S7-200西門子PLC基礎(chǔ)教程第1章-PLC課件

第1章PLC概述

PLC的產(chǎn)生、發(fā)展及應用領(lǐng)域1.1

PLC的組成和基本工作原理1.2

PLC的組成和基本工作原理1.31.1PLC的產(chǎn)生、發(fā)展及應用領(lǐng)域

1.1.1PLC的產(chǎn)生

1968年美國通用汽車公司（GeneralMotorsCorporation，GM）公開招標，要求用新的控制裝置取代生產(chǎn)線上的繼電器—接觸器控制系統(tǒng)，其具體要求如下。

①編程簡單，可在現(xiàn)場修改和調(diào)試程序。

②維護方便，采用插入式模塊結(jié)構(gòu)。

③可靠性高于繼電器—接觸器控制系統(tǒng)。

④與繼電器—接觸器控制系統(tǒng)相比體積小，能耗低。

⑤能與管理中心計算機系統(tǒng)進行通信。

⑥購買、安裝成本可與繼電器控制柜相競爭。

⑦采用市電輸入（美國標準系列電壓值A(chǔ)C115

V），可接受現(xiàn)場的開關(guān)信號。

⑧采用市電輸出（美國標準系列電壓值A(chǔ)C115

V），具有驅(qū)動接觸器線圈、電磁閥和小功率電動機的能力。

⑨系統(tǒng)擴展時，原系統(tǒng)只需做很小的改動。

⑩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)上述要求，首先研制出了世界上第1臺可編程序控制器PDP-14，并在通用汽車公司的自動生產(chǎn)線上試用獲得成功。從此以后，這項研究技術(shù)迅速發(fā)展，從美國、日本、歐洲普及到全世界。

因為這種新型工業(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，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（ProgrammableLogicController，PLC）。

1.1.2

PLC的發(fā)展從PLC的發(fā)展來看，有向小型化和大型化兩個方向發(fā)展的趨勢。

小型PLC有兩個發(fā)展方向，即小（微）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，PLC的結(jié)構(gòu)更加緊湊，設(shè)計制造水平也在不斷提高。微型化的PLC不僅體積小，功能也大有提高。

大型化指的是大中型PLC向著大容量、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，使它能與計算機組成集成控制系統(tǒng)，對大規(guī)模、復雜系統(tǒng)進行綜合性的自動控制。

1.1.3PLC的應用領(lǐng)域

1．開關(guān)量控制

2．模擬量控制

3．運動控制

4．數(shù)據(jù)處理

5．通信連網(wǎng)1.2PLC的組成和基本工作原理

1.2.1

PLC的組成

PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成，如圖1-1所示。

圖1-1PLC控制系統(tǒng)示意圖

1．CPU模塊

2．I/O模塊（1）輸入模塊開關(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)、光電開關(guān)、限位開關(guān)、壓力繼電器等來的開關(guān)量輸入信號。

圖1-2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電路，輸入電流為數(shù)毫安；1M是同一組輸入點各內(nèi)部輸入電路的公共點。

圖1-2直流輸入模塊電路

當圖1-2中外部連接的觸點接通時，光電耦合器中兩個反并聯(lián)的發(fā)光二極管亮、光敏三極管導通；外部連接觸點斷開時，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CPU模塊。

（2）輸出模塊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、報警裝置等輸出設(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。

S7-200PLC的CPU模塊的數(shù)字量輸出電路的功率組件有驅(qū)動直流負載的場效應晶體管和小型繼電器，后者既可以驅(qū)動交流負載又可以驅(qū)動直流負載，負載電源由外部提供。

圖1-3所示為繼電器輸出模塊電路，繼電器同時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。

圖1-3繼電器輸出模塊電路

圖1-4所示為使用場效應晶體管的輸出電路。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晶體管，后者的飽和導通狀態(tài)和截止狀態(tài)相當于觸點的接通和斷開。

圖中穩(wěn)壓管用來抑制判斷過電壓和外部的浪涌電壓，以保護場效應晶體管，場效應晶體管輸出電路的工作頻率可達20～100

kHz。

圖1-4場效應管輸出電路

3．編程器編程器用來生成用戶程序，并用它進行編輯、檢查、修改和監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。

4．電源

PLC一般使用AC220

V電源或DC24

V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PLC可以為輸入電路和外部的電子傳感器提供DC24

V電源，驅(qū)動PLC負載的直流電源一般由用戶提供。

1.2.2

PLC的操作模式

1．操作模式

PLC有兩種操作模式，即RUN（運行）模式與STOP（停止）模式。在CPU模塊的面板上用“RUN”和“STOP”LED（發(fā)光二極管）顯示當前的操作模式。

在STOP模式下，CPU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，設(shè)置PLC的硬件功能，并將用戶程序和硬件設(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、集中掃描的工作方式工作的。整個工作過程可分為5個階段：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1-5所示。這種周而復始的循環(huán)工作模式稱為掃描工作模式。

1．自診斷2．通信處理3．讀取輸入4．執(zhí)行程序5．改寫輸出

PLC經(jīng)過這5個階段的工作過程，稱為1個掃描周期。

圖1-5PLC掃描工作過程1.3PLC的性能、分類及特點

1.3.1

PLC的性能指標

1．I/O總點數(shù)

2．存儲器容量

3．編程語言

4．掃描時間掃描時間是執(zhí)行1

000條指令所需要的時間，一般為10

ms左右，小型PLC可能大于40

ms。

5．內(nèi)部寄存器的種類和數(shù)量6．通信能力

1.3.2

PLC的分類按I/O點數(shù)、功能和存儲器功能不同，PLC可分為小型、中型和大型3類。

（1）小型PLC

小型PLC又稱為低檔PLC。這類PLC的規(guī)模較小，它的輸入/輸出點數(shù)一般在20～128點。其中I/O點數(shù)小于64點的PLC又稱超小型PLC。

用戶存儲器容量小于2

KB，具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位、自診斷、監(jiān)控等基本功能，有些還有少量的模擬量I/O、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送、遠程I/O、通信等功能，通常用來代替繼電器—接觸器控制，在單機或小規(guī)模生產(chǎn)過程中使用。

（2）中型PLC

中型PLC的I/O點數(shù)通常在128～512點之間，用戶程序存儲器的容量為2

KB～8

KB。除具有小型機的功能外，還具有較強的模擬量I/O、數(shù)字計算、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、遠程I/O及通信連網(wǎng)功能。

（3）大型PLC

大型PLC又稱高檔PLC，I/O點數(shù)在512點以上，其中I/O點數(shù)大于8192點的又稱為超大型PLC，用戶程序存儲器容量在8

KB以