S7-200西門子PLC基礎(chǔ)教程 王淑英 第1章 PLC概述

1、第第1 1章章 PLCPLC概述概述在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：http:/教材其余課件及動(dòng)畫素材請查閱在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)教材其余課件及動(dòng)畫素材請查閱在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)QQ:349134187 或者直接輸入下面地址：或者直接輸入下面地址：http:/ PLC的產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域1.1 PLC的組成和基本工作原理的組成和基本工作原理1.2 PLC的組成和基本工作原理的組成和基本工作原理1.3 1.1.1 PLC的產(chǎn)生的產(chǎn)生 1968年美國通用汽車公司（年美國通用汽車公司（General Motors Corporation，GM）公開招標(biāo)，要）公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代

2、生產(chǎn)線上的繼電求用新的控制裝置取代生產(chǎn)線上的繼電器器接觸器控制系統(tǒng)，其具體要求如下。接觸器控制系統(tǒng)，其具體要求如下。 編程簡單，可在現(xiàn)場修改和調(diào)試程編程簡單，可在現(xiàn)場修改和調(diào)試程序。序。 維護(hù)方便，采用插入式模塊結(jié)構(gòu)。維護(hù)方便，采用插入式模塊結(jié)構(gòu)。 可靠性高于繼電器可靠性高于繼電器接觸器控制系接觸器控制系統(tǒng)。統(tǒng)。 與繼電器與繼電器接觸器控制系統(tǒng)相比體接觸器控制系統(tǒng)相比體積小，能耗低。積小，能耗低。 能與管理中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信。能與管理中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信。 購買、安裝成本可與繼電器控制柜購買、安裝成本可與繼電器控制柜相競爭。相競爭。 采用市電輸入（美國標(biāo)準(zhǔn)系列電壓采用市電輸入（美國標(biāo)準(zhǔn)系

3、列電壓值值A(chǔ)C 115 V），可接受現(xiàn)場的開關(guān)信號。），可接受現(xiàn)場的開關(guān)信號。 采用市電輸出（美國標(biāo)準(zhǔn)系列電壓采用市電輸出（美國標(biāo)準(zhǔn)系列電壓值值A(chǔ)C 115 V），具有驅(qū)動(dòng)接觸器線圈、電），具有驅(qū)動(dòng)接觸器線圈、電磁閥和小功率電動(dòng)機(jī)的能力。磁閥和小功率電動(dòng)機(jī)的能力。 系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只需做很小的系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只需做很小的改動(dòng)。改動(dòng)。 用戶程序存儲器容量至少用戶程序存儲器容量至少4 KB。 1969年美國數(shù)字設(shè)備公司根據(jù)上述要年美國數(shù)字設(shè)備公司根據(jù)上述要求，首先研制出了世界上第求，首先研制出了世界上第1臺可編程序控臺可編程序控制器制器PDP-14，并在通用汽車公司的自動(dòng)生，并在通用汽車公司的

4、自動(dòng)生產(chǎn)線上試用獲得成功。從此以后，這項(xiàng)研產(chǎn)線上試用獲得成功。從此以后，這項(xiàng)研究技術(shù)迅速發(fā)展，從美國、日本、歐洲普究技術(shù)迅速發(fā)展，從美國、日本、歐洲普及到全世界。及到全世界。 因?yàn)檫@種新型工業(yè)控制裝置可以通過因?yàn)檫@種新型工業(yè)控制裝置可以通過編程改變控制方案，且專門用于邏輯控制，編程改變控制方案，且專門用于邏輯控制，所以人們稱這種新型工業(yè)控制裝置為可編所以人們稱這種新型工業(yè)控制裝置為可編程序邏輯控制器（程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。）。 1.1.2 PLC的發(fā)展 從從PLC的發(fā)展來看，有向小型化和大的發(fā)展來看，有向小型化和大型化兩個(gè)方向發(fā)展

5、的趨勢。型化兩個(gè)方向發(fā)展的趨勢。 小型小型PLC有兩個(gè)發(fā)展方向，即小（微）有兩個(gè)發(fā)展方向，即?。ㄎⅲ┬突蛯I(yè)化。隨著數(shù)字電路集成度的提型化和專業(yè)化。隨著數(shù)字電路集成度的提高，元器件體積的減小，高，元器件體積的減小，PLC的結(jié)構(gòu)更加的結(jié)構(gòu)更加緊湊，設(shè)計(jì)制造水平也在不斷提高。微型緊湊，設(shè)計(jì)制造水平也在不斷提高。微型化的化的PLC不僅體積小，功能也大有提高。不僅體積小，功能也大有提高。 大型化指的是大中型大型化指的是大中型PLC向著大容量、向著大容量、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，使它能與計(jì)算智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，使它能與計(jì)算機(jī)組成集成控制系統(tǒng)，對大規(guī)模、復(fù)雜系機(jī)組成集成控制系統(tǒng)，對大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)

6、行綜合性的自動(dòng)控制。統(tǒng)進(jìn)行綜合性的自動(dòng)控制。 1.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域 1開關(guān)量控制開關(guān)量控制 2模擬量控制模擬量控制 3運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)控制 4數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 5通信連網(wǎng)通信連網(wǎng) 1.2.1 PLC的組成 PLC主要由主要由CPU模塊、輸入模塊、輸模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成，如圖出模塊和編程器組成，如圖1-1所示。所示。圖圖1-1 PLC控制系統(tǒng)示意圖控制系統(tǒng)示意圖 1CPU模塊模塊 2I/O模塊模塊（1）輸入模塊）輸入模塊 開關(guān)量輸入模塊用來接收從按鈕、選開關(guān)量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、接近開關(guān)、光電擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、限位

7、開關(guān)、壓力繼電器等來的開關(guān)開關(guān)、限位開關(guān)、壓力繼電器等來的開關(guān)量輸入信號。量輸入信號。 圖圖1-2所示為某直流輸入模塊的內(nèi)部電所示為某直流輸入模塊的內(nèi)部電路和外部接線圖，圖中只畫出了一路輸入路和外部接線圖，圖中只畫出了一路輸入電路，輸入電流為數(shù)毫安；電路，輸入電流為數(shù)毫安；1M是同一組輸是同一組輸入點(diǎn)各內(nèi)部輸入電路的公共點(diǎn)。入點(diǎn)各內(nèi)部輸入電路的公共點(diǎn)。 圖圖1-2 直流輸入模塊電路直流輸入模塊電路 當(dāng)圖當(dāng)圖1-2中外部連接的觸點(diǎn)接通時(shí)，光中外部連接的觸點(diǎn)接通時(shí)，光電耦合器中兩個(gè)反并聯(lián)的發(fā)光二極管亮、電耦合器中兩個(gè)反并聯(lián)的發(fā)光二極管亮、光敏三極管導(dǎo)通；外部連接觸點(diǎn)斷開時(shí)，光敏三極管導(dǎo)通；外部連接

8、觸點(diǎn)斷開時(shí)，光耦合器中的發(fā)光二極管熄滅，光敏三極光耦合器中的發(fā)光二極管熄滅，光敏三極管截止，信號經(jīng)內(nèi)部電路傳送給管截止，信號經(jīng)內(nèi)部電路傳送給CPU模塊。模塊。（2）輸出模塊）輸出模塊 輸出模塊用來控制接觸器、電磁鐵、輸出模塊用來控制接觸器、電磁鐵、指示燈、電磁閥、數(shù)字顯示裝置、報(bào)警裝指示燈、電磁閥、數(shù)字顯示裝置、報(bào)警裝置等輸出設(shè)備。模擬輸出模塊用來控制調(diào)置等輸出設(shè)備。模擬輸出模塊用來控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。 S7-200 PLC的的CPU模塊的數(shù)字量輸出模塊的數(shù)字量輸出電路的功率組件有驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載的場效應(yīng)電路的功率組件有驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載的場效應(yīng)晶體管和小型繼電器，后者

9、既可以驅(qū)動(dòng)交晶體管和小型繼電器，后者既可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載又可以驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載，負(fù)載電源由流負(fù)載又可以驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載，負(fù)載電源由外部提供。外部提供。 圖圖1-3所示為繼電器輸出模塊電路，繼所示為繼電器輸出模塊電路，繼電器同時(shí)起隔離和功率放大作用。每一路電器同時(shí)起隔離和功率放大作用。每一路只給用戶提供一對常開觸點(diǎn)。只給用戶提供一對常開觸點(diǎn)。 圖圖1-3 繼電器輸出模塊電路繼電器輸出模塊電路 圖圖1-4所示為使用場效應(yīng)晶體管的輸出所示為使用場效應(yīng)晶體管的輸出電路。輸出信號送給內(nèi)部電路中的輸出鎖電路。輸出信號送給內(nèi)部電路中的輸出鎖存器，再經(jīng)光電耦合器送給場效應(yīng)晶體管，存器，再經(jīng)光電耦合器送給場效應(yīng)晶體管，后

10、者的飽和導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)相當(dāng)于觸后者的飽和導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)相當(dāng)于觸點(diǎn)的接通和斷開。點(diǎn)的接通和斷開。 圖中穩(wěn)壓管用來抑制判斷過電壓和外圖中穩(wěn)壓管用來抑制判斷過電壓和外部的浪涌電壓，以保護(hù)場效應(yīng)晶體管，場部的浪涌電壓，以保護(hù)場效應(yīng)晶體管，場效應(yīng)晶體管輸出電路的工作頻率可達(dá)效應(yīng)晶體管輸出電路的工作頻率可達(dá)20100 kHz。圖圖1-4 場效應(yīng)管輸出電路場效應(yīng)管輸出電路 3編程器編程器 編程器用來生成用戶程序，并用它進(jìn)編程器用來生成用戶程序，并用它進(jìn)行編輯、檢查、修改和監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行編輯、檢查、修改和監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。行情況。 4電源電源 PLC一般使用一般使用AC 220 V電源或電源

11、或DC 24 V電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供不同電壓等級的直流電源。小型不同電壓等級的直流電源。小型PLC可以可以為輸入電路和外部的電子傳感器提供為輸入電路和外部的電子傳感器提供DC 24 V電源，驅(qū)動(dòng)電源，驅(qū)動(dòng)PLC負(fù)載的直流電源一般負(fù)載的直流電源一般由用戶提供。由用戶提供。 1.2.2 PLC的操作模式 1操作模式操作模式 PLC有兩種操作模式，即有兩種操作模式，即RUN（運(yùn)行）（運(yùn)行）模式與模式與STOP（停止）模式。在（停止）模式。在CPU模塊模塊的面板上用的面板上用“RUN”和和“STOP”LED（發(fā)（發(fā)光二極管）顯示當(dāng)前的操作模式。光二極管）顯示

12、當(dāng)前的操作模式。 在在STOP模式下，模式下，CPU不執(zhí)行用戶程不執(zhí)行用戶程序，可以用編程軟件創(chuàng)建和編輯用戶程序，序，可以用編程軟件創(chuàng)建和編輯用戶程序，設(shè)置設(shè)置PLC的硬件功能，并將用戶程序和硬的硬件功能，并將用戶程序和硬件設(shè)置信息下載到件設(shè)置信息下載到PLC。 1.2.3 PLC的基本工作原理 PLC是按照集中采樣、集中掃描的工是按照集中采樣、集中掃描的工作方式工作的。整個(gè)工作過程可分為作方式工作的。整個(gè)工作過程可分為5個(gè)階個(gè)階段：自診斷，通信處理，讀取輸入，執(zhí)行段：自診斷，通信處理，讀取輸入，執(zhí)行程序，改寫輸出，其工作過程如圖程序，改寫輸出，其工作過程如圖1-5所示。所示。這種周而復(fù)始的循

13、環(huán)工作模式稱為掃描工這種周而復(fù)始的循環(huán)工作模式稱為掃描工作模式。作模式。1自診斷自診斷2通信處理通信處理3讀取輸入讀取輸入4執(zhí)行程序執(zhí)行程序5改寫輸出改寫輸出 PLC經(jīng)過這經(jīng)過這5個(gè)階段的工作過程，稱為個(gè)階段的工作過程，稱為1個(gè)掃描周期。個(gè)掃描周期。圖圖1-5 PLC掃描工作過程掃描工作過程 1.3.1 PLC的性能指標(biāo) 1I/O總點(diǎn)數(shù)總點(diǎn)數(shù) 2存儲器容量存儲器容量 3編程語言編程語言 4掃描時(shí)間掃描時(shí)間 掃描時(shí)間是執(zhí)行掃描時(shí)間是執(zhí)行1 000條指令所需要的條指令所需要的時(shí)間，一般為時(shí)間，一般為10 ms左右，小型左右，小型PLC可能大可能大于于40 ms。5內(nèi)部寄存器的種類和數(shù)量內(nèi)部寄存器的

14、種類和數(shù)量6通信能力通信能力 1.3.2 PLC的分類 按按I/O點(diǎn)數(shù)、功能和存儲器功能不同，點(diǎn)數(shù)、功能和存儲器功能不同，PLC可分為小型、中型和大型可分為小型、中型和大型3類。類。（1）小型）小型PLC 小型小型PLC又稱為低檔又稱為低檔PLC。這類。這類PLC的規(guī)模較小，它的輸入的規(guī)模較小，它的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)一般在輸出點(diǎn)數(shù)一般在20128點(diǎn)。其中點(diǎn)。其中I/O點(diǎn)數(shù)小于點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的點(diǎn)的PLC又稱超小型又稱超小型PLC。 用戶存儲器容量小于用戶存儲器容量小于2 KB，具有邏輯，具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位、自診斷、監(jiān)控運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位、自診斷、監(jiān)控等基本功能，有些還有少量的模擬量等

15、基本功能，有些還有少量的模擬量I/O、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、遠(yuǎn)程算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、遠(yuǎn)程I/O、通信等功、通信等功能，通常用來代替繼電器能，通常用來代替繼電器接觸器控制，接觸器控制，在單機(jī)或小規(guī)模生產(chǎn)過程中使用。在單機(jī)或小規(guī)模生產(chǎn)過程中使用。（2）中型）中型PLC 中型中型PLC的的I/O點(diǎn)數(shù)通常在點(diǎn)數(shù)通常在128512點(diǎn)點(diǎn)之間，用戶程序存儲器的容量為之間，用戶程序存儲器的容量為2 KB8 KB。除具有小型機(jī)的功能外，還具有較。除具有小型機(jī)的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量強(qiáng)的模擬量I/O、數(shù)字計(jì)算、過程參數(shù)調(diào)節(jié)、數(shù)字計(jì)算、過程參數(shù)調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)傳送與比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、中斷控制、數(shù)據(jù)傳送與比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、中斷控制、遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程I/O及通信連網(wǎng)功能。及通信連網(wǎng)功能。（3）大型）大型PLC 大型大型PLC又稱高檔又稱高檔PLC，I/O點(diǎn)數(shù)在點(diǎn)數(shù)在512點(diǎn)以上，其中點(diǎn)以上，其中I/O點(diǎn)數(shù)大于點(diǎn)數(shù)大于8192點(diǎn)的又點(diǎn)的又稱為超大型稱為超大型PLC，用戶程序存儲器容量在，用戶程序存儲器容量在8 KB以上，除具有中