第4章S7-200PLC基础知识课件.ppt
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1、第第4 4章章 S7-200 PLCS7-200 PLC基础知识基础知识S7- 200欧姆龙欧姆龙plcFX-2N北京和利时北京和利时PLC台达台达PLC4.1 PLC4.1 PLC概述概述n PLCPLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。运算操作的电子装置。n 它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,
2、控制各种类型的机械或生产过程。输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLCPLC及其及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。 在在PLCPLC的发展历程中,有过几个不同的名称:的发展历程中,有过几个不同的名称:l可编程序矩阵控制器可编程序矩阵控制器PMCPMC (Programmable Matrix ControllerProgrammable Matrix Controller)l可编程序顺序控制器可编程序顺序控制器PSCPSC (Programmable Sequ
3、ence ControllerProgrammable Sequence Controller)l可编程序逻辑控制器可编程序逻辑控制器PLCPLC (Programmable Logic ControllerProgrammable Logic Controller)l 19681968年,美国最大的汽车制造商通用汽车公司(年,美国最大的汽车制造商通用汽车公司(G GM M),),为了适应汽车型号不断更新的需要,提出了为了适应汽车型号不断更新的需要,提出了十条技术指标在社会上公开招标,制造一种新型的十条技术指标在社会上公开招标,制造一种新型的工业控制装置。工业控制装置。19691969年美国数
4、字设备公司(年美国数字设备公司(DECDEC)根据招标的要求,研制出世界上第一台可编程序控根据招标的要求,研制出世界上第一台可编程序控制器,并在制器,并在GMGM公司汽车生产线上首次应用成功。公司汽车生产线上首次应用成功。l 19801980年美国电气制造商协会(年美国电气制造商协会(NEMANEMA)正式将其命名正式将其命名为编程序控制器(为编程序控制器(Programmable ControllerProgrammable Controller),),简称简称 PCPC。l 70年代中期,年代中期,PLC进入了实用化阶段。进入了实用化阶段。l 70年代末和年代末和 80年代初,年代初,PL
5、C进入了成熟阶段。进入了成熟阶段。PLCPLC的历史演变的历史演变目前,世界上有目前,世界上有200200多家多家PLCPLC厂商,厂商,400400多多品种的品种的PLCPLC产品,产品,PLCPLC产品可按地域分成产品可按地域分成三大流派:三大流派:一个流派是美国产品一个流派是美国产品一个流派是欧洲产品一个流派是欧洲产品一个流派是日本产品一个流派是日本产品l美国通用电气公司美国通用电气公司GEGE系列系列PLC PLC GEGE公司的代表产品是:公司的代表产品是:小型机小型机: :GE-1GE-1、GE-1/JGE-1/J、GE-1/P GE-1/P 中型机中型机: :GE-GE- 大型机
6、大型机: :GE-GE- l 德国西门子(德国西门子(SIEMENSSIEMENS)公司)公司S S系列系列PLCPLC 德国西门子(德国西门子(SIEMENSSIEMENS)公司生产的可编程序控)公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛,在冶金、化工、印制器在我国的应用也相当广泛,在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子(刷生产线等领域都有应用。西门子(SIEMENSSIEMENS)公)公司的司的PLCPLC产品包括产品包括LOGOLOGO,S7-200S7-200,S7-300S7-300,S7-400S7-400,工业网络,工业网络,HMIHMI人机界面,工业软件等。人机界面
7、,工业软件等。西门子西门子PLCPLC及相关产品及相关产品 小型:小型:SIMATIC S7-200 PLC SIMATIC S7-200 PLC 中型:中型: SIMATIC S7-300 PLC SIMATIC S7-300 PLC 大型:大型: SIMATIC S7-400 PLC SIMATIC S7-400 PLC 工业通讯网络工业通讯网络 (SIMATIC NETSIMATIC NET) 人机界面(人机界面(HMIHMI)硬件)硬件 SIMATIC S7SIMATIC S7工业软件工业软件 :编程工具、基于:编程工具、基于PCPC的的控制软件、人机界面软件。控制软件、人机界面软件。
8、l 日本三菱公司日本三菱公司PLC PLC 小型:小型:F1F2FXF1F2FX系列系列大中型:大中型:A A系列、系列、QnAQnA系列、系列、Q Q系列系列 l 日本立石(日本立石(OMRONOMRON)公司)公司PLC PLC SYSMAC CSYSMAC C系列系列PLCPLC整体式结构的微型整体式结构的微型PLCPLC机是以机是以C20PC20P为代表的机型为代表的机型 OMRON OMRON 中型机以中型机以C200HC200H系列最为典型系列最为典型 l 日本松下公司日本松下公司PLCPLC 松下公司的松下公司的PLCPLC产品中,产品中,FPOFPO为微型机,为微型机,FP1F
9、P1为整体式小为整体式小型机,型机,FP3FP3为中型机,为中型机,FP5/FP10FP5/FP10、FP10SFP10S(FP10FP10的改进型)的改进型)、FP20FP20为大型机,其中为大型机,其中FP20FP20是最新产品。是最新产品。 国产国产PLCPLC主要生产厂家及产品性能主要生产厂家及产品性能l 中国科学院自动化研究所的中国科学院自动化研究所的PLC-0088PLC-0088l 北京联想计算机集团公司的北京联想计算机集团公司的GK-40GK-40l 上海机床电器厂的上海机床电器厂的CKY-40CKY-40l 上海起重电器厂的上海起重电器厂的CF-40MR/ERCF-40MR/
10、ERl 苏州电子计算机厂的苏州电子计算机厂的YZ-PC-001AYZ-PC-001Al 原机电部北京机械工业自动化研究所的原机电部北京机械工业自动化研究所的MPC-00l/20MPC-00l/20、KB-20KB-20/40/40l 杭州机床电器厂的杭州机床电器厂的DKK02DKK02l 天津中环自动化仪表公司的天津中环自动化仪表公司的DJK-S-84/86/480DJK-S-84/86/480l 上海自立电子设备厂的上海自立电子设备厂的KKIKKI系列系列l 上海香岛机电制造有限公司的上海香岛机电制造有限公司的ACMY-S80ACMY-S80、ACMY-S256ACMY-S256l 无锡华光
11、电子工业有限公司(合资)的无锡华光电子工业有限公司(合资)的SR-10SR-10、SR-20/21SR-20/21等等。 4.1.3 PLC4.1.3 PLC的应用领域的应用领域l 1 1开关量的逻辑控制开关量的逻辑控制 l 2 2运动控制运动控制 l 3 3过程控制过程控制 l 4 4数据处理数据处理 l 5 5通信联网通信联网 4.1.4 PLC4.1.4 PLC的主要特点的主要特点l 1 1可靠性高,抗干扰能力强可靠性高,抗干扰能力强l 2 2配套齐全,功能完善,适用性强配套齐全,功能完善,适用性强l 3 3编程方便,易学易用编程方便,易学易用l 4 4系统的设计工作量小,维护方便,容易
12、系统的设计工作量小,维护方便,容易改造改造l 5 5体积小,重量轻,能耗低,性价比高体积小,重量轻,能耗低,性价比高4.1.5 PLC4.1.5 PLC与继电器控制的区别与继电器控制的区别比较项较项目用继电继电器控制系统统用PLC控制控制逻辑逻辑实现实现比较复杂较复杂,修改困难难,占用空间间大体积积小,连线连线少,控制灵灵活,易于扩扩展控制速度取决决于机械触触点的动动作速度,一般为为几十毫秒,并并且容易出现触现触点抖动动情况况有继电继电器和晶体管输输出方式,特别别是晶体管是无触触点控制,输输出控制速度很快,达达到微秒级级,不会会出现触现触点抖动现动现象可靠性机械式,寿寿命短,可靠性和可维维护护
13、性差连线连线少,可靠性高,寿寿命长长工作方式并并行工作方式周期性循环扫环扫描工作方式定时时控制用时间继电时间继电器定时时,精度不高,定时时范围围有限,受外界干扰扰影响响由内内部的晶振稳稳定给给出,精度很高,最小可为为0.001S,最长长几乎没没有限制设计与设计与施工设计设计、施工、调试调试必须须依次进进行,周期长长,修改困难难设计设计和施工可以同时进时进行,周期短,调试调试和修改都很方便价格使用机械开关开关,继电继电器和接触触器等,价格相对对便宜,但使用数数量多,总总价并并不便宜PLC可以代替很多继电继电器,初期投资资可能会会稍大,但总总体来说来说性价比较较高4.1.6 PLC4.1.6 PL
14、C的分类的分类 (1 1)按结构形式分类)按结构形式分类l 整体式整体式PLCPLC: 又称单元式或箱体式。整体式又称单元式或箱体式。整体式PLCPLC是将电源、是将电源、CPUCPU、I I0 0部件都集中装在一个机箱内。一般小型部件都集中装在一个机箱内。一般小型PLCPLC采用采用这种结构。这种结构。l 模块式模块式PLCPLC:将将PLCPLC各部分分成若干个单独的模块,如各部分分成若干个单独的模块,如 CPUCPU模块、模块、I I0 0模块、电源模块和各种功能模块。模块式模块、电源模块和各种功能模块。模块式PLCPLC由由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型框架和各种模块
15、组成。模块插在插座上。一般大、中型PLCPLC采用模块式结构,有的小型采用模块式结构,有的小型PLCPLC也采用这种结构。也采用这种结构。l 有的有的PLCPLC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,称为叠叠装式装式PLCPLC。 (2 2)按)按 I IO O点数分类点数分类l 小型:小型:I/OI/O点数在点数在256256点以下;点以下;l 中型:中型:I/OI/O点数在点数在25625620482048点之间;点之间;l 大型:大型:I/OI/O点数在点数在20482048点以上。点以上。4.1.6 PLC4.1.6 PLC的分类的分类 小型小型PLC(西门子(西门子
16、S7-200系列)系列)中型中型PLC(西门子(西门子 S7-300系列)系列)大型大型PLC(西门子(西门子 S7-400系列)系列)4.1.7 PLC4.1.7 PLC的基本结构的基本结构4.1.7 PLC4.1.7 PLC的基本结构的基本结构输入单元电源单元输出单元CPU单元IO单元CPU芯片Flash存储器芯片CPU=微处理器微处理器(控制器(控制器+运算器运算器+寄存器)寄存器)+ 控制接口电路控制接口电路微处理器:微处理器:(1)通用处理器:通用处理器:8086、80286、80386(2)单片机芯片:)单片机芯片:MCS-51、MCS-96(3)位片式微处理器:位片式微处理器:A
17、MD-2900,2901,2903l 小型小型PLC多采用多采用8位微处理器或单片机作为位微处理器或单片机作为CPUl 中型中型PLC多采用多采用16位微处理器或单片机作为位微处理器或单片机作为CPUl 大型大型PLC多采用高速位片式微处理器多采用高速位片式微处理器1.1.中央处理单元(中央处理单元(Central Processing Central Processing Unit,CPUUnit,CPU)微处理器功能:微处理器功能: 1) 1)控制用户从编程器控制用户从编程器输入输入的用户程序和数据的接收与存储;的用户程序和数据的接收与存储; 2) 2)检查检查编程过程中的语法错误,诊断电
18、源及编程过程中的语法错误,诊断电源及PLCPLC内部的工作故障;内部的工作故障; 3) 3)用用扫描扫描方式工作,接收来自现场输入信号,并输入到输入映象寄方式工作,接收来自现场输入信号,并输入到输入映象寄存器和数据存储器中。存器和数据存储器中。 4) 4)在进入在进入运行运行方式后,从存储器中逐条读取并执行用户程序完成用方式后,从存储器中逐条读取并执行用户程序完成用户程序所规定的逻辑运算,算术运算机数据处理等操作户程序所规定的逻辑运算,算术运算机数据处理等操作 5) 5) 根据运算结果,更新有关标志位的状态,刷新输出映象寄存器根据运算结果,更新有关标志位的状态,刷新输出映象寄存器的内容,再经的
19、内容,再经输出输出部件实现输出控制,打印制表或数据通信等功部件实现输出控制,打印制表或数据通信等功能能1.1.中央处理单元(中央处理单元(Central Processing Central Processing Unit,CPUUnit,CPU)l控制接口电路:控制接口电路: 微处理器与主机内部其他单元进行联系的部件微处理器与主机内部其他单元进行联系的部件功能:功能:数据缓冲、单元选择、信号匹配、中断管理。数据缓冲、单元选择、信号匹配、中断管理。2. 2. 存储器存储器(Memory)(Memory)l 系统程序存储器:系统程序存储器:用来存储可编程控制器内部的各种信息。用来存储可编程控制器
20、内部的各种信息。 一般系统程序由一般系统程序由PLC厂家编写的系统监控程序,不能由用户直接厂家编写的系统监控程序,不能由用户直接存取。系统程序主要由有关系统管理,解释指令,标准程序及系统存取。系统程序主要由有关系统管理,解释指令,标准程序及系统调用等程序组成。调用等程序组成。系统程序存储器一般用系统程序存储器一般用PROM或或EPROM构成。构成。系统程序存储器系统程序存储器用户程序存储器用户程序存储器程序存储区数据存储区系统区l 程序存储区程序存储区:用来存储由用户编写的,通过编程器输入:用来存储由用户编写的,通过编程器输入的程序。的程序。l 数据存储区数据存储区:用来存储通过输入端子读取的
21、输入信号状:用来存储通过输入端子读取的输入信号状态,输出端子输出信号状态,态,输出端子输出信号状态,PLC中的各个内部器件的中的各个内部器件的状态,以及特殊功能要求的有关数据。状态,以及特殊功能要求的有关数据。l 系统区系统区:用来存放:用来存放CPU的组态数据。的组态数据。用户程序存储器用户程序存储器l 用户程序存储器:用户程序存储器:主要用来存放用户程序。主要用来存放用户程序。 主要存储可编程控制器内部的输入输出信息,以及内部继电主要存储可编程控制器内部的输入输出信息,以及内部继电器,移位寄存器,累加寄存器,数据寄存器,定时器和计数器器,移位寄存器,累加寄存器,数据寄存器,定时器和计数器的
22、动作状态。的动作状态。用户程序用户程序存储器用存储器用RAM构成。构成。3. 3. 输入、输出单元输入、输出单元(Input/Output Uint)(Input/Output Uint)n 输入单元:输入单元:将按钮、行程开关或传感器等产生的信号,转换成将按钮、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。数字信号送入主机。u 输入单元类型:输入单元类型:直流输入单元直流输入单元 交流输入单元交流输入单元 交直流输入单元交直流输入单元u 输入信号输入信号:1.控制信号:开机,关机,转换,调整,急停(控制台)控制信号:开机,关机,转换,调整,急停(控制台)2.检测信号:传感器,继电器的
23、触点,限位开关,行程开关等检测信号:传感器,继电器的触点,限位开关,行程开关等 这些信号有的是开关(或数字)量,有的是模拟量,有的这些信号有的是开关(或数字)量,有的是模拟量,有的是直流信号,有的是交流信号。要根据输入信号的类型选择合是直流信号,有的是交流信号。要根据输入信号的类型选择合适的输入接口。适的输入接口。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+PLCSBn+24V发光二极管发光二极管RC滤波电路滤波电路直流输入单元直流输入单元 光电耦合器光电耦合器n输出单元:输出单元:将将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外向外输出的信号转换成可以驱动外部执行
24、电路的信号,以便控制接触器线圈等电器通断部执行电路的信号,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。电;另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。l 输出三种形式:输出三种形式: 继电器继电器 - 低速大功率,低速大功率,交流或直流供电交流或直流供电晶体管晶体管 - 高速小功率,高速小功率,直流供电直流供电 晶闸管晶闸管 - 高速大功率,高速大功率,交流供电交流供电l 输出信号输出信号:控制信号:如指示灯的亮或灭,电动机的启动,停止或正反转,设控制信号:如指示灯的亮或灭,电动机的启动,停止或正反转,设备的转动,平移,升降,阀门的开闭等。备的转动,平移,升降,阀门的开闭等
25、。 因为因为PLC的直接输出带负载的能力有限,所以的直接输出带负载的能力有限,所以PLC输出接口所输出接口所带的负载,通常是接触器的线圈,电磁阀的线圈,信号指示灯带的负载,通常是接触器的线圈,电磁阀的线圈,信号指示灯3. 3. 输入、输出单元输入、输出单元(Input/Output Uint)(Input/Output Uint)继电器输出继电器输出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-3. 3. 输入、输出单元输入、输出单元(Input/Output Uint)(Input/Output Uint)l 把外
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