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第2章可编程序控制器概论第1章可编程序控制器概论1.1PLC的发展、分类及应用1.2结构和工作原理1.3技术性能指标1.4编程语言第2章可编程序控制器概论本章内容包括：lPLC的发展、分类及应用l结构及工作原理l主要技术性能指标l常用编程语言返回本章首页第2章可编程序控制器概论1.1PLC的发展、分类及应用1.1.1产生1.1.2发展1.1.3特点1.1.4分类1.1.5应用返回本章首页第2章可编程序控制器概论1.1.1产生可编程序逻辑控制器PLC产生于1969年，最初只具备逻辑控制、定时、计数等功能，主要是用来取代继电接触器控制。现在所说的可编程序控制器PC（ProgrammableController）是1980年以来，美、日、德等国由先前的可编程序逻辑控制器PLC进一步发展而来。1985年，国际电工委员会IEC对可编程序控制器作了如下规定：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。返回本节第2章可编程序控制器概论1.1.2发展1.发展及现状2.发展趋势（1）与计算机联系密切（2）发展多样化（3）模块化（4）网络与通信能力增强（5）多样化与标准化（6）工业软件发展迅速返回本节第2章可编程序控制器概论1.1.3特点1.可靠性高2.功能强大3.简单方便返回本节第2章可编程序控制器概论1.1.4分类1.从结构上可编程序控制器从结构上可分为整体式和模块式。2.从规模上按PLC的输入输出点数可分为小型、中型和大型。返回本节第2章可编程序控制器概论1.1.5应用1.工业1）开关量控制，如逻辑、定时、计数、顺序等；2）模拟量控制，部分PLC或功能模块具有PID控制功能，可实现过程控制；3）监控，用PLC可构成数据采集和处理的监控系统；4）建立工业网络，为适应复杂的控制任务且节省资源，可采用单级网络或多级分布式控制系统。2.其他行业可编程序控制器在其他行业的应用也日益广泛：在国防和民用，如建筑，环保，家用电器等。返回本节第2章可编程序控制器概论1.2结构和工作原理2.2.1结构2.2.2工作原理返回本章首页第2章可编程序控制器概论1.2.1结构PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。图2.1为一典型PLC结构简图。图2.1结构简图CPU存储器电源部分输入单元输出单元编程器或其他设备按钮接触器电磁阀指示灯行程开关继电器触点第2章可编程序控制器概论1.中央处理单元中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片上。CPU的主要功能：1）从存储器中读取指令2）执行指令3）顺序取指令4）处理中断第2章可编程序控制器概论2.存储器1）只读存储器2）随机存储器RAM第2章可编程序控制器概论3.输入输出单元（1）输入接口电路（2）输出接口电路第2章可编程序控制器概论通常PLC的输入类型可以是直流、交流和交直流。输入电路的电源可由外部供给，有的也可由PLC内部提供。图2.2和图2.3分别为一种型号PLC的直流和交流输入接口电路的电路图，采用的是外接电源。图2.2描述了一个输入点的接口电路。其输入电路的一次电路与二次电路用光耦合器相连，当行程开关闭合时，输入电路和一次电路接通，上面的发光管用于对外显示，同时光耦合器中的发光管使三极管导通，信号进入内部电路，此输入点对应的位由0变为1。即输入映像寄存器的对应位由0变为1。第2章可编程序控制器概论图2.2直流输入电路图内部电路COM输入1输入n第2章可编程序控制器概论图2.3交流输入电路图返回本节内部电路COM输入1输入n.第2章可编程序控制器概论1.2.2工作原理1.循环扫描PLC采用循环扫描工作方式，这个工作过程一般包括五个阶段：内部处理、与编程器等的通信处理、输入扫描、用户程序执行、输出处理，其工作过程如图2.4所示。图2.4中当PLC方式开关置于RUN（运行）时，执行所有阶段；当方式开关置于STOP（停止）时，不执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对PLC联机或离线编程。第2章可编程序控制器概论图2.4工作原理图内部处理通信处理输入扫描执行用户程序输出处理RUN方式？否是开始第2章可编程序控制器概论可编程序控制器的输入处理、执行用户程序和输出处理过程的原理如图2.5所示。PLC执行的五个阶段，称为一个扫描周期，PLC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。第2章可编程序控制器概论按钮接触器按钮输入电路输入映象寄存器输出映象寄存器输出电路（）程序执行图2.5程序执行原理图第2章可编程序控制器概论2.与计算机的异同相同点：（1）基本结构相同（2）程序执行原理相同不同点：两者的不同点主要体现在工作方式上。第2章可编程序控制器概论3.与继电接触器的异同相同点：图形结构和逻辑关系相同。不同点：（1）实现原理不同（2）工作方式不同返回本节第2章可编程序控制器概论1.3技术性能指标1.外形尺寸2.输入输出点数3.机器字长4.速度5.指令系统6.存储器容量7.扩展性8.通信功能返回本章首页第2章可编程序控制器概论1.4编程语言1.梯形图2.语句表3.逻辑符号图4.高级语言返回本章首页第2章可编程序控制器概论第3章基本指令3.1位操作类指令3.2运算指令3.3其他数据处理指令3.4表功能指令3.5转换指令第2章可编程序控制器概论第2章S7-200可编程序控制器2.1S系列PLC发展概述2.2S7-200PLC系统组成2.3编程元件及程序知识2.4相关设备2.5工业软件第2章可编程序控制器概论本章学习目的本章以西门子公司生产的S7-200系列小型可编程序控制器为例，介绍具体型号的PLC，内容包括：lS系列PLC发展概述lS7-200可编程序控制器的系统组成l编程元件及程序知识l相关设备l常用工业软件返回本章首页第2章可编程序控制器概论2.1S系列PLC发展概述德国的西门子（SIEMENS）公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商，生产的SIMATIC可编程序控制器在欧洲处于领先地位。其第一代可编程序控制器是1975年投放市场的SIMATICS3系列的控制系统。在1979年，微处理器技术被应用到可编程序控制器中，产生了SIMATICS5系列，取代了S3系列，之后在20世纪末又推出了S7系列产品。最新的SIMATIC产品为SIMATICS7、M7和C7等几大系列。返回本章首页第2章可编程序控制器概论2.2S7-200PLC系统组成3.2.1系统基本构成3.2.2主机结构3.2.3扫描周期及工作方式3.2.4输入输出扩展3.2.5主机性能指标返回本章首页第2章可编程序控制器概论从CPU模块的功能来看，SIMATICS7-200系列小型可编程序控制器发展至今，大致经历了两代：第一代产品其CPU模块为CPU21X，主机都可进行扩展，它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU212，CPU214，CPU215和CPU216，对第一代PLC产品不再作具体介绍。第二代产品其CPU模块为CPU22X，是在21世纪初投放市场的，速度快，具有较强的通信能力。它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU221，CPU222，CPU224和CPU226，除CPU221之外，其他都可加扩展模块。第2章可编程序控制器概论2.2.1系统基本构成SIMATICS7-200系统由硬件和工业软件两大部分构成，如图3.1所示。EM1扩展模块EM2扩展模块EMn扩展模块TD200文本显示器TP系列触摸屏通信及网络设备计算机工业软件CPU主机其他设备图3.1S7-200PLC系统组成第2章可编程序控制器概论系统基本构成1.硬件（1）基本单元（2）扩展单元（3）特殊功能模块（4）相关设备2.工业软件工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序、文档及其规则的总和，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几大类构成。返回本节第2章可编程序控制器概论2.2.2主机结构1.各CPU介绍及I/O系统（1）主机外形SIMATICS7-200系统CPU22X系列PLC主机（CPU模块）的外形如图3.2所示：图3.2S7-200主机外形状态显示通信口顶部端子盖电源及输出端子前盖方式开关、电位器、扩展I/O连接底部端子盖输入端子、传感器电源存储器卡第2章可编程序控制器概论（2）基本结构特点输出信号类型电源输出基本I/O存储安全高速反应模拟电位器实时时钟输入输出可扩展性第2章可编程序控制器概论4种CPU各有晶体管输出和8继电器输出两种类型，具有不同电源电压和控制电压。各类型的型号如表3.1所示。表3.1CPU型号第2章可编程序控制器概论SIMATICS7-200系统CPU22X系列PLC主机及I/O特性如表3.2所示。表3.2主机及I/O特性第2章可编程序控制器概论2.存储系统（1）存储系统（2）存储器及使用（3）存储安全第2章可编程序控制器概论图3.3存储系统个人计算机存储器卡用户程序CPU组态V存储器M存储器用户程序CPU组态V存储器M存储器定时器和计数器当前值CPURAMEPROM第2章可编程序控制器概论表3.3存储容量第2章可编程序控制器概论（2）存储器及使用上装和下装用户程序定义存储器保持范围用程序永久保存数据存储器卡的使用第2章可编程序控制器概论（3）存储安全1）主机CPU模块内部配备的EEPROM，上装程序时，可自动装入并永久保存用户程序、数据和CPU的组态数据。2）用户可以用程序将存储在RAM中的数据备份到EEPROM存储器。3）主机CPU提供一个超级电容器，可使RAM中的程序和数据在断电后保持几天之久。4）CPU提供一个可选的电池卡，可在断电后超级电容器中的电量完全耗尽时，继续为内部RAM存储器供电，以延长数据所存的时间。5）可选的存储器卡可使用户像使用计算机磁盘一样来方便地备份和装载程序和数据。返回本节第2章可编程序控制器概论2.2.3扫描周期及工作方式1.扫描周期2.工作方式3.改变CPU工作方式的方法图3.4CPU的扫描周期一个扫描周期读输入执行程序处理通信请求写输出执行CPU自诊断第2章可编程序控制器概论1.扫描周期（1）输入处理（2）执行程序（3）处理通信请求（4）执行CPU自诊断测试（5）写数字输出第2章可编程序控制器概论2.工作方式（1）STOP方式（2）RUN方式第2章可编程序控制器概论3.改变CPU工作方式的方法1）用PLC上的方式开关来手动切换，方式开关有3个挡位。2）用STEP7-Micro/Win32编程软件，应首先把主机的方式开关置于TERM或RUN位置，然后在此软件平台用鼠标单击STOP和RUN方式按钮即可。3）在用户程序中用指令由RUN方式转换到STOP方式，前提是程序逻辑允许中断程序的执行。返回本节第2章可编程序控制器概论2.2.4输入输出扩展1.设备连接2.最大I/O配置的预算3.输入输出及CPU组态第2章可编程序控制器概论1.设备连接图3.5I/O扩展示意图第2章可编程序控制器概论2.最大I/O配置的预算（1）映像寄存器数量（2）电流提供（3）模块电流（4）电流预算规则第2章可编程序控制器概论（2）电流提供各CPU所能提供的最大5VDC电流如表3.4所示。第2章可编程序控制器概论（3）模块电流CPU22X可连接的各扩展模块消耗5VDC电流如表3.5所示。第2章可编程序控制器概论3.输入输出及CPU组态（1）I/O点数扩展和编址（2）设置输入滤波（3）设置脉冲捕捉（4）输出表配置（5）定义存储器保持范围第2章可编程序控制器概论例如，某一控制系统选用CPU224，系统所需的输入输出点数各为：数字量输入24点、数字量输出20点、模拟量输入6点、模拟量输出2点。本系统可有多种不同模块的选取组合，表3.6所示为其中的一种可行的系统输入输出组态状况。第2章可编程序控制器概论若按表3.6的扩展方式，各模块在I/O链中的位置排列方式也可以有多种，图3.6所示为其中的一种模块连接形式。图3.6扩展连接图主机CPU224模块1EM221DI8XDC24V