西门子S7-200PLC讲课ppt课件.ppt
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1、传统的生产机械自动控制装置传统的生产机械自动控制装置继电器控制系统继电器控制系统 优点优点结构简单、价格低廉、容易操作结构简单、价格低廉、容易操作 。缺点缺点体积庞大、生产周期长、接线复杂、故障体积庞大、生产周期长、接线复杂、故障率高、可靠性及灵活性差率高、可靠性及灵活性差 。应用应用比较适用于工作模式固定,控制逻辑简单比较适用于工作模式固定,控制逻辑简单等工业应用场合。等工业应用场合。 PLC PLC的产生背景的产生背景四、四、PLC的发展与应用的发展与应用1用户迫切用户迫切需要需要一种先进的自动控制装置一种先进的自动控制装置继电器控制系统继电器控制系统先进自动控制系统先进自动控制系统2对先
2、进自动控制装置提出对先进自动控制装置提出设想设想: 把把计算机计算机的功能完善、通用、灵活等优点和的功能完善、通用、灵活等优点和继电器继电器控制系统控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来,制成一的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来,制成一种通用种通用控制装置控制装置。把计算机的编程方法和程序输入方式加以。把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化,采用面向控制过程、面向对象的语言编程。简化,采用面向控制过程、面向对象的语言编程。 工业控制单板机(计算机)工业控制单板机(计算机) 继电器控制系统继电器控制系统 先进控制装置先进控制装置 3背景:背景:19681968年美国通用
3、汽车公司年美国通用汽车公司(GMGM),为了适应汽车型),为了适应汽车型号的不断更新,生产工艺号的不断更新,生产工艺不断变化的需要,实现小不断变化的需要,实现小批量、多品种生产,希望批量、多品种生产,希望能有一种新型工业控制器,能有一种新型工业控制器,它能做到尽可能减少重新它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系设计和更换继电器控制系统及接线,以降低成本,统及接线,以降低成本,缩短周期。缩短周期。 41968年,年,GM公司提出公司提出十项设计标准十项设计标准:编程简单,可在现场修改程序;编程简单,可在现场修改程序;维护方便,采用插件式结构;维护方便,采用插件式结构;可靠性高于继电器控制柜
4、;可靠性高于继电器控制柜;体积小于继电器控制柜;体积小于继电器控制柜;成本可与继电器控制柜竞争;成本可与继电器控制柜竞争;可将数据直接送入计算机;可将数据直接送入计算机;可直接使用可直接使用115V115V交流输入电压;交流输入电压;输出采用输出采用115V115V交流电压,能直接驱动电磁交流电压,能直接驱动电磁阀、交流接触器等;阀、交流接触器等;通用性强,扩展方便通用性强,扩展方便; ;能存储程序,存储器容量可以扩展到能存储程序,存储器容量可以扩展到4KB4KB。5可编程序逻辑控制器的可编程序逻辑控制器的产生产生 美国数字设备公司(美国数字设备公司(DECDEC)根据这一设想,于)根据这一设
5、想,于19691969年研年研制成功了第一台可编程序控制器制成功了第一台可编程序控制器( (型号为型号为PDP-14 ) ,并在通用并在通用汽车公司的自动装配线上试用成功汽车公司的自动装配线上试用成功 。 由于当时主要用于顺序控制,只能进行逻辑运算,故由于当时主要用于顺序控制,只能进行逻辑运算,故称为称为可编程序逻辑控制器可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Programmable Logic ControllerController,PLCPLC)。)。 6PLCPLC的发展的发展接着,美国接着,美国MODICON公司也开发出可编程序控制器公司也开发出可编程序控制器08
6、4。1971年,日本从美国引进了这项新技术,很快研制出了日本年,日本从美国引进了这项新技术,很快研制出了日本第一台可编程序控制器第一台可编程序控制器DSC-8。1973年,西欧国家也研制出了他们的第一台可编程序控制器。年,西欧国家也研制出了他们的第一台可编程序控制器。我国从我国从1974年开始研制,年开始研制,1977年开始工业应用。年开始工业应用。返返 回回72. PLC2. PLC的定义和分类的定义和分类PLCPLC的定义的定义 经历经历:可编程逻辑控制器(:可编程逻辑控制器(PLCPLC)可编程控制器(可编程控制器(PCPC) 通用叫法通用叫法:可编程序控制器(:可编程序控制器(Prog
7、rammable ControllerProgrammable Controller,PCPC),是一台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具),是一台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入有丰富的输入/ /输出接口,并且具有较强的驱动能力。但由输出接口,并且具有较强的驱动能力。但由于于PCPC容易和个人计算机(容易和个人计算机(Personal ComputerPersonal Computer)混淆,所以)混淆,所以人们还沿用人们还沿用PLCPLC作为可编程控制器的英文缩写。作为可编程控制器的英文缩写。 8 国际电工委员会(国际电工委员会(IECIEC)对可编程控制器的定义
8、)对可编程控制器的定义: “可编程控制器是一种数字运算操作的可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统电子系统,专为在,专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/ /输输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩外部设
9、备,都按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。充其功能的原则设计。”9PLCPLC的基本结构的基本结构 中央处理单元(CPU)系统程序存储器R A MI/O扩展接口设备通讯接口电源适配器10PLCPLC的分类的分类 一体化紧凑型一体化紧凑型PLC PLC :电源、:电源、CPUCPU中央处理系统、中央处理系统、I/OI/O接口都集成在一个机壳内。如接口都集成在一个机壳内。如西门子西门子S7-200S7-200系列。系列。 CPUCPU(基本单元)(基本单元) + + 扩展模块扩展模块 11标准模块式结构化标准模块式结构化PLC PLC :各种模块相互独立,并安:各种模块相互
10、独立,并安装在固定的机架(导轨)上,构成一个完整的装在固定的机架(导轨)上,构成一个完整的PLCPLC应用系统。如:应用系统。如:西门子西门子S7-300S7-300、S7-400S7-400系列。系列。 PS(电源模块)CPU IM(接口模块)SM: DISM: DOSM: AISM: AO CP:- 点-到-点- PROFIBUS- 工业以太网返返 回回12五五.PLC.PLC的硬件结构的硬件结构根据硬件结构,根据硬件结构,PLC可分为整体式和模块式。可分为整体式和模块式。整体式整体式13PLCPLC的输入模块的输入模块PLCPLC的输出模块的输出模块继电器输出电路继电器输出电路六六.PL
11、C.PLC的的I/OI/O模块模块14PLCPLC的输出模块的输出模块场效应管输出电路场效应管输出电路返返 回回15 继电器的线圈通电时,其常开触点接通,常闭触点断开;继电器的线圈通电时,其常开触点接通,常闭触点断开;线圈断电时,其常开触点断开,常闭触点闭合。线圈断电时,其常开触点断开,常闭触点闭合。 梯形图中的位元件的触点和线圈也有类似的关系。梯形图中的位元件的触点和线圈也有类似的关系。七七. PLC的工作原理的工作原理 用触点和线圈实现逻辑运算用触点和线圈实现逻辑运算16RUN 模式模式 :执行用户程序。:执行用户程序。STOP模式模式:不执行用户程序,可以编辑、修改、检查:不执行用户程序
12、,可以编辑、修改、检查 用户程序。用户程序。1)用)用PLC上的模式开关来手动切换,模式开关有上的模式开关来手动切换,模式开关有3个档个档 位(位(RUN/TERM/STOP)。)。2)用编程软件,应首先把主机的模式开关置于)用编程软件,应首先把主机的模式开关置于TERM或或RUN位置,然后在此软件平台用鼠标单击位置,然后在此软件平台用鼠标单击STOP和和RUN模式按钮即可。模式按钮即可。3)在用户程序中用指令由)在用户程序中用指令由RUN模式转换到模式转换到STOP模式,模式,前提是程序逻辑允许中断程序的执行。前提是程序逻辑允许中断程序的执行。 PLC 的工作模式的工作模式17 PLC的工作
13、原理的工作原理PLC采用采用循环扫描工作方式循环扫描工作方式,这个工作过程一般包括五个阶段:,这个工作过程一般包括五个阶段:输入扫描、用户程序执行、与编程器等的通信处理、输入扫描、用户程序执行、与编程器等的通信处理、CPU自诊自诊断测试、输出处理。断测试、输出处理。PLC执行的五个阶段,称为一个执行的五个阶段,称为一个扫描周期扫描周期,PLC完成一个周完成一个周期后,又重新执行上述过程,扫描周而复始地进行。期后,又重新执行上述过程,扫描周而复始地进行。18 PLC的工作过程举例返返 回回19八八. PLC. PLC的编程环境的编程环境PLC编程语言的国际标准编程语言的国际标准 IEC在在199
14、4年年5月公布了月公布了PLC标准标准IEC61131 其中第三部分其中第三部分IEC61131-3是是PLC的编程语言标准的编程语言标准 规定规定PLC的标准编程语言有五种的标准编程语言有五种: 1) 顺序功能图顺序功能图SFC 2) 梯形图梯形图LAD 3) 功能块图功能块图FBD 4) 指令表指令表/语句表语句表STL 5) 结构文本结构文本ST20 顺序功能图(顺序功能图(SFCSFC) SFC是一种位于其他编是一种位于其他编程语言之上的图形语言,用程语言之上的图形语言,用来编制顺序控制程序。也可来编制顺序控制程序。也可以用以用SFC来描述系统的功能,来描述系统的功能,从而很容易地写出
15、从而很容易地写出LAD程序。程序。 步、转换和动作步、转换和动作是顺序功是顺序功能图中的三种主要元件。能图中的三种主要元件。S1S2S8S3T0SST8T3T2T1ST921 梯形图(梯形图(LADLAD) LAD LAD是使用最广泛的是使用最广泛的PLCPLC编程语言,与编程语言,与KA-KMKA-KM系统的电路系统的电路图很相似,直观易懂,特别适用于数字量逻辑控制。图很相似,直观易懂,特别适用于数字量逻辑控制。 LADLAD由由触点、线圈和指令盒触点、线圈和指令盒组成。触点代表逻辑输入条组成。触点代表逻辑输入条件,线圈通常代表逻辑输出结果,指令盒用来表示定时器、件,线圈通常代表逻辑输出结果
16、,指令盒用来表示定时器、计数器或数学运算等功能指令。计数器或数学运算等功能指令。22 语句表(语句表(STLSTL) 语句表(语句表(STL)语言类似于计算机的汇编语言,特别适)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,属于面向机器硬件的语言,序,属于面向机器硬件的语言,STEP 7 Micro/Win的语句表的语句表如下图所示。如下图所示。 23 功能块图(功能块图(FBDFBD) 功能块图(功能块图(FBD)的图形结构与数字电子电路的结构极)的图形结构与数字电子电路的结构极为相似,如下图所示
17、。为相似,如下图所示。24 其他编程语言其他编程语言 SIMATIC工业软件中的工程工具为大型或中型工业软件中的工程工具为大型或中型PLC提供了许多高级编程工具,以下简要列举其中的提供了许多高级编程工具,以下简要列举其中的几种:几种: 1)S7-SLC和和 M7-Pro C/C+ 2)S7-GRAPH 3)S7-HiGraph 4)CFC 25SIMATICSIMATIC指令集和指令集和IEC 61131-3IEC 61131-3指令集指令集 S7-200 系列系列PLC主机中有两类基本指令集:主机中有两类基本指令集:SIMATIC指令集和指令集和IEC61131-3指令集,程序员可指令集,程
18、序员可以任选一种。提供多种类型的指令以完成广泛的自以任选一种。提供多种类型的指令以完成广泛的自动化任务。动化任务。 SIMATIC指令集:是专为指令集:是专为S7-200系列系列PLC设计设计的,本指令通常执行时间短,支持的,本指令通常执行时间短,支持LAD、STL和和FBD三种编程语言。三种编程语言。 IEC61131-3指令集是不同指令集是不同PLC厂家的指令标准,厂家的指令标准,不支持不支持STL编程语言。编程语言。 26 如果编程使用的如果编程使用的是手编器,主程序应是手编器,主程序应安排到程序的最前面。安排到程序的最前面。其他部分的位置安排其他部分的位置安排没有严格的顺序,但没有严格
19、的顺序,但习惯上把子程序安排习惯上把子程序安排在中断程序的前面。在中断程序的前面。如右图所示。如右图所示。程序结构示意图程序结构示意图程序中断程序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返返 回回PLCPLC的程序结构的程序结构 27 PLC PLC在其系统软件的管理下,将用户程序存储器划分为在其系统软件的管理下,将用户程序存储器划分为若干个区,并将这些区赋予不同的功能,由此组成的内部器若干个区,并将这些区赋予不同的功能,由此组成的内部器件,称之为件,称之为PLCPLC的的编程元件编程元件。 S7-200S7-200将编程元件统一归为存储器单元,存储单元按字将编程元件统一归为存储器
20、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,通常应指出它节进行编址,无论所寻址的是何种数据类型,通常应指出它所在的存储区域和区域内的字节地址。所在的存储区域和区域内的字节地址。 每个存储单元都有惟一的地址,地址由元件名称和编号每个存储单元都有惟一的地址,地址由元件名称和编号两部分组成,编程元件名称(区域地址符号)如下表所示。两部分组成,编程元件名称(区域地址符号)如下表所示。九九. PLC. PLC的编程元件的编程元件2829CPUCPU的存储区(的存储区(PLCPLC的编程元件)的编程元件) 1、输入映像寄存器(、输入映像寄存器(I)()(I0.0I15.7) 2、输出映像寄存
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