第6章-可编程序控制器原理及应用..ppt
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1、第第6 6章章 可编程序控制器可编程序控制器基本基本原理原理和应用和应用6.2PLC的基本结构和工作原理的基本结构和工作原理6.3S7-200CPU存储器的数据存储器的数据类型及寻址方式类型及寻址方式6 4PLC的基本指令和编程方法的基本指令和编程方法6.5编程实例编程实例6.1概述概述第第6章章PLC的基本的基本原理原理和应用和应用学习目的:学习目的:了解可编程序控制器,会分析程序,了解可编程序控制器,会分析程序,能编制简单应用程序。能编制简单应用程序。学习重点:学习重点:基本指令和简单编程方法。基本指令和简单编程方法。学习难点:学习难点:外设与可编程控制器输入输出的关系。外设与可编程控制器
2、输入输出的关系。关键词:关键词:寻址、指令、编程寻址、指令、编程基基本本要要求求了解可编程序控制器的基本结构、了解可编程序控制器的基本结构、工作原理和系统各部分的作用;工作原理和系统各部分的作用;理解存储器的数据类型及寻址方式;理解存储器的数据类型及寻址方式;掌握基本指令和简单编程方法。掌握基本指令和简单编程方法。1.可编程序控制器可编程序控制器可编程序控制器可编程序控制器 简称简称PLC(Programmable Logic Controller)。)。PLC 是一种以微处理器是一种以微处理器 CPU 为核心,专门用于工业为核心,专门用于工业现场的自动控制装置现场的自动控制装置。2.2.可编
3、程序控制器定义可编程序控制器定义可编程序控制器定义可编程序控制器定义美国国际电工委员会美国国际电工委员会IEC(International Electrotechnical Commission)1987年公布的定义:可编程序控制器是一年公布的定义:可编程序控制器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。装置。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计算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作执行逻辑计算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令,并能通过数字式或模拟式的输
4、入和输出,控制各种指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围可编程序控制器及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩设备都应按照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。展其功能的原则而设计。6.1概概述述3.3.可编程序控制器的产生可编程序控制器的产生可编程序控制器的产生可编程序控制器的产生20世纪世纪60年代末,美国通用汽车公司为了加快汽车生年代末,美国通用汽车公司为了加快汽车生产线的改造,招标研制一种新的工业控制器。产线的改造,招标研制一种新的工业控制器。1969年年美
5、国数字设备公司生产出第一台美国数字设备公司生产出第一台PLCPDP-14。4.4.可编程序控制器发展的四个阶段可编程序控制器发展的四个阶段可编程序控制器发展的四个阶段可编程序控制器发展的四个阶段 20世纪世纪70年代中期,初创时期;年代中期,初创时期;20世纪世纪70年代中期至年代中期至70年代末期,功能扩展时期,年代末期,功能扩展时期,扩展传送和比较、模拟量的运算等;扩展传送和比较、模拟量的运算等;70年代末期至年代末期至80年代中期,通信功能发展时期;年代中期,通信功能发展时期;80年代中期开始是可编程序控制器的开放时期,年代中期开始是可编程序控制器的开放时期,主要标志是:通信协议标准化,
6、采用了标准的软主要标志是:通信协议标准化,采用了标准的软 件系统等。件系统等。5.5.功能:功能:功能:功能:逻辑控制;过程控制;位置控制;在线监控;远程逻辑控制;过程控制;位置控制;在线监控;远程控制;模拟量控制;故障诊断;联网通讯等。控制;模拟量控制;故障诊断;联网通讯等。6.6.特点:特点:特点:特点:柔性好,程序可修改;功能强;抗干扰能力强;柔性好,程序可修改;功能强;抗干扰能力强;可靠性高,无触点控制;梯形图编程,简单易学;可靠性高,无触点控制;梯形图编程,简单易学;体积小,重量轻。体积小,重量轻。缺点:与计算机相比,存储容量小;运算速度慢;价格高。缺点:与计算机相比,存储容量小;运
7、算速度慢;价格高。7.7.性能指标:性能指标:性能指标:性能指标:输入输出输入输出(I/O)点数;扫描速度;内存容量;点数;扫描速度;内存容量;指令种类;内部寄存器;高功能模块数量。指令种类;内部寄存器;高功能模块数量。8.8.分类:分类:分类:分类:按结构按结构整体式、整体式、组合式组合式小型机小型机I/O点数和点数和128,内存为几,内存为几kB中型机中型机128 I/O点数和点数和512,内存为几十,内存为几十kB大型机大型机512 I/O点数和点数和896,内存为几百,内存为几百kB超大型机超大型机I/O点数和点数和896,内存,内存103kB按控制规模按控制规模全集成自动化全集成自动
8、化全集成自动化全集成自动化(Totally Integrated Automation,TIA)S7-200的产品定位在的产品定位在S7系列系列PLC家族的低端产家族的低端产品,但比智能继电器品,但比智能继电器LOGO!的定位要高。的定位要高。通常通常S7-200用于用于200点开关量以点开关量以内,内,35点模拟量以内。点模拟量以内。S7-200外形小巧,功能强,外形小巧,功能强,性价比极高性价比极高,非常适合机械非常适合机械制造业的情况和需求。制造业的情况和需求。LOGO!LOGO!S7-300S7-300 S7-400S7-400 S7-300CS7-300C中中/大型大型High-en
9、d range/medium rangeS7-400中中/小型小型Low-end rangeS7-300通用逻通用逻辑模块辑模块 S7-200S7-200微型微型PLCS7-200SIMATIC-S7系列系列6.2可编程序控制器的基本结构和工作原理可编程序控制器的基本结构和工作原理6.2.1可编程序控制器的基本结构可编程序控制器的基本结构可编程序控制器实质上是专用于工业控制的计算可编程序控制器实质上是专用于工业控制的计算机,其组成与通用计算机基本相同。机,其组成与通用计算机基本相同。PLC由由中央处理器中央处理器(CPU)、存储器存储器(RAM,ROM)、输入接口输入接口单元、单元、输出接口输
10、出接口单元、单元、电源电源模块等组成。模块等组成。整体式结构整体式结构PLC,所有部件均封装在同一机箱内;所有部件均封装在同一机箱内;组合式结构组合式结构PLC,各功能部件独立封装,安装在各功能部件独立封装,安装在机架的插槽内,通过总线相互连接。机架的插槽内,通过总线相互连接。电电源源输输出出接接口口输输入入接接口口I/O扩扩展展接接口口接接受受现现场场信信号号I/O接接口口外外设设I/O扩扩展展模模块块驱驱动动被被控控设设备备运算器运算器中央处理器中央处理器(CPU)控制器控制器存存 储储 器器EPROM 系统程序系统程序 用户程序用户程序 RAM编程器编程器编程器编程器主主机机外外部部设设
11、备备整体式整体式PLC的结构框图的结构框图组合式组合式PLC的结构框图的结构框图中央中央处理器处理器(CPU)存储器存储器输入输入接口接口模块模块输出输出接口接口模块模块电电源源模模块块通通讯讯模模块块高高功功能能模模块块上位机上位机或其它或其它PLC驱动驱动被控被控设备设备接受接受现场现场信号信号智能智能I/O模模块块总总 线线1.1.中央处理器中央处理器中央处理器中央处理器 CPUCPU 2.2.存储器存储器存储器存储器随机存储器随机存储器 RAM CPU自诊断自诊断与编程器、与编程器、计算机通讯计算机通讯读入现场信号读入现场信号执行用户程序执行用户程序输出控制信号输出控制信号PLC的巡回
12、扫描工作过程的巡回扫描工作过程如图。如图。内存:只读存储器内存:只读存储器 ROM PLC各部分的作用各部分的作用CPU以固定周期进行巡回扫描。以固定周期进行巡回扫描。运算器和控制器是整个系统的核运算器和控制器是整个系统的核心,完成程序处理和系统控制。心,完成程序处理和系统控制。外存:外存:EPROM,盒式磁带等盒式磁带等功能:存储程序和数据功能:存储程序和数据程序:系统程序和用户程序程序:系统程序和用户程序I/O单元是单元是CPU与与I/O设备之间的连接部件。设备之间的连接部件。输入设备输入设备(如按钮、行程开关、传感器等如按钮、行程开关、传感器等)的开关信息通的开关信息通过输入接口电路送入
13、过输入接口电路送入PLC;PLC通过输出接口电路向执行通过输出接口电路向执行部件部件(如交流接触器、继电器、电磁阀等如交流接触器、继电器、电磁阀等)发出控制信号。发出控制信号。4.4.电源电源电源电源3.3.输入输入输入输入/输出输出输出输出 I/OI/O 单元单元单元单元系统电源和后备电池,应有性能良好的稳压措施。系统电源和后备电池,应有性能良好的稳压措施。5.5.编程器编程器编程器编程器6.I/O6.I/O扩展模块扩展模块扩展模块扩展模块7.7.其它外部设备其它外部设备其它外部设备其它外部设备人人-机对话的工具,一般配有键盘、显示器,用作机对话的工具,一般配有键盘、显示器,用作用户程序的输
14、入、编辑、调试和监视,它用电缆与主机相连。用户程序的输入、编辑、调试和监视,它用电缆与主机相连。用来扩展用来扩展PLC的输入、输出点数。的输入、输出点数。可配置打印机、大屏幕彩色显示器;可配置打印机、大屏幕彩色显示器;或配有通讯接口,以实现通讯联网和远程控制功能。或配有通讯接口,以实现通讯联网和远程控制功能。PLC连续执行用户程序、完成控制功能以扫描工作方式进行:连续执行用户程序、完成控制功能以扫描工作方式进行:即即CPU从程序段的第一句顺序读取顺序执行,直至最后一句。从程序段的第一句顺序读取顺序执行,直至最后一句。输入处理阶段输入处理阶段输入处理阶段输入处理阶段每次扫描周期开始时,先读取数字
15、输入点每次扫描周期开始时,先读取数字输入点(即输入接口电路即输入接口电路)的当前值,然后把这些值写到输入映像寄存器中。的当前值,然后把这些值写到输入映像寄存器中。可可编程控制器的工作过程编程控制器的工作过程 执行程序执行程序执行程序执行程序在扫描周期的执行程序阶段里,在扫描周期的执行程序阶段里,CPU执行程序是从第一条指令执行程序是从第一条指令开始,直到最后一条指令结束。开始,直到最后一条指令结束。处理通讯请求处理通讯请求处理通讯请求处理通讯请求在扫描周期的信息处理阶段,在扫描周期的信息处理阶段,CPU处理从通讯端口接收处理从通讯端口接收到的信息。到的信息。执行执行执行执行CPUCPU的自诊断
16、测试的自诊断测试的自诊断测试的自诊断测试在扫描周期中,在扫描周期中,CPU检查其硬件,以及用户存储器(仅在检查其硬件,以及用户存储器(仅在RUN模式下),它也检查所有的模式下),它也检查所有的I/O模块的状态。模块的状态。输出处理阶段输出处理阶段输出处理阶段输出处理阶段在每个扫描周期的结尾,在每个扫描周期的结尾,CPU把存在输出映像寄存器中的把存在输出映像寄存器中的数据写到数字输出点(即输出接口电路)。数据写到数字输出点(即输出接口电路)。扫描周期中断扫描周期中断扫描周期中断扫描周期中断当中断事件发生时,当中断事件发生时,CPU以异步扫描方式为用户中断服务。以异步扫描方式为用户中断服务。当中断
17、发生时根据中断优先级来处理中断。当中断发生时根据中断优先级来处理中断。1.S7-2241.S7-224 CPUMicroPLCCPUMicroPLC面板图面板图面板图面板图PLC面板图面板图Q0.0.1.2.3.4.5.6.7Q1.0.1I0.0.1.2.3.4.5.6.7I1.0.1.2.3.4.5CPU 224CPU 224SIEMENSSFRUNSTOPSIEMENSSIEMENS 数字输出状态显示数字输出状态显示RUN/STOP/TERM开关开关通讯口通讯口状态状态指示指示存储存储器卡器卡数字输入状态显示数字输入状态显示.0.1.2.3.4.5.6.7EM222EM222.0.1.2.
18、3.4.5.6.7EM221EM221数字量输入数字量输入扩展模块扩展模块.0.1.2.3.4.5.6.7EM223EM223.0.1.2.3.4.5.6.72.S7-2002.S7-200 PLCPLC扩展模块面板图扩展模块面板图扩展模块面板图扩展模块面板图数字量输出数字量输出扩展模块扩展模块数字量输入数字量输入/输出输出扩展模块扩展模块6.2.2可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作原理输入部分:来自被控对象的各种开关信息或操作命令,用以输入部分:来自被控对象的各种开关信息或操作命令,用以向系统送入控制信号,如控制按钮、行程开关,传感器信号等。向系统送入控制信号,如控制按钮、行程开关
19、,传感器信号等。控制部分:按照被控对象和生产工艺流程要求动作的各控制部分:按照被控对象和生产工艺流程要求动作的各种继电接触器控制线路。种继电接触器控制线路。输出部分:用以控制生产机械和生产过程中的各种被控输出部分:用以控制生产机械和生产过程中的各种被控对象,如接触器、电磁阀等执行机构。对象,如接触器、电磁阀等执行机构。输入部分输入部分(按钮、行(按钮、行程开关等)程开关等)控制部分控制部分控制部分控制部分(继电器、接触(继电器、接触器和连接导线)器和连接导线)输出部分输出部分(接触器、(接触器、电磁阀等)电磁阀等)继电接触器控制系统的基本结构框图继电接触器控制系统的基本结构框图继电接触器控制系
20、统的基本结构框图继电接触器控制系统的基本结构框图继电接触器控制系统继电接触器控制系统(1)继电器控制系统的基本结构框图继电器控制系统的基本结构框图(2)可编程控制系统的基本结构框图可编程控制系统的基本结构框图输入部分输入部分按钮、行按钮、行程开关等程开关等控制部分控制部分继电器和继电器和连接导线等连接导线等输出部分输出部分接触器、接触器、电磁阀等电磁阀等输入部分输入部分按钮、行按钮、行程开关等程开关等控制部分控制部分微处理器及微处理器及程序存贮器程序存贮器输出部分输出部分接触器、接触器、电磁阀等电磁阀等继电接触器控制属于接线程序,控制功能固定不变;继电接触器控制属于接线程序,控制功能固定不变;
21、为有触点控制,有寿命限制;只能实现开关量控制。为有触点控制,有寿命限制;只能实现开关量控制。程序可修改,控制功能可变;无触点控制,程序可修改,控制功能可变;无触点控制,“软软”继电器代继电器代替替“硬硬”继电器继电器,无限寿命;利用无限寿命;利用“光耦光耦”传输信号传输信号,抗干扰能力抗干扰能力强。强。6.3.1存储器有效范围存储器有效范围6.3S7-200CPU的数据类型及寻址方式的数据类型及寻址方式名名称称CPU224地地址址点点数数数字量输入数字量输入14+8I0.0-I0.7,I1.0-I1.5I2.0-I2.7数字量输出数字量输出10+8Q0.0-Q0.7,Q1.0-Q1.1Q2.0
22、-Q2.7扩展地址扩展地址256T0-T255定时器定时器计数器计数器256C0-C2554路路12位位模拟量输入模拟量输入扩展:扩展:偶数偶数地址地址AIW0-AIW6模拟量输出模拟量输出2路路12位位扩展:扩展:偶数偶数地址地址AQW0-AQW2输入映像寄存器输入映像寄存器输出映像寄存器输出映像寄存器I0.0-I15.7Q0.0-Q15.7128128用户程序大小用户程序大小用户数据大小用户数据大小4096字字2560字字S7-224CPU操作数范围操作数范围存储器名称存储器名称位存取位存取双字存取双字存取字存取字存取字节存取字节存取定时器定时器计数器计数器T0-255C0-255T0-2
23、55C0-255I0.0-15.7Q0.0-15.7数字量输入数字量输入数字量输出数字量输出IB0-15QB0-15IW0-14QW0-14ID0-12QD0-12V0.0-5119.7变量存储器变量存储器VB0-5119 VW0-5118 VD0-5116位存储器位存储器M0.0-31.7 MB0-31 MW0-30 MD0-28特殊存储器特殊存储器 SM0.0-179.7 SMB0-179 SMW0-178 SMD0-176顺序控制继电器顺序控制继电器S0.0-31.7SB0-31 SW0-30 SD0-28局部存储器局部存储器L0.0-63.7LB0-63LW0-62LD0-60累加存储
24、器累加存储器AC0-3AC0-3AC0-3模拟量输入模拟量输入模拟量输出模拟量输出AIW0-30AQW0-306.3.2存储器的直接寻址存储器的直接寻址寻址方式寻址方式直接寻址直接寻址存储单元中的内容即是操作数存储单元中的内容即是操作数间接寻址间接寻址存储单元中为地址指针,按这一地址存储单元中为地址指针,按这一地址找到的存储单元中的内容才是操作数找到的存储单元中的内容才是操作数字节的位号字节的位号(0-7)字节与位地址之间的间隔字节与位地址之间的间隔字节地址字节地址(1=第第1个字节个字节)区域标识区域标识(I=输入输入)I1.4MSBLSBI0I1I2I3I4I5I6I7I8I9I10I11
25、I12I13I14I1576543210MSB=最高位最高位LSB=最低位最低位存存储储器器区区位寻址位寻址位寻址位寻址V10V11V12V13V14V15V16V17V18V19V20V21V22V23V24V2576543210VB12访问一个字节访问一个字节区域标识区域标识(V=变量变量)字节地址字节地址存存储储器器区区字节寻址字节寻址字节寻址字节寻址存存储储器器区区MSBLSBQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9Q10Q11Q12Q13Q14Q1576543210QW2MSB=最高有效字节最高有效字节LSB=最低有效字节最低有效字节访问一个字访问一个字区域标识区域标识(Q=输出输出
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- 关 键 词:
- 程序 控制器 原理 应用
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