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可编程控制技术可编程控制技术第1页，共46页，编辑于2022年，星期六 第5章 可编程控制技术重点与难点l本章重点：l1S7-200PLC硬件系统的基本结构，熟悉基本模块和扩展模块的正确选用l2S7-200基本指令l3PLC顺序控制程序设计方法本章难点：l1S7-200基本指令和常用功能指令的应用l2典型生产线的PLC控制设计和编程第2页，共46页，编辑于2022年，星期六5.1 PLC5.1 PLC概述概述5.1.1 PLC特点及应用1.特点：1）可靠性高，抗干扰 2）功能完善、通用性强 3）编程简单、使用方便 4）调试快捷，维修方便 5）体积小、重量轻、能耗低2.应用：可以实现开关量控制、运动控制、模拟量控制、过程控制、数据处理、通信及联网等功能。第3页，共46页，编辑于2022年，星期六5.1 PLC5.1 PLC概述概述l5.1.2 PLC5.1.2 PLC的基本结构及主要技术指标的基本结构及主要技术指标 1.基本结构：PLC也是一种计算机控制系统，其实质是一种工业控制用的专用计算机，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。PLC的硬件系统一般由中央处理器、存储器、I/O接口和外设等组成。PLC软件系统包括系统程序和用户程序。2.技术指标：PLC技术指标有一般技术指标和功能技术指标两类。第4页，共46页，编辑于2022年，星期六5.1 PLC5.1 PLC概述概述l5.1.3 国内外典型可编程控制器选用国内外典型可编程控制器选用 1.德国西门子公司：S7-200（小型）、S7-300（中型）及S7-400机（大型）。2.美国AB（AlienBradley）：ControlLogix、SLC系列、MicroLogix系列。3.法国莫迪康公司(施奈德)：TSX Neza PLC、MODICON TSX Quantum、MODICON TSX Premium、MODICON TSX Momentum PLC、MODICON TSX Micro、MODICON TSX Compact等。4.日本OMRON公司：微型CPM系列PLC、中小型CJ系列PLC、大中型CS、CV系列PLC。5.日本三菱公司：FXZ系列PLC，它的中、大型机为A系列。6.国内无锡华光：SU、SG系列PLC。第5页，共46页，编辑于2022年，星期六5.1 PLC5.1 PLC概述概述l5.1.3 国内外典型可编程控制器选用国内外典型可编程控制器选用 分类 定义 特点或功能小型PLC小型PLC的I/O点数一般在128点以下其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令中型PLC中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在2561024点之间I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快大型PLC一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC大型PLC的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化第6页，共46页，编辑于2022年，星期六5.2 S75.2 S7200PLC200PLC的硬件系统的硬件系统l1.S7-200PLC1.S7-200PLC系统结构系统结构 第7页，共46页，编辑于2022年，星期六5.2 S75.2 S7200PLC200PLC的硬件系统的硬件系统l2.S7-200PLC CPU2.S7-200PLC CPU模块模块 S7-200系列PLC是一类小型PLC，PLC将一个微处理器（CPU）、若干I/O点和一个集成电源集成在一个紧凑的机壳内，统称为CPU模块。现常用S7-200系列CPU型号有：CPU224、CPU224XP、CPU226、CPU226XM等。第8页，共46页，编辑于2022年，星期六5.2 S75.2 S7200PLC200PLC的硬件系统的硬件系统l3.S7-200PLC数字量模块数字量模块 各不同数字量模块的主要性能见表5-3。表表5-3 5-3 数字量模数字量模块块主要性能一主要性能一览览表表数字量扩展模块型号EM221EM222EM223输入点数8点无4/8/16点输出点数无8点4/8/16点输入电压24V DC30V DC(最大)输出电压20.4V28.8V DC或20V250V AC20.4V28.8V DC或5V30V DC、5V250V AC输出类型DC输出/继电器输出DC输出/继电器输出电能消耗(+5V DC)30mA50mA40 mA/100 mA/160 mA第9页，共46页，编辑于2022年，星期六5.2 S75.2 S7200PLC200PLC的硬件系统的硬件系统l4.S7-200PLC4.S7-200PLC模模拟量模块拟量模块 以组合模块EM235为例说明其模拟量I/O接线方式。第10页，共46页，编辑于2022年，星期六5.2 S75.2 S7200PLC200PLC的硬件系统的硬件系统l5.S7-200PLC5.S7-200PLC模块地址分配模块地址分配 扩展模块0扩展模块1扩展模块2扩展模块3扩展模块4CPU224EM223(4I/4O)EM221(8I)EM235(4AI/1AO)EM222(8O)EM235(4AI/1AO)过程映像区I/O寄存器分配地址I0.0 Q0.0I0.1 Q0.1I0.2 Q0.2I0.3 Q0.3I0.4 Q0.4I0.5 Q0.5I0.6 Q0.6I0.7 Q0.7I1.0 Q1.0I1.1 Q1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I2.0 Q2.0I2.1 Q2.1I2.2 Q2.2I2.3 Q2.3I3.0I3.1I3.2I3.3I3.4I3.5I3.6I3.7AIW0 AQW0AIW2AIW4AIW6Q3.0Q3.1Q3.2Q3.3Q3.4Q3.5Q3.6Q3.7AIW8 AQW4AIW10AIW12AIW14第11页，共46页，编辑于2022年，星期六5.2 S75.2 S7200PLC200PLC的硬件系统的硬件系统l6.S7-200PLC6.S7-200PLC温度模块温度模块 热电偶模块与热电阻模块的接线端子与接线方式有较大区别。一个热电偶传感器输入只需连接两个接口，屏蔽层接地。一个热电阻传感器输入需要4个接口，屏蔽层接地。第12页，共46页，编辑于2022年，星期六5 53 PLC3 PLC编程软件编程软件lS7-200S7-200编程现在常用编程现在常用4.04.0版本软件版本软件 第13页，共46页，编辑于2022年，星期六5 53 PLC3 PLC编程软件编程软件l美国美国ABAB（ControlLogixControlLogix、SLCSLC、MicroLogixMicroLogix系列）编程软系列）编程软件件 第14页，共46页，编辑于2022年，星期六5 53 PLC3 PLC编程软件编程软件l日本三菱公司系列编程软件日本三菱公司系列编程软件 第15页，共46页，编辑于2022年，星期六5 53 PLC3 PLC编程软件编程软件l松下松下PLCPLC编程软件编程软件 第16页，共46页，编辑于2022年，星期六5 53 PLC3 PLC编程软件编程软件l北京凯迪恩公司北京凯迪恩公司PLCPLC编程软件编程软件 第17页，共46页，编辑于2022年，星期六5.4 S7200PLC指令系统指令系统 l5.4.15.4.1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 1数据类型与单位 S7-200 系列PLC数据类型有布尔型、整型和实型。常用的单位有位、字节、字和双字。2数据的寻址方式 S7-200 CPU将信息储存在不同的存储器单元中，每个单元都有地址。S7-200 CPU使用数据地址访问所有的数据，称为寻址。在S7-200系统中，可以按位、字节、字和双字对存储单元寻址。第18页，共46页，编辑于2022年，星期六5.4 S7200PLC指令系统指令系统l5.4.25.4.2常用基本指令常用基本指令1位逻辑指令 位逻辑指令主要用来完成基本的位逻辑运算及控制。（1）LD、LDN和=（OUT）指令 LD（Load）、LDN（Load Not）为取指令。=（OUT）是输出指令 第19页，共46页，编辑于2022年，星期六5.4 S7200PLC指令系统指令系统l5.4.25.4.2常用基本指令常用基本指令1位逻辑指令（2）A和AN指令 A（And）为逻辑“与”指令，用于动合触点的串联。AN（And Not）为逻辑“与非”指令，用于动断触点的串联。第20页，共46页，编辑于2022年，星期六5.4 S7200PLC指令系统指令系统l5.4.25.4.2常用基本指令常用基本指令1位逻辑指令（3）O和ON指令 O（Or）为逻辑“或”指令，用于动合触点的并联。ON（Or Not）为逻辑“或非”指令，用于动断触点的并联。第21页，共46页，编辑于2022年，星期六5.4 S7200PLC指令系统指令系统l5.4.25.4.2常用基本指令常用基本指令1位逻辑指令（4）ALD指令和OLD指令 ALD 实现多个指令块的“与”运算。OLD 实现多个指令块的“或”运算。ALD指令和OLD指令是无操作数指令。第22页，共46页，编辑于2022年，星期六5.4 S7200PLC指令系统指令系统l5.4.25.4.2常用基本指令常用基本指令2堆栈指令S7-200系列PLC使用一个9层堆栈来处理所有逻辑操作，它和计算机中的堆栈结构相同，是一组能够存储和取出数据的暂存单元，其特点是“先进后出”。包括逻辑入栈(LPS)、逻辑读栈(LRD)、逻辑出栈（LPP）和装入堆栈(LDS)指令。第23页，共46页，编辑于2022年，星期六5.4 S7200PLC指令系统指令系统l5.4.25.4.2常用基本指令常用基本指令3置位/复位指令 S（SET）为置位指令，将从bit开始的N个元件置1并保持。R（RESET）为复位指令，将从bit开始的N个元件置0并保持。N的取值为1255。第24页，共46页，编辑于2022年，星期六5.4 S7200PLC指令系统指令系统l5.4.25.4.2常用基本指令常用基本指令4.微分指令 微分指令又叫边沿触发指令，分为上升沿微分和下降沿微分指令。EU（Edge UP）为上升沿微分指令，其作用是在上升沿产生脉冲。ED（Edge Down）为下降沿微分指令，其作用是在下降沿产生脉冲。第25页，共46页，编辑于2022年，星期六5.4 S7200PLC指令系统指令系统l5.4.25.4.2常用基本指令常用基本指令5.取反指令 NOT为取反指令，将其左边电路的逻辑运算结果取反，逻辑运算结果若为1则变为0，为0则变为1。第26页，共46页，编辑于2022年，星期六5.4 S7200PLC指令系统指令系统l5.4.25.4.2常用基本指令常用基本指令6.数据处理指令 包括比较指令和传送指令两种。（1）比较指令 比较指令用于比较两个数值或字符串，满足比较关系式给出的条件时，触点闭合。数值比较指令的运算符有：=、和等6种。而字符串比较指令只有=和两种。第27页，共46页，编辑于2022年，星期六5.4 S7200PLC指令系统指令系统l5.4.25.4.2常用基本指令常用基本指令6.数据处理指令 包括比较指令和传送指令两种。（2）传送指令 传送指令在不改变原存储单元值（内容）的情况下，将IN（输入端存储单元）的值复制到OUT（输出端存储单元）中。可用于存储单元的清零、程序初始化等场合。第28页，共46页，编辑于2022年，星期六5.4 S7200PLC指令系统指令系统l5.4.3 5.4.3 定时器和计数器指令定时器和计数器指令1.定时器指令 定时器指令用来规定定时器的功能，S7-200 CPU提供了256个定时器，共有3种类型：接通延时定时器（TON）、有记忆接通延时定时器（TONR）和断开延时定时器（TOF）。定时器对时间间隔计数，时间间隔称为分辨率，又称为时基。定时器有3种分辨率：lms、10ms和100ms。最常用的是T37T63和T101T255，定时时间为100ms，最长定时为3276.7s。第29页，共46页，编辑于2022年，星期六5.4 S7200PLC指令系统指令系统l5.4.3 5.4.3 定时器和计数器指令定时器和计数器指令2.计数器指令计数器主要用于累计输入脉冲的次数。S7-200 CPU提供了256个计数器，共分为以下3种类型：增计数器(CTU)、减计数器（CTD）和增减计数器（CTUD）。第30页，共46页，编辑于2022年，星期六5.4 S7200PLC指令系统指令系统l5.4.4 程序控制指令程序控制指令1.循环指令 循环指令主要用于反复执行若干次相同功能程序的情况。循环指令有两条：FOR和NEXT。FOR为循环开始指令，用来标记循环体的开始。NEXT为循环结束指令，用来标记循环体的结束，并将堆栈的栈顶值设为1。当驱动FOR指令的逻辑条件满足时，反复执行FOR与NEXT之间的指令。在FOR指令中，需要设置指针INDX（或称为当前循环次数计数器）、起始值INIT和结束值FINAL，它们的数据类型均为整数。第31页，共46页，编辑于2022年，星期六5.4 S7200PLC指令系统指令系统l5.4.4 程序控制指令程序控制指令2跳转指令跳转指令包括：跳转指令JMP和标号指令LBL。当条件满足时，跳转指令JMP使程序转到对应的标号LBL处，标号指令用来表示跳转的目的地址。跳转和标号指令可以用在主程序、子程序或中断程序中，但JMP和对应的LBL指令必须总是在同一程序块中。第32页，共46页，编辑于2022年，星期六5.4 S7200PLC指令系统指令系统l5.4.4 程序控制指令程序控制指令3停止指令STOP和结束指令。停止指令STOP可使PLC从运行（RUN）模式进入停止（STOP）模式，即立即终止程序的执行。STOP指令可以用在主程序、子程序和中断程序中。结束指令包括两条：END和MEND。其中END为条件结束指令，不能直接连接母线。当条件满足时结束主程序，并返回主程序的第一条指令执行。MEND为无条件结束指令，直接连接母线。程序执行到此指令时，立即无条件结束主程序，并返回第一条指令。这两条指令都只能在主程序中使用，不能在子程序或中断服务程序中。第33页，共46页，编辑于2022年，星期六55 PLC程序设计方法程序设计方法l5.5.1 翻译法设计程序翻译法设计程序翻译法设计PLC梯形图就是根据继电器电路图直接翻译成梯形图的方法，所以有时又称改造法。具体步骤如下：1)了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理。2）确定PLC的输入信号和输出负载，以及与它们对应的梯形图中的输入和输出地址，画出PLC的外部接线图。3）确定与继电器电路图的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的位存储器（M）和定时器（T）的地址。这两步建立了继电器电路图中的元件和梯形图中编程元件的地址之间的对应关系。4）根据上述对应关系画出梯形图。第34页，共46页，编辑于2022年，星期六55 PLC程序设计方法程序设计方法l5.5.2 经验法设计程序经验法设计程序在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求和逻辑关系设计梯形图并不断地修改和完善。例1：有记忆功能的电路第35页，共46页，编辑于2022年，星期六55 PLC程序设计方法程序设计方法l5.5.2 经验法设计程序经验法设计程序例2：三相异步电动机正反转控制电路第36页，共46页，编辑于2022年，星期六55 PLC程序设计方法程序设计方法l5.5.2 经验法设计程序经验法设计程序例2：三相异步电动机正反转控制程序 第37页，共46页，编辑于2022年，星期六55 PLC程序设计方法程序设计方法l5.5.3 顺序功能图法设计程序顺序功能图法设计程序 顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。使用顺序控制设计法时首先根据系统的工艺过程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图设计出梯形图。有的PLC为用户提供了顺序功能图语言，在编程软件中生成顺序功能图后便完成了编程工作。1使用起保停电路的顺序控制梯形图设计方法（略）2以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法（略）3使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法（详细介绍）第38页，共46页，编辑于2022年，星期六55 PLC程序设计方法程序设计方法l 3使用使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法指令的顺序控制梯形图设计方法（1）单序列的编程方法。在设计梯形图时，用LSCR（梯形图中为SCR）和SCRE指令表示SCR段的开始和结束。在SCR段中用SM0.0的常开触点来驱动在该步中应为l状态的输出点（Q）的线圈，并用转换条件对应的触点或电路来驱动转换到后续步的XCRT指令。注意：不能在SCR段之间使用JMP及LBL指令，即不允许用跳转的方法跳入或跳出SCR段；不能在SCR段中使用FOR、NEXT和END指令。第39页，共46页，编辑于2022年，星期六55 PLC程序设计方法程序设计方法l 3使用使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法指令的顺序控制梯形图设计方法（1）单序列的编程方法。第40页，共46页，编辑于2022年，星期六55 PLC程序设计方法程序设计方法l 3使用使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法指令的顺序控制梯形图设计方法（2）选择序列与并行序列的编程方法 第41页，共46页，编辑于2022年，星期六56 S7-200PLC在炼钢厂在炼钢厂喂丝机控制系统中的应用喂丝机控制系统中的应用工程说明：特种炼钢通常需要添加一些微量元素以改变钢的物理结构。由于炼钢时，钢水表面会有一层较厚的钢渣，因此，喂料系统必须能够穿透钢渣，直接送入钢水中。自动喂料控制系统（喂丝机）可以有效解决这一难题。一般的做法是，通过包丝机将微量元素包裹在钢制丝线中，并将丝线盘绕在绕丝盘上备用，通过喂丝机将丝线以一定的速度穿透钢渣送入钢水中。下面就以炼钢厂喂丝机控制系统为例讨论S7-200控制系统的设计应用。第42页，共46页，编辑于2022年，星期六56 S7-200PLC在炼钢厂在炼钢厂喂丝机控制系统中的应用喂丝机控制系统中的应用5.6.1 系统结构系统结构 喂丝机系统结构主要由移动平台、导管升降、送线部分和计量部分组成。第43页，共46页，编辑于2022年，星期六56 S7-200PLC在炼钢厂在炼钢厂喂丝机控制系统中的应用喂丝机控制系统中的应用l5.6.2 工艺流程工艺流程根据对系统功能和控制要求分析，系统工艺流程如下：1）初始阶段，导管、主动轮处于升起状态。喂丝前首先要设定喂丝量，然后启动行走电机，喂丝机平台前行，到前进限位开关后，停下。2）导管下降，降到下降限位开关后，停止下降。3）启动变频调速器正转，喂丝电机转速达到预定值后，降下主动轮开始喂丝，光电计数器（喂丝计数器）开始计数。4）当计数器达到设定值时，升起主动轮。启动变频器反向（反向转速要慢），并启动定时器（和变频器到达反转时间有关）。5）定时器到达预定值后主动轮压下，开始退丝，退丝计数器开始计数。当到达退丝设定值时（一般为一固定值，长度略大于导管出口与钢渣表面的距离），升起主动轮。停止变频调速器。6）升起导管，到达升起限位开关后，停止升起。7）启动后退电机，喂丝机平台后退到后退限位开关处，停止，喂丝过程结束。第44页，共46页，编辑于2022年，星期六56 S7-200PLC在炼钢厂在炼钢厂喂丝机控制系统中的应用喂丝机控制系统中的应用l5.6.3 控制功能控制功能第45页，共46页，编辑于2022年，星期六56 S7-200PLC在炼钢厂在炼钢厂喂丝机控制系统中的应用喂丝机控制系统中的应用l5.6.4 输入输入/输出地址分配输出地址分配基于西门子S7-200PLC控制系统的输入/输出地址分配见教材表5-9。5.6.5喂丝机系统的控制程序喂丝机系统的控制程序 1.初始化部分 该部分包括手动/自动切换、复位计数器、喂丝长度设定，报警、启动等。2.喂丝机平台前进部分 该过程在炼钢炉起盖后，喂丝机移动到炼钢炉前，以便降下导管，准备喂丝。通过行进限位开关确保喂丝机平台到达指定位置，并停止行走电机。3.导管下降部分 导管下降的目的是，确保导管距钢水表面有一个合理的距离，便于穿透钢渣表面进入钢水。4.喂丝/退丝部分 喂丝过程中，当喂丝电机达到一定速度时，才能进行喂丝。第46页，共46页，编辑于2022年，星期六