第3章_可編程控制器基礎(chǔ)_詳細(xì)

1、8:19:391本章教學(xué)內(nèi)容3.1 可編程控制器概述可編程控制器概述3.2 可編程控制器的組成可編程控制器的組成3.3 可編程控制器的工作原理可編程控制器的工作原理3.4 可編程控制器的硬件基礎(chǔ)可編程控制器的硬件基礎(chǔ)（自學(xué)，課堂上放在（自學(xué)，課堂上放在第第4章結(jié)合章結(jié)合S7-200講解）講解）3.5 可編程控制器的軟件基礎(chǔ)可編程控制器的軟件基礎(chǔ)（自學(xué)，課堂上放在（自學(xué)，課堂上放在第第5章結(jié)合章結(jié)合S7-200講解）講解）3.6 可編程控制器的性能指標(biāo)及分類可編程控制器的性能指標(biāo)及分類（自學(xué)）（自學(xué)）8:19:402本章學(xué)習(xí)要求、重點(diǎn)、難點(diǎn)學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求了解可編程控制器產(chǎn)生的背景、特點(diǎn)、性能指

2、標(biāo)以了解可編程控制器產(chǎn)生的背景、特點(diǎn)、性能指標(biāo)以及今后的發(fā)展方向及今后的發(fā)展方向掌握可編程控制器的基本工作過(guò)程（工作原理）掌握可編程控制器的基本工作過(guò)程（工作原理）掌握可編程控制器的硬件組成形式掌握可編程控制器的硬件組成形式 掌握掌握可編程控制器的軟件組成形式可編程控制器的軟件組成形式本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)可編程控制器的軟、硬件組成及工作過(guò)程（工作原可編程控制器的軟、硬件組成及工作過(guò)程（工作原理）理）8:19:4033.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展3.1.2 可編程控制器的特點(diǎn)可編程控制器的特點(diǎn)8:19:4043.1 可編程控制器概述可編程控制器可編程控制器全稱全稱可編程

3、序控制器（可編程序控制器（Programmable Controller）。原來(lái)曾簡(jiǎn)稱。原來(lái)曾簡(jiǎn)稱PC，后來(lái)為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)，后來(lái)為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PCPersonal Computer）相區(qū)別，在自動(dòng)化行業(yè)中多）相區(qū)別，在自動(dòng)化行業(yè)中多用用可編程序邏輯控制器可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）代表代表Programmable Controller，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱PLC。而。而PLC這種這種稱稱呼又與可編程控制器的起源和它本身的特點(diǎn)有關(guān)。呼又與可編程控制器的起源和它本身的特點(diǎn)有關(guān)?？删幊绦蚩刂破鞯亩x可編程序控制器的定義：一種：一種用于工業(yè)環(huán)境用于工業(yè)環(huán)

4、境的的數(shù)字式操作數(shù)字式操作的的電子系統(tǒng)電子系統(tǒng)。這種系統(tǒng)用可編程的存儲(chǔ)器作面向用戶指令。這種系統(tǒng)用可編程的存儲(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)、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)、運(yùn)算等，通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入計(jì)數(shù)、運(yùn)算等，通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入/輸出，控制各種類輸出，控制各種類型的機(jī)械或過(guò)程。可編程序控制器及其相關(guān)外圍設(shè)備的設(shè)型的機(jī)械或過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌湎嚓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。容易地達(dá)到所期望的所有功能。GB/T 159

5、69.1-2007/IEC 61131-1：2003 可編程序控制器可編程序控制器 第一部分：通用信息第一部分：通用信息8:19:415PLC3.1 可編程控制器概述可編程序控制器系統(tǒng)可編程序控制器系統(tǒng)或或PLC系統(tǒng)系統(tǒng)：用戶根據(jù)所要完成的自：用戶根據(jù)所要完成的自動(dòng)化系統(tǒng)要求而建立的由可編程序控制器及其相關(guān)外圍設(shè)動(dòng)化系統(tǒng)要求而建立的由可編程序控制器及其相關(guān)外圍設(shè)備組成的配置。其組成是一些由連接永久設(shè)施的電纜或插備組成的配置。其組成是一些由連接永久設(shè)施的電纜或插入部件，以及由連接便攜式或可搬運(yùn)外圍設(shè)備的電纜或其入部件，以及由連接便攜式或可搬運(yùn)外圍設(shè)備的電纜或其它連接方式互連的單元。它連接方式互連

6、的單元。GB/T 15969.1-2007/IEC61131-1：2003 可編程序控制器可編程序控制器 第一部分：通用信息第一部分：通用信息8:19:416工控機(jī)工控機(jī)變頻器變頻器電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)工業(yè)顯示器工業(yè)顯示器斷路器斷路器位置位置開關(guān)開關(guān)斷路器斷路器電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)機(jī)械聯(lián)鎖可機(jī)械聯(lián)鎖可逆接觸器逆接觸器中間繼中間繼電器電器電磁閥電磁閥液壓缸液壓缸位置位置開關(guān)開關(guān)編碼器編碼器3.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展PLC是應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需要而發(fā)展起來(lái)的，用于克服傳是應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需要而發(fā)展起來(lái)的，用于克服傳統(tǒng)繼電統(tǒng)繼電-接觸器控制系統(tǒng)的缺陷（如體積大、耗電多、接觸器控制系統(tǒng)的缺陷（如體積大、耗電多、接線復(fù)

7、雜、可靠性低、響應(yīng)慢、不便于計(jì)算機(jī)管理等，接線復(fù)雜、可靠性低、響應(yīng)慢、不便于計(jì)算機(jī)管理等，尤其是對(duì)生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性差）。尤其是對(duì)生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性差）。早期的早期的PLC主要用于替代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置，其主要用于替代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制，定主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制，定時(shí)等功能；需要的運(yùn)算也主要是邏輯運(yùn)算（這正是時(shí)等功能；需要的運(yùn)算也主要是邏輯運(yùn)算（這正是PLC這一術(shù)語(yǔ)的由來(lái)）；編程語(yǔ)言采用梯形圖（采用這一術(shù)語(yǔ)的由來(lái)）；編程語(yǔ)言采用梯形圖（采用線圈、觸頭等符號(hào)編程）。這些都反映了最初線圈、觸頭等符號(hào)編程）。這些都反映

8、了最初PLC的的初衷。初衷。PLC發(fā)展到現(xiàn)在其功能已經(jīng)得到了極大的擴(kuò)展，除了發(fā)展到現(xiàn)在其功能已經(jīng)得到了極大的擴(kuò)展，除了邏輯運(yùn)算，還能進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，并且能通信連網(wǎng)等。邏輯運(yùn)算，還能進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，并且能通信連網(wǎng)等。8:19:4173.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展PLC發(fā)展的五個(gè)階段發(fā)展的五個(gè)階段 l初級(jí)階段初級(jí)階段 從第一臺(tái)從第一臺(tái)PLC問(wèn)世問(wèn)世（1969年）年）到到20世紀(jì)世紀(jì)70年代中期。（簡(jiǎn)單功能、梯形圖編程）年代中期。（簡(jiǎn)單功能、梯形圖編程） l崛起階段崛起階段 從從20世紀(jì)世紀(jì)70年代中期到年代中期到80年代初期。（功年代初期。（功能增強(qiáng)、推廣應(yīng)用）能增強(qiáng)、推廣應(yīng)用） l成熟階段成熟

9、階段 從從20世紀(jì)世紀(jì)80年代初期到年代初期到90年代初期。（大年代初期。（大規(guī)模應(yīng)用、通信聯(lián)網(wǎng)）規(guī)模應(yīng)用、通信聯(lián)網(wǎng)） l飛速發(fā)展階段飛速發(fā)展階段 從從20世紀(jì)世紀(jì)90年代初期到年代初期到90年代末期。年代末期。（過(guò)程控制、復(fù)雜控制系統(tǒng)）（過(guò)程控制、復(fù)雜控制系統(tǒng)） l開放性、標(biāo)準(zhǔn)化階段開放性、標(biāo)準(zhǔn)化階段 從從20世紀(jì)世紀(jì)90年代中期以后。年代中期以后。（IEC 61131）8:19:4183.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展PLC的發(fā)展趨勢(shì)的發(fā)展趨勢(shì) l增強(qiáng)增強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)通信功能通信功能（現(xiàn)場(chǎng)總線）（現(xiàn)場(chǎng)總線）和易和易用用化化 l發(fā)展發(fā)展智能化模塊智能化模塊（模塊自帶（模塊自帶CPU）l提高提高

10、可靠性（自診斷，冗余技術(shù)，容錯(cuò)技術(shù)等）可靠性（自診斷，冗余技術(shù)，容錯(cuò)技術(shù)等）l編程軟件標(biāo)準(zhǔn)化（遵循編程軟件標(biāo)準(zhǔn)化（遵循IEC 61131標(biāo)準(zhǔn)，如標(biāo)準(zhǔn)，如STEP 7）l編程編程軟件和語(yǔ)言向高層次軟件和語(yǔ)言向高層次發(fā)展（發(fā)展（PC平臺(tái)）平臺(tái)）l向向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展小型化、專用化、低成本方向發(fā)展 l向大容量、高速度、信息化方向發(fā)展向大容量、高速度、信息化方向發(fā)展 l人機(jī)界面（人機(jī)界面（HMI ）的發(fā)展的發(fā)展 l開放性開放性和標(biāo)準(zhǔn)化和標(biāo)準(zhǔn)化 （遵循（遵循IEC 61131標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)）8:19:4293.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展國(guó)外國(guó)外PLC的主要生產(chǎn)廠家的主要生產(chǎn)廠家:l德 國(guó)

11、 ： 西 門 子 公 司德 國(guó) ： 西 門 子 公 司（Siemens）。）。l美國(guó)：羅克韋爾自動(dòng)化有限公美國(guó)：羅克韋爾自動(dòng)化有限公司（司（Rockwell Automation），），GE Fanuc公司（美國(guó)通用電氣公司（美國(guó)通用電氣(GE)公司與日本公司與日本Fanuc公司合公司合資組建）。資組建）。l日本：三菱（日本：三菱（Mitsubishi Electric）、歐姆龍（）、歐姆龍（Omron）。）。l法 國(guó) ： 施 耐 德 電 氣 公 司法 國(guó) ： 施 耐 德 電 氣 公 司（Schneider electric）l奧地利：貝加萊工業(yè)自動(dòng)化公奧地利：貝加萊工業(yè)自動(dòng)化公司 （司 （

12、B & R I n d u s t r i a l Automation）。）。l瑞士：瑞士：ABB公司等。公司等。8:19:4210資料來(lái)自資料來(lái)自SANDIA REPORTControl System Devices: Architecturesand Supply Channels Overview. Moses D. Schwartz, John Mulder, Jason Trent, William D. Atkins. Printed August 20102007年全球年全球PLC賣方市場(chǎng)份額賣方市場(chǎng)份額3.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展天津中環(huán)自動(dòng)化儀表公司DJK-

13、84無(wú)錫華光電子工業(yè)有限公司KCK系列上海東屋電器有限公司CF系列蘇州機(jī)床電器廠CYK系列杭州機(jī)床電器廠DKK、D系列上海電力電子設(shè)備廠KKI-IC大連組合機(jī)床研究所S系列機(jī)械部北京自動(dòng)化所MPC、KB系列上海國(guó)際程控公司E、EM、H系列上海工業(yè)自動(dòng)化研究所TCMS-300/D杭州通靈控制電腦公司HZK 系列蘇州電子計(jì)算機(jī)廠YZ系列8:19:4211國(guó)內(nèi)（大陸）國(guó)內(nèi)（大陸）PLC的主要生產(chǎn)廠家：的主要生產(chǎn)廠家：我國(guó)我國(guó)PLC的生產(chǎn)廠家主要是的生產(chǎn)廠家主要是80年代以后涌現(xiàn)出來(lái)的，靠年代以后涌現(xiàn)出來(lái)的，靠技術(shù)引進(jìn)、轉(zhuǎn)讓、合資等方式進(jìn)行生產(chǎn)，目前約有十幾技術(shù)引進(jìn)、轉(zhuǎn)讓、合資等方式進(jìn)行生產(chǎn)，目前約有

14、十幾家。家。傳送帶生產(chǎn)線控制灌裝及包裝機(jī)械木材加工電梯控制空調(diào)控制紡織機(jī)械印刷機(jī)械可編程控制器的應(yīng)用8:19:42123.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展8:19:4213SIEMENS PLC外形圖S7-200系列PLCS7-300系列PLCS7-400系列PLCS7-1200系列PLC3.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展8:19:4214三菱MITSUBISHI系列PLCQ系列PLCFX2N系列FX3U系列主機(jī)FX3G系列小型PLC3.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展8:19:4315OMRON PLC外形圖C200系列CVM1系列3.1.2 可編程控制器的特點(diǎn)可編程控制器的產(chǎn)生是基于工業(yè)

15、控制的需要，是面可編程控制器的產(chǎn)生是基于工業(yè)控制的需要，是面向工業(yè)控制領(lǐng)域的專用設(shè)備向工業(yè)控制領(lǐng)域的專用設(shè)備，具有，具有以下特點(diǎn)以下特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高l硬件方面：如屏蔽、濾波、光電隔離等。硬件方面：如屏蔽、濾波、光電隔離等。l軟件方面：如掉電軟件方面：如掉電保護(hù)、保護(hù)、故障檢測(cè)、循環(huán)故障檢測(cè)、循環(huán)掃描時(shí)間的超時(shí)警戒等掃描時(shí)間的超時(shí)警戒等。靈活性強(qiáng)，控制系統(tǒng)具有良好的柔性靈活性強(qiáng)，控制系統(tǒng)具有良好的柔性編程語(yǔ)言編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單易學(xué)，特別是梯形圖語(yǔ)言易學(xué)，特別是梯形圖語(yǔ)言控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)與調(diào)試周期易于實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)與調(diào)試周期短（模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、短（模塊化、

16、標(biāo)準(zhǔn)化、擴(kuò)展性）擴(kuò)展性）維修方便（完善的故障診斷功能，模塊上的指示燈等）維修方便（完善的故障診斷功能，模塊上的指示燈等）體積體積小、重量小、重量輕、功耗低，易于輕、功耗低，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化功能強(qiáng)，性能功能強(qiáng)，性能價(jià)格價(jià)格比高（軟邏輯替代傳統(tǒng)的硬邏輯）比高（軟邏輯替代傳統(tǒng)的硬邏輯）8:19:43163.2.1 中央處理單元中央處理單元(CPU)3.2.2 存儲(chǔ)器單元存儲(chǔ)器單元3.2.3 電源單元電源單元3.2.4 輸入輸入/輸出單元輸出單元3.2.5 接口單元接口單元3.2.6 外部設(shè)備外部設(shè)備8:19:43173.2 可編程控制器的組成與通用計(jì)算機(jī)類似：硬件與通用計(jì)算機(jī)類似：硬

17、件+軟件，但接口豐富，功軟件，但接口豐富，功能專一。能專一。8:19:4418硬件硬件軟件軟件系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序用戶程序用戶程序3.2 可編程控制器的組成PLC的的硬件硬件基本組成示意圖基本組成示意圖8:19:4419中央處理器中央處理器CPU外部設(shè)備接口外部設(shè)備接口存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)器（ROM/RAM）系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序+用戶程序用戶程序+數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)擴(kuò)展接口擴(kuò)展接口I/O擴(kuò)擴(kuò)展展單單元元輸入接口輸入接口輸出接口輸出接口電源電源輸入設(shè)備輸入設(shè)備（按鈕、傳感器等）（按鈕、傳感器等）輸出設(shè)備輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、（繼電器、接觸器、電磁閥等驅(qū)動(dòng)器件）電磁閥等驅(qū)動(dòng)器件）PLC編程器編程器HMI(人機(jī)交互人機(jī)交

18、互)外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器打印機(jī)打印機(jī)條碼讀入器條碼讀入器3.2.1 中央處理單元(CPU)CPU是是PLC的核心部件的核心部件，其功能相當(dāng)于，其功能相當(dāng)于人的大腦。人的大腦。PLC的的各部分都是在各部分都是在CPU的協(xié)調(diào)控制下的協(xié)調(diào)控制下工作的。工作的。PLC在系統(tǒng)程序在系統(tǒng)程序的管理下運(yùn)行，主要功能有：的管理下運(yùn)行，主要功能有：l接受并轉(zhuǎn)儲(chǔ)由編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；接受并轉(zhuǎn)儲(chǔ)由編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；l診斷電源故障以及用戶程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤；診斷電源故障以及用戶程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤；l讀取輸入接口的狀態(tài)和數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)；讀取輸入接口的狀態(tài)和數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)；l讀取用戶程序指令，解

19、釋執(zhí)行用戶程序，完成邏輯運(yùn)算、讀取用戶程序指令，解釋執(zhí)行用戶程序，完成邏輯運(yùn)算、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳遞等任務(wù)，刷新輸出映像寄存器，將數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳遞等任務(wù)，刷新輸出映像寄存器，將輸出映像寄存器的內(nèi)容送至輸出單元。輸出映像寄存器的內(nèi)容送至輸出單元。目前目前PLC多采用多采用16位或位或32位的微處理器作為位的微處理器作為CPU，有些廠，有些廠家的高檔家的高檔PLC還采用微處理器冗余技術(shù)，由多個(gè)還采用微處理器冗余技術(shù)，由多個(gè)CPU并行并行工作，當(dāng)主工作，當(dāng)主CPU正常工作時(shí)，其他正常工作時(shí)，其他CPU處于熱備用狀態(tài)，處于熱備用狀態(tài)，隨時(shí)可接替發(fā)生故障的隨時(shí)可接替發(fā)生故障的CPU的工作，大大提高了系統(tǒng)

20、的可的工作，大大提高了系統(tǒng)的可靠性?？啃浴?:19:45203.2.2 存儲(chǔ)器單元PLC的存儲(chǔ)器單元分成兩個(gè)部分：的存儲(chǔ)器單元分成兩個(gè)部分：l系統(tǒng)程序（操作系統(tǒng)）存儲(chǔ)器系統(tǒng)程序（操作系統(tǒng)）存儲(chǔ)器：用于存放用于存放PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序。系統(tǒng)程序目前多生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序。系統(tǒng)程序目前多采用采用Flash ROM存儲(chǔ)存儲(chǔ)(FEROM)，因此用戶可以從廠家升級(jí)，因此用戶可以從廠家升級(jí)系統(tǒng)程序。系統(tǒng)程序。l用戶存儲(chǔ)器用戶存儲(chǔ)器：用戶程序存儲(chǔ)區(qū)用戶程序存儲(chǔ)區(qū)：用于存放用戶編寫的控制程序。目：用于存放用戶編寫的控制程序。目前多采用前多采用Flash ROM。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)：存放程序執(zhí)行過(guò)程

21、中所需要的數(shù)據(jù)或者：存放程序執(zhí)行過(guò)程中所需要的數(shù)據(jù)或者所產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)以及硬件組態(tài)數(shù)據(jù)等。包括輸入所產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)以及硬件組態(tài)數(shù)據(jù)等。包括輸入/輸輸出過(guò)程映像、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的預(yù)置值和當(dāng)前值等。出過(guò)程映像、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的預(yù)置值和當(dāng)前值等。采用采用RAM和和Flash ROM。大多數(shù)大多數(shù)PLC提供了存儲(chǔ)器擴(kuò)展功能提供了存儲(chǔ)器擴(kuò)展功能(如如Flash ROM卡卡)。8:19:45213.2 可編程控制器的組成PLC基本組成基本組成實(shí)物圖片實(shí)物圖片8:19:4522S7-200-CPU224-CPU板板CPUTexa512KBFlash ROMAMD128KB RAMSAMAUNG擴(kuò)展接口擴(kuò)展接

22、口可選件可選件(存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)卡、實(shí)時(shí)時(shí)鐘卡、后備實(shí)時(shí)時(shí)鐘卡、后備電池卡電池卡)插口插口模式選模式選擇開關(guān)擇開關(guān)超級(jí)電容超級(jí)電容5.5V/0.22F3.2.3 電源單元電源單元的作用是把外部電源（交流或直流）轉(zhuǎn)電源單元的作用是把外部電源（交流或直流）轉(zhuǎn)換成換成PLC的內(nèi)部工作電壓。大部分電源單元也可的內(nèi)部工作電壓。大部分電源單元也可以作為負(fù)載電源，通過(guò)以作為負(fù)載電源，通過(guò)PLC的的I/O接口向信號(hào)源接口向信號(hào)源或或負(fù)載提供直流負(fù)載提供直流24V電源。電源。PLC的電源一般采用開關(guān)電源，輸入電壓范圍寬的電源一般采用開關(guān)電源，輸入電壓范圍寬（如前述（如前述S7-CPU 224 PLC電源輸入電壓范圍

23、電源輸入電壓范圍AC 85264V），抗干擾能力強(qiáng)。電源單元的輸入與輸），抗干擾能力強(qiáng)。電源單元的輸入與輸出之間有可靠的隔離，以確保外界的擾動(dòng)不會(huì)影出之間有可靠的隔離，以確保外界的擾動(dòng)不會(huì)影響到響到PLC的正常工作。的正常工作。電源單元還提供掉電保護(hù)電路和后備電源（電池電源單元還提供掉電保護(hù)電路和后備電源（電池或電容），以維持部分或電容），以維持部分RAM存儲(chǔ)器的內(nèi)容在外界存儲(chǔ)器的內(nèi)容在外界電源斷電后不會(huì)丟失。電源斷電后不會(huì)丟失。8:19:45233.2.3 電源單元PLC基本組成基本組成電源單元實(shí)物圖片電源單元實(shí)物圖片8:19:4524S7-200-CPU224-電源板電源板3.2.3 電源

24、單元PLC基本組成基本組成電源單元實(shí)物圖片電源單元實(shí)物圖片8:19:4525S7-300系列系列PLC電源模塊電源模塊3.2.4 輸入/輸出單元PLC的的輸入輸入/輸出單元輸出單元簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱I/O單元單元，對(duì)于模塊式的，對(duì)于模塊式的PLC來(lái)來(lái)說(shuō)，說(shuō)，I/O單元以模塊形式出現(xiàn)，所以又稱為單元以模塊形式出現(xiàn)，所以又稱為I/O模塊模塊。I/O單單元是元是PLC與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的接口，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的接口，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與PLC之間的聯(lián)系之間的聯(lián)系通過(guò)通過(guò)I/O單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的輸入和輸出信號(hào)包括工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的輸入和輸出信號(hào)包括數(shù)字量數(shù)字量和和模擬量模擬量?jī)深?，因兩類，因此此I/O單元也有單元也

25、有數(shù)字?jǐn)?shù)字I/O和和模擬模擬I/O兩種，前者又稱為兩種，前者又稱為DI/DO，后者又稱為后者又稱為AI/AO。輸入單元用于將來(lái)自被控設(shè)備的電信號(hào)輸入單元用于將來(lái)自被控設(shè)備的電信號(hào)（數(shù)字量或模擬（數(shù)字量或模擬量，量，如按鈕、傳感器信號(hào)）轉(zhuǎn)換為如按鈕、傳感器信號(hào)）轉(zhuǎn)換為CPU能夠接收的數(shù)字信號(hào)。能夠接收的數(shù)字信號(hào)。例如，模擬輸入信號(hào)需要通過(guò)例如，模擬輸入信號(hào)需要通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量后送轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量后送給給CPU進(jìn)行處理。進(jìn)行處理。輸出單元?jiǎng)t將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)（數(shù)字輸出單元?jiǎng)t將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)（數(shù)字量或模擬量），輸出至被控對(duì)象（如電磁閥、繼電器、接量或模擬量

26、），輸出至被控對(duì)象（如電磁閥、繼電器、接觸器等的驅(qū)動(dòng)器件或電動(dòng)機(jī)調(diào)速器等）。觸器等的驅(qū)動(dòng)器件或電動(dòng)機(jī)調(diào)速器等）。8:19:45263.2.4 輸入/輸出單元8:19:4627S7-200-CPU224-AC/DC/RLY-I/O板板輸入輸入接口接口輸出輸出接口接口通信接口通信接口RS485板間板間連接器連接器繼電器繼電器光電隔光電隔離器離器輸入接輸入接線端子線端子輸出接輸出接線端子線端子3.2.4 輸入/輸出單元模塊式模塊式I/O單元實(shí)物圖片（單元實(shí)物圖片（S7-300系列系列PLC）8:19:4628SM321DI 32DC24VSM322 DO 32DC24V/0.5ASM331 AI 8

27、12BitSM332 AO 412Bit3.2.5 接口單元接口單元包括擴(kuò)展接口、通信接口、編程器接口和存接口單元包括擴(kuò)展接口、通信接口、編程器接口和存儲(chǔ)器接口及其它外部設(shè)備接口等。（包括前述的儲(chǔ)器接口及其它外部設(shè)備接口等。（包括前述的I/O接口）接口）lI/O擴(kuò)展接口擴(kuò)展接口：用于擴(kuò)展輸入輸出點(diǎn)數(shù)（接：用于擴(kuò)展輸入輸出點(diǎn)數(shù)（接I/O模模塊）。塊）。圖圖。l通信接口通信接口：用于與：用于與PLC、上位機(jī)、遠(yuǎn)程、上位機(jī)、遠(yuǎn)程I/O、監(jiān)視、監(jiān)視器、編程器等外部設(shè)備相連，實(shí)現(xiàn)信息的交換和器、編程器等外部設(shè)備相連，實(shí)現(xiàn)信息的交換和管管理理，通常采用通常采用RS232或或RS422或或RS485接口。接

28、口。圖圖。 l編程器接口編程器接口(屬于屬于通信接口通信接口)：PLC本體通常是不帶本體通常是不帶編程器的，編程器接口用于連接外部編程設(shè)備編程器的，編程器接口用于連接外部編程設(shè)備圖圖。l存儲(chǔ)器接口存儲(chǔ)器接口。用于用于擴(kuò)展用戶存儲(chǔ)器擴(kuò)展用戶存儲(chǔ)器圖圖。 l其它外部設(shè)備接口。如條碼讀入器的接口、打印機(jī)其它外部設(shè)備接口。如條碼讀入器的接口、打印機(jī)接口等等。接口等等。8:19:46293.2.6 外部設(shè)備PLC的外部設(shè)備種類很多，可以概括為以下四類：的外部設(shè)備種類很多，可以概括為以下四類：l編程設(shè)備（編程設(shè)備（PG）：用于編制、上下載、調(diào)試程序，：用于編制、上下載、調(diào)試程序，對(duì)對(duì)PLC的硬件進(jìn)行設(shè)置等

29、。的硬件進(jìn)行設(shè)置等。 有專用有專用PG和通用和通用PC。l監(jiān)控設(shè)備監(jiān)控設(shè)備：將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，以便操：將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，以便操作人員隨時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行的情況，并且可實(shí)現(xiàn)人機(jī)作人員隨時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行的情況，并且可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。交互功能。l存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)設(shè)備：用于保存用戶程序、配方和數(shù)據(jù)，避免：用于保存用戶程序、配方和數(shù)據(jù)，避免程序和數(shù)據(jù)丟失。如程序和數(shù)據(jù)丟失。如MMC（微存儲(chǔ)卡）等。（微存儲(chǔ)卡）等。 l輸入輸入/輸出設(shè)備輸出設(shè)備：用于接受信號(hào)和輸出信號(hào)的專用設(shè)：用于接受信號(hào)和輸出信號(hào)的專用設(shè)備，例如條碼讀入器、打印機(jī)等。備，例如條碼讀入器、打印機(jī)等。8:19:46303.2.6

30、 外部設(shè)備PLC的外部設(shè)備實(shí)物圖片的外部設(shè)備實(shí)物圖片8:19:4731TP 2773.2.6 外部設(shè)備PLC的外部設(shè)備實(shí)物圖片的外部設(shè)備實(shí)物圖片8:19:4732S7-200 PLC存儲(chǔ)卡S7-300 PLC微存儲(chǔ)卡8:19:4733S7-200-CPU224-外觀圖外觀圖通訊接通訊接口口狀態(tài)指狀態(tài)指示燈示燈DO接接線端子線端子DI接線接線端子端子可選件可選件插口插口擴(kuò)展擴(kuò)展接口接口模式選模式選擇開關(guān)擇開關(guān)輸出狀態(tài)輸出狀態(tài)指示燈指示燈輸入狀態(tài)輸入狀態(tài)指示燈指示燈交流電源交流電源輸輸入入接線端子接線端子直流電源直流電源輸輸出出接線端子接線端子2個(gè)電個(gè)電位計(jì)位計(jì)3.2 可編程控制器的組成8:19:

31、4734S7-200-CPU224-外觀圖外觀圖接線孔接線孔從從PLC產(chǎn)生的背景來(lái)看，產(chǎn)生的背景來(lái)看，PLC系統(tǒng)與繼電器控制系系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)有著極深的淵源，因此可以比照著繼電器系統(tǒng)來(lái)統(tǒng)有著極深的淵源，因此可以比照著繼電器系統(tǒng)來(lái)學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)PLC的工作原理（處理開關(guān)或數(shù)字信號(hào)時(shí)）。的工作原理（處理開關(guān)或數(shù)字信號(hào)時(shí)）。3.3.1 可編程控制器的可編程控制器的等效電路等效電路3.3.2 可編程控制器的工作過(guò)程可編程控制器的工作過(guò)程8:19:47353.3.1 PLC的等效電路一個(gè)繼電一個(gè)繼電-接觸器控制系統(tǒng)必然包含接觸器控制系統(tǒng)必然包含3個(gè)部分個(gè)部分:輸入輸入部分、邏輯電路部分、輸出部分。部分、邏

32、輯電路部分、輸出部分。l輸入部分：如按鈕開關(guān)、傳感器等；輸入部分：如按鈕開關(guān)、傳感器等；l輸出部分：如電磁閥、繼電器、接觸器等的驅(qū)動(dòng)器輸出部分：如電磁閥、繼電器、接觸器等的驅(qū)動(dòng)器件（線圈）、信號(hào)指示燈等。件（線圈）、信號(hào)指示燈等。l邏輯電路部分：將輸入與輸出聯(lián)系起來(lái)，一般由繼邏輯電路部分：將輸入與輸出聯(lián)系起來(lái)，一般由繼電器、接觸器、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器等元件的觸點(diǎn)、線電器、接觸器、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器等元件的觸點(diǎn)、線圈按照要求的邏輯關(guān)系連接而成，能夠根據(jù)一定的圈按照要求的邏輯關(guān)系連接而成，能夠根據(jù)一定的輸入狀態(tài)輸出所要求的控制動(dòng)作。輸入狀態(tài)輸出所要求的控制動(dòng)作。PLC系統(tǒng)也同樣包含這系統(tǒng)也同樣包含這3部分

33、，區(qū)別是：部分，區(qū)別是：PLC的邏的邏輯電路部分用軟件（輯電路部分用軟件（軟開關(guān)軟開關(guān)）來(lái)實(shí)現(xiàn)，即輸入）來(lái)實(shí)現(xiàn)，即輸入-輸輸出邏輯關(guān)系由用戶所編制的控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。出邏輯關(guān)系由用戶所編制的控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。8:19:48363.3.1 PLC的等效電路下圖所示左為一個(gè)典型的啟動(dòng)下圖所示左為一個(gè)典型的啟動(dòng)/停止控制電路。電路中有兩停止控制電路。電路中有兩個(gè)輸入，分別為啟動(dòng)按鈕個(gè)輸入，分別為啟動(dòng)按鈕SF1、停止按鈕、停止按鈕SF2；一個(gè)輸出為；一個(gè)輸出為接觸器接觸器QA1線圈。輸入線圈。輸入/輸出邏輯關(guān)系由硬件連線實(shí)現(xiàn)。輸出邏輯關(guān)系由硬件連線實(shí)現(xiàn)。當(dāng)用當(dāng)用PLC來(lái)完成這個(gè)控制任務(wù)時(shí)，可來(lái)完成這個(gè)控制

34、任務(wù)時(shí)，可將啟動(dòng)按鈕將啟動(dòng)按鈕SF1、停、停止按鈕止按鈕SF2接入接入PLC的輸入端，而用的輸入端，而用PLC的輸出單元驅(qū)動(dòng)的輸出單元驅(qū)動(dòng)接觸器接觸器QA1，它們之間要滿足的邏輯關(guān)系由程序?qū)崿F(xiàn)。，它們之間要滿足的邏輯關(guān)系由程序?qū)崿F(xiàn)。8:19:4837輸入接口輸入接口輸入映像輸入映像I0.2Q0.0I0.5Q0.0用戶程序（梯形圖）用戶程序（梯形圖）-QA1AC220V輸出設(shè)備輸出設(shè)備-SF1-SF2-QA1-QA1NL220V起動(dòng)起動(dòng)停止停止電動(dòng)機(jī)起?？仉妱?dòng)機(jī)起?？刂齐娐分齐娐冯妱?dòng)機(jī)起停控制電動(dòng)機(jī)起?？刂芇LC等效電路等效電路-SF1-SF2DC24VL+M輸入設(shè)備輸入設(shè)備停止停止起動(dòng)起動(dòng)【注

35、注】這里停止按鈕這里停止按鈕換成了常開觸頭換成了常開觸頭輸出接口輸出接口PLCI0.2I0.5I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7MQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3L3.3.2 可編程控制器的工作過(guò)程 采用采用周期循環(huán)掃描周期循環(huán)掃描的工作方式：的工作方式：l即即CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序和其它任務(wù)，每執(zhí)行完一連續(xù)執(zhí)行用戶程序和其它任務(wù)，每執(zhí)行完一次，再?gòu)念^開始，往復(fù)循環(huán)。次，再?gòu)念^開始，往復(fù)循環(huán)。l任務(wù)循環(huán)執(zhí)行一次所花的時(shí)間稱為一個(gè)任務(wù)循環(huán)執(zhí)行一次所花的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期掃描周期。掃描周期取決于用戶程序的長(zhǎng)短和指令周期。掃描周期取決于用戶程序的長(zhǎng)短和指令周期。l整個(gè)

36、循環(huán)都是在整個(gè)循環(huán)都是在PLC系統(tǒng)程序（操作系統(tǒng)）控制下系統(tǒng)程序（操作系統(tǒng)）控制下進(jìn)行。進(jìn)行。l循環(huán)過(guò)程可以被某些事件中斷。循環(huán)過(guò)程可以被某些事件中斷。l對(duì)對(duì)I/O信號(hào)的處理采用集中采樣、集中輸出的方式信號(hào)的處理采用集中采樣、集中輸出的方式來(lái)完成。來(lái)完成。l循環(huán)過(guò)程中執(zhí)行任務(wù)的先后順序及循環(huán)方式取決于循環(huán)過(guò)程中執(zhí)行任務(wù)的先后順序及循環(huán)方式取決于具體具體PLC的系統(tǒng)程序。的系統(tǒng)程序。8:19:48383.3.2 可編程控制器的工作過(guò)程 西門子西門子S7-200系列系列PLC循環(huán)掃描過(guò)程循環(huán)掃描過(guò)程8:19:4839讀輸入信號(hào)讀輸入信號(hào)上上電初始化電初始化執(zhí)行用戶程序執(zhí)行用戶程序處理通訊請(qǐng)求處理通

37、訊請(qǐng)求寫數(shù)字輸出信號(hào)寫數(shù)字輸出信號(hào)自診斷自診斷讀輸入信號(hào)的過(guò)程讀輸入信號(hào)的過(guò)程：數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入：在每個(gè)掃描周期的開始，：在每個(gè)掃描周期的開始，CPU會(huì)集中讀取會(huì)集中讀取數(shù)字量輸入的當(dāng)前值，并將這些值寫入數(shù)字量輸入的當(dāng)前值，并將這些值寫入輸入映象寄存器輸入映象寄存器。用戶程序讀取的是輸入映象寄存器中的值（直接用戶程序讀取的是輸入映象寄存器中的值（直接I/O指指令除外）。令除外）。模擬量輸入模擬量輸入：l 當(dāng)使能了模擬量輸入濾波功能后，當(dāng)使能了模擬量輸入濾波功能后，S7-200會(huì)在每一個(gè)會(huì)在每一個(gè)掃描周期刷新模擬量、執(zhí)行濾波功能并且在內(nèi)部存儲(chǔ)掃描周期刷新模擬量、執(zhí)行濾波功能并且在內(nèi)部存儲(chǔ)濾波

38、值。當(dāng)用戶程序中訪問(wèn)模擬量輸入時(shí)使用的是這濾波值。當(dāng)用戶程序中訪問(wèn)模擬量輸入時(shí)使用的是這些濾波值。些濾波值。l 如果沒(méi)有使能模擬量輸入濾波，則當(dāng)用戶程序訪問(wèn)模如果沒(méi)有使能模擬量輸入濾波，則當(dāng)用戶程序訪問(wèn)模擬量輸入時(shí)，擬量輸入時(shí)，S7-200直接從擴(kuò)展模塊讀取模擬值。直接從擴(kuò)展模塊讀取模擬值。輸入映像寄存器的狀態(tài)被刷新后，將一直保存，直至下輸入映像寄存器的狀態(tài)被刷新后，將一直保存，直至下一個(gè)循環(huán)才會(huì)被重新刷新，所以當(dāng)輸入采樣階段結(jié)束后，一個(gè)循環(huán)才會(huì)被重新刷新，所以當(dāng)輸入采樣階段結(jié)束后，如果輸入設(shè)備的狀態(tài)發(fā)生變化，也只能在下一個(gè)周期才如果輸入設(shè)備的狀態(tài)發(fā)生變化，也只能在下一個(gè)周期才能被能被PLC接

39、收到。因此，接收到。因此，輸入存在滯后現(xiàn)象輸入存在滯后現(xiàn)象。利用直接。利用直接I/O指令可減少滯后時(shí)間。指令可減少滯后時(shí)間。3.3.2 可編程控制器的工作過(guò)程 西門子西門子S7-200系列系列PLC循環(huán)掃描過(guò)程循環(huán)掃描過(guò)程8:19:4840讀輸入信號(hào)讀輸入信號(hào)上電初始化上電初始化執(zhí)行用戶程序執(zhí)行用戶程序處理通訊請(qǐng)求處理通訊請(qǐng)求寫數(shù)字輸出信號(hào)寫數(shù)字輸出信號(hào)自診斷自診斷執(zhí)行用戶程序的過(guò)程：執(zhí)行用戶程序的過(guò)程：l 在掃描周期的執(zhí)行程序階段，在掃描周期的執(zhí)行程序階段，CPU從頭至尾執(zhí)從頭至尾執(zhí)行應(yīng)用（用戶）程序（按照自上而下、先左后行應(yīng)用（用戶）程序（按照自上而下、先左后右的右的順序）。順序）。在程序

40、或中斷服務(wù)程序中，直接在程序或中斷服務(wù)程序中，直接I/O指令可對(duì)指令可對(duì)I/O點(diǎn)直接進(jìn)行存取，而非直接點(diǎn)直接進(jìn)行存取，而非直接I/O指令則訪問(wèn)的是指令則訪問(wèn)的是I/O映像寄存器。映像寄存器。l 如果在程序中使用了中斷，與中斷事件相關(guān)的如果在程序中使用了中斷，與中斷事件相關(guān)的中斷服務(wù)程序作為程序的一部分被存儲(chǔ)。中斷中斷服務(wù)程序作為程序的一部分被存儲(chǔ)。中斷程序并不作為正常掃描周期的一部分來(lái)執(zhí)行，程序并不作為正常掃描周期的一部分來(lái)執(zhí)行，而是當(dāng)中斷事件發(fā)生時(shí)才執(zhí)行（可能在掃描周而是當(dāng)中斷事件發(fā)生時(shí)才執(zhí)行（可能在掃描周期的任意點(diǎn)）。期的任意點(diǎn)）。l 當(dāng)用戶程序被完全掃描執(zhí)行一遍后，所有的輸當(dāng)用戶程序被完

41、全掃描執(zhí)行一遍后，所有的輸出出映像映像寄存器寄存器都都被依次刷新，系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)被依次刷新，系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)階段。階段。3.3.2 可編程控制器的工作過(guò)程 西門子西門子S7-200系列系列PLC循環(huán)掃描過(guò)程循環(huán)掃描過(guò)程8:19:4941讀輸入信號(hào)讀輸入信號(hào)上電初始化上電初始化執(zhí)行用戶程序執(zhí)行用戶程序處理通訊請(qǐng)求處理通訊請(qǐng)求寫數(shù)字輸出信號(hào)寫數(shù)字輸出信號(hào)自診斷自診斷處理通訊請(qǐng)求的過(guò)程：處理通訊請(qǐng)求的過(guò)程：l 在掃描周期的通訊請(qǐng)求處理階段，在掃描周期的通訊請(qǐng)求處理階段，CPU處理從通訊處理從通訊端口或者智能端口或者智能I/O模塊接收到的任何信息。模塊接收到的任何信息。執(zhí)行自診斷測(cè)試的過(guò)程：執(zhí)行自診斷測(cè)

42、試的過(guò)程：l 在掃描周期的在掃描周期的CPU自自診斷階段診斷階段，S7-200 CPU對(duì)操作對(duì)操作系統(tǒng)系統(tǒng)EEPROM 、用戶、用戶程序存儲(chǔ)區(qū)以及程序存儲(chǔ)區(qū)以及 I/O 模塊模塊狀態(tài)狀態(tài)是否正常是否正常進(jìn)行檢查。進(jìn)行檢查。寫數(shù)字輸出的過(guò)程：寫數(shù)字輸出的過(guò)程：l 在每個(gè)掃描周期的結(jié)尾，在每個(gè)掃描周期的結(jié)尾，CPU把存儲(chǔ)在輸出映象寄把存儲(chǔ)在輸出映象寄存器中的數(shù)據(jù)（輸出信號(hào)）寫到存器中的數(shù)據(jù)（輸出信號(hào)）寫到輸出鎖存器輸出鎖存器，并通，并通過(guò)數(shù)字輸出端驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。輸出鎖存器一直將輸過(guò)數(shù)字輸出端驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。輸出鎖存器一直將輸出狀態(tài)保持到下一個(gè)循環(huán)周期出狀態(tài)保持到下一個(gè)循環(huán)周期。l 模擬模擬量輸出直接

43、刷新，與掃描周期量輸出直接刷新，與掃描周期無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。3.3.1 PLC的等效電路西門子西門子S7-200系列系列PLC循環(huán)掃描過(guò)程示意圖循環(huán)掃描過(guò)程示意圖42I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7MSF1-SF2DC24VQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3I0.2Q0.0I0.5Q0.0-QA1LMAC220V輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸入接口輸入接口 輸入映輸入映像寄存像寄存器器用戶用戶程序程序(梯形圖程序梯形圖程序)輸出接口輸出接口輸出設(shè)備輸出設(shè)備停止停止起動(dòng)起動(dòng)I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5讀輸入階段讀輸入階段Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3輸出映像輸出

44、映像寄存器寄存器Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3輸出鎖輸出鎖存器存器執(zhí)行用戶程序階段執(zhí)行用戶程序階段寫數(shù)字輸出階段寫數(shù)字輸出階段讀輸入讀輸入執(zhí)行用戶程序執(zhí)行用戶程序?qū)憯?shù)字輸出階段寫數(shù)字輸出階段處理通訊請(qǐng)求處理通訊請(qǐng)求自診斷自診斷1010 11101I0.6I0.700(I0.2+Q0.0)I0.5Q0.0M3M311000L3.4.1 可編程控制器的可編程控制器的I/O模塊模塊3.4.2 可編程控制器的配置（自學(xué)）可編程控制器的配置（自學(xué)）8:19:49433.4 可編程控制器的硬件基礎(chǔ)整體式整體式PLC的各部分集成在一個(gè)殼體里。的各部分集成在一個(gè)殼體里。模塊式模塊式PLC各部分做成模塊式（積

45、木式），除了各部分做成模塊式（積木式），除了電源模塊、電源模塊、CPU模塊是必需的，其它模塊可根據(jù)模塊是必需的，其它模塊可根據(jù)需要選取并通過(guò)總線等組合在一起。模塊式需要選取并通過(guò)總線等組合在一起。模塊式PLC包括：包括：l電源模塊電源模塊lCPU模塊模塊lI/O模塊模塊l特殊功能模塊（如位置檢測(cè)模塊、稱重模塊、計(jì)數(shù)特殊功能模塊（如位置檢測(cè)模塊、稱重模塊、計(jì)數(shù)模塊，測(cè)溫模塊、以太網(wǎng)通信模塊等）模塊，測(cè)溫模塊、以太網(wǎng)通信模塊等）l接口模塊（用于擴(kuò)展機(jī)架）等接口模塊（用于擴(kuò)展機(jī)架）等8:19:50443.4 可編程控制器的硬件基礎(chǔ)模塊式模塊式PLC的一般結(jié)構(gòu)的一般結(jié)構(gòu)8:19:5045CPUFlas

46、hRAM通信端口通信端口和芯片和芯片CPUFlashRAM邏輯電路邏輯電路寄存器寄存器繼電器繼電器背板總線背板總線硬硬件件CPU模塊模塊通信模塊通信模塊I/O模塊模塊操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)背板總線驅(qū)動(dòng)程序背板總線驅(qū)動(dòng)程序用戶程序用戶程序操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)背板總線驅(qū)動(dòng)程序背板總線驅(qū)動(dòng)程序通信驅(qū)動(dòng)程序通信驅(qū)動(dòng)程序軟軟件件3.4 可編程控制器的硬件基礎(chǔ)PLC硬件組成實(shí)例硬件組成實(shí)例8:19:5146西門子西門子S7-315-2 DP PLC電源模塊CPU模塊DI模塊DO模塊3.4.1 可編程控制器的I/O模塊I/O模塊：用于輸入模塊：用于輸入/輸出信號(hào)并能與輸出信號(hào)并能與CPU模塊通模塊通信，需要時(shí)可對(duì)信號(hào)

47、進(jìn)行各種調(diào)理（如信號(hào)電平信，需要時(shí)可對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種調(diào)理（如信號(hào)電平轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、濾波、電氣隔離等轉(zhuǎn)換、濾波、電氣隔離等等）。等）。l輸入模塊輸入模塊數(shù)字量輸入（數(shù)字量輸入（DI）模塊：輸入數(shù)字信號(hào)或開關(guān)信號(hào)）模塊：輸入數(shù)字信號(hào)或開關(guān)信號(hào)模擬量輸入（模擬量輸入（AI）模塊：輸入模擬信號(hào)）模塊：輸入模擬信號(hào)l輸出模塊輸出模塊數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出（DO）模塊：輸出模塊：輸出數(shù)字信號(hào)或開關(guān)信號(hào)數(shù)字信號(hào)或開關(guān)信號(hào)模擬量輸出（模擬量輸出（AI）模塊：輸出模擬信號(hào)模塊：輸出模擬信號(hào)l輸入輸出模塊輸入輸出模塊數(shù)字量輸入輸出（數(shù)字量輸入輸出（DIO）模塊）模塊模擬量輸入輸出（模擬量輸

48、入輸出（AIO）模塊）模塊8:19:51473.4.1 可編程控制器的I/O模塊模塊式模塊式I/O單元實(shí)物圖片單元實(shí)物圖片8:19:5148SM321DI 32DC24VSM322 DO 32DC24V/0.5ASM331 AI 812BitSM332 AO 412Bit3.4.2 可編程控制器的配置PLC的品種繁多，其結(jié)構(gòu)型式、性能、容量、指令系的品種繁多，其結(jié)構(gòu)型式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價(jià)格等各有自已的特點(diǎn)，適用場(chǎng)合也統(tǒng)、編程方法、價(jià)格等各有自已的特點(diǎn)，適用場(chǎng)合也各有側(cè)重。站在硬件選型的角度，首先需要考慮的是各有側(cè)重。站在硬件選型的角度，首先需要考慮的是設(shè)備容量與性能是否與任務(wù)

49、相適應(yīng)；其次要看設(shè)備容量與性能是否與任務(wù)相適應(yīng)；其次要看PLC運(yùn)運(yùn)行速度是否能夠滿足實(shí)時(shí)控制的要求。行速度是否能夠滿足實(shí)時(shí)控制的要求。所謂設(shè)備容量，主要是指系統(tǒng)所謂設(shè)備容量，主要是指系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)的多少以及擴(kuò)點(diǎn)數(shù)的多少以及擴(kuò)充的能力。對(duì)于純開關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，如果對(duì)控充的能力。對(duì)于純開關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，如果對(duì)控制速度的要求不高，比如單臺(tái)機(jī)械的自動(dòng)控制，可選制速度的要求不高，比如單臺(tái)機(jī)械的自動(dòng)控制，可選用小型用小型PLC（如（如S7-200/1200系列）。系列）。對(duì)于比較復(fù)雜，控制功能要求較高的系統(tǒng)（如需要對(duì)于比較復(fù)雜，控制功能要求較高的系統(tǒng)（如需要PID調(diào)節(jié)、位置控制、高速計(jì)數(shù)、通信連網(wǎng)

50、等功能時(shí)，調(diào)節(jié)、位置控制、高速計(jì)數(shù)、通信連網(wǎng)等功能時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用中、大型應(yīng)當(dāng)選用中、大型PLC（如（如S7-300/400系列系列 ）。）。8:19:51493.5.1 系統(tǒng)監(jiān)控程序系統(tǒng)監(jiān)控程序3.5.2 用戶應(yīng)用程序用戶應(yīng)用程序8:19:51503.5 可編程控制器的軟件基礎(chǔ) PLC是一種通用的、商業(yè)化的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是一種通用的、商業(yè)化的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，與個(gè)人計(jì)算機(jī)相仿與個(gè)人計(jì)算機(jī)相仿，其軟件分為，其軟件分為系統(tǒng)系統(tǒng)程序（或稱程序（或稱系統(tǒng)監(jiān)控程序）系統(tǒng)監(jiān)控程序）和和用戶用戶程序程序。系統(tǒng)程序類似于。系統(tǒng)程序類似于PC機(jī)中的操作系統(tǒng)，用戶程序必須在系統(tǒng)程序的管機(jī)中的操作系統(tǒng)，用戶程序必須在

51、系統(tǒng)程序的管理下才能運(yùn)行。理下才能運(yùn)行。8:19:5251返回3.5.1 系統(tǒng)監(jiān)控程序 系統(tǒng)監(jiān)控程序執(zhí)行過(guò)程分為以下幾部分：系統(tǒng)監(jiān)控程序執(zhí)行過(guò)程分為以下幾部分：l初始化；初始化；lCPU自診斷；自診斷； l通信信息處理；通信信息處理；l輸入刷新；輸入刷新；l執(zhí)行用戶程序；執(zhí)行用戶程序；l輸出刷新；輸出刷新；l外部設(shè)備服務(wù)等。外部設(shè)備服務(wù)等。 上述任務(wù)的執(zhí)行步驟取決于具體的上述任務(wù)的執(zhí)行步驟取決于具體的PLC。參見(jiàn)前。參見(jiàn)前述述S7-200的工作過(guò)程。的工作過(guò)程。8:19:52523.5.1 系統(tǒng)監(jiān)控程序初始化初始化：作用是清零各個(gè)標(biāo)志寄存器，清零輸入、輸：作用是清零各個(gè)標(biāo)志寄存器，清零輸入、輸

52、出映像寄存器，清零各計(jì)數(shù)器，復(fù)位定時(shí)器等，為出映像寄存器，清零各計(jì)數(shù)器，復(fù)位定時(shí)器等，為PLC開始正常工作開始正常工作“清理現(xiàn)場(chǎng)清理現(xiàn)場(chǎng)”。CPU自診斷自診斷：自診斷主要包括檢查電源電壓是否正常，：自診斷主要包括檢查電源電壓是否正常，I/O單元的連接是否正常，用戶程序是否存在語(yǔ)法錯(cuò)單元的連接是否正常，用戶程序是否存在語(yǔ)法錯(cuò)誤，對(duì)監(jiān)控定時(shí)器定期復(fù)位等。誤，對(duì)監(jiān)控定時(shí)器定期復(fù)位等。 通信信息處理通信信息處理：這個(gè)階段：這個(gè)階段PLC要完成與網(wǎng)絡(luò)及總線上要完成與網(wǎng)絡(luò)及總線上其它設(shè)備的通信任務(wù)，包括與其它設(shè)備的通信任務(wù)，包括與PLC、計(jì)算機(jī)、智能、計(jì)算機(jī)、智能I/O模塊、數(shù)字處理器（模塊、數(shù)字處理器（

53、DPU）等設(shè)備之間的信息交）等設(shè)備之間的信息交換。換。 外部設(shè)備服務(wù)外部設(shè)備服務(wù)：PLC在這個(gè)階段與外部設(shè)備交換信息，在這個(gè)階段與外部設(shè)備交換信息，包括編程器、圖形監(jiān)視器（監(jiān)控設(shè)備）、打印機(jī)等。包括編程器、圖形監(jiān)視器（監(jiān)控設(shè)備）、打印機(jī)等。 8:19:52533.5.2 用戶應(yīng)用程序 用戶程序用戶程序是由用戶編寫的，能夠完成系統(tǒng)控制任務(wù)的是由用戶編寫的，能夠完成系統(tǒng)控制任務(wù)的指令序列。不同廠家的指令序列。不同廠家的PLC會(huì)提供不同的指令集，會(huì)提供不同的指令集，但但基本的編程元素和編程形式有許多共同基本的編程元素和編程形式有許多共同之之處，目前基處，目前基本符合本符合IEC 61131.3 可編

54、程控制器可編程控制器 第第3部分：編程語(yǔ)部分：編程語(yǔ)言言。1. PLC的編程元素的編程元素lPLC的的編程元素編程元素是構(gòu)成是構(gòu)成PLC程序的元素，因所采用的編程序的元素，因所采用的編程語(yǔ)言不同而異。如梯形圖語(yǔ)言中的電源軌線、鏈接元程語(yǔ)言不同而異。如梯形圖語(yǔ)言中的電源軌線、鏈接元素、觸點(diǎn)、線圈等。詳細(xì)第素、觸點(diǎn)、線圈等。詳細(xì)第5章介紹。章介紹。8:19:52543.5.2 用戶應(yīng)用程序2. PLC的編程語(yǔ)言的編程語(yǔ)言PLC的編程語(yǔ)言的編程語(yǔ)言有多種有多種，不同的，不同的PLC廠家支持的編程語(yǔ)言廠家支持的編程語(yǔ)言有所不同。分為有所不同。分為兩大類：一是用文字符號(hào)來(lái)表達(dá)兩大類：一是用文字符號(hào)來(lái)表達(dá)

55、程序，稱程序，稱為為文本語(yǔ)言文本語(yǔ)言；二；二是用圖形符號(hào)來(lái)表達(dá)是用圖形符號(hào)來(lái)表達(dá)程序，稱為程序，稱為圖形語(yǔ)言圖形語(yǔ)言。GB/T 15969.3-2005/IEC 61131-3:2002定義了五定義了五種種編程語(yǔ)言編程語(yǔ)言l文本文本語(yǔ)言語(yǔ)言結(jié)構(gòu)文本（結(jié)構(gòu)文本（Structured Text，ST）語(yǔ)言）語(yǔ)言指令表（指令表（Instruction List，IL）語(yǔ)言）語(yǔ)言l圖形語(yǔ)言圖形語(yǔ)言梯形圖梯形圖（Ladder Diagram，LD）語(yǔ)言）語(yǔ)言功能功能塊圖（塊圖（Function Block Diagram，F(xiàn)BD）語(yǔ)言）語(yǔ)言順序順序功能圖（功能圖（Sequential Function

56、Chart，SFC） 8:19:52553.5.2 用戶應(yīng)用程序IEC 61131-3:2002定義定義的五的五種種PLC編程語(yǔ)言編程語(yǔ)言梯形圖（梯形圖（LD）語(yǔ)言）語(yǔ)言：用梯形圖表示：用梯形圖表示PLC系統(tǒng)應(yīng)用程序系統(tǒng)應(yīng)用程序的圖形編程語(yǔ)言。圖形符號(hào)（圖形指令）采用觸點(diǎn)、的圖形編程語(yǔ)言。圖形符號(hào)（圖形指令）采用觸點(diǎn)、線圈和方框，類似于繼電線圈和方框，類似于繼電-接觸器控制電路的梯形邏輯接觸器控制電路的梯形邏輯圖。特別適合于二進(jìn)制邏輯運(yùn)算編程。西門子稱圖。特別適合于二進(jìn)制邏輯運(yùn)算編程。西門子稱之為之為梯形梯形邏輯（邏輯（LADLadder logic）語(yǔ)言）語(yǔ)言。功能塊圖（功能塊圖（FBD）語(yǔ)

57、言）語(yǔ)言：用功能塊圖表示：用功能塊圖表示PLC系統(tǒng)應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)用程序的圖形編程語(yǔ)言。用程序的圖形編程語(yǔ)言。采用數(shù)字電路的邏輯運(yùn)算圖采用數(shù)字電路的邏輯運(yùn)算圖形符號(hào)形符號(hào)編程編程。特別適合于。特別適合于二進(jìn)制邏輯運(yùn)算編程。二進(jìn)制邏輯運(yùn)算編程。指令表指令表（IL）語(yǔ)言）語(yǔ)言：用文本指令表示：用文本指令表示PLC系統(tǒng)應(yīng)用程系統(tǒng)應(yīng)用程序的文本編程語(yǔ)言。指令采用助記符，類似于匯編語(yǔ)序的文本編程語(yǔ)言。指令采用助記符，類似于匯編語(yǔ)言。西門子稱言。西門子稱之之為為語(yǔ)句表（語(yǔ)句表（STLStatement List）語(yǔ)）語(yǔ)言言。適合于機(jī)器級(jí)編程。適合于機(jī)器級(jí)編程。8:19:52563.5.2 用戶應(yīng)用程序IEC 61131-3:2002定義的五種定義的五種PLC編程語(yǔ)言編程語(yǔ)言結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)文本（文本（ST）語(yǔ)言）語(yǔ)言：用賦值、子程序控制、選擇和：用賦值、子程序控制、選擇和迭代語(yǔ)句表示迭代語(yǔ)句表示PLC系統(tǒng)應(yīng)用程序的文本編程語(yǔ)言系統(tǒng)應(yīng)用程序的文本編程語(yǔ)言。是。是一一種高級(jí)編程語(yǔ)言，編程結(jié)構(gòu)種高級(jí)編程語(yǔ)言，編程結(jié)構(gòu)類似于類似于Pascal語(yǔ)言。語(yǔ)言。適適合于復(fù)雜算法合于復(fù)雜算法的編程的編程。西門子西門子稱稱之之為為結(jié)構(gòu)化控制語(yǔ)言結(jié)構(gòu)化控制語(yǔ)言（SCLStructured Control Language）。順序功能圖（順序功能圖（SFC）：用步和轉(zhuǎn)換表示：用步和轉(zhuǎn)換表示PLC系統(tǒng)系統(tǒng)應(yīng)用應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)的程序結(jié)構(gòu)的