西門子PLC硬件及軟件介紹

模塊一認(rèn)識(shí)西門子PLC

傳統(tǒng)的生產(chǎn)機(jī)械自動(dòng)控制裝置→繼電器控制系統(tǒng)

優(yōu)點(diǎn)→結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、容易操作。缺點(diǎn)→體積龐大、生產(chǎn)周期長、接線復(fù)雜、故障率高、可靠性及靈活性差。應(yīng)用→比較適用于工作模式固定，控制邏輯簡(jiǎn)單等工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合。

1.1PLC的產(chǎn)生和發(fā)展

什么時(shí)間？誰提出要造PLC？

二十世紀(jì)六十年代末期，美國汽車制造工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，為了適應(yīng)市場(chǎng)從少品種大批量生產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，為了盡可能減少轉(zhuǎn)變過程中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造時(shí)間，減少經(jīng)濟(jì)成本，1968年美國通用汽車公司GM（GenerlMotors）公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代生產(chǎn)線上的繼電接觸器控制系統(tǒng)。迫切需要一種先進(jìn)的自動(dòng)控制裝置繼電器控制系統(tǒng)先進(jìn)自動(dòng)控制系統(tǒng)1968年，美國通用汽車(GM)公司液壓部提出了10項(xiàng)招標(biāo)指示：1）編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改和調(diào)試程序；2）維護(hù)方便，各部件最好采用插件方式；3）可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)；4）設(shè)備體積小于繼電器控制柜；5）數(shù)據(jù)可以直接送給管理計(jì)算機(jī)；6）成本可與繼電器控制系統(tǒng)相競(jìng)爭(zhēng)；7）輸入電壓是115V交流電；8）輸出電壓也是115V交流電，輸出電流達(dá)2A以上，直接驅(qū)動(dòng)電磁閥；9）系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只需作很小的變動(dòng)；10）用戶程序存儲(chǔ)容量可擴(kuò)展到4KB。

什么時(shí)間？誰最先造出世界上的第一臺(tái)PLC？1969年美國數(shù)字設(shè)備公司DEC（DIGTAL）根據(jù)上述要求，首先研制出了世界上第一臺(tái)可編程控制器PDP-14，用于通用汽車公司的生產(chǎn)線，取得了滿意的效果。由于當(dāng)時(shí)主要用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱為可編程序邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC）。PLC的定義

經(jīng)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（ProgrammableController，PC），是一臺(tái)專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer）混淆，所以人們還沿用PLC作為可編程控制器的英文縮寫。

1.2PLC的分類

一體化緊湊型PLC：電源、CPU中央處理系統(tǒng)、I/O接口都集成在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)。如西門子S7-200系列。標(biāo)準(zhǔn)模塊式結(jié)構(gòu)化PLC：各種模塊相互獨(dú)立，并安裝在固定的機(jī)架（導(dǎo)軌）上，構(gòu)成一個(gè)完整的PLC應(yīng)用系統(tǒng)。如：西門子S7-300、S7-400系列。

PS(電源模塊)CPU

IM(接口模塊)SM:DISM:DOSM:AISM:AO

CP:-點(diǎn)-到-點(diǎn)-PROFIBUS-工業(yè)以太網(wǎng)1.3PLC應(yīng)用領(lǐng)域按PLC編程功能來分可分為4大類：（1）開關(guān)量順序控制最早最原始的控制功能，可以取代傳統(tǒng)的繼電器邏輯電路中的順序控制系統(tǒng)。如電梯自動(dòng)控制、工廠裝配流水線的控制及交通分流信號(hào)燈的自動(dòng)控制。（2）模擬量控制PLC利用PID算法可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制功能。例如對(duì)溫度、速度、壓力及流量等的過程量控制。（3）運(yùn)動(dòng)控制目前PLC制造商已制造出能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)的單軸或多軸的PLC和運(yùn)動(dòng)控制特殊模塊，可驅(qū)動(dòng)單軸或多軸電動(dòng)機(jī)按一定的速度、作用力到達(dá)擬定目標(biāo)位置。（4）通信功能為適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的需要——集中及遠(yuǎn)程管理，PLC可實(shí)現(xiàn)與PLC、單片機(jī)、打印機(jī)及上級(jí)計(jì)算機(jī)等之間的互相交換信息的通信功能。繼電器控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)邏輯控制的方式不同，繼電器控制邏輯由繼電器硬件連線組成，PLC控制邏輯由程序組成。PLC利用程序中的“軟繼電器”取代傳統(tǒng)的物理硬件繼電器，使控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，具有價(jià)格便宜、維護(hù)方便、編程簡(jiǎn)單、控制功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。1.4與繼電器控制系統(tǒng)的比較KM2SB1SB3FRQFRFUM3

~~~SB2KM1KM2KM1KM2KM1KM2KM1

繼電接觸器電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路FRQFRFUM3

~~~KM1KM2M+0VM10.00.10.20.30.4…S7-200CPULNCOM00.00.10.20.3…SB1SB2SB3KM1KM2KM1KM2PLC電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路Q0.0I0.0Q0.0I0.1I0.2I0.3Q0.0I0.1Q0.1I0.0I0.2I0.3Q0.1PLC電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制程序()()Q0.12PLC的組成和基本工作原理2.1PLC的組成2PLC的組成和基本工作原理2.1PLC的組成CPU存儲(chǔ)器電源輸入單元輸出單元通信接口2PLC的組成和基本工作原理2.1PLC的組成CPU存儲(chǔ)器電源輸入單元輸出單元CPU進(jìn)行邏輯運(yùn)算及數(shù)學(xué)運(yùn)算，并協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作。通信接口2PLC的組成和基本工作原理2.1PLC的組成CPU存儲(chǔ)器電源輸入單元輸出單元

用于存放系統(tǒng)編程程序及監(jiān)控運(yùn)行程序、用戶程序、邏輯及數(shù)學(xué)運(yùn)算的過程變量及其他所有信息。通信接口2PLC的組成和基本工作原理2.1PLC的組成CPU存儲(chǔ)器電源輸入單元輸出單元

包括系統(tǒng)電源、備用電源及記憶電源。通信接口

這是PLC與被控設(shè)備相連接的接口電路。用戶設(shè)備需輸入PLC的各種控制信號(hào)，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其它一些傳感器輸出的開關(guān)量或模擬量(要通過模數(shù)變換進(jìn)入機(jī)內(nèi))等，通過輸入接口電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的信號(hào)。

輸出接口電路將CPU送出的弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、電機(jī)等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。輸入輸出單元直流輸入接口電路示意圖內(nèi)部電路輸入LEDININ

COM

輸入接口電路由濾波電路、光電隔離電路和輸入內(nèi)部電路組成，如下圖。輸入接線圖2-4CPU224輸入電路接線圖繼電器輸出接口電路示意圖內(nèi)部電路輸出LED～OUT

OUTCOMLL

PLC輸出功率電路有3中形式：繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。繼電器輸出接口電路示意圖內(nèi)部電路輸出LED～OUT

OUTCOMLL

PLC輸出功率電路有3中形式：繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。繼電器輸出型：負(fù)載電流大于2A，相應(yīng)時(shí)間為8~10ms。機(jī)械壽命大于106次。根據(jù)負(fù)載需要可接交流或直流電源。

繼電器輸出電路接線圖

圖2-6CPU224繼電器輸出電路的接線圖晶體管輸出接口電路示意圖L+OUTOUTCOMLL輸出LED內(nèi)部電路晶體管輸出型：負(fù)載電流為0.5A，相應(yīng)時(shí)間小于1ms,電流小于100uA。負(fù)載只能選擇36V以下的直流電源。晶體管輸出電路接線圖圖2-5CPU224晶體管輸出電路接線圖雙向晶閘管輸出接口電路示意圖輸出LED～OUT

OUTCOMLL內(nèi)部電路晶閘管輸出型：一般采用雙向晶閘管輸出，其耐壓較高，負(fù)載能力大，相應(yīng)時(shí)間為微秒級(jí)。PLC的信號(hào)的采集與輸出原理如下圖所示：通信接口2PLC的組成和基本工作原理2.1PLC的組成CPU存儲(chǔ)器電源輸入單元輸出單元它是PLC與外界進(jìn)行通信的信道，如與個(gè)人計(jì)算機(jī)、擴(kuò)展接口及其他通信設(shè)備。自診斷通訊處理掃描輸入執(zhí)行程序刷新輸出開機(jī)2.2PLC的基本工作原理

PLC經(jīng)過五個(gè)階段的工作過程，稱為一個(gè)掃描周期，完成一個(gè)掃描周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。自診斷通訊處理掃描輸入執(zhí)行程序刷新輸出開機(jī)每次掃描用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷內(nèi)容為I／O部分、存儲(chǔ)器、CPU等，發(fā)現(xiàn)異常停機(jī)顯示出錯(cuò)。若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描。PLC檢查是否有與編程器、計(jì)算機(jī)等的通信請(qǐng)求，若有則進(jìn)行相應(yīng)處理，如接收由編程器送來的程序、命令和各種數(shù)據(jù)，并把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、出錯(cuò)信息等發(fā)送給編程器進(jìn)行顯示。如果有與計(jì)算機(jī)等的通信請(qǐng)求，也在這段時(shí)間完成數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送任務(wù)。自診斷通訊處理掃描輸入執(zhí)行程序刷新輸出開機(jī)

PLC的中央處理器對(duì)各個(gè)輸入端進(jìn)行掃描，將所有輸入端的狀態(tài)送到輸入映象寄存器。

自診斷通訊處理掃描輸入執(zhí)行程序刷新輸出開機(jī)

中央處理器CPU將逐條執(zhí)行用戶指令程序，即按程序要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯、算術(shù)運(yùn)算，再將正確的結(jié)果送到輸出映像寄存器中。自診斷通訊處理掃描輸入執(zhí)行程序刷新輸出開機(jī)

當(dāng)所有的指令執(zhí)行完畢時(shí)，集中把輸出映象寄存器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接受的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備。

自診斷通訊處理掃描輸入執(zhí)行程序刷新輸出開機(jī)PLC經(jīng)過這五個(gè)階段的工作過程，稱為一個(gè)掃描周期，完成一個(gè)掃描周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。在不考慮第二個(gè)因素（通訊處理）時(shí)，掃描周期T的大小為：

T=（讀入一點(diǎn)時(shí)間×輸入點(diǎn)數(shù)）+（運(yùn)算速度×程序步數(shù)）+（輸出一點(diǎn)時(shí)間×輸出點(diǎn)數(shù)）+故障診斷時(shí)間顯然掃描周期主要取決于程序的長短，一般每秒鐘可掃描數(shù)十次以上，這對(duì)于工業(yè)設(shè)備通常沒有什么影響。但對(duì)控制時(shí)間要求較嚴(yán)格，響應(yīng)速度要求快的系統(tǒng)，就應(yīng)該精確的計(jì)算響應(yīng)時(shí)間，細(xì)心編排程序，合理安排指令的順序，以盡可能減少掃描周期造成的響應(yīng)延時(shí)等不良影響。（）程序執(zhí)行輸入電路輸入映象寄存器輸出映象寄存器輸出電路接觸器按鈕按鈕輸入刷新執(zhí)行程序輸出刷新（）程序執(zhí)行輸入電路輸入映象寄存器輸出映象寄存器輸出電路接觸器按鈕按鈕輸入刷新執(zhí)行程序輸出刷新輸入刷新、程序執(zhí)行及輸出刷新構(gòu)成PLC用戶程序的一個(gè)掃描周期。在PLC內(nèi)部設(shè)置了監(jiān)視定時(shí)器（看門狗），用來監(jiān)視每個(gè)掃描周期是否超出規(guī)定的時(shí)間，一旦超時(shí)，PLC就停止運(yùn)行，從而避免由于PLC內(nèi)部CPU出故障使程序進(jìn)入死循環(huán)（死機(jī)現(xiàn)象）。3STEP7-Micro/WIN編程軟件介紹

輸出窗口狀態(tài)條程序編輯器局部變量表瀏覽條指令樹交叉引用數(shù)據(jù)塊狀態(tài)圖符號(hào)表STEP7-Micro/WIN編程軟件的主界面STEP7-Mirco/WIN主要編程功能1.編程元素及項(xiàng)目組件

STEP7-MircoWIN的一個(gè)基本項(xiàng)目包括程序塊、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊、符號(hào)表、狀態(tài)表、交叉引用表。程序塊、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊須下載到PLC，而符號(hào)表、狀態(tài)表、交叉引用表不下載到PLC。程序塊由可執(zhí)行代碼和注釋組成，可執(zhí)行代碼由一個(gè)主程序和可選子程序或中斷程序組成。程序代碼被編譯并下載到PLC，程序注釋被忽略。在“指令樹”中右擊“程序塊”圖標(biāo)可以插入子程序和中斷程序。

數(shù)據(jù)塊由數(shù)據(jù)（包括初始內(nèi)存值和常數(shù)值）和注釋兩部分組成。數(shù)據(jù)被編譯后，下載到PLC，注釋被忽略。系統(tǒng)塊用來設(shè)置系統(tǒng)的參數(shù)，包括通信口配置信息、保存范圍、模擬和數(shù)字輸入過濾器、背景時(shí)間、密碼表、脈沖截取位和輸出表等選項(xiàng)。單擊“瀏覽欄”上的“系統(tǒng)塊”按鈕，或者單擊“指令樹”內(nèi)的“系統(tǒng)塊”圖標(biāo)，可查看并編輯系統(tǒng)塊。系統(tǒng)塊的信息須下載到PLC，為PLC提供新的系統(tǒng)配置。2.梯形圖程序的輸入（1）建立項(xiàng)目通過菜單命令“文件”→“新建”或單擊工具欄中“新建”快捷按鈕，可新建一個(gè)項(xiàng)目。此時(shí)，程序編輯器將自動(dòng)打開。（2）輸入程序在程序編輯器中使用的梯形圖元素主要有觸點(diǎn)、線圈和功能塊，梯形圖的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)必須從觸點(diǎn)開始，以線圈或沒有ENO輸出的功能塊結(jié)束。線圈不允許串聯(lián)使用。

（3）編輯程序

●剪切、復(fù)制、粘貼或刪除多個(gè)網(wǎng)絡(luò)

通過用SHIFT鍵+鼠標(biāo)單擊，可以選擇多個(gè)相鄰的網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行剪切、復(fù)制、粘貼或刪除等操作。注意：不能選擇網(wǎng)絡(luò)中的一部分，只能選擇整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。●編輯單元格、指令、地址和網(wǎng)絡(luò)

用光標(biāo)選中需要進(jìn)行編輯的單元，單擊右鍵，彈出快捷菜單，可以進(jìn)行插入或刪除行、列、垂直線或水平線的操作。刪除垂直線時(shí)把方框放在垂直線左邊單元上，刪除時(shí)選“行”，或按“DEL”鍵。進(jìn)行插入編輯時(shí)，先將方框移至欲插入的位置，然后選“列”。

（4）程序的編譯

程序編譯操作用于檢查程序塊、數(shù)據(jù)塊及系統(tǒng)塊是否存在錯(cuò)誤。程序經(jīng)過編譯后，方可下載到PLC。單擊“編譯”按鈕或選擇菜單命令“PLC”→“編譯”，編譯當(dāng)前被激活的窗口中的程序塊或數(shù)據(jù)塊；單擊“全部編譯”按鈕或選擇菜單命令“PLC”→“全部編譯”，編譯全部項(xiàng)目元件（程序塊、數(shù)據(jù)塊和系統(tǒng)塊）。使用“全部編譯”，與哪一個(gè)窗口是活動(dòng)窗口無關(guān)。編譯的結(jié)果顯示在主窗口下方的輸出窗口中。3.程序的上傳下載（1）下載

如果已經(jīng)成功地在運(yùn)行STEP7-Micro/WIN的個(gè)人計(jì)算機(jī)和PLC之間建立了通訊，就可以將編譯好的程序下載至該P(yáng)LC。如果PLC中已經(jīng)有內(nèi)容將被覆蓋。單擊工具條中的“下載”按鈕，或用菜單命令“文件”→“下載”。出現(xiàn)“下載”對(duì)話框。根據(jù)默認(rèn)值，在初次發(fā)出下載命令時(shí)，“程序代碼塊”、“數(shù)據(jù)塊”和“CPU配置”（系統(tǒng)塊）復(fù)選框都被選中。如果不需要下載某個(gè)塊，可以清除該復(fù)選框。單擊“確定”，開始下載程序。如果下載成功，將出現(xiàn)一個(gè)確認(rèn)框會(huì)顯示以下信息：下載成功。下載成功后，單擊工具條中的“運(yùn)行”按鈕，或“PLC”→“運(yùn)行”，PLC進(jìn)入RUN（運(yùn)行）工作方式。注意：下載程序時(shí)PLC必須處于停止?fàn)顟B(tài)，可根據(jù)提示進(jìn)行操作。(2)上傳

可用下面的幾種方法從PLC將