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有是指可编程序控制器的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，几十毫秒关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，几十毫秒。CPU读读输输入入输入输出延迟时间最短响应时间输入输入/输输出刷出刷新时新时间间最短响应时间=输入延迟时间+一个扫描周期+输出延迟时间CPU读读输输入入输入输入/输输出刷出刷新时新时间间输入输出延迟时间最长响应时间最长响应时间=输入延迟时间+两个扫描时间+输出延迟时间2.3 S7-2002.3 S7-200系列可编程序控制器系列可编程序控制器的
31、系统配置S7-200 CPU1.基本单元(S7-200 CPU模块)基本单元（S7-200CPU模块）也称为主机，它包括一个中央处理单元（CPU）、电源、数字量输入输出单元。基本单元可以构成一个独立的控制系统。组成vCPU模块的顶部端子盖内：电源及输出端子v底部端子盖内：输入端子及传感器电源 v中部右侧前盖内：CPU工作方式开关 （RUN/STOP）、模拟调节电位器和扩展I/O接口 v左侧：状态指示灯LED、存储卡、及通讯 口 v状态指示灯状态指示灯 显示CPU的工作方式、本机 I/O的状态、系统错误状态。存储卡（EEPOM卡）可以存储CPU程序。vRS-485的串行通讯端口的串行通讯端口 P
32、LC主机实现人一机对话、机机对话的通道。实现PLC与上位计算机的连接，实现PLC与PLC、编程器、彩色图形显示器、打印机等外部设备的连接。v扩展接口扩展接口 PLC主机与输入、输出扩展模块的接口，作扩展系统之用。主机与扩展模块之间由导轨固定，并用扩展电缆连接。（主机与扩展模块）（主机与扩展模块）2.个人计算机（PC）或编程器 个人计算机（PC）或编程器需装上STEP7-Micro/WIN32编程软件后，才可供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视等。要求个人计算机CPU为80586或更高的处理器，16M内存（最低要求为：CPU80486，8M内存）。3STEP7-Micro/WIN32编程软件
33、STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本基本功能功能是创建、编辑、调试用户程序、组态系统等。编程软件的使用环境使用环境：支持Windows的应用软件。4通讯电缆通讯电缆 通讯电缆是PLC用来与个人计算机（PC）实现通讯的。可以用PC/PPI电缆（RS232RS485），也可用一个通讯处理器（CP）和多点接口（MP1）电缆，或者用一块MPI卡及随MP1卡提供的一根通讯电缆。5人机界面人机界面 人机界面人机界面主要指专用操作员界面，例如操作员面板、触摸屏、文本显示器等，这些设备可以使用户通过友好的操作界面轻松地完成各种调整和控制的任务。基本功能v操作员面板和触摸屏：过程状态和过程控 制的可
34、视化。可以用Protool软件组 态它们的显 示与控制功能 v文本显示器：文本显示和实施操作。还可以扩展PLC的输入、输出端子数主机简介主机简介v S7-200 CPU22X系列产品：系列产品：CPU221模块、CPU222模块、CPU224模块、CPU226模块、CUP226XM模块。v CPU226模块I/O总点数总点数为40点（24/16 点），可带7个扩展模块；v 用户程序存储器容量容量为6.6K字；v 内置高速计数器，具有PID控制的功能；v 有2个高速脉冲输出端和2个RS-485通讯口；v 具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由口协议的通讯能力。CPU226AC/DC/继电器模块
35、输入、输出单元的接线图2.3.3 S7-200 PLC的接口模块的接口模块 S7-200 PLC的接口模块有数字量模块、模拟量模块、智能模块等。一、数字量模块数字量模块1.数字量输入模块分为直流输入模块和交流输入模块。每一个输入点可接收一个来自用户设备的离散信号（ON/OFF）。输入设备输入设备：按钮、限位开关、选择开关、继电器触点等。a.直流输入模块外部接线图：直流输入模块（EM221 824VDC）有8个数字量输入端子。接线图中，8个数字量输入点分成2组。1M、2M分别是2组输入点内部电路的公共端，每组需用户提供一个24VDC电源。b交流输入模块外部接线图：有8个分隔式数字量输入端子，每个
36、输入点都占用二个接线端子。它们各自使用1个独立的交流电源（由用户提供）。这些交流电源可以不同相。（交流I/O都是分隔式的）2.数字量输出模块 分为直流输出模块、交流输出模块、交直流输出模块三种（晶体管、晶闸管、继电器输出方式）。数字量输出模块的每一个输出点能控制一个用户的离散型（ON/OFF）负载。典型的负载包括：继电器线圈，接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等。每一个输出点与一个且仅与一个输出电路相连，输出电路把CPU运算处理的结果转换成能够驱动现场执行机构的各种大功率的开关信号。PLC的输出端子是PLC向外部负载发出控制命令的窗口。a.直流输出模块外部接线图：直流输出模块（EM222 824V
37、DC），有8个数字量输出点，接线图中8个数字量输出点分成2组。1L+、2L+分别是两组输出点内部电路的公共端，每组需用户提供一个DC24V的电流。b交流输出模块 外部接线图：交流输出模块交流输出模块（EM2228120V/230VAC），有8个分隔式数字量输出点，接线图中每个输出点占用二个接线端子，且它们各自都由用户提供一个独立的交流电源，这些交流电源可以不同相。c.交、直流输出模块（继电器输出方式）外部接线图：交直流输出模块（EM222 8继电器）有8个输出点，分成2组，1L、2L是每组输出点的公共端。每组需用户提供一个外部电源（可以是直流或交流电源）。3 数字量输入输出模块v组合模块或输入
38、输出模块组合模块或输入输出模块：在一块模块上既有数字量输入点又有数字量输出点。v特点特点：使系统配置更加灵活v例如例如：若有CPU 226：主机I/O 24/16；欲扩展至27/19；缺 3/3；配 I/O 4/4。数字量输入输出模块的输入电路及输出电路的类型与上述介绍的相同。在同一块模块上，输入、输出电路类型的组合有多种多样，用户可根据控制需求选用。二、模拟量模块（二、模拟量模块（A/D）模拟量模块有模拟量输入模块、模拟量输出模块、模拟量输入输出模块。1.模拟量输入模块（A/D）作用作用：PLC只能接收数字量信号，模拟量信号是一种连续变化的物理量。为实现模拟量控制，必须先对模拟量进行模/数（
39、A/D）转换，将模拟信号转换成PLC所能接受的数字信号。模拟量输入模块的功能就是实现模/数（A/D）转换。组成组成 v由滤波、模数转换A/D，光电耦合等部分组成。v光电耦合器起防止电磁干扰的作用。v对多通道的模拟量输入单元，通常设置多路转换开关进行通道的切换，且在输出端设置信号寄存器。使用及特性使用及特性 v一般先用信号变送器把它们变换成统一的标准信号（如4-20mA的直流电流信号，1-5V的直流电压信号等），然后再送入模拟量输入模块。v模拟量输入模块（EM231）具有4个模拟量输入通道。外部接线图：外部接线图：模块上部共有12个端子，每3个点为一组，共4组。每组可作为一路模拟量的输入通道（电
40、压信号或电流信号），电压信号用两个端子（A+、A），电流信号用3个端子（RC，C+，C），其中RC与C+端子短接。未用的输入通道应短接（B+、B）。该模块需要直流24V供电（M、L+端）。可由CPU模块的传感器电源24VDC/400mA供电，也可由用户提供外部电源。右端分别是校准电位器和配置DIP设定开关。2.模拟量输出模块（D/A）模拟量输出模块由光电耦合器、数模转换器D/A和信号驱动等环节组成。光电耦合器防止电磁干扰。外部接线图：左端起的每3个点为一组，共二组。每组可作为一路模拟量输出（电压或电流信号）。第一组V0端接电压负载、I0端接电流负载，M0为公共端。第二组的接法与第一组类同。该模
41、块需要直流24V供电。3.模拟量输入输出模块（EM235）vEM235具有4个模拟量输入通道、1个模拟量输出通道。v模拟量输入功能同EM231模拟量输入模块，技术参数基本相同。v电压输入范围有所不同，单极性为010V、05V、01V、0500mv、0100mv、050mv。双极性为10V、5V、2.5V、1V、500mV、250mv、100mv、50mv、25mv。v该模块的模拟量输出功能同EM232模拟量输出模块。技术参数也基本相同。v该模块需要直流24V供电。可由CPU模块的传感器电源24VDC/400mA供电。也可由用户提供外部电源。2.3.4 本机本机I0与扩展与扩展lO 本本机机IO
42、有有固固定定的的地地址址，扩扩展展I0点点的的地地址址由由模模块的类型和模块在同类块的类型和模块在同类IO模块链中的位置来决定。模块链中的位置来决定。规则：规则：1）同类型输入或输出点的模块进行顺序编址。）同类型输入或输出点的模块进行顺序编址。2）数数字字量量I0模模块块的的地地址址以以字字节节(8位位)为为单单位位，未用的位不会分配给未用的位不会分配给I0链中的后续模块。链中的后续模块。3）模模拟拟量量扩扩展展模模块块以以2字字节节递递增增的的方方式式来来分分配配地地址。址。CPU224的的I0地址分配举例。地址分配举例。第第3 3章可编程序控制器程序设计基础章可编程序控制器程序设计基础PL
43、CPLC的编程语言与程序结构的编程语言与程序结构存储器的数据类型与寻址方式存储器的数据类型与寻址方式位逻辑指令位逻辑指令定时器与计数器指令定时器与计数器指令3 31 1 可编程序控制器的编程语言与程序结构可编程序控制器的编程语言与程序结构3.1.1 可编程序控制器编程语言的国际标准可编程序控制器编程语言的国际标准1994年年5月月 可编程序控制器标准可编程序控制器标准(IECll31).组成：通用信息，设备与测试要求，编程语言，用户组成：通用信息，设备与测试要求，编程语言，用户指南和通信。指南和通信。编程语言标准。编程语言标准。(IECll313)(1)顺序功能图顺序功能图(Sequentia
44、l Function Chart)。(2)梯形图梯形图(Ladder Diagram)。(3)功能块图功能块图(Function Block Diagram)。(4)指令表指令表(Instruction List)。(5)结构文本结构文本(structured Text)1顺序功能图顺序功能图(SFC)这这是是一一种种位位于于其其他他编编程程语语言言之之上上的的图图形形语语言，用来编制顺序控制程序。言，用来编制顺序控制程序。顺顺序序功功能能图图提提供供了了一一种种组组织织程程序序的的图图形形方方法法，在在顺顺序序功功能能图图中中可可以以用用别别的的语语言言嵌嵌套套编编程程。步步、转转换换和和动
45、动作作是是顺顺序序功功能能图图中中的的三三种种主主要要元元件件。可可以以用用顺顺序序功功能能图图来来描描述述系系统统的的功能。功能。2梯形图(LAD)组成：由触点、线圈和用方框表示的功能块。组成：由触点、线圈和用方框表示的功能块。特点特点:1）沿沿用用继继电电器器这这一一名名称称，但但不不是是真真实实 继继电电器，而是软件中编程元件。器，而是软件中编程元件。2）假假想想的的“能能流流”(POWeY Flow)，从从左左向向右右流动。流动。3）逻辑解算，从左至右，从上至下。）逻辑解算，从左至右，从上至下。4）线圈放在最右边，触点可无限次使用。）线圈放在最右边，触点可无限次使用。v 3功能块图功能
46、块图(FBD)v 4语句表（语句表（STL）v 指令表程序：一种与微机的汇编语言指令表程序：一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式。中的指令相似的助记符表达式。v 5结构文本结构文本(ST)v 结构文本结构文本(ST)是为是为IECll313标准创标准创建的一种专用的高级编程语言。与梯形建的一种专用的高级编程语言。与梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编图相比，它能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简洁和紧凑。写的程序非常简洁和紧凑。32存储器的数据类型与寻址方式存储器的数据类型与寻址方式321数据在存储器中存取的方式数据在存储器中存取的方式 1位、字节、字和双字位、字节、字和双字位位
47、(bit)：二二进进制制数数的的1位位只只有有O和和1两两种种不不同同的取值。的取值。字节字节(Byte)：8位二进制数组成位二进制数组成1个字节。个字节。字字(Word)：两个字节。：两个字节。双字（双字（Double Word）：两个字。）：两个字。2数据的存取方式数据的存取方式 I3.2 IB3(图图3-5)。VBl00 VWl00 VDl00322不同存储区的寻址不同存储区的寻址 1输入过程映像寄存器输入过程映像寄存器(I)(I0.0-I15.7)，在每个扫描周期的开始，在每个扫描周期的开始，CPU对输入点进行采样，并将采样值存于输入对输入点进行采样，并将采样值存于输入映像寄存器中。映
48、像寄存器中。I、O、V、M、S、SM、L均可按位、字节、均可按位、字节、字和双字来存取字和双字来存取v2输出过程映像寄存器输出过程映像寄存器(Q)v(QO.OQ15.7)，在在扫扫描描周周期期的的末末尾尾，CPU将将输输出出映映像像寄寄存存器器的的数数据据传传送送给给输输出出模模块块，再再由由后者驱动外部负载后者驱动外部负载。v3变量存储区变量存储区(v)v 程程序序执执行行的的过过程程中中存存放放中中间间结结果果，或或用用来来保存与工序或任务有关的其他数据。保存与工序或任务有关的其他数据。4位存储区位存储区(M)(MO.0M31.7)作作为为控控制制继继电电器器用用来来存存储储中中间操作状态
49、或其他控制信息间操作状态或其他控制信息。5特殊存储器特殊存储器(SM)特特殊殊存存储储器器用用于于CPU与与用用户户之之间间交交换换信信息息，如如SMO.O、SMO.l、SMO.4和和SMO.5 6局部存储器局部存储器(L)S7-200有有64个个字字节节的的局局部部存存储储器器，其其中中60个个可以作为暂时存储器，或给子程序传递参数。可以作为暂时存储器，或给子程序传递参数。7定时器存储区定时器存储区(T)S7-200有三种时基增量分别为有三种时基增量分别为1ms、lOms和和lOOms定时器，定时器的当前值寄存器是定时器，定时器的当前值寄存器是16位有符位有符号整数，用于存储定时器累计的时基
50、增量号整数，用于存储定时器累计的时基增量，定时器定时器位用来描述定时器的延时动作触电状态。位用来描述定时器的延时动作触电状态。8计数器存储区计数器存储区(c)计计数数器器用用来来累累计计其其计计数数输输入入端端脉脉冲冲电电平平由由低低到到高高的的次次数数，CPU提提供供加加计计数数器器、减减计计数数器器和和加加减减计计数数器。器。9顺序控制继电器顺序控制继电器(s)顺顺序序控控制制继继电电器器(SCR)位位用用于于组组织织机机器器的的顺顺序序操操作，作，SCR提供控制程序的逻辑分段提供控制程序的逻辑分段。10模拟量输入模拟量输入(AI)S7-200将将现现实实世世界界连连续续变变化化的的模模拟