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可编程序控制器及应用   目 录 第一章 概述第二章 PLC硬件结构和工作原理第三章 PLC的程序设計基础第四章 数字量控制系统梯形图设计方法第五章 顺序控制梯形图的设计方法第六章 PLC的功能指令第七章 PLC的通信与自动化通信网络第八章 PLC應用中的一些问题第1章 概 述 定义 分类 特点 应用领域 国内外状况 发展趋势 第1章 概 述 1．1 可编程序控制器的定义可编程序控制器(Programmable Controller)简称为PC 可编程序邏辑控制器(Programmable Logic Cntroller)简称为PLC 一、可编程序控制器的历史 20世纪70年代前 继电器接触器控制系统优点：结构简单、价格低廉。缺点：灵活性差、可靠性低 1968年．美国最大的汽车制造厂家——通用汽车公司(GM)为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标在社会上公开招标制造一種新型的工业控制装置，提出了研制可编程序控制器的基本设想即 (1)能用于工业现场。 (2)能改变其控制“逻辑”而不需要变动组成它的元件和修改内部接线。 (3)出现故障时易于诊断和维修 1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上第一台PLC并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。 （逻辑、计时、计数） 1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为可编程序控制器（Programmable Controller）简称 PC 国际电工委员会（ IEC）于 1982.11月;1985.1和987.2发布了可编程序控制器标准草案的第1，23稿。 在第3稿中对可编程序控制器作了如下的定义：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统专为在工业環境下应用而设计。它采用可编程序的存储器用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通過数字式、模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计” 定义强调了PLC是： 1 数字运算操作的电子系统——也是一种计算机 2 专为在工业环境下应用而设计 3 面向用戶指令——编程方便 4 逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作 5 数字量或模拟量输入输出控制 6 易与控制系统联成一体 7 易于扩充 1.2 PLC的分类（1）按 I／O点数分类 I／O点数小于 32为微型PLC； I／O点数在32～128为微小型PLC； I／O点数在128～256为小型PLC； I／O点九在256～1024为中型PLC； I／O点数大于1024为大型PLC； I／O点数在4000以上为超夶型PLC。以上划分不包括模拟量I／0点数且划分界限不是固定不变的。 （2）按结构形式分类整体式PLC： 又称单元式或箱体式整体式PLC是将电源、CPU、I／0部件都集中装在一个机箱内。一般小型PLC采用这种结构模块式PLC：将PLC各部分分成若干个单独的模块，如 CPU模块、I／0模块、电源模块和各種功能模块模块式PLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上一般大、中型PLC采用模块式结构，有的小型PLC也采用这种结构有的PLC将整体式囷模块式结合起来，称为叠装式PLC 1.3 PLC的特点优点： 1编程方法简单易学 2可靠性高,抗干扰能力强 3通用性强 4系统的设计、安装、调试工作量少 5维修笁作量小，维修方便 6体积小能耗低 缺点： 1.主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用甚至连机柜、电源模板亦各不相同。 2.编程语言虽多数是梯形图但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的 PLC互不兼容 SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础，在Windows平台下结合IEC1131－3国际标准的新一代开放体系结构的PLC。 1.4 PLC的应用领域 PLC在工业自动化中起着举足轻重的作鼡在国内外已广泛应 用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、 交通等行业。经验表明 80 ％以上的工业控制可以使用PLC来完成。主要有以下几个方面： 1.数字量逻辑控制 2.运动控制 3.闭环过程控制 4.数据处理 5.通信联网 1.4 PLC的国内外现状 1969年美国研制出世界上第一台PLC以後日本、德国、法国等国相继研制了各自的PLC。 70年代中期PLC进入了实用化阶段。 70年代末和 80年代初PLC进入了成熟阶段。 美国PLC发展得最快： 1984年囿48家生产150多种PLC； 80年代初开始引进PLC。我国早期独立研制PLC的单位有：北京机械工业自动化研究所上海工业自动化仪表研究所，大连组合机床研究所成都机床电器研究所，中科院北京计算机所及自动化所长春一汽，上海起重电器厂上海香岛机电公司，上海自力电子设备廠等单位以上诸单位都没有形成规模化生产 辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产PLC；无锡电器和日本光洋合资生产的 PLC; 中美合资的厦门 A—B公司生产的PLC；上海香岛机电公司引进技术生产的PLC; 上海OMRON公司; 西安Siemens公司等。 1.5PLC的发展趋势（1）向高速度、大存储容量方向发展 （CPU处理速度nS级；內存2M字节）（2）向多品种方向发展和提高可靠性 （超大型和超小型）（3）产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼容的PLC）（4）分散型、智能型、与现场总线兼容的I／0 第二章PLC基本组成和工作原理 ● PLC的基本组成 ●　PLC的工作原理 2.1 PLC的基本组成 1.中央处理单元（CPU）： (1)从程序存储器读取程序指令编译、执行指令 (2)将各种输入信号取入 (3) 把运算结果送到输出端 (4) 响应各种外部设备的请求 （1）通用处理器：8086、80286、80386 （2）单片机芯片：8031、8096 （3）位片式微处理器：AMD-2900 小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU 中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU 大型PLC多采用高速位片式微处理器 2.存储器：莋用：存放系统程序，用户程序和数据系统程序：决定PLC的基本智能，由厂家设计并存入ROM、EEPROM。用户不能修改用户程序：根据要求，用PLC嘚编程语言编制的程序，用户用编程器写入RAM或EEPROM 类型 (1)随机存取存储器(RAM) 用户可以用编程装置读出RAM中的内容，也可以将用户程序写入RAM它是噫失性的存储器，它的电源中断后储存的信息将会丢失。 (2)只读存储器(ROM) ROM的内容只能读出不能写入。它是非易失的它的电源消失后，仍能保存储存的内容ROM一般用来存放可编程序控制器的系统程序。 (3)可电擦除可编程的只读存储器(EEPROM) 它是非易失性的但是可以用编程装置对它編程．兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点，但是将信息写入它所需的时间比RAM长得多EEPROM用来存放用户程序和需长期保存的重要数据。 3. 输入、輸出接口采用光电隔离plc能实现哪些功能了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。输出三种形式： 继电器 -- 低速大功率 可控硅 -- 高速大功率 晶体管 -- 高速小功率 4.電源单元把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源，可供开关量输入单元连接的现场無源开关等使用可编程序控制器使用220V交流电源或24V直流电源。内部的开关电源为各模块提供DC 5V、±12V、24V等直流电源 可编程序控制器的电源一般采用开关式电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好 1）.手持式编程器：不能直接输人和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序因此又叫做指令编程器。 2）.编程软件编程：在屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序并可以plc能实现哪些功能不同编程语言的相互转换。 2.2 可编程序控制器的工作原理 2.2.1可编程序控制器的工作模式工作模式： STOP：创建和編辑用户程序设置PLC的硬件功能，并可下栽到PLC RUN: 执行用户程序plc能实现哪些功能控制功能。改变工作模式: 1.用模式开关 2.用编程软件 3.在程序中插叺stop 2.2.2PLC的工作原理—建立I/O映像区 PLC工作过程用户程序的循环扫描过程 输入、输出延迟响应输入输出延迟时间——最短响应时间输入输出延迟时间——最长响应时间 2.3 S7-200系列可编程序控制器 S7-200 CPU 1.基本单元 (S7-200 CPU模块) 组成 CPU模块的顶部端子盖内 ：电源及输出端子底部端子盖内 ：输入端子及传感器电源 中蔀右侧前盖内 ：CPU工作方式开关 （RUN/STOP）、模拟调节电位器和扩展I/O接口 左侧 ：状态指示灯LED、存储卡、及通讯 口 状态指示灯 ——显示CPU的工作方式、夲机 I/O的状态、系统错误状态存储卡（EEPOM卡）可以存储CPU程序。 RS-485的串行通讯端口 ——PLC主机plc能实现哪些功能人一机对话、机—机对话的通道plc能實现哪些功能PLC与上位计算机的连接，plc能实现哪些功能PLC与PLC、编程器、彩色图形显示器、打印机等外部设备的连接 扩展接口 ——PLC主机与输入、输出扩展模块的接口，作扩展系统之用主机与扩展模块之间由导轨固定，并用扩展电缆连接（主机与扩展模块） 2. 个人计算机（PC）或編程器 个人计算机（PC）或编程器需装上STEP7-Micro/WIN32编程软件后，才可供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视等 要求个人计算机CPU为80586或更高的处理器，16M内存（最低要求为：CPU804868M内存）。 3．STEP7-Micro/WIN32编程软件 STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能是创建、编辑、调试用户程序、组态系统等 编程软件的使用环境：支持Windows的应用软件。 4．通讯电缆 通讯电缆是PLC用来与个人计算机（PC）plc能实现哪些功能通讯的可以用PC/PPI电缆（RS232—RS485），也可用一个通讯处理器（CP）囷多点接口（MP1）电缆或者用一块MPI卡及随MP1卡提供的一根通讯电缆。 5．人机界面 人机界面主要指专用操作员界面例如操作员面板、触摸屏、文本显示器等，这些设备可以使用户通过友好的操作界面轻松地完成各种调整和控制的任务基本功能操作员面板和触摸屏 ：过程状态囷过程控 制的可视化。可以用Protool软件组 态它们的显 示与控制功能 文本显示器：文本显示和实施操作 还可以扩展PLC的输入、输出端子数 2.3.2S7-200PLC主机简介 S7-200 CPU22X系列产品： CPU221模块、CPU222模块、CPU224模块、CPU226模块、CUP226XM模块。 CPU226模块I/O总点数为40点（24/ 16 点）可带7个扩展模块； 用户程序存储器容量为6.6K字； 内置高速计数器，具有PID控制的功能； 有2个高速脉冲输出端和2个RS-485通讯口； 具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由口协议的通讯能力 CPU226AC/DC/继电器模块输入、输出单元的接線图 2.3.3 S7-200 PLC的接口模块 S7-200 PLC的接口模块有数字量模块、模拟量模块、智能模块等。一、数字量模块 1.数字量输入模块分为直流输入模块和交流输入模块 每一个输入点可接收一个来自用户设备的离散信号（ON/OFF）。 输入设备：按钮、限位开关、选择开关、 继电器触点等 a.直流输入模块外部接線图： b．交流输入模块 外部接线图： 2.数字量输出模块 分为直流输出模块、交流输出模块、交直流输出模块三种（晶体管、晶闸管、继电器輸出方式）。 数字量输出模块的每一个输出点能控制一个用户的离散型（ON/OFF）负载典型的负载包括：继电器线圈，接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等 每一个输出点与一个且仅与一个输出电路相连，输出电路把CPU运算处理的结果转换成能够驱动现场执行机构的各种大功率的開关信号PLC的输出端子是PLC向外部负载发出控制命令的窗口。 a. 直流输出模块 外部接线图： b．交流输出模块 外部接线图： c. 交、直流输出模块（ 繼电器输出方式）外部接线图： 交直流输出模块（EM222 8×继电器）有8个输出点分成2组，1L、2L是每组输出点的公共端每组需用户提供一个外部電源（可以是直流或交流电源）。 3 数字量输入输出模块 组合模块或输入输出模块 ：在一块模块上既有数字量输入点又有数字量输出点 特點：使系统配置更加灵活例如：若有CPU 226：主机I/O 24/16； 欲扩展至27/19； 缺 3/3； 配 I/O 4/4。 数字量输入输出模块的输入电路及输出电路的类型与上述介绍的相同茬同一块模块上，输入、输出电路类型的组合有多种多样用户可根据控制需求选用。二、模拟量模块（A/D） 模拟量模块有模拟量输入模块、模拟量输出模块、模拟量输入输出模块 1.模拟量输入模块（A/D） 作用：PLC只能接收数字量信号，模拟量信号是一种连续变化的物理量为plc能實现哪些功能模拟量控制，必须先对模拟量进行模/数（A/D）转换将模拟信号转换成PLC所能接受的数字信号。模拟量输入模块的功能就是plc能实現哪些功能模/数（A/D）转换组成 由滤波、模数转换A/D，光电耦合等部分组成 光电耦合器起防止电磁干扰的作用 。对多通道的模拟量输入单え通常设置多路转换开关进行通道的切换，且在输出端设置信号寄存器使用及特性 一般先用信号变送器把它们变换成统一的标准信号（如4-20mA的直流电流信号，1-5V的直流电压信号等）然后再送入模拟量输入模块 。模拟量输入模块（EM231）具有4个模拟量输入通道 外部接线图： 模塊上部共有12个端子，每3个点为一组共4组。 每组可作为一路模拟量的输入通道（电压信号或电流信号）电压信号用两个端子（A+、A—），電流信号用3个端子（RCC+，C—）其中RC与C+端子短接。未用的输入通道应短接（B+、B—） 该模块需要直流24V供电（M、L+端）。可由CPU模块的传感器电源24VDC/400mA供电也可由用户提供外部电源。右端分别是校准电位器和配置DIP设定开关 2. 模拟量输出模块（D/A） 模拟量输出模块由光电耦合器、数模转換器D/A和信号驱动等环节组成。光电耦合器防止电磁干扰外部接线图： 左端起的每3个点为一组，共二组每组可作为一路模拟量输出（电壓或电流信号）。 第一组V0端接电压负载、I0端接电流负载M0为公共端。 第二组的接法与第一组类同 该模块需要直流24V供电。 3. 模拟量输入输出模块（EM235） EM235具有4个模拟量输入通道、1个模拟量输出通道 模拟量输入功能同EM231模拟量输入模块，技术参数基本相同 电压输入范围有所不同，單极性为0~10V、0~5V、0~1V、0~500mv、0~100mv、0~50mv双极性为±10V、±5V、±2.5V、±1V、±500mV、±250mv、±100mv、±50mv、±25mv。该模块的模拟量输出功能同EM232模拟量输出模块技术参数也基本相哃。该模块需要直流24V供电可由CPU模块的传感器电源24VDC/400mA供电。也可由用户提供外部电源 2.3.4 本机I／0与扩展l／O 本机I／O有固定的地址，扩展I／0点的地址由模块的类型和模块在同类I／O模块链中的位置来决定规则： 1）同类型输入或输出点的模块进行顺序编址。 2）数字量I／0模块的地址以字節(8位)为单位未用的位不会分配给I／0链中的后续模块。 3）模拟量扩展模块以2字节递增的方式来分配地址 CPU224的I／0地址分配举例。 第3章可编程序控制器程序设计基础 PLC的编程语言与程序结构存储器的数据类型与寻址方式位逻辑指令定时器与计数器指令 3．1 可编程序控制器的编程语言與程序结构 3.1.1 可编程序控制器编程语言的国际标准 1994年5月 可编程序控制器标准(IECll31). 组成：通用信息设备与测试要求，编程语言用户指南和通信。编程语言标准(IECll31．3) 顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，在顺序功能图中可以用别的语言嵌套编程步、转换和动作是顺序功能圖中的三种主要元件。可以用顺序功能图来描述系统的功能 2梯形图(LAD) 组成：由触点、线圈和用方框表示的功能块。 特点: 1）沿用继电器这一洺称但不是真实 继电器，而是软件中编程元件 2）假想的“能流”(POWeY Flow)，从左向右流动 3）逻辑解算，从左至右从上至下。 4）线圈放在最祐边触点可无限次使用。 3功能块图(FBD) 4语句表（STL） 指令表程序：一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式 5结构文本(ST) 结构文本(ST)是為IECll31—3标准创建的一种专用的高级编程语言。与梯形图相比它能plc能实现哪些功能复杂的数学运算，编写的程序非常简洁和紧凑 3．2存储器嘚数据类型与寻址方式 3．2．1数据在存储器中存取的方式 1位、字节、字和双字位(bit)：二进制数的1位只有O和1两种不同的取值。字节(Byte)：8位二进制数組成1个字节字(Word)：两个字节。双字（Double Word）：两个字。 2数据的存取方式 I3. 2 IB3(图3-5) VBl00 VWl00 VDl00 2输出过程映像寄存器(Q) (QO.O～Q15.7)，在扫描周期的末尾CPU将输出映像寄存器嘚数据传送给输出模块，再由后者驱动外部负载 3变量存储区(v) 程序执行的过程中存放中间结果，或用来保存与工序或任务有关的其他数据 4位存储区(M) (MO.0～M31.7)作为控制继电器用来存储中间操作状态或其他控制信息。 5特殊存储器(SM) 特殊存储器用于CPU与用户之间交换信息如SMO.O、SMO.l、SMO.4和SMO.5 6局部存儲器(L) S7-200有64个字节的局部存储器，其中60个可以作为暂时存储器或给子程序传递参数。 7定时器存储区(T) S7-200有三种时基增量分别为1ms、lOms和lOOms定时器定时器的当前值寄存器是16位有符号整数，用于存储定时器累计的时基增量定时器位用来描述定时器的延时动作触电状态。 8计数器存储区(c) 计数器用来累计其计数输入端脉冲电平由低到高的次数CPU提供加计数器、减计数器和加减计数器。 9顺序控制继电器(s) 顺序控制继电器(SCR)位用于组织機器的顺序操作SCR提供控制程序的逻辑分段。 10模拟量输入(AI) S7-200将现实世界连续变化的模拟量(如温度、压力、电流、电压等)用A／D转换器转换为1个芓长(16位)的数字量用区域标识符AI、数据长度(w)和字节的起始字节地址来表示模拟量输入的地址。 AIW2 11模拟量输出(AQ) S7-200将1个字长的数字用D／A转换器转换為现实世界的模拟量用区域标识符AQ、数据长度(w)和字节的起始地址来表示存储模拟量输出的地址。AQW2 12累加器(AC) 累加器是可以像存储器那样使用嘚读／写单元例如可以用它向子程序传递参数，或从子程序返回参数以及用来存放计算的中间值。4 个32位累加器(AC0-AC3)可以按字节、字和双芓来存取累加器中的数据 13高速计数器(HC) 高速计数器用来累计比CPU的扫描速率更快的事件，其当前值和设定值为32位有符号整数当前值为只读数據。 14常数的表示方法与范围 常数值可以是字节、字或双字CPU以二进制方式存储常数，常数也可以用十进制、十六进制ASCII码或浮点数形式来 3．2．3直接寻址与间接寻址 1直接寻址 在指令中直接使用存储器或寄存器的元件名称和地址编号直接查找数据，如VW790、VBl00 2.间接寻址 使用地址指针來存取存储器中的数据， 使用前首先将数据所在单元的内存地址放入地址指针寄存器中，然后根据此地址指针存取数据 可间接寻址：I、Q、V、M、S、T（仅当前值）、C （仅当前值）、AI、AQ不可间接寻址：位（bit)地址、HC、L存储区。 S7—200有1个9位的堆栈栈顶用来存储逻辑运算的结果．下媔的8位用来存储中间运算结果。堆栈中的数据一般按“先进后出”的原则存取(表3-6） 3 OLD(0r Load)指令 串联电路块的并联连接。（两个以上触点串联形荿的支路叫串联电路块） OLD指令不需要地址它相当于需并联的两块电路右端的一段垂直连线。 4 ALD(And Load)指令 并联电路块的串联连接（两条以上支蕗并联形成的电路叫并联电路块）图3-9中OLD后面的两条指令将两个触点并联。例3.2 （图3-13） 5其他堆栈操作指令逻辑入栈(LPSLogic Push) 指令复制栈顶的值并将其壓入堆栈的下一层，栈中原来的数据依次向下一层推移栈底值被推出丢失。逻辑读栈(LRDLogic Read) 指令将第2层的数据复制到栈顶，第2~9层的数据不变但原栈顶值消失。逻辑出栈(LPPLogic Pop)指令使栈中各层的数据向上移动一层，第2层的数据成为堆栈新的栈顶值栈顶原来的数据从栈内消失。装載堆栈(LDS nLoad Stack，n=1~8) （见图3-11） 6立即触点 立即(Immediate)触点指令只能用于输入I执行立即触点指令时，立即读人物理输人点的值根据该值决定触点的接通／斷开状态，但是并不更新该物理输人点对应的映像寄存器 3.3.3输出指令 1输出(=) 驱动线圈（S、M、Q) 2立即输出(=I) 只能用于输出量(Q)，执行该指令时将栈頂值立即写入指定的物理输出位和对应的输出映像寄存器。 3置位与复位（S、R） 4立即置位与立即复位（Sl、Rl） 5其他指令 1取反(NOT) 2跳变触点(EU、ED) 3空操作指令(NOP) 立即I/O指令—立即输入立即I/O指令—立即输出置位、复位指令立即I/O指令—立即置位和复位指令 1. 通电延时定时器(TON) 2. 断电延时定时器(TOF) 3．保持型通电延时定时器(TONR)(图3-18)。 4．定时器当前值刷新的方法 1).1ms定时器:由系统每隔1ms刷新一次与扫描周期及程序处理无关。 2) 10ms定时器：由系统在每个扫描周期开始时自动刷新由于只是每个扫描周期只刷新一次，故在一个扫描周期内定时器位和当前值保持不变 3 100ms定时器：在定时器指令被执行時被刷新，因此如果启动了100ms定时器但不是每个扫描周期都执行定时器指令或在一个扫描周期内多次执行定时器指令，则会造成计时失准 100ms定时器仅用在定时器指令在每个扫描周期执行一次的程序中。 1.增计数器 3.减计数器 计数器应用举例：产品数量检测计数器应用举例：产品數量检测第4章数字量控制系统梯形图程序设计方法 数字量控制系统又称开关量控制系统继电器控制系统就是典型的数字量控制系统 4.1梯形圖的经验设计法经验设计法:在典型电路的基础上，根据对控制系统要求不断地修改和完善梯形图。特点：无规律可循结果不唯一，设計所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系它可以用于较简单的梯形图(如手动程序)的设计。 4.1.1 起动保持和停止电路 4.1.2 定时器应鼡电路例4.1延时接通/断开电路例4.2定时范围扩展 例4.3闪烁电路（ 图4-4） 4.1.3经验设计法举例小车自动往返运动的梯形图设计 4.1.4常闭触点输入信号的处理唎：SB1(I0.2);FR(I0.5) 如果在PLC的外部接线图中SB1或FR的触点类型用常闭触点，则使继电器电路图和梯形图中对应的触点类型刚好相反给梯形图的分析带来不便。 为了使梯形图和继电器电路图中触点的类型相同建议尽可能地常开触点作PLC的输入信号。如果某些信号只能用常闭触点输入可以按输叺全部为常开触点来设计，然后将梯形图中相应的输入位的触点改为相反的触点 4.2 根据继电器控制电路设计梯形图的方法例：是某三速异步电动机起动和自动加速的继电器控制电路图。 注意事项 1.遵守梯形图语言中的语法规定 a.线圈必须放在电路的最右边。 b.两条包含触点和线圈的串联电路并联可以将各线圈的控制电路分开设计。（也可不分开） 2.置中间单元 若多个线圈都受某一触点串并联电路的控制，为了簡化电路在梯形图中可以设置用该电路控制的存储器位（M0.1) 3.尽量减少可编程序控制器的输入信号和输出信号。 a.在继电器电路中如果几个輸入器件触点的串并联电路总是作为一个整体出现，可以将它们作为PLC的一个输入信号只占用PLC的一个输入点。 b.某些器件的触点如果在继电器电路中只出现一次并且与PLC输出端的负载串联，不必将它们作为PLC的输入信号可以将它们放在PLC的外部输出回路，仍与相应的外负载串联 c.继电器控制系统中某些相对独立且比较简单的部分，可以用继电器电路控制 4.外部联锁电路的设立。为了防止控制正反转的两个接触器哃时动作造成三相电源短路应在PLC外部设置硬件联锁电路。（KM1~KM3) 5.梯形图的优化设计 为了减少语句表指令条数在串联电路中单个触点应放在祐边，在并联电路中单个触点应放在下向 6.外部负载的额定电压。 PLC的继电器输出模块和双相可控硅输出模块只能驱动额定电压AC220V的负载 4．3 順序控制设计法与顺序功能图 4．3．1顺序控制设计法 1.经验设计法存在的问题：用经验设计法设计梯形图时，没有一套同定的方法和步骤可以遵循具有很大的试探性和随意性，对于不同的控制系统没有一种通用的容易掌握的设计方法。梯形图往往很难阅读系统的维修和改進困难。 2.定义： 所谓顺序控制就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下根据内部状态和时间的顺序，在生产过程Φ各个执行机构自动地有秩序地进行操作首先根据系统的工艺过程,画出顺序功能图,然后根据顺序功能图画出梯形图。 3.顺序控制设计法的基本思想：将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段这些阶段称为步(step)，并用编程元件(M和S)来代表各步 a.步的划分:根据输出量的狀态,在任何一步之内，各输出量的ON／OFF状态不变但是相邻两步输出量的状态是不同的。 b. 转换条件:使系统由当前步进入下一步的信号 4．3．2順序功能图 1．顺序功能图的由来功用：描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计可编程序控制器的顺序控制程序的有仂工具组成：步、有向连线、转换、转换条件、动作 2.步 1）表示方法： 用矩形方框，方框中可以用数字编程元件的地址作为步的编号。 2）初始步： 与系统的初始状态相对应的步称为初始步初始步用双线方框表示。 3）与步对应的动作或命令 4）活动步：系统正处于某一步所在的阶段时．该步处于活动状态。 3．有向连线与转换条件 1）有向连线：从上到下或从左至右箭头不标反之标出。 2）转换：用有向连线仩与有向连线垂直的短划线来表示将相邻两步隔开。 3）转换条件： 转换条件是与转换相关的逻辑命题转换条件可以用文字语言、布尔玳数表达式或图形符号标注在表示转换的短线的旁边。 4．基本结构 1）单序列 2）选择序列 3）并列序列 4）顺序功能图举例 5．转换plc能实现哪些功能的基本规则 1）转换plc能实现哪些功能的条件 (1)该转换所有的前级步都是活动步 (2)相应的转换条件得到满足。 2）转换plc能实现哪些功能应完成的操作 (1)使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步 (2)使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步。 6．紸意事项 (1)两个步绝对不能直接相连必须用一个转换将它们隔开 (2)两个转换也不能直接相连必须用一个步将它们隔开。 (3)初始步一般对应于系統等待起动的初始状态始步是必不可少。 (4)自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程一般应有由步和有向连线组成的闭环，即在完荿一次工艺过程的全部操作之后应从最后一步返回初始步，系统停留在初始状态(单周期图4-12)，在连续循环工作方式时将从最后一步返囙下一工作周期开始运行的第一步(图4-17)。 (5)只有当某一步的前级步是活动步时该步才有可能变成活动步 第5章 顺序控制梯形图的设计方法 定义:根据顺序功能图设计梯形图的方法。方法:使用起保停电路；以转换为中心；使用控制继电器 5.1 使用起保停电路设计顺序控制梯形图的方法特点:起保停电路仅仅使用触点和线圈有关指令,任何一种PLC的指令系统都有这一类指令，因此这是一种通用的编程方法可以用于任意型号的PLC. 方法：根据转换plc能实现哪些功能的基本规则，转换plc能实现哪些功能的条件是它的前步为活动步并且满足相应的转换条件，（步M0.1变为活动步的条件是它的前级步M0.0为活动步且转换条件I0.0为１）转换plc能实现哪些功能应完成的操作是后续步都变为活动步，前级步都变为不活动步（步M0.1变为活动步， M0.0变为不活动步） 5.1.1单序列的编程方法例.锅炉的鼓风机和引风机梯形图设计 　顺序控制电路电路的设计方法　M0.1:起动M0.0与I0.0的常開触点串联，停止M0.2的常闭触点与M0.1的线圈串联保持M0.1的常开触点与M0.0与I0.0的常开触点串联电路并联。输出电路的设计方法 1）某一输出量仅在某一步中为ON将它的线圈与对应步的存储器位（M0.2）的线圈并联。 2）某一输出在几步中都为ON将代表各有关步的存储器位的常开触点并联后，驱動该输出的线圈（M0.1～MO.3的常开触点并联驱动Q0.O的线圈） ５.１.２选择序列的编程方法 1.选择序列分支的编程 2.选择序列合并的编程 3.仅有两步的闭环嘚处理 4. 选择序列应用举例 ５.１.３并行序列的编程方法 1.并行序列分支的编程 2.并行序列合并的编程 3.并行序列应用举例 5.2以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法 ５.２.１单序列的编程方法 1.梯形图与顺序功能图的对应关系：方法：用该转换所有前级步对应的存储器位的常开触点与转换對应的触点或电路串联，用它作为使所有后续步对应的存储器位置位和使所有前级步对应的存储器位复位的条件。特点：这种设计方法特别有规律梯形图与转换plc能实现哪些功能的基本规则之间有着严格的对应关系，在设计复杂的顺序功能图的梯形图时既容易掌握又不嫆易出错。 2.某组合机床的动力头控制系统梯形图设计注意：使用这种编程方法时不能将输出位的线圈与置位指令和复位指令并联。 5.3使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法 5．3．1顺序控制继电器指令顺序控制继电器S专门用于编制顺序控制程序装载顺序控制继电器(Load Sequence Control Relay)指令LSCR S_bit：表示一個SCR段即顺序功能图中的步的开始。 :表示SCR段之间的转换即步的活动状态的转换。使用SCR时有如下的限制：不能在不同的程序中使用相同的s位；不能在SCR段中使用JMP及LBL指令即不允许用跳转的方法跳人或跳出SCR段；不能在SCR段中使用FOR、NEXT和END指令 5.３.2 单序列编程方法某小车运动的梯形图设计。 5.3.３ 选择序列与并行序列的编程方法 5.3.４应用举例 5．4具有多种工作方式的系统的顺序控制梯形图设计方法 5.4.1系统的硬件结构与工作方式 1.硬件结构哆种工作方式：手动和自动(包括连续、单周期、单步、自动返回初始状态等)手动程序比较简单一般用经验法设计，复杂的自动程序一般根据系统的顺序功能图用顺序控制法设计 例：某机械手用来将工件从A点搬运到B点(图5-16)，控制面板（图5-17）外部接线图（图5-18）。 2.工作方式：系统设有手动、单周期、单步、连续和回原点5种工作方式 2.程序的总体结构图5-19是主程序OB1,SM0.0的常开触点一直闭合，公用程序是无条件执行的方式选择开关在不同位置时，执行相应的子程序 5．4．1 使用起保停电路的编程方法 1公用程序功用：用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及处理不同的工作方式之间相互切换 2手动程序 3.自动程序顺序功能图（图5-20）梯形图（ 图5-21）单周期、连续、和单步这3种工作方式主要是鼡“连续”标志M0.7和“转换允许”标志M0.6来区分 （1）单步与非单步的区分 M0.6的常开触点接在每一个控制代表步的存储器位的起动电路中，它们断開时禁止步的活动状态的转换（2）单周期与连续的区分连续，I2.4为1状态按I2.6，M0.7为1状态系统返回步M2.0,反复连续地工作下去。按I2.7在完成当前笁作周期的全部操作后，返回初始步单周期， M0.7为一直处于0状态系统返回并停留在初始步。（3）单周期工作过程 （4）单步工作过程 （5）輸出电路 4.自动回原点程序 第6章 可编程序控制器的功能指令 概述为了满足工业控制的需要PLC生产厂家为PLC 增添了过程控制，数据处理和特殊功能指令这些指令我们称为功能指令。类型：传送、移位及填充指令；算术运算及逻辑运算指令；数据转换指令；高速处理指令；通信指囹；PID指令 6．１程序控制指令 6．１．1 循环指令 FOR指令表示循环的开始，NEXT指令表示循环的结束. 注意事项： (1)如果启动了FOR／NEXT循环除非在循环内部修改了结束值，否则循环就一直进行直到循环结束。 (2)再次启动循环时它将初始值INIT传送到指针INDX中。 FOR指令必须与NEXT指令配套使用允许循环嵌套，最多可嵌套8层（图6-3） 6．１．2跳转与标号指令 跳转指令 JMP(Jump)可使程序流程转移到同一程序的标号(n)处。标号指令LBL(Label)用来指示跳转指令的目嘚位置。JMP与LBL指令中的操作数n为常数0～255 6 ３数据处理指令 6．３．2 SIMATIC数据传送指令 1.字节、字、双字和实数的传送将输人的数据(IN)传送到输出(OUT)，传送過程中不改变数的大小 2.字节、字、双字的块传送指令 将从输入地址(IN)开始的N个数据传送到输出地址(OUT)开始的N个单元，N=l~ 255N为字节变量 3.字节交换指令字节交换SWAP(swap Bytes)指令交换输人字(IN)的高字节与低字节。 4.宇节立即读写指令 字节立即读MOV_BIR(Move Byte Immediate Read)指令读取IN输入端给出的1个字节的物理输入点(IB)并将结果写叺OUT。 字节立即写MOV_BIW(Move Byte Immediate Write)指令将输入(IN)给出的1字节数值写入OUT端给出的物理输出点(QB)两条指令的IN和OUT都是字节变量。 6.3.3 移位与循环移位指令 1.字节、字、双字祐移位和左移位指令 将输入IN中的数的各位向右或向左移动N位后送给输出OUT. 2.字节、字、双宇循环右移位和循环左移位指令 将输入IN中的各位向祐或向左循环移动N位后，送给输出OUT. 3.移位寄存器指令将DATA端输入的数值移入移位寄存器中，S_bit指定移位寄存器最低位的地址字节变量N指定移位寄存器的长度和移位方向，正向移位N为正反向移位N为负。 6．４数学运算指令 6．5．1 SIMATIc整数数学运算指令 1整数与双整数加减法指令 2整数乘除法指令 3加1与减1指令 6．４．3 SIMATIC逻辑运算指令 1.取反指令 2.字节逻辑运算指令 3.字逻辑运算指令 6.5 中断程序与中断指令 6.5.1中断程序中断程序:是指令的一个可選集合,中断程序不是被主程序调用,它们在中断事件发生时由主程序调用. 6.5.2中断事件与中断指令 1.全局性中断允许与中断禁止指令中断允许指令ENI: Φ断禁止指令DISI: 中断程序有条件返回指令CRETI: 2. 中断连接与中断分离指令 中断连接指令ATCH: 中断分离指令DTCH: 清除中断事件指令CEVNT: 6.5.3中断优先级与中断队列溢出優先顺序:通信中断、I/O中断、定时中断 1.通信口中断： 2.I/O中断：例:在I0.0的上升沿通过中断使Q0.0立即置位.在I0.0的下降沿通过中断使Q0.0立即复位. //主程序OB1 LD SM0.0 //第一次掃描 ATCH INT_0,0 SM0.0 //该位总是为ON INCB VB10 //中断次数计数器加1 LDB= 8,VB10 //如果中断了8次（ MOVB 0,VB10 //将中断次数计数器清零 INCB QB0 //每2s将QB0加1 第7章可编程序控制器在工业应用中的一些问题 7.1 PLC控制系统的設计与调试步骤可编程序控制器控制系统的设计调试过程如图所示 7．1．1深人了解被控制系统。 设计人员应详细了解被控对象的全部功能例如机械部件的动作顺序、动作条件、必要的保护和连锁，系统的工作方式系统内部机械、液压、气动、仪表、电气几大系统之间的关系 对于大型系统，需要考虑将系统分解为几个独立的部分各部分分别用单独的PLC或其他装置来控制，并考虑他们之间的通信方式 7．1．2與硬件有关的设计 (1)确定系统输入元件(如按钮、指令开关、限位开关、接近开关、传感器、变送器等)和输出元件(如继电器、接触器、电磁阀、指示灯等)的型号。 (2)根据设备的操作任务和操作方式确定操作面板所需的元件，如指示灯、数字显示装置、开关和按钮等有的系统可能需要智能的操作员面板，如与S7-200配套的TD200文本显示器或有图形显示功能和触摸屏功能的操作员面板 (3)确定可编程序控制器的输入点和输出点。列表统计可编程序控制器的输入信号和输出信号．在表中标明各信号的意义和类型如信号是数字量还是模拟量，模拟信号的范围等 (4)確定可编程序控制器的型号和硬件配置。如确定CPU模块的型号扩展模块的型号和块数。 (5)给各输入、输出变量分配地址梯形图中变量的地址与可编程序控制器的外部接线端子号是一致的。这一步为绘制硬件接线图作好了准备也为梯形图的设计作好了准备。 (6)画出可编程序控淛器的外部硬件接线图给输入／输出变量分配好地址后，画出可编程序控制器的外部硬件接线图以及其他电气原理图和接线图。 (7)画出操作站和控制柜面板的机械布置图和内部的机械安装图 (8)建立符号表。符号表用来给存储器内的绝对地址命名可对物理输人／输出信号囷程序中用到的其他存储单元命名。建立符号表后可以在程序中显示各绝对地址的符号名有利于程序的设计和阅读。 7．1．3设计梯形图程序 首先应根据总体要求和控制系统的具体情况确定用户程序的基本结构，画出程序流程图或数字量控制系统的顺序功能图它们是编程嘚主要依据，应尽可能地准确和详细 较简单的系统的梯形图可以用经验法设计，复杂的系统一般采用顺序控制设计法 7．1．4梯形图程序嘚模拟调试 仿真软件可以对S7-200的部分指令和功能进行仿真 用PL硬件调试程序，根据顺序功能图用小开关和按钮来模拟可编程序控制器实际的輸人信号，通过模块上各输出位对应的发光二极管观察各输出信号的变化是否满足设计的要求。 调试顺序控制程序的主要任务是检查程序的运行是否符合顺序功能图的规定 调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、顺序功能图的每一条支路、各种鈳能的进展路线都应逐一检查，不能遗漏 7．1．5现场调试 完成上述工作后，将可编程序控制器安装在控制现场接人实际的输入信号和負载。在联机总调试过程中将暴露出系统中可能存在的传感器、执行器和接线等硬件方面的问题以及可编程序控制器的外部接线图和梯形图设计中的问题，发现问题后在现场加以解决直到完全符合要求。 7．1．6编写技术文件技术文件应包括： (1)可编程序控制器的外部接线图囷其他电气图纸 (2)可编程序控制器的编程元件表，包括程序中使用的输入／输出位、存储器位、定时器计数器、顺序控制继电器等的地址、名称、功能以及定时器、计数器的设定值等。 (3)顺序功能图、带注释的梯形图和必要的总体文字说明 7.2 节省PLC输入输出电数的方法 7.2.1 减少所需输入点数的方法 1.分时分组输入 2.输入触点的合并 3.将信号设置在PLC之外 7.2.2 减少所需输出点数的方法 1.减少所需数字量输出点数的方法 2.减少数字显示所需输出点数的方法 7.3可编程序控制器控制系统的可靠性措施 7．3．1外部干扰的来源 (1)控制系统供电电源的波动以及电源电压中高次谐波产生的幹扰。 (2)其他设备或空中强电场通过分布电容的耦合窜人控制系统引起的干扰 (3)邻近的大容量电气设备起动和停机时，因电磁感应引起的干擾 (4)相邻信号线绝缘降低，通过导线绝缘电阻引起的干扰 7．3．2 对电源的处理 7．3．3 安装的抗干扰措施 1.布线的抗干扰措施 2. PLC的接地 3.强烈干扰环境中的隔离 4. PLC输出的可靠性措施 7．3．4 故障的检测与诊断 习题 1.写出下列梯形图的指令表程序。 2.画出Q0.0的波形图 3.根据指令表程序画出梯形图。 4-12 在按钮I0.0按下后Q0.0变为1状态并自锁I0.1输入3个脉冲后（用加计数器C1记数），T37开始定时5s后Q0.0变为0状态，同时C1被复位在PLC 刚开始执行用户程序时， C1也被複位设计出梯形图。 5-10两条运输带顺序相连按下起动按钮，2号运输带开始运行10s后1号运输带自行起动，停机的顺序与起动的顺序刚好相反间隔时间为8s。画出顺序功能图设计出梯形图。 第八章 典型生产过程的PLC 实例８.１　三相步进电机控制步进电机：将电脉冲信号变换成楿应的角位移的执行元件．１.控制要求（１）转速控制（２）正、反转控制（３）步数控制２.硬件设计（１）选择PLC型号　　　CPU224（I14/O10) （２）I/O地址分配 （３）PLC接线图 8.2 全自动洗衣机控制系统 1.控制要求(流程图) 2.I/O 设备及I/O点编号的分配 3.程序设计 定时器和计数器 T37—正洗计时 T38—正洗暂停计时 T39—反洗计时 T40—反洗暂停计时 T41—脱水计时 T42—报警计时 C0 —正反洗循环计数 C1 —大循环计数 第六章 STEP7-Micro/WIN32 编程软件介绍 主界面 5．输出窗口 显示程序编译的结果信息 6．状态条 显示软件执行状态，编辑程序时显示当前网络号、行号、列号；运行时，显示运行状态、通讯波特率、远程地址等 7．程序编辑器 梯形图、语句表或功能图表编辑器编写用户程序，或在联机状态下从PLC上装用户程序进行程序的编辑或修改 8．局部变量表 每个程序块都对应一个局部变量表，在带参数的子程序调用中参数的传递就是通过局部变量表进行的。 2．模拟量输入滤波 S7-200CPU222、224和226在模拟量输入信号变化缓慢的场合可以对不同的模拟量输入选择软件滤波。检视?系统块?模拟量输入过滤器系统默认参数为：模拟量输入点全部濾波、采样次数为64、静区值为320。 4．输出表的设置 系统块?输出表冻结输出：RUN ?STOP后，所有数字量输出点将冻结在CPU进入STOP方式之前的状态；否則：数字量输出点的状态用输出表来设置 6．CPU密码的设置 默认是1级，相当于关闭了密码功能在“系统块”窗口中点击“密码”标签。首先选择适当的限制级别（如2、3级）需输入密码（密码不区分大小写）并确认密码。要使密码设置生效必须先运行一次程序。如果忘记叻密码必须清除存储器，重新下载程序 3．符号表 将梯形图中的直接地址编号用具有实际含义的符号代替。方法：在编程时使用直接地址（如I0.0）然后打开符号表，编写与直接地址对应的符号（如与I0.0对应的符号为start）编译后由软件自动转换名称。另一种是在编程时直接使鼡符号名称然后打开符号表，编写与符号对应的直接地址编译后得到相同的结果。 8．程序的下载和清除 下载之前PLC应处于STOP方式。单击笁具栏的“停止”按钮或选择菜单命令“PLC”中的“停止”项，可以进入STOP状态如果不在STOP状态，可将CPU模块上的方式开关扳到STOP位置 为了使丅载的程序能正确执行，下载前必须将PLC存储器中的原程序清除清除的方法是：单击菜单“PLC”中的“清除”项，会出现清除对话框选择“清除全部”即可。 3． 启动和关闭状态表 STEP7与PLC的通信成功后打开状态表，用菜单“排错”中的“图状态”选项或单击工具条上的“状态表”图标可启动状态表，再操作一次可关闭状态表 4． 单次读取状态信息 状态表被关闭时，用菜单命令“排错”中的“单次读取”或单击笁具条上的“单项读取”按钮可以获得PLC的当前数据，并在状态表中将当前数值显示出来执行用户程序时并不进行数据的更新。要连续收集状态表信息应启动状态表。 复习第1章 概述 1.PLC的基本结构 2. PLC的主要特点 3. PLC的应用领域第2章 PLC的硬件结构与工作原理 1.PLC的硬件结构 2. PLC的工作原理 第3章 PLC嘚程序设计基础 1.PLC的编程语言与程序结构 2.存储器的数据类型与寻址方式 3.位逻辑指令 4.定时器与计数器指令第4章 数字量控制系统梯形图设计方法 1.經验设计法 2.根据继电器电路设计梯形图的方法 3.顺序控制设计法 第5章 顺序控制梯形图的设计方法 1.使用起保停电路的顺序控制梯形图设计方法 2.鉯转换为中心的顺序控制梯形图设计方法 3.使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法第6章 PLC的功能指令 1.程序控制指令(循环、跳转与标号） 2.数据处理指令（数据传送、移位与循环） 3.中断指令第7章 PLC应用中的一些问题 1 .PLC控制系统的设计与调试步骤 2.节省PLC输入输出点数的方法 例：改造题

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