第5章 PLC的基本知識-電氣控制與PLC應(yīng)用專業(yè)課程課件

5.1PLC的組成和工作原理本章主要內(nèi)容第5章PLC的基本知識5.2PLC的結(jié)構(gòu)、性能及尋址方式5.3STEP7-Micro/WIN編程軟件介紹

5.1PLC的組成和工作原理5.1.1PLC的組成和基本工作原理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5-1所示。圖5-1PLC控制系統(tǒng)示意圖1.CPU模塊

CPU模塊主要由微處理器（CPU）和存儲器組成。

CPU模塊不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出，存儲器用來儲存程序和數(shù)據(jù)。

PLC的存儲器有兩種，一種是可進行讀/寫操作的隨機存儲器RAM；另一種為只讀存儲器ROM、PROM、EPROM、EEPROM。PLC中的RAM用來存放用戶編制的程序或用戶數(shù)據(jù)，存于RAM中的程序可隨意修改。

2.I/O模塊

輸入模塊和輸出模塊簡稱為I/O模塊，這是PLC與被控設(shè)備相連接的接口電路，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設(shè)備和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號。它包括直流輸入模塊、交流輸入模塊和交、直流輸入模塊。圖5-2所示電路為直流輸入模塊電路。1）輸入模塊圖5-2

直流輸入模塊電路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。輸出模塊有交流輸出、真流輸出及交、直流輸出三種形式。交流輸出如圖5-3所示。圖5-3繼電器輸出模塊電路

圖5-4

場效應(yīng)管輸出電路

圖5-4為場效應(yīng)晶體管型輸出模塊電路，適用于直流負載，它的可靠性高、反應(yīng)速度快、壽命長，但是過載能力稍差些。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。3）編程器

PLC一般使用AC220

V電源或DC24

V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負載的交、直流電源一般由用戶提供。4）電源

2．PLC的工作原理

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：如圖5-5所示。（1）自診斷

（2）通信處理

圖5-5PLC掃描工作過程（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，在不考慮通信處理時，掃描周期T的大小為：T

=

(輸入/點時間

×

輸入點數(shù))

+

(運算速度

×

程序步數(shù))

+(輸出/點時間

×

輸出點數(shù))

+

故障診斷時間

5.1.2PLC的性能、分類及特點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（5）內(nèi)部寄存器的種類和數(shù)量（6）通信能力2．PLC的分類根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的不同，可將PLC分為整體式、模塊式和混合式

按I/O點數(shù)不同，PLC可分為小型、中型和大型3類。（1）小型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，一般為整體式。（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。（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以上。3．PLC的主要特點（1）操作方便（5）體積小、能耗低（4）系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少（3）控制功能強（2）可靠性高

5.2PLC的結(jié)構(gòu)、性能及尋址方式5.2.1S7-200系列PLC的外部結(jié)構(gòu)圖5-6S7-200系列PLC外部結(jié)構(gòu)1.PLC各部件的功能輸入接線端子CPU狀態(tài)指示燈輸出接線端子輸入狀態(tài)指示燈通信接口擴展接口輸出狀態(tài)指示燈2.輸入輸出接線輸入接線

CPU224的主機共有14個輸入點（I0.0～I0.7、I1.0～I1.5）和10個輸出點（Q0.0～Q0.7、Q1.0～Q1.1）。輸出接線

CPU224的輸出電路有場效應(yīng)晶體管輸出電路和繼電器輸出電路兩種供用戶選用。如圖5-7所示。圖5-7CPU224輸入/輸出接線圖5.2.2S7-200系列PLC的性能

PLC的CPU性能主要描述PLC的存儲器能力、指令運行時間、各種特殊功能等。這些技術(shù)性指標是選用PLC的依據(jù)，如表5-1所示。

1.CPU模塊性能PLC的I/O模塊性能主要是描述I/O模塊電路的電氣性能，如電流、電壓的大小，通斷時間，隔離方式等。CPU22X系列PLC的輸入特性如表5-2所示，輸出特性如表5-3所示。2.I/O模塊性能5.2.3PLC的編程語言與程序結(jié)構(gòu)1.CPU的編程語言圖5-8PLC的編程語言IEC61131-3詳細地說明了下述5種編程語言，如圖5-8所示。①順序功能圖（SequentialFunctionChart，SFC）②梯形圖（LadderDiagram，LD）③功能塊圖（FunctionBlockDiagram，F(xiàn)BD）④指令表（InstructionList，IL）⑤結(jié)構(gòu)文本（StructuredText，ST）這是一種位于其他編程語言之上的圖形語言，用來編制順序控制程序。（1）順序功能圖梯形圖是使用最多的PLC圖形編程語言，如圖5-9

所示（2）梯形圖

圖5-9

梯形圖與指令表圖5-10

功能塊圖（3）功能塊圖功能塊圖是一種類似于數(shù)字邏輯電路的編程語言，如圖5-10所示。（4）語句表（5）結(jié)構(gòu)文本（6）編程語言的相互轉(zhuǎn)換和選用S7-200系列PLC，CPU的控制程序由主程序、子程序和中斷程序組成。2.S7-200的程序結(jié)構(gòu)（1）主程序主程序是程序的主體，每一個項目都必須并且只能有一個主程序。

（2）子程序子程序僅在被其他程序調(diào)用時執(zhí)行。同一個子程序可以在不同的地方被多次調(diào)用。

（3）中斷程序中斷程序用來及時處理與用戶程序的執(zhí)行時序無關(guān)的操作，或者不能事先預(yù)測何時發(fā)生的中斷事件。

5.2.4S7-200系列PLC的內(nèi)存結(jié)構(gòu)及尋址方式1.內(nèi)存結(jié)構(gòu)（1）輸入映像寄存器（I）輸入映像寄存器與PLC的輸入點相連，如圖5-11（a）所示。圖5-11

輸入/輸出映像寄存器示意圖（2）輸出映像寄存器（Q）輸出映像寄存器如圖5-11（b）所示。（3）變量存儲器（V）（4）位存儲器（M）（5）特殊存儲器（SM）（6）順序控制繼電器（S）（7）局部變量存儲器（L）（8）定時器（T）（9）計數(shù)器（C）（10）累加器（AC）（11）高速計數(shù)器（HC）（12）模擬量輸入映像寄存器（AI）（13）模擬量輸出映像寄存器（AQ）2.尋址方式（1）編址方式

字編址：寄存器標識符+字長度（W）+起始字節(jié)號，如VW0表示VB0、

VB1這兩個字

位編址：寄存器標識符+字節(jié)地址+位地址，如I0.1、M0.0、Q0.3等。字節(jié)編址：寄存器標識符+字節(jié)長度（B）+字節(jié)號，如IB0、VB10、QB0等。雙字編址：寄存器標識符+雙字長度（D）+起始字節(jié)號，如VD20表示由

VW20、VW21這兩個字組成的雙字或由VB20、VB21、VB22、

VB23這4個字節(jié)組成的雙字。字節(jié)、字、雙字的編址方式如圖5-12所示。圖5-12

字節(jié)、字、雙字的編址方式（2）尋址方式1）立即尋址不同數(shù)據(jù)的取值范圍如表5-4所示。數(shù)據(jù)大小無符號數(shù)范圍有符號數(shù)范圍十進制十六進制十進制十六進制字節(jié)（8位）0～2550～FF?128～+12780～7F字（16位）0～65

5350～FFFF－32

768～+32

76888

000～7FFF

雙字（32位）0～4

294

967

2950～FFFFFFFF?2

147

483

648～+2

147

483

647800

000

000～7FFFFFFF

表5-4

數(shù)據(jù)大小范圍及相關(guān)整數(shù)范圍2）直接尋址3）間接尋址

使用指針的間接尋址如圖5-13

所示圖5-13

使用指針的間接尋址S7-200系列PLC的存儲器尋址范圍如表5-5所示。表5-5 S7-200系列PLC的存儲器尋址范圍尋址方式CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226位存取（字節(jié)、位）I0.0～I15.7Q0.0～Q15.7M0.0～M31.7T0～T255C0～C255L0.0～L59.7V0.0～V2047.7V0.0～8191.7V0.0～V10

239.7SM0.0～SM179.7SM0.0～SM199.7SM0.0～SM549.7字節(jié)存取IB0～IB15QB0～QB15MB0～MB31SB0～SB31LB0～LB59AC0～AC3VB0～VB2

047VB0～VB8

191VB0～VB10

239SMB0.0～SMB179SMB0.0～SMB299SMB0.0～SMB549字存取IW0～IW14QW0～QW14MW0～MW30SW0～SW30T0～T255CO～C255LW0～LW58AC0～AC3VW0～VW2

046VW0～VW8

190VW0～VW10

238SMW0～SMW178SMW0～SMW298SMW0～SMW548AIW0～AIW30AQW0～AQW30AIW0～AIW62AQW0～AQW30雙字存取ID0～ID2044QD0～QD12MD0～MD28SD0～SD28LD0～LD56AC0～AC3VD0～VD2

044VD0～VD8

188VD0～VD10

236SMD0～SMD176SMD0～SMD296SMD0～SMD5465.3

STEP7-Micro/WIN編程軟件介紹5.3.1編程軟件的安裝與項目的組成1.編程軟件的安裝2.項目的組成（1）程序塊（2）數(shù)據(jù)塊（3）系統(tǒng)塊（4）符號表（5）狀態(tài)表（6）交叉引用（7）項目中各部分的參數(shù)設(shè)置5.3.2STEP7-Micro/WIN主界面1.主菜單文件菜單幫助菜單編輯菜單PLC菜單工具菜單窗口菜單調(diào)試菜單查看菜單