西门子PLC.doc
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1、目录第1章 可编程序控制器概述21.1 可编程序控制器的由来与定义21.2 可编程序控制器的特点与功能21.3 可编程序控制器的发展与应用41.4 常用可编程序控制器简介4第2章 可编程序控制器的基本原理62.1 可编程序控制器的基本结构62.2 可编程序控制器的各组成部分72.3 可编程序控制器的工作原理102.4 可编程序控制器的编程语言11第3章 S7200 PLC 的硬件系统133.1 S7200 PLC 硬件系统的组成133.2 数据存储器及其寻址方式18第 4 章 S7-200 PLC的指令系统254.1 位逻辑指令254.2 定时器和计数器指令26第5章 PLC 程序设计基础29
2、5.1 梯形图的编程规则295.2 典型控制功能的梯形图315.3 PLC 程序的移植设计法和经验设计法345.4 PLC 程序的顺序控制设计法395.5 PLC 程序的子程序43第1章 可编程序控制器概述1.1 可编程序控制器的由来与定义一、可编程序控制器的由来 功能完备 灵活通用 通用工业控制装置 简单易懂、操作方便价格便宜 提出十项指标: (1) 编程简单,可现场修改程序。 (2) 维护方便,采用模块式结构。 (3) 可靠性高于继电器控制柜。 (4) 体积小于继电器控制柜。 (5) 数据直接送入计算机。 (6) 价格能与继电器控制柜竞争。 (7) 输入可以是交流 115 V。 (8) 输
3、出AC115 V、2 A,能直接驱动电磁阀。 (9) 扩展时系统变更很小。 (10) 用户程序存储容量至少能扩展到 4 K字节。 1969 年美国 DEC 研制出世界上第一台可编程序控制器,并在 GM 公司试用,获得了成功。 1971 年日本研制出第一台可编程序控制器。 1974 年我国开始研制,1977 年开始工业应用。 20 世纪 70 年代中期,PLC 进入了实用化阶段。 20 世纪 70 年代末和 80 年代初,PLC 进入了成熟阶段。 早期的可编程序控制器,一般称为可编程序逻辑控制器 (Programmable Logic Controller), 简称 PLC。它以准计算机形式出现
4、。 1980 年,美国电气制造商协会正式将其命名为可编程序控制器 (Programmable Controller), 简称 PC。 现代可编程序控制器,逻辑运算仅是其众多功能之一,故取消了“Logic”。为了区别 “个人计算机”, PC 仍被称为 PLC。 1.2 可编程序控制器的特点与功能一、PLC 的特点1. 可靠性高、抗干扰能力强 无故障时间: 45 万小时。 措施:隔离、滤波、屏蔽、检测与自诊断、数据备份、后备电池 2. 功能完善、通用性强、使用方便 能实现各种控制功能、用于各个控制领域。 3. 编程方法简单、易于掌握 梯形图图形语言简单易学。4. 系统设计周期短、安装容易、维护方便
5、 5. 体积小、重量轻、功耗低二、PLC 的主要功能及其应用 1. 逻辑控制 用 PLC 的与、或、非指令取代继电器触点的串并联等逻辑连接,实现开关量的控制。2. 定时与计数控制 用 PLC 的定时器、计数器指令取代时间继电器等,实现某些操作的定时或计数控制。3. 数据处理 用数据传送、比较、移位、数码转换、编码、译码以及数学运算和逻辑运算等指令来实现数据的采集、分析和处理。用于数控机床、柔性制造系统、过程控制系统和机器人控制系统等大中型控制系统中。 4. 步进控制 用 PLC 的步进指令取代由硬件构成的步进控制器等, 实现上、下工序操作的控制。5. 运动控制 通过高速计数器和位置控制模块等控
6、制步进电动机或 伺服电动机,从而控制单轴或多轴生产机械。6. 过程控制 通过 A/D 和 D/A 转换,用 PLC 的 PID 指令(或PID 模块)对生产过程中的温度、压力、速度、流量等模拟量进行单回路或多回路的闭环控制。7. 通信与远程控制 通过各种通信模块能够将 PLC 与 PLC、PLC 与上位计算机之间联结成一个网络。8. 监控功能三、PLC 与其他控制系统的比较 1. PLC 与继电器控制系统的比较 PLC 的梯形图与继电器控制线路图十分相似,主要原因是PLC梯形图的发明大致上沿用了继电器控制的电路元件符号,仅个别处有些不同。 信号的输入/输出形式及控制功能也是相同的,但是PLC是
7、软逻辑,继电器是硬逻辑。 PLC 在性能上比继电器控制逻辑优异,特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便,而且体积小、功耗低、维护方便,但价格高于继电器。2. 可编程控制器与单片机控制的比较 单片机具有结构简单、使用方便、价格比较低等优点,一般用于数据采集和工业控制。 PLC 在数据采集、数据处理等方面不如单片机。PLC 用于工业控制,稳定可靠,抗干扰能力强,使用方便,但单片机的通用性和适应性较强。3. 可编程控制器与个人计算机控制的比较 使用环境、程序设计、运算速度、存储容量、价格。 应用范围: 微机除了用在控制领域外,还大量用于科学计算、 数据处理、计算机通信等方面。PLC 是专用微机
8、控制系统,主要用于工业控制。 输入/输出: 微机系统的 I/O 设备与主机之间采用微电联系,一般不需要电气隔离。而PLC一般控制强电设备,需要电气隔离,输入输出均用光电耦合,输出还采用继电器、可控硅或大功率晶体管进行功率放大。 系统功能: 微机系统一般配有较强的系统软件和许多应用软件。而 PLC 一般只有简单的监控程序,能完成故障检查、用户程序的输入和修改、用户程序的执行与监视等。 互相配合各司其职: 在一个联网运行的集散控制系统中,使 PLC 集中在功能控制上,微机则集中在信息处理上,两者相辅相成。 1.3 可编程序控制器的发展与应用一、PLC 的发展概况 早期的 PLC 控制功能简单 基本
9、逻辑和顺序控制、条件和时间步进控制等功能。 PLC 已经成为工业控制的标准设备。 现代工业的三大支柱: PLC 技术、机器人技术、CAD/CAM 技术。 PLC 的生产也成了重要的产业 ,随着微电子技术的快速发展,使制造成本,功能。 二、PLC 的发展趋势1. 向小型化方向发展,便于实现“机电仪”一体化。2. 向大型化方向发展 (1) 功能不断加强 各种运算、定时、计数、模拟调节、监控、记录、与计算机接口、通信 (2) 应用范围不断扩大 逻辑控制、中断控制、智能控制、过程控制、通信控制 (3) 性能不断提高 处理速度、响应时间、存储容量、多处理器技术、各种智能模块 (4) 编程软件的多样化和高
10、级化 如 BASIC、C、汇编语言、专用高级语言等。(5) 构成形式的分散化和集散化 三、PLC 在中国的发展与应用 最早研究和应用PLC始于20世纪70年代末期。 自2001年起,我国机械工业成为工业发展新亮点。 近年来每年约新投入10万台套PLC产品。 化工行业也是需求PLC的一个持续而稳定的市场。 第2章 可编程序控制器的基本原理2.1 可编程序控制器的基本结构整体式 PLC 模块式 PLC 2.2 可编程序控制器的各组成部分一、中央处理单元 CPU1. CPU 的功能(1) 读入现场状态;(2) 控制存储和解读用户程序;(3) 执行各种运算程序;(4) 输出运算结果;(5) 执行系统诊
11、断功能;(6) 与外部设备或计算机通信等。 二、存储器 1. 存储器的类型 ROM、RAM、PROM、EPROM、EAROM、EEPROM。2. 存储器的划分(1) 系统存储器 ROM 存储器。 (2) 用户程序存储器 有掉电保护的 RAM 或 EEPROM 存储器。不同型号的 PLC 其存储器的容量差别很大。 (3) 工作数据存储器 有掉电保护的 RAM 或 EEPROM 存储器。 在工作数据区预先开辟了“元件映像寄存器” 和变量数据区。 有掉电时能保持数据的区域 数据保持区。 三、输入/输出模块 输入/输出信号:开关量、模拟量。 开关量:直流量、交流量。CPUDIAI输入映像寄存器输出映像
12、寄存器DOAO.1. 数字量(开关量)输入接口电路 (1) 直流输入接口电路 2. 数字量(开关量)输出接口电路 根据输出电路所用开关器件的不同分类。 (1) 晶体管输出接口电路 (2) 双向晶闸管输出单元 (3) 继电器输出接口电路 三、电源 内部有一个开关电源。 电源的容量取决于 PLC 的型号。 S7200 CPU 的内部电源为自身、扩展模块、其他用电设备提供 5 V、 24 V DC 电源。 扩展模块通过与 CPU 连接的总线连接电缆取得 5 V 直流电源。 CPU 向外提供的 24 V DC 电源从(L,M)端引出。该电源为 (1) 本机集成的 、扩展模块上的 I/O 点供电。 (2
13、) 特殊的模块、智能模块供电。 (3) 从通信口输出,提供给 PC/PPI 编程电缆、TD200 文本显示操作界面等设备。电源的容量: 如果总需求超过 CPU 的供电能力: 必须减少或改变模块的配置。需增加外部 24 V DC 电源。2.3 可编程序控制器的工作原理一、 PLC 的扫描工作方式 PLC 采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式。 CPU 连续执行用户程序,任务的循环序列称为扫描。 一个扫描周期包含以下任务 读输入 执行程序 处理通信请求 执行CPU自诊断 写输出 二、PLC 的扫描工作过程 1. 输入采样阶段 读 (采样) 输入端子的信号 存入 (刷新) I 中。 没有使用的 I
14、位被清零。 2. 程序执行阶段 执行用户程序。程序按指令顺序执行(跳转指令例外)。 对输入指令,从 I 中读取数据。 对输出指令,将输出值存入 Q 中。 立即输入/输出指令除外。3. 处理通信请求 CPU 处理从通信端口接收到的任何信息。 处理通信请求的时间是可以调节的。4. 执行 CPU 的自诊断 CPU 检查其硬件、I/O 模块状态、用户存储器。发现故障,报警或停止程序运行。5. 输出刷新阶段 将 Q 中的输出值 输出锁存器 驱动被控对象按新的输出值动作。 PLC 的工作过程 三、PLC 的输入/输出滞后现象 影响输入/输出响应滞后的主要因素有: 输入延迟时间。 扫描周期。 输出延迟时间。
15、 程序语句的安排, 影响程序执行时间。 如图所示程序: 从 I0.0 接通到 Q0.1 接通延迟了一个多扫描周期(正常)。 而 Q0.0 被接通却延迟了两个多扫描周期(不正常)。 解决方法:交换网络 1 与网络 2 前后位置。 2.4 可编程序控制器的编程语言一、 PLC 软件的基本概念 1. 系统软件(1) 系统管理程序 运行管理、存储空间管理、系统自检程序。(2) 用户指令解释程序(3) 标准程序模块和系统调用2. 用户程序 实现控制功能的应用程序。编制不同程序,实现不同功能可编程序。 二、梯形图 LAD 梯形图是一种图形化的语言,特点: (1) 梯形图与继电器接触器控制电路相似,易于理解
16、,全世界通用。(2) 易于初学者使用。(3) 可以利用 STL 编程器显示所有用 LAD 编程器编写的程序。 (4) 各个厂商的图形符号略有不同。三、语句表 STL 语句表是类似汇编语言的指令助记符编程语言。 特点: (1) STL 最适合有经验的程序员。(2) 能解决 LAD 和 FBD 不易解决的问题 。(3) 利用 STL 编程器可以查看用 LAD 和 FBD编程器编写的程序,反之不一定成立。 语句表 = 语句。 语句= 操作码 + 操作数。语句表与梯形图 四、变量的数据类型 指令所允许的数据类型通过标识符得到。 表2-1 基本数据类型 基本数据类型内 容数据范围BOOL(1位)布尔型0
17、 1BYTE(8位)无符号型0 255WORD(16位)无符号整数0 65 535INT(16位)有符号整数32 768 32 767DWORD(32位)无符号双整数0 2321DINT(32位)有符号双整数231 2311REAL(32位)IEEE 32 浮点数(实数)1038 1038第3章 S7200 PLC 的硬件系统3.1 S7200 PLC 硬件系统的组成 3.2 数据存储器及其寻址方式 3.3 扩展 I/O 模块的寻址 3.1 S7200 PLC 硬件系统的组成一、S7200 CPU 模块 中央处理单元 + 数字量 I/O 点 + 电源。 1. CPU 模块的型号及主要技术指标
18、CPU 221、CPU 222、CPU 224、 CPU 226、CPU 226 XM 供电电压:24 V DC、120 220 V AC。 种类:DC/DC/DC、AC/DC/Relay S7200 系列 CPU 的通用规范 . 模拟电位器 提供有 1 2 个模拟电位器。 模拟电位器的电阻值存放在 SMB28 和 SMB29 中。模拟电位器 0 SMB28 ,模拟电位器 1 SMB29 。 通过调节电位器改变SMB28 和 SMB29 中的值(只读)。 SMB28 和 SMB29 中的值可作为程序的上下限值,或更新定时器和计数器的当前值,输入或修改预设值。 电阻值 = 0 255 。二、数据
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