S7plc編程與應用第一章

后一頁返回S7-200PLC編程及應用安徽理工大學電氣工程系2/4/20231第一章概述1.1可編程序控制器的由來1.2可編程序控制器的特點1.3可編程控制器的應用領域1.4可編程序控制器的發(fā)展趨勢第1章概述2/4/20232第一章概述后一頁返回1.1可編程序控制器的由來

當前用于工業(yè)控制的計算機可分為幾類，如可編程序控制器、基于PC總線的工業(yè)控制計算機、基于單片機的測控裝置、用于模擬量閉環(huán)控制的可編程調(diào)節(jié)器、集散控制系統(tǒng)(DCS)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)等?？删幊绦蚩刂破魇菓妹孀顝V、功能強大、使用方便的通用工業(yè)控制裝置，它已經(jīng)成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。2/4/20233第一章概述后一頁前一頁

可編程序控制器(ProgrammableController)本來應簡稱為PC，為了與個人計算機(PersonalComputer)的簡稱PC相區(qū)別，一般將它簡稱為PLC(ProgrammableLogicController)。

國際電工委員會(IEC)在1985年的可編程序控制器標準草案第3稿中，對可編程序控制器作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計?！?/4/20234第一章概述后一頁前一頁

可編程序控制器的產(chǎn)生和發(fā)展與繼電器控制系統(tǒng)有很大的關系。繼電器控制系統(tǒng)已有上百年的應用歷史，它是一種用弱電信號控制強電的電力控制系統(tǒng)。在復雜的繼電器控制系統(tǒng)中，故障的查找和排除是非常困難的，可能會花費大量時間，嚴重地影響生產(chǎn)。如果工藝要求發(fā)生變化，控制柜內(nèi)的元件和接線需要作相應的變動，這種改造的工期長、費用高，以至于有的用戶寧愿扔掉舊的控制柜，另外制作一臺新的控制柜。現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求作出迅速的反應，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質量的產(chǎn)品。為了滿足這一要求，生產(chǎn)設備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性，這就需要尋求一種新的控制裝置來取代老式的繼電器控制系統(tǒng)，使電氣控制系統(tǒng)的工作更加可靠、更容易維修、更能適應經(jīng)常變動的工藝條件?？删幊绦蚩刂破髡琼槕@一要求出現(xiàn)的。

2/4/20235第一章概述后一頁前一頁

1968年，美國最大的汽車制造廠家—通用汽車公司(GM)提出了研制可編程序控制器的基本設想，即

(1)能用于工業(yè)現(xiàn)場。(2)能改變其控制“邏輯”，而不需要變動組成它的元件和修改內(nèi)部接線。(3)出現(xiàn)故障時易于診斷和維修。

可編程序控制器的推廣應用在我國得到了迅猛的發(fā)展，它已經(jīng)大量地應用在各種新設備中，各行各業(yè)也涌現(xiàn)出大批應用可編程序控制器改造設備的成果。了解可編程序控制器的工作原理，具備設計、調(diào)試和維護可編程序控制器控制系統(tǒng)的能力，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)對電氣技術人員和工科學生的基本要求。返回2/4/20236第一章概述返回后一頁前一頁1.2可編程序控制器的特點1.編程方法簡單易學

2．功能強，性能價格比高3．硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強4．可靠性高，抗干擾能力強5.系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量少。6．維修工作量小，維修方便7．體積小，能耗低2/4/20237第一章概述返回后一頁前一頁

1.編程方法簡單易學

梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似。梯形圖語言形象直觀，易學易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。

梯形圖語言實際上是一種面向用戶的高級語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖程序時，用解釋程序將它“翻譯”成匯編語言后再去執(zhí)行。

2/4/20238第一章概述返回后一頁前一頁

一臺小型可編程序控制器內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現(xiàn)非常復雜的控制功能；與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價格比?？删幊绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。

2．功能強，性能價格比高2/4/20239第一章概述后一頁前一頁

可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破鞯陌惭b接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線?？删幊绦蚩刂破饔休^強的帶負載能力、可以直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應工藝條件的變化3．硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強返回2/4/202310第一章概述后一頁前一頁

傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障。可編程序控制器用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10～1／100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少?？删幊绦蚩刂破鞑扇×艘幌盗杏布蛙浖垢蓴_措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，可編程序控制器已被廣大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設備之一。4．可靠性高，抗干擾能力強返回2/4/202311第一章概述

可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少?？删幊绦蚩刂破鞯奶菪螆D程序一般采用順序控制設計法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多?？删幊绦蚩刂破鞯挠脩舫绦蚩梢栽趯嶒炇夷M調(diào)試，輸入信號用小開關來模擬，通過可編程序控制器上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。5.系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量少。返回2/4/202312第一章概述6．維修工作量小，維修方便

可編程序控制器的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能?？删幊绦蚩刂破骰蛲獠康妮斎胙b置和執(zhí)行機構發(fā)生故障時，可以根據(jù)可編程序控制器上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。7．體積小，能耗低

對于復雜的控制系統(tǒng)，使用可編程序控制器后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型可編程序控制器的體積僅相當于幾個繼電器的大小，因此可將開關柜的體積縮小到原來的1／2～1／10。可編程序控制器的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時，加上開關柜體積的縮小，可以節(jié)省大量的費用。返回2/4/202313第一章概述1．3可編程序控制器的應用領域1．數(shù)字量邏輯控制2．運動控制

3．閉環(huán)過程控制

4．數(shù)據(jù)處理

5．通信聯(lián)網(wǎng)

返回2/4/202314第一章概述1．數(shù)字量邏輯控制

可編程序控制器具有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，可以實現(xiàn)觸點和電路的串、并聯(lián)，代替繼電器進行組合邏輯控制、定時控制與順序邏輯控制。數(shù)字量邏輯控制可以用于單臺設備，也可以用于自動生產(chǎn)線，其應用領域已遍及各行各業(yè)，甚至深入到家庭。

2．運動控制

可編程序控制器使用專用的運動控制模塊，對直線運動或圓周運動的位置、速度和加速度進行控制，可實現(xiàn)單軸、雙軸、3軸和多軸位置控制，使運動控制與順序控制功能有機地結合在一起?？删幊绦蚩刂破鞯倪\動控制功能廣泛地用于各種機械，如金屬切削機床、金屬成形機械、裝配機械、機器人、電梯等場合。

返回2/4/202315第一章概述3．閉環(huán)過程控制

過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制?？删幊绦蚩刂破魍ㄟ^模擬量I／0模塊，實現(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A／D轉換和D／A轉換，并對模擬量實行閉環(huán)PID(比例-積分—微分)控制?，F(xiàn)代的大中型可編程序控制器一般都有PID閉環(huán)控制功能，這一功能可以用PID子程序或專用的PID模塊來實現(xiàn)。其PID閉環(huán)控制功能已經(jīng)廣泛地應用于塑料擠壓成形機、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設備，以及輕工、化工、機械、冶金、電力、建材等行業(yè)。

返回2/4/202316第一章概述后一頁前一頁2/4/202317第一章概述后一頁前一頁2/4/202318第一章概述4．數(shù)據(jù)處理

現(xiàn)代的可編程序控制器具有數(shù)學運算(包括四則運算、矩陣運算、函數(shù)運算、字邏輯運算以及求反、循環(huán)、移位、浮點數(shù)運算等)、數(shù)據(jù)傳送、轉換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與儲存在存儲器中的參考值比較，也可以用通信功能傳送到別的智能裝置，或者將它們打印制表。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人柔性制造系統(tǒng)，也可以用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。返回2/4/202319第一章概述5．通信聯(lián)網(wǎng)

可編程序控制器的通信包括主機與遠程I／O之間的通信、多臺可編程序控制器之間的通信、可編程序控制器和其他智能控制設備(如計算機、變頻器、數(shù)控裝置)之間的通信?？删幊绦蚩刂破髋c其他智能控制設備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。

必須指出，并不是所有的可編程序控制器都具有上述全部功能，有些小型可編程序控制器只具有上述的部分功能，但是價格較低。

返回2/4/202320第一章概述1．4可編程序控制器的發(fā)展趨勢1．4．1向高性能、高速度、大容量發(fā)展

1．4．2大力發(fā)展微型可編程序控制器1．4．3大力開發(fā)智能型I/O模塊和分布式I/O子系統(tǒng)

1．4．4基于個人計算機的編程軟件取代手持式編程器

1．4．5可編程序控制器編程語言的標準化1．4．6可編程序控制器通信的易用化和“傻瓜化”

1．4．7可編程序控制器的軟件化與PC化

1．4．8組態(tài)軟件引發(fā)的上位計算機編程革命

1．4．9可編程序控制器與現(xiàn)場總線相結合

返回2/4/202321第一章概述1．4．1向高性能、高速度、大容量發(fā)展

大型可編程序控制器大多采用多CPU結構，不斷地向高性能、高速度和大容量方向發(fā)展。三菱的AnA系列可編程序控制器使用了世界上第一個在一塊芯片上實現(xiàn)可編程序控制器全部功能的32位微處理器，即順序控制專用芯片，其掃描時間為0．15us每條基本指令。松下公司的FPl0SH系列可編程序控制器采用32位5級流水線RISC結構的CPU，可以同時處理5條指令，順序指令的執(zhí)行速度高達0．04us／步，高級功能指令的執(zhí)行速度也有很大的提高。在有2個通信接口、256個I／O點的情況下，F(xiàn)Pl0SH總的掃描時間為0．27～0．42ms。

在模擬量控制方面，除了專門用于模擬量閉環(huán)控制的PID指令和智能PID模塊，某些可編程序控制器還具有模糊控制、自適應、參數(shù)自整定功能，使調(diào)試時間減少，控制精度提高。

返回2/4/202322第一章概述1．4．2大力發(fā)展微型可編程序控制器

微型可編程序控制器的價格便宜，性能價格比不斷提高，很適合于單機自動化或組成分布式控制系統(tǒng)。西門子公司的LOGO1通用邏輯模塊是主要面向民用的超小型、一體化的可編程序控制器，它采用整體式結構，價格便宜，體積小巧，集成了控制功能、實時時鐘和操作顯示單元，可用裝置面板上的小型液晶顯示屏和6個鍵來編程。也有一些沒有操作顯示單元的模塊。

LOGO1使用功能塊圖(FBD)編程語言，有在個人計算機上運行的Windows95／NT編程軟件。

返回2/4/202323第一章概述

LOGO1可供家用、民用和工業(yè)控制，也可以直接安裝在現(xiàn)場。它可用于：

(1)樓宇自動化。如樓梯照明、室外照明或商店櫥窗的照明，自動門、空調(diào)、窗簾、百葉窗、窗戶控制系統(tǒng)，閘門和保安系統(tǒng)。(2)家庭自動化。如家用電器的開關控制。(3)商業(yè)領域。停車場、倉庫、加油站、酒店的設備控制。(4)公共場合。機場、火車站、醫(yī)院、道路交通燈的控制。(5)農(nóng)業(yè)。農(nóng)場、暖房或溫室、動物飼養(yǎng)的溫度控制、定時澆水。(6)工業(yè)自動化?？捎糜谛⌒蜋C械設備和開關柜，如通風系統(tǒng)或雨水泵等。集成有AS-i(執(zhí)行器傳感器總線)通信接口的模塊可接入AS-i總線網(wǎng)絡，以實現(xiàn)對現(xiàn)場設備和過程的集中控制?？蛇x用電源電壓分別為DC12V／24V和AC230V的LOGO1模塊。標準型為6輸入／4輸出(72mmX90mmX55mm)，加長型和AS-i總線型為12輸入／8輸出(126mmX90mmX55mm)。通過總線，系統(tǒng)能進一步連接4輸入和4輸出。繼電器輸出型的最大輸出電流為10A，晶體管輸出型的最大輸出電流為0.3A。返回2/4/202324第一章概述1．4．3大力開發(fā)智能型I/O模塊和分布式I/O子系統(tǒng)

智能I／O模塊是以微處理器和存儲器為基礎的功能部件，它們的CPU與可編程序控制器的主CPU并行工作，占用主CPU的時間很少，有利于提高可編程序控制器的掃描速度。它們本身就是一個小的微型計算機系統(tǒng)，有很強的信息處理能力和控制功能，有的模塊甚至可以自成系統(tǒng)，單獨工作。它們可以完成可編程序控制器的主CPU難以兼顧的功能，簡化了某些控制領域的系統(tǒng)設計和編程，提高了可編程序控制器的適應性和可靠性。智能I／O模塊主要有模擬量I／O、高速計數(shù)輸入、中斷輸入、機械運動控制、熱電偶輸入、熱電阻輸入、條形碼閱讀器、多路BCD碼輸入／輸出、模糊控制器、PID回路控制、通信等模塊。返回2/4/202325第一章概述

西門子公司的ET200是基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的分布式I／O控制系統(tǒng)。它分為以下幾個子系列：(1)ET200S。分布式I／O系統(tǒng)，特別適用于需要電動機起動器和安全裝置的開關柜。一個站最多可接64個子模塊，模塊種類豐富，有帶通信功能的電動機起動器和集成的安全防護系統(tǒng)(適用于機床及重型機械行業(yè))，集成有光纖接口。(2)ET200X。高防護等級的模塊化系統(tǒng)，功能相當于S7-300可編程序控制器的CPU314，可以連接電動機起動器、氣動控制元件以及變頻器，有氣動模塊和氣動接口，實現(xiàn)了機、電、氣動一體化?？芍苯影惭b在機器上，節(jié)省開關柜的投資。集成的電動機起動器可實現(xiàn)異步電動機的單向或可逆起動，可直接連接5．5kW以下的電動機，節(jié)省動力電纜，饋電電纜最大電流可達40A，一個站可帶6個電動機起動器。返回2/4/202326第一章概述

(3)ET200L。小巧經(jīng)濟的分布式I／O，分為3種：

ET200L：整體式單元，不可擴展，只有開關量I／O模塊。

ET200L-SC：整體式單元，可以通過SmartConnect(靈活連接系統(tǒng))擴展開關量、模擬量模塊，最多可以擴展8塊。

ET200L-SCIM-SC：完全模塊化的靈活連接系統(tǒng)，最多可以擴展16塊模塊。(4)ET200M。模塊化的分布式I／O，采用S7-300全系列模塊，最多可擴展8個模塊，可以連接256個I／O通道，適用于大點數(shù)、高性能的應用。它有支持HART協(xié)議的模塊，可將HART儀表接入現(xiàn)場總線。它具有集成的模塊診斷功能，可實現(xiàn)熱插拔功能，提供與S7-400H系統(tǒng)相連的冗余接口模塊和IMl53-2集成光纖接口。(5)ET200B。整體式的一體化分布式I／O，有交流或直流的開關量I／O模塊和模擬量I／O模塊，具有模塊診斷功能，總線傳輸速率可達12Mbps。返回2/4/202327第一章概述1．4．4基于個人計算機的編程軟件取代手持式編程器

在可編程序控制器發(fā)展的初期，使用專用編程器來編程。小型可編程序控制器使用價格較便宜、攜帶方便的手持式編程器，大中型可編程序控制器則使用以小CRT作為顯示器的便攜式編程器。專用編程器只能對某一廠家的某些產(chǎn)品編程，使用范圍有限。由于可編程序控制器的更新?lián)Q代很快，致使專用編程器的使用壽命短、價格高、使用范圍窄。隨著計算機的日益普及，越來越多的用戶使用基于個人計算機的編程軟件。目前有的可編程序控制器廠商或經(jīng)銷商向用戶提供免費的或限時試用的編程軟件，有的編程軟件可通過修改計算機實時時鐘的日期來解決限時的問題。幾乎不需要什么費用，用戶就可以得到高性能的可編程序控制器程序開發(fā)系統(tǒng)。對于不同廠家和不同型號的可編程序控制器，只需要更換編程軟件就可以了。當前筆記本電腦和移動式電腦的價格已降到數(shù)千元，為在現(xiàn)場調(diào)試時使用編程軟件提供了物質條件。返回2/4/202328第一章概述

編程軟件可以對可編程序控制器控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設置硬件的結構和參數(shù)，例如設置各框架各個插槽上模塊的型號、模塊的參數(shù)、各串行通信接口的參數(shù)等。在屏幕上可以直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和／順序功能圖程序，并可以實現(xiàn)不同編程語言的相互轉換。程序被編譯后下載到可編程序控制器，也可以將可編程序控制器內(nèi)的程序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡或Modem卡，還可以實現(xiàn)遠程編程和傳送。編程軟件的調(diào)試和監(jiān)控功能遠遠超過手持式編程器，例如在調(diào)試時可以設置執(zhí)行用戶程序的掃描次數(shù)，有的編程軟件可以在調(diào)試程序時設置斷點，有的有采樣跟蹤功能，用戶可以周期性地有選擇地保存若干編程元件的歷史數(shù)據(jù)，并可以將數(shù)據(jù)上傳后存為文件。返回2/4/202329第一章概述

通過與可編程序控制器通信，可以在梯形圖中顯示觸點的通斷和線圈的通電情況，查找復雜電路的故障非常方便?，F(xiàn)在有的廠商已將基于PC的編程軟件作為可編程序控制器首選的編程方法，如西門子公司通過贈送光盤或中文網(wǎng)站下載的方法，向用戶提供用于S7-200系列PLC的編程軟件相應的漢化軟件，可試用60天，相應的漢化軟件可將編程軟件的界面和HELP文件漢化。S7-200系列的用戶手冊中只介紹了編程軟件，沒有介紹手持式編程器。返回2/4/202330第一章概述1．4．5可編程序控制器編程語言的標準化

與個人計算機相比，可編程序控制器的硬件、軟件的體系結構都是封閉的而不是開放的。在硬件方面，各廠家的CPU模塊和I／O模塊互不通用，通信網(wǎng)絡和通信協(xié)議往往也是專用的。各廠家的可編程序控制器的編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表達方式也不一致，有的甚至有相當大的差異，因此各廠家的可編程序控制器互不兼容。為了解決這一問題，IEC(國際電工委員會)制定了可編程序控制器標準(IECll31)，其中的第3部分(IECll31—3)是可編程序控制器的編程語言標準。標準中共有五種編程語言，其中的順序功能圖(SFC)是一種結構塊控制程序流程圖，梯形圖和功能塊圖是兩種圖形語言，還有兩種文字語言——指令表和結構文本。除了提供幾種編程語言供用戶選擇外，標準還允許編程者在同一程序中使用多種編程語言，這使編程者能夠選擇不同的語言來適應特殊的工作。返回2/4/202331第一章概述

目前已有越來越多的工控產(chǎn)品廠商推出了符合IECll31—3標準的可編程序控制器指令系統(tǒng)或在PC(個人計算機)上運行的軟件包(軟件PLC)。如西門子公司的STEP7-Micro／WIN32編程軟件給用戶提供了兩套指令集，一套符合IECll31-3標準，另一套指令集(SIMATIC指令集)中的大多數(shù)指令也符合IECll31-3標準。Schneider公司的PL7Micro軟件提供了符合IECll31-3標準的指令表、梯形圖和Grafcet(順序功能圖)編程語言。該公司已作出規(guī)劃，準備以個人計算機為基礎，在Windows平臺上開發(fā)符合IECll31—3標準的全新一代開放體系結構的可編程序控制器。返回2/4/202332第一章概述1．4．6可編程序控制器通信的易用化和“傻瓜化”

可編程序控制器的通信聯(lián)網(wǎng)功能使它能與個人計算機和其他智能控制設備交換數(shù)字信息，使系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散控制和集中管理。通過雙絞線、同軸電纜或光纖聯(lián)網(wǎng)，信息可以傳送到幾十公里遠的地方，通過Modem和互聯(lián)網(wǎng)可以與世界上其他地方的計算機裝置通信。目前有的廠商的可編程序控制器使用專用的通信協(xié)議來通信，或使用有較多廠商支持的通信協(xié)議和通信標準，如使用現(xiàn)場總線。返回2/4/202333第一章概述

為了盡量減少用戶在通信編程方面的負擔，可編程序控制器廠商做了大量的工作，使設備之間的通信自動地周期性地進行，不需要用戶為通信編程，用戶的工作只是在組成系統(tǒng)時作一些硬件或軟件上的初始化設置。以歐姆龍公司的兩臺CPM1A型可編程序控制器之間的1對1鏈接通信為例，只需用3根線將它們的RS-232C通信接口連在一起，將與通信有關的參數(shù)寫入5個指定的數(shù)據(jù)存儲器中。運行時主站的8個鏈接繼電器通道LR0—7CH內(nèi)的數(shù)據(jù)自動傳送給從站的LR0—7CH，從站的LR8—15CH中的數(shù)據(jù)自動傳送給主站的LR8-15CH，傳送周期為21ms。通過上述鏈接繼電器之間信息的傳送和各可編程序控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送，就可以方便地實現(xiàn)兩臺可編程序控制器之間的通信。

可編程序控制器與計算機通信時，如采用可編程序控制器廠家提供的通信協(xié)議，可編程序控制器的編程工作量很小。例如采用GE-Fanuc公司的RTU協(xié)議時，可編程序控制器作從站，計算機作主站，計算機發(fā)出命令幀，可直接對可編程序控制器的存儲區(qū)進行讀寫操作，可編程序控制器收到后自動生成并返回響應幀，響應幀中的CRC校驗字也是自動生成的，計算機發(fā)出的命令幀則需要用戶編程。

返回2/4/202334第一章概述1．4．7可編程序控制器的軟件化與PC化

個人計算機(PC)的價格便宜，有很強的數(shù)學運算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機交互的功能。過去個人計算機主要用作可編程序控制器的編程器、操作站或人機接口終端，如果用于工業(yè)控制現(xiàn)場，必須使用加固型的工業(yè)控制計算機。目前已有多家廠商推出了在PC上運行的可實現(xiàn)可編程序控制器功能的軟件包。如北京同拓公司等推出的eMbiz低成本開放式控制與自動化方案套裝軟件，包含通用及嵌入式人機界面、符合IECll31-3標準的軟邏輯控制及Internet功能。北京俄華通儀表技術有限公司的TRANCEMODE工控組態(tài)軟件的邏輯控制(即開關量控制)部分、亞控公司的KingPLC、研華公司的基于PC的軟邏輯控制器ADAM-5501／P31，均是按IECll31-3標準設計的軟件PLC，后者可在PC上用梯形圖、順序功能圖和功能塊圖這3種IECll31-3標準的圖形語言來編程。程序輸入后，可作過程模擬仿真，以減少試車時的風險。返回2/4/202335第一章概述

GE-Fanuc公司推出了一種外形上類似于筆記本電腦的個人計算機，它用液晶顯示器(LCD)作為人機界面，以WindowsCE為操作系統(tǒng)，可實現(xiàn)可編程序控制器的CPU模塊的功能，可與以太網(wǎng)和I／O模塊通信，可用于工業(yè)現(xiàn)場，這可能是今后高檔可編程序控制器的發(fā)展方向。目前可編程序控制器的以太網(wǎng)通信模塊和LCD觸摸屏的價格都很高，而計算機的以太網(wǎng)卡僅需數(shù)十元，其顯示器的價格也便宜，顯示效果比一般的觸摸屏要好得多。“軟PLC"的性能價格比要比傳統(tǒng)的“硬PLC”加觸摸屏高得多，如果允許安裝在控制室內(nèi)，“軟PLC"是不錯的選擇。

返回2/4/202336第一章概述1．4．8組態(tài)軟件引發(fā)的上位計算機編程革命

相當多的大中型控制系統(tǒng)都采用上位計算機加可編程序控制器的方案，通過串行通信接口或網(wǎng)絡通信模塊交換數(shù)據(jù)信息，以實現(xiàn)分散控制和集中管理。上位計算機主要完成數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡管理、人機界面(HMl)和數(shù)據(jù)處理的功能。數(shù)據(jù)的采集和設備的控制一般由可編程序控制器等現(xiàn)場設備完成。

使用DOS操作系統(tǒng)時，設計一個美觀漂亮、使用方便的人機界面是非常困難和費時的。在Windows操作系統(tǒng)下，使用VisualC++、VisualBasic等可視化編程軟件，可以用較少的時間設計出較理想的人機界面。但是與種類繁多的現(xiàn)場設備的通信仍然比較麻煩，實現(xiàn)人機界面與現(xiàn)場設備互動的程序的設計也比較復雜。為了解決上述問題，用于工業(yè)控制的組態(tài)軟件應運而生。國際上比較著名的組態(tài)軟件有Intouch、Fix等，國內(nèi)也涌現(xiàn)出了組態(tài)王、力控等一批組態(tài)軟件。有的可編程序控制器廠商也推出了自己的組態(tài)軟件，如西門子公司的WINCC和GE—Fanuc公司的CIMPLICITY等。組態(tài)軟件的出現(xiàn)降低了系統(tǒng)集成的難度，節(jié)約了大量的設計時間，提高了系統(tǒng)的可靠性。返回2/4/202337第一章概述1．4．9可編程序控制器與現(xiàn)場總線相結合

IEC對現(xiàn)場總線(Fieldbus)的定義是“安裝在制造和過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線”。它是當前工業(yè)自動化的熱點之一?，F(xiàn)場總線以開放的、獨立的、全數(shù)字化的雙向多變量通信代替0—10mA或4—20mA現(xiàn)場電動儀表信號?，F(xiàn)場總線I／O集檢測、數(shù)據(jù)處理、通信為一體，可以代替變送器、調(diào)節(jié)器、記錄儀等模擬儀表。它不需要框架、機柜、可以直接安裝在現(xiàn)場導軌槽上，現(xiàn)場總線I／O的接線極為簡單，只需一根電纜，從主機開始，沿數(shù)據(jù)鏈從一個現(xiàn)場總線I／O連接到下一個現(xiàn)場總線I／O。使用現(xiàn)場總線后，自控系統(tǒng)的配線、安裝、調(diào)試和維護等方面的費用可以節(jié)約2／3左右，現(xiàn)場總線I／O與可編程序控制器可以組成廉價的DCS系統(tǒng)。

返回2/4/202338第一章概述

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)將DCS的控制站功能分散給現(xiàn)場控制設備，僅靠現(xiàn)場總線設備就可以實現(xiàn)自動控制的基本功能。例如將電動調(diào)節(jié)閥及其驅動電路、輸出特性補償、PID控制和運算、閥門自校驗和自診斷功能集成在一起，再配上溫度變送器就可以組成一個閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)，有的傳感器中也植入了PID控制功能。

使用現(xiàn)場總線后，操作員可以在中央控制室實現(xiàn)遠程監(jiān)控，對現(xiàn)場設備進行參數(shù)調(diào)整，還可以通過現(xiàn)場設備的自診斷功能預測故障和尋找故障點。返回2/4/202339第一章概述1.FoundationFieldbus(基金會現(xiàn)場總線)2．PROFIBUS(過程現(xiàn)場總線)3．LonWorks(局域操作網(wǎng)絡)4．CAN(控制器局域網(wǎng)絡)返回2/4/202340第一章概述1.FoundationFieldbus(基金會現(xiàn)場總線)

現(xiàn)場總線基金會(FF)是國際公認的唯一不依附于某個公司或企業(yè)集團的非商業(yè)化的國際標準化組織，它致力于建立國際上統(tǒng)一的現(xiàn)場總線協(xié)議?；饡F(xiàn)場總線(FP)標準無專利許可要求，可供所有的生產(chǎn)廠家使用，其總線標準、產(chǎn)品檢驗等信息全部公開。FF得到了世界上幾乎所有的著名儀表控制生產(chǎn)廠家的支持。返回2/4/202341第一章概述

PROFIBUS(ProcessFieldBus)是作為德國國家標準和歐洲標準的現(xiàn)場總線。它由3個系列組成：PROFIBUS-DP用于分散的外部設備和自控設備之間的高速數(shù)據(jù)傳輸；PROFIBUS-FMS適用于一般自動化的中速數(shù)據(jù)傳輸；PROFIBUS-PA用于過程自動化的低速數(shù)據(jù)傳輸。

2．PROFIBUS(過程現(xiàn)場總線)返回2/4/202342第一章概述

LonWorks(LocalOperatingNetwork)采用符合ISO／OSI模型全部7層標準的LonTalk通信協(xié)議，它被封裝在稱為Neuron(神經(jīng)元)的芯片中。該芯片有3個8位的CPU，第一個是介質訪問控制處理器，第二個為網(wǎng)絡處理器，第三個是應用處理器，執(zhí)行用戶程序及其調(diào)用的操作系統(tǒng)服務。Neuron芯片還固化了34種I／0控制對象，目前已有幾千家公司推出了Lon-Work。

3．LonWorks(局域操作網(wǎng)絡)返回2/4/202343第一章概述4．CAN(控制器局域網(wǎng)絡)

現(xiàn)場總線領域中，在IEC61158和IEC62026標準之前，CAN(ControllerAreaNetwork)總線是唯一被批準為國際標準的現(xiàn)場總線。CAN總線的總線規(guī)范已被國際標準化組織(ISO)制定為國際標準IS011898(通信速率1Mbps)和IS011519(通信速率125Kbps)。CAN總線得到了計算機芯片商的廣泛支持，它們紛紛推出直接帶有CAN接口的微處理器(MCU)芯片。帶有CAN的MCU芯片總量已經(jīng)超過1億片，因此在接口芯片技術方面CAN已經(jīng)遙遙領先于其他所有現(xiàn)場總線。Intel、Motorola、Philips、NEC等公司都生產(chǎn)帶CAN通信協(xié)議的CAN單片機、CAN控制器和CANI／O器件等支持CAN總線的芯片。需要指出的是CAN總線同時是IEC62026-2設備網(wǎng)絡(DeviceNetwork，DN)和IEC62026-5靈巧配電系統(tǒng)(SmartDistributedSystem，SDS)的物理層，因此它是IEC62026最主要的技術基礎。返回2/4/202344第一章概述

一些主要的可編程序控制器廠家將現(xiàn)場總線作為可編程序控制器控制系統(tǒng)中的底層網(wǎng)絡。如Rockwell公司的PLC5系列可編程序控制器安裝了PROFIBUS協(xié)處理器模塊后，能與其他廠家支持PROFIBUS通信協(xié)議的設備(如傳感器、執(zhí)行器、變送器、驅動器、數(shù)控裝置和個人計算機)通信。西門子公司的S7-200系列可編程序控制器配備EM277PROFIBUS-DP接口模塊后可接人PROFIBUS網(wǎng)絡，傳輸速率可達12Mbps，可連接127個節(jié)點，傳輸距離23．8km(光纖電纜)／9．6km(雙絞線)。Schneider公司的ModiconTSXQuantum控制系統(tǒng)的LonWorks模塊可用于對實時性要求不高的場合，如樓宇自動化控制系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破髋c現(xiàn)場總線相結合，可以組成價格便宜、功能強大的分布式控制系統(tǒng)。隨著現(xiàn)場總線國際標準的制定和現(xiàn)場總線I／0的迅猛發(fā)展和價格的下降，可編程序控制器的功能可能在某些領域(如過程控制領域)被現(xiàn)場總線I／O部分取代。返回2/4/202345第一章概述1.5習題1.簡述可編程序控制器的定義。2.可編程序控制器有哪些主要特點?3.與一般的計算機控制系統(tǒng)相比可編程序控制器有哪些優(yōu)點?4.與繼電器控制系統(tǒng)相比可編程序控制器有哪些優(yōu)點?5.可編程序控制器可以用在哪些領域?2/4/202346第一章概述附1常用控制電器附1.1自動切換電器實現(xiàn)繼電接觸控制的電氣設備，統(tǒng)稱為控制電器，如刀閘、按鈕、繼電器、接觸器等。下面介紹常用控制電器的用途及電工表示符號。自動切換電器是根據(jù)控制線路中參數(shù)（如電壓、電流）的變化，或外部信號（如溫度、壓力等）的變化自動進行切換的電器。返回后一頁前一頁2/4/202347第一章概述1)接觸器用于頻繁地接通和斷開大電流電路的開關電器。常閉常開線圈輔助觸點~~~M3~鐵芯銜鐵彈簧線圈通電電源電機返回后一頁前一頁主觸點2/4/202348第一章概述1)接觸器用于頻繁地接通和斷開大電流電路的開關電器。常閉常開主觸點線圈~~~M3~線圈通電輔助觸點電機電源返回后一頁前一頁2/4/202349第一章概述電機主觸點1)接觸器用于頻繁地接通和斷開大電流電路的開關電器。線圈通電銜鐵動作電機接通電源常閉常開~~~M3~輔助觸點常開閉合電源常閉斷開返回后一頁前一頁2/4/202350第一章概述電路符號動斷(常閉)輔助觸點KM動合(常開)輔助觸點線圈KM用于主電路流過的電流大(需加滅弧裝置)用于控制電路流過的電流小(無需加滅弧裝置)KM屬于同一器件的線圈和觸點用相同的文字表示接觸器技術指標：額定工作電壓、電流、觸點數(shù)目等。動合(常開)主觸點KM返回后一頁前一頁常用的交流接觸器有CJ10、CJ12、CJ20和3TB等系列。如CJ10系列主觸點額定電流5、10、20、40、75、120A等數(shù)種；額定工作電壓通常是220V或380V。2/4/202351第一章概述2)繼電器繼電器和接觸器的結構和工作原理大致相同。主要區(qū)別在于：

接觸器的主觸點可以通過大電流；繼電器的體積和觸點容量小，觸點數(shù)目多，且只能通過小電流。所以，繼電器一般用于控制電路中。返回后一頁前一頁2/4/202352第一章概述a)電流及電壓繼電器電流繼電器：可用于過載或過載保護，電壓繼電器：主要作為欠壓、失壓保護。b)中間繼電器觸頭容量小，觸點數(shù)目多，用于控制線路。KA線圈常開觸頭常閉觸頭電路符號返回前一頁后一頁2/4/202353第一章概述c)時間繼電器：用于定時控制+直流電磁式結構圖阻尼銅套銜鐵工作原理：當銜鐵未吸合時，磁路氣隙大，線圈電感小，通電后激磁電流很快建立，將銜鐵吸合，繼電器觸點立即改變狀態(tài)。而當線圈斷電時，鐵心中的磁通將衰減，磁通的變化將在銅套中產(chǎn)生感應電動勢，并產(chǎn)生感應電流，阻止磁通衰減，當磁通下降到一定程度時，銜鐵才能釋放，觸頭改變狀態(tài)。因此繼電器吸合時是瞬時動作，而釋放時是延時的，故稱為斷電延時。返回后一頁前一頁2/4/202354第一章概述i)通電延時繼電器電路符號KT常開觸點常閉觸點線圈ii)斷電延時繼電器KT斷電延時斷開斷電延時閉合常開觸點常閉觸點線圈通電延時閉合通電延時斷開返回后一頁前一頁2/4/202355第一章概述復合按鈕常開按鈕常閉按鈕SB1)按鈕結構圖附1.2手動切換電器本身不帶動力機構，靠人力或其它外力操作。常閉觸點電路符號常開觸點未按按鈕按下按鈕返回后一頁前一頁跳轉2/4/202356第一章概述復合按鈕常開按鈕常閉按鈕SB1)按鈕結構圖二、手動切換電器本身不帶動力機構，靠人力或其它外力操作。常閉觸點電路符號常開觸點未按按鈕按下按鈕返回后一頁前一頁2/4/202357第一章概述用于自動往復控制或限位保護等。2)行程開關：結構圖結構與按鈕類似，但其動作要由機械撞擊。電路符號ST常開觸點常閉觸點ST未撞擊撞擊返回后一頁前一頁跳轉2/4/202358第一章概述用于自動往復控制或限位保護等。2)行程開關：結構圖結構與按鈕類似，但其動作要由機械撞擊。電路符號ST常開觸點常閉觸點ST未撞擊撞擊返回后一頁前一頁2/4/202359第一章概述附1.3保護電器1)熔斷器：用于低壓線路中的短路保護。符號FU熔斷器額定電流IF的選擇a)無沖擊電流的場合（如電燈、電爐）IF>ILIF>(1/2.5~1/3)ILIF>(1/1.6~1/2)ILc)頻繁起動的電機b)一般電機返回后一頁前一頁2/4/202360第一章概述

發(fā)熱元件接入電機主電路，若長時間過載，雙金屬片被加熱。因雙金屬片的下層膨脹系數(shù)大，使其向上彎曲，杠桿被彈簧拉回，常閉觸點斷開。發(fā)熱元件杠桿2)熱繼電器：用于過載保護。工作原理結構原理圖雙金屬片常閉觸頭~返回后一頁前一頁2/4/202361第一章概述

發(fā)熱元件接入電機主電路，若長時間過載