林小宁_《可编程控制器应用技术》模块1任务1-1_图文

可编程序控制器(Programmable Logic Controller,PLC)是 在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的,并逐渐发展成 为以微处理器为核心,将自动化技术、计算机技术、通信技术融为 一体的新型通用工业控制装置。PLC集三电(电控、电仪、电传)为 一体、性能价格比高、高可靠性的特点,已成为自动化工程的核心 设备。PLC成为现代工业自动化的三大技术支柱(PLC、机器人、 CAD/CAM)之一。 S7-200系列PLC是西门子公司推出的一种小型PLC。它以紧凑的 结构、良好的扩展性、强大的指令功能、低廉的价格,已经成为目 前各种小型控制工程的理想控制器。

学习目标 通过2项任务的实施,初步了解西门子S7-200系列 PLC的硬件组成及功能特性,熟悉S7-200系列PLC的安装 配线;熟悉S7-200系列PLC的编程软件STEP 7-Micro/WIN 的使用、能初步运用编程软件进行联机调试。
任务1-1 S7-200系列PLC的结构认知与安装

任务1-2 S7-200系列PLC的基本编程实践

任务1-1 S7-200系列PLC的结构认知与安装

任务1-1 S7-200系列PLC的结构认知与安装
?任务目标

(1)从S7-200系列PLC实物入手,认知S7-200系列PLC 的结构。 (2)了解S7-200系列PLC的硬件组成及功能特性。 (3)初步掌握S7-200系列PLC的安装配线。

任务1-1 S7-200系列PLC的结构认知与安装
?前导知识

1.S7-200系列PLC的硬件组成 S7-200系列PLC是整体式结构,基本结构包括主机单元(又称 基本单元)和编程器,是具有很高性价比的小型PLC。

图1-1 S7-200硬件系统的组成

任务1-1 S7-200系列PLC的结构认知与安装
?前导知识

1.S7-200系列PLC的硬件组成
? 主机单元(Main Unit)又称为CPU模块

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?前导知识

1.S7-200系列PLC的硬件组成
? I/O扩展单元

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?前导知识

1.S7-200系列PLC的硬件组成
? 特殊功能单元

任务1-1 S7-200系列PLC的结构认知与安装
?前导知识

1.S7-200系列PLC的硬件组成
? 特殊功能单元

任务1-1 S7-200系列PLC的结构认知与安装
?前导知识

1.S7-200系列PLC的硬件组成
? 特殊功能单元

任务1-1 S7-200系列PLC的结构认知与安装
?前导知识

1.S7-200系列PLC的硬件组成
? 特殊功能单元

任务1-1 S7-200系列PLC的结构认知与安装
?前导知识

1.S7-200系列PLC的硬件组成
? 相关设备

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?前导知识

2.主机单元的结构及功能
输入状态指示

CPU 状态指示

输入状态指示

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?前导知识

3.输入/输出接线 输入输出接口电路是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接 口部件。各输入/输出点的通/断状态用发光二极管(LED)显示, 外部接线一般接在PLC的接线端子上。 S7-200系列CPU22X主机 ? 输入:双向光耦合输入电路 ? 输出:继电器和晶体管两种类型 如:CPU226PLC CPU226AC/DC/继电器型:交流输入电源,提供24V直流为外部元件 (如传感器等),继电器输出方式,24点输入,16点输出; CPU226DC/DC/DC型:直流24V输入电源,提供24V直流为外部元件 (如传感器等),半导体元件直流方式输出,24点输入,16点输 出。

任务1-1 S7-200系列PLC的结构认知与安装
?前导知识

3.输入/输出接线 ? 输入:双向光耦合输入电路

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?前导知识

3.输入/输出接线

任务1-1 S7-200系列PLC的结构认知与安装
?前导知识

3.输入/输出接线

任务1-1 S7-200系列PLC的结构认知与安装
?任务内容

图1-8是CPU226 AC/DC/继电器的端子连接图,请根据该图对 PLC进行端子接线,并借助输入按钮进行试车验收。

图1-8 CPU226AC/DC/继电器的端子连接

任务1-1 S7-200系列PLC的结构认知与安装
?制定计划

工作计划: 在实际行动之前,预先对目标和行动方案作出选择和具体安 排,计划是预测与构想,即预先进行行动安排;围绕预期的目标, 采取具体行动措施的工作过程,随着目标的调整进行行动的调整。

任务1-1 S7-200系列PLC的结构认知与安装
?任务实施

1.电器元件的检查与安装 按任务器材清单配齐所用电器元件,并进行质量检查,然后 安装固定。 2.布线安装 根据斑前线槽布线操作工艺,按图进行布线安装。接线时, 注意PLC端子接线要用开口冷压端子接线。 3.试车、交付 通电试车前,要复验一下接线是否正确,并测试绝缘电阻是 否符合要求。通电试车时,必须有知道知道教师在现场监护。按 下输入按钮,看PLC上对应输入信号灯是否亮。

任务1-1 S7-200系列PLC的结构认知与安装
?检查评价

按任务检查与评价标准进行。
?成果展示、分组交流 ?成果展示

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1.PLC控制系统与继电器控制系统的比较 ? 接线程序控制与存储程序控制的基本概念 接线程序控制系统中支配控制系统工作的“程序”是由分立 元件(继电器、接触器、电子元件等)用导线连接起来加以实现的, 其程序就在接线之中,控制程序的修改必须通过改变接线来实现。 继电器控制系统为典型的接线程序控制系统。 存储程序控制系统中支配控制系统工作的程序是存放在存储 器中的,系统要完成的控制任务是通过存储器中的程序来实现的, 其程序是由程序语言表达的。控制程序的修改不需要改变控制器 的内接线(即硬件),面只需要通过编程器改变存储器中某些语句 的内容。PLC控制系统为典型的存储程序控制系统。

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1.PLC控制系统与继电器控制系统的比较 ? 接线程序控制与存储程序控制的基本概念

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?相关知识

1.PLC控制系统与继电器控制系统的比较 ? 接线程序控制与存储程序控制的基本概念

图1-11 接触器控制电动机单向旋转电路 a) 主电路 b) 接触器控制电路 c) PLC控制电路接线

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1.PLC控制系统与继电器控制系统的比较 ? PLC的等效工作电路

图1-12 PLC控制系统的内部等效电路

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1.PLC控制系统与继电器控制系统的比较 ? PLC控制系统与继电器控制系统的区别 继电器控制系统 PLC控制系统
1)控制方法上: 2)工作方式上: 3)控制速度上: 4)定时和计数控制上: “硬”接线 并行工作方式 速度 慢 精度 低 : “软”接线 : 串行工作方式 : 快 : 高 : 高

5)可靠性和可维护性上: 可靠性 低

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2.PLC的基本工作原理 PLC有两种基本的工作状态,即运行(RUN)状态与停止 (STOP)状态。在运行状态,PLC通过反映控制要求的用户程序来 实现控制功能。为了使PLC的输出能及时地响应随时可能变化的输 入信号,用户程序不是只执行一次,而是反复不断地执行,直至 PLC停机或切换到STOP工作状态。

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2.PLC的基本工作原理 ? 扫描工作方式 ? 当PLC运行时,有许多操作需要进行 ? 但PLC的CPU不可能同时去执行多个操作,每一刻只能执行一 个操作 ? 解决的办法:采用分时操作原理

? 由于CPU的运算处理速度很快,所以从宏观上来看,PLC外部 出现的结果似乎是同时完成的。它只能按分时操作原理每一时 刻执行一个操作。
? 这种分时操作的方法(过程)称为CPU的扫描工作方式。

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2.PLC的基本工作原理 ? 扫描工作方式
检查CPU等内部硬件,对监视定时器(WDT)复位以及 PLC具有很强的自诊断功能, 其它工作 如电源检测、内部硬件是否正常、 程序语法是否有错等,一旦有错 与其它智能装置(如编程器、计算机等)实现通信 或异常则CPU能根据错误类型和程 度发出提示信号,甚至进行相应 的出错处理,使PLC停止扫描或强 按顺序对所有输入端的状态进行采样,并存入相应寄存器 制变成STOP状态。 对用户程序扫描执行 ,并将结果存入相应的寄存器 将寄存器中与输出有关状态,转到输出锁存器, 输出驱动外部负载

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2.PLC的基本工作原理 ? 扫描工作方式 ★ 整个过程包括内部处理、通信服务、 输入处理、程序执行、输出处理五个阶段 ★ 整个过程扫描执行一遍所需的时间称 为扫描周期 ★ 扫描周期与CPU运行速度、PLC硬件配 置及用户程序长短有关 ★ 典型值为1~100ms

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2.PLC的基本工作原理 ? PLC执行程序的过程
输入采样阶段 程序执行阶段 I0.0 M10.0 M10.0 ② 扫描周期 图1-14 PLC的工作过程 Q0.0 M10.0 输出刷新阶段

输 入 端 子

输 入 映 像 ① 寄 存 器

输 出 映 像 寄 存 器
输出刷新

输 输 出 ④ ③ 出 锁 端 存 子 器







输入刷新

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2.PLC的基本工作原理 ? 扫描工作方式特点
? 集中输入(采样):
在一个扫描周期中,对输入状态的采样只在输入处理阶段进行。当PLC进 入程序处理阶段后输入端将被封锁,直到下一个扫描周期的输入处理阶段才 对输入状态进行重新采样。

? 集中输出:
在用户程序中如果对输出结果多次赋值,则最后一次有效。在一个扫描 周期内,只在输出处理阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出,对输出 接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。

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2.PLC的基本工作原理 ? 扫描工作方式特点
o 提高了抗干扰能力,增强了系统可靠性 PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离,这种“串行”工作方 式可以避免继电器控制系统中触点竞争和时序失配问题,从根本上提高了系 统的抗干扰能力,增强了系统的可靠性。

o 降低了系统的响应速度
PLC输入/输出响应滞后,当PLC输入端输入信号发生变化到PLC输出端对 该输入变化作出反应,需要一段时间。对一般的工业控制,这种滞后是完全 允许的。 注意:这种响应滞后不仅是由于PLC扫描工作方式造成,更主要是PLC输 入接口滤波环节带来的输入延迟和输出接口中驱动器件动作时间带来输出延 迟,还与程序设计有关。

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2.PLC的基本工作原理 ? 扫描工作方式特点
o 对于小型PLC I/O点数较少、用户程序较短,一般采用集中采样、集中输出的工作方式。 o 对于大中型PLC I/O点数较多,控制功能强,用户程序较长,为提高系统响应速度,采用 定期采样、定期输出方式或中断输入/输出方式以及采用智能I/O接口等多种 方式。

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3.S7-200系列PLC的内存结构及寻址方式

PLC的内存分为程序存储区和数据存储区两大部分。 程序存储区:用于存放用户程序,它由机器自动按顺 序存储程序。用户不必为哪条程序存放在哪个地址而 费心。 数据存储区:用于存放输入输出状态及各种各样的中 间运行结果。是用户实现各种控制任务所必须了如指 掌的内部资源。

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3.S7-200系列PLC的内存结构及寻址方式 ? 内存结构
S7-200系列PLC的数据存储区按存储器存储数据的长短 可划分为:字节存储器、字存储器和双字存储器三类。 ?7个字节存储器:输入映像寄存器I、输出映像寄存器Q、变量存储器V、 内部位存储器M、特殊存储器SM、顺序控制状态寄存器S和局部变量存储 器L; ?4个字存储器:定时器T、计数器C、模拟量输入寄存器AI和模拟量输出 寄存器AQ; ?2个双字存储器:累加器AC和高速计数器HC。

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3.S7-200系列PLC的内存结构及寻址方式 ? 内存结构
?字节存储器:输入映像寄存器I(输入继电器)
输入继电器是PLC用来接收用 户设备发来的输入信号的接口, 如图所示,每一个输入继电器线 圈都与相应的PLC输入端相连(如 输入继电器I0.0 的线圈与PLC的 输入端子0.0 相连),并有无数 对常开和常闭触点供编程时使用。 编程时应注意,输入继电器的线 圈只能由外部信号来驱动,不能 在程序内部用指令来驱动。因此, 在用户编制的梯形图中只应出现 输入继电器的触点,而不应出现 输入继电器的线圈。

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以上介绍的两种软继电器都 3.S7-200系列PLC的内存结构及寻址方式 ? 内存结构 是和用户有联系的.因而又称为
?字节存储器:输出映像寄存器Q (输出继电器) PLC与外部联系的窗口.
输出继电器是PLC用来将输出 下面所介绍的则是与外部设 信号传送到负载的接口,如图所 备没有联系的内部软继电器,它 示,每一个输出继电器都有无数 对常开和常闭触点供编程时使用。 们既不能用来接收外部的用户信 除此之外,还有一对常开触点与 号,也不能用来驱动外部负载, 相应的PLC输出端相连(如输出继 电器Q0.0有一对常开触点与PLC的 只能用于编制程序,即线圈和触 输出端子0.0相连)用于驱动负载。 点都只能出现在梯形图中。 输出继电器线圈的通断状态只能 在程序内部用指令驱动。

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3.S7-200系列PLC的内存结构及寻址方式 ? 内存结构
?字节存储器:内部位存储器M(辅助继电器或中间继电器) PLC中备有许多辅助继电器,其作用相当于继电器控制电路中的中间 继电器,辅助继电器线圈的通断状态只能在程序内部用指令驱动,每个 辅助继电器都有无数对 常开触点和常闭触点供编程使用;但这些触点不 能直接输出驱动外部负载,只能在程序内部完成逻辑关系或在程序中驱 动输出继电器的线圈,再用输出继电器的触点驱动外部负载。

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3.S7-200系列PLC的内存结构及寻址方式 ? 内存结构
?字节存储器:特殊存储器SM PLC中还备有若干特殊存储器,特殊存储器位提供大量的状态和控制 功能,用来在CPU和用户程序之间交换信息。

S7-200系 列PLC特 殊存储器 位的功能 见附录。

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3.S7-200系列PLC的内存结构及寻址方式 ? 内存结构
?字节存储器:变量存储器V、顺序控制状态寄存器S和局部变量存储器L

?变量存储器V:主要用于模拟量控制、数据运算、设置参数等用途。 ?顺序控制状态寄存器S(顺序控制继电器):是使用步进控制指令 编程时的重要状态元件,通常与步进指令一起使用以实现顺序功能 流程图的编程。 ?局部变量存储器L:S7-200有64个字节的局部变量存储器,其中60 个可以作为暂时存储器或给子程序传递参数。如果用梯形图或功能 块图编程,STEP7-MicroWIN32保留这些局部存储器的后4个字节。如 果用语句表编程,可以寻址所有64个字节.但是不要使用局部变量 存储器的最后4个字节。

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3.S7-200系列PLC的内存结构及寻址方式 ? 内存结构
?字存储器:定时器T PLC所提供的定时器作用相当于时间继电器。每个定时器可提供无数 对常开和常闭触点供编程使用。其设定时间由程序赋予。 ?字存储器:计数器C 计数器用于累计其计数输人端接受到的由断开到接通的脉冲个数。 计数器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用,其设定值由程序赋予。 ?字存储器:模拟量输入/输出AI寄存器AI/AQ A/D、D/A转换。

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3.S7-200系列PLC的内存结构及寻址方式 ? 内存结构
?双字存储器:累加器AC 累加器是用来暂存数据的寄存器,可以用来存放运算数据、中间数 据和结果。是可以像存储器那样使用的读/写单元。 ?双字存储器:高速计数器HC 一般计数器的计数频率受扫描周期的影响,不能太高。而高速计数 器可用来累计比CPU的扫描速度更快的事件。

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3.S7-200系列PLC的内存结构及寻址方式 ? 寻址方式
?编址方式 存储器的单位可以是位、字节、字、双字,编址方式也可以是位、 字节、字、双字。存储单元的地址由区域标识符、字节地址和位地址组 成。 ?位编址: 寄存器标识符+字节地址+.+位地址,如I3.2、M1.2、 Q0.3等。 ?字节编址:寄存器标识符+字节长度B+字节号,如IB3、VB100、QB3 等。 ?字编址: 寄存器标识符+字节长度W+起始字节号,如VW10表示由 VB10、VB11这2个字节组成的字。 ?双字编址:寄存器标识符+双字节长度D+起始字节号,如VD20表示 从VB20到VB23这4个字节组成的双字。

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3.S7-200系列PLC的内存结构及寻址方式 ? 寻址方式
?编址方式

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3.S7-200系列PLC的内存结构及寻址方式 ? 寻址方式
?寻址方式

在编写PLC程序时,会用到寄存器的某1位、某1字节、某1字或某1双 字。如何让指令正确地找到所需要的位、字节、字、双字的信息就要求 正确了解位、字节、字、双字寻址的方法,以便在编写程序时使用正确 的指令规则。 S7-200系列PLC指令系统的寻址方式有立即数寻址、直接寻址和间接 寻址3大类。

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3.S7-200系列PLC的内存结构及寻址方式 ? 寻址方式
?寻址方式 ?立即数寻址: 对立即数直接进行读/写操作的寻址。立即数寻址的数据在指令中以 常数的形式出现。常数大小由数据的长度(二进制数的位数)决定。 在S7-200系列PLC中,常数可为字节、字或双字。存储器以二进制方 式存储所有常数。指令中可用二进制、十进制、十六进制或ASCII码形式 来表示常数。 ?直接寻址: 在指令中直接使用存储器或寄存器的地址编号,直接到指定区域读 取或写入数据,如I3.2、MB20、VW100等。

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3.S7-200系列PLC的内存结构及寻址方式 ? 寻址方式
?寻址方式 ?间接寻址: 指操作数不提供直接数据位置,而是通过使用地址指针来存取存储 器中的数据。在S7-200系列PLC中允许使用指针对I、Q、M、V、S、T(仅 当前值)、C(仅当前值)寄存器进行间接寻址。 使用间接寻址之前,要先创建一个指向该位置的指针,指针为双字 值,用来存放一个存储器的地址,只能用V、L或AC做指针。建立指针时, 必须用双字传送指令(MOVD)将需要的间接寻址的存储器地址送到指针 中,例如:MOVD &VB202,AC1,其中“&VB202”表示取VB202的地址,而 不是VB202的不是值,指令的含义是将VB202的地址送入累加器AC1中。

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3.S7-200系列PLC的内存结构及寻址方式 ? 寻址方式
?寻址方式 ?间接寻址:

任务1-1 S7-200系列PLC的结构认知与安装
?任务训练

图为CPU226DC/DC/DC的端子连接图,请根据该图对PLC进行端 子接线,并借助输入按钮进行试车验收。

任务1-1 S7-200系列PLC的结构认知与安装
?小结

(1)S7-200系列PLC的硬件系统主要由:主机单元、I/O扩展单元、特殊 功能单元、相关设备、工业软件等组成。 (2)主机单元主要由:输入输出接线端子、状态指示灯、通信接口和扩 展接口等组成。 (3)S7-200系列CPU22X主机的输入回路为双向光耦合输入电路,输出有 继电器和晶体管两种类型。 (4)PLC控制系统与继电器控制系统的比较。 (5(PLC的基本工作原理:扫描工作方式 、集中输入/输出。 (6)S7-200系列PLC的内存结构及寻址方式。

任务1-1 S7-200系列PLC的结构认知与安装
?思考练习

1.试比较继电器控制系统与PLC控制系统的特点。 2.简述PLC的基本工作原理。 3.在一个扫描周期中,如果在程序执行期间输入状态发生变化, 则输入映像寄存器的状态是否也随之改变?为什么? 4.PLC的扫描工作方式有何特点? 5.S7-200系列PLC的输入输出地址是如何编号的? 6.S7-200系列PLC的寻址方式有哪几种? 7.S7-200系列PLC的间接寻址是如何操作的?


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