第1章可編程序控制器概論1.1定義

1.2發(fā)展

1.3特點(diǎn)

1.4分類

1.5應(yīng)用

1.1可編程序控制器定義在PLC的發(fā)展歷程中，有過幾個(gè)不同的名稱：可編程序矩陣控制器PMC

（ProgrammableMatrixController）可編程序順序控制器PSC

（ProgrammableSequenceController）可編程序邏輯控制器PLC

（ProgrammableLogicController）可編程序控制器的歷史1968年，美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷更新的需要，提出了十項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)在社會(huì)上公開招標(biāo)，制造一種新型的工業(yè)控制裝置。主要有以下幾點(diǎn)：

（1）編程簡(jiǎn)單（2）價(jià)格便宜，性價(jià)比應(yīng)優(yōu)于繼電器控制系統(tǒng)（3）體積小于繼電器控制柜，能在惡劣環(huán)境下工作（4）可靠性要明顯高于繼電器控制系統(tǒng)（5）具有數(shù)據(jù)通訊功能（6）輸入電源使用市電AC115V（7）輸出電源使用市電AC115V，2A以上（8）硬件維護(hù)方便，采用模塊式結(jié)構(gòu)（9）擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只需做很小改動(dòng)（10）存儲(chǔ)設(shè)備可擴(kuò)充至4K個(gè)存儲(chǔ)字節(jié)1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)招標(biāo)的要求，研制出世界上第一臺(tái)可編程序控制器，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。

只具備邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，主要是用來取代繼電接觸器控制。--------稱為可編程序邏輯控制器（PLC）

1980年美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA）正式將其命名為可編程序控制器（ProgrammableController），簡(jiǎn)稱PC。可編程序控制器定義國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）于1982年11月和1985年1月對(duì)可編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命令，并通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)”?，F(xiàn)在所說的可編程序控制器PC（ProgrammableController）是1980年以來，美、日、德等國(guó)由先前的可編程序邏輯控制器PLC進(jìn)一步發(fā)展而來。

近年來PC這個(gè)名字已成為個(gè)人計(jì)算機(jī)的專稱，為了加以區(qū)別，現(xiàn)在通常把可編程序控制器簡(jiǎn)稱為PLC。1.2可編程序控制器的發(fā)展1969年美國(guó)研制出世界上第一臺(tái)PLC以后，日本、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)相繼研制了各自的PLC。70年代中期，PLC進(jìn)入了實(shí)用化階段。70年代末和80年代初，PLC進(jìn)入了成熟階段。產(chǎn)品現(xiàn)已發(fā)展到第五代。其發(fā)展過程大致為：可編程序控制器的發(fā)展第一代：1969～1972年。特點(diǎn)是：（1）功能簡(jiǎn)單，主要是邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)；（2）機(jī)種單一，沒有形成系列；（3）與繼電器控制相比，可靠性有一定提高；（4）CPU由中、小規(guī)模集成電路組成，存儲(chǔ)器為磁芯存儲(chǔ)器。典型產(chǎn)品有：美國(guó)MODICON公司的084；DEC公司的PDP-14，PDP-14/L；ALLEN-BRA-DLEY公司PDQ-II；日本富士電機(jī)公司的USC-4000；立石電機(jī)公司的SCY-022，北辰電機(jī)公司的HOSC-20；橫河電機(jī)公司的YODIC’S?？删幊绦蚩刂破鞯陌l(fā)展第二代：1973～1975年。特點(diǎn)是：（1）功能增加。增加了數(shù)字運(yùn)算、傳送、比較等功能，能完成模擬量的控制；（2）初步形成系列；（3）可靠性進(jìn)一步提高,開始具備自診斷功能；（4）存儲(chǔ)器采用EPROM。典型產(chǎn)品有：美國(guó)MODICON公司的184,284,384；GE公司的LOGISTROT；德國(guó)SIEMENS公司的SYMATICS3系列和S4系列；日本富士電機(jī)公司的SC系列?？删幊绦蚩刂破鞯陌l(fā)展第三代：1976～1983年。特點(diǎn)是：（1）將微處理器及EPROM、EAROM、CMOSROM等LSI電路用在PLC中，而且向多微處理器發(fā)展，使PLC的功能和處理速度大大增強(qiáng)；（2）具有通信功能和遠(yuǎn)程I/O能力；（3）增加了多種特殊功能，如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、平方、三角函數(shù)、相關(guān)數(shù)、查表、列表、脈寬調(diào)制變換等；（4）自診斷功能及容錯(cuò)技術(shù)發(fā)展迅速。典型產(chǎn)品有：美國(guó)GOULD公司的M84，484，584，684，884；德國(guó)SIEMENS公司的SYMATICS5系列；美國(guó)TI公司的PM550，TI510，520，530；日本三菱公司的MELPLAC-50，550；日本富士電機(jī)公司的MICREEX?？删幊绦蚩刂破鞯陌l(fā)展第四代：1983~1999年。特點(diǎn)是：（1）能完成對(duì)整個(gè)車間的監(jiān)控，可在CRT上顯示多種多樣的現(xiàn)場(chǎng)圖像，CRT的畫面可代替儀表盤的控制，做各種控制和管理操作，十分靈活方便。最大內(nèi)存為896K，為第三代PLC的20倍左右；（2）有的采用32位微處理器（型號(hào)為NS16032），可以將多臺(tái)PLC連接起來與大系統(tǒng)連成一體，網(wǎng)絡(luò)資源可以共享；（3）編程語言除了傳統(tǒng)的梯形圖、流程圖、語句表等以外，還有用于算術(shù)運(yùn)算的BASIC語言，用于機(jī)床控制的數(shù)控語言等。典型產(chǎn)品有：美國(guó)GOULD公司的A5900及MODULARSYSTEMSRESEARCH公司的IAC系列；德國(guó)SIEMENS公司的S7系列。第五代：2000年到現(xiàn)在。特點(diǎn)是：（1）采用32位微處理器，速度更快（幾十納秒）；（2）開發(fā)各種智能化模塊；（3）液晶顯示或觸摸屏?？删幊绦蚩刂破鞯陌l(fā)展

有200多家企業(yè)生產(chǎn)PLC產(chǎn)品美國(guó)PLC發(fā)展得最快：1984年有48家，生產(chǎn)150多種PLC；1987年有63家，生產(chǎn)243種PLC；1996年有70余家，生產(chǎn)近300種PLC。著名廠家有A-B（Allen-Bradley）艾倫-布拉德利公司，MODICON莫迪康公司，GE-FSNUC公司，TI（TexasInstrument）德州儀器公司，WESTHOUSEElectric西屋電氣公司，IPM（InternationalParallelMachines）國(guó)際并行機(jī)器公司等。可編程序控制器的發(fā)展歐洲PLC的廠家有60余家:

西門子（Siemens）于1973年研制出第一臺(tái)PLC。金鐘默勒（KlocknerMoellerGmbh），AEG，法國(guó)的TE(Telemecanique）(施耐德）瑞士的Selectron公司等?？删幊绦蚩刂破鞯陌l(fā)展1971年，日本從美國(guó)引進(jìn)PLC技術(shù)，由日立公司研制成功日本第一臺(tái)PLC。日本生產(chǎn)PLC的廠家有40余家：三菱電機(jī)(MITSUBISHI),歐姆龍(OMRON),富士電機(jī)（FujiElectric）,東芝（TOSHIBA）,光洋（KOYO),松下電工（MEW）,和泉（IDEC）,夏普(SHARP）,安川等公司。可編程序控制器的發(fā)展我國(guó)在70年代末和80年代初開始引進(jìn)PLC：北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所，大連組合機(jī)床研究所，成都機(jī)床電器研究所，中科院北京計(jì)算機(jī)所及自動(dòng)化所，長(zhǎng)春一汽，上海起重電器廠，上海香島機(jī)電公司，上海自力電子設(shè)備廠等單位。以上諸單位都沒有形成規(guī)?；a(chǎn)。可編程序控制器的發(fā)展遼寧無線電二廠引進(jìn)德國(guó)西門子技術(shù)生產(chǎn)PLC；無錫電器和日本光洋合資生產(chǎn)的PLC;中美合資的廈門A—B公司生產(chǎn)的PLC；上海香島機(jī)電公司引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的PLC;上海OMRON公司;西安Siemens公司等。PLC著名品牌1993年中國(guó)PLC市場(chǎng)排行榜上的世界十大廠家：美國(guó)A－B公司（Allen－Bradley）德國(guó)西門子公司（Siemens）美國(guó)GE－Fanuc公司美國(guó)的莫迪康（Modicon）和法國(guó)的TE電器公司日本歐姆公司（OMRON）日本三菱電機(jī)株式會(huì)社（MITSUBISHI）日本富士電機(jī)株式會(huì)社（FujiElectric）日本東芝公司（TOSHIBA）日本的光洋電子（KOYO）和中國(guó)的華光電子(CKE）日本松下電工株式會(huì)社（MEW）：MatsushitaElectricWorksLtd）PLC著名品牌根據(jù)美國(guó)AutomationResearchCo.(ARC)的商情調(diào)查，在1994年P(guān)LC市場(chǎng)上，最大的5家PLC制造商是:SIEMENS，西門子Allen－Bradley（Rockwell),羅克維爾AEGSchneider，施耐德三菱電機(jī),OMRON(立石電機(jī)）（1996年中國(guó)PLC市場(chǎng)）可編程序控制器的發(fā)展趨勢(shì)

（1）與計(jì)算機(jī)聯(lián)系密切

（2）發(fā)展多樣化（小型或大容量）（3）模塊化

（4）網(wǎng)絡(luò)與通信能力增強(qiáng)

（5）多樣化與標(biāo)準(zhǔn)化

（6）工業(yè)軟件發(fā)展迅速

1.3特點(diǎn)

可靠性高

可靠性高(在軟硬件上采取措施，平均無故障時(shí)間3--5萬小時(shí)）功能強(qiáng)大（A/D,D/A,PID,聯(lián)網(wǎng)等）通用性強(qiáng)（標(biāo)準(zhǔn)I/O接口）編程簡(jiǎn)單，使用方便體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝、維護(hù)方便1.3特點(diǎn)主要缺點(diǎn)：主要是PLC的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開放的：如專用總線、專家通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議，I/O模板不通用，甚至連機(jī)柜、電源模板亦各不相同。編程語言雖多數(shù)是梯形圖，但組態(tài)、尋址、語言結(jié)構(gòu)均不一致，因此各公司的PLC互不兼容。SIEMENS等公司已經(jīng)開發(fā)出以個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，在Windows平臺(tái)下，結(jié)合IEC1131－3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的新一代開放體系結(jié)構(gòu)的PLC。1.4分類

1.從結(jié)構(gòu)上可編程序控制器從結(jié)構(gòu)上可分為整體式和模塊式。整體式PLC：又稱單元式或箱體式。整體式PLC是將電源、CPU、I／0部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。一般小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。1.4分類模塊式PLC：將PLC各部分分成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I／0模塊、電源模塊和各種功能模塊。模塊式PLC由框架和各種模塊組成。模塊插在插座上。一般大、中型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)，有的小型PLC也采用這種結(jié)構(gòu)。有的PLC將整體式和模塊式結(jié)合起來，稱為疊裝式PLC模塊式PowerinaSmallPackage!!電源模塊CPU模塊IO模塊底板2.從規(guī)模上（按I／O點(diǎn)數(shù)分類）I／O點(diǎn)數(shù)小于32為微型PLC；I／O點(diǎn)數(shù)在32～128為微小型PLC；I／O點(diǎn)數(shù)在128～256為小型PLC；I／O點(diǎn)九在256～1024為中型PLC；I／O點(diǎn)數(shù)大于1024為大型PLC；I／O點(diǎn)數(shù)在4000以上為超大型PLC。以上劃分不包括模擬量I／0點(diǎn)數(shù)，且劃分界限不是固定不變的。1.5應(yīng)用PLC在工業(yè)自動(dòng)化中起著舉足輕重的作用，在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石油、化工、輕工、紡織、電力、電子、食品、交通等行業(yè)。經(jīng)驗(yàn)表明，80％以上的工業(yè)控制可以使用PLC來完成。在日本，凡8個(gè)以上中間繼電器組成的控制系統(tǒng)都已采用PLC來取代。1.5應(yīng)用

比如在工業(yè)方面：1）開關(guān)量控制，如邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序等；2）模擬量控制，部分PLC或功能模塊具有PID控制功能，可實(shí)現(xiàn)過程控制；3）監(jiān)控，用PLC可構(gòu)成數(shù)據(jù)采集和處理的監(jiān)控系統(tǒng)；4）建立工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，為適應(yīng)復(fù)雜的控制任務(wù)且節(jié)省資源，可采用單級(jí)網(wǎng)絡(luò)或多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。只有想不到，沒有做不到！本章小結(jié)理解：可編程控制器定義掌握：常用PLC生產(chǎn)廠家和型號(hào)及分類、特點(diǎn)了解：發(fā)展，應(yīng)用第2章可編程序控制器結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1結(jié)構(gòu)和工作原理2.2技術(shù)性能指標(biāo)2.3編程語言2.1結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1.1結(jié)構(gòu)

2.1.2工作原理

返回本章首頁2.1.1結(jié)構(gòu)

PLC專為工業(yè)場(chǎng)合設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由CPU、電源、存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成。下圖為一典型PLC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。整體式組合式1.中央處理單元

中央處理單元（CPU）一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片上。（1）通用處理器：8086、80286、80386

（2）單片機(jī)芯片：8031、8096

（3）位片式微處理器：AMD-2900

小型采用8位微處理器中型采用16位微處理器大型采用高速位片式微處理器CPU的主要任務(wù)：1）接收與存儲(chǔ)用戶由編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)2）檢查編程中的語法錯(cuò)誤，診斷電源及PLC內(nèi)部的工作故障3）用掃描方式接收現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)，并存入相應(yīng)存儲(chǔ)區(qū)4）從存儲(chǔ)器中讀取指令并執(zhí)行指令（順序取指令）5）處理中斷2.存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器（RAM/ROM）：

ROM：存系統(tǒng)程序（CMOS固化監(jiān)控程序和解釋程序）

RAM：存用戶程序和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)RAM的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算：以字（16位）為單位邏輯控制時(shí)，RAM=（I+O）*10

有AD時(shí)，RAM=AD*120

有AD和DA時(shí)，RAM=（AD+DA）*250

3.輸入輸出單元

是現(xiàn)場(chǎng)與PLC間的橋梁開關(guān)量、模擬量、特殊量（遠(yuǎn)程、干結(jié)點(diǎn)）（1）輸入接口電路

（2）輸出接口電路

輸入、輸出接口：采用光電隔離，實(shí)現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。輸出接口作用：將主機(jī)向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行電路的信號(hào)，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計(jì)算機(jī)與外部強(qiáng)電隔離。輸出三種形式：繼電器--低速大功率 可控硅--高速大功率 晶體管--高速小功率輸入接口作用：將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主機(jī)。輸入接口電路通常PLC的輸入類型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC內(nèi)部提供。輸入方式一般有以下三種：直流匯點(diǎn)輸入方式交流匯點(diǎn)輸入方式分隔式輸入方式直流匯點(diǎn)輸入方式

（1）輸入接口電路：采用光電耦合器，防止強(qiáng)電干擾。COM光電三極管發(fā)光二極管直流電源輸入端子+–PLCXn+24V–發(fā)光二極管交流匯點(diǎn)輸入方式

分隔式輸入方式

輸出接口電路通常PLC的輸出類型可以是直流、交流和交直流。輸出電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC內(nèi)部提供。一般有以下四種：晶體管輸出方式場(chǎng)效應(yīng)管輸出方式固體繼電器輸出方式有觸點(diǎn)繼電器輸出方式繼電器輸出（2）輸出接口電路：以繼電器形式為例：PLC內(nèi)部電路內(nèi)部電路J+交流電源或直流電源YCOM-采用晶體管輸出的多路匯點(diǎn)輸出接口電路

采用場(chǎng)效應(yīng)管輸出的多路匯點(diǎn)輸出接口電路固體繼電器輸出方式其它電源：DC24V；AC220V編程器：手持式、計(jì)算機(jī)PCFPPROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREAD

OTL

WLORR

WRANY

WYSTX

WXSRC

(-)OP(BIN)K/HSCCTC

EVTMT

SVACLRENTBAFEDC

98

3

2

1

0

7

6

5

4(DELT)CLR手持式的編程器2.1.2

工作原理

1.循環(huán)掃描PLC采用循環(huán)掃描工作方式。這個(gè)工作過程一般包括五個(gè)階段：內(nèi)部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理，其工作過程如圖所示。PLC工作過程公共部分掃描時(shí)間T1外設(shè)掃描時(shí)間T3用戶程序執(zhí)行時(shí)間T4I／0掃描時(shí)間T5通信服務(wù)掃描時(shí)間T2PLC執(zhí)行的五個(gè)階段，稱為一個(gè)掃描周期，PLC完成一個(gè)周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。PLC的掃描周期T=公共部分掃描時(shí)間T1(幾十毫秒)+通信服務(wù)T2+外設(shè)掃描時(shí)間T3+用戶程序執(zhí)行時(shí)間T4+I／0掃描時(shí)間T5PLC的I／0響應(yīng)時(shí)間：輸入觸點(diǎn)閉合到輸出觸點(diǎn)閉合的時(shí)間。PLC的I／0響應(yīng)時(shí)間=輸入延遲時(shí)間

+掃描周期

+等待刷新時(shí)間

+輸出延遲時(shí)間PLCI/O處理示意圖CPU讀輸入輸入輸出延遲時(shí)間——最短響應(yīng)時(shí)間輸入/輸出刷新時(shí)間最短響應(yīng)時(shí)間=輸入延遲時(shí)間+一個(gè)掃描周期+輸出延遲時(shí)間圖2.5程序執(zhí)行原理圖注意：輸入信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，否則就檢測(cè)不到該信號(hào)。CPU讀輸入輸入/輸出刷新時(shí)間輸入輸出延遲時(shí)間——最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間=輸入延遲時(shí)間+兩個(gè)掃描時(shí)間+輸出延遲時(shí)間2.與計(jì)算機(jī)的異同

相同點(diǎn)：（1）基本結(jié)構(gòu)相同

（2）程序執(zhí)行原理相同

不同點(diǎn)：

（1）工作方式不同。（2）可工作環(huán)境不同。（3）編程語言不同。3.與繼電接觸器的異同

相同點(diǎn)：圖形結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系相同。

不同點(diǎn)：（1）實(shí)現(xiàn)原理不同（硬繼電器、軟繼電器）（2）工作方式不同（3）安裝、維護(hù)量不同舉例有三個(gè)開關(guān)S1、S2、S3控制要求：S1、S2都接通，燈HL1亮，2s后燈HL2亮。當(dāng)開關(guān)S3接通，兩個(gè)燈同時(shí)滅。V1-V2-V1+繼電器控制S1S2S3K1S3KT0K2K1KT0K1K2HL1HL2V1+V2+HL1HL2HL1HL1V2+PLC控制PLCV2-V1-HL1HL2S1S2S3I0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.1輸入輸出I0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.0I0.2Q0.1T32ENPT2000T32梯形圖程序繼電器控制S1S2S3K1S3KT0K2K1KT0K1K2HL1HL2V1+V2+HL1HL2HL1HL1V1-V2-2.3技術(shù)性能指標(biāo)

1.外形尺寸

2.輸入輸出點(diǎn)數(shù)

3.速度4.存儲(chǔ)器容量5.指令系統(tǒng)6.擴(kuò)展性7.通信功能

PLC組成控制系統(tǒng)所能介入的最大數(shù)量以執(zhí)行1000字指令所需的時(shí)間來衡量ms/千字指令長(zhǎng)度或指令條數(shù)允許擴(kuò)展的模塊個(gè)數(shù)2.4編程語言IEC-1131標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定PLC的5種編程語言：1.FBD(FunctionBlockDiagram)功能圖塊語言（功能塊）2.SFC(SequenceFunctionChart)順序功能圖語言（流程圖）3.LD(LadderDiagram)梯形圖語言4.ST(StructureText)結(jié)構(gòu)化文本語言（類似Pascal等)5.IL(InstructionList)語句表語言STL梯形圖編程語句表（助記符）邏輯符號(hào)圖編程PLC高級(jí)語言編程PASCALBASICC

匯編了解：PLC結(jié)構(gòu)掌握：PLC工作原理

PLC輸入、輸出電路接線方式本章小結(jié)3S7-200的組成和系統(tǒng)配置3S7-200的組成和系統(tǒng)配置

本章以西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列小型可編程序控制器為例，介紹具體型號(hào)的PLC，內(nèi)容包括：l

S系列PLC發(fā)展概述l

S7-200可編程序控制器的主機(jī)結(jié)構(gòu)組成l

擴(kuò)展模塊簡(jiǎn)介l

S7-200可編程序控制器系統(tǒng)配置3.1

S系列PLC發(fā)展概述德國(guó)的西門子（SIEMENS）公司是歐洲最大的電子和電氣設(shè)備制造商。其第一代可編程序控制器是1975年投放市場(chǎng)的SIMATICS3系列的控制系統(tǒng)。在1979年，微處理器技術(shù)被應(yīng)用到可編程序控制器中，產(chǎn)生了SIMATICS5系列，取代了S3系列，之后在20世紀(jì)末又推出了S7系列產(chǎn)品。最新的SIMATIC產(chǎn)品為SIMATICS7、M7和C7等幾大系列。

3.2

S7-200PLC系統(tǒng)組成SIMATICS7-200系列屬小型可編程序控制器，發(fā)展至今，大致經(jīng)歷了兩代：第一代產(chǎn)品其CPU模塊為CPU21X，主機(jī)都可進(jìn)行擴(kuò)展，它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元：CPU212，CPU214，CPU215和CPU216，對(duì)第一代PLC產(chǎn)品不再作具體介紹。第二代產(chǎn)品其CPU模塊為CPU22X，是在21世紀(jì)初投放市場(chǎng)的，速度快，具有較強(qiáng)的通信能力。它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元：CPU221，CPU222，CPU224和CPU226，除CPU221之外，其他都可加擴(kuò)展模塊。3.2.1系統(tǒng)基本構(gòu)成

SIMATICS7-200系統(tǒng)由硬件和工業(yè)軟件兩大部分構(gòu)成，如圖3.1所示。圖3.1

S7-200PLC系統(tǒng)組成基本單元擴(kuò)展單元特殊功能模塊外部設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)用戶輸出設(shè)備微處理器（CPU）運(yùn)算器控制器輸出部件輸入部件系統(tǒng)存儲(chǔ)器用戶存儲(chǔ)器I/O擴(kuò)展接口通訊及編程接口編程設(shè)備計(jì)算機(jī)打印機(jī)等傳感器按鈕、開關(guān)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)電磁閥中間繼電器執(zhí)行器現(xiàn)場(chǎng)用戶輸入設(shè)備擴(kuò)展設(shè)備擴(kuò)展單元通訊模塊功能模塊電源變換器～110V/220V市電PLC基本單元PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖系統(tǒng)基本構(gòu)成1.硬件（1）基本單元（2）擴(kuò)展單元（3）特殊功能模塊（4）相關(guān)設(shè)備2.工業(yè)軟件工業(yè)軟件是為更好地管理和使用這些設(shè)備而開發(fā)的與之相配套的程序、文檔及其規(guī)則的總和，它主要由標(biāo)準(zhǔn)工具、工程工具、運(yùn)行軟件和人機(jī)接口等幾大類構(gòu)成。返回本節(jié)3.2.2主機(jī)結(jié)構(gòu)

1.各CPU介紹及I/O系統(tǒng)（1）主機(jī)外形SIMATICS7-200系統(tǒng)CPU22X系列PLC主機(jī)（CPU模塊）的外形如圖3.2所示：圖3.2

S7-200主機(jī)外形組成CPU模塊的頂部端子蓋內(nèi)：電源及輸出端子底部端子蓋內(nèi)：輸入端子及傳感器電源中部右側(cè)前蓋內(nèi)：CPU工作方式開關(guān)（RUN/STOP）、模擬調(diào)節(jié)電位器和擴(kuò)展I/O接口左側(cè)：狀態(tài)指示燈LED、存儲(chǔ)卡、及通訊口狀態(tài)指示燈

——顯示CPU的工作方式、本機(jī)I/O的狀態(tài)、系統(tǒng)錯(cuò)誤狀態(tài)。存儲(chǔ)卡（EEPOM卡）可以存儲(chǔ)CPU程序。RS-485的串行通訊端口

——PLC主機(jī)實(shí)現(xiàn)人一機(jī)對(duì)話、機(jī)—機(jī)對(duì)話的通道。實(shí)現(xiàn)PLC與上位計(jì)算機(jī)的連接，實(shí)現(xiàn)PLC與PLC、編程器、彩色圖形顯示器、打印機(jī)等外部設(shè)備的連接。擴(kuò)展接口

——PLC主機(jī)與輸入、輸出擴(kuò)展模塊的接口，作擴(kuò)展系統(tǒng)之用。主機(jī)與擴(kuò)展模塊之間由導(dǎo)軌固定，并用擴(kuò)展電纜連接。（主機(jī)與擴(kuò)展模塊）

2.個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）或編程器

個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）或編程器需裝上STEP7-Micro/WIN32編程軟件后，才可供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視等。要求個(gè)人計(jì)算機(jī)CPU為80586或更高的處理器，16M內(nèi)存（最低要求為：CPU80486，8M內(nèi)存）。手編器

工業(yè)上用的各廠商的可編程序控制器的使用中，手編器曾是主要編程設(shè)備，后來出現(xiàn)了圖形輸入設(shè)備，又出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)編程軟件。通過通信設(shè)備，使PLC和計(jì)算機(jī)相連，用編程軟件可直接在計(jì)算機(jī)上編程，由于計(jì)算機(jī)的顯示器屏幕較大，對(duì)程序的編制和修更加方便高效。但即使是現(xiàn)在，手編器的使用仍十分廣泛，特別是用小型和微型PLC實(shí)現(xiàn)的小規(guī)模系統(tǒng)。返回本節(jié)3．STEP7-Micro/WIN32編程軟件STEP7-Micro/WIN32編程軟件的基本功能是創(chuàng)建、編輯、調(diào)試用戶程序、組態(tài)系統(tǒng)等。編程軟件的使用環(huán)境：支持Windows的應(yīng)用軟件。4．通訊電纜

通訊電纜是PLC用來與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）實(shí)現(xiàn)通訊的。可以用PC/PPI電纜（RS232—RS485），也可用一個(gè)通訊處理器（CP）和多點(diǎn)接口（MP1）電纜，或者用一塊MPI卡及隨MPI卡提供的一根通訊電纜。5．人機(jī)界面

人機(jī)界面主要指專用操作員界面，例如操作員面板、觸摸屏、文本顯示器等，這些設(shè)備可以使用戶通過友好的操作界面輕松地完成各種調(diào)整和控制的任務(wù)。文本顯示器

1.構(gòu)造特點(diǎn)文本顯示區(qū)：可顯示兩行信息（每行20個(gè)字符）的液晶顯示LCD。按鍵：共有9個(gè)鍵。通信：通過TD/CPU電纜（通用RS232接口）可以提供可編程序控制器與TD200的通信，同時(shí)可以提供TD的電源，而不必再另接電源。電源：如果不用TD/CPU通信電纜，可以通過面板右側(cè)的電源接口連接外部電源。2.主要功能可以顯示從CPU主機(jī)讀出的信息（如讀取指令、數(shù)據(jù)、當(dāng)前值及狀態(tài)）；可以調(diào)整運(yùn)行中選定的程序變量；可以提供對(duì)輸入輸出點(diǎn)的強(qiáng)制功能；可以為實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)置日期和時(shí)間；支持多種語言形式的菜單和提示并支持中文。返回本節(jié)3.2.3S7-200PLC主機(jī)性能S7-200CPU22X系列產(chǎn)品：

CPU221模塊、CPU222模塊、CPU224模塊、CPU226模塊、CUP226XM模塊。S7-20022X各主機(jī)的主要技術(shù)性能指標(biāo)如下表所示。

CPU226模塊I/O總點(diǎn)數(shù)為40點(diǎn)（24/16點(diǎn)），可帶7個(gè)擴(kuò)展模塊；用戶程序存儲(chǔ)器容量為6.6K字；內(nèi)置6個(gè)高速計(jì)數(shù)器，具有PID控制的功能；有2個(gè)高速脈沖輸出端和2個(gè)RS-485通訊口；具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由口協(xié)議的通訊能力。CPU226AC/DC/繼電器模塊輸入、輸出單元的接線圖24點(diǎn)輸入16點(diǎn)輸出24個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)

分成二組：1.第一組由輸入端子I0.0~I0.7、I1.0~I1.4共13個(gè)輸入點(diǎn)組成，每個(gè)外部輸入的開關(guān)信號(hào)均由各輸入端子接出，經(jīng)一個(gè)直流電源終至公共端1M；2.

第二組由輸入端子I1.5~I1.7、I2.0~I2.7共11個(gè)輸入點(diǎn)組成，各輸入端子的接線與第一組類似，公共端為2M。

由于是直流輸入模塊，所以采用直流電源作為檢測(cè)各輸入接點(diǎn)狀態(tài)的電源（用戶提供）。M、L+兩個(gè)端子提供24VDC/400mA傳感器電源，可以為傳感器提供電源，也可以作為輸入端的檢測(cè)電源使用。16個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)

分成三組：1.由輸出端子Q0.0~Q0.3共四個(gè)輸出點(diǎn)與公共端1L組成

2.

第二組由輸出端子Q0.4~Q0.7、Q1.0共5個(gè)輸出點(diǎn)與公共端2L組成

3.

第三組由輸出端子Q1.1~Q1.7共7個(gè)輸出點(diǎn)與公共端3L組成。每個(gè)負(fù)載的一端與輸出點(diǎn)相連，另一端經(jīng)電源與公共端相連。

對(duì)于繼電器輸出方式，既可帶直流負(fù)載，也可帶交流負(fù)載。負(fù)載的激勵(lì)源由負(fù)載性質(zhì)確定。輸出端子排的右端N、L1端子是供電電源120/240VAC輸入端。該電源電壓允許范圍為85~264VAC。3.3S7-200PLC的接口模塊

S7-200PLC的接口模塊有數(shù)字量模塊、模擬量模塊、智能模塊等。（擴(kuò)展規(guī)模、功能）3.3.1數(shù)字量模塊數(shù)字量擴(kuò)展模塊數(shù)字量輸入模塊數(shù)字量輸入輸出模塊數(shù)字量輸出模塊EM222EM221EM223（一）數(shù)字量輸入模塊EM221

分為直流輸入模塊和交流輸入模塊。每一個(gè)輸入點(diǎn)可接收一個(gè)來自用戶設(shè)備的離散信號(hào)（ON/OFF）。

輸入設(shè)備：按鈕、限位開關(guān)、選擇開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)等。

1.直流輸入模塊EM2211）外部接線圖：

直流輸入模塊（EM2218×24VDC）有8個(gè)數(shù)字量輸入端子。接線圖中，8個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)分成2組。1M、2M分別是2組輸入點(diǎn)內(nèi)部電路的公共端，每組需用戶提供一個(gè)24VDC電源。2）直流輸入電路：

現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)通/斷狀態(tài)，對(duì)應(yīng)輸入映象寄存器的1/0狀態(tài)，即當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)閉合時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映象寄存器為“1”狀態(tài)；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)斷開時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映象寄存器為“0”狀態(tài)。當(dāng)輸入端的發(fā)光二極管VL點(diǎn)亮，即指示現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)閉合。，外部直流電源用于檢測(cè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)，其極性可以任意接入。電阻R2和電容C的作用？雙向光電耦合器的作用？

2．交流輸入模塊1）外部接線圖：有8個(gè)分隔式數(shù)字量輸入端子，每個(gè)輸入點(diǎn)都占用二個(gè)接線端子。它們各自使用1個(gè)獨(dú)立的交流電源（由用戶提供）。這些交流電源可以不同相。（交流I/O都是分隔式的）2）交流輸入電路：

交流輸入模塊的輸入電路中，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)閉合后，交流電源經(jīng)C、R2、雙向光電耦合器的發(fā)光二極管，使發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)光電耦合，光電三極管接收光信號(hào)，并將該信號(hào)送至PLC內(nèi)部電路，供CPU處理。雙向發(fā)光二極管VL指示輸入狀態(tài)。(二)數(shù)字量輸出模塊EM222

分為直流輸出模塊、交流輸出模塊、交直流輸出模塊三種（晶體管、晶閘管、繼電器輸出方式）。數(shù)字量輸出模塊的每一個(gè)輸出點(diǎn)能控制一個(gè)用戶的離散型（ON/OFF）負(fù)載。典型的負(fù)載包括：繼電器線圈，接觸器線圈、電磁閥線圈、指示燈等。每一個(gè)輸出點(diǎn)與一個(gè)且僅與一個(gè)輸出電路相連，輸出電路把CPU運(yùn)算處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換成能夠驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種大功率的開關(guān)信號(hào)。PLC的輸出端子是PLC向外部負(fù)載發(fā)出控制命令的窗口。1.直流輸出模塊1）外部接線圖：

直流輸出模塊（EM2228×24VDC），有8個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，接線圖中8個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)分成2組。1L+、2L+分別是兩組輸出點(diǎn)內(nèi)部電路的公共端，每組需用戶提供一個(gè)DC24V的電流。2）直流輸出電路：

輸出映象寄存器為“1”狀態(tài)時(shí)

——負(fù)載在外部電源激勵(lì)下通電工作輸出映象寄存器為

“0”狀態(tài)時(shí)——

外部負(fù)載斷電，停止工作2．交流輸出模塊1）外部接線圖：

交流輸出模塊（EM2228×120V/230VAC），有8個(gè)分隔式數(shù)字量輸出點(diǎn)，接線圖中每個(gè)輸出點(diǎn)占用二個(gè)接線端子，且它們各自都由用戶提供一個(gè)獨(dú)立的交流電源，這些交流電源可以不同相。2）交流輸出電路：

交流輸出模塊是可控硅(晶閘管)輸出方式。其特點(diǎn)是輸出啟動(dòng)電流大。當(dāng)PLC有信號(hào)輸出時(shí)，光電二極管導(dǎo)通，通過光電耦合使雙向可控硅(晶閘管)導(dǎo)通，交流負(fù)載在外部交流電源的激勵(lì)下得電。發(fā)光二極管VL點(diǎn)亮，指示輸出有效。3.交、直流輸出模塊（繼電器輸出方式）1）外部接線圖：交直流輸出模塊（EM2228×繼電器）有8個(gè)輸出點(diǎn)，分成2組，1L、2L是每組輸出點(diǎn)的公共端。每組需用戶提供一個(gè)外部電源（可以是直流或交流電源）。2）繼電器輸出電路：1.接有阻容熄弧電路——消除繼電器觸點(diǎn)的火花2.繼電器的觸點(diǎn)兩端接有金屬氧化膜壓敏電阻

——不使繼電器觸點(diǎn)在斷開時(shí)出現(xiàn)兩端電壓過高的現(xiàn)象，從而保護(hù)了該觸點(diǎn)3.電阻R1和發(fā)光二極管VL——輸出狀態(tài)顯示電路

輸出電流大（可達(dá)2A～4A），可帶交流、直流負(fù)載，適應(yīng)性強(qiáng)，但響應(yīng)速度慢。繼電器輸出方式的特點(diǎn)(三)數(shù)字量輸入輸出模塊EM223組合模塊或輸入輸出模塊：在一塊模塊上既有數(shù)字量輸入點(diǎn)又有數(shù)字量輸出點(diǎn)。特點(diǎn)：使系統(tǒng)配置更加靈活例如：若有CPU226：主機(jī)I/O24/16；欲擴(kuò)展至27/19；缺3/3；配I/O4/4。數(shù)字量輸入輸出模塊的輸入電路及輸出電路的類型與上述介紹的相同。在同一塊模塊上，輸入、輸出電路類型的組合有多種多樣，用戶可根據(jù)控制需求選用。3.3.2模擬量模塊

模擬量模塊有：

模擬量輸入模塊EM231：

4模擬輸入點(diǎn)，2W，12位模擬量輸出模塊EM232：

2模擬輸出點(diǎn)，2W，12位模擬量輸入輸出模塊。EM235：

4模擬輸入點(diǎn)，1模擬量輸出點(diǎn)，2W，12位(一)模擬量輸入模塊（A/D）

作用：PLC只能接收數(shù)字量信號(hào)，模擬量信號(hào)是一種連續(xù)變化的物理量。為實(shí)現(xiàn)模擬量控制，必須先對(duì)模擬量進(jìn)行模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC所能接受的數(shù)字信號(hào)。模擬量輸入模塊的功能就是實(shí)現(xiàn)模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換。組成

由濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D，光電耦合等部分組成。光電耦合器起防止電磁干擾的作用。對(duì)多通道的模擬量輸入單元，通常設(shè)置多路轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行通道的切換，且在輸出端設(shè)置信號(hào)寄存器。使用及特性

一般先用信號(hào)變送器把它們變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（如4-20mA的直流電流信號(hào)，1-5V的直流電壓信號(hào)等），然后再送入模擬量輸入模塊。模擬量輸入模塊（EM231）具有4個(gè)模擬量輸入通道。

1）外部接線圖：

模塊上部共有12個(gè)端子，每3個(gè)點(diǎn)為一組，共4組。每組可作為一路模擬量的輸入通道（電壓信號(hào)或電流信號(hào)），電壓信號(hào)用兩個(gè)端子（A+、A—），電流信號(hào)用3個(gè)端子（RC，C+，C—），其中RC與C+端子短接。未用的輸入通道應(yīng)短接（B+、B—）。該模塊需要直流24V供電（M、L+端）?？捎蒀PU模塊的傳感器電源24VDC/400mA供電，也可由用戶提供外部電源。右端分別是校準(zhǔn)電位器和配置DIP設(shè)定開關(guān)。2）模擬量輸入模塊的特性EM231的電壓輸入范圍：?jiǎn)螛O性0~10V，0~5V；（數(shù)字量：0~+32000）雙極性±5V，±2.5V（-32000~+32000）電流輸入范圍：0～20mA0~+32000模擬量到數(shù)字量的最大轉(zhuǎn)換時(shí)間：250μs

每個(gè)通道占用存儲(chǔ)器AI區(qū)域2個(gè)字節(jié)。該模塊模擬量的輸入值為只讀數(shù)據(jù)。

模擬量輸入模塊（EM231）的輸入信號(hào)經(jīng)模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量數(shù)據(jù)值是12位二進(jìn)制數(shù)。數(shù)據(jù)值的12位在CPU中存放格式如圖所示。最高有效位是符號(hào)位：0表示正值數(shù)據(jù)，1表示負(fù)值數(shù)據(jù)。符號(hào)位12為數(shù)字量為0000①單極性數(shù)據(jù)格式（0~10V、0~5V）2個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)單元的低3位均為0，數(shù)據(jù)值12位（單極性數(shù)據(jù)）是存放在第3~14位區(qū)域。這12位數(shù)據(jù)的最大值應(yīng)為215-8=32760。單極性數(shù)據(jù)格式的全量程范圍設(shè)置為0~32000。差值32760-32000=760則用于偏置/增益，由系統(tǒng)完成。由于第15位為0，表示是正值數(shù)據(jù)。思考題一個(gè)溫度檢測(cè)系統(tǒng)，用Pt100熱電阻，測(cè)溫范圍為0~200度(電流輸出)，如測(cè)得實(shí)際值為AIW，問實(shí)際環(huán)境溫度？

0~200度對(duì)應(yīng)4~20mA12為數(shù)字量12為數(shù)字量111111111111000001100110011000測(cè)量的實(shí)際溫度=(AIW-6552)/[(32760-6552)/200]②雙極性數(shù)據(jù)格式（±5V、±2.5V）

2個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)單元的低4位均為0，數(shù)據(jù)值12位（雙極性數(shù)據(jù)）是存放在第4~15位區(qū)域。最高有效位是符號(hào)位，雙極性數(shù)據(jù)格式的全量程范圍設(shè)置為-32000~+32000

模擬量輸入模塊的分辨率通常以A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)數(shù)字量的位數(shù)來表示（12/11位）。12為數(shù)字量為00000(二)模擬量輸出模塊（D/A）

模擬量輸出模塊由光電耦合器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A和信號(hào)驅(qū)動(dòng)等環(huán)節(jié)組成。光電耦合器防止電磁干擾。1）外部接線圖：

左端起的每3個(gè)點(diǎn)為一組，共二組。每組可作為一路模擬量輸出（電壓或電流信號(hào)）。第一組V0端接電壓負(fù)載、I0端接電流負(fù)載，M0為公共端。第二組的接法與第一組類同。該模塊需要直流24V供電。2）模擬量輸出模塊的特性輸出信號(hào)的范圍：電壓輸出為±10V，電流輸出為0-20mA。電壓輸出的設(shè)置時(shí)間為100μs，電流輸出的設(shè)置時(shí)間為2ms。每個(gè)輸出通道占用存儲(chǔ)器AQ區(qū)域2個(gè)字節(jié)。用戶程序無法讀取模擬量輸出值。PLC運(yùn)算處理后的12位數(shù)字量信號(hào)（BIN數(shù)）在CPU中存放格式如圖所示。最高有效位是符號(hào)位：0表示是正值，1表示是負(fù)值。符號(hào)位12為數(shù)字量為0000①電流輸出數(shù)據(jù)格式2個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)單元的低3位均為0，數(shù)據(jù)值12位數(shù)據(jù)是存放在第3~14位區(qū)域。電流輸出數(shù)據(jù)字格式為0~+32000。第15位為0，表示是正值數(shù)據(jù)。2．電壓輸出的數(shù)據(jù)格式2個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)單元的低4位均為0，數(shù)據(jù)值的12位是存放在第4~15位區(qū)域。電壓輸出數(shù)據(jù)格式為-32000~+32000。模擬量輸出模塊的分辨率通常以D/A轉(zhuǎn)換前待轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)數(shù)字量的位數(shù)表示。(三)模擬量輸入輸出模塊（EM235）

EM235具有4個(gè)模擬量輸入通道、1個(gè)模擬量輸出通道。模擬量輸入功能同EM231模擬量輸入模塊，技術(shù)參數(shù)基本相同。電壓輸入范圍有所不同，單極性為0~10V、0~5V、0~1V、0~500mv、0~100mv、0~50mv。雙極性為±10V、±5V、±2.5V、±1V、±500mV、±250mv、±100mv、±50mv、±25mv。該模塊的模擬量輸出功能同EM232模擬量輸出模塊。技術(shù)參數(shù)也基本相同。該模塊需要直流24V供電?？捎蒀PU模塊的傳感器電源24VDC/400mA供電。也可由用戶提供外部電源。3.3.3特殊功能模塊通信擴(kuò)展模塊EM277PROFIBUS-DP模塊用于PLC現(xiàn)場(chǎng)總線通信連接。波特率可從9600~12M波特?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接口模塊CP243-2通信處理器是AS-I主站連接部件，專門用于S7-200CPU22x，連接的同時(shí)顯著增加了S7-200可利用的I/O點(diǎn)數(shù)。3.4S7-200PLC的系統(tǒng)配置S7-200PLC主機(jī)（基本配置），可構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)（基本配置）。基本配置的I/O配置是固定的，它們具有固定的I/O地址。輸入I0.0~I*.*輸出Q0.0~Q*.*

主機(jī)配以擴(kuò)展模塊后，可擴(kuò)展PLC的系統(tǒng)。數(shù)字量模塊或模擬量模塊可擴(kuò)展系統(tǒng)的控制規(guī)模；智能模塊可擴(kuò)展系統(tǒng)的控制功能。進(jìn)行擴(kuò)展配置時(shí)應(yīng)考慮以下相關(guān)的因素：擴(kuò)展配置時(shí)應(yīng)考慮相關(guān)的因素：主機(jī)允許帶擴(kuò)展模塊的數(shù)量CPU輸入輸出映象區(qū)的大小PLC內(nèi)部電源的負(fù)載能力3.4.1主機(jī)允許帶擴(kuò)展模塊的數(shù)量

各類主機(jī)可帶擴(kuò)展模塊的數(shù)量是不同的。

CPU221模塊不允許帶擴(kuò)展模塊；

CPU222模塊最多可帶2個(gè)擴(kuò)展模塊；

CPU224模塊、CPU226模塊、CPU226XM模塊最多可帶7個(gè)擴(kuò)展模塊，且7個(gè)擴(kuò)展模塊中最多只能帶2個(gè)智能擴(kuò)展模塊。3.4.2CPU輸入輸出映象區(qū)的大小1.數(shù)字量I/O映象區(qū)的大小主機(jī)提供的數(shù)字量I/O映象區(qū)區(qū)域?yàn)椋?28個(gè)輸入映象寄存器（I0.0~I15.7）和128個(gè)輸出映象寄存器（Q0.0-Q15.7），見表4-1。最大I/O配置不能超出此區(qū)域。PLC系統(tǒng)配置時(shí)，要對(duì)各模塊的輸入、輸出點(diǎn)進(jìn)行編址。主機(jī)提供的I/O具有固定的I/O地址。擴(kuò)展模塊的地址由I/O模塊類型及模塊在I/O鏈中的位置決定。編址時(shí)，按同類型的模塊對(duì)各輸入點(diǎn)（或輸出點(diǎn)）順序編址。

數(shù)字量輸入、輸出映象區(qū)的邏輯空間是以8位（1個(gè)字節(jié)）為遞增的。編址時(shí)，對(duì)數(shù)字量模塊物理點(diǎn)的分配也是按8點(diǎn)來分配地址的。即使有些模塊的端子數(shù)不是8的整數(shù)倍，但仍以8點(diǎn)來分配地址。例如4入/4出模塊占用8個(gè)輸入點(diǎn)和8個(gè)輸出點(diǎn)的地址。那些未用的物理點(diǎn)地址不能分配給I/O鏈中的后續(xù)模塊。那些與未用物理點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的I/O映象區(qū)的空間就會(huì)丟失。對(duì)于輸出模塊，這些丟失的空間可用來作內(nèi)部標(biāo)志位存儲(chǔ)器（內(nèi)部線圈）；對(duì)于輸入模塊卻不可，因?yàn)槊看屋斎敫聲r(shí)，CPU都對(duì)這些空間清零。2.模擬量I/O映象區(qū)的大小主機(jī)提供的模擬量I/O映象區(qū)區(qū)域?yàn)椋篊PU222模塊，16輸入通道/16輸出通道；CPU224模塊、CPU226模塊、CPU226XM模塊，32入/32出。模擬量的最大I/O配置不能超出此區(qū)域。模擬量擴(kuò)展模塊總是以2個(gè)字節(jié)遞增方式來分配空間。（有效地址）

16路輸入地址AIW0、AIW2、AIW4...AIW3016路輸出地址AQW0、AQW2、AQW4...AQW30例如：以CPU224擴(kuò)展兩塊EM223(4I/4O)主機(jī)地址：14I/10OI0.0、I0.1...I0.7,I1.0、I1.1…I1.5Q0.0、Q0.1…Q0.7,Q1.0、Q1.1擴(kuò)展單元1地址

I2.0、I2.1、I2.2、I2.3Q2.0、Q2.1、Q2.2、Q2.3擴(kuò)展單元2地址

I3.0、I3.1、I3.2、I3.3Q3.0、Q3.1、Q3.2、Q3.33.4.3PLC內(nèi)部電源的負(fù)載能力PLC內(nèi)部5VDC電源的負(fù)載能力主機(jī)和擴(kuò)展模塊正常工作時(shí)，需要5VDC工作電源。主機(jī)內(nèi)部電源單元提供的5VDC電源為主機(jī)和擴(kuò)展模塊提供了工作電源。系統(tǒng)配置后，必須對(duì)主機(jī)內(nèi)部的5VDC電源的負(fù)載能力進(jìn)行校驗(yàn)。校驗(yàn)舉例：CPU226模塊擴(kuò)展CPU226提供5VDC電源的最大電流為1000mA。各擴(kuò)展模塊對(duì)5VDC電源的電流消耗：EM221DI8×DC24V30mAEM223DI4/DO4×DC24V/繼電器40mAEM235AI4/AQ1×12位

30mA×2=60mA共計(jì)30+40+60=130mA<1000mA。例如，某一控制系統(tǒng)選用CPU224，系統(tǒng)所需的輸入輸出點(diǎn)數(shù)各為：數(shù)字量輸入24點(diǎn)、數(shù)字量輸出20點(diǎn)、模擬量輸入6點(diǎn)、模擬量輸出2點(diǎn)。本系統(tǒng)可有多種不同模塊的選取組合，表3.6所示為其中的一種可行的系統(tǒng)輸入輸出組態(tài)狀況。若按表3.6的擴(kuò)展方式，各模塊在I/O鏈中的位置排列方式也可以有多種，圖3.6所示為其中的一種模塊連接形式。圖3.6擴(kuò)展連接圖負(fù)載能力校驗(yàn)CPU224的負(fù)載能力660mAEM22130mAEM22250mAEM22340mAEM23530mAEM23530mA共計(jì)：180mA校驗(yàn)合格練習(xí)題1一個(gè)PLC控制系統(tǒng)如果需要數(shù)字量輸入點(diǎn)36個(gè)，數(shù)字量輸出點(diǎn)22個(gè)，6路模擬量輸入，2路模擬量輸出。請(qǐng)給出2種配置方案：1）CPU主機(jī)型號(hào)2）擴(kuò)展模塊型號(hào)和數(shù)量3）假定參考價(jià)如表請(qǐng)給出性/價(jià)比最優(yōu)的配置4）畫出主機(jī)與各個(gè)模板的示意連接圖，并進(jìn)行地址分配序號(hào)名稱規(guī)格型號(hào)參考價(jià)格(元)1CPU主機(jī)單元CPU221晶體管14002CPU主機(jī)單元CPU222晶體管19003CPU主機(jī)單元CPU222繼電器21004CPU主機(jī)單元CPU224晶體管29005CPU主機(jī)單元CPU224繼電器30006CPU主機(jī)單元CPU226繼電器31007數(shù)字量輸入模塊EM2218DI晶體管7508數(shù)字量輸出模塊EM2228DO920晶—1000繼9數(shù)字量輸入/出模塊EM2234DI/4DO830晶---900繼10數(shù)字量輸入/出模塊EM2238DI/8DO1310晶--1420繼11數(shù)字量輸入/出模塊EM22316DI/16DO2620晶--2820繼12模擬量輸入模塊EM2314AI165013模擬量輸出模塊EM2322AO180014模擬量輸入/出模塊EM2354AI/AO2200本章小結(jié)了解：PLC結(jié)構(gòu)、組成掌握：S7-200輸入與輸出的接線系統(tǒng)的硬件配置S7-200PLC基本指令第四章本章學(xué)習(xí)目的位操作類指令，主要是位操作及運(yùn)算指令，與時(shí)也包含與位操作密切相關(guān)的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器指令等。運(yùn)算指令，包括常用的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算指令。其他數(shù)據(jù)處理類，包括數(shù)據(jù)的傳送、移位、填充和交換等指令。表功能指令，包括對(duì)表的存取和查找指令。轉(zhuǎn)換指令，包括數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換、碼轉(zhuǎn)換和字符轉(zhuǎn)換指令。返回本章首頁4.1概述4.1.1數(shù)據(jù)類型（1）數(shù)據(jù)類型及范圍SIMATICS7-200系列PLC數(shù)據(jù)類型可以是布爾型、整型和實(shí)型（浮點(diǎn)數(shù)）。實(shí)數(shù)采用32位單精度數(shù)來表示，其數(shù)值有較大的表示范圍：正數(shù)為+1.175495E-38～+3.402823E+38；負(fù)數(shù)為-1.175495E~38～-3.402823E+38。不同長(zhǎng)度的整數(shù)所表示的數(shù)值范如表3.8所示。（2）常數(shù)在編程中經(jīng)常會(huì)使用常數(shù)。常數(shù)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可為字節(jié)、字和雙字，在機(jī)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制存儲(chǔ)，但常數(shù)的書寫可以用二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制、ASCII碼或浮點(diǎn)數(shù)（實(shí)數(shù)）等多種形式。幾種常數(shù)形式分別如表3.9所示。4.1.2S7-200數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)區(qū)是PLC中存儲(chǔ)器存放工作數(shù)據(jù)的區(qū)域。存儲(chǔ)器按功能分區(qū)，可分為：數(shù)字量輸入和輸出映像區(qū)I/Q模擬量輸入和輸出映像區(qū)AI/AQ變量存儲(chǔ)器區(qū)V—存儲(chǔ)變量或中間結(jié)果。可位、字節(jié)、字雙字順序控制繼電器區(qū)S—為順序控制開辟的存儲(chǔ)區(qū)位存儲(chǔ)器區(qū)M—存儲(chǔ)標(biāo)志，相當(dāng)于中間繼電器特殊存儲(chǔ)器區(qū)SM--存系統(tǒng)狀態(tài)和有關(guān)控制信息定時(shí)器T、計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)器區(qū)C每個(gè)存儲(chǔ)單元編排了地址，稱為軟元件。編程元件CPU226為例輸入繼電器（I）I0.0~I15.7輸出繼電器（Q）Q0.0~Q15.7通用輔助繼電器（M）M0.0~M31.7256點(diǎn)特殊標(biāo)志繼電器（SM）SM0.0~SM299.7變量存儲(chǔ)器（V）VB0~VB5119局部變量存儲(chǔ)器（L）LB0~LB63（后4個(gè)不可用）順序控制繼電器（S）S0.0~S31.7定時(shí)器（T）T0~T255計(jì)數(shù)器（C）C0~C255模擬量輸入映像寄存器（AI）AIW0~AIW62模擬量輸出映像寄存器（AQ）AQW0~AQW62高速計(jì)數(shù)器（HSC）HSC0~5累加器（AC）AC0~AC3S7-200將編程元件統(tǒng)一歸為存儲(chǔ)器單元，存儲(chǔ)單元按字節(jié)進(jìn)行編址，無論所尋址的是何種數(shù)據(jù)類型，通常應(yīng)指出它在所在存儲(chǔ)區(qū)域和在區(qū)域內(nèi)的字節(jié)地址。每個(gè)單元都有惟一的地址，地址用名稱和編號(hào)兩部分組成，元件名稱（區(qū)域地址符號(hào)）如表3.10所示。

按位尋址的格式為：Ax.y必須指定元件名稱、字節(jié)地址和位號(hào)，如圖3.8所示。圖3.8中MSB表示最高位，LSB表示最低位。圖3.8位尋址格式4.1.3S7-200尋址方式立即尋址直接尋址間接尋址1立即尋址指令中操作數(shù)就是操作碼所需要的具體的數(shù)據(jù)。立即數(shù)可以是字節(jié)、字、雙字。例：MOVB200,VB100

源操作數(shù)目標(biāo)操作數(shù)例：MOVB16#2A,VB1002.直接尋址方式操作碼后面的操作數(shù)以地址形式給出（1）編址形式按位尋址的格式為：Ax.y存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)另有一些元件是具有一定功能的硬件，由于元件數(shù)量很少，所以不用指出元件所在存儲(chǔ)區(qū)域的字節(jié)，而是直接指出它的編號(hào)。其尋址格式為：Ay數(shù)據(jù)尋址格式為：ATx例：MOVBVB0,VB1003．間接尋址方式

間接尋址方式是，數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)器或寄存器中，在指令中只出現(xiàn)所需數(shù)據(jù)所在單元的內(nèi)存地址的地址。存儲(chǔ)單元地址的地址又稱為地址指針。這種間接尋址方式與計(jì)算機(jī)的間接尋址方式相同。例：MOVB*VD0VB100(VD0的內(nèi)容VB10,即VB10的內(nèi)容送VB100，*表示地址)間接尋址在處理內(nèi)存連續(xù)地址中的數(shù)據(jù)時(shí)非常方便，而且可以縮短程序所生成的代碼的長(zhǎng)度，使編程更加靈活。用間接尋址方式存取數(shù)據(jù)需要作的工作有3步：建立指針、間接存取和修改指針。（1）建立指針

建立指針必須用雙字傳送指令（MOVD），將存儲(chǔ)器所要訪問的單元的地址裝入用來作為指針的存儲(chǔ)器單元或寄存器，裝入的是地址而不是數(shù)據(jù)本身，格式如下：例： MOVD&VB10,VD0 MOVD &MB10,AC2 MOVD &C2,LD14注意：建立指針用MOVD指令。（2）間接存取

指令中在操作數(shù)的前面加“*”表示該操作數(shù)為一個(gè)指針。下面兩條指令是建立指針和間接存取的應(yīng)用方法：

MOVD &VB2，AC0 MOVW *AC0，AC1若存儲(chǔ)區(qū)的地址及單元中所存的數(shù)據(jù)如下所示執(zhí)行過程如下：（3）修改指針

下面的兩條指令可以修改指針的用法：INCD AC0INCD AC0MOVW *AC0，AC1返回本節(jié)4.1.4S7-200的程序結(jié)構(gòu)程序組成：主程序OB1一個(gè)子程序1SBR0

…子程序NSBR63中斷程序1INT0

…中斷程序NINT1274.1.5梯形圖的基本畫法編制PLC程序前的準(zhǔn)備：1、設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、配置；確定I/O位置2、根據(jù)I/O位置確定信號(hào)的I/O地址（端口表）3、設(shè)計(jì)、整理輸入/輸出信號(hào)間的邏輯關(guān)系梯形圖的基本畫法1、在左右兩條邏輯電源線之間，按系統(tǒng)邏輯要求從左到右排列接點(diǎn)和線圈；計(jì)算機(jī)編程可只畫左邊2、邏輯可以是一個(gè)或多個(gè)接點(diǎn)的串并聯(lián)，然后接到輸出線圈(或指令盒--定時(shí)器、鎖存器、移位寄存器等)3、所有接點(diǎn)必須在輸出線圈左邊4、輸出線圈不能不經(jīng)過任何接點(diǎn)直接接在兩個(gè)邏輯電源線之間。如何解決：上電后指令一直執(zhí)行？上電后指令只執(zhí)行一次？上電后指令一直執(zhí)行上電后指令只執(zhí)行一次

SM0.0為常ON繼電器SM0.1為第一周期ON繼電器5、觸點(diǎn)不要畫在垂線上應(yīng)畫在水平線上（）（）6、不含觸點(diǎn)的分支不要放在水平方向7、應(yīng)盡量把串聯(lián)多的電路放在最上邊；把并聯(lián)多的電路放在最左邊（節(jié)省指令、美觀）（）（）8盡量避免出現(xiàn)雙線圈輸出

同一個(gè)程序中，同一元件的線圈使用了兩次或多次，稱為雙線圈輸出。雙線圈引起邏輯關(guān)系混亂PLC梯形圖語言的編程原則1、 梯形圖由多個(gè)梯級(jí)(網(wǎng)絡(luò)NETWORK)組成，每個(gè)線圈可構(gòu)成一個(gè)梯級(jí)，每個(gè)梯級(jí)有多條支路，每個(gè)梯級(jí)代表一個(gè)邏輯方程；2、 梯形圖中的繼電器、繼電器接點(diǎn)、線圈不是物理的，是PLC存 儲(chǔ)器中的位(1=ON；0=OFF)；故編程時(shí)常開/常閉接點(diǎn)可無限次引用，線圈輸出只能是一次；3、 梯形圖中流過的不是物理電流而是“概念電流”成為“能流”，只能從左向右流；4、用戶程序的運(yùn)算是根據(jù)PLC的輸入/輸出映象寄存器中的內(nèi)容，邏輯運(yùn)算結(jié)果可以立即被后面的程序使用；5、PLC的內(nèi)部繼電器不能做控制用，只能存放邏輯控制的中間狀態(tài)；6、輸出線圈不能直接驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行元件，通過I/O模塊上的功率器件來驅(qū)動(dòng)。7、若梯形圖中串聯(lián)或并聯(lián)的指令數(shù)超過網(wǎng)絡(luò)規(guī)定的數(shù)值時(shí)(32個(gè))，必須使用內(nèi)部繼電器經(jīng)分段組合來完成。PLC梯形圖語言的編程原則4.工作方式

（1）STOP方式（2）RUN方式5.改變CPU工作方式的方法

1）用PLC上的方式開關(guān)來手動(dòng)切換，方式開關(guān)有3個(gè)擋位。2）用STEP7-Micro/Win32編程軟件，應(yīng)首先把主機(jī)的方式開關(guān)置于TERM或RUN位置，然后在此軟件平臺(tái)用鼠標(biāo)單擊STOP和RUN方式按鈕即可。3）在用戶程序中用指令由RUN方式轉(zhuǎn)換到STOP方式，前提是程序邏輯允許中斷程序的執(zhí)行。4.2指令系統(tǒng)S7-200指令系統(tǒng)中可分:基本指令----取代繼電器控制系統(tǒng)的指令應(yīng)用指令----程序控制類指令、特殊功能指令指令分類——按形式分2.功能塊1.繼電器線圈——()Enable輸入?yún)?shù)IN1IN2N輸出參數(shù)OUT功能數(shù)據(jù)類型地址條件長(zhǎng)度EN常開觸點(diǎn)動(dòng)合常閉觸點(diǎn)動(dòng)開=Q0.0LDI0.0LDNI0.0指令分類——按功能分1。位操作功能2。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器3。算術(shù)運(yùn)算功能4。關(guān)系運(yùn)算功能5。數(shù)據(jù)傳送功能6。轉(zhuǎn)換功能7?？刂乒δ?.2.1基本邏輯指令邏輯關(guān)系梯形圖助記符I0.0I0.1LD I0.0A I0.1= Q0.0與AND當(dāng)I0.0與I0.1

都“ON”時(shí)，則輸出Q0.0

“ON”(1)。Q0.0LD I0.0O I0.1= Q0.0或OR當(dāng)I0.0

或I0.1

“ON”時(shí),則輸出Q0

“ON”(1)I0.0I0.1Q0.0LDN

I0.1= Q0.0非當(dāng)I0.1

“OFF”時(shí)則輸出Q0.0

“ON”(1)Q0.0I0.1I0.0**I0.1Q0.0LD裝載=線圈輸出注意：與、或、非運(yùn)算均是對(duì)從該指令前面的ST

指令到該指令的前一個(gè)指令處的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算。AI0.2是與圖中A點(diǎn)處的結(jié)果（即I0.0與I0.1的結(jié)果）相或，而不是與I0.1相或。I0.0I0.2I0.1LD I0.0A I0.1O I0.2= Q0.0例：Q0.0邏輯關(guān)系梯形圖助記符LDM0.0OM0.1LDM0.2OM0.3ALD=Q0.0LD I0.0A M0.1LD I0.2ANM0.3OLD= Q0.0當(dāng)“M0.0

或M0.1”與“M0.2

或M0.3”

都“ON”時(shí)，則輸出Q0.0

“ON”。區(qū)塊與ALD（AndStack）區(qū)塊或OLD（OrStack）當(dāng)“I0.0

與M0.1”或“I0.2

與M0.3非”

“ON”時(shí)，則輸出Q0.0

“ON”。M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0I0.0I0.2M0.1M0.3Q0.0例1：電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)停車控制繼電器控制電路圖I/O分配：I0.0：停車I0.1：?jiǎn)?dòng)Q0.0：KM梯形圖：語句表LDI0.1OQ0.0AI0.0=Q0.0停止優(yōu)先Q0.0I0.0Q0.0I0.1啟動(dòng)優(yōu)先I/O分配決定PLC的端子接線圖PLC的端子接線方式又決定編程語言I/O分配：I0.0：停車I0.1：?jiǎn)?dòng)Q0.1：KMQ0.1I0.0Q0.1I0.12．雙向控制電路

--電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制說明：雙向控制電路要求2個(gè)接觸器KM1、KM2不能同時(shí)得電，否則會(huì)造成電機(jī)電源的短路?；ユi互鎖啟、保、停輸入：正SB1、反轉(zhuǎn)SB2按鈕，停止SB3按鈕輸出：正、反轉(zhuǎn)接觸器置位、復(fù)位指令與下面指令區(qū)別立即I/O指令—立即輸入執(zhí)行立即輸入指令時(shí)，只是立即讀取物理輸入點(diǎn)的值，而不改變輸入映像寄存器的值。立即I/O指令—立即輸出執(zhí)行立即輸出指令時(shí)，則將結(jié)果同時(shí)立即復(fù)制到物理輸出點(diǎn)和相應(yīng)的輸出映象寄存器立即I/O指令—立即置位和復(fù)位指令須指出：立即I/O指令是直接訪問物理輸入輸出點(diǎn)的，比一般指令訪問輸入輸出映象寄存器占用CPU時(shí)間要長(zhǎng)，因而不能盲目地使用立即指令，否則，會(huì)加長(zhǎng)掃描周期時(shí)間，反而對(duì)系統(tǒng)造成不利影響?？詹僮髡冐?fù)跳變能流到達(dá)取非觸點(diǎn)時(shí)，能流就停止；能流未到達(dá)取非觸點(diǎn)時(shí)，能流就通過。檢測(cè)到每一次正跳變（信號(hào)后，讓能流通過一個(gè)掃描周期的時(shí)間

檢測(cè)到每一次負(fù)跳變信號(hào)后，讓能流通過一個(gè)掃描周期的時(shí)間

取非輸入映象寄存器I0.0輸出映象寄存器Q0.0輸出映象寄存器Q0.2輸出映象寄存器Q0.1一個(gè)周期一個(gè)周期空操作指令（NOPN）不影響程序的執(zhí)行。操作數(shù)N是常數(shù)0~255小結(jié)1.標(biāo)準(zhǔn)觸點(diǎn)指令