《LC基础理论》课件.ppt

,培训类别（高技能培训）,培训教师：徐彬,S7-300 PLC 及应用,M,要求：自动传输、灌装、计数,课题一、PLC的基础理论,问题二、PLC的选用原则,问题三、S7-300概述,问题四、S7-300安装,问题一、PLC的基本概念,PLC的基本概念,随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经广泛地应用在几乎所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。,PLC的基本概念,可编程序控制器（Programmable Logic Controller)简称为PLC，它的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要技术支柱之一，在工业生产的所有领域得到了广泛的使用。国际电工委员会（IEC）在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。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，并通过数字式、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。PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如在民用和家庭自动化设备中的应用也得到了迅速的发展。,模块式PLC的基本结构,S7300/400属于模块式PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成，各种模块安装在机架上。通过CPU模块或通信模块上的通信接口，PLC被连接到通信网络上，可以与计算机、其他PLC或其他设备通信。,电源模块,接口模块,输入模块,CPU模块通信接口,输出模块,扩展机架,接触器,电磁阀,指示灯,电源,其他设备,其他PLC,计算机,通信网络,按钮,选择开关,限位开关,电源,模块式PLC的基本结构,1、CPU模块CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。S7300/400将CPU模块简称为CPU。2、信号模块输入(INPUT)模块和输出（OUPUT）模块简称为I/O模块，开关量输入、输出模块简称为DI模块和DO模块，模拟量输入、输出模块简称为AI模块和AO模块，它们统称为信号模块。信号模块是系统的眼、耳、手、脚，是CPU模块的桥梁。,2、信号模块输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来接收从按钮、选择开头、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备，模拟量输出模块用来控制电动调节阀、变频器等执行器。CPU模块内部的工作电压一般是DC5V，而PLC的输入/输出信号电压一般较高，例如DC24V或AC220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或使PLC不能正常工作。在信号模块中，用光耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的输入、输出电路。信号模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。,模块式PLC的基本结构,模块式PLC的基本结构,3、功能模块为了增强PLC的功能，扩大其应用领域，减轻CPU的负担，PLC厂家开发了各种各样的功能模块。它们主要用于完成某些对实时性和存储容量要求很高的控制任务。4、接口模块CPU模块所在的机架称为中央机架，如果一个机架不能容纳全部模块，可以增设一个或多个扩展机架。接口模块用来实现中央机架与扩展机架之间的通信，有的接口模块还可以为扩展机架供电。,模块式PLC的基本结构,5、通信处理器通信处理器用于PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与计算机和其他智能设备之间的通信，可以将PLC接入MPI、PROFIBUSDP、ASi和工业以太网，或者用于实现点对点通信等。CPU模块集成有MPI通信接口，有的还集成了其他通信接口。MPI:多点接口，即编程接口DP：连接远程I/O的总线接口ASi：基于传感器和执行元件的最底层总线协议，是两线网络，广泛用于灌装线工业以太网：车间级网络系统，分工业以太网和办公室以太网。6、电源模块PLC一般使用AC220V电源或DC24V电源，电源模块用于将输入电压转换为DC24V电压和背板总线上的DC5V电压，供其他模块使用。,模块式PLC的基本结构,7、编程设备S7300/400使用安装了编程软件STEP7的个人计算机作为编程设备，在计算机屏幕上直接生成和编辑各种文本程序或图形程序，可以实现不同编程语言之间的相互转换。程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络，可以实现远程编程和传送。编程软件还具有对网络和硬件、参数设置、监控和故障诊断等功能。,PLC的特点,1、编程方法简单易学梯形图是使用得最多的PLC编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只需花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。（用电机启动做示例讲解继电器图与梯形图的关系。）2、功能强，性能价格比高一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。（例如要实现一个彩灯的闪烁控制，如用继电器控制，要加延时继电器，控制复杂，效果不好）,PLC的特点,3、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和中小型交流接触器。硬件配置后，通过修改用户程序，就可以方便快速地适应工艺条件的变化。（举例说明。）4、可靠性高，搞干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的十分之一以下，大大减少了因触点接触不良造成的故障。PLC使用了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。,6、维修工作量小，维修方便PLC的故障率低，并且有完善的故障诊断功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程软件提供的信息，方便地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排队故障。7、体积小，能耗低对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可以将形状柜的体积缩小到原来的1/21/10。PLC控制系统与继电器控制系统相比，配线用量少，安装接线工时短，加上开关柜体积的缩小，因此可以节省大量的费用。,PLC的特点,PLC的应用领域,1、开关量逻辑控制PLC具有“与”、“或”、“非”等逻辑指令，可以实现触点和电路的串、并联，代替继电器进行组合逻辑控制、定时控制与顺序逻辑控制。开关量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动生产线，其应用领域已经遍及各行各业，甚至深入到民用和家庭中。2、运动控制PLC使用专用的指令或运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，可以实现单轴、双轴、3轴和多轴联运的位置控制，使运动控制与顺序控制功能有机绝无结合在一起。PLC的运动控制功能广泛用于各种机械，例如切削机床、金属成形机械、装配机械、机器人、电梯等场合。,PLC的应用领域,3、闭环过程控制闭环过程控制是指对温度、压力的、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过模拟量I/O模块，实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换与D/A转换，并对模拟量实行闭环PID（比例积分微分）控制。S7300/400有闭环控制模块、用于闭环控制的系统功能块和闭环控制软件包供用户选用。其闭环控制功能已经广泛地应用于塑料挤压成形机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备，以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。4、数据处理现代的PLC具有整数四则运算、矩阵运算、函数运算、字逻辑运算、求反、循环、移位、浮点数运算等运算功能，和数据传送、转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，也可以用通信功能传送到别的智能装置，或者将它们打印制表。5、通信联网PLC的通信包括PLC与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC与其他智能控制设备（例如计算机、变频器、数控装置）之间的通信。PL其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。,我国有不少厂家研制和生产过PLC，但是还没有出现有影响力和有较大市场占有率的产品，目前我国使用的PLC几乎都是国外品牌的产品。在全世界上百个PLC制造厂中，有举足轻重的公司。它们是德国的西门子（Siemens）公司，美国Rockwell自动化公司所属的AB（Allen and Bradly）公司，GE-Fanuc公司，法国的施耐德（Schneider）公司，日本的三菱公司和欧姆龙（OMRON）公司。与个人计算机相比，PLC在标准化方面的工作做得很差，PLC的软、硬件体系结构是封闭的而不是开放的，绝大多数PLC使用专用的总线、专用通信网络及协议，各种PLC产品的编程语言在表示方式、寻址方式和语法结构上都不一致，使得各种PLC互不兼容。国际电工委员会（IEC）的IEC611313（PLC的编程软件标准）为PLC编程的标准化铺平了道路。目前有的厂家已经推出了符合或基本符合IEC611313标准的编程软件，有的厂家正在开发之中。但是仍然有相当多的PLC产品的编程语言与该标准有较大的差异。尽管如此，各种PLC产品在软件上还是比较接近的，掌握了一种PLC的编程语言，其他的PLC编程语言就比较容易理解了。,PLC的主要生产厂家,在西门子自动化与驱动集团的中文网站（）在该网站的主页中点击“中文下载目录”、“英文下载资料”或“软件下载目录”，进入“下载中心”后，可以下载各种工控产品的中英文说明书、使用手册、产品介绍和一些软件。也可以用网址http:/download/直接进入下载中心。如果需要更多的资料和软件，可以访问西门子自动化与驱动集团在德国的网站，网址为/。点击“English”将语言由德文改为英文，点击“Service&Support”，在“Document type”下面点击“Manual”，在“Please Type Your Question”下面的方框内输入要搜索的手册的关键字，例如“CP511”，点击GO按钮，就会列出与CP511有关的手册。选择要下载的手册后，在出现的画面中点击“Download”，可以下载该手册；如果在计算机中安装了Adobe阅读器，点击Display，可以阅读该手册。从这两个网站还可以下载一些软件的补丁，以及与某些模块配套的软件、例程和使用手册等。,怎样下载西门子PLC的资料和软件,PLC的工作原理,逻辑运算在数字量（或称开关量）控制系统中，变量仅有两种相反的工作状态，例如高电平和低电平、继电器线圈的通电和断电、触点的接通和断开，可以分别用逻辑代数中的1和0来表示这些状态，在波形图中，用高电平表示1状态，用低电平表示0状态。使用继电器电路或PLC的梯形图可以实现数字量的逻辑运算。,PLC的工作原理,1、PLC的循环处理过程CPU的程序分为操作系统和用户程序。操作系统用来处理PLC的起动、刷新输入/输出过程映像区、调用用户程序、处理中断和错误、管理存储区和通信等任务。用户程序由用户生成，用来实现用户要求的自动化任务。STEP7将用户编写的程序和程序所需的数据放置在块中，功能块FB和功能块FC相当于用户编写的子程序，系统功能块SFC和系统功能块SFB是操作系统提供给用户使用的标准子程序，这些块统称为逻辑块。PLC采用循环执行用户程序的方式，这种运行方式也称为扫描工作方式。OB1是用于循环处理的组织块，相当于用户程序中的主程序，它可以调用别的逻辑块，或被中断程序（组织块）中断。,PLC的扫描过程（即循环处理各个阶段的作用）,执行OB100,起动循环时间监控,数据写入输出模块,读取输入模块状态,执行用户程序,执行其他任务,操作系统启动循环时间监控CPU将输出过程映像区的数据输出模块CPU读取输入模块的输入状态，并存入输入过程映像区CPU处理用户程序，执行用户程序中的指令在循环结束时，操作系统执行所有挂起的任务，例如下载和删除块，接收和发送全局数据等。CPU返回第一阶段，重新启动循环时间监控,PLC的循环处理过程,在上述起动过程完成后，不断地循环调用OB1，在OB1中可以调用其他逻辑块（如FB、SFB、FC、SFC）。OB1具有很低的优先级，除了OB90外，所有的组织块都能中断OB1。循环程序处理过程可以被某些事件中断。如果有中断事件出现，当前正在执行的块被暂停执行，并调用分配给该事件的组织块。该组织块被执行完后，被暂停执行的块将从被中断的地方开始继续执行。,问题二、PLC的选择原则,1、PLC功能,2、PLC工作可靠性,3、PLC参数,（1）CPU性能,（2）存储容量,4、价格性价比,（3）驱动能力,问题三、S7-300概述,S7-300 是德国西门子公司生产的可编程序控制器(PLC)系列产品之一。其模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好，使其在广泛的工业控制领域中，成为一种既经济又切合实际的解决方案。,一、特性,针对低性能要求的模块化中小控制系统,可配不同档次的CPU,可选择不同类型的扩展模块,可以扩展多达32个模块,模块内集成背板总线,网络连接-多点接口(MPI),-PROFIBUS 或-工业以太网,通过编程器PG访问所有的模块,无插槽限制,借助于“HWConfig”工具可以进行组态和设置参数,二、特点,循环周期短、处理速度高,指令集功能强大（包含350多条指令），可用于复杂功能,产品设计紧凑，可用于空间有限的场合,模块化结构，设计更加灵活,有不同性能档次的CPU模块可供选用,功能模块和I/O模块可选择,有可在露天恶劣条件下使用的模块类型,三、编程工具,使用STEP7软件对S7-300进行编程。,STEP7包含了自动化项目从项目的启动、实施到测试以及服务每一个阶段所需的全部功能。,STEP7中的编程语言,1、顺序功能图,2、梯形图,3、语句表,4、功能块图,5、结构文本,问题四、S7-300安装,一、安装一个S7系统的步骤,二、S7-300的模块,1、导轨（Rail）,S7-300的模块机架（起物理支撑作用，无背板总线）,2、电源模块（PS）,将市电电压（AC120/230V）转换为DC24V，为CPU和24V直流负载电路（信号模块、传感器、执行器等）提供直流电源。输出电流有2A、5A、10A三种,正常：绿色LED灯亮,过载：绿色LED灯闪,短路：绿色LED灯暗（电压跌落，短路消失后自动恢复）,电压波动范围：5%,3、CPU模块,执行用户程序；,功能：,为S7背板总线提供5V电源；,在MPI网络中，通过MPI（多点接口）与其他MPI网络节点进行通信。,模式选择开关：,RUN-P：运行-编程状态（可读写存储器）,RUN：运行状态（只可读存储器）,STOP：停止运行状态（可修改程序）,MRES：清存储器,状态和故障显示LED,SF（红色）：系统错误、编程错误或从有诊断功能模板来的故障。,BF（红色）：总线出错（只适用于带有DP接口的CPU）,DC5V（绿色）：5V电源电压正常。（提供给背板总线）,FRCE（黄色）：当强制执行时变亮,RUN（绿色）：CPU启动时闪亮（2Hz）；运行时常亮,STOP（黄色）：在STOP模式下常亮；当要求存储器复位时慢速闪烁，执行存储器复位时快速闪烁。,CPU的运行模式,STOP模式：程序被终止,RUN模式：程序在执行,HOLD模式：暂停（遇到调试用断点）。程序被挂起，定时器被冻结。,STARTUP模式：启动模式（用软件或开关）,4、信号模块(SM),数字量输入模块：24V DC，120/230V AC,数字量输出模块：24V DC，继电器,模拟量输入模块：电压，电流，电阻，热电偶,模拟量输出模块：电压，电流,功能,使不同级的过程信号电平和S7-300的内部信号电平相匹配,5、功能模块(FM),用于时间要求苛刻、存储器容量要求较大的过程信号处理任务。,-计数,-定位,-闭环控制,6、接口模块(IM),连接S7-300的各个机架，用来进行多层组态,IMS 360发送、IMR 361接收；对于双层组态，常用硬连线的IM 365 接口模块,连接：,距离：,采用IM 365、两层机架，电缆最大长度可达1米；采用IM 360/361、多层机架，机架之间电缆最大长度10米,7、通讯处理器(CP),扩展中央处理单元的通讯任务，提供以下的连网能力：,-点到点连接,-PROFIBUS,-工业以太网,8、附件,总线连接器和前连接器,1、S7-300的安装位置,三、安装,S7-300既可以水平安装，也可以垂直安装。,注意其允许的环境温度：,垂直安装 040；,水平安装 060；,对于水平安装，CPU和电源必须安装在左面 对于垂直安装，CPU 和电源必须安装在底部,必须保证下面的最小间距：,-机架左右为20 mm,-单层组态安装时，上下为40 mm 两层组态安装时，上下至少为80 mm,接口模块安装在CPU的右面,安装规范,2、单机架安装模块,所需处理的信号量少,在CPU右边可以安装不超过八个模块（SM、FM、CP）,一个单机架上的全部模块的背板总线上的电流不超过以下数值：,-1.2A（除CPU312、CPU312C和CPU312IFM外）,-0.8A（CPU312、CPU312C和CPU312IFM）,3、多机架安装模块,所需处理的信号量大,没有足够的插槽,多层组态只适用于CPU 314/315/316,接口模块总是位于3号槽（槽1：电源；槽2：CPU）,每个机架上不超过8个信号模块（SM、FM、CP），这些模块总是位于接口模块的右边,能插入的模块数（SM、FM、CP）受到S7-300背板总线所提供电流的限制（每个机架总线上不应超过1.2A),S7-300的扩展能力,最大扩展能力 当选用CPU的类型为314或315时，扩展机架部分的槽4-11位最多达32个模板、每个机架（层）8个模板。槽号 槽 1 到 3 为固定分配 槽 1-PS（电源），如用外部电源，则组态时用空位 槽 2-CPU（中央处理器）槽 3-IM（接口模板）功能槽 4 到 11 自由分配给 SM（信号模板）、FM（位控模板）、CP（通讯模板）,4、安装导轨,482 mm530 mm830 mm,5、安装检查表,所有部件是否齐备?（见部件清单）安装导轨！安装电源!把总线连接器连到CPU，并安装模块!把总线连接器连到 I/O 模块，并安装模块!连接前连接器，并插入标签条和槽号！给模块配线（电源，CPU 和 I/O 模块）,打开电源模块和CPU模块面板上的前盖松开电源模块上接线端子的夹紧螺钉将进线电缆连接到端子上，并注意绝缘上紧接线端子的夹紧螺钉用连接器将电源模块与CPU模块连接起来并上紧螺钉关上前盖检查进线电压的选择开关把槽号插入前盖！,6、电源和CPU的接线,7、前连接器的接线,前连接器用于将系统中的传感器和执行器连接至S7300PLC。将传感器和执行器连接到前连接器上，并插入模块中。前连接器按端子密度分有两种类型：20针和40针，按联接方式又分为弹簧负载型端子和螺钉型端子。打开信号模块的前盖将前连接器放在接线位置 将夹紧装置插入前连接器中 剥去电缆的绝缘层(6 mm 长度)将电缆连接到端子上用夹紧装置将电缆夹紧将前连接器放在运行位置关上前盖填写端子标签并将其压入前盖中在前连接器盖上粘贴槽口号码,8、准备启动把钥匙插入CPU插入后备电池 如果用户程序不是存入在存储器模块中（该模块中的程序不靠电源保持）如果出现断电时必须保持大量的数据如果需要插入存储器模块不需要后备电池就可以保持用户程序和数据具有较大的“装载存储器”,钥匙开关用于选择操作模式（STOP、RUN和存储器复位）。该开关提供对用户程序的保护。如果钥匙开关在RUN位置取下，只能读用户程序而不能修改。后备电池打开CPU前盖凹槽在左面，把电池接头插入电池盒中把后备电池推入电池盒，关上CPU前盖存储器模块插入存储器卡前，把CPU切换到STOP状态，并判断电源CPU存储器复位如下情况必须执行CPU存储器复位：1、当第一次启动前2、当新的完整的用户程序下载前3、如果CPU要求存储器复位时（STOPLED闪烁）,用钥匙开关执行存储器复位的方法：1、合上电源开关2、把钥匙开关转到STOP位置3、把钥匙开关转到MRES位置（存储器复位）并保持在这个位置直到STOP指示灯慢闪两次（约3秒）4、把钥匙开关转回STOP位置，然后在1秒钟内再转到MRES，直到STOP指示灯快闪。当CPU要求复位时，就进行一次存储器复位（也可用编程器进行存储器复位）。,执行存储器复位和完全再启动,1.把模式开关设定在 STOP,9、更换S7300的信号模板把CPU切换到STOP状态切断负载供电电源打开前盖，松开前连接器并取下松开模板上的紧固螺丝并摘下模块在新模块上，取下编码器的上半部分把新模板插入，并固定在导轨上将接好线的前连接器插入模板并把它放到正常工作位置关上前盖，重新接通负载电源执行一次CPU的完全再启动注意：更换任何模板必须注意，如果CPU不是STOP模式，通过通讯总线（MPI）可能仍在交换数据，这样会导致系统故障，如果不能确定，请拔下CPU的MPI接口上的连接器。,10、更换S7300数字量输出模板的保险管把CPU切换到STOP状态切断负载电源，取下前连接器松开模板上的紧固螺丝，把模板取下拧下模板的保险管座更换保险管重新拧紧保险管座安装模板，插入前连接器重新接上负载电源下面的数字量输出模板带有保险管：SM322,16AC120VSM322,8AC120/230V保险管规格：8A/250V,复习题1,1、可编程序控制器PLC的定义。2、模块式PLC的基本结构是什么？3、CPU程序包括哪两部分？各部分的功能？4、说明PLC的扫描过程及各阶段的作用。5、STEP7的常用编程语言有哪些？6、S7300CPU有几种运行模式？分别所代表的意义是什么？7、S7300模块式PLC的硬件安装规则有哪些？8、S7300PLC最大扩展能力是多少？,