电工高级PLC基础知识

维修电工理论培训•模块二电工基础知识电子技术知识；PLC知识。PLC基础知识主要内容第1章概论第2章可编程控制器构成原理第3章S7-200可编程控制器的硬件系统第4章STEP7-Micro/WIN32编程软件的使用与安装第5章可编程控制器指令系统第1章概论1.1可编程控制器的产生及定义1、PLC的产生及定义1968年由美国通用汽车公司（GE）提出，1969年有美国数字设备公司（DEC）研制成功，有逻辑运算、定时、计算功能称为PLC（programmablelogiccontroller）。80年代，由于计算机技术的发展，PLC采用通用微处理器为核心，功能扩展到各种算术运算，PLC运算过程控制并可与上位机通讯、实现远程控制。被称为PC（programmablecontroller）即可编程控制器。国际电工委员会（IEC）1987年颁布的可编程逻辑控制器的定义如下：“可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计”。第1章概论92.PLC的定义：把（）功能用特定的指令记忆在存储器中，通过数字或模拟输入、输出装置对机械自动化或过程自动化进行控制的数字式电子装置。A．逻辑运算，顺序控制B．计数，计时，算术运算C．逻辑运算、顺序控制、计时、计数和算术运算等习题C1.2可编程控制器的工作特点1、可靠性高，抗干扰能力强。2、通用性强，使用方便。小型PLC为整体结构，并可外接I/O扩展机箱构成PLC控制系统。中大型PLC采用分体模块式结构，设有各种专用功能模块（开关量、模拟量输入输出模块，位控模块，伺服、步进驱动模块等）供选用和组合，由各种模块组成大小和要求不同的控制系统。3、功能强，适应面广。算术、逻辑运算、定时、计数、PID运算、过程控制、通讯等。4、使用、编程方便。（LAD）梯形图、语句表（STL）、功能图（FBD）、控制系统流程图等编程语言通俗易懂，使用方便。5、PLC控制系统的设计、安装、调试、维护方便。6、体积小、重量轻、功耗低。1.3可编程控制器的分类和发展1、分类按I/O点数可分为大、中、小型三大类，通常可以定义为：小型：I/O点数在256点以下；中型：I/O点数在256～1024点之间；大型：I/O点数在1024点以上。2、应用可编程控制器在多品种、小批量、高质量的产品生产中得到广泛的应用，PLC控制已成为工业控制的重要手段之一，与CAD/CAM，机器人技术一起成为实现现代自动化生产的三大支柱。通常可以认为，只要有控制要求的地方，都可以用到可编程控制器。1.3可编程控制器的分类和发展3、发展方向发展方向分小型化和大型化两个发展趋势。小型PLC有两个发展方向，即小（微）型化和专业化。大型化指的是大中型PLC向着大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。1.4可编程控制器与其他工业控制装置的比较1、PLC与继电器控制系统的比较继电器控制系统：针对一定的生产机械、固定的生产工艺设计的，采用硬接线方式装配而成，只能完成既定的逻辑控制、定时、计数等功能，一旦生产工艺过程改变，则控制柜必须重新设计。PLC：应用了微电子技术和计算机技术，各种控制功能都是通过软件来实现的，只要改变程序并改动少量的接线端子，就可适应生产工艺的改变。从适应性、可靠性、安装维护等各方面比较，PLC都有显著的优势。2、PLC与集散控制系统的比较PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数字处理、顺序控制方面具有一定优势，主要侧重于开关量顺序控制方面。集散控制系统是由单回路仪表控制系统发展而来，所以它在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，主要侧重于回路调节功能。1.4可编程控制器与其他工业控制装置的比较1.4.3PLC与工业控制计算机的比较工业控制计算机是通用微型计算机适应工业生产控制要求发展起来的一种控制设备。硬件结构方面总线标准化程度高、兼容性强，而软件资源丰富，特别是具有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂、计算工作量大的工业对象的控制占有优势。PLC使用技术人员熟悉的梯形图语言编程，易学易用，便于推广应用。1.4可编程控制器与其他工业控制装置的比较16.PLC控制和继电接触器控制比较：传统的继电器控制线路的控制作用是通过许多导线与继电器硬连接实现的，而PLC控制系统的控制作用是通过软件编程实现的，PLC控制系统可以通过软件编程改变其控制作用，继电器控制线路就很难做到。与微机控制的比较：编成简单，组成控制系统快捷、灵活、可靠性高。习题16.PLC控制和继电接触器控制、微机控制的优缺点。第2章可编程控制器构成原理可编程控制器硬件系统：可编程控制器系统由输入部分、运算控制部分和输出部分组成。输入部分：将被控对象各种开关信息和操作台上的操作命令转换成可编程控制器的标准输入信号，然后送到PLC的输入端点。运算控制部分（CPU）：由可编程控制器内部CPU按照用户程序的设定，完成对输入信息的处理，并可以实现算术、逻辑运算等操作功能。输出部分：由PLC输出接口及外围现场设备构成。CPU的运算结果通过PLC的输出电路，提供给被控制装置。2.1可编程控制器的基本组成93.PLC逻辑部分的主要作用是（）。A．收集并保存被控对象实际运行的数据和信息B．处理输入部分所取得的信息，并按照被控对象实际的动作要求作出反应C.提供正在被控制的设备需要实时操作处理的信息B习题可编程控制器硬件系统由（）、（）和（）组成。输入部分运算控制部分输出部分2.1可编程控制器的基本组成PLC控制器的等效电路图15.为什么称PLC的内部继电器为软继电器？和硬件继电器相比，软继电器的触点在使用上有何特点？习题15.PLC内部的继电器并不是实际的硬继电器，而是PLC内部的存储单元。因此，称为“软继电器”，梯形图是由这些“软继电器”组成的梯形图控制线路图，它们并不是真正的物理连接，而是逻辑关系的连接，称为“软连接”。当存储单元某位状态为1时，相当于某个继电器线圈得电；当该位状态为0时，相当于该继电器线圈断电。软继电器的常开触点、常闭触点可以在程序中使用无数多次。96.可编程控制器的输入、输出，辅助继电器，计时、计数的触点是（）无限地重复使用。A.无限的能B.有限的能C.无限的不能D.有限的不能A2.1可编程控制器的基本组成•可编程控制器主机的硬件电路：由CPU单元，存储器，基本I/O接口电路，外设接口，电源等五大部分组成。•CPU(CenterProcessUnit)单元，又称中央处理单元，是PLC的核心。它除CPU芯片外，还包含外围芯片、总线接口及有关电路等。•CPU单元的功能：读入现场状态;控制存储器和解读用户逻辑;执行各种算术运算;输入、输出运算结果;执行系统诊断程序;与外部设备或计算机通讯。2.1可编程控制器的基本组成1.CPU单元2.1可编程控制器的基本组成2.存储器单元在PLC系统中存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。系统程序是由PLC的制造厂家研制的，它是PLC的一部分，在PLC使用过程中是不变的。因此，系统程序在机器出厂时由制造厂固化于PROM存储器中，用户不能访问、修改这一部分存储器内容。用户的应用程序是按PLC的应用对象而设计的，随着生产工艺的不同而变化，是由使用者根据应用对象的工艺要求编制的，一般存放在EPROM或E2PROM中。78.在PLC中，可以通过编程器修改或增删的是（）。A．系统程序B．用户程序C．工作程序D．任何程序BPLC的对外功能主要通过各类接口单元实现对工业设备或生产过程的检测与控制。通过各种输入输出接口电路，PLC即可检测到所需要的过程信息，又可以将处理后的结果传送给外部过程，驱动各种执行机构，实现工业生产过程的自动控制。2.1可编程控制器的基本组成3.输入/输出接口单元PLC内部输入电路作用是将PLC外部信号送至PLC内部电路。输入接点分为直流输入式，交流输入式和交直流输入式三大类。2.1可编程控制器的基本组成2.1可编程控制器的基本组成PLC输出电路用来驱动被控负载（电磁铁、继电、接触器线圈等）。PLC输出电路结构形式分为继电器式，晶体管式和晶闸管式等三种。可编程控制器输出电路原理图可编程控制器输出电路原理图2.1可编程控制器的基本组成2.2可编程控制器的工作原理PLC的循环扫描工作过程:PLC的CPU是采用分时操作的原理，每一时刻执行一个操作，随着时间的延伸一个动作接一个动作顺序地进行。这种分时操作进程称为CPU对程序的扫描。PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按序号顺序排列。CPU从第一条指令开始，顺序逐条地执行用户程序，直到用户程序结束。然后，返回第一条指令开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述的扫描循环，如图4-14所示。PLC的循环扫描工作过程PLC的工作过程示意图电源接通YYYN(STOP)有无故障CPU是否RUN输入采样执行用户程序输出刷新上电初始化是否致命错误异常警示灯亮存放自诊断出错信号停止扫描错误排除与编程器交换信息修改编程和调试用户程序STOP方式N自诊断与外设通信125.PLC可编程序控制器，整个工作过程分五个阶段，当PLC通电运行时，第一个阶段应为（）。A.与编程器通讯B.执行用户程序C.读入现场信号D.自诊断D习题2.2可编程控制器的工作原理可编程序控制器的工作过程一般可分为三个主要阶段：输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。如图1-2所示：现场输入输入模板输入映像区执行用户程序输出映像区输出模板输出装置输入采样阶段扫描程序阶段输出刷新阶段图PLC的工作过程（1）输入采样阶段。PLC以扫描工作方式，按顺序将所有信号读入到寄存输入状态的输入映像区中存储，这一过程称为采样。（2）程序执行阶段。PLC按顺序对程序扫描，即从上到下，从左到右地扫描每条指令，并分别从输入映像区和输出映像区中获得所需的数据进行运算、处理，再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像区中保存。（3）输出刷新阶段。在执行完用户所有程序后，PLC将输出映像区中的内容送到寄存输出状态的输出锁存器中，再去驱动用户设备。2.2可编程控制器的工作原理3.1S7-200系列PLC的构成S7-200小型可编程控制系统由主机（基本单元）、I/O扩展单元、功能单元（模块）和外部设备（文本／图形显示器、编程器）等组成。第3章S7-200可编程控制器的硬件系统S7-22x系列CPU设计输出PPI连接本机DI状态指示模式选择器电位器I/O扩展存储器卡输入状态指示本机DO状态指示模块/扩展模块(EM)I/O模块功能模块(FM)通讯处理器(CP)3.1S7-200系列PLC的构成第3章S7-200可编程控制器的硬件系统•工作方式开关，模拟电位器，I/O扩展接口，工作状态指示和用户程序存储卡，I/O接线端子排及发光指示等。•主机箱体外部的RS-485通讯接口，用以连接编程器（手持式或PC机）、文本／图形显示器、PLC网络等外部设备。CPU224外部电路接线电路图CPU224外部电路接线电路图•输入电路采用了双向光电耦合器，24VDC极性可任意选择，1M、2M为输入端子的公共端。1L、2L为输出公共端。•CPU224另有24V、280mA电源供PLC输入点使用。CPU226AC/DC/继电器模块输入、输出单元的接线图3.2S7-200数据存储区1.输入／输出映像寄存器输入映像寄存器（该区域可以按位操作又称输入继电器）S7-200PLC编址范围（I0.0~I15.7）输入继电器线圈由外部信号驱动，常开触点和常闭触点供用户编程使用。输出映像寄存器：S7-200PLC编址范围（Q0.0~Q15.7）输出映像寄存器（又称输出继电器）是用来将PLC的输出信号传递给负载，