S7-200原理及应用-课件.ppt
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1、S7-200 PLC编程及应用重庆大学 廖常初第1章 PLC的硬件与工作原理1.1 概述 1CPU模块 CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成。PLC的程序分为操作系统和用户程序。RAM(随机存取存储器)的工作速度高、价格便宜、改写方便。断电后储存的信息丢失。ROM(只读存储器)只能读出,不能写入。断电后储存的信息不会丢失。EEPROM(可以电擦除可编程的只读存储器)的数据可以读出和改写,断电后信息不会丢失。写入数据的时间比RAM长。S7-200用EEPROM来存储用户程序和需要长期保存的重要数据。2I/O模块 I/O模块是输入(Input)模块和输出(Output)模块的简称。输入模块用来采
2、集输入信号,输出模块用来控制外部的负载和执行器。I/O模块还有电平转换与隔离的作用。3编程软件 STEP 7-Micro/WIN 用来生成和编辑用户程序,和监控用户程序的运行。4电源 PLC使用AC 220V电源或DC 24V电源。小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器提供DC 24V电源。1.2 S7-200系列系列PLC S7-200、S7-1200和S7-200 SMART是西门子的小型PLC。S7-300/S7-400和S7-1500是模块式大中型PLC。WinAC是在PC上实现PLC功能的“软PLC”。1.2.1S7-200的特点的特点 1功能强,有高速计数、高速输出、PID参数
3、自整定、位置控制、称重、配方、数据记录等功能。2先进的程序结构 3灵活方便的存储器结构,大多数存储区可以按位(bit)、字节、字和双字读写。4功能强大、使用方便的编程软件 5简化复杂编程任务的向导功能 6强大的通信功能 7品种丰富的配套人机界面,Smart 700 IE的价格便宜 8有竞争力的价格 9完善的网上技术支持1.2.2CPU模块模块有CPU 221/222/224/224XP/224XPsi/226,最多扩展7个扩展模块、256点数字量I/O或45路模拟量I/O,最多24KB程序存储空间和10KB用户数据存储空间。CPU 221无扩展功能。256点定时器、256点计数器;集成6个有1
4、3种工作模式的高速计数器,以及两点高速脉冲发生器/脉冲宽度调制器。1个或2个模拟电位器,1个或2个RS-485接口,有实时时钟。4点输入中断,2个1255ms的定时中断。CPU 224XP集成了2AI、1AO,2个RS-485通信口,高速输入200kHz、高速输出100kHz。可使用PPI、MPI、PROFIBUS、Modbus、USS、S7通信协议,和自由端口通信方式。1.2.3 数字量输入与数字量输出数字量输入与数字量输出1数字量输入电路图1-3中的1M是同一组输入点各内部输入电路的公共点。输入电流为数毫安。外接触点接通时,发光二极管亮,光敏三极管饱和导通;反之发光二极管熄灭,光敏三极管截
5、止,信号经内部电路传送给CPU模块。漏型输入的输入电流流进输入模块,源型输入的输入电流从模块流出。2数字量输出电路继电器输出电路可以驱动直流负载和交流负载,承受瞬时过电压和过电流的能力较强,动作速度慢,动作次数有限制。场效应管输出电路只能驱动直流负载。反应速度快、寿命长,过载能力稍差。CPU 224XPsi具有MOSFET漏型输出,电流从输出端子流入。其他场效应晶体管型输出的CPU都是MOSFET源型输出,电流从输出端子流出。1.2.4扩展模块扩展模块1数字量扩展模块数字量I/O:8DI、16DI、4DO、8DO模块;4/4、8/8、16/16、32/32点的DI/DO模块。输入有DC 24V
6、 和AC 230V 两种,输出有DC 24V 和继电器型两种。2PLC对模拟量的处理 模拟量输入模块将模拟量转换为数字量。模拟量输出模块将PLC中的数字量转换为模拟量电压或电流。有12位的4AI、8AI、2AO、4AO、4AI/1AO模块(见表1-5);15位4路、8路热电偶模块,2路、4路热电阻模块。3模拟量输入模块 用模块上的DIP开关设置量程。转换后的12位数据被尽可能地往高位移动,单极性全量程输入范围对应的数字量输出为032000。双极性全量程输入范围对应的数字量输出为32000+32000。电压输入时输入阻抗2M,电流输入时输入阻抗为250。5模拟量输出模块 满量程时电压输出和电流输
7、出的分辨率分别为12位和11位。电压输出时负载阻抗最小5 k;电流输出时负载阻抗最大500。4将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理量 【例1-2】量程为010MPa的压力变送器的输出信号为DC 420mA,模拟量输入模块将020mA转换为032000的数字量,设转换后得到的数字为N,试求以kPa为单位的压力值。解:420mA的模拟量对应于数字量640032000,压力的计算公式为1.3 I/O地址分配与外部接线地址分配与外部接线 1I/O地址分配 I/O模块分为数字量输入、数字量输出、模拟量输入和模拟量输出4类。分配给数字量I/O模块的地址以字节为单位。扩展模块I/O点的字节地址由I/O的
8、类型和模块在同类I/O模块链中的位置来决定。某个模块的数字量I/O点如果不是8的整倍数,最后一个字节中未用的位不会分配给I/O链中的后续模块。模拟量扩展模块以2点(4字节)递增的方式来分配地址。1.4 逻辑运算与逻辑运算与PLC的工作原理的工作原理1.4.1用触点和线圈实现逻辑运算用触点和线圈实现逻辑运算 用逻辑代数中的1和0来表示数字量控制系统中变量的两种相反的工作状态。线圈通电、常开触点接通、常闭触点断开为1状态,反之为0状态。在波形图中,用高、低电平分别表示1、0状态。“与”、“或”、“非”逻辑运算的输入输出关系见表1-6。按下起动按钮SB1,电流经SB1的常开触点和SB2的常闭触点流过
9、KM的线圈。KM的主触点闭合,电动机开始运行。KM的辅助常开触点同时接通。放开起动按钮,SB1的常开触点断开,电流经KM的辅助常开触点和SB2的常闭触点流过KM的线圈。KM常开触点的功能称为“自锁”或“自保持”。图1-12中的继电器电路称为起动-保持-停止电路,简称为起保停电路。逻辑代数式表示为 逻辑代数式 中的加号表示逻辑“或”,乘号(或*号)表示逻辑“与”。上划线表示逻辑“非”。逻辑运算的规则为先“与”后“或”。括号优先,先执行括号中的“或”运算。1.4.2 PLC的工作原理的工作原理 1.PLC的操作模式 RUN模式执行用户程序,“RUN”LED亮。STOP模式不执行用户程序,可以下载程
10、序。模式开关在RUN位置时,上电后自动进入RUN模式。PC和PLC之间建立起通信连接后,若模式开关在RUN或TERM位置,可用编程软件中的命令改变CPU的操作模式。2PLC的扫描工作方式 初始化后PLC循环不停地分5个阶段处理各种任务。每次循环的时间称为扫描周期。(1)读取输入 外部输入电路接通时,对应的过程映像输入寄存器为ON(1状态),梯形图中对应的常开触点闭合,常闭触点断开。反之过程映像输入寄存器为OFF(0状态)。(2)执行用户程序 如果没有跳转指令,CPU逐条顺序地执行用户程序。执行程序时,对输入/输出的读写通常是通过过程映像输入/输出寄存器,而不是实际的I/O点。(3)处理通信请求
11、 (4)CPU自诊断 (5)改写输出 梯形图中某一输出位的线圈“通电”,对应的过程映像输出寄存器为1,对应的硬件继电器的常开触点闭合,外部负载工作。反之外部负载断电。可用中断程序和立即I/O指令提高PLC的响应速度。LDI0.1OQ0.0ANI0.2=Q0.0 2.0IQ0.0)(I0.1 Q0.0 5PLC的工作过程举例 在读取输入阶段,SB1和SB2的常开触点的接通/断开状态被读入相应的过程映像输入寄存器。执行第一条指令时,从过程映像输入寄存器I0.1中取出二进制数,并存入堆栈的栈顶。执行第二条指令时,从过程映像输出寄存器Q0.0中取出二进制数,并与栈顶中的二进制数相“或”,运算结果存入栈
12、顶。执行第三条指令时,因为是常闭触点,取出过程映像输入寄存器I0.2中的二进制数后,将它取反,与前面的运算结果相“与”后,存入栈顶。执行第四条指令时,将栈顶中的二进制数传送到Q0.0的过程映像输出寄存器。在修改输出阶段,CPU将各过程映像输出寄存器中的二进制数传送给输出模块并锁存起来,如果Q0.0中存放的是二进制数1,外接的KM线圈将通电,反之将断电。1.5 PLC控制系统的可靠性措施控制系统的可靠性措施 1电源的抗干扰措施 干扰较强时,可以在PLC的电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器,或使用抗干扰电源和净化电源产品。2布线的抗干扰措施 长距离数字量信号、模拟量信号、高速信号(例如
13、旋转编码器输出的信号)和通信应使用屏蔽电缆。PLC应远离强干扰源,在开关柜内PLC应远离动力线。不同类型的导线应分别装入不同的电缆管或电缆槽中。I/O线与电源线应分开走线,交流信号与直流信号、数字量与模拟量I/O线应分开敷设。一般情况下屏蔽电缆的屏蔽层应两端接金属机壳。应确保需要用通信电缆连接的所有设备共享一个共同的参考点,或者进行隔离,以防止不必要的电流造成通信故障或损坏设备。3模拟量信号的处理 数字量、模拟量I/O线应分开敷设,后者应采用屏蔽线。交流信号与直流信号应分别使用不同的电缆。模拟量信号的传输线应使用双屏蔽的双绞线(每对双绞线和整个电缆都有屏蔽层)。不同的模拟量信号线应独立走线,它
14、们有各自的屏蔽层。不要把不同的模拟量信号置于同一个公共返回线。远程传送的模拟量信号应采用420mA的电流传输方式。干扰较强的环境应选用有光隔离的模拟量I/O模块。应短接未使用的A-D通道的输入端,以防止干扰信号进入PLC。4PLC的接地 1)安全保护地又叫做电磁兼容性地,车间里一般有保护接地网络。应将电动机的外壳和控制屏的金属屏体连接到安全保护地。CPU模块上的PE(保护接地)端子必须连接到大地或者柜体上。2)信号地(或称控制地、仪表地)是电子设备的电位参考点,例如PLC输入回路电源的负极应接到信号地。控制系统中所有的控制设备需要接信号地的端子应保证一点接地。如果将各控制屏或设备的信号地就近连
15、接到当地的安全保护地网络上,烧电焊可能烧毁设备的通信接口或通信模块。5防止变频器干扰的措施 变频器已经成为PLC最常见的干扰源。变频器的输入、输出电流含有丰富的高次谐波,它通过电力线干扰其他设备。可以在变频器输入侧与输出侧串接电抗器,或安装谐波滤波器(见图1-15),以吸收谐波,抑制高频谐波电流。PLC的信号线和变频器的输出线应分别穿管敷设,变频器的输出线一定要使用屏蔽电缆或穿钢管敷设。变频器应使用专用接地线,且用粗短线接地。6强烈干扰环境中的隔离措施 强烈的干扰可能使PLC输入端的光耦合器中的发光二极管发光,使PLC产生误动作。可以用小型继电器来隔离用长线引入PLC的开关量信号。长距离的串行
16、通信信号可以用光纤来传输和隔离,或使用带光耦合器的通信接口。7PLC输出的可靠性措施 负载要求的输出功率超过PLC的允许值或负载电压为DC 220V时,应设置外部继电器。8对感性负载的处理 PLC内控制感性负载的触点或电子元件断开时,电路中会产生高于电源电压数倍甚至数十倍的反电势,对系统产生干扰。PLC的输出端接有感性元件时,直流电路可以在负载两端并联型号为IN4001的续流二极管,要求提高关断速度时,可以串接一个稳压管。交流电路应在负载两端并联阻容电路,要求较高时,可以在负载两端并联压敏电阻。填空题 1)PLC主要由 、和 组成。2)继电器的线圈“断电”时,其常开触点 ,常闭触点 。3)外部
17、输入电路接通时,对应的过程映像寄输入存器为 状态,梯形图中后者的常开触点 ,常闭触点_。4)若梯形图中输出Q的线圈“断电”,对应的过程映像输出寄存器为 _状态,在修改输出阶段后,继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈 ,其常开触点 ,外部负载 。第第2章章 编程软件与仿真软件使用指南编程软件与仿真软件使用指南 2.1 编程软件概述编程软件概述2.1.1 编程软件的安装与项目的组成编程软件的安装与项目的组成 1编程软件的安装 双击setup.exe,开始安装,使用默认的安装语言English。单击选择目标位置窗口的“Browse”按钮,可以选择软件安装的目标文件夹。安装成功后,打开编程软件,执
18、行菜单命令“Tools”“Options”,单击左边窗口的“General”,在“General”选项卡,选择Language为“Chinese”。退出后再进入软件,界面变为中文的了。2指令树与浏览条 用右键菜单命令关闭浏览条,可调节指令树的宽度。3程序编辑器 上面是局部变量表,可移动分裂条的位置,用选项卡切换显示的程序。4输出窗口 提供编译的结果和错误信息。5状态栏 提供状态信息,例如光标的位置。切换插入(INS)模式和覆盖(OVR)模式。6 项目的组成 (1)程序块由主程序(OB1)、可选的子程序和中断程序组成。(2)数据块用来对V存储器赋初值。(3)系统块用来设置系统的参数。(4)符号表
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