【正文】 可編程控制器原理及應(yīng)用 介紹 ? 教材以小型可編程控制器 S7200系列PLC為例 ， 介紹可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) ，以及工作原理 ， 要求掌握常用指令的格式和應(yīng)用方法 ， 熟練畫(huà)出可編程控制器外部電路接線圖 ， 掌握可編程控制器應(yīng)用的基本設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法 。 可編程控制器原理及應(yīng)用 ?第 1章 概論 ?第 2章 可編程控制器構(gòu)成原理 ?第 3章 S7200可編程控制器 ?第 4章 SIMATIC S7200編程軟件 ?第 5章 S7200 PLC基本指令 算術(shù)、邏輯運(yùn)算指令 第 1章 概論 ? 可編程控制器的產(chǎn)生及定義 ? PLC的產(chǎn)生及定義 ? 1968年由美國(guó)通用汽車(chē)公司 （ GE） 提出 ， 1969年有美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（ DEC ） 研 制 成 功 ， 有 邏 輯 運(yùn) 算 、 定時(shí) 、 計(jì) 算 功 能 稱(chēng) 為 PLC（ programmable logic controller） 。 ? 80年代 ， 由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 ， PLC采用通用微處理器為核心 ， 功能擴(kuò)展到各種算術(shù)運(yùn)算 ， PLC運(yùn)算過(guò)程控制并可與上位機(jī)通訊 、 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制 。 被稱(chēng)為 PC（ programmable controller） 即可編程控制器 。 ? PLC的產(chǎn)生及定義 ? 國(guó)際電工委員會(huì) （ IEC） 1987年頒布的可編程邏輯控制器的定義如下： ? “ 可編程邏輯控制器是專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置 ， 是帶有存儲(chǔ)器 、 可以編制程序的控制器 。 它能夠存儲(chǔ)和執(zhí)行命令 ， 進(jìn)行邏輯運(yùn)算 、 順序控制 、 定時(shí) 、 計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作 ，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入輸出 ， 控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程 ?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備 ， 都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體 、 易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計(jì) ” 。 本章敘述可編程控制器產(chǎn)生、定義及特點(diǎn)，分類(lèi)和發(fā)展方向 可編程控制器的工作特點(diǎn) ? 使用于工業(yè)環(huán)境 ， 抗干擾能力強(qiáng) 。 ? 可靠性高 。 無(wú)故障工作時(shí)間 （ 平均 ） 數(shù)十萬(wàn)小時(shí)并可構(gòu)成多機(jī)冗余系統(tǒng) 。 ? 控制能力極強(qiáng) 。 算術(shù) 、 邏輯運(yùn)算 、 定時(shí) 、 計(jì)數(shù) 、 PID運(yùn)算 、 過(guò)程控制 、 通訊等 。 ? 使用 、 編程方便 。 （ LAD） 梯形圖 、 語(yǔ)句表 （ STL） 、功能圖 （ FBD） 、 控制系統(tǒng)流程圖等編程語(yǔ)言通俗易懂 ，使用方便 。 ? 組成靈活 。 小型 PLC為整體結(jié)構(gòu) ， 并可外接 I/O擴(kuò)展機(jī)箱構(gòu)成 PLC控制系統(tǒng) 。 中大型 PLC采用分體模塊式結(jié)構(gòu) ，設(shè)有各種專(zhuān)用功能模塊 （ 開(kāi)關(guān)量 、 模擬量輸入輸出模塊 ，位控模塊 ， 伺服 、 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊等 ） 供選用和組合 ， 由各種模塊組成大小和要求不同的控制系統(tǒng) 。 ? 所以可編程控制器可以稱(chēng)為全功能工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 。 可編程控制器的分類(lèi)和發(fā)展 ? 分類(lèi) ? 按 I/O點(diǎn)數(shù)可分為大 、 中 、 小型三大類(lèi) ， 通?？梢远x為： 小型： I/O點(diǎn)數(shù)在 256點(diǎn)以下； 中型： I/O點(diǎn)數(shù)在 256～ 1024點(diǎn)之間； 大型： I/O點(diǎn)數(shù)在 1024點(diǎn)以上 。 ? 應(yīng)用 可編程控制器在多品種 、 小批量 、 高質(zhì)量的產(chǎn)品生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用 ， PLC控制已成為工業(yè)控制的重要手段之一 ， 與 CAD/CAM， 機(jī)器人技術(shù)一起成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)的三大支柱 。 ? 通?？梢哉J(rèn)為 ， 只要有控制要求的地方 ， 都可以用到可編程控制器 。 ? 發(fā)展方向 發(fā)展方向分小型化和大型化兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì) 。 小型 PLC有兩個(gè)發(fā)展方向 ， 即小 （ 微 ）型化和專(zhuān)業(yè)化 。 大型化指的是大中型 PLC向著大容量 、 智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展 ， 使之能與計(jì)算機(jī)組成集成控制系統(tǒng) ， 對(duì)大規(guī)模 、 復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合性的自動(dòng)控制 。 第 2章 可編程控制器構(gòu)成原理 可編程控制器硬件系統(tǒng)：可編程控制器系統(tǒng)由輸入部分 、 運(yùn)算控制部分和輸出部分組成 。 輸入部分：將被控對(duì)象各種開(kāi)關(guān)信息和操作臺(tái)上的操作命令轉(zhuǎn)換成可編程控制器的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào) ， 然后送到 PLC的輸入端點(diǎn) 。 運(yùn)算控制部分 （ CPU） ：由可編程控制器內(nèi)部 CPU按照用戶(hù)程序的設(shè)定 ， 完成對(duì)輸入信息的處理 ， 并可以實(shí)現(xiàn)算術(shù) 、 邏輯運(yùn)算等操作功能 。 輸出部分：由 PLC輸出接口及外圍現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備構(gòu)成 。 CPU的運(yùn)算結(jié)果通過(guò) PLC的輸出電路 ， 提供給被控制裝置 。 可編程控制器的基本組成 ? 可編程控制器主機(jī)的硬件電路： 由 CPU， 存儲(chǔ)器 ， 基本 I/O接口電路 ， 外設(shè)接口 ， 電源等五大部分組成 。 可編程控制器的基本組成 ? 基本 I/O接口電路 ? 可編程控制器輸入電路原理圖 PLC內(nèi)部輸入電路作用是將 PLC外部信號(hào)送至 PLC內(nèi)部電路。輸入接點(diǎn)分為干接點(diǎn)式，直流輸入式和交流輸入式三大類(lèi)。 可編程控制器的基本組成 可編程控制器輸出電路原理圖 PLC輸出電路用來(lái)驅(qū)動(dòng)被控負(fù)載 （ 電磁鐵 、 繼電 、 接觸器線圈等 ） 。PLC輸出電路結(jié)構(gòu)形式分為繼電器式 ， 雙極型和晶閘管式等三種 。 可編程控制器的工作原理 ? 可編程控制器通過(guò)循環(huán)掃描輸入端口的狀態(tài)，執(zhí)行用戶(hù)程序，實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)。 PLC采用循環(huán)順序掃描方式工作， CPU在每個(gè)掃描周期的開(kāi)始掃描輸入模塊的信號(hào)狀態(tài)，并將其狀態(tài)送入到輸入映像寄存器區(qū)域；然后根據(jù)用戶(hù)程序中的程序指令來(lái)處理傳感器信號(hào)，并將處理結(jié)果送到輸出映像寄存器區(qū)域，在每個(gè)掃描周期結(jié)束時(shí)，送入輸出模塊。 第 3章 S7200可編程控制器 ? S7系列 PLC分為 S7400、 S7300和 S7200等 大、中、小（微）三個(gè)子系列。 本章以 S7200系列 PLC為例，敘述小型 PLC系統(tǒng)的構(gòu)成，編程用的元器件，尋址方式， I/O擴(kuò)展，編程語(yǔ)言等 PLC應(yīng)用的基礎(chǔ)知識(shí)。 ? S7200 系列 PLC的構(gòu)成 S7200小型可編程控制系統(tǒng)由主機(jī)（基本單元）、 I/O擴(kuò)展單元、功能單元（模塊）和外部設(shè)備（文本／圖形顯示器、編程器）等組成。 CPU 224主機(jī)的結(jié)構(gòu)外形 ? 工作方式開(kāi)關(guān) ， 模擬電位器 ， I/O擴(kuò)展接口 ， 工作狀態(tài)指示和用戶(hù)程序存儲(chǔ)卡 ， I/O接線端子排及發(fā)光指示等 。 ? 主機(jī)箱體外部的 RS485通訊接口 ， 用以連接編程器 （ 手持式或 PC機(jī) ） 、 文本／圖形顯示器 、 PLC網(wǎng)絡(luò)等外部設(shè)備 。 CPU 224外部電路接線電路圖 ? 輸入電路采用了雙向光電耦合器 ， 24V DC極性可任意選擇 ， 1M、 2M為輸入端子的公共端 。 1L、 2L為輸出公共端 。 ? CPU224另 有 24V、 280mA電源供 PLC輸入點(diǎn)使用 。 （ 2）主機(jī) I/O及擴(kuò)展 ? CPU 22X系列 PLC主機(jī)的 I/O點(diǎn)數(shù)及可擴(kuò)展的模塊數(shù)目見(jiàn)表 。 S7200 CPU存儲(chǔ)器系統(tǒng) ? S7200 CPU存儲(chǔ)器系統(tǒng)由 RAM和 EEPROM兩種存儲(chǔ)器構(gòu)成。 ? 系統(tǒng)掉電時(shí)，自動(dòng)將 RAM中 M存儲(chǔ)器的有關(guān)內(nèi)容保存到EEPROM存儲(chǔ)器。 掃描周期及工作方式 ? 掃描周期 S7200 CPU連續(xù)執(zhí)行用戶(hù)任務(wù)的循環(huán)序列稱(chēng)為掃描 。 一個(gè)機(jī)器掃描周期 （ 用戶(hù)程序運(yùn)行一次 ） ， 分為讀輸入 （ 輸入采樣 ） ， 執(zhí)行程序 ， 處理通訊請(qǐng)求 ， 執(zhí)行 CPU自診斷 ， 寫(xiě)輸出 （ 輸出刷新 ） 等五個(gè)階段 ， CPU周而復(fù)始地循環(huán)掃描工作 。 也可以把掃描周期簡(jiǎn)化為讀輸入 、 執(zhí)行用戶(hù)程序和寫(xiě)輸出三個(gè)階段 。 執(zhí)行 CPU自診斷 寫(xiě)輸出 處理通訊請(qǐng)求 執(zhí)行程序 一個(gè)掃描周期 讀輸入 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類(lèi)型及尋址方式 ? S7200數(shù)據(jù)尋址方式有立即數(shù)尋址 、 直接尋址和間接尋址三大類(lèi) 。 ? 立即數(shù)尋址： 100 ? 直接尋址：位尋址如上圖 。 字節(jié) 、 字 、 雙字尋址 （ 直接尋址 ） 例： VB100、 VW100、 VD100 存儲(chǔ)器 位地址 字節(jié)地址 元件名稱(chēng) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類(lèi)型及尋址方式 ? 間接尋址： 例： MOVW ＊ AC1， AC0 ／／＊時(shí)表示該操作數(shù)為地址指針 。 指令功能：將 AC1作為內(nèi)存地址指針 ， 把以 AC1中內(nèi)容為起始地址的內(nèi)存單元的 16位數(shù)據(jù)送到累加器 AC0中 。 S7200數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)及元件(內(nèi)部資源 )的功能 ? 1. 輸入／輸出映像寄存器： S7200 PLC編址范圍 （ ~） 輸入映像寄存器 （ 該區(qū)域可以按位操作又稱(chēng)輸入繼電器 ） 輸入繼電器線圈由外部信號(hào)驅(qū)動(dòng)，常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)供用戶(hù)編程使用。 外部輸入點(diǎn) 輸入端子 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)及元件功能 ? 輸出映像寄存器： S7200 PLC編址范圍 （ ~） 輸出映像寄存器 （ 又稱(chēng)輸出繼電器 ） 是用來(lái)將 PLC的輸出信號(hào)傳遞給負(fù)載 ， 線圈用程序指令驅(qū)動(dòng) 。 ? PLC的每一個(gè) I/O點(diǎn) 都是一個(gè)確定的物理點(diǎn)。 CPU 224主機(jī)有 ～ ， ～ 14個(gè)數(shù)字量輸入端點(diǎn)， ～ 、 、 10個(gè)數(shù)字量輸出端點(diǎn)。 L 負(fù)載 電源 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)及元件功能 ? 2. 變量存儲(chǔ)器 V 用以存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果和其它數(shù)據(jù)。 CPU 224有 ～ 5K存儲(chǔ)字節(jié)?？砂次?、字節(jié)、字或雙字使用。 ? 3. 內(nèi)部標(biāo)志位（ M）存儲(chǔ)區(qū) M作為控制繼電器 （ 又稱(chēng)中間繼電器 ） ， 用來(lái)存儲(chǔ)中間操作數(shù)或其它控制信息 。 S7200 PLC編址范圍 ~， 可以按位 、 字節(jié) 、 字或雙字來(lái)存取存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù) 。 ? 4. 順序控制繼電器（ S）存儲(chǔ)區(qū) S又稱(chēng)狀態(tài)元件 ， 以實(shí)現(xiàn)順序控制和步進(jìn)控制 。 S7200 PLC編址范圍 ～ ， 可以按位 、 字節(jié) 、 字或雙字來(lái)存取數(shù)據(jù) 。 5. 特殊標(biāo)志位（ SM）存儲(chǔ)器 CPU 224編址范圍 ～ ，共 180個(gè)字節(jié)。其中 ～ 30個(gè)字節(jié)為只讀型區(qū)域。 ? ① SMB0為狀態(tài)位字節(jié) ， 在每次掃描循環(huán)結(jié)尾由 S7200 CPU更新 ， 定義如下： ? RUN狀態(tài) 監(jiān)控 ， PLC在運(yùn)行 RUN狀態(tài) ， 該位始終為 1。 ? 首次掃描時(shí)為 1， PLC由 STOP轉(zhuǎn)為 RUN狀態(tài)時(shí) ， ON（ 1態(tài) ） 一個(gè)掃描周期 ， 用 于程序的初始化 。 ? 當(dāng) RAM中數(shù)據(jù)丟失時(shí) ， ON一個(gè)掃描周期 ， 用于出錯(cuò)處理 。 ? PLC上電進(jìn)入 RUN方式 ， ON一個(gè)掃描周期 。 ? 分脈沖 ， 該位輸出一個(gè)占空比為 50％ 的分時(shí)鐘脈沖 。 用作時(shí)間基準(zhǔn)或簡(jiǎn)易延時(shí) 。 ? 秒脈沖 ， 該位輸出一個(gè)占空比為 50％ 的秒時(shí)鐘脈沖 。 可用作時(shí)間基準(zhǔn) 。 ? 掃描時(shí)鐘 ， 一個(gè)掃描周期為 ON（ 高電平 ） ， 另一為 OFF（ 低電平 ） 循環(huán)交替 。 ? 工作方式開(kāi)關(guān)位置指示 ， 0為 TERM位置 ， 1為 RUN位置 。 為 1時(shí) ， 使自由端口 通訊方式有效 。 ? ② SMB1為指令狀態(tài)位字節(jié) ， 常用于表及數(shù)學(xué)操作 ， 部分位定義如下： ? 零標(biāo)志 ， 運(yùn)算結(jié)果為 0時(shí) ， 該位置 1。 ? 溢出標(biāo)志 ， 運(yùn)算結(jié)果溢出或查出非法數(shù)值時(shí) ， 該位置 1 。 ? 負(fù)數(shù)標(biāo)志 ， 數(shù)學(xué)運(yùn)算結(jié)果為負(fù)時(shí) ， 該位為 1。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)及元件功能 ? 6. 局部存儲(chǔ)器（ L） S7200有 64個(gè)字節(jié)的局部存儲(chǔ)器，編址范圍 ~，其中 60個(gè)字節(jié)可以用作暫時(shí)存儲(chǔ)器或者給子程序傳遞參數(shù)，最后 4個(gè)字節(jié)為系統(tǒng)保留字節(jié)。 ? 7. 定時(shí)器（相當(dāng)于時(shí)間繼電器） S7200 CPU中的定時(shí)器是對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘累計(jì)時(shí)間增量的設(shè)備，用于時(shí)間控制。編址范圍 T0～ T255（ 22X）； T0～ T127(21X)。