PLC的基本工作原理及其S7-200编程(DOC)

PLC的基本工作原理及其S7-200编程第一章实验基础入门篇1.1PLC入门知识1.1.1概述可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充的原则设计PLC与传统的继电器逻辑相比：1、可靠性高、逻辑功能强、体积小。2、在需要大量中间继电器、时间继电器及计数继电器的场合，PLC无需增加硬设备。3、随着要求的变更PLC对程序修改方便。继电器线路要想改变控制功能，必须变更硬接线，灵活性差。4、具有网络通讯功能，可附加高性能模块对模拟量进行处理，实现各种复杂控制功能。PLC与工业控制计算机相比1、PLC继承了继电器系统的基本格式和习惯，对于有继电器系统方面知识和经验的人来说，尤其是现场的技术人员，学习起来十分方便。2、PLC一般是由电气控制器的制造厂家研制生产，各厂家的产品不通用。工业控制机是由通用计算机推广应用发展起来的，一般由微机厂、芯片及板卡制造厂开发生产。它在硬件结构方面的突出优点是总线标准化程度高，产品兼容性强。3、PLC的运行方式与工业控制机不同，微机的许多软件不能直接使用。工业控制机可使用通用微机的各种编程语言，对要求快速、实时性强、模型复杂的工业对象的控制占有优势。但它要求使用者具有一定的计算机专业知识。1.1.2PLC的系统结构I/O扩展单元I/O扩展接口中央处理单元(CPU)输入接口输出接口限位开关手动开关编码器数字开关电源外部设备接口存储器系统程序用户程序数据编程器上位计算机图形监控系统打印机EPROM写入器盒式磁带机条码判读机电源电磁阀继电器指示灯蜂鸣器1.2PLC各部分的作用1.2.1CPU诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。采集现场的状态或数据，并送人PLC的寄存器中。逐条读取指令，完成各种运算和操作。将处理结果送至输出端。响应各种外部设备的工作请求。1.2.1存储器系统程序存储器：用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据。PLC出厂前已将其固化在只读存储器ROM或PROM中，用户不能更改。用户存储器：包括用户程序存储区及工作数据存储区。这类存储器一般由低功耗的CMOS-RAM构成，其中的存储内容可读出并更改。注意：PLC产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的。1.1.1输入输出接口电路输入接口电路：采用光电耦合电路，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。输出接口电路：采用光电耦合电路，将CPU处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。1.2.2电源PLC的电源是指将外部输入的交流电处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。许多PLC的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备提供标准电源。1.2.3输入输出I／0扩展接口若主机单元的I／O点数不能满足需要时，可通过此接口用扁平电缆线将I／O扩展单元与主机相连，以增加I／O点数。PLC的最大扩展能力主要受CPU寻址能力和主机驱动能力的限制。1.3PLC的基本工作原理与微机等待命令的工作方式不同，PLC采用循环扫描的工作方式CPU从第一条指令开始按指令步序号作周期性的循环扫描，如果无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。一个扫描周期主要分为三个阶段：1.输入刷新阶段2.程序执行阶段3.输出刷新阶段由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的，所以亦将这两个阶段统称为I／O刷新阶段。实际上，除了执行程序和I／O刷新外，PLC还要进行各种错误检测(自诊断功能)并与编程工具通讯，这些操作统称为“监视服务”。一般在程序执行后进行。扫描周期的长短主要取决于程序的长短。由于每一个扫描周期只进行一次I／0刷新，故使系统存在输入、输出滞后现象。这对于一般的开关量控制系统不但不会造成影响，反而可以增强系统的抗干扰能力。但对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞.S7-200PLC系统是紧凑型可编程序控制器。系统的硬件构架由成系统的CPU模块和丰富的扩展模块组成。它能够满足各种设备的自动化控制需求。S7-200除具有PLC基本的控制功能外，更在如下方面具有独到之处。功能强大的指令集指令内容包括位逻辑指令、计数器、定时器、复杂数学运算指令、PID指令、字符串指令、时钟指令，以及和智能模块配合的专用指令等。丰富强大的通讯功能S7-200提供了近10种通讯方式以满足不同的应用需求，从简单的S7-200之间的通讯到S7-200通过PROFIBUS-DP网络通讯，甚至到S7-200通过以太网通讯。在联网需要已日益成为必需的今天，强大的通讯无疑会使S7-200为更多的用户服务。可以说，S7-200的通讯功能已经远远超过了小型PLC的整体通讯水平。编程软件的易用性STEP7-MICRO/WIN32编程软件为用户提供了开发、编辑和监控的良好编程环境。全中文的界面、中文的在线帮助信息、WINDOWS的界面网络以及丰富的编程向导，能使用户快速进入状态，得心应手。输入刷新程序执行输出刷新一个扫描周期输入刷新用户输出设备输入端子输入锁存器输入映象寄存器输出映象寄存器输出锁存器输出端子程序执行用户输入设备写读读1.4S7-200编程软件1.4.1安装条件STEP7-MICRO/WIN32V3.2可以在MICROSOFT公司出品的如下操作系统环境下安装：WINDOWS95WINDOWS98IIVISI/ONWINDOWSNT,VERSI/ON4.0,SP6WINDOWSMEEDITI/ON;WINDOWS2000,SP2;WINDOWSXPHOME(STEP7-MICRO/WIN32SP3以上版本)WINDOWSXPPROFESSI/ONAL(STEP7-MICRO/WIN32SP3以上版本)硬件要求：任何能够运行上述操作系统的PC或PG（编程器）100M硬盘空间；WINDOWS系统支持的鼠标；推荐使用最小屏幕分辨率1024×768，小字体。1.4.2安装步骤关闭所有应用程序，包括MICROSOFTOFFICE快捷工具栏；在光盘驱动器内插入安装光盘。如果没有禁止光盘插入自动运行，安装程序会自动运行；或者在WINDOWS资料管理器中打开安装光盘上的“SETUP.EXE”文件，然后按照安装程序的提示完成安装就行。*具体操作详见《深入浅出西门子S7-200PLC》的P30-P34.2.5.3STEP-MICRO/WIN32简介STEP-MICRO/WIN32窗口元素如下图所示：浏览条指令树交叉引用数据块状态图符号表输出窗口状态条程序编辑器局部变量表“浏览条”——显示编程特性的按钮控制群组：“视图”——选择该类别，为程序块、符号表，状态图，数据块，系统块，交叉引用及通讯显示按钮控制。“工具”——选择该类别，显示指令向导、TD200向导、位置控制向导、EM253控制面板和调制解调器扩充向导的按钮控制。注释：当浏览条包含的对象因为当前窗口大小无法显示时，浏览条显示滚动按钮，使您能向上或向下移动至其他对象。“指令树”——提供所有项目对象和为当前程序编辑器（LAD、FBD或STL）提供的所有指令的树型视图。您可以用滑鼠右键单击树中“项目”部分的文件夹，插入附加程序组织单元（POU）；您可以用滑鼠右键单击单个POU，打开、删除、编辑其属性表，用密码保护或重新命名子例行程序及中断例行程序。您可以用滑鼠右键单击树中“指令”部分的一个文件夹或单个指令，以便隐藏整个树。您一旦打开指令文件夹，就可以拖放单个指令或双击，按照需要自动将所选指令插入程序编辑器窗口中的光标位置。您可以将指令拖放在“偏好”文件夹中，排列经常使用的指令。“交叉引用”——允许您检视程序的交叉引用和组件使用信息。“数据块”——允许您显示和编辑数据块内容。“状态图窗口”——允许您将程序输入、输出或变量置入图表中，以便追踪其状态。您可以建立多个状态图，以便从程序的不同部分检视组件。每个状态图在状态图窗口中有自己的标记。“符号表／全局变量表窗口”——允许您分配和编辑全局符号（即可在任何POU中使用的符号值，不只是建立符号的POU）。您可以建立多个符号表。可在项目中增加一个S7-200系统符号预定义表。“输出窗口”——在您编译程序时提供讯息。当输出窗口列出程序错误时，可双击错误讯息，会在程序编辑器窗口中显示适当的网络。当您编译程序或指令库时，提供讯息。当输出窗口列出程序错误时，您可以双击错误讯息，会在程序编辑器窗口中显示适当的网络。“状态条”——提供您在STEP7-MICRO/WIN32中操作时的操作状态信息。“程序编辑器窗口”——包含用于该项目的编辑器（LAD、FBD或STL）的局部变量表和程序视图。如果需要，您可以拖动分割条，扩充程序视图，并覆盖局部变量表。当您在主程序一节（OB1）之外，建立子例行程序或中断例行程序时，标记出现在程序编辑器窗口的底部。可单击该标记，在子例行程序、中断和OB1之间移动。“局部变量表”——包含您对局部变量所作的赋值（即子例行程序和中断例行程序使用的变量）。在局部变量表中建立的变量使用暂时内存；地址赋值由系统处理；变量的使用仅限于建立此变量的POU。“菜单条”——允许您使用滑鼠或键击执行操作。您可以定制“工具”菜单，在该菜单中增加自己的工具。“工具条”——最常用的STEP7-MICRO/WIN32操作提供便利的滑鼠存取。您可以定制每个工具条的内容和外观。1.4.4编程计算机与CPU通讯与CPU通讯，通常需要下列条件之一：（1）PC/PPI（RS-232/PPI）电缆，连接PG/PC的串行通讯口（COM口）和CPU通讯口；（2）PG/PC上安装CP（通讯处理器）卡，通过MPI电缆连接CPU通讯口（CP5611卡配合台式PC，CP5511卡配合便携机使用）。最简单的编程通讯需要（1）带串行RS-232C端口的PG/PC，并已正确安装了STEP7-MICRO/WIN32的有效版本；（2）PC/PPI编程电缆（或USB/PPI电缆）。1.4.5设置通讯设置PC/PPI电缆小盒中的DIP开关，设定通讯电缆的通讯波特率为9.6K波特。用PC/PPI电缆连接PG/PC和CPU，将CPU前盖内的模式选择开关设置为STOP，给CPU上电。用鼠标单击浏览条上的“通讯”图标出现通讯设置窗口，如下图所示：编程计算机与CPU连接的设窗口右侧显示编程计算机将通过PC/PPI电缆尝试与CPU通讯，并且本地编程计算机的网络通讯地址是0。用鼠标双击PC/PPI电缆的图标，出现如下窗口：单击PC/PPI电缆旁边的PROPERTIES(属性)控制，可以杳看PC/PPI电缆连接参数。在PPI窗口中设置通讯速度与PC/PPI电缆DIP开关的设置一致。CPU出厂时通讯速率的默认值为9.6K。在LOCALCONNECTI/ON选项卡中，选择编程计算机COM口，其设置如下图所示：设置完毕后，回到通讯窗口，双击“双击刷新”，系统就会自动找到相应的设备与之通讯。1.4.6编程S7-200CPU通过I/O（输入/输出）接口与外围器件联系，接受操作指令和检测各种状态，并把控制运算的结果输出。S7-200CPU内运行的程序实现了以前用继电器硬件连接实现的逻辑。在S7-200CPU控制程序中，使用I/O地址来访问实际连接到CPU输入/输出端子的实际器件。关于程序的编辑请详见《深入浅出西门子S7-200PLC》的P69-P85页。第二章装置概述2.1TVT-METS3机电气一