第一節(jié)可編程控制器的

產(chǎn)生與定義一、可編程控制器的產(chǎn)生公開招標(biāo)的技術(shù)要求：（1）編程簡(jiǎn)單，可現(xiàn)場(chǎng)修改；（2）硬件易維護(hù)，最好是插件式結(jié)構(gòu)；（3）可靠性高于繼電器控制裝置；（4）體積小于繼電器控制裝置；（5）可直接向管理計(jì)算機(jī)傳送數(shù)據(jù)；（6）成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)；（7）輸入可以是交流115V；（8）輸出可以是交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥；（9）擴(kuò)展時(shí)原有系統(tǒng)只需做很小的改動(dòng)；（10）程序存儲(chǔ)器容量至少可擴(kuò)展到4kB。1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了世界上第一臺(tái)可編程邏輯控制器（ProgrammableController）簡(jiǎn)稱為PLC。二、可編程控制器的定義可編程控制器是一種用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字式操作的電子系統(tǒng)。這種系統(tǒng)用可編程序的存儲(chǔ)器作面向用戶指令的內(nèi)部寄存器，完成規(guī)定的功能。如邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等，通過(guò)數(shù)字模擬式的輸入/輸出，控制各種類型機(jī)械或過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌湎嚓P(guān)外圍設(shè)備的設(shè)計(jì)，使它能夠非常方便地集成到工業(yè)控制系統(tǒng)中，并能很容易地達(dá)到所期望的所有功能。三、可編程控制器的分類1．按I/O點(diǎn)數(shù)分類按I/O點(diǎn)數(shù)可將PLC分為以下三類：（1）小型機(jī)（2）中型機(jī)（3）大型機(jī)2．按結(jié)構(gòu)形式分類按照PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可：（1）整體式結(jié)構(gòu)（2）模塊式結(jié)構(gòu)四、可編程控制器的特點(diǎn)1．可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)2．硬件配套齊全，使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)3．編程直觀、易學(xué)易會(huì)4．系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便5．體積小，能耗低五、可編程控制器的結(jié)構(gòu)1．中央處理單元（CPU）2．存儲(chǔ)單元3．輸入/輸出接口(I/O接口)（1）輸入接口電路1）數(shù)字量輸入接口2）模擬量輸入接口（2）輸出接口電路1）數(shù)字（開關(guān)）量輸出接口（2）輸出接口電路1）數(shù)字（開關(guān)）量輸出接口（2）輸出接口電路1）數(shù)字（開關(guān)）量輸出接口2）模擬量輸出接口（3）智能輸入輸出接口4．電源單元5．?dāng)U展接口單元6．通信接口單元7．編程器五、可編程控制器的工作原理1．可編程控制器工作方式PLC是采用循環(huán)掃描的工作方式。每一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。整個(gè)過(guò)程可分為四部分：上電處理、自診斷處理、通訊服務(wù)和掃描過(guò)程。2．PLC工作過(guò)程的中心內(nèi)容PLC工作過(guò)程的中心分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。第二節(jié)PLC的編程語(yǔ)言在IEC61131-3中，規(guī)定了控制邏輯編程中的語(yǔ)法、語(yǔ)義和顯示，并對(duì)以往編程語(yǔ)言進(jìn)行了部分修改后形成目前通用的5種語(yǔ)言。3種是圖形化語(yǔ)言，包括：梯形圖（LD-LadderDiagram）功能塊圖（FBD-FunctionBlockDiagram）順序功能圖（SFC-SequentialFunctionChart）2種是文本化語(yǔ)言，包括：指令表(IL-InstructionList)結(jié)構(gòu)化文本(ST-StruturedText)一、梯形圖(LD)梯形圖編程語(yǔ)言是從繼電器控制系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上演變而來(lái)的。PLC的梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號(hào)和表達(dá)方式上有一定區(qū)別。二、功能塊圖（FBD）功能塊圖是采用類似于數(shù)字邏輯門電路的圖形符號(hào)，邏輯直觀，使用方便，但一些低檔的PLC并不支持FBD編程語(yǔ)言。三、順序功能圖（SFC）順序功能圖，又稱功能流程圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，是一種圖形化的功能性編程語(yǔ)言，專用于描述工業(yè)順序控制程序。四、指令表（IL）指令表編程語(yǔ)言類似于計(jì)算機(jī)中的助記符匯編語(yǔ)言，它是可編程控制器最基礎(chǔ)的編程語(yǔ)言。五、結(jié)構(gòu)化文本（ST）結(jié)構(gòu)化文本是一種高級(jí)的文本語(yǔ)言，可以用來(lái)描述功能，功能塊和程序的行為，還可以在順序功能流程圖中描述步、動(dòng)作和轉(zhuǎn)變的行為。第三節(jié)S7-200系列PLC的內(nèi)部資源與尋址方式一、軟元件輸入繼電器一般都有一個(gè)PLC的輸入端子與之對(duì)應(yīng)，也就是輸入映像寄存器，它用于接收外部的開關(guān)信號(hào)。1．輸入繼電器S7-200系列PLC輸入繼電器用“I”表示，輸入映像寄存器區(qū)屬于位地址空間，范圍為I0.0~I15.7。輸出繼電器一般都有一個(gè)PLC的輸出端子與之對(duì)應(yīng)，它可以作為控制外部負(fù)載的開關(guān)信號(hào)。2．輸出繼電器S7-200系列PLC輸入繼電器用“Q”表示，范圍為Q0.0~Q15.7。通用輔助繼電器的作用和繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器類似，它不直接受輸入信號(hào)的控制，主要起邏輯控制作用。3．通用輔助繼電器S7-200系列PLC輸入繼電器用“M”表示，范圍為M0.0~M31.7。特殊輔助繼電器是具有特殊功能或存儲(chǔ)系統(tǒng)的狀態(tài)變量、有關(guān)的控制參數(shù)和信息的特殊標(biāo)志位。4．特殊輔助繼電器S7-200系列PLC特殊輔助繼電器用“SM”表示，范圍：SM0.0~SM549.7，特殊標(biāo)志繼電器區(qū)根據(jù)功能和性質(zhì)不同具有位、字節(jié)、字和雙字操作方式。系統(tǒng)狀態(tài)字中部分常用的標(biāo)志位說(shuō)明如下：計(jì)數(shù)器可以用來(lái)累計(jì)內(nèi)部任何編程元件動(dòng)作的次數(shù)，也可以通過(guò)輸入端子累計(jì)外部事件發(fā)生的次數(shù)。5．計(jì)數(shù)器S7-200系列PLC計(jì)數(shù)器用“C”表示，范圍：C0~C255，共256個(gè)。6．定時(shí)器S7-200系列PLC定時(shí)器用“T”表示，范圍：T0~T255。定時(shí)器是是累計(jì)時(shí)間增量的內(nèi)部器件。變量存儲(chǔ)器用“V”表示，是保存程序執(zhí)行過(guò)程中控制邏輯操作的中間結(jié)果。順序控制繼電器在順序功能圖編程中使用，它是特殊的繼電器。7．順序控制繼電器S7-200系列PLC順序控制繼電器用“S”表示，范圍：S0.0~S31.78．變量存儲(chǔ)器和局部變量存儲(chǔ)器局部變量存儲(chǔ)器用“L”表示，存儲(chǔ)局部變量，不是全局有效，只和特定的程序相關(guān)聯(lián)。在S7-200CPU中有4個(gè)32位累加器，即AC0~AC3，用它可把參數(shù)傳給子程序或任何帶參數(shù)的指令和指令塊。高速計(jì)數(shù)器的工作原理與普通計(jì)數(shù)器基本相同，它用來(lái)累計(jì)比主機(jī)掃描速率更快的高速脈沖。9．高速計(jì)數(shù)器高速計(jì)數(shù)器用“HC”表示，S7-200系列PLC中CPU226的高速計(jì)數(shù)器范圍：HC0~HC5。10．累加器（AC）模擬量輸入/輸出電路可實(shí)現(xiàn)模擬量的A/D和D/A轉(zhuǎn)換。11．模擬量輸入映像寄存器/模擬量輸出映像寄存器模擬量輸入映像寄存器用“AI”表示、模擬量輸出映像寄存器用“AQ”表示，模擬量輸入寄存器只能作讀取操作，而對(duì)模擬量輸出寄存器只能作寫入操作。二、S7-200PLC的尋址方式1.直接尋址直接尋址方式，就是在一條指令中，操作數(shù)以其所在地址的形式出現(xiàn)。2.間接尋址間接尋址方式，就是在存儲(chǔ)單元中放置一個(gè)地址指針，按照這一地址找到的存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)操作數(shù)，相當(dāng)于間接取得數(shù)據(jù)。第四節(jié)S7-200PLC主機(jī)及擴(kuò)展模塊一、S7-200PLC的主機(jī)從CPU主機(jī)的功能來(lái)看，S7-200系列小型可編程序控制器發(fā)展至今，經(jīng)歷了兩代產(chǎn)品。第一代產(chǎn)品的CPU模塊為CPU21*，現(xiàn)已基本退出市場(chǎng)。第二代產(chǎn)品的CPU模塊為CPU22*，是21世紀(jì)初投放市場(chǎng)的。（二）主機(jī)的技術(shù)指標(biāo)S7-200系列PLC的技術(shù)規(guī)范見附錄B。（一）機(jī)型（三）S7-200PLC的輸入輸出規(guī)范PLC主機(jī)應(yīng)用最多的輸入形式是直流輸入型，CPU輸入規(guī)范有助于了解PLC性能和進(jìn)行PLC選擇。CPU直流輸入規(guī)范見附表B-3。CPU輸出規(guī)范見附表B-4。二、S7-200PLC的擴(kuò)展模塊（一）開關(guān)量I/O擴(kuò)展模塊1．典型的開關(guān)量輸入模塊和輸出模塊種類（1）輸入擴(kuò)展模塊EM221有兩種：8點(diǎn)DC輸入和8點(diǎn)AC輸出。（2）輸出擴(kuò)展模塊EM222有三種：8點(diǎn)DC晶體管輸出、8點(diǎn)AC輸出、8點(diǎn)繼電器輸出。（3）輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊EM223有六種：分別為4點(diǎn)（8點(diǎn)、16點(diǎn)）DC輸入/4點(diǎn)（8點(diǎn)、16點(diǎn)）DC輸出、4點(diǎn)（8點(diǎn)、16點(diǎn)）DC輸入/4點(diǎn)（8點(diǎn)、16點(diǎn)）繼電器輸出。2．開關(guān)量輸出模塊的選擇方法（1）輸出方式（2）驅(qū)動(dòng)能力（3）同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)量（二）模擬量擴(kuò)展模塊1．模擬量擴(kuò)展模塊的類型（1）模擬量輸入擴(kuò)展模塊EM231（2）模擬量輸出擴(kuò)展模塊EM232（3）模擬量輸入/輸出混合模塊EM2352．模擬量擴(kuò)展模塊的優(yōu)點(diǎn)（1）適應(yīng)性強(qiáng)，多種輸入/輸出范圍，可適用于復(fù)雜的控制場(chǎng)合，能夠直接與傳感器和執(zhí)行器相連。（2）靈活性大，當(dāng)實(shí)際應(yīng)用變化時(shí)，PLC可以相應(yīng)地進(jìn)行擴(kuò)展，并可非常容易的調(diào)整用戶程序。（3）標(biāo)準(zhǔn)化程度高，輸入和輸出信號(hào)符合標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)要求。即0~20mA電流信號(hào)，0~5V和0~10V電壓信號(hào)等。3．模擬量擴(kuò)展模塊的技術(shù)參數(shù)EM232的模擬量輸出點(diǎn)數(shù)為2，信號(hào)輸出范圍：電壓-10V~+10V，電流0~20mA。EM231模擬量輸入點(diǎn)數(shù)為4，輸入阻抗大于等于10MΩ，最大輸入電壓30VDC，最大輸入電流32mA。模擬量擴(kuò)展模塊的主要技術(shù)參數(shù)見附表B-5、B-6和B-7。（三）溫度測(cè)量模塊溫度測(cè)量模塊專門為檢測(cè)溫度而設(shè)計(jì)的。溫度測(cè)量擴(kuò)展模塊有熱電偶溫度測(cè)量模塊EM231TC和熱電阻溫度測(cè)量模塊EM231RTD兩種。（四）位控制模塊EM253位控模塊是S7-200的特殊功能模塊，它能夠產(chǎn)生脈沖串用于步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的速度和位置開環(huán)控制。（五）通信模塊1．PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊EM277是PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線通信模塊，用來(lái)將CPU224連接到PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，EM277通過(guò)擴(kuò)展總線接口與CPU224相連，用專用扁平電纜連接。2．AS-i接口模塊AS-i接口模塊CP243-2是專門用于現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器和傳感器接口的模塊，并具有集成模擬量處理和傳送單元。3．工業(yè)以太網(wǎng)模塊工業(yè)以太網(wǎng)根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3定義。S7-200PLC所應(yīng)用的工業(yè)以太網(wǎng)模塊主要有CP243-1和CP243-1IT兩種。4．調(diào)制解調(diào)器模塊調(diào)制解調(diào)器模塊EM241，可連接到模擬電話線，應(yīng)用Modbus主/從協(xié)議實(shí)現(xiàn)S7-200PLC主機(jī)與遠(yuǎn)程PC機(jī)進(jìn)行通信，即實(shí)現(xiàn)PLC-TO-PC通信。第五節(jié)CPU226及其擴(kuò)展模塊的應(yīng)用一、PLC主機(jī)接線1．CPU226DC/DC/DC（晶體管）接線圖2．CPU226AC/DC