PLC编程与应用

PLC编程与应用（S7-200）PLC编程与应用（S7-200）项目一初步认识PLC任务一分析PLC的结构组成及工作原理任务二认识PLC的外部结构及接线任务三学习PLC的编程软件项目二PLC基本指令的应用任务一抢答器的PLC控制任务三彩灯闪烁的PLC控制任务四交通灯的PLC控制任务二自动往返送料小车的PLC控制项目三PLC功能指令的应用任务一传送带PLC控制任务二机械手的PLC控制项目1初步认识PLC任务一分析PLC的结构组成与工作原理PLC编程与应用（S7-200）知识目标了解PLC的硬件组成及各组成部分的功能。了解PLC的工作原理、等效电路和特点。熟悉PLC的性能指标和分类。技能目标熟悉PLC的结构组成。PLC编程与应用（S7-200）教学重点PLC的结构组成。PLC的工作原理。S7-200系列PLC编程元件。PLC的分类及性能指标。教学难点PLC的工作原理。S7-200系列PLC编程元件。•任务引入•知识链接•任务实施•延伸阅读•任务拓展•任务评价•课后习题教学内容上个世纪60年代末，诞生了一种新型的控制设备——可编程序控制器（英文名称ProgrammableLogicController简称PLC）。PLC的出现，在设备控制领域掀起一场革命，世界上许多知名的公司纷纷推出PLC产品，如三菱、欧姆龙、西门子、施耐德等，其性能不断提高、功能也不断完善和强大、价格不断下降，应用领域不断扩大，如自动化生产线（图1-1-1）、数控机床、电梯（图1-1-2）等。现在PLC已与CAD/CAM、机器人技术并成为现代工业控制的三大支柱。本任务以西门子S7-200为例对PLC进行介绍，了解它的结构、工作原理和作用。任务引入任务引入认识一下PLC任务引入任务引入任务引入任务引入任务引入任务引入任务引入任务引入任务引入日本三菱FX系列PLC任务引入西门子S7-200CPU224CPU226CPU221S7-300CPU315S7-4001.电源模板2.后备电池3.模式开关（钥匙操作）4.状态和故障LED5.存储器卡6.有标签区的前连接器7.CPU18.CPU210.I/O模板11.IM接口模板使用CR2机架的SIMATICS7-400可编程序控制器CPU416SLC500选用A-B公司PLC的某造纸厂控制柜任务引入再认识几种PLC任务引入松下FP系列PLC任务引入欧姆龙CP1L系列PLC任务引入台达DVP系列PLC任务引入光洋SZ系列PLC什么是PLCPLC（可编程控制器）是在继电器-接触器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术、半导体集成技术、数字技术和通信网络技术融为一体的通用工业自动化控制装置。可编程控制器是“数字运算操作的电子系统“，即它也是一种“专为在工业环境下应用而设计”的计算机。任务引入任务引入任务引入温馨提示PLC问世之前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。PLC就源于替代继电器控制，它与传统的电气控制技术有密不可分的联系。因而，学习PLC控制技术，必须先了解传统的电气控制技术。10:39:03三相异步电动机的连续控制电气原理图自锁触点热继电器热元件热继电器常闭触点KML1L3L2FU1KMQSSB1FU2KMM3～FRFRSB2三相异步电动机的单向连续运转的继电器控制系统电路图实例110:39:03三相异步电动机的连续控制用PLC控制时的I/O接线图(使用S7-200系列PLC控制)启动按钮SB1－I0.1停止按钮SB2－I0.2SB1KMSB2FR运行接触器KM－Q0.1FRI0.3热继电器的常闭触点可以作为输入信号进行过载保护，也可以在输出进行保护。本例没接X3。热继电器电源（画I/O接线图时，先找出现场的输入量、输出量进行端子分配。输入分别为启动和停止按钮，输出为接触器线圈KM）1MML+I0.1I0.2Q0.11LDC24VAC220V10:39:04三相异步电动机的连续控制PLC控制程序之一梯形图程序I0.1I0.2Q0.1指令表程序启动自锁停止I0.1Q0.1Q0.1I0.2步序指令地址0LDI0.11OQ0.12ANI0.23=Q0.1时序图输出线圈10:39:04三相异步电动机的正反转控制实例2电动机的正反转的继电器控制电路图（具有双重联锁）FUKM1QS正转接触器反转接触器L1L2L3主电路KM2FRM3~注意调相改变电动机三相电源的相序，可改变电动机的旋转方向。下面请看用继电器控制系统实现电动机正反转的演示。10:39:04三相异步电动机的正反转控制接触器、按钮双重联锁控制FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2SB1SB2KM2KM1控制电路图用PLC控制时的I/O接线图正转启动SB1-I0.1反转启动SB2-I0.3停止SB3-I0.2KM2SB1KM1SB2SB3KM2KM1电源FR正转接触器KM1-Q0.1反转接触器KM2-Q0.2正转互锁反转互锁Q0.1L+I0.1I0.2I0.3Q0.21MM1LDC24VAC220V下面请看改用PLC控制系统实现电动机正反转的演示。10:39:05三相异步电动机的正反转控制PLC控制时的梯形图程序指令表0LDI0.16LDI0.31OQ0.17OQ0.22ANI0.38ANI0.13ANI0.29ANI0.24ANQ0.210ANQ0.15=Q0.111=Q0.2正转反转I0.1Q0.1Q0.1I0.3Q0.2I0.2I0.3Q0.2Q0.2I0.1Q0.1I0.2说明：电动机在正反转切换时，由于接触器动作的滞后，可能会造成相间短路，所以不但编程时有软件互锁，而且在PLC的输出回路又增加了接触器常闭触点的硬件互锁。（可参照电气控制电路图用翻译法获得）PLC程序代替了继电器控制系统中的控制电路的接线。任务引入下面看看PLC主机模块和PLC实训拖动板的连接PLC主机模块任务引入PLC实训拖动板L+(DC24V)M(24V-)连到1M、2MCOMQ0.1Q0.21L特别说明！此板为三菱FX2N系列PLC配套使用的接线板，其输入端子依次为X0、X1……，输出依次为Y0、Y1……，公共端子为COM或COM1等。请插上电源接人电源可编程序控制器硬件系统继电器控制系统组成两种控制系统的对比可编程序控制器硬件系统安徽蚌埠机电技师学院PLC控制系统组成两种控制系统的对比PLC控制系统与继电器控制系统的比较（两者等效）任务引入在例2中如果把传统的继电接触器控制电动机正反转的电路改为延时正反转控制，其电路如下面图示。要改变控制要求，除了增加中间继电器、时间继电器之外，还要改变控制电路的硬接线，这样做相当麻烦、费时且又不经济。如果是复杂的生产流水线控制，如果经常改变控制要求，就会更加困难了。用可编程序控制器来实现这两种不同的控制要求时，可编程序控制器的输入/输出接线完全不变，而只要改编写一下程序即可，十分方便。知识链接知识链接知识链接知识链接一、PLC的结构与组成PLC是专为工业现场应用而设计的控制器，采用了典型的计算机结构，由硬件和软件两大系统组成。目前市场上PLC种类繁多，但其结构和工作原理基本相同。PLC硬件系统主要由CPU、输入/输出接口电路、存储器、电源等组成。知识链接可编程序控制器的基本结构可编程控制器类型繁多，但其结构和工作原理则大同小异，了解可编程控制器的基本结构，有助于理解可编程控制器工作原理及用户程序的编制。可编程控制器实质上是一种工业计算机，只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言，故可编程控制器起与计算机的组成十分相似。从硬件结构看：固定式（整体式、箱式）PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体机箱。体积小而结构紧凑。组合式（模块式）PLC包括CPU模块、I/O模块、内存模块、电源模块、特殊功能模块、底板或机架等，这些模块，模块插在机架的插座上，可以按照一定规则灵活组合配置。叠装式PLC将整体式和模块式结合起来，结构紧凑、体积小、配置灵活、安装方便。类型I/O点数存储器容量（KB）超小型64及以下1~2小型64~2562~4中型256~20484~16大型2048~819216~64超大型819264~128PLC的分类除了通常结构分类以外还经常按按I/O点数和程序容量分类。世界上有数百家工厂生产几千种不同型号的PLC，目前按I/O点数可以分为5种，见下表。模块式可编程控制器的基本结构及主要组成部分如下图所示：知识链接可可编程序控制器硬件系统控制器硬件系统安徽蚌埠机电技师学院安徽蚌埠机电技师学院安徽整体式外部设备现场用户输出设备微处理器（CPU）运算器控制器输出部件输入部件系统存储器用户存储器I/O扩展接口通讯及编程接口编程设备计算机打印机等传感器按钮、开关现场信号电磁阀中间继电器执行器现场用户输入设备扩展设备扩展单元通讯模块功能模块电源变换器～110V/220V市电PLC基本单元PLC系统结构示意图1．中央处理单元CPU（CentralProcessingUnit）中央处理单元又称CPU模块或中央控制器，它是PLC的“大脑”，由控制器、运算器和寄存器组成。CPU通过数据总线（DataBus）、地址总线（AddressBus）和控制总线(ControlBus)与输入/输出接口电路、存储单元电路连接。CPU的主要作用是：存储器中读取指令、执行指令、取下一条指令、处理中断等。2．存储器存储器主要用于存放系统程序、用户程序和工作数据。因此，存储器有三类：存放系统程序的存储器称为系统程序存储器；存放应用程序的存储器称为用户程序存储器；存放工作数据的存储器称为数据存储器。PLC常用的存储器类型有RAM、ROM、EPROM、EEPROM等。。3．输入/输出单元（I/O模块）（1）输入接口它用于接收来自现场设备的各种控制信号，常与限位开关、操作按扭、行程开关、传感器输出等（开关量）连接，或者与电位器、热电偶等（模拟量）的输出连接。通过输入接口电路，输入接口将这些信号转换成CPU能够识别和处理的信号，并存入输入映像寄存器。“温馨提示”现场输入接口电路一般由滤波电路及耦合隔离电路组成，目的是为了提高PLC的抗干扰能力和实现电平转换。（2）输出接口它用于PLC处理后内部标准输出信号转换成执行机构所需的控制信号。用户程序由CPU执行后，处理结果存放到输出映像寄存器中，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号，以驱动接触器、电磁阀、指示灯、报警喇叭等。输出模块有开关量输出型和模拟量输出型两种。4．扩展单元扩展单元是对基本单元的输入、输出接口进行扩展。扩展单元一般需和基本单元配合使用，不能单独使用。而且有的CPU可以扩展，有的不能。5．电源PLC一般使用220V的交流电源或24V的直流电源作为工作电源。整体式小型PLC还提供一定容量的直流24V电源，供外部有源传感器或输入模块电路工作用电。6．通信接口PLC通信接口主要是为了实现“人-机”或“机-机”之间的对话，PLC通过通信接口可以与打印机、计算机、扫描仪、触摸屏等外部设备相连，也可以与其他PLC相连。7、其他部件有的PLC根据需要还可以配存储器卡、电池卡等。二、PLC的工作原理1、PLC的工作原理（1）用继电器直接控制的电路（2）用PLC控制的电路2、PLC的工作方式PLC是采用循环扫描工作方式执行程序的。PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符号后又返回第一条，如此重复，不断循环。PLC工作时的扫描过程可分为5个阶段：内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。输入端子输入锁存器输入状态寄存器程序执行输出状态寄存器输出锁存器输出端子读读写输入采样程序执行输出刷新一个扫描周期检查CPU等内部硬件，对监视定时器（WDT）复位以及其它工作与其它智能装置（如编程器、计算机等）实现通信按顺序对所有输入端的状态进行采样，并存入相应寄存器对用户程序扫描