S7-200 PLC 原理及應(yīng)用課件

S7-200PLC原理及應(yīng)用

主講：詹澤海

深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院

電話/p>

第一章概述

XPLC應(yīng)用的廣泛性與重要性

派什么是PLC

派PLC的基本結(jié)構(gòu)

派PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

派PLC的由來和歷史

派PLC的主要特點(diǎn)

派PLC的一些高級話題

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PLC應(yīng)用的廣泛性與重要性

派PLC應(yīng)用的廣泛性

＞現(xiàn)代流程工業(yè)（化工，電力，冶金等）

＞離散制造業(yè)（汽車，大型裝備制造，家電行業(yè)）

＞物流（貨艙控制）

＞農(nóng)業(yè)，氣象，航天領(lǐng)域...

派PLC的重要性

＞重要專業(yè)課

＞必須掌握的工作技能

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PLC是什么一PLC在工廠（感性認(rèn)識）

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PLC是什么一PLC在工廠（感性認(rèn)識）

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PLC是什么?TEC的標(biāo)準(zhǔn)定義

(1)專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。

(2)采用可編程程序存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制,

定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令。

(3)通過數(shù)字式、模擬式的輸入、輸出控制各類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

(4)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。

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PLC的基本結(jié)構(gòu)

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?PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

※數(shù)字量邏輯控制

※運(yùn)動(dòng)控制

※閉環(huán)過程控制

※數(shù)據(jù)處理

X通信聯(lián)網(wǎng)

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$PLC的由來和歷史

關(guān)于PLC的疑惑

從我們對于實(shí)際的工廠自動(dòng)化可以看出，PLC(programmablelogiccontroller

是廣泛用在自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)的控制器。它不僅可以根據(jù)系統(tǒng)工藝要求實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程的

順序控制，還可以實(shí)現(xiàn)溫度、流量、壓力、液位等模擬量的控制！

?Question:為什么PLC即能控制模擬量又可控制邏輯變量，只強(qiáng)調(diào)

可編程邏輯控制器

PLC開始是從繼電器邏輯控制而來的，主要是來實(shí)現(xiàn)順序控制

的，后來模擬量的控制是與DCS融合的結(jié)果，歷史原因！

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PLC的由來和歷史

(1)繼電器控制

它是用弱電信號控制強(qiáng)電的電力控制系統(tǒng)(如下圖所示)

(2)問題

復(fù)雜；故障查找和調(diào)試都是十分麻煩；通用性和靈活性差；項(xiàng)目改造工期長

費(fèi)用高。

QO.1

QO2

田4—8贅電電圖

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LPLC的由來和歷史

這些問題需要尋求一種新的控制裝置來取代老式的繼電器控制，

使得電器控制系統(tǒng)更加靈活，適應(yīng)于工藝變動(dòng).

（3）解決方案-PLC（GM10條）

能用在工業(yè)現(xiàn)場；能改變其控制"邏輯”，而不需要改動(dòng)組成他的元件和修改

內(nèi)部接線;出現(xiàn)故障易于診斷和維護(hù)（與IEC的標(biāo)準(zhǔn)定義相印證）

圖4-9可編程序控制器的外部接線圖

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PLC的主要特點(diǎn)

X編程方法簡單易學(xué)

X功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高

X硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)

X可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

X系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，安裝，調(diào)試工作量少

X維修工作最小，維護(hù)方便

X體積小，能耗低

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可編程控制器發(fā)展趨勢

■高性能，高速度，大容量

■微型化

■分布式I/O和智能I/O

＞分布式I/O靈活的連接現(xiàn)場設(shè)備

＞解決遠(yuǎn)程控制與分散控制

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分布式I/0-ET200M

■分布式I/OET200M

■安裝在控制室或現(xiàn)場

■采用S7-300系列完整的I/O產(chǎn)品體系

-用于防爆區(qū)內(nèi)的本安模板Ex&

-HART協(xié)議模擬量輸入模板

■通過PROFIBUS-DP連接AS與I/O

-可選光纜連接

-通信線纜冗余

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4分布式I/0-ET200iS

防爆區(qū)域解決方案

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可編程控制器發(fā)展趨勢

-可編程程序控制器編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化

■PLC的網(wǎng)絡(luò)化

-其他趨勢（高級話題）

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PLC的一些高級話題

■PLC在整個(gè)現(xiàn)代的自動(dòng)化工廠所處的地位，與工廠的綜

合自動(dòng)化.

■PLC,PC,工業(yè)PC,(甚至單片機(jī),ARM,DSP,CPLD)有什么區(qū)

別與聯(lián)系?如果不僅僅考慮應(yīng)用那么我們是否可以開發(fā)

出PLC-國內(nèi)浙大中控，安控等開發(fā)出PLC產(chǎn)品.

■基于PC的軟PLC的研究方向與產(chǎn)品(siemenseWinAC,

研華ADAM-5501/P30等)

-在PLC控制系統(tǒng)中所包含的

3C(computer,control,communication),

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工廠綜合自動(dòng)化■概貌（ERP?

MES-PCS)

----------------------@目口一口@可暨

R/：

OfficeEthernOfficeEthern

LANetLANet

工廠工廠

Internet/lntran

os單站OS客戶機(jī)/批處理工廠優(yōu)@PCS袒

侈屏）化先進(jìn)□n

多客戶機(jī)服務(wù)器/客戶機(jī)

控制軟

PCS7SIMATIC

啟動(dòng)包PDM□

Engineerin

匚tharc

舸LAN

Toolos?服務(wù)器n

ASAS414

414AS416F/FHAS417

一刖急

200I

—II]]]]]]!￡

binto匚IRIIQ

PRQflBpS-DP/PAC

Q.DP/PA-吊4ink

ISiEA

COx,NOx,ET

200i

空

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工廠綜合自動(dòng)化-簡化

MIS,ERP,資產(chǎn)管理

SIMATICPDMHHST苜嚕

-PROFIBUS-P.

-PROFIBUS-D『

-HART：h

PROFI

SIPOS^J^

SI^ARTISRDP/B

前OVERTLink

3?MQCOD^4-20mA/

HART

SITRANSfSITRANSfSIPARTFf200M

4?20mAI

t+ART

4-20mA/

HART

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徐州煉焦氣化廠系統(tǒng)配置圖

廠級

理

管

統(tǒng)

系

焦?fàn)t控制室煤氣鼓風(fēng)機(jī)控制室泠海摔制室硫銘捽制定粗苯控制室

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PLC控制所體現(xiàn)的3c

TelecoutiolplusOperationaudMouitoriug

withSIAL4TICS7withWiuCC

TheSINAUT

TIMModule

Back-Up容浮Tramng

肅aControlControlH

CenterCenter

U-

FibreRadio

Optic

r?OJ打Dedicated(AnalogDirectional

Lines?ISDNRadio

?GSMWAN

?SMSWideAreaNetworh

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本節(jié)的主要內(nèi)容小結(jié)

※什么是PLC

派PLC的基本結(jié)構(gòu)

派PLC實(shí)現(xiàn)的兩大類控制

派PLC的由來和歷史

派主要的PLC

派PLC的主要特點(diǎn)

派PLC控制在整個(gè)工廠綜合自動(dòng)化的層次

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本課程的重點(diǎn)內(nèi)容

■本課程將以西門子S7-200PLC為例，重點(diǎn)

來學(xué)習(xí)以下內(nèi)容

>PLC的硬件組成和工作原理（難點(diǎn)）

>PLC的指令系統(tǒng)與編程初步

>PLC順序控制程序設(shè)計(jì)技術(shù)（難點(diǎn)）

>PLC模擬量控制

>PLC在工業(yè)過程中應(yīng)用問題

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第2章

PLC的硬件結(jié)構(gòu)與工作原理

PLC的硬件結(jié)構(gòu)

電源與輸出端子CPIJ模塊擴(kuò)展模塊

1.物理結(jié)構(gòu)

■整體式PLC

CPU模塊，I/O模塊和電源模塊

在一個(gè)箱形機(jī)殼內(nèi)。

■模塊式PLC

圖2-3S7-4OO?！?夬式PI.C

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CPU模塊中的存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器系統(tǒng)包括：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。

系統(tǒng)程序是PLC的操作系統(tǒng)，存在ROM中。

用戶程序是由用戶編寫的系統(tǒng)程序。

■隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）

讀/寫；掉電丟失；工作速度快；

■只讀存儲(chǔ)器（ROM）

讀/不能寫，掉電保存（用來存放PLC的系統(tǒng)程序）

■可以電擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）

讀/寫；非易失性；隨機(jī)存取

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4i/o模塊

■輸入模塊

（見圖2-3）

圖2-3輸入電路

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I/O模塊

■輸出模塊（見圖2-4,2-5）

繼電器PLCIL+

o.lnn

內(nèi)

內(nèi)負(fù)載_

DC24V

部

部V

電A電

路

路T一

IL

0.2

圖2-5PLC的輸出電路

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輸出模塊

-數(shù)字量輸出電路的功率元件包括：小型繼電器

和場效應(yīng)管

■特點(diǎn)

(1).繼電器輸出模塊電壓范圍廣，承受過載能力強(qiáng)，

動(dòng)作速度慢

(2)■場效應(yīng)管用于直流負(fù)載，可靠性高，反應(yīng)速度快，

壽命長，過載能力差。

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PLC的工作原理

■用觸點(diǎn)和線圈實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算（布爾量）

圖2-7基本邏輯運(yùn)算

a）與b）或c）非

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用觸點(diǎn)線圈實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算

圖2-8異步電動(dòng)機(jī)控制電路

KM=(SB\+KM)?SB2?FR

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PLC的工作模式

■PLC的工作模式；

RUN模式：執(zhí)行用戶程序；

STOP模式：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

■改變工作模式的方法；

用模式開關(guān)改變工作方式；

用STEP7?Micro/WIN32軟件改變工作方式；

■在程序中改變工作模式；

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PLC工作原理

-T

※讀取輸入

※執(zhí)行用戶程序讀取輸入

※通信處理執(zhí)行用戶程序

XCPU自診斷測試智能模塊通信

通信信息處理

※改寫輸出自診斷檢查

※中斷程序的處理修改輸出

※立即I/O的處理

RUN狀態(tài)STOP狀態(tài)

掃描過程

2012-8-21Polytechnic33

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PLC工作原理

■掃描工作方式

■讀取輸入

(1)過程映像區(qū)

(2)讀取過程：讀取數(shù)字量輸入的狀態(tài)(ON/OFF)

外部輸入電路閉合:過程映像為1,梯形圖常開觸點(diǎn)

接通，常閉觸點(diǎn)斷開；

外部輸入電路斷開:過程映像為0,梯形圖常開觸點(diǎn)

斷開，常閉觸點(diǎn)接通；

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PLC工作原理

■執(zhí)行用戶程序

(1)讀I/O映像寄存器以及其他位元件；

(2)執(zhí)行指令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算(從左到右,從上到下)；

(3)運(yùn)算結(jié)果寫入輸出映像寄存器；

■注意

(1)在程序執(zhí)行過程中，輸入變化不影響結(jié)果；

(2)I/O映像寄存器優(yōu)點(diǎn)；

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PLC工作原理

■通訊處理

處理從通信接口或智能模塊接收到信息，讀通信數(shù)據(jù)

放緩充區(qū)；

■CPU自診斷測試

(1)自動(dòng)定期檢查CPU模塊操作和擴(kuò)展模塊操作；

(2)復(fù)位監(jiān)控程序(看門狗程序)

■改寫輸出

將輸出過程映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出模塊并

鎖存起來

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PLC工作原理

■中斷程序的處理

中斷發(fā)生，CPU停止正常掃描工作模式，立即執(zhí)行

中斷功能；

■立即I/O的處理

直接存取I/O點(diǎn)；

(1)立即讀I/O指令讀輸入點(diǎn)值時(shí)，輸入過程映像寄

存器值不被更新；

(2)立即寫輸出點(diǎn)，輸出映像更新；

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、■PLC工作過程舉例

3DI

起動(dòng)「孑一01一人映像寄存耨

LXJIL-CKMAC2大20Vo-i-10」|H|也J『"!1嗎)3門_附」TL

停止一券一02

uU

(H)廿女」輸出財(cái)迎器HP1JQO.OI_

pIM

LM-----------------------Qfl,O________________________________It]

DC24V.

.......L^

PLC外部接線圖與梯形圖

00.0=(10.1+00.0)?/0.2

2012-8-21ShenzhenPolytechnic39

PLC工作過程舉例

■讀取階段

CPU將SBl,SB2的常開觸點(diǎn)的ON/OFF讀入相應(yīng)的過

程映像區(qū)。

■執(zhí)行用戶指令；

■修改輸出階段；

CPU將各輸出過程映像寄存器中二進(jìn)制傳送給輸出模

塊并鎖存起來。

2012-8-21ShenzhenPolytechnic40

輸入輸出滯后時(shí)間

-滯后時(shí)間概念：

系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，PLC外部輸入信號發(fā)生變化時(shí)刻至它控制的有關(guān)

外部輸入信號發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔。

■組成：

滯后時(shí)間=輸入電路濾波時(shí)間+輸出電路的滯后時(shí)間+掃描工作模

式的滯后時(shí)間

■各部分分析：

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PLC的安裝與地址分配

※模塊的安裝與拆卸

派本機(jī)I/O與擴(kuò)展I/O的地址分配

派S7-200的外部接線與電源的選擇;

2012-8-21ShenzhenPolytechnic42

jPLC的安裝與地址分配

2012-8-21ShenzhenPolytechnic43

PLC的安裝與地址分配

※擴(kuò)展時(shí)各模塊可以隨意放置前后位置

2012-8-21ShenzhenPolytechnic44

PLC的安裝與地址分配

宓分配地址時(shí)，各模塊的位置按各自的類型

進(jìn)行排列，即數(shù)字量與模擬量互不影響，輸

入與輸出互不影響。

2012-8-2145

PLC的安裝與地址分配

錄數(shù)字量模塊以8點(diǎn)，即每點(diǎn)一個(gè)字為單位

分配地址給模塊。

I區(qū)Q區(qū)

2012-8-21ShenzhenPolytechnic46

PLC的安裝與地址分配

L模擬量模塊以2點(diǎn),即每點(diǎn)一個(gè)字為單位

分配地址給模塊。

AQ區(qū)

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PLC的安裝與地址分配

模塊1■塊2模塊3模塊4模塊5模塊6

4模擬量入4模擬量入

CPU224XP4入/4出8人8出

1模擬量出1模擬量出

10JOQOX)12JOQ2JDBJOAIW4AQW4Q3J0AIW12AQW8

10.1Q0.1￡2.1Q2.1B.lAIW6AQW6Q3.1AIW14AQW10

102Q02122Q22B2AIW8Q32AIW16

103Q03123Q23133AIW10Q33AIW18

104Q0412.4Q2A134Q34

105Q05125Q25135Q35

WAQ0￡12fQ2J613<6Q3J6

10.7Q0.712.7Q2.713.7Q3.7

I1DQUO

11.11』

112Q12擴(kuò)展I/O

113Q13

114Q14

115QI5

UJ5QI6

U.7QI.7

AIWOAQW0

AIW2AQW2

本地I/O

2012-8-21ShenzhenPolytechnic48

交流電源于直流電源的外部接線

圖2-13交流電源系統(tǒng)的外部接線圖2-14直流電源系統(tǒng)的外部接線

2012-8-21ShenzhenPolytechnic49

4對于感性負(fù)載的處理

晶

晶

體

體

管

管

輸

曾

出

出

圖2-15輸出電路的處理

2012-8-21ShenzhenPolytechnic50

、■習(xí)題

(i)可編程序控制器主要由——、——、——和——

組成。

(2)繼電器的線圈“斷電”時(shí)，其常開觸點(diǎn)一，常

前觸點(diǎn)---o

(3)外部的輸入電路接通時(shí)，對應(yīng)的輸入映像寄存器

為——狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的常開觸點(diǎn)——，常閉

觸點(diǎn)---o

2012-8-21ShenzhenPolytechnic51

s習(xí)題

■(4)若梯形圖中輸出Q的線圈“斷電”，對應(yīng)的輸出

映像寄存器為——狀態(tài)，在修改輸出階段后，繼電

器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈——，其

常開觸點(diǎn)——，外部負(fù)載——o

■2.整體式可編程序控制器與模塊式可編程序控制

器各有什么特點(diǎn)?分別適用于什么場合？

■3.RAM與EEPROM各有什么特點(diǎn)?使用RAM存儲(chǔ)用

戶程序時(shí)應(yīng)注意什么問題？

2012-8-21ShenzhenPolytechnic52

習(xí)題

■4.交流數(shù)字量輸入模塊與直流輸入模塊分別適

用于什么場合？

■5.數(shù)字量輸出模塊有哪幾種類型?它們各有什

么特點(diǎn)？

■6.簡述可編程序控制器的掃描工作過程。

2012-8-21ShenzhenPolytechnic53

動(dòng)o

接

1

觸

O

Q0.器

J

K

K

M

器輸

出

寄

存

54

ShenzhenPolytechnic

2012-8-21

第3章

PLC的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

主要講解內(nèi)容

派PLC的編程語言與程序結(jié)構(gòu)

冰存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)類型與尋址方式

派CPU的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)

派STEP7-Mic「o/WIN軟件使用

派PLC編程的基本指令系統(tǒng)

＞位邏輯指令

＞定時(shí)器指令，計(jì)數(shù)器指令

＞傳送指令，移位指令等

2012-8-21ShenzhenPolytechnic56

&PLC的編程語言與程序結(jié)構(gòu)

■PLC編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3

■順序功能圖(SFC):分析,設(shè)計(jì)的基本方法;

-梯形圖(LAD)：本門課程的主要方法:

■功能塊圖(FBD)

-指令表(STL)

■結(jié)構(gòu)化文本(ST)|順序功能圖-

梯形圖功能塊圖指令表結(jié)構(gòu)文本

圖3-1PLC的編程語言

2012-8-21ShenzhenPolytechnic57

順序功能圖SFC與梯形圖LAD

1.順序功能圖(SFC)

順序功能圖是分析，設(shè)計(jì)數(shù)字量控制的基本方法

步，轉(zhuǎn)化，動(dòng)作是順序功能圖的三種元件。

2.梯形圖(LAD)

梯形圖是使用最多的PLC編程語言。觸點(diǎn)，線圈

和方框圖表示;

C22M2.110.4T21,Q33,圖3-2順序功能圖

H/HHH/H51飛）

Ml.310212.71

M2.2137

TI~~[IN_TON

IOO-IPT

圖3-23題2的圖

2012-8-21ShenzhenPolytechnic58

、■語句表(STL)

———------

S7系列PLC將指令表稱為語句表。

10.1Q03

HHs1)

(1)使用與匯編語言相似的助記符的表達(dá)式10.3Q03

THRi)

(2)語句表可以和梯形圖相互轉(zhuǎn)化10.4Q0.5

TH”i

10.5Q0.5

Hd)i

圖3-14置位與復(fù)位

2012-8-21ShenzhenPolytechnic59

PLC的程序結(jié)構(gòu)

■PLC的程序結(jié)構(gòu)

S7-200CPU的控制程序由主程序，子程序和中斷

程序組成；

■主程序：（0B1）每個(gè)項(xiàng)目只有一個(gè)主程序，在主程

序中可以調(diào)用子程序和中斷程序；

■子程序：可選的指令的集合，僅在被其他程序調(diào)

用時(shí)執(zhí)行。

■中斷程序：中斷程序不是被主程序調(diào)用，他們在

中斷事件發(fā)生時(shí)由操作系統(tǒng)調(diào)用；

2012-8-21ShenzhenPolytechnic60

j存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)類型與尋址方式

數(shù)據(jù)格式含義數(shù)據(jù)長度（位）數(shù)據(jù)類型取值范圍

BOOL位1布爾數(shù)真1,假。

BYTE字節(jié)8無符號整數(shù)0?255

INT整數(shù)16有符號整數(shù)-32768?32767

WORD字16無符號整數(shù)0-65535

DINT雙整數(shù)32有符號整數(shù)-2147483648?2147483647

DWORD雙字32無符號整數(shù)。?4294967295

IEEE32位-3.402823E+38?L175495E-38

REAL實(shí)數(shù)32

單精度浮點(diǎn)數(shù)L175495E-38?3.402823E+38

ASCII8字符列表ASCH字符

STRING字符串