一55190.docx
- 文档编号:15483383
- 上传时间:2023-07-04
- 格式:DOCX
- 页数:132
- 大小:1.25MB
一55190.docx
《一55190.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《一55190.docx(132页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
一55190
目录
1.可编程控制器概述1
1.1PLC的产生与发展1
1.1.1PLC的产生1
1.1.2PLC的发展1
1.2PLC的特点及应用2
1.2.1PLC的特点2
1.2.2PLC的应用3
1.3PLC的结构及工作原理4
1.3.1PLC的基本结构4
1.3.2PLC的工作原理9
1.3.3PLC的I/O响应时间10
2.S7-200系统概述12
2.1S7-200功能概述12
2.2S7-200PLC的系统构成13
2.3S7-200CPU模块14
2.3.1CPU模块的技术指标14
2.3.2CPU模块的接线方式15
2.3.3CPU模块的通信接口16
2.4S7-200扩展模块16
2.4.1数字量I/O扩展模块17
2.4.2模拟量I/O扩展模块20
2.4.3温度测量扩展模块23
2.4.4特殊功能模块23
2.5S7-200供电和接线24
3.S7-200PLC编程基础25
3.1S7-200PLC程序的结构25
3.2S7-200PLC的数据区25
3.3S7-200PLC数据的保持31
3.4S7-200PLC寻址方式32
3.5S7-200PLC的编程语言33
4.S7-200PLC的指令系统37
4.1位逻辑指令37
4.2数据处理指令43
4.3定时器指令47
4.4计数器指令50
4.5程序控制指令53
4.6子程序指令57
4.7中断指令60
5.S7-200编程软件STEP7-Micro/WIN65
5.1编程软件概述65
5.2编程软件的安装65
5.2.1安装条件65
5.2.2软件安装65
5.2.3安装SP升级包66
5.3计算机和PLC的通信66
5.3.1硬件连接66
5.3.2通信设置66
5.3.3PLC通信参数设置69
5.4STEP7-Micro/WIN编程的概念和规则69
5.5STEP7-Micro/WINV4.0软件界面及功能71
5.6创建工程及程序编写74
5.6.1生成一个工程文件74
5.6.2程序编写74
5.6.3程序编译和下载77
5.6.4程序调试及运行监控78
6.PLC应用系统设计及实例81
6.1应用系统设计概述81
6.2PLC应用系统的设计81
6.2.1PLC控制系统的设计内容及设计步骤81
6.2.2PLC的硬件设计和软件设计及调试82
6.2.3PLC程序设计常用的方法83
附录A.S7-200仿真软件91
附录B.特殊存储器(SM)各标志位的功能93
参考文献:
104
1.可编程控制器概述
1.1PLC的产生与发展
可编程控制器是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物,是为工业控制应用而专门设计制造的。
早期可编程控制器主要应用于逻辑控制,因此称作可编程逻辑控制器(ProgammableLogicController),简称PLC。
随着技术的发展,可编程控制器的功能已经大大超越了逻辑控制的范围,现今这种装置称作可编程控制器(ProgammableController)。
为了避免与个人计算机的简称PC相混淆,所以仍将可编程控制器简称为PLC。
1.1.1PLC的产生
PLC是在19世纪60年代末问世的,开始主要应用于汽车制造业。
当时汽车制造业生产线上的自动控制系统都是由继电器控制系统构成的,每次产品改型都要将生产线中的继电器控制系统重新设计和安装,为了减少改型所需经费和时间、提高效率,1968年美国通用汽车公司首先提出研制新的控制系统用以取代继电器控制系统,公开招标,并提出了如下10项指标:
(1)编程简单方便,可在现场修改程序;
(2)维护方便,最好是插件式结构;
(3)可靠性高于继电器控制系统;
(4)体积小于继电器控制系统;
(5)数据可直接输入管理计算机;
(6)成本上可与继电器控制系统竞争;
(7)输入可以是交流115V;
(8)输出为交流115V/2A以上,能直接驱动电磁阀;
(9)扩展时只需对原系统做很小的变更;
(10)用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。
1969年,美国数字设备公司(DEC)根据上述要求率先研制出世界上第一台可编程控制器,即PLC,在通用汽车自动生产线上应用,获得成功。
此后这项技术迅速发展起来,并推动了欧洲各国、日本及其它国家可编程控制器技术的发展。
1971年,日本从美国引进这项新技术,研制出日本第一台可编程控制器。
1973年西欧国家也研制出了他们的第一台可编程控制器。
我国从1974年开始研制,1977年开始工业应用。
1.1.2PLC的发展
PLC自产生时起,大致经过了以下3个发展阶段。
(1)早期阶段(20世纪60年代末-70年代中期)
早期的PLC是为取代继电器控制线路、完成顺序控制而设计的。
它在硬件上以准计算机的形式出现,在I/O接口电路上做了改进以适应工业控制现场的要求。
装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路,存储器采用磁芯存储器。
另外还采用了一些抗干扰的措施。
软件编程上,采用了梯形图的编程方式。
(2)中期阶段(20世纪70年代中期-80年代中期)
20世纪70年代,微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。
各PLC生产厂家开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元。
这样就使PLC的功能大大增强。
在软件方面,除了保持其原有的逻辑运算、定时、计数等功能外,还增加了算术运算、数据处理和传送、通信、自诊断等功能;在硬件方面,除了保持原有的开关量模块以外,还增加了模拟量模块、远程I/O模块等各种特殊模块,并扩大了存储器的容量。
(3)近期阶段(20世纪80年代中期-至今)
进入20世纪80年代中期,由于超大规模集成电路技术的迅速发展,微处理器的市场价格大幅下降,使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。
而且,为了进一步提高PLC的处理速度,各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片,使得PLC的软、硬件功能发生了巨大变化。
现代PLC的发展有两个趋势。
其一是向体积更小、速度更快、可靠性更高、功能更强、价格更低的小型PLC方向发展;其二是向大型、网络化、良好兼容性和多功能方向发展。
1.2PLC的特点及应用
1.2.1PLC的特点
PLC之所以高速发展,除了工业自动化的客观需要外,PLC还有许多独特的优点。
它较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠性、通用性、灵活性、使用方便等问题。
PLC的主要特点如下:
(1)高可靠性
可靠性高是PLC最突出的优点之一。
PLC具有较高的可靠性是因为它采用了微电子技术,大量的开关动作由无触点的半导体电路完成。
在设计、制造过程中,采用一系列硬件和软件抗干扰措施,如;硬件方面采用隔离、滤波、精选元器件等。
在微处理器与I/O之间采用光电隔离措施,有效地抑制了外部干扰对PLC的影响,同时可以防止外部高压进入CPU单元。
滤波是抗干扰的又一主要措施,对供电系统及输出线路采用多种形式滤波电路可以消除或抑制高频干扰。
软件方面设置故障检测程序,PLC在每次循环扫描的内部处理期间,都要检测硬件系统是否正常,外部环境是否正常,如掉电、欠电压等。
当故障出现时,立即把当前状态信息存入指定存储器。
一旦故障条件消失,就可恢复正常,继续执行原来的程序。
(2)应用灵活
由于PLC已实现了产品的系统化、标准的积木式硬件结构和单元化的软件设计,使得它不仅可以适应大小不同、功能复杂的控制要求,而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合。
PLC用软件功能取代了继电器控制系统中的大量中间继电器、时间继电器、计数器及其它专用功能的器件,使控制系统的设计、安装、接线工作量大大减少。
PLC的用户程序大部分可以在实验室模拟,用模拟的各种试验开关代替现场的输入信号,其输出状态可以通过PLC上的指示灯得知,模拟调试好后再将PLC控制系统安装到现场,进行联机调试,这样大大缩短了整个控制系统的调试周期,既安全、快捷,又节省成本。
(3)功能强、通用性好
PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能,而且还具有A/D、D/A转换、数值运算、数据处理和通讯联网等功能。
既可以对开关量进行控制,也可以对模拟量进行控制;既可以对单台设备进行控制,也可以对一条生产线或全部生产工艺过程进行控制。
PLC具有通信联网功能,可以实现不同PLC之间联网,并可以与计算机构成分布式控制系统。
PLC产品已经形成系列化、单元化,并配备品种齐全的控制单元供用户选择,可以组成能够满足各种要求的控制系统。
(4)编程简单
大多数PLC采用梯形图编程方式。
梯形图与传统的继电接触控制线路图有许多相似之处,与常用的计算机语言相比更容易被操作者接受并掌握。
操作者通过阅读PLC操作手册或短期培训,可以很快熟悉梯形图语言,并用来编制一般的用户程序,这也是PLC获得迅速普及和推广的重要原因之一。
除此之外,PLC还具有体积小、能耗低、质量轻、性价比高、省电等优点。
当然,PLC也并非十全十美,其缺点是价格较高。
比如,完全相同的一个控制任务,一般PLC控制系统要比继电器控制系统价格高,比单片机控制系统价格也高。
运算能力、工作速度比计算机慢,输出对输入响应有滞后现象。
1.2.2PLC的应用
PLC已经广泛地应用于各种工业部门,既能改造传统机械产品成为机电一体化的新一代产品,又适用于生产过程控制,实现工业生产的优质、高产、节能与降低成本。
随着其性价比的不断提高,其应用范围不断扩大。
(1)数字量逻辑控制
PLC用“与”、“或”、“非”等逻辑指令来实现触点和电路的串、并联,代替继电器进行组合逻辑控制、定时控制与顺序控制。
数字量逻辑控制可以用于单台设备,也可以用于自动生产线,其应用领域已遍及各行各业。
(2)运动控制
PLC使用专用的运动控制模块,对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制,可单轴、双轴、三轴和多轴位置控制,使运动控制与顺序控制功能有机地结合在一起。
PLC的运动控制功能广泛用于各种机械,,例如,金属切削起床、金属成型机械、装配机械、机器人和电梯等场合。
(3)闭环过程控制
闭环过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。
PLC通过模拟量I/O模块,实现模拟量和数字量之间的变换,这一闭环控制功能可以用PID子程序或专用的PID模块来实现。
其PID闭环控制功能已经广泛地应用于塑料挤压成形机、加热炉、热处理炉和锅炉等设备,以及轻工、化工、机械、冶金、电力及建材等行业。
(4)数据处理
现代的PLC具有数学运算(包括四则运算、矩阵运算、函数运算、字逻辑运算以及求反、循环、移位、浮点数运算等)、数据传送、转换、排序和查表以及位操作等功能,可以完成数据的采集、分析和处理。
这些数据可以与储存在存储器中的参考值进行比较,也可以用通信功能传送到别的智能装置,或者将它们打印制表。
(5)通信联网
PLC的通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC与其它智能设备(例如计算机、变频器、数控装置)之间的通信。
PLC与其它智能控制设备一起,可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。
1.3PLC的结构及工作原理
1.3.1PLC的基本结构
虽然PLC的规格、型号繁多,但其基本结构基本相同,硬件结构与典型的计算机结构相同。
图1-1给出其基本结构框图,它主要由电源、中央处理单元、存储器、输入接口、输出接口和编程器等几个部分组成。
图中各部分之间均采用总线连接。
虚线内是PLC本体部分。
(1)中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU)是PLC的核心,一般由控制电路、运算器和寄存器组成。
CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入接口、输出接口连接。
其主要作用是:
1)接收从编程设备输入的用户程序,并存入程序存储器中;
2)用扫描方式采集现场输入状态和数据,并存入相应的输入映像存储器中;
3)执行用户程序,从程序存储器中逐条取出用户程序,经过解释程序解释后逐条执行,完成程序规定的逻辑和算术运算,产生相应的控制信号去控制输出电路,实现程序规定的各种操作;
4)通过故障自诊断程序,诊断PLC的各种运行错误。
因此,CPU的性能对PLC的整机性能有着决定性的影响。
CPU的位数越高,运算速度越快,系统处理信息量越大,系统的性能越好。
图1-1PLC基本结构框图
(2)存储器
PLC的存储器用来存放程序和数据。
程序分系统程序和用户程序。
1)系统程序存储器
系统程序存储器存放系统程序(系统软件)。
系统程序是PLC研制者所编的程序,它是决定PLC性能的关键,相当于PLC中的操作系统。
系统程序包括监控程序、管理程序、解释程序.故障自诊断程序、功能子程序等。
系统程序由制造厂家提供,一般固化在ROM或EPROM中,用户不能直接存取。
系统程序用来管理、协调PLC各部分的工作,翻译、解释用户程序,进行故障诊断等。
2)用户程序存储器
用户程序存储器存放用户程序(应用软件)。
用户程序是用户为解决实际问题并根据PLC的指令系统而编制的程序,它通过编程设备输入,经CPU存放入用户程序存储器。
为了便于程序的调试、修改、扩充、完善,该存储器通常使用RAM。
RAM工作速度快,价格便宜,同时在PLC中配有锂电池(或其它电池),当外部电源断电时,可用于保存RAM中的信息。
3)变量(数据)存储器
变量存储器存放PLC的内部逻辑变量。
如内部继电器、输入和输出状态(I/O)寄存器、定时器/计数器中逻辑变量的现行值等,这些现行值在CPU进行逻辑运算时需随时读出、更新有关内容,所以,变量存储器也采用RAM。
PLC产品资料中通常所指的内存储器容量,是对用户程序存储器而言的,且以字(16位/字)为单位来表示存储器的容量。
(3)输入/输出接口
输入/输出(I/O)接口是PLC与工业现场装置之间的连接部件,是PLC的重要组成部分。
与微机(I/O)的接口工作于弱电的情况不同,PLC的I/O接口是按强电要求设计的,即其输入接口可以接受强电信号,其输出接口可以直接和强电设备相连接。
对干小型PLC,厂家通常将I/O部分安装在PLC的本体,而对于中、大型PLC,厂家通常都将I/O部分做成可供选取、扩充的模块组件,用户可根据自己的需要选取不同功能、不同点数的I/O组件来组成自己的控制系统。
为便于检查,每个I/O点都接有指示灯,某点接通时,相应的指示灯发光指示,用户可以方便地检查各点的通断状态。
1)输入接口
输入接口的功能是采集现场各种开关触点的状态信号,并将其转换成标准的逻辑电平,送给CPU处理。
一般的输入信号多为开关量信号,各种开关量输入接口的基本结构大同小异,常有直流、交流两种开关量输入接口电路。
图1-2所示电路是一种直流开关量的输入接口电路,图中所示为一8点输入的接口电路,0-7为8个输入接线端子,COM为输入公共瑞.24V直流电源为PLC内部专供输入接口用的电源(有些PLC该电源需外接,对于外接电源时,由于多数PLC输入接口电路都采用双向的二极管和发光二极管,所以外接电源有漏型和源型两种接法),K0-K7为现场外接的开关。
内部电路中,发光二极管LED为输入状态指示灯;R为限流电阻,它为LED和光电耦合器提供合适的工作电流。
图1-2直流开关量输入接口电路图
下面以K0输入点为例说明输入电路的工作原理。
当开关K0合上时,24V电源经R、LED0、K0形成回路,LED0发光,指示该路接通。
同时光电耦合器的V0发光,VT0受光照饱和导通,X0输出高电平。
K0处于断开状态时,电路不通,LED0不亮,光电耦合器不导通,X0点为零电平,无信号输入到CPU。
图中的光电耦合器起着电气隔离(提高抗干扰能力、保护PLC)和电平转换的作用。
PLC的输入接口有共点式、分组式、隔离式之分。
输入单元只有一个公共端子(COM)的称为共点式,外部输入元件都有一个端子与该COM连接;分组式是将输入端子分为若干组,每组各共用一个公共端子;隔离式输入单元,是具有公共端子的各组输入点之间互相隔离,可各自使用独立的电源。
2)输出接口
输出接口是将CPU输出的信号转换成驱动外部设备工作的信号。
为适应不同的负载,输出接口有多种方式,常用的有晶体管输出方式、晶闸管输出方式和继电器输出方式。
晶体管输出方式用于直流负载;双向晶闸管输出方式用于交流负载;继电器输出方式可用于直流负载,也可用于交流负载。
图1-3所示电路是继电器输出接口电路。
当PLC通过输出映像存储器在输出点输出零电平时,继电器KA得电.其常开触点闭合,负载得电。
一般输出可带2A的负载。
(具体负载能力参见相应的PLC技术手册)
为了实现现场负载与PLC主机的电气隔离,提高抗干扰能力,晶体管输出方式和晶闸管输出方式要采用光电隔离,继电器输出方式因继电器本身有电气隔离作用,故接口电路中没有设光电耦合器。
I/O点数是指输入点及输出点之和,是衡量PLC规模的指标。
一般将I/O点数在256点以下的PLC称为小型PLC;64点及以下的称为微型PLC;总点数在256-2048点之间的为中型PLC;总点数在2048点以上的为大型PLC等。
当一个PLC中心单元的I/O点数不够用时,可以对系统进行扩展。
PLC的扩展接口就是用于连接中心基本单元与扩展单元的。
图1-3继电器接口输出电路图
(4)编程器
编程器是开发应用和检查维护PLC以及监控系统运行不可缺少的外部设备。
它的主要作用是用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视。
还可以通过其键盘来调用与显示PLC的一些内部状态和系统参数。
它通过通信端口与CPU联系,完成人机对话连接。
编程器上有供编程用的各种功能键和显示灯,以及编辑、监控转换开关。
编程器的键盘采用梯形图语言键符或命令语言助记键符,也可以采用软件指定的功能键符,通过屏幕对话方式进行编程。
编程器有简易型和智能型两大类。
前者只能联机编程,且只能使用语句表方式编程。
而后者既可联机编程,又可脱机编程,可直接利用梯形图方式编程。
简易型编程器体积小、重量轻,可随身携带,便于在生产现场使用。
智能型编程器又称为图形编程器,主要缺点是体积大,价格高,不便于在生产现场使用。
一般的小型PLC主要采用简易式编程器。
编程器是专用的,不同型号的PLC都有自己专用的编程器,不能通用。
PLC正常工作时,一般不需要编程器。
因此,多个同型号的PLC可以只配一个编程器。
另外也可以利用计算机作为编程器,这时计算机应配有相应的硬件接口和PLC编程软件。
PLC编程软件的功能很强,它可以编辑、修改用户程序,监控系统运行,打印文件,采集和分析数据,在屏幕上显示系统运行状态状况,对工业现场和系统进行仿真,将程序存储在磁盘上,实现计算机和PLC之间的程序相互传送等等。
(5)电源
PLC电源一般采用交流220V或直流24V。
电源单元包括系统的电源及后备电池,内部的开关电源为各模块提供不同电压等级的直流电源。
小型PLC可以为输入电路和外部的传感器提供DC24V电源,驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。
PLC电源在整个系统中起着十分重要的作用。
1.3.2PLC的工作原理
在继电器控制电路中,当某些梯级同时满足导通条件时,这些梯级中的继电器线圈会同时通电,也就是说,继电器控制电路是一种并行工作方式。
PLC是采用循环扫描的工作方式,在PLC执行用户程序时,CPU对用户程序(梯形图)自上而下、自左向右地逐次进行扫描,程序的执行是按语句排列的先后顺序进行的。
这样,PLC梯形图中各线圈状态的变化在时间上是串行的,不会出现多个线圈同时改变状态的情况,这是PLC控制与继电器控制最主要的区别。
一般而言,PLC的扫描过程分为内部处理(自诊断)、通信操作、输入采样、用户程序执行、输出刷新等几个阶段。
全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。
PLC的扫描周期通常为几十毫秒。
当PLC处于停止状态时,只进行内部处理和通信操作服务等内容。
在PLC处于运行状态时,从内部处理、通信操作、输入采样、执行用户程序、输出刷新,一直循环扫描工作。
另外有些PLC可以设定扫描周期为固定值,关于扫描周期设置的注意事项,可参考相应PLC的编程手册。
1)自诊断阶段
每次扫描开始,先执行一次自诊断程序,对各输入、输出点、存储器和CPU等进行诊断,诊断的方法通常是测试出各部分的当前状态,并与正常的标准状态进行比较,若两者一致,说明各部分工作正常;若不一致则认为有故障,此时,PLC立即启动关机程序,保留现行工作状态,井关断所有输出点,然后停机。
2)通信操作阶段
自诊断结束后,如没发现故障,PLC将继续向下执行,检查是否有编程器等的通信请求,如果有则进行相应的处理,比如,接受编程器发来的命今,把要显示的状态数据、出错信息送给编程器显示等。
3)输入采样阶段
执行完通信操作后,PLC继续向下执行,进入输入采样阶段。
在此阶段PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入输入映像存储器中相应的单元内。
输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中,不再对输入状态和数据进行扫描,因此即使输入状态和数据发生了变化,输入映像存储器中相应单元的状态和数据也不会改变,这种变化只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能被读入。
因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该脉冲信号均能被读入。
4)用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段,PLC总是按自上而下、自左向右的顺序对用户程序进行逻辑运算。
在整个用户程序执行过程中,输入点在输入映像存储器内的状态和数据不会发生变化,而输出点和软设备在输出映像存储器或系统RAM存储器内的状态和数据都有可能发生变化,而且排在上面的梯形图,其程序执行结果会对排在下面的用到这些状态和数据的梯形图起作用;相反,排在下面的梯形图,其被刷新的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
5)输出刷新阶段
当PLC执行完用户程序的所有指令后,在本阶段将输出映像存储器中的内容送入输出锁存器中,驱动现场执行元件工作。
同输入采样阶段类似,PLC对所有外部信号的输出是统一进行的,在用户程序执行阶段,输出映像存储器的内容发生改变将不会影响现场执行元件的工作,直到输出刷新阶段将输出映像存储器的内容集中输出,现场执行元件的状态才会发生相应的改变。
1.3.3PLC的I/O响应时间
PLC的应用程序执行时,使用过程映像存储器(输入映像存储器和输出映像存储器)会比使用直接访问输入、输出具有优越性。
之所以这样有以下三个原因:
1)所有输入点的采样是在扫描周期的一开始同步进行的。
在整个扫描周期的程序执行过程中输入值被冻结。
而输出点按照映像存储器中的值刷新是在程序执行完成之后。
这样会使系统更加稳定。
2)访问映像存储器的速度比直接访问I/O点要快,有利于程序快速运行。
3)I/O点是位实体,只能按位或者字节来访问,但是可以按位、字节、字或者双字的形式访问映像存储器。
通过这种方式,映像存储器将提供额外的灵活性。
由于PLC采用循环扫描的工作方式,而且对输入和输出信号只在每个扫描周期的固定时间集中输入/输出,所以必然会产生输出信号相对输入信号滞后的现象。
扫描周期越长,滞后现象越严重。
对一般工业设备来说,这些滞后现象是允许的。
但对某些设备,当需要输入/输出做出快速响应时,则需要采用快速响应模块(立即输入指令、立即输出指令等)、高速计数模块、中断处理以及程序优化等措施来减少滞后时间。
产生输入/输出滞后的原因有以下几个方面:
1)输入滤波器有时间常数
输入电路中的滤波器对输入信号有延
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 55190