西門子SPLC講課PPT課件

1、 用戶迫切需要一種先進的自動控制裝置繼電器控制系統繼電器控制系統先進自動控制系統先進自動控制系統第1頁/共60頁 對先進自動控制裝置提出設想： 把計算機的功能完善、通用、靈活等優(yōu)點和繼電器控制系統的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結合起來，制成一種通用控制裝置。把計算機的編程方法和程序輸入方式加以簡化，采用面向控制過程、面向對象的語言編程。 工業(yè)控制單板機（計算機）工業(yè)控制單板機（計算機） 繼電器控制系統繼電器控制系統 先進控制裝置先進控制裝置 第2頁/共60頁 背景：19681968年美國通用汽車公年美國通用汽車公司（司（GMGM），為了適應汽），為了適應汽車型號的不斷更新，生車型號的不斷

2、更新，生產工藝不斷變化的需要，產工藝不斷變化的需要，實現小批量、多品種生實現小批量、多品種生產，希望能有一種新型產，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設計和盡可能減少重新設計和更換繼電器控制系統及更換繼電器控制系統及接線，以降低成本，縮接線，以降低成本，縮短周期。短周期。 第3頁/共60頁1968年，GM公司提出十項設計標準：編程簡單，可在現場修改程序；編程簡單，可在現場修改程序；維護方便，采用插件式結構；維護方便，采用插件式結構；可靠性高于繼電器控制柜；可靠性高于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；成本可與繼電器控制柜競爭；成本可與繼

3、電器控制柜競爭；可將數據直接送入計算機；可將數據直接送入計算機；可直接使用可直接使用115V115V交流輸入電壓；交流輸入電壓；輸出采用輸出采用115V115V交流電壓，能直接驅動電磁交流電壓，能直接驅動電磁閥、交流接觸器等；閥、交流接觸器等；通用性強，擴展方便通用性強，擴展方便; ;能存儲程序，存儲器容量可以擴展到能存儲程序，存儲器容量可以擴展到4KB4KB。第4頁/共60頁 可編程序邏輯控制器的產生 美國數字設備公司（DEC）根據這一設想，于1969年研制成功了第一臺可編程序控制器(型號為PDP-14 ) ,并在通用汽車公司的自動裝配線上試用成功 。 由于當時主要用于順序控制，只能進行邏輯

4、運算，故稱為可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。 第5頁/共60頁PLCPLC的發(fā)展的發(fā)展 接著，美國MODICON公司也開發(fā)出可編程序控制器084。 1971年，日本從美國引進了這項新技術，很快研制出了日本第一臺可編程序控制器DSC-8。 1973年，西歐國家也研制出了他們的第一臺可編程序控制器。 我國從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)應用。返返 回回第6頁/共60頁2. PLC2. PLC的定義和分類的定義和分類 PLC的定義 經歷：可編程邏輯控制器（PLC）可編程控制器（PC） 通用叫法：可編程序控制器（Programmable

5、 Controller，PC），是一臺專為工業(yè)環(huán)境應用而設計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅動能力。但由于PC容易和個人計算機（Personal Computer）混淆，所以人們還沿用PLC作為可編程控制器的英文縮寫。 第7頁/共60頁 國際電工委員會（IEC）對可編程控制器的定義： “可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外部設備，都按易于與工業(yè)控制系

6、統聯成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。”第8頁/共60頁 PLC的基本結構 中央處理單元（CPU）系統程序存儲器R A MI/O擴展接口設備通訊接口電源適配器第9頁/共60頁 PLC的分類 一體化緊湊型一體化緊湊型PLC PLC ：電源、：電源、CPUCPU中央處理系統、中央處理系統、I/OI/O接口都集成在一個機殼內。如接口都集成在一個機殼內。如西門子西門子S7-200S7-200系列。系列。 CPUCPU（基本單元）（基本單元） + + 擴展模塊擴展模塊 第10頁/共60頁標準模塊式結構化標準模塊式結構化PLC PLC ：各種模塊相互獨立，：各種模塊相互獨立，并安裝在固定的機架（導軌）

7、上，構成一個完整并安裝在固定的機架（導軌）上，構成一個完整的的PLCPLC應用系統。如：應用系統。如：西門子西門子S7-300S7-300、S7-400S7-400系系列。列。 PS(電源模塊)CPU IM(接口模塊)SM: DISM: DOSM: AISM: AO CP:- 點-到-點- PROFIBUS- 工業(yè)以太網返返 回回第11頁/共60頁五五.PLC.PLC的硬件結構的硬件結構 根據硬件結構，PLC可分為整體式和模塊式。整體式第12頁/共60頁PLC的輸入模塊PLCPLC的輸出模塊的輸出模塊繼電器輸出電路繼電器輸出電路六六.PLC.PLC的的I/OI/O模塊模塊第13頁/共60頁PL

8、C的輸出模塊場效應管輸出電路返返 回回第14頁/共60頁 繼電器的線圈通電時，其常開觸點接通，常閉觸點斷開；線圈斷電時，其常開觸點斷開，常閉觸點閉合。 梯形圖中的位元件的觸點和線圈也有類似的關系。七七. PLC的工作原理的工作原理 用觸點和線圈實現邏輯運算第15頁/共60頁 RUN 模式 ：執(zhí)行用戶程序。 STOP模式：不執(zhí)行用戶程序，可以編輯、修改、檢查 用戶程序。 1）用PLC上的模式開關來手動切換，模式開關有3個檔 位（RUN/TERM/STOP）。 2）用編程軟件，應首先把主機的模式開關置于TERM或RUN位置，然后在此軟件平臺用鼠標單擊STOP和RUN模式按鈕即可。 3）在用戶程序中

9、用指令由RUN模式轉換到STOP模式，前提是程序邏輯允許中斷程序的執(zhí)行。 PLC 的工作模式第16頁/共60頁 PLC的工作原理PLC采用循環(huán)掃描工作方式，這個工作過程一般包括五個階段：輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、與編程器等的通信處理、CPU自診斷測試、輸出處理。PLC執(zhí)行的五個階段，稱為一個掃描周期，PLC完成一個周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復始地進行。第17頁/共60頁 PLC的工作過程舉例返返 回回第18頁/共60頁八八. PLC. PLC的編程環(huán)境的編程環(huán)境 PLC編程語言的國際標準 IEC在1994年5月公布了PLC標準IEC61131 其中第三部分IEC61131-3是PLC的

10、編程語言標準 規(guī)定PLC的標準編程語言有五種: 1) 順序功能圖SFC 2) 梯形圖LAD 3) 功能塊圖FBD 4) 指令表/語句表STL 5) 結構文本ST第19頁/共60頁 順序功能圖（順序功能圖（SFCSFC） SFC是一種位于其他編程語言之上的圖形語言，用來編制順序控制程序。也可以用SFC來描述系統的功能，從而很容易地寫出LAD程序。 步、轉換和動作是順序功能圖中的三種主要元件。S1S2S8S3T0SST8T3T2T1ST9第20頁/共60頁 梯形圖（梯形圖（LADLAD） LAD是使用最廣泛的PLC編程語言，與KA-KM系統的電路圖很相似，直觀易懂，特別適用于數字量邏輯控制。 LA

11、D由觸點、線圈和指令盒組成。觸點代表邏輯輸入條件，線圈通常代表邏輯輸出結果，指令盒用來表示定時器、計數器或數學運算等功能指令。第21頁/共60頁 語句表（語句表（STLSTL） 語句表（STL）語言類似于計算機的匯編語言，特別適合于來自計算機領域的工程人員。用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機器硬件的語言，STEP 7 Micro/Win的語句表如下圖所示。 第22頁/共60頁 功能塊圖（功能塊圖（FBDFBD） 功能塊圖（FBD）的圖形結構與數字電子電路的結構極為相似，如下圖所示。第23頁/共60頁 其他編程語言其他編程語言 SIMATIC工業(yè)軟件中的工程工具為大型或中型PLC提供了許多高級

12、編程工具，以下簡要列舉其中的幾種： 1）S7-SLC和 M7-Pro C/C+ 2）S7-GRAPH 3）S7-HiGraph 4）CFC 第24頁/共60頁SIMATICSIMATIC指令集和指令集和IEC 61131-3IEC 61131-3指令集指令集 S7-200 系列PLC主機中有兩類基本指令集：SIMATIC指令集和IEC61131-3指令集，程序員可以任選一種。提供多種類型的指令以完成廣泛的自動化任務。 SIMATIC指令集：是專為S7-200系列PLC設計的，本指令通常執(zhí)行時間短，支持LAD、STL和FBD三種編程語言。 IEC61131-3指令集是不同PLC廠家的指令標準，不

13、支持STL編程語言。 第25頁/共60頁 如 果 編 程 使用 的 是 手 編 器 ，主 程 序 應 安 排 到程 序 的 最 前 面 。其 他 部 分 的 位 置安 排 沒 有 嚴 格 的順 序 ， 但 習 慣 上把 子 程 序 安 排 在中斷程序的前面。如右圖所示。程序結構示意圖程序中斷程序2子程序2主程序中斷程序1子程序m子程序1中斷程序n返返 回回PLC的程序結構 第26頁/共60頁 PLC在其系統軟件的管理下，將用戶程序存儲器劃分為若干個區(qū)，并將這些區(qū)賦予不同的功能，由此組成的內部器件，稱之為PLC的編程元件。 S7-200將編程元件統一歸為存儲器單元，存儲單元按字節(jié)進行編址，無論所

14、尋址的是何種數據類型，通常應指出它所在的存儲區(qū)域和區(qū)域內的字節(jié)地址。 每個存儲單元都有惟一的地址，地址由元件名稱和編號兩部分組成，編程元件名稱（區(qū)域地址符號）如下表所示。九九. PLC. PLC的編程元件的編程元件第27頁/共60頁第28頁/共60頁CPUCPU的存儲區(qū)（的存儲區(qū)（PLCPLC的編程元件）的編程元件） 1、輸入映像寄存器（I）（I0.0I15.7） 2、輸出映像寄存器（Q）（Q0.0Q15.7） 3、變量存儲器（V） 4、位存儲器（M）（M0.0M31.7） 5、定時器（T）存儲器 6、計數器（C）存儲器 7、高速計數器（HC） 8、累加器（AC） 9、特殊存儲器（SM） 如S

15、M0.0，SM0.1，SM0.4，SM0.5 10、局部存儲器（L） 11、模擬量輸入映像寄存器（AI） 12、模擬量輸出映像寄存器（AQ） 13、順序控制繼電器（S）返返 回回第29頁/共60頁 十十. . 位邏輯指令位邏輯指令 觸點指令 1、標準觸點指令、輸出（驅動）指令（1）LD：裝入常開觸點（LoaD）（2）LDN：裝入常閉觸點（LoaD Not） （3）A：與常開觸點（And） （4）AN：與常閉觸點（And Not）。 （5）O：或常開觸點（Or） （6）ON：或常閉觸點（Or Not） （7）NOT：觸點取非（輸出反相） （8）= ：輸出指令 第30頁/共60頁 在語句表中，LD

16、、LDN、A、AN、O、ON、NOT這幾條指令的執(zhí)行對邏輯堆棧的影響分別如下表所示。第31頁/共60頁 A I0.2的執(zhí)行第32頁/共60頁 程序實例： 本 程 序 段 用 以介 紹 標 準 觸 點指令在梯形圖、語 句 表 這 兩 種語 言 編 程 中 的應 用 ， 仔 細 比較 不 同 編 程 工具 的 區(qū) 別 與 聯系。 其 梯 形 圖 和 語句 表 程 序 結 構如右圖所示。 LD I0.0 /裝入常開觸點 O I0.1 /或常開觸點 A I0.2 /與常開觸點 = Q0.0 /輸出觸點 /如果本梯級中將 I0.1 的觸點改 /為 Q0.0 的常開觸點，則成為電 /機起動停止控制環(huán)節(jié)的梯

17、形圖。 LDN I0.0 /裝入常閉觸點 ON I0.1 /或常閉觸點 AN I0.2 /與常閉觸點 = Q0.1 / LD I0.0 / O I0.1 / A I0.2 / NOT /取非，即輸出反相 = Q0.3 / 標準觸點LAD和STL程序第33頁/共60頁2. 置位和復位指令置位和復位指令 置位即置1，復位即置0。置位和復位指令可以將位存儲區(qū)的某一位開始的一個或多個（最多可達255個）同類存儲器位置1或置0并保持。 這兩條指令在使用時需指明三點：操作性質、開始位和位的數量。各操作數類型及范圍如下表所示。第34頁/共60頁（1）S，置位指令 將位存儲區(qū)的指定位（位bit）開始的N個同類

18、存儲器位置位（置1）并保持。 STL格式：S bit, N 例：S Q0.0, 1（2）R，復位指令 將位存儲區(qū)的指定位（位bit）開始的N個同類存儲器位復位（置0）并保持。當用復位指令時，如果是對定時器T位或計數器C位進行復位，則定時器位或計數器位被復位，同時，定時器或計數器的當前值被清零。 STL格式：R bit， N 例：R Q0.2, 3第35頁/共60頁 LD I0.0 /裝入常開觸點 A I0.1 /與常開觸點 = Q1.0 /輸出觸點 LD I0.0 / A I0.1 / S Q0.0, 1 /將Q0.0開始的/1個觸點置 1 R Q0.2, 3 /將Q0.2開始的/3個觸點置

19、0 下圖所示為置位和復位指令應用程序片斷：第36頁/共60頁 本程序對應的時序圖如下所示：時 序 圖I0.0Q0.2-Q0.4Q0.0Q1.0I0.1第37頁/共60頁(1)(1)置位優(yōu)先觸發(fā)器指令 SRSR 當置位信號S1和復位信號R同時為“1”時， 輸出OUT信號為“1”。 （2)2)復位優(yōu)先觸發(fā)器指令 RSRS 當置位信號S和復位信號R1同時為“1”時， 輸出OUT信號為“0”。 3. RS3. RS觸發(fā)器指令觸發(fā)器指令第38頁/共60頁下圖所示為觸發(fā)器指令應用程序及時序圖：第39頁/共60頁5.5.跳變指令跳變指令(1)(1)正跳變指令 EU（Edge Up) 當檢測到一個正跳變觸點(

20、 (觸點的輸入信號由0變?yōu)?) )時，接通一個掃描周期的脈沖，驅動其后的觸點或功能指令。 STL格式：EU （ 無操作數） （2)2)負跳變指令 ED（Edge Down) 當檢測到一個負跳變觸點( (觸點的輸入信號由1變?yōu)?) )時，接通一個掃描周期的脈沖，驅動其后的觸點或功能指令。 STL格式：ED （ 無操作數）第40頁/共60頁下圖所示為跳變指令應用的一段程序及對應時序下圖所示為跳變指令應用的一段程序及對應時序圖：圖：第41頁/共60頁 系統提供三種定時器指令： TON 通電延時定時器 TONR 保持型通電延時定時器 TOF 斷電延時定時器十一.定時器指令 定時器指令第42頁/共60頁

21、定時器的精度等級定時器的精度等級 S7-200定時器的精度，又稱為時間增量、時間單位、分辨率。有3 個等級：1ms、10ms和100ms。 精度等級和定時器號關系如下表所示：第43頁/共60頁定時器指令的操作數定時器指令的操作數1）定時器編號 T0T255 2）預設值PT 為16位整數型（INT）型數據，范圍為132767。 可以由VW、IW、MW、SW、T、C、AC和常數作為定時器指令的設定值。3）使能輸入（只對LAD和FBD） 即定時器指令的導通條件。 定時器的位為定時器的位為ONON，其對應的常開觸點閉合，常閉觸點，其對應的常開觸點閉合，常閉觸點斷開。定時器觸點驅動的線圈或功能塊，可在預

22、定的延時斷開。定時器觸點驅動的線圈或功能塊，可在預定的延時后動作。后動作。第44頁/共60頁定時器指令的定時時間定時器指令的定時時間 T = PTS T-定時時間 PT-設定值 S-精度 例:TON指令用定時器T37，其設定值為100。查表可知T37的精度為100ms，則實際定時時間為 T=100 100ms=10s第45頁/共60頁1. 1. 接通延時定時器接通延時定時器 TONTON TON，通電延時定時器指令。用于單一間隔的定時，當使能輸入端（IN）的輸入電路接通時開始定時。 首次掃描時，定時器位OFF，當前值為0。使能輸入接通，定時器開始定時，當前值從0開始計數，當前值達到預設值時，定

23、時器位ON，當前值連續(xù)計數到32767。使能輸入斷開，定時器自動復位，即定時器位OFF，當前值為0。 指令格式：TONTxxx，PT 例：TONT120，8第46頁/共60頁2. 2. 保持型接通延時定時器保持型接通延時定時器 TONR，保持型通電延時定時器指令。用于對許多間隔的累計定時，當使能輸入端（IN）的輸入電路接通時開始定時。 首次掃描時，定時器位OFF，當前值保持。使能輸入接通，定時器開始定時，當前值從0開始計數。使能輸入斷開，當前值保持最后狀態(tài)。使能輸入再次接通時，當前值從上次的保持值繼續(xù)計數，當累計當前值達到預設值時，定時器位ON，當前值連續(xù)計數到32767。 TONR定時器只能

24、用復位指令進行復位操作。 指令格式：TONR Txxx，PT 例：TONR T20，63第47頁/共60頁3. 3. 斷開延時定時器斷開延時定時器 TOF，斷開延時定時器指令。用于斷開后的單一間隔定時，當使能輸入端（IN）的輸入電路斷開時開始定時。 首次掃描時，定時器位OFF，當前值為0。使能輸入接通時，定時器位為ON，當前值為0。當使能輸入由接通到斷開時，定時器開始定時，當前值從0開始計數，當前值達到預設值時，定時器位OFF，當前值停止計數保持不變，直到使能輸入端再次接通。 TOF復位后，如果使能輸入再有從ON到OFF的負跳變，則可實現再次啟動。 指令格式：TOF Txxx，PT 例：TOF

25、 T35，6第48頁/共60頁 （1）1ms定時器 定時器的位和當前值的更新與掃描周期不同步。掃描周期大于1ms時，定時器的位和當前值在一個掃描周期內被多次刷新。 （2）10ms定時器 定時器的位和當前值在每個掃描周期開始時被刷新，而在整個掃描周期內不變。 （3）100ms定時器 定時器的位和當前值在執(zhí)行該定時器指令時被刷新。因此要確保在一個掃描周期內只執(zhí)行一次100ms定時器指令。4. 4. 分辨率對定時器的影響分辨率對定時器的影響第49頁/共60頁 鑒于分辨率對定時器刷新機制的影響，對于1ms及10ms定時器，為保證其正確工作，規(guī)定同一個定時器的觸點不能作為其使能輸入端的接通條件。 舉例如下：舉例如下：第50頁/共60頁5. 5. 應用舉例應用舉例 例1：下圖是介紹三種定時器的工作特性的程序片斷，其中T33為通電延時定時器，T2為保持型通電延時定時器，T36為斷電延時定時器。第51頁/共60頁 例1梯形圖程序中輸入輸出執(zhí)行時序關系如下所示。定時器時序T36位4103I0.0T33當前值T2