第4章-S7-200-PLC基础知识总结

第4章S7-200PLC基础知识S7-200欧姆龙plcFX-2N北京和利时PLC台达PLC4.1PLC概述PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。在PLC的发展历程中，有过几个不同的名称：可编程序矩阵控制器PMC（ProgrammableMatrixController）可编程序顺序控制器PSC（ProgrammableSequenceController）可编程序逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController）1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。1969年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为编程序控制器（ProgrammableController），简称PC。70年代中期，PLC进入了实用化阶段。70年代末和80年代初，PLC进入了成熟阶段。PLC的历史演变目前，世界上有200多家PLC厂商，400多品种的PLC产品，PLC产品可按地域分成三大流派：一个流派是美国产品一个流派是欧洲产品一个流派是日本产品美国通用电气公司GE—Ⅱ系列PLCGE公司的代表产品是：小型机:GE-1、GE-1/J、GE-1/P中型机:GE-Ⅲ大型机:GE-Ⅴ德国西门子（SIEMENS）公司S系列PLC德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工业网络，HMI人机界面，工业软件等。西门子PLC及相关产品•小型：SIMATICS7-200PLC•中型：SIMATICS7-300PLC•大型：SIMATICS7-400PLC•工业通讯网络（SIMATICNET）•人机界面（HMI）硬件•SIMATICS7工业软件：编程工具、基于PC的控制软件、人机界面软件。日本三菱公司PLC小型：F1\F2\FX系列大中型：A系列、QnA系列、Q系列日本立石（OMRON）公司PLCSYSMACC系列PLC整体式结构的微型PLC机是以C20P为代表的机型OMRON中型机以C200H系列最为典型日本松下公司PLC松下公司的PLC产品中，FPO为微型机，FP1为整体式小型机，FP3为中型机，FP5/FP10、FP10S（FP10的改进型）、FP20为大型机，其中FP20是最新产品。国产PLC主要生产厂家及产品性能中国科学院自动化研究所的PLC-0088北京联想计算机集团公司的GK-40上海机床电器厂的CKY-40上海起重电器厂的CF-40MR/ER苏州电子计算机厂的YZ-PC-001A原机电部北京机械工业自动化研究所的MPC-00l/20、KB-20/40杭州机床电器厂的DKK02天津中环自动化仪表公司的DJK-S-84/86/480上海自立电子设备厂的KKI系列上海香岛机电制造有限公司的ACMY-S80、ACMY-S256无锡华光电子工业有限公司（合资）的SR-10、SR-20/21等。4.1.3PLC的应用领域1．开关量的逻辑控制2．运动控制3．过程控制4．数据处理5．通信联网4.1.4PLC的主要特点1．可靠性高，抗干扰能力强2．配套齐全，功能完善，适用性强3．编程方便，易学易用4．系统的设计工作量小，维护方便，容易改造5．体积小，重量轻，能耗低，性价比高4.1.5PLC与继电器控制的区别比较项目用继电器控制系统用PLC控制控制逻辑实现比较复杂，修改困难，占用空间大体积小，连线少，控制灵活，易于扩展控制速度取决于机械触点的动作速度，一般为几十毫秒，并且容易出现触点抖动情况有继电器和晶体管输出方式，特别是晶体管是无触点控制，输出控制速度很快，达到微秒级，不会出现触点抖动现象可靠性机械式，寿命短，可靠性和可维护性差连线少，可靠性高，寿命长工作方式并行工作方式周期性循环扫描工作方式定时控制用时间继电器定时，精度不高，定时范围有限，受外界干扰影响由内部的晶振稳定给出，精度很高，最小可为0.001S，最长几乎没有限制设计与施工设计、施工、调试必须依次进行，周期长，修改困难设计和施工可以同时进行，周期短，调试和修改都很方便价格使用机械开关，继电器和接触器等，价格相对便宜，但使用数量多，总价并不便宜PLC可以代替很多继电器，初期投资可能会稍大，但总体来说性价比较高4.1.6PLC的分类（1）按结构形式分类整体式PLC：又称单元式或箱体式。整体式PLC是将电源、CPU、I／0部件都集中装在一个机箱内。一般小型PLC采用这种结构。模块式PLC：将PLC各部分分成若干个单独的模块，如CPU模块、I／0模块、电源模块和各种功能模块。模块式PLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型PLC采用模块式结构，有的小型PLC也采用这种结构。有的PLC将整体式和模块式结合起来，称为叠装式PLC。（2）按I／O点数分类小型：I/O点数在256点以下；中型：I/O点数在256～2048点之间；大型：I/O点数在2048点以上。4.1.6PLC的分类小型PLC（西门子S7-200系列）中型PLC（西门子S7-300系列）大型PLC（西门子S7-400系列）4.1.7PLC的基本结构编程器或其他编程设备SBSQSAHLYVKM微处理器存储器输入单元输出单元电源4.1.7PLC的基本结构输入单元电源单元输出单元CPU单元IO单元CPU芯片Flash存储器芯片CPU=微处理器（控制器+运算器+寄存器）+控制接口电路微处理器：（1）通用处理器：8086、80286、80386（2）单片机芯片：MCS-51、MCS-96（3）位片式微处理器：AMD-2900，2901，2903小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU大型PLC多采用高速位片式微处理器1.中央处理单元（CentralProcessingUnit,CPU）微处理器功能：1)控制用户从编程器输入的用户程序和数据的接收与存储；2)检查编程过程中的语法错误，诊断电源及PLC内部的工作故障；3)用扫描方式工作，接收来自现场输入信号，并输入到输入映象寄存器和数据存储器中。4)在进入运行方式后，从存储器中逐条读取并执行用户程序完成用户程序所规定的逻辑运算，算术运算机数据处理等操作5)根据运算结果，更新有关标志位的状态，刷新输出映象寄存器的内容，再经输出部件实现输出控制，打印制表或数据通信等功能1.中央处理单元（CentralProcessingUnit,CPU）控制接口电路：微处理器与主机内部其他单元进行联系的部件功能：数据缓冲、单元选择、信号匹配、中断管理。2.存储器(Memory)系统程序存储器：用来存储可编程控制器内部的各种信息。一般系统程序由PLC厂家编写的系统监控程序，不能由用户直接存取。系统程序主要由有关系统管理，解释指令，标准程序及系统调用等程序组成。系统程序存储器一般用PROM或EPROM构成。系统程序存储器用户程序存储器程序存储区数据存储区系统区程序存储区：用来存储由用户编写的，通过编程器输入的程序。数据存储区：用来存储通过输入端子读取的输入信号状态，输出端子输出信号状态，PLC中的各个内部器件的状态，以及特殊功能要求的有关数据。系统区：用来存放CPU的组态数据。用户程序存储器用户程序存储器：主要用来存放用户程序。主要存储可编程控制器内部的输入输出信息，以及内部继电器，移位寄存器，累加寄存器，数据寄存器，定时器和计数器的动作状态。用户程序存储器用RAM构成。3.输入、输出单元(Input/OutputUint)输入单元：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。输入单元类型：直流输入单元交流输入单元交直流输入单元输入信号：1.控制信号：开机，关机，转换，调整，急停（控制台）2.检测信号：传感器，继电器的触点，限位开关，行程开关等这些信号有的是开关（或数字）量，有的是模拟量，有的是直流信号，有的是交流信号。要根据输入信号的类型选择合适的输入接口。COM光电三极管发光二极管直流电源输入端子+–PLCSBn+24V–内内内内3.3k1000PF470内内内内3.3k1000PF470发光二极管RC滤波电路直流输入单元光电耦合器输出单元：将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。输出三种形式：继电器--低速大功率，交流或直流供电晶体管--高速小功率，直流供电晶闸管--高速大功率，交流供电输出信号：控制信号：如指示灯的亮或灭，电动机的启动，停止或正反转，设备的转动，平移，升降，阀门的开闭等。因为PLC的直接输出带负载的能力有限，所以PLC输出接口所带的负载，通常是接触器的线圈，电磁阀的线圈，信号指示灯3.输入、输出单元(Input/OutputUint)继电器输出以继电器形式为例：PLC内部电路内部电路J+交流电源或直流电源YCOM-3.输入、输出单元(Input/OutputUint)把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。一般使用220V的交流电源或24V直流电源给PLC进行供电，内部的开关电源为PLC的CPU、存储器等电路提供5V，+12V，-12V，24V等直流电源，整体式的小型PLC还提供一定容量的直流24V电源，供外部有源传感器（如接近开关）使用。PLC所采用的开关电源输入电压范围宽（一般为20.4～28.8VDC或85～264VAC）、体积小、效率高、抗干扰性能力强。为了避免电源干扰，接口电路的电源回路彼此相互独立。4.电源单元5.各种接口、高功能模块：扩展接口主要用于扩展主机单元的IO点数或特殊功能，在主机的后面连接扩展IO模块或功能模块，使PLC的配置更加灵活，以满足不同控制系统的要求。编程设备可以是专用的手持式编程器；也可以是安装了专门的编程通讯软件的个人计算机。6.编程设备PCFPPROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTLWLORRWRANYWYSTXWXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTCEVTMTSVACLRENTBAFEDC9832107654(DELT)CLR手持式编程器4.1.8PLC的工作原理上电处理：对系统的硬件和软件进行初始化。循环扫描过程：按顺序循环执行各个阶段的任务。出错处理：每扫描一次，执行一次自诊断检查。循环扫描过程输入采样阶段。首先，PLC依次从输入接口电路读入所有输入状态和数据并将它们存入输入映像寄存器内；然后,输入映像寄存器与外界隔离如果输入状态和数据发生变化，PLC不再响应，输入寄存器中的数据和状态保持不变，要等到下一个扫描周期才能读入。循环扫描过程用户程序执行阶段。CPU将指令逐条调出并执行，其过程是从程序的上到下，从左到右的顺序依次扫描用户程序，并根据输入的数据和状态改变各个内部寄存器（软继电器）的状态。循环扫描过程输出刷新阶段。CPU将输出映像寄存器的状态和数据传送到输出锁存器，在经过输出电路的隔离和功率放大，转换成合适的电压、电流或脉冲信号，驱动接触器、电磁铁、电磁阀等执行器，这时的输出才是PLC真正的输出，输出的状态才会改变。PLC输入输出处理规则输入映像寄存器的