01SIMATIC S7 系统概述1

Date:2020/7/6File:SSP1_01C.1SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomationPLC基础一、PLC的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称ProgrammableController（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，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形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。Date:2020/7/6File:SSP1_01C.2SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomationDate:2020/7/6File:SSP1_01C.3SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomationDate:2020/7/6File:SSP1_01C.4SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomationDate:2020/7/6File:SSP1_01C.5SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomation二、PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式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。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。2.1、CPU的构成CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及地址总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。Date:2020/7/6File:SSP1_01C.6SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomation2.2、I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。Date:2020/7/6File:SSP1_01C.7SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomation2.3、电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。2.4、底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。2.5、PLC系统的其它设备1、编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。2、人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。3、输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。Date:2020/7/6File:SSP1_01C.8SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomation三PLC工作过程当PLC投入运行后，简单来说，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。（1）输入采样阶段在输入采样阶段，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I/O映象区中的相应得单元内。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，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。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，该输入均能被读入。（2）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区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凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈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。（3）输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。Date:2020/7/6File:SSP1_01C.9SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomationDate:2020/7/6File:SSP1_01C.10SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomation五、PLC的编程语言5.1梯形图5.2语句表5.3功能方块图Date:2020/7/6File:SSP1_01C.11SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomationSIMATICS7系统概述SFRUNSTOPI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7SIEMENSS7-200MicroPLC212SIMATICX234Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5S7-200S7-300S7-400Date:2020/7/6File:SSP1_01C.12SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomationSIMATIC综述SIMATIC控制器SIEMENSSIMATICSFRUNSTOPQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7S7-200CPU212SIMATICPGSIMATICPCPG740SIEMENS7894561230.DEFABCINSDELSHIFTHELPESCENTERACKSIMATICOP17SHIFTHELPK1K5K6K7K8K2K3K4K9K10K11K12K13K14K15K16SIMATICHMIASIFMSVSIMATICDPSIMATICNETPROFIBUS-DP工业以太网PROFIBUSMPI-网络SIMATICNETDate:2020/7/6File:SSP1_01C.13SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomationSIMATICS7/C7/M7和WinAC控制器模块化SIMATICS7-400模块化SIMATICS7-300模块化SIMATICM7-300一体化SIMATICC7-620SIMATICS7-200模块化模块化SIMATICM7-400高中性能系列较低性能系列微型PLCSIMATICWinACProSIM