PLCS教程实用教案

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1、本章学习(xux)目的 本章以西门子公司生产的S7-200系列小型可编程序控 制 器 为 例 ， 介 绍 具 体 型 号 的 P LC ， 内 容 包 括(boku)： lS系列PLC发展概述 lS7-200可编程序控制器的系统组成 l编程元件及程序知识 l相关设备 l常用工业软件返回(fnhu)本章首页第1页/共75页第一页，共76页。3.1S系列PLC发展(fzhn)概述 德国的西门子（SIEMENS）公司是欧洲最大的电子(dinz)和电气设备制造商，生产的SIMATIC可编程序控制器在欧洲处于领先地位。其第一代可编程序控制器是1975年投放市场的SIMATICS3系列的控制系统。 在19

2、79年，微处理器技术被应用到可编程序控制器中，产生了SIMATICS5系列，取代了S3系列，之后在20世纪末又推出了S7系列产品。 最新的SIMATIC产品为SIMATICS7、M7和C7等几大系列。返回(fnhu)本章首页第2页/共75页第二页，共76页。3.2S7-200 PLC系统(xtng)组成 3.2.1系统基本构成(guchng) 3.2.2主机结构 3.2.3扫描周期及工作方式 3.2.4输入输出扩展 3.2.5主机性能指标返回(fnhu)本章首页第3页/共75页第三页，共76页。 从CPU模块的功能来看，SIMATICS7-200系列小型可编程序控制器发展至今，大致经历了两代：

3、 第一代产品其CPU模块为CPU21X，主机都可进行扩展，它具有( jyu)四种不同结构配置的CPU单元：CPU212，CPU214，CPU215和CPU216，对第一代PLC产品不再作具体介绍。 第二代产品其CPU模块为CPU22X，是在21世纪初投放市场的，速度快，具有( jyu)较强的通信能力。它具有( jyu)四种不同结构配置的CPU单元：CPU221，CPU222，CPU224和CPU226，除CPU221之外，其他都可加扩展模块。第4页/共75页第四页，共76页。3.2.1系统(xtng)基本构成 SIMATICS7-200系统(xtng)由硬件和工业软件两大部分构成，如图3.1所

4、示。EM1扩展模块EM2扩展模块EMn扩展模块TD200文本显示器TP系列触摸屏通信及网络设备计算机工业软件CPU主 机其他设备图3.1S7-200 PLC系统(xtng)组成第5页/共75页第五页，共76页。 系统基本构成 1.硬件 （1）基本单元 （2）扩展单元 （3）特殊功能模块 （4）相关设备 2.工业软件 工业软件是为更好地管理和使用这些(zhxi)设备而开发的与之相配套的程序、文档及其规则的总和，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几大类构成。返回(fnhu)本节第6页/共75页第六页，共76页。3.2.2主机(zhj)结构 1.各CPU介绍及I/O系统 （1）主机外形

5、(wixn) SIMATICS7-200系统CPU22X系列PLC主机（CPU模块）的外形(wixn)如图3.2所示：图3.2S7-200主机(zhj)外形状态显示通信口顶部端子盖电 源及输出端子前盖 方式开关、电位器、扩展I/O连接底部端子盖输入端子、传感器电源存储器卡第7页/共75页第七页，共76页。 （2）基本(jbn)结构特点输出信号类型电源输出 基本I/O 存储安全(nqun) 高速反应 模拟电位器 实时时钟 输入输出可扩展性 第8页/共75页第八页，共76页。 4种CPU各有晶体管输出和8继电器输出两种类型，具有不同电源电压和控制(kngzh)电压。各类型的型号如表3.1所示。表3

6、.1CPU型号(xngho)第9页/共75页第九页，共76页。 SIMATICS7-200系统CPU22X系列(xli)PLC主机及I/O特性如表3.2所示。表3.2主机(zhj)及I/O特性第10页/共75页第十页，共76页。 2. 存储存储(cn ch)系统系统 （1）存储）存储(cn ch)系统系统 （2）存储）存储(cn ch)器及使用器及使用 （3）存储）存储(cn ch)安全安全 第11页/共75页第十一页，共76页。图3.3存储系统个人计算机存储器卡用户程序CPU 组态V 存储器M 存储器用户程序CPU 组态V 存储器M 存储器定时器和计数器当前值CPURAMEPROM第12页/

7、共75页第十二页，共76页。表3.3存储容量(cn ch rn lin)第13页/共75页第十三页，共76页。 （2）存储器及使用 上装和下装用户程序 定义存储器保持范围(fnwi) 用程序永久保存数据 存储器卡的使用第14页/共75页第十四页，共76页。 （3）存储安全 1）主机CPU模块内部配备的EEPROM，上装程序(chngx)时，可自动装入并永久保存用户程序(chngx)、数据和CPU的组态数据。 2）用户可以用程序(chngx)将存储在RAM中的数据备份到EEPROM存储器。 3）主机C PU 提供一个超级 电 容 器 ， 可 使 R A M 中 的 程 序(chngx)和数据在断

8、电后保持几天之久。 4）CPU提供一个可选的电池卡，可在断电后超级电容器中的电量完全耗尽时，继续为内部RAM存储器供电，以延长数据所存的时间。 5）可选的存储器卡可使用户像使用计算机磁盘一样来方便地备份和装载程序(chngx)和数据。返回(fnhu)本节第15页/共75页第十五页，共76页。3.2.3扫描周期及工作(gngzu)方式 1.扫描周期2.工作方式(fngsh)3.改变CPU工作方式(fngsh)的方法图3.4CPU的扫描(somio)周期 一个扫描周期 读输入 执行程序 处理通信请求 写输出 执行CPU 自诊断 第16页/共75页第十六页，共76页。1. 扫描(somio)周期 （

9、1）输入处理 （2）执行程序 （3）处理通信(tngxn)请求 （4）执行CPU自诊断测试 （5）写数字输出第17页/共75页第十七页，共76页。2. 工作(gngzu)方式 （1）STOP方式(fngsh) （2）RUN方式(fngsh)第18页/共75页第十八页，共76页。3. 改变CPU工作(gngzu)方式的方法 1）用PLC上的方式开关来手动切换(qihun)，方式开关有3个挡位。 2）用STEP7-Micro/Win32编程软件，应首先把主机的方式开关置于TERM或RUN位置，然后在此软件平台用鼠标单击STOP和RUN方式按钮即可。 3）在用户程序中用指令由RUN方式转换到STOP

10、方式，前提是程序逻辑允许中断程序的执行。返回(fnhu)本节第19页/共75页第十九页，共76页。3.2.4输入输出扩展(kuzhn) 1.设备连接 2.最大I/O配置的预算(ysun) 3.输入输出及CPU组态第20页/共75页第二十页，共76页。1. 设备(shbi)连接 图3.5I/O扩展(kuzhn)示意图 (a) 面板安装 (b) 标准导轨安装 第21页/共75页第二十一页，共76页。2. 最大I/O配置(pizh)的预算 （1）映像(ynxin)寄存器数量 （2）电流提供 （3）模块电流 （4）电流预算规则第22页/共75页第二十二页，共76页。（2）电流(dinli)提供各CPU

11、所能提供的最大5VDC电流(dinli)如表3.4所示。第23页/共75页第二十三页，共76页。（3）模块电流CPU 22X可连接(linji)的各扩展模块消耗5VDC电流如表3.5所示。第24页/共75页第二十四页，共76页。3. 输入输出及CPU组态(z ti) （1）I/O点数扩展和编址 （2）设置(shzh)输入滤波 （3）设置(shzh)脉冲捕捉 （4）输出表配置 （5）定义存储器保持范围第25页/共75页第二十五页，共76页。例如，某一控制系统选用CPU 224，系统所需的输入输出点数各为：数字量输入24点、数字量输出20点、模拟量输入6点、模拟量输出2点。本系统可有多种不同模块的

12、选取(xunq)组合，表3.6所示为其中的一种可行的系统输入输出组态状况。第26页/共75页第二十六页，共76页。 若按表3.6的扩展方式(fngsh)，各模块在I/O链中的位置排列方式(fngsh)也可以有多种，图3.6所示为其中的一种模块连接形式。图3.6扩展(kuzhn)连接图主机CPU224模块1EM221DI8XDC24V模块2EM222DO8XDC24V模块3EM235AI4/AQ1X12 位模块4EM223DI4/DQ4XDC24V/继电器模块 5EM235AI4/AQ1X12 位第27页/共75页第二十七页，共76页。 S7-200CPU为每个主机数字量输入提供了脉冲捕捉功能(

13、gngnng)，它可以使主机能够捕捉小于一个扫描周期的短脉冲，并将其保持到主机读到这个信号，但前提是只有通过滤波器后，脉冲捕捉才有效。此外，在一个给定的扫描周期内如果有不只一个脉冲，则只有第一个脉冲可以被捕捉到，几种情况下的脉冲捕捉波形如图3.7所示。图3.7脉冲(michng)捕捉波形图CPU 扫描周 nCPU 扫描周期 n+1输入刷新输入刷新输入 1输入 3输入 2允许脉冲捕捉允许脉冲捕捉允许脉冲捕捉第28页/共75页第二十八页，共76页。表3.722X主机(zhj)主要技术指标返回(fnhu)本节第29页/共75页第二十九页，共76页。3.2.5主机(zhj)性能指标 S7-20022X

14、各主机的主要(zhyo)技术性能指标如下表3.7所示。返回(fnhu)本节第30页/共75页第三十页，共76页。3.3 编程元件(yunjin)及程序知识 3.3.1编程元件(yunjin)及寻址 3.3.2指令系统 3.3.3编程语言 3.3.4程序结构返回(fnhu)本章首页第31页/共75页第三十一页，共76页。3.3.1编程元件(yunjin)及寻址 1.数据类型 2.直接寻址方式(fngsh) 3间接寻址方式(fngsh)第32页/共75页第三十二页，共76页。1. 数据类型数据类型 （1）数据类型及范围 SIMATICS7-200系列PLC数据类型可以是布尔型、整型和实型（浮点数）

15、。实数采用32位单精度数来表示，其数值有较大的表示范围：正数为+1.175495E-38+3.402823E+38；负数为-1.175495E38-3.402823E+38。不同(btn)长度的整数所表示的数值范如表3.8所示。第33页/共75页第三十三页，共76页。 （2）常数 在编程中经常会使用常数。常数数据长度可为字节、字和双字，在机器内部的数据都以二进制存储，但常数的书写可以用二进制、十进制、十六进制、ASCII码或浮点数（实数）等多种形式(xngsh)。几种常数形式(xngsh)分别如表3.9所示。第34页/共75页第三十四页，共76页。2. 直接(zhji)寻址方式 （1）编址形式

16、按位寻址的格式为：Ax.y存储区内另有一些元件是具有一定(ydng)功能的硬件，由于元件数量很少，所以不用指出元件所在存储区域的字节，而是直接指出它的编号。其寻址格式为：Ay数据寻址格式为：ATx第35页/共75页第三十五页，共76页。 （2）各元件介绍 输入继电器（I） 输出继电器（Q） 通用(tngyng)辅助继电器（M） 特殊标志继电器（SM） 变量存储器（V） 局部变量存储器（L） 顺序控制继电器（S）第36页/共75页第三十六页，共76页。 定时器（T） 计数器（C） 模拟量输入映像寄存器（AI）、模拟量输出(shch)映像寄存器（AQ） 高速计数器（HC） 累加器（AC）第37页/

17、共75页第三十七页，共76页。 S7-200将编程元件统一归为存储器单元，存储单元按字节进行编址，无论所寻址的是何种数据类型，通常应指出它在所在存储区域和在区域内的字节地址(dzh)。每个单元都有惟一的地址(dzh)，地址(dzh)用名称和编号两部分组成，元件名称（区域地址(dzh)符号）如表3.10所示。第38页/共75页第三十八页，共76页。 按位寻址的格式为：Ax.y 必须指定元件名称(mngchng)、字节地址和位号，如图3.8 所示。图3.8中MSB表示最高位，LSB表示最低位。 图3.8位寻址格式(g shi)MSBI0LSB0I15I4I3I2I17 6 5 4 3 2 1I 4

18、 .5I 14 .2字节的位，即位号元件名称 （区域标志 ）字节地址位地址与字节地址之间的间隔第39页/共75页第三十九页，共76页。3间接(jin ji)寻址方式 间接寻址方式是，数据存放在存储器或寄存器中，在指令中只出现所需数据所在单元的内存地址的地址。存储单元地址的地址又称为地址指针。这种间接寻址方式与计算机的间接寻址方式相同。间接寻址在处理内存连续地址中的数据时非常方便，而且可以缩短程序所生成(shnchn)的代码的长度，使编程更加灵活。 用间接寻址方式存取数据需要作的工作有3种：建立指针、间接存取和修改指针。第40页/共75页第四十页，共76页。（1）建立(jinl)指针 建立指针必

19、须用双字传送指令（MOVD），将存储器所要访问的单元的地址装入用来作为指针的存储器单元或寄存器，装入的是地址而不是数据(shj)本身，格式如下： 例：MOVD&VB200,VD302MOVD&MB10,AC2MOVD&C2,LD14 注意：建立指针用MOVD指令。第41页/共75页第四十一页，共76页。（2）间接(jin ji)存取 指令中在操作数的前面加“*”表示该操作数为一个指针。 下面两条指令是建立指针和间接存取的应用方法：MOVD&VB200，AC0MOVW*AC0，AC1 若存储区的地址及单元中所存的数据如下(rxi)所示 执行过程如下(rxi)：第42页/共75页第四十二页，共76

20、页。第43页/共75页第四十三页，共76页。（3）修改(xigi)指针 下面的两条指令(zhlng)可以修改指针的用法： INCDAC0 INCDAC0 MOVW*AC0，AC1返回(fnhu)本节第44页/共75页第四十四页，共76页。3.3.2指令系统(zh ln x tn) S7-200系列PLC主机中有两类基本指令集：SIMATIC指令集和IEC1131-3指令集，程序员可以任选一种(yzhn)。提供了许多类型的指令以完成广泛的自动化任务。 SIMATIC指令集：是为S7-200系列PLC设计的，本指令通常执行时间短，而且可以用LAD、STL和FBD三种编程语言。 IEC1131-3指

21、令集是不同PLC厂家的指令标准，它不能使用STL编程语言。返回(fnhu)本节第45页/共75页第四十五页，共76页。3.3.3编程语言 1.语句(yj)表 2.梯形图 3.功能块图 4.其他编程语言第46页/共75页第四十六页，共76页。1. 语句(yj)表 语句表（STL）语言类似于计算机的汇编语言，特别适合于来自计算机领域的工程人员。用指令助记符创建用户程序，属于(shy)面向机器硬件的语言，STEP7Micro/Win32的语句表如图3.9所示。 图3.9语句(yj)表举例第47页/共75页第四十七页，共76页。2. 梯形图 图3.10梯形图举例(j l)第48页/共75页第四十八页，

22、共76页。3. 功能块图 功能块图（FBD）的图形结构与数字(shz)电子电路的结构极为相似，如下图3.11所示。第49页/共75页第四十九页，共76页。4. 其他(qt)编程语言 SIMATIC工业软件中的工程工具(gngj)中为大型或中型PLC提供了许多高级编程工具(gngj)，以下简要其中的几种： （1）S7-SLC和M7-ProC/C+ （2）S7-GRAPH （3）S7-HiGraph （4）CFC第50页/共75页第五十页，共76页。（1）S7-SLC和 M7-Pro C/C+图3.12SLC语言S7-SLC的语言(yyn)与PASCAL非常相似，如图3.12所示。 第51页/共7

23、5页第五十一页，共76页。（2）S7-GRAPH S1S2S8S3T0SST8T3T2T1ST9图3.13顺序(shnx)流程图第52页/共75页第五十二页，共76页。（3）S7-HiGraph 它借助于状态图来描述(miosh)异步过程。用于装置和过程，以及可能的转移状态的图形描述(miosh)。 本工具可基于系统框图和流程图直接进行编程，程序结构和过程清晰。S7-HiGraph如图3.14所示。第53页/共75页第五十三页，共76页。1AINIT_SD;?0Init141231111? A Top;A IM_Lower;?A Bottom;?A M_Raise;?Movement down

24、C= Down;Movement upC= Up;TopC= OM_Top;BottomC= OM_Bottom;图3.14 状态图第54页/共75页第五十四页，共76页。（4）CFC CFC（连续功能图）是在原来的CSF（控制系统流程图）的基础( jch)上发展起来的，它通过绘制过程控制流程图，将各程序块在版面上布置，然后将它们相互连接即可。 控制系统流程图如图3.15所示。返回(fnhu)本节第55页/共75页第五十五页，共76页。ProcessSAMP_AVESliding averag OB 35 2/-BO BNR INI NENO BOOUT RControllerCONT_CCo

25、ntinuous PID OB 35 1/-R PV_INR SP_INTBO MAN ONLMN RTI TNR GAINR MANTI TVTI TVControllerCONT_CContinuous PID OB 35 7/-R PV_INR SP_INTBO MAN ONLMN RTI TNR GAINR MANTI TVR DEADB_W13020.000.02.020S10S0.00.02.020S10S0.00图3.15 连续(linx)功能图 第56页/共75页第五十六页，共76页。3.3.4 程序结构 1.用户程序 （1）主程序 （2）子程序 （3）中断(zhngdun)处

26、理程序 2.数据块 3.参数块第57页/共75页第五十七页，共76页。 如果编程使用的是手编器，主程序应安排到程序的最前面。其他部分的位置(wizhi)安排没有严格的顺序，但习惯上把子程序安排在中断程序的前面。如图3.16所示。图3.16程序结构 返回(fnhu)本节程序中断程序2子程序2主程序中断程序1子程序m子程序1中断程序n第58页/共75页第五十八页，共76页。3.4相关(xinggun)设备 3.4.1手编器 3.4.2计算机 3.4.3人机界面(rnjjimin) 3.4.4特殊功能模块返回(fnhu)本章首页第59页/共75页第五十九页，共76页。3.4.1手编器 工业上用的各厂

27、商的可编程序控制器的使用中，手编器曾是主要编程设备，后来出现了图形输入设备，又出现了计算机编程软件。通过通信设备，使PLC和计算机相连，用编程软件可直接在计算机上编程，由于计算机的显示器屏幕(pngm)较大，对程序的编制和修更加方便高效。但即使是现在，手编器的使用仍十分广泛，特别是用小型和微型PLC实现的小规模系统。返回(fnhu)本节第60页/共75页第六十页，共76页。3.4.2计算机 计算机包括个人计算机和工业计算机，在可编程序控制器系统的工业应用中发挥着越来越重要的作用，几乎PLC系统从工程项目开发、编程、调试到系统的运行(ynxng)和维护，计算机越来越成了不可缺少的工具。返回(fn

28、hu)本节第61页/共75页第六十一页，共76页。3.4.3人机界面(rn j ji min) 1.构造特点 文本显示区：可显示两行信息（每行20个字符）的液晶显示LCD。 按键：共有9个键。 通信：通过TD/CPU电缆（通用RS232接口）可以提供可编程序控制器与TD200的通信，同时可以提供TD的电源，而不必再另接电源。 电源：如果不用TD/CPU通信电缆，可以通过面板右侧的电源接口连接(linji)外部电源。第62页/共75页第六十二页，共76页。 2.主要功能 可以显示从CPU主机读出的信息（如读取指令、数据(shj)、当前值及状态）；可以调整运行中选定的程序变量；可以提供对输入输出点

29、的强制功能；可以为实时时钟设置日期和时间；支持多种语言形式的菜单和提示并支持中文。返回(fnhu)本节第63页/共75页第六十三页，共76页。3.4.4特殊(tsh)功能模块 1.数字量扩展(kuzhn)模块 2.模拟量扩展(kuzhn)模块 3.热电偶、热电阻模块 4.通信扩展(kuzhn)模块 5.现场设备接口模块第64页/共75页第六十四页，共76页。1.数字量扩展模块数字量扩展模块主要有：EM221数字量输入模块，24V，8输入。EM222数字量输出(shch)模块，24V，8输出(shch)。EM223数字量混合模块，24V。2.模拟量扩展模块模拟量扩展模块主要有：EM231：4模拟

30、输入点，2W，12位。EM232：2模拟输出(shch)点，2W，12位。EM235：4模拟输入点，1模拟量输出(shch)点，2W，12位。3.热电偶、热电阻模块EM231为1.8W，15位，模拟量输入。第65页/共75页第六十五页，共76页。 4.通信扩展模块 EM277PROFIBUS-DP模块用于PLC现场总线通信连接。波特率可从960012M波特。 5.现场设备接口模块 CP243-2通信处理器是AS-I主站连接部件，专门(zhunmn)用于S7-200CPU22x，连接的同时显著增加了S7-200可利用的I/O点数。返回(fnhu)本节第66页/共75页第六十六页，共76页。3.5

31、工业(gngy)软件 3.5.1应用和特点(tdin) 3.5.2工业软件的类型返回(fnhu)本章首页第67页/共75页第六十七页，共76页。3.5.1应用(yngyng)和特点 1.应用(yngyng) 它为自动化工程项目的所有阶段提供如下方便使用的功能：硬件和通信的规划、配置和参数的赋值；用户编程；文件编制；系统测试、起动、服务；过程控制；归档。第68页/共75页第六十八页，共76页。 2.特点 采用(ciyng)多种标准 共享数据管理 工具系统集成化 开放化的系统 可重用的程序段 集成的诊断功能返回(fnhu)本节第69页/共75页第六十九页，共76页。3.5.2 工业软件(run j

32、in)的类型 1.标准工具(gngj) 标准工具(gngj)是SIMATICS7/M7/C7自动化系统进行编程的基础，SIMATIC系列标准工具(gngj)及其适用范围如表3.12所示。第70页/共75页第七十页，共76页。 2.工程工具 工程工具主要包括： 编程员用的高级(goj)语言； 技术专家用的图形语言； 诊断、仿真、远程维护和工厂文件编制等用的辅助软件。第71页/共75页第七十一页，共76页。 3.运行软件 运行软件种类很多，以下是几个常用的运行软件： 1）SIMATICS7的控制，例如：标准(biozhn)控制、模块化和模糊控制系列软件； 2）将自动化系统连接到Windows应用程

33、序的程序接口工具； 3）SIMATICM7的实时操作系统。第72页/共75页第七十二页，共76页。 4.人机接口 人机接口包括： 操作员面板和系统组态用的软件，如Protool和Protool/Life等； 用于过程(guchng)诊断的可选软件包ProAgent； Windows95/NT用的高性能可视化工具系统WinCC。返回(fnhu)本节第73页/共75页第七十三页，共76页。THANK YOU VERY MUCH ！本章(bn zhn)到此结束，谢谢您的光临！返回(fnhu)本章首页结 束第74页/共75页第七十四页，共76页。谢谢您的观看(gunkn)！第75页/共75页第七十五页，共76页。NoImage内容(nirng)总结本章学习(xux)目的。最新的SIMATIC产品为SIMATIC S7、M7和C7等几大系列。3）在用户程序中用指令由RUN方式转换到STOP方式，前提是程序逻辑允许中断程序的执行。例：MOVD&VB200,VD302。MOVD&C2,LD14。MOVW*AC0，AC1。INCDAC0。文本显示区：可显示两行信息（每行20个字符）的液晶显示LCD。谢谢您的观看第七十六页，共76页。