PLC基础学习资料(很实用).ppt

考 试 题 型：,一、填 空二、单 选三、简答四、给出PLC扩展后各模块I/O地址五、根据已知梯形图程序写出对应语句表指令六、根据程序和已知输入信号画出对应波形七、根据已知顺序功能图写出梯形图程序八、程序设计,考试形式：开 卷,可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。,PLC的完整定义,PLC的基本结构,PLC的基本结构:PLC主要由中央处理单元（CPU）、存储器、输入/输出接口（I/O单元）、电源和编程器五大部分组成。中央处理单元（CPU）：主要完成1）从存储器中读取指令；2）执行指令；3）处理中断；4）自诊断功能。存储器：分为系统程序存储器和用户程序存储器。用户程序存储器又可分为用户程序存储区和用户数据存储区。输入/输出单元：PLC通过它实现与现场信号的联系。电源：将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压电路转换成PLC的CPU、存储器、I/O接口等内部电路所需要的直流电源。编程器：人机对话的工具。有简易编程器和智能图形编程器。,常用的开关量输入/输出单元接口电路：,一般情况下，如果PLC控制系统负载的变化不是很频繁，建议优先选用继电器型输出模块。,开关量输出电路类型比较：,PLC的工作原理,1、PLC在运行（RUN）模式下每个扫描周期将反复执行五个阶段的工作过程：内部处理、通信处理、输入采样、用户程序执行、输出刷新。2、扫描周期：在RUN工作状态时，执行一次所有任务的扫描操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为1100ms。扫描周期的长短与用户程序的长短、指令的种类和CPU执行指令的速度有关。3、PLC工作原理:周期循环扫描、集中输入与集中输出。,PLC的主要特点：,1.高可靠性和强抗干扰能力2.通用性强，使用方便 3.功能强，适应面广 4.编程简单易学 5.PLC控制系统的设计、安装、调试、维护方便 6.体积小，能耗低，易于实现机电一体化,1.输入输出点数 2.存储容量3.扫描速度4.指令的种类和条数5.内部寄存器6.高级模块7.支持软件8.通信功能,PLC的技术性能指标：,S7-200 CPU22X系列产品的I/O配置及地址分配,在设计PLC控制系统时，当CPU模块提供的本地I/O（具有固定的I/O地址）不够用时，可以将扩展模块连接到CPU的右侧来增加I/O点，形成I/O链。,S7-200主机扩展应考虑以下因素：允许主机所带扩展模块的数量数字量I/O映像区的大小模拟量I/O映像区的大小内部电源的负载能力,128入/128出（I0.0I15.7，Q0.0Q15.7）,CPU222:16入/16出；其他32入/32出,CPU222:2块；其他7块,各扩展模块消耗DC5V或DC24V电源的电流总和应不超过CPU模块所能提供的功率（或电流）值。,S7-200 PLC的系统配置,数字量模块总是保留以8位（1个字节）递增的方式分配地址。如果CPU 或模块在为物理I/O点分配地址时未用完一个字节，则那些未用位不能分配给I/O链中的后续模块。模拟量I/O点总是以两点递增的方式来分配空间。如果模块没有给每个点分配相应的物理点，则这些I/O点会消失并且不能够分配给I/O链中的后续模块。对于同种类型的输入输出模块而言，模块的I/O地址取决于I/O类型和模块在I/O链中的位置。,扩展模块I/O地址分配原则：,例：,S7-200 PLC扩展系统的I/O地址怎么分配？,例：,S7-200系列PLC_CPU224XP本机I/O数为：14入/10出（数字量）和2入/1出（模拟量），现I/O模块扩展情况如图所示，请对应写出I/O地址分配。,（2）梯形图的特点,采用软元件，有“0”/“1”（OFF/ON）状态；“能流”从左到右流过；触点可以无限使用；解算结果将马上为后续程序所利用；解算条件不是现场开关的实际状态；程序输出不能直接驱动现场执行机构。,（1）梯形图的组成,触点 逻辑输入条件（开关、按钮、内部条件）线圈 逻辑输出条件（指示灯、交流接触器、内部输出条件）功能块 各种附加指令（定时器、计数器、数学运算）,梯形图编程语言（LAD）,*这些编程软元件都存放在哪？*它们在这个存放区域中的地址如何表示？*一共有多少种编程软元件？*如何去使用这些软元件？,解决了4个问题：,解决问题1：,*这些编程软元件都存放在哪？这些软元件存放在用户程序存储器的数据区之中。数据区是S7-200 CPU提供的存储器的特定区域，是用户程序执行过程中的内部工作区域，它使得CPU的运行更快、更高效。,*这些软元件在数据存储区中的地址如何表示？数据区存储器地址的表示格式有位、字节、字、双字地址格式。(1)位地址格式(2)字节、字、双字地址格式(3)其他地址格式,解决问题2：,在特殊标志位存储器（SM）中：,SM0.0 CPU运行时，该位始终为“1”SM0.1 该位在首次扫描时为“1”SM0.4 提供周期为1min，占空比为50的时钟脉冲SM0.5 提供周期为1s，占空比为50的时钟脉冲SM1.0 执行某些指令时，其结果为0时，该位置“1”SM1.1 执行某些指令时，其结果溢出或为非法数值时，该位置“1”SM1.2 执行数学运算时，其结果为负数时，该位置“1”SM1.3 试图除以0时，该位置“1”,可作为地址指针的存储器有：V、L、AC（13）可间接寻址的存储器区域有：I、Q、V、M、S、T(仅当前值)、C(仅当前值)。对独立的位（BIT）值或模拟量值不能进行间接寻址。,例：AND Q5.5;ORB VB33,LB21;MOVW AC0,AQW2;MOVD AC1,VD200,例：MOVB 2#1011_0001,VB10;MOVW 1024,VW20;MOVD 163C4D5E67,VD200,梯形图编程的基本规则,（1）梯形图按“自上而下，自左到右”的顺序绘制；（2）将串联触点多的逻辑行放在上面，将并联触点多的逻辑行放在左面；（3）触点画在水平支路上，不含触点的支路放在垂直方向；（4）一个触点上不应有双向“能流”通过；（5）两个逻辑行之间虽联系但逻辑关系不清晰时，应变换。（6）一般来说，一条支路上串联或并联的常开触点不超过7个，常闭触点不超过6个。,4.2 S7-200 PLC的基本指令,4.2.1 基本逻辑指令4.2.2 复杂逻辑指令4.2.3 定时器和计数器指令4.2.4 顺序控制继电器指令4.2.5 移位寄存器指令4.2.6 比较操作指令,1.输入/输出（I/O）指令,4.2.1 基本逻辑指令,2.位逻辑运算指令,3.正、负跳变指令,4.置位/复位指令,例3：,例2：,一个扫描周期长度,作业：用S、R和跳变指令设计满足下图所示波形的梯形图。,4.2.2 复杂逻辑指令,复杂逻辑指令主要用来描述对触点进行的复杂连接，同时，它们对逻辑堆栈也可以实现非常复杂的操作。本类指令包括：栈装载与ALD 无操作数。用于将并联电路块进行串联连接。栈装载或OLD 无操作数。用于将串联电路块进行并联连接。逻辑推入栈LPS 无操作数。在分支结构中，用于生成一条新母线。逻辑读栈LRD 无操作数。在分支结构中，当左侧为主控逻辑块时，开始第二个和中间更多的从逻辑块。逻辑弹出栈LPP 无操作数。在分支结构中，用于恢复LPS指令生成 的新母线。装入堆栈LDS 有操作数。,栈装载与、栈装载或指令的应用举例：,I0.0,I0.1,I0.2,I0.0,I0.2,I0.3,I0.1,I0.4,I0.1,I0.0,I2.2,I2.0,I2.1,Q5.0,Q0.0,Q0.0,ALD,OLD,ALD&OLD,LD I0.0 O I2.2 LD I0.1 LD I2.0 A I2.1 OLDALD=Q5.0,LD I0.0 LD I0.1 O I0.2 ALD=Q0.0,LD I0.0 A I0.1 LD I0.2A I0.3OLDA I0.4=Q0.0,复杂逻辑指令的应用举例：,LD I0.0/装入常开触点LPS/逻辑推入栈，主控A I0.5/与常开触点=Q7.0/输出触点LRD/逻辑读栈，新母线LD I2.1/装入常开触点O I1.3/或常开触点ALD/栈装载与=Q6.0/输出触点LPP/逻辑弹出栈，母线复原LD I3.1/装入常开出触点O I2.0/或常开触点ALD/栈装载与=Q1.3/输出触点,复杂逻辑指令的应用举例：,复杂逻辑指令的应用举例：,LDI0.0,OM1.0,LPS,ANI0.1,AT37,=Q0.1,LRD,AI0.2,=M1.2,LPP,LDNI0.3,OC50,ALD,=Q0.2,练习：写出下图所示梯形图的语句表程序。,LDI0.4,EU,SHRBI0.5,V3.0,+4,LDI0.1,LPS,AV3.0,SQ3.0,2,LRD,AV3.1,RQ3.1,1,LRD,AV3.2,SQ3.2,3,LPP,AV3.3,RQ3.3,1,作业：写出图示梯形图的语句表程序。,4.2.3 定时器和计数器指令,1.定时器指令,S7-200提供3种定时器指令：接通延时定时器（TON）输入端信号正跳变启动计时；可以实现自复位，也可使用复位指令复位。用于单一间隔的定时。有记忆接通延时定时器（TONR）输入端信号正跳变启动计时；只能用复位指令复位。用于累计多个时间间隔。断开延时定时器（TOF）输入端信号负跳变启动计时；可使用复位指令复位。用于故障时间后的时间延时。,S7-200定时器的分辨率（时间增量/时间单位/分辨率）有3个等级：1ms、10ms和100ms，分辨率等级和定时器号关系如表所示:,定时时间的计算：T=PTS（T为实际定时时间，PT为预设值，S为分辨率等级）例如：TON指令用定时器T33，预设值为125，则实际定时时间 T=125 10=1250ms,（1）TON定时器指令动作情况:,LD I0.0/使能输入 TON T35,+4/接通延时定时器，延时时间为40ms,100ms,假设大于327.67s,干扰,（2）TONR定时器指令动作情况:,LD I0.0/使能输入 TONR T2.+10/有记忆接通延时定时器，/延时时间为100ms,（3）TOF定时器指令动作情况:,LD I0.0/使能输入TOF T36,+3/断开延时定时器，延时时间为30ms,练习：根据程序和已知输入信号画出对应波形。,4.2 S7-200 PLC的基本指令-计数器指令,计数器指令应用举例1：,LD I0.0/计数脉冲信号输入端LD I0.1/复位信号输入端CTU C20，+3/增计数，计数设定值 为3个脉冲LD C20/装入计数器触点=Q0.0/输出触点,1,2,3,4,1,2,3,计数器指令应用举例2：,LD I0.0/增计数输入端 LD I0.1/减计数输入端 LD I0.2/复位端 CTUD C30，+5/增减计数，设定 脉冲数为5 LD C30/装入计数器触点=Q0.0/输出触点,计数器指令应用举例3：,LD I0.0/减计数脉冲输入端 LD I0.1/复位输入端 CTD C40,+4/减计数器，设定/计数脉冲数为4 LD C40/装入计数器触点=Q0.0/输出触点,3,2,1,0,3,3,2,练习：根据程序和已知输入信号画出对应波形。,4.2 S7-200 PLC的基本指令-顺序控制继电器指令,S7-200CPU含有256个顺序控制继电器(SCR)用于顺序控制。系统提供3个顺序控制指令：,顺序控制开始指令LSCR,顺序控制转移指令SCRT,顺序控制结束指令SCRE,使用顺序控制继电器位作为段标志位。一个Sx.y在程序中只能用一次。在一个SCR段中不能出现跳入、跳出或段内跳转等程序结构。,程序实例:,程序实例:,4.2 S7-200 PLC的基本指令-移位寄存器指令,移位指令是对无符号数进行处理,包括三类指令：,（1）移位指令,（2）循环移位指令,（3）位移位寄存器指令,移出位补“0”；对于字节、字、双字型数据移位，最多移位位数分别是8、16、32。,对于字节、字、双字型数据移位，实际移动的位数只能为：B(07)W(015)D(031),4.2 S7-200 PLC的基本指令-比较操作指令,4.3 S7-200 PLC的功能指令,4.3.3 传送类指令,用I0.0控制接在Q0.0Q0.7上的8个彩灯循环移位，用T37定时，每0.5秒移1位，首次扫描时给Q0.0Q0.7置初值，用I0.1控制彩灯的移位方向，设计出梯形图程序。,(1)有条件结束和暂停指令：；,(6)与ENO指令,(5)子程序调用与返回指令：,(4)循环指令：,(3)跳转与标号指令：,(2)监视定时器复位指令：,4.3 S7-200 PLC的功能指令,4.3.4 程序控制指令,4.3 S7-200 PLC的功能指令,4.3.5 中断指令,（1）全局中断允许/禁止指令,（2）中断连接/分离指令,（3）中断服务程序标号/返回指令,RETI 无条件返回指令,CRETI 条件返回指令,INT n n：0127,中断事件描述举例：,中断号中断描述组内优先级优先级分组8通信口0：字符接收0通信最高9通信口0：发送完成025通信口1：字符接收10I0.0的上升沿2I/O中等2I0.1的上升沿31I0.0的下降沿610定时中断00定时最低11定时中断11共34个中断事件,中断指令应用举例：,LD SM0.1/首次扫描时SM0.1位打/开，用于调用初始化子例行程序CALL SBR_0/调用子程序SBR_0LD SM0.0/当系统处于RUN模式/时，SM0.0始终打开（即SM0.01）MOVB 100,SMB34/100毫秒放入特/殊内存字节SMB34（SMB34和SMB35控/制中断0和中断1的时间间隔）ATCH INT_0,10/调用中断程序ENI/全局性启用中断LD SM0.0/RUN模式下，SM0.01MOVW AIW2,VW100/模拟量输入映/像寄存器AIW2的值装入VW100,作业：首次扫描时给Q0.0Q0.7置初值，用T32中断定时，控制接在Q0.0Q0.7上的8个彩灯循环左移，每秒移位1次，设计主程序和T32定时中断服务程序。（已知T32定时中断对应中断事件号21）,分 析：,主程序,首次扫描时给Q0.0Q0.7置初值,开中断,连接T32定时中断事件与对应的中断服务程序,T32定时1秒（注意T32要能复位，以实现循环定时）,T32定时中断服务程序：,实现接在Q0.0Q0.7上的8个彩灯循环左移,作业解答：,首次扫描赋初值,连接中断事件,开中断,彩灯变换,第5章 可编程序控制器 系统设计与应用,PLC控制系统设计的内容,分析控制对象，明确设计任务和要求；选定PLC的型号，对控制系统的硬件进行配置；选择所需的输入/输出模块，编制PLC的输入/输出分配表和输入/输出端子接线图;根据系统设计要求编写程序规格要求说明书，再用相应的编程语言进行程序设计；设计操作台、电气柜、选择所需的电气元件；编写设计说明书和操作使用说明书。,（1）确定设计任务书（2）确定I/O设备（3）PLC选型（4）I/O地址分配,PLC控制系统硬件配置,PLC控制系统软件设计,常用梯形图程序设计方法,1、根据继电器控制电路图设计法,3、顺序控制设计法,4、经验设计法,2、时序图设计法,3 顺序控制设计法,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，生产过程的各个执行机构自动有序地进行操作。顺序控制设计法是一种先进的设计方法。与经验设计法相比，易学易用，可提高设计效率，对程序的阅读、修改和调试更方便。顺序控制设计法的使用方法：先根据系统的工艺流程画出顺序功能图，再根据顺序功能图画出梯形图。,3、顺序控制设计法,顺序控制设计法的使用方法：,第一步：先根据系统的工艺流程画出顺序功能图（1）分析整个顺序控制过程中包含多少“步”动作（方法一）画出时序图根据输出量状态变化分析（方法二）直接根据一个周期的工作过程分析（2）画出顺序功能图利用内部标志位存储器M表示“步”或者利用顺序控制继电器S表示“步”第二步：根据顺序功能图画出梯形图如果顺序功能图利用内部标志位存储器M表示“步”，转换成梯形图有两种方法：（方法一）利用“启-保-停”电路实现（方法二）以转换为中心实现如果顺序功能图利用顺序控制继电器S表示“步”，则用顺序控制继电器指令实现转换成梯形图,3、顺序控制设计法,例1：工作台往复循环运动,第一步：先根据系统的工艺流程画出顺序功能图（1）分析整个顺序控制过程中包含多少“步”方法：画出时序图根据输出量状态变化分析,（2）画出顺序功能图利用顺序控制继电器S表示“步”,3、顺序控制设计法,例1：工作台往复循环运动,顺序功能图,第二步：根据顺序功能图画出梯形图顺序功能图利用顺序控制继电器S表示“步”，则用顺序控制继电器指令实现转换成梯形图,3、顺序控制设计法,例2：液体混合系统控制,周期操作过程：启动放入A液到达中限位放入B液到达上限位搅拌60s60s到 放出混合液到达下限位后经5s容器放空5s到放入A液，开始 下一周期的操作,要求利用PLC实现液体混合控制。要求启动按钮按下后，开始周而复始工作。按下停止按钮，则在当前工作周期的操作结束后，才停止操作（停在初始状态）。,3、顺序控制设计法,例2：液体混合系统控制,第一步：先根据系统的工艺流程画出顺序功能图,液位混合装置一个周期的操作过程：启动放入A液到达中限位放入B液到达上限位搅拌60s60s到放出混合液到达下限位后 经5s容器放空5s到放入A液，开始下一周期的操作,M0.0M0.1M0.2M0.3M0.4M0.5M0.1,（1）分析整个顺序控制过程中包含多少“步”方法：直接根据一个周期的工作过程分析,（2）画出顺序功能图（利用内部标志位存储器M表示“步”）,3、顺序控制设计法,例2：液体混合系统控制,顺序功能图,第二步：根据顺序功能图画出梯形图顺序功能图利用内部标志位存储器M表示“步”，利用“启-保-停”电路实现梯形图转换,3、顺序控制设计法,例3：剪板机操作控制,要求利用PLC控制剪板机。开始时压钳和剪刀在上限位置，按下启动按钮后开始自动操作，剪完10块板料后停止工作并停在初始状态，等待下一次启动命令。,3、顺序控制设计法,例3：剪板机操作控制,第一步：先根据系统的工艺流程画出顺序功能图,（1）分析整个顺序控制过程中包含多少“步”方法：直接根据一个周期的工作过程分析,（2）画出顺序功能图（利用内部标志位存储器M表示“步”）,3、顺序控制设计法,例3：剪板机操作控制,顺序功能图,第二步：根据顺序功能图画出梯形图顺序功能图利用内部标志位存储器M表示“步”，以转换为中心实现梯形图转换,4 PLC应用程序的典型环节,1、电动机的启动与停止控制程序,I0.1停止按钮SB1I0.2启动按钮SB2Q0.1接触器KM,PLC应用程序的典型环节,PLC应用程序的典型环节,2、具有点动功能的电动机启动、停止控制程序,I0.0停止按钮SB1I0.1启动按钮SB2I0.2点动按钮SB3Q0.1接触器KMM2.0点动标志位(模拟先断后合的效果),用来破坏Q0.1自锁,PLC应用程序的典型环节,3、电动机的正、反转控制程序,正转,反转,正转延迟T1时间,反转延迟T2时间,互锁触点,正反转标志,PLC应用程序的典型环节,4、通电禁止输出程序,PLC应用程序的典型环节,5、闪烁电路,I0.0,T37,T38,Q0.0,1s,2s,PLC应用程序的典型环节,6、报警电路,PLC应用程序的典型环节,7、高精度时钟程序,PLC应用程序的典型环节,8、脉冲宽度可控制电路,M0.1发挥了作用,PLC应用程序的典型环节,9、分频电路,输入信号 I0.1,输出信号 Q0.0,t3,t2,t1,t4,保障了M0.0为单脉冲,第6章 可编程控制器的通信与网络,6.1 通信及网络基础,6.1.1 串行通信的基本概念,6.1.2 网络概述,PLC与计算机之间或多台PLC之间也可直接或通过通信处理器构成网络，以实现信息交换；各PLC或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场进行分散控制，再用网络连接起来，组成集中管理的分布式网络。互连和通信是网络的核心，网络的拓扑结构、传输控制、传输介质和通道利用方式是构成网络的四大要素。,6.2 S7200系列PLC的通信网络,以个人计算机为主站，一台或多台同型号的PLC为从站，组成简易集散控制系统。PLC也可以作为主站，其他多台同型号PLC作为从站，构成主从式网络。,6.2.1 PLC网络类型,1.简单网络,2.多级复杂网络,通信模块：CP243-1,CP243-1 IT 工业以太网、互联网EM277 现场总线Profibus-DPCP243-2 AS-i 网络EM241 调制解调器通信模块,公司专用协议：PPI协议-遵从主从协议,经典应用：PLC上传或下载应用程序。MPI协议-允许主主通信和主从通信,主要应用于S7-300/400 CPU 与S7-200通信的网络中。用户自定义协议-允许PLC与任何协议公开的外设进行通信。Profibus协议-用于实现分布式I/O设备（远程式I/O）的高速通信。USS协议与西门子传动产品（变频器等）通信的一种协议。TCP/IP协议-支持TCP/IP以太网通信。,通用协议：TCP/IP协议,公司专用协议都是异步、基于字符传输的协议，都有起始位、8位数据、偶校验和一个停止位。通信帧由特殊的起始和结束字符、源和目的站地址、帧长度和数据完整性检查组成。如果使用相同的波特率，这些协议可以在一个网络中同时进行，而不互相影响。,6.2.2 通信协议,PLC网络中使用的通信协议有通用协议和公司专用协议两大类：,*Good Luck,