模块可编程序控制器的结构和工作原理课件.ppt

1、8/13/20221可编程序控制器的结构和工作原理8/13/202222.1 可编程序控制器的组成与基本结构可编程序控制器的组成与基本结构2.2 可编程序控制器的工作过程与工作原理可编程序控制器的工作过程与工作原理2.3 S7-200 系列可编程控制器系列可编程控制器2.4 可编程序控制器的编程语言可编程序控制器的编程语言2.5 S7-200的接口及扩展模块的接口及扩展模块8/13/202238/13/202242.1 2.1 可编程序控制器的组成与基本结构可编程序控制器的组成与基本结构 PLC是一种工业控制用的专用计算机一种工业控制用的专用计算机，它的实际组成与一般微型计算机系统基本相同，也

2、是由和和两大部分组两大部分组成成。PLC的硬件系统由主机系统、输入主机系统、输入/输出输出扩展环节及外部设备扩展环节及外部设备组成组成。PLC的软件系统由由系统程序系统程序(又称系统软又称系统软件件)和用户程序和用户程序(又称应用软件又称应用软件)两大部分组成。两大部分组成。8/13/20225一、一、PLC硬件结构示意图硬件结构示意图主机电源微处理器(CPU)运算器控制器输入单元存储器EPROM(系统程序)RAM(用户程序)外设I/O接口I/O扩展接口用户输入设备输出单元用户输出设备I/O扩展接口PLC或上位计算机图形监控系统EPROM写入器打印机盒式磁带机编程器外部设备输入/输出扩展环节8

3、/13/202261.1.系统程序系统程序 系统程序由PLC的制造企业编制，固化在PROM或EPROM中，安装在PLC上，随产品提供给用户。系统程序包括系统管理程序、用户指令解释程序和供系统调用的标准程序模块等。2.2.用户程序用户程序 用户程序是根据生产过程控制的要求由用户使用制造企业提供的编程语言自行编制的应用程序。用户程序包括开关量逻辑控制程序、模拟量运算程序、闭环控制程序和操作站系统应用程序等。二、二、可编程序控制器的软件系统可编程序控制器的软件系统8/13/202272.2 2.2 可编程序控制器的工作原理及主要性能指标可编程序控制器的工作原理及主要性能指标一、可编程序控制器的原理一

4、、可编程序控制器的原理 PLC是采用周期循环扫描的工作方式，是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。行用户程序和任务的循环序列称为扫描。CPU对用户程对用户程序的执行过程是序的执行过程是CPU的循环扫描，并用周期性地集中采的循环扫描，并用周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的。样、集中输出的方式来完成的。一个扫描周期（工作周期）主要分为以下几个阶段：一个扫描周期（工作周期）主要分为以下几个阶段：1.输入采样扫描阶段输入采样扫描阶段 2.执行用户程序扫描阶段执行用户程序扫描阶段 3.输出刷新扫描阶段输出刷新扫描阶段 8/13/202288/13/20

5、2292.2 2.2 可编程序控制器的工作原理及主要性能指标可编程序控制器的工作原理及主要性能指标8/13/2022102.2 2.2 可编程序控制器的工作原理及主要性能指标可编程序控制器的工作原理及主要性能指标8/13/202211 西门子西门子S7S7系列可编程控制器分为系列可编程控制器分为S7-400S7-400、S7-300S7-300、S7-200S7-200三个系列，分别为三个系列，分别为S7S7系列的大、系列的大、中、小型（超小型）可编程控制器系统。中、小型（超小型）可编程控制器系统。S7-200S7-200系列可编程控制器有系列可编程控制器有CPU21XCPU21X系列，系列，

6、CPU22XCPU22X系列，其中系列，其中CPU22XCPU22X型可编程控制器提供型可编程控制器提供了了4 4个不同的基本型号，个不同的基本型号，常见的有常见的有CPU221CPU221，CPU222CPU222，CPU224CPU224和和CPU226CPU226四种基本型号。四种基本型号。2.3 S7-200 2.3 S7-200 系列可编程控制器系列可编程控制器8/13/202212一、一、S7-200 PLC系统组成系统组成 1CPU模块模块 SIMATIC S7-200SIMATIC S7-200系统系统CPU 22XCPU 22X系列系列PLCPLC主机（主机（CPUCPU模模

7、块）的块）的外形外形：2.3 S7-200 2.3 S7-200 系列可编程控制器系列可编程控制器8/13/202213 CPU CPU 型号型号 2.3 S7-200 2.3 S7-200 系列可编程控制器系列可编程控制器8/13/202214 CPU 22X CPU 22X主要技术性能指标主要技术性能指标7个模块8/13/202215主机及主机及I/OI/O特性特性8/13/2022162 2 输入输出扩展模块输入输出扩展模块 当主机单元模板上的I/O点数不够时,或者涉及到模拟量控制时,除了CPU221以外,都可以通过增加扩展单元模板的方法,对输入/输出点数进行扩展.(a)面板安装 (b)

8、标准导轨安装 设备连接设备连接 8/13/202217二、二、S7-200S7-200系列系列PLCPLC数据存储及内部元器件功能数据存储及内部元器件功能数据类型数据类型1.字符串、布尔型、整数型和实数型（浮点数）8/13/202218 2.2.编址方式编址方式 l l 位编址的指定方式为：位编址的指定方式为：（区域标志符）字节号位号如I0.0；Q0.0；I1.2。l l 字节编址的指定方式为：字节编址的指定方式为：（区域标志符）B（字节号）如IB0表示由I0.0I0.7这8位组成的字节。l l 字编址的指定方式为：字编址的指定方式为：（区域标志符）W（起始字节号）例如VW0表示由VB0和VB

9、1这2字节组成的字。l l 双字编址的指定方式为双字编址的指定方式为:（区域标志符）D（起始字节号）例如VD0表示由VB0到VB3这4字节组成的双字。8/13/202219 3.3.寻址方式寻址方式 （1）直接寻址 直接寻址是在指令中直接使用存储器或寄存器的元件名称（区域标志）和地址编号，直接到指定的区域读取或写入数据。有按位、字节、字、双字的寻址方式（2）间接寻址 间接寻址时操作数并不提供直接数据位置，而是通过使用地址 指针来存取存储器中的数据。在S7-200中允许使用指针对I、Q、M、V、S、T、C（仅当前值）存储区进行间接寻址（1）使用间接寻址前，要先创建一个指向该位置的指针。（2）指针

10、建立好后，利用指针存取数据。8/13/202220直接寻址8/13/202221 4.4.元件功能元件功能（1 1）输入映像寄存器输入映像寄存器I I（输入继电器）（输入继电器）输入继电器是PLC用来接收用户设备输入信号的接口，共16个。（2 2）输出映像寄存器输出映像寄存器Q Q（输出继电器）（输出继电器）输出继电器是用来将输出信号传送到负载的接口，共16个。（3 3）变量存储器变量存储器V V 变量存储器主要用于存储变量，CPU224/226为V0.0V5119.7共5KB存储容量8/13/202222（4）内部标志位存储器（中间继电器）内部标志位存储器（中间继电器）M 内部标志位存储器，

11、用来保存控制继电器的中间操作状态，其作用相当于继电器控制中的中间继电器，共256个。（5）特殊标志位存储器特殊标志位存储器SM PLC中还有若干特殊标志位存储器,特殊标志位存储器位提供大量的状态和控制功能，一般为SM0.0-SM299.7。（6）局部变量存储器局部变量存储器L 64个（7）定时器定时器T PLC所提供的定时器作用相当于继电器控制系统中的时间继电器。每个定时器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用。共256个（T0-T255）8/13/202223（8）计数器计数器C计数器用于累计计数输入端接收到的由断开到接通的脉冲个数。共256个（C0-C255）（9）高速计数器高速计数器HC（

12、10）累加器累加器AC（11）顺序控制继电器顺序控制继电器S（状态元件）（状态元件）（12）模拟量输入模拟量输入/输出映像寄存器（输出映像寄存器（AI/AQ）8/13/2022242.4 2.4 可编程序控制器的编程语言可编程序控制器的编程语言一、一、可编程序控制器的编程语言可编程序控制器的编程语言梯形图梯形图 (LAD)2.指令表指令表 (STL)3.功能块图功能块图 (FBD)4.8/13/202225图2.7 基本指令应用举例(a)梯形图；(b)指令表I0.0()()I0.1Q0.0Q0.0Q0.1()M0.1I0.5I0.3I0.4()Q0.2M0.1(a)(b)LDOA=LD=A=L

13、DNAN=I0.0Q0.0I0.1Q0.0I0.5Q0.1I0.3M0.1I0.4M0.1Q0.2梯形图和指令表梯形图和指令表8/13/202226图2.8 FBD简单实例ANDI1.0V10.1AC0INPTTONT37功能块图功能块图8/13/202227二、编程注意事项及编程技巧二、编程注意事项及编程技巧 （1 1）程序应按自上而下，从左至右的顺序编写。）程序应按自上而下，从左至右的顺序编写。（2 2）线圈不能直接与左母线相连。如果需要，可以通过）线圈不能直接与左母线相连。如果需要，可以通过特殊内部标志位存储器特殊内部标志位存储器SM0.0SM0.0（该位始终为（该位始终为1 1）来连接

14、，如）来连接，如图图2-102-10所示。所示。（3 3）适当安排编程顺序，以减少程序的步数。）适当安排编程顺序，以减少程序的步数。串联多的支路应尽量放在上部，如图串联多的支路应尽量放在上部，如图2-92-9所示。所示。8/13/202228图2-9图2-108/13/202229并联多的支路应靠近左母线，如下图所示：对复杂的电路，可重复使用一些触点画出其等效电路，然后再进行编程。I0.5I0.6I0.7I1.0I1.18/13/2022308/13/2022318/13/2022328/13/2022338/13/2022348/13/2022358/13/2022368/13/202237

15、8/13/2022388/13/2022398/13/2022401L0.00.10.60.50.40.30.20.71.02L3L1.11.2N1.71.41.3L1AC1.51.61M0.00.10.60.50.40.30.20.71.01.11.21.41.32M1.51.62.32.22.12.01.72.42.52.62.7LM+24VDC120/240 VAC8/13/2022411L0.00.10.60.50.40.30.20.7 1.02L3L1.11.2N1.71.41.3L1AC1.51.61M0.00.10.60.50.40.30.20.7 1.01.11.21.41.3

16、2M1.51.62.32.22.12.01.72.4 2.52.62.7LM+24VDC120/240 VAC8/13/2022428/13/2022438/13/2022441L0.00.10.60.50.40.30.20.71.02L3L1.11.2N1.71.41.3L1AC1.51.61M0.00.10.60.50.40.30.20.71.01.11.21.41.32M1.51.62.32.22.12.01.72.42.52.62.7LM+24VDC120/240 VAC8/13/2022458/13/2022468/13/2022478/13/202248.2.3.6.71M.0.1

17、2M.4.5.+直流输入模块（EM221 824VDC）有8个数字量输入端子。接线图中，8个数字量输入点分成2组。1M、2M分别是2组输入点内部电路的公共端，每组需用户提供一个24VDC电源。8/13/202249内部电路INCOMR1R2VL光电耦合CSB124VDC-+-8/13/2022508/13/202251ON 0N4NNL1NL1.0 1N 1N.1 2N 2N.2 3N 3N.3.4 5N 5N.5 6N 6N.6 7N 7N.7有8个分隔式数字量输入端子，每个输入点都占用二个接线端子。它们各自使用1个独立的交流电源（由用户提供）。这些交流电源可以不同相。（交流I/O都是分隔式

18、的）8/13/202252SB1 INR1内部电路CR2R3VLCOM光电耦合8/13/2022538/13/2022548/13/202255.1M 1L+.0.1.2.32M 2L+.4.5.6.7+直流输出模块（EM222 824VDC），有8个数字量输出点，接线图中8个数字量输出点分成2组。1L+、2L+分别是两组输出点内部电路的公共端，每组需用户提供一个DC24V的电流。8/13/202256内部电路负 载DC24VCOMOUTO 映像区映像区 O端子端子8/13/202257NL1OLL1N.0.44-11OL4L1L1L.I2L2L.23L5L5L.56L6L.67L 交流输出模

19、块交流输出模块（EM2228120V/230VAC），有8个分隔式数字量输出点，接线图中每个输出点占用二个接线端子，且它们各自都由用户提供一个独立的交流电源，这些交流电源可以不同相。8/13/202258内部电路OUTCOMUCR2R1负 载压敏电阻VL(AC SSR)8/13/202259M.3.7.2.6L(+)N(-).1L.0.1L+2L.4.5L(+)N(-)8/13/2022604-14KAR1LEDCCOMOUT负 载内部电路R2U压敏电阻-+3.电阻电阻R1R1和发光二极管和发光二极管VLVL 输出状态显示电路 8/13/2022618/13/2022628/13/2022638/13/202264滤波内部电路A/D光电耦合8/13/2022658/13/2022668/13/2022678/13/2022688/13/2022698/13/2022708/13/2022718/13/202272内部电路驱动信号光电耦合D/A8/13/2022738/13/2022748/13/2022758/13/202276小结：小结：通过本章的学习，掌握通过本章的学习，掌握 S7-200S7-200的结构、原理及编程语言；了解可编程的结构、原理及编程语言；了解可编程序控制器的性能指标序控制器的性能指标8/13/202277ENDTHE