PLC的硬件和工作原理

1、PLCPLC的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理第第1章章PLC二、 PLC的硬件組成三、 S7-200 PLC的系統(tǒng)配置四、 PLC的工作原理一 、概述 （一）（一）PLC的產(chǎn)生和歷史的產(chǎn)生和歷史 繼電器控制系統(tǒng)缺點：繼電器控制系統(tǒng)缺點： 通常是針對某一固定的動作順序或生產(chǎn)工藝通常是針對某一固定的動作順序或生產(chǎn)工藝而設(shè)計，他的控制功能也局限于邏輯控制、定時、而設(shè)計，他的控制功能也局限于邏輯控制、定時、計數(shù)等一些簡單的控制，一旦動作順序或生產(chǎn)工計數(shù)等一些簡單的控制，一旦動作順序或生產(chǎn)工藝發(fā)生變化，就必須重新進行設(shè)計、布線、裝配藝發(fā)生變化，就必須重新進行設(shè)計、布線、裝配和調(diào)試，造成時間和資金

2、的嚴重浪費。繼電器控和調(diào)試，造成時間和資金的嚴重浪費。繼電器控制系統(tǒng)體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運制系統(tǒng)體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度慢、適應(yīng)性差。行速度慢、適應(yīng)性差。 為了改變這一現(xiàn)狀，為了改變這一現(xiàn)狀，19681968年美國最大的汽車年美國最大的汽車制造商通用汽車公司（制造商通用汽車公司（GMGM），為了適應(yīng)汽），為了適應(yīng)汽車型號不斷更新的需求，并能在競爭激烈車型號不斷更新的需求，并能在競爭激烈的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢，提出要研制一種的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢，提出要研制一種新型的工業(yè)控制裝置來取代繼電器控制裝新型的工業(yè)控制裝置來取代繼電器控制裝置，它能做到盡可能減少重新設(shè)計和更換

3、置，它能做到盡可能減少重新設(shè)計和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。周期。 為此，擬定了為此，擬定了1010項公開招標(biāo)的技術(shù)要求項公開招標(biāo)的技術(shù)要求 1 1、 編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序 2 2、 維護方便，最好是插件式維護方便，最好是插件式 3 3 、可靠性高于繼電器控制柜、可靠性高于繼電器控制柜 4 4 、體積小于繼電器控制柜、體積小于繼電器控制柜 5 5 、可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機、可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機 6 6 、在成本上可與繼電器控制柜競、在成本上可與繼電器控制柜競爭爭 7 7、輸入可以是交流、輸入可以是交

4、流115V115V 8 8、輸出可以是交流、輸出可以是交流115V115V，2A2A以上，可直接以上，可直接驅(qū)動電磁閥等驅(qū)動電磁閥等 9 9、 在擴展時，原有系統(tǒng)只要很小變更在擴展時，原有系統(tǒng)只要很小變更 10 10 、用戶程序存儲器容量至少能擴展到、用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K4K 根據(jù)招標(biāo)的技術(shù)要求，根據(jù)招標(biāo)的技術(shù)要求，1969年，美國數(shù)字設(shè)年，美國數(shù)字設(shè)備公司（備公司（DEC）研制出了世界上第一臺）研制出了世界上第一臺PLC，并在通用汽車公司自動裝配線上試，并在通用汽車公司自動裝配線上試用成功。用成功。 設(shè)計思想：設(shè)計思想： 吸取繼電器和計算機兩者的優(yōu)點吸取繼電器和計算機兩者的優(yōu)點

5、 繼電器控制系統(tǒng)體積大、可靠性低、接線復(fù)雜、不易繼電器控制系統(tǒng)體積大、可靠性低、接線復(fù)雜、不易更改、查找和排除故障困難，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差，更改、查找和排除故障困難，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差，但簡單易懂、價格便宜；但簡單易懂、價格便宜； 計算機計算機功能強大、靈活（可編程）、通用性好功能強大、靈活（可編程）、通用性好，但編但編程困難；程困難； 采用采用面向控制過程、面向問題的面向控制過程、面向問題的“自然語言自然語言”進行編進行編程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。（梯形圖）程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。（梯形圖） 1971年，日本從美國引進了這項新技術(shù)，很年，日本從美國引

6、進了這項新技術(shù)，很快研制出了他們的第快研制出了他們的第1臺臺PLC。1973年，西年，西歐國家也研制出他們的第歐國家也研制出他們的第1臺臺PLC。我國從。我國從1974年開始研制，到年開始研制，到1977年開始應(yīng)用于工年開始應(yīng)用于工控領(lǐng)域。在這一時期，控領(lǐng)域。在這一時期，PLC雖然采用了計雖然采用了計算機的設(shè)計思想，但實際上算機的設(shè)計思想，但實際上PLC只能完成只能完成順序控制，僅有邏輯運算等簡單功能，所順序控制，僅有邏輯運算等簡單功能，所以人們將它稱為可編程邏輯控制器以人們將它稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡稱為）簡稱為PLC。 7070年

7、代初期：年代初期： 僅有邏輯運算、定時、計數(shù)僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等順序控制功能等順序控制功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制電器控制, ,通常稱為可編程邏輯控制器通常稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic ControllerProgrammable Logic Controller）7070年代中期：年代中期： 微處理器技術(shù)微處理器技術(shù)應(yīng)用到應(yīng)用到PLCPLC中，中，使使PLCPLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能 8080年代以后：年代以后：隨著隨著大

8、規(guī)模、超大規(guī)模集成電路大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，展，1616位和位和3232位微處理器應(yīng)用于位微處理器應(yīng)用于PLCPLC中，使中，使PLCPLC得到迅速發(fā)展。得到迅速發(fā)展。PLCPLC不不僅僅控制功能增強控制功能增強，同時，同時可靠性提高可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測程和故障檢測更加靈活方便，而且具有更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示顯示等功能。等功能。 為此，美國電氣制造協(xié)會將可編程序邏輯控制器，正式命名為可編程為此，美國電氣制造協(xié)會將可編程序邏輯控制器，正

9、式命名為可編程序控制器（序控制器（Programmable ControllerProgrammable Controller），簡稱），簡稱PCPC。但由于。但由于PCPC容易和容易和個人計算機個人計算機PCPC（Personal ComputerPersonal Computer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLCPLC作作為可編程序控制器的簡稱。為可編程序控制器的簡稱。 近年來近年來PLCPLC發(fā)展迅速發(fā)展迅速 PLCPLC集三電（電控、電儀、電傳）為一體、性能價格集三電（電控、電儀、電傳）為一體、性能價格比高、高可靠性的特點，比高、高可靠性的特點，已成為自動化工程的核

10、心設(shè)備。已成為自動化工程的核心設(shè)備。 PLCPLC成為具備計算機功能的一種通用工業(yè)控制裝置，其使成為具備計算機功能的一種通用工業(yè)控制裝置，其使用量高居首位。用量高居首位。 PLCPLC成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大技術(shù)支柱（成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大技術(shù)支柱（PLCPLC、機器、機器人、人、CAD/CAMCAD/CAM）之一。）之一。 20世紀70年代末至80年代初期，微處理器日趨成熟，使PLC的處理速度大大提高，增加了許多功能。在軟件方面，除了保持原有的邏緝運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通信、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程

11、I/O模塊、各種特殊功能模塊，并擴大了存儲器的容量，而且還提供一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器。為此，美國電氣制造協(xié)會將可編程序邏輯控制器，正式命名為可編程序控制器（Programmable Controller），簡稱PC。但由于PC容易和個人計算機PC（Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程序控制器的簡稱。 1985年，國際電工委員會(IEC)對PLC作出如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯

12、運算、序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴充其功能的原則設(shè)計個整體、易于擴充其功能的原則設(shè)計。 由該定義可知：PLC是一種由“事先存儲的程序”來確定控制功能的工控類計算機。 PLC是按照成熟而有效的繼電器控制概念和設(shè)計思想，利用不斷發(fā)展的新

13、技術(shù)、新電子器件，逐步形成了具有特色的各種系列產(chǎn)品，是一種數(shù)字運算操作的專用電子計算機。它是將邏輯運算，順序控制，時序和計數(shù)以及算術(shù)運算等控制程序，用一串指令的形式存放到存儲器中，然后根據(jù)存儲的控制內(nèi)容，經(jīng)過模擬，數(shù)字等輸入輸出部件，對生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程進行控制的裝置。 （三）、（三）、 PLC的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1969年美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司（年美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制了）研制了第一臺第一臺PLC，從此，從此PLC發(fā)展迅猛。發(fā)展迅猛。 我國改革開放后，美國我國改革開放后，美國AB、GE、MODICON、TI，日本，日本OMRON、三菱、三菱、富士，德國西門子等廠家的產(chǎn)品不斷進

14、入富士，德國西門子等廠家的產(chǎn)品不斷進入我國，并在各行各業(yè)的工控系統(tǒng)中占據(jù)重我國，并在各行各業(yè)的工控系統(tǒng)中占據(jù)重要地位。要地位。PLCPLC三大流派三大流派歐洲：歐洲：德國的西門子德國的西門子(SIEMENS)(SIEMENS)、AEGAEG及法國的及法國的T TE E公司公司美國：美國：A-BA-B（Allen-BradlyAllen-Bradly）( (其產(chǎn)品約占美國其產(chǎn)品約占美國PLCPLC市場市場5050的份的份額。額。) )、GEGE（General ElectricGeneral Electric）、莫迪康、莫迪康(MODICON)(MODICON)公司、公司、德州儀器德州儀器(T(

15、TI I) )公司、歌德公司、歌德(Gould)(Gould)公司、西屋公司公司、西屋公司 日本：日本：三菱、歐姆龍（三菱、歐姆龍（OMRONOMRON）、）、富士（富士（FUJIFUJI）、日立、東芝、）、日立、東芝、松下等。日本主要發(fā)展中小型松下等。日本主要發(fā)展中小型PLCPLC，在世界小型在世界小型PLCPLC市場上，市場上，日本產(chǎn)品約占有日本產(chǎn)品約占有7070的份額。的份額。 目前國內(nèi)市場還有目前國內(nèi)市場還有韓國、臺灣韓國、臺灣等等PLCPLC產(chǎn)品產(chǎn)品；現(xiàn)在市場上出現(xiàn)了；現(xiàn)在市場上出現(xiàn)了系列化的國產(chǎn)系列化的國產(chǎn)PLCPLC，其價格相對低廉，性價比較高。，其價格相對低廉，性價比較高。 1

16、974年我國開始仿制美國的第二代年我國開始仿制美國的第二代PLC產(chǎn)品，產(chǎn)品，但因元器件質(zhì)量和技術(shù)問題等原因未能推但因元器件質(zhì)量和技術(shù)問題等原因未能推廣。直到廣。直到1977年，我國才研制出第一臺具年，我國才研制出第一臺具有實用價值的有實用價值的PLC，并開始批量生產(chǎn)和應(yīng)，并開始批量生產(chǎn)和應(yīng)用于工業(yè)過程的控制。用于工業(yè)過程的控制。 主要廠家有：主要廠家有：北京和利時，科迪納，張前蘇。北京和利時，科迪納，張前蘇。洛陽易達，無錫信捷，南京嘉華，蘭州全洛陽易達，無錫信捷，南京嘉華，蘭州全志，廣州科賽恩，中山智達，恒日等。志，廣州科賽恩，中山智達，恒日等。PLCPLC的發(fā)展趨勢的發(fā)展趨勢（1 1）向高速

17、度、大存儲容量方向發(fā)展）向高速度、大存儲容量方向發(fā)展 （CPUCPU處理速度處理速度nSnS級；內(nèi)存級；內(nèi)存2 2M M字節(jié)）字節(jié)）（2 2）向多品種方向發(fā)展和提高可靠性）向多品種方向發(fā)展和提高可靠性 （超大型和超小型）（超大型和超小型）（3 3）產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準化）產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準化（硬件、軟件兼容的（硬件、軟件兼容的PLCPLC）（4 4）分散型、智能型、與現(xiàn)場總線兼容的）分散型、智能型、與現(xiàn)場總線兼容的I I0 0（5 5）加強聯(lián)網(wǎng)和通信的能力）加強聯(lián)網(wǎng)和通信的能力（6 6）控制的開放和模塊化的體系結(jié)構(gòu)）控制的開放和模塊化的體系結(jié)構(gòu)OMACOMAC（open Modular op

18、en Modular Architecture for ControlArchitecture for Control） ( (四四) )、PLCPLC的特點的特點 通用性強，使用方便通用性強，使用方便 功能強，適應(yīng)面廣功能強，適應(yīng)面廣 可靠性高，抗干擾能力強可靠性高，抗干擾能力強 控制程序可變具有很好的柔性控制程序可變具有很好的柔性 編程方法簡單，容易掌握編程方法簡單，容易掌握 PLC PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試和維修工作少控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試和維修工作少. .極為方便。極為方便?？刂瞥绦蜃兓奖憧刂瞥绦蜃兓奖? .具有很好的柔性。具有很好的柔性。 體積小、重量輕、功耗低體積小

19、、重量輕、功耗低( (五五) )、PLCPLC的基本功能的基本功能1 1 邏輯控制功能邏輯控制功能2 2 定時控制功能定時控制功能3 3 計數(shù)控制功能計數(shù)控制功能4 4 數(shù)據(jù)處理功能數(shù)據(jù)處理功能5 5 監(jiān)控功能監(jiān)控功能6 6 停電記憶功能停電記憶功能7 7 故障診斷功能故障診斷功能1 1 邏輯控制功能邏輯控制功能 邏輯控制功能是邏輯控制功能是PLCPLC最基本功能之一最基本功能之一, ,是是PLCPLC最基本最基本的的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域領(lǐng)域，可，可取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)，實現(xiàn)邏輯控制和順序邏輯控制和順序控制?？刂啤?在在單機控制、多機群控和自動生產(chǎn)線控制單機控制、多機

20、群控和自動生產(chǎn)線控制方面都有很多方面都有很多成功的應(yīng)用實例。成功的應(yīng)用實例。 例如：例如：機床電氣控制、起重機、皮帶運輸機和包裝機械機床電氣控制、起重機、皮帶運輸機和包裝機械的的控制控制、注塑機、注塑機控制控制、電梯、電梯控制控制、飲料灌裝、飲料灌裝生產(chǎn)線生產(chǎn)線、家用電、家用電器器( (電視機、冰箱、洗衣機等電視機、冰箱、洗衣機等) )自動裝配線控制自動裝配線控制、汽車、化工、汽車、化工、造紙造紙自動生產(chǎn)線控制等。自動生產(chǎn)線控制等。 2 2 定時控制功能定時控制功能 定時控制功能是定時控制功能是PLCPLC的的最基本功能之一最基本功能之一。 PLCPLC中有許多可中有許多可供用戶使用供用戶使用

21、的的定時器定時器，功能類似于繼電器，功能類似于繼電器線路中的線路中的時間繼電器。時間繼電器。 定時器的定時器的設(shè)定值設(shè)定值( (定時時間定時時間) )可以在可以在編程時設(shè)定編程時設(shè)定，也可以，也可以在在運動過程中根據(jù)需要進行修改運動過程中根據(jù)需要進行修改，使用方便靈活。，使用方便靈活。 同時同時PLCPLC還提供了還提供了高精度高精度的的時鐘脈沖時鐘脈沖，用于，用于準確實時控制。準確實時控制。 3 3 計數(shù)控制功能計數(shù)控制功能 計數(shù)控制功能是計數(shù)控制功能是PLCPLC的的最基本功能之一。最基本功能之一。 PLCPLC為用戶提供為用戶提供許多計數(shù)器許多計數(shù)器，計數(shù)器，計數(shù)器計數(shù)到某一數(shù)值計數(shù)到某

22、一數(shù)值時，產(chǎn)生一時，產(chǎn)生一個個狀態(tài)信號狀態(tài)信號( (計數(shù)值到計數(shù)值到) )，利用該狀態(tài)信號，利用該狀態(tài)信號實現(xiàn)對某個操作的計數(shù)控實現(xiàn)對某個操作的計數(shù)控制。制。 計數(shù)器的計數(shù)器的設(shè)定值設(shè)定值可以在可以在編程時設(shè)定編程時設(shè)定，也可以在運行過程中，也可以在運行過程中根據(jù)根據(jù)需要進行修改。需要進行修改。傳感器傳感器旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器變頻器等變頻器等計數(shù)輸入計數(shù)輸入輸入復(fù)位輸入復(fù)位0000000001000024 4 數(shù)據(jù)處理功能數(shù)據(jù)處理功能 PLCPLC大部分都具有大部分都具有數(shù)據(jù)處理功能數(shù)據(jù)處理功能，可以實現(xiàn)，可以實現(xiàn)算術(shù)運算術(shù)運算、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換譯碼算、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送

23、、數(shù)據(jù)移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換譯碼編碼編碼等操作。等操作。中、大型中、大型PLCPLC數(shù)據(jù)處理功能數(shù)據(jù)處理功能更加齊全，更加齊全，可完成可完成開方、開方、PIDPID運算、浮點運算運算、浮點運算等操作，還可以等操作，還可以和和CRTCRT、打印機相聯(lián)，實現(xiàn)程序、數(shù)據(jù)的顯示和打印。打印機相聯(lián)，實現(xiàn)程序、數(shù)據(jù)的顯示和打印。5 5 監(jiān)控功能監(jiān)控功能 PLC PLC設(shè)置了較強的設(shè)置了較強的監(jiān)控功能。監(jiān)控功能。 利用利用編程器或監(jiān)視器編程器或監(jiān)視器，操作人員操作人員可以對可以對PLCPLC有關(guān)部分有關(guān)部分的的運行狀態(tài)進行監(jiān)視。運行狀態(tài)進行監(jiān)視。 利用利用編程器編程器，可以，可以調(diào)整調(diào)整定時器、計數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前

24、定時器、計數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前值，并可以值，并可以根據(jù)需要根據(jù)需要改變改變PLCPLC內(nèi)部邏輯信號的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)部邏輯信號的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，為的數(shù)據(jù)內(nèi)容，為調(diào)整和維護調(diào)整和維護提供了極大的方便。提供了極大的方便。6 6 停電記憶功能停電記憶功能 PLC PLC內(nèi)部的內(nèi)部的部分存儲器部分存儲器所使用的所使用的RAMRAM設(shè)置了停電保持器設(shè)置了停電保持器件（備用電池等）件（備用電池等），以，以保證斷電保證斷電后后這部分存儲器中這部分存儲器中的的信息信息能夠長期保存。能夠長期保存。 利用某些利用某些記憶指令記憶指令，可以對，可以對工作狀態(tài)工作狀態(tài)進行進行記憶記憶，以，以保保持持PLCPLC斷

25、電后斷電后的的數(shù)據(jù)內(nèi)容不變。數(shù)據(jù)內(nèi)容不變。 PLCPLC電源恢復(fù)后，電源恢復(fù)后，可以在可以在原工作基礎(chǔ)原工作基礎(chǔ)上繼續(xù)工作。上繼續(xù)工作。7 7 故障診斷功能故障診斷功能 PLC PLC可以對可以對系統(tǒng)構(gòu)成、某些硬件狀態(tài)、指令的合法性系統(tǒng)構(gòu)成、某些硬件狀態(tài)、指令的合法性等等進行進行自診斷自診斷，發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)異常異常情況，發(fā)出情況，發(fā)出報警報警并并顯示錯誤類型顯示錯誤類型，如屬嚴重錯誤則如屬嚴重錯誤則自動中止運行。自動中止運行。 PLCPLC的的故障自診斷功能故障自診斷功能，大大，大大提高提高了了PLCPLC控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的安全安全和可維護性。和可維護性。( (六六) )、PLCPLC與其他工業(yè)

26、控制系統(tǒng)的比較與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 PLC與繼電器控制系統(tǒng)比較與繼電器控制系統(tǒng)比較 繼電器控制采用硬接線方式裝配而成，繼電器控制采用硬接線方式裝配而成，只能完成既定的功能。只能完成既定的功能。PLC控制只要改變程序并改動少量的控制只要改變程序并改動少量的接線端子，就可適應(yīng)生產(chǎn)工藝的改變。接線端子，就可適應(yīng)生產(chǎn)工藝的改變。從適應(yīng)性、可靠性及設(shè)計、安裝、維從適應(yīng)性、可靠性及設(shè)計、安裝、維護等各方面進行比較。傳統(tǒng)的繼電器護等各方面進行比較。傳統(tǒng)的繼電器控制大多數(shù)將被控制大多數(shù)將被PLC所取代。所取代。 與工業(yè)計算機比較與工業(yè)計算機比較工業(yè)控制機控制要求開發(fā)人員具有較工業(yè)控制機控制要求開發(fā)人員具有

27、較高的計算機專業(yè)知識和微機軟件編程高的計算機專業(yè)知識和微機軟件編程的能力。的能力。PLC采用了采用面向控制過程、面向采用了采用面向控制過程、面向問題的問題的“自然語言自然語言”進行編程，使不進行編程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用熟悉計算機的人也能很快掌握使用 ，便于推廣應(yīng)用。便于推廣應(yīng)用。PLC是專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計的，是專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計的，具有更高的可靠性。具有更高的可靠性。在模型復(fù)雜、計算量大且較難、實時在模型復(fù)雜、計算量大且較難、實時性要求較高的環(huán)境中，工業(yè)控制機則性要求較高的環(huán)境中，工業(yè)控制機則更能發(fā)揮其專長。更能發(fā)揮其專長。二、PLC的硬件組成PLC中央處理器中央處理器

28、存儲器存儲器輸入輸出口輸入輸出口電源電源外部設(shè)備外部設(shè)備由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片上。 CPU的主要功能：從存儲器中讀取指令執(zhí)行指令處理中斷CPU在在PLCPLC中，存儲器主要用于中，存儲器主要用于系統(tǒng)程序、用戶程序、系統(tǒng)程序、用戶程序、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 隨機存取存儲器（隨機存取存儲器（RAMRAM）-斷電易失斷電易失 只讀存儲器（只讀存儲器（ROMROM）-存放系統(tǒng)程序存放系統(tǒng)程序 可編程只讀存儲器（可編程只讀存儲器（EEPROMEEPROM）-存放用存放用戶程序戶程序輸入輸出接口PLC外接實物圖輸入接口電路輸出接口電路PLC外接實物圖按鈕按鈕傳感器傳感器行程開關(guān)行程開關(guān)

29、接觸器接觸器發(fā)光管發(fā)光管指示燈指示燈揚聲器揚聲器電磁閥電磁閥輸入接口電路開關(guān)量輸入接口直流輸入單元交流輸入單元作用：把現(xiàn)場的開關(guān)量信號變成PLC內(nèi)部處理的標(biāo)準信號內(nèi)部電路INCOMR1R2VL光電耦合CSB124VDC-+- 現(xiàn)場開關(guān)通現(xiàn)場開關(guān)通/ /斷狀態(tài)，對應(yīng)輸入映象寄存斷狀態(tài)，對應(yīng)輸入映象寄存器的器的1/01/0狀態(tài)，即當(dāng)現(xiàn)場開關(guān)閉合時，對應(yīng)狀態(tài)，即當(dāng)現(xiàn)場開關(guān)閉合時，對應(yīng)的輸入映象寄存器為的輸入映象寄存器為“1 1”狀態(tài)狀態(tài)；當(dāng)現(xiàn)場開關(guān)；當(dāng)現(xiàn)場開關(guān)斷開時，對應(yīng)的輸入映象寄存器為斷開時，對應(yīng)的輸入映象寄存器為“0 0”狀狀態(tài)態(tài)。當(dāng)輸入端的發(fā)光二極管。當(dāng)輸入端的發(fā)光二極管VLVL點亮，即指點

30、亮，即指示現(xiàn)場開關(guān)閉合。外部直流電源用于檢測示現(xiàn)場開關(guān)閉合。外部直流電源用于檢測輸入點的狀態(tài)，其極性可以任意接入。輸入點的狀態(tài)，其極性可以任意接入。SB1 INR1內(nèi)部電路CR2R3VLCOM光電耦合交流輸入電路交流輸入電路 交流輸入模塊的輸入電路中，當(dāng)現(xiàn)場開交流輸入模塊的輸入電路中，當(dāng)現(xiàn)場開關(guān)閉合后，交流電源經(jīng)關(guān)閉合后，交流電源經(jīng)C、R2、雙向光電耦、雙向光電耦合器的發(fā)光二極管，使發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)合器的發(fā)光二極管，使發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)光電耦合，光電三極管接收光信號，并將該光電耦合，光電三極管接收光信號，并將該信號送至信號送至PLC內(nèi)部電路，供內(nèi)部電路，供CPU處理。雙向處理。雙向發(fā)光二極管

31、發(fā)光二極管VL指示輸入狀態(tài)。指示輸入狀態(tài)。電流信號模擬量輸入接口作用：把現(xiàn)場連續(xù)變化的模擬量標(biāo)準信號轉(zhuǎn)換成適合PLC內(nèi)部處理的由若干位二進制數(shù)字表示的信號電壓信號輸出接口電路作用：把作用：把PLCPLC內(nèi)部的標(biāo)準信號轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的標(biāo)準信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)所需的開關(guān)量信號現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)所需的開關(guān)量信號開關(guān)量輸出接口類型：開關(guān)量輸出接口類型：繼電器型晶體管型可控硅型PLC繼電器負載COM內(nèi)部電路外圍電路繼電器型 PLC繼電器輸出電路形式允許負載一般是AC250V/50V以下，負載電流可達2A，但PLC的輸出一般不宜直接驅(qū)動大電流負載（一般通過一個小負載來驅(qū)動大負載，如PLC的輸出可以接一個電流比較小

32、的中間繼電器，再由中間繼電器觸點驅(qū)動大負載，如接觸器線圈等）。 PLC繼電器輸出電路的形式繼電器觸點的使用壽命也有限制（一般數(shù)十萬次左右，根據(jù)負載而定，如連接感性負載時的壽命要小于阻性負載）。此外，繼電器輸出的響應(yīng)時間也比較慢（10ms）左右，因此，在要求快速響應(yīng)的場合不適合使用此種類型的電路輸出形式。PLC負載COM24V晶體管型 晶體管輸出型電路的外接電源只能是直流電源。另外，晶體管輸出驅(qū)動能力要小于繼電器輸出，允許負載電壓一般為DC5V30V，允許負載電流為0.2A0.5A。晶體管輸出電路的形式主要有兩種：NPN和PNP型集電極開路輸出。若是NPN負載，負載，L接正，接正，COM接負；若

33、是接負；若是PNP負載，負載， L接負，接負，COM接正。接正。晶閘管型 雙向晶閘管輸出的驅(qū)動能力要比繼電器輸出的要小，允許負載電壓一般為AC85242V；單點輸出電流為0.2A0.5A，當(dāng)多點共用公共端時，每點的輸出電流應(yīng)減小（如單點驅(qū)動能力為0.3A的雙向晶閘管輸出，在4點共用公共端時，最大允許輸出為0.8A/4點） 。 作用：將PLC運算處理后的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換為模擬量輸出，以滿足生產(chǎn)過程現(xiàn)場連續(xù)控制信號的需求。模擬量輸出接口電源 PLC的電源是指將外部輸入的交流電處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC的CPU、存儲器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作需要的直流電源電路或電源模塊。許多PLC的直流電源采用直流開

34、關(guān)穩(wěn)壓電源，不僅可提供多路獨立的電壓供內(nèi)部電路使用，而且還可為輸入設(shè)備（傳感器）提供標(biāo)準電源。 外部設(shè)備編程器其他外部設(shè)備編程器COM2COM3COM1其他外部設(shè)備三、 S7-200 PLC的系統(tǒng)配置目前，目前，S7-200 PLC 主要有主要有CPU221（I/O點數(shù)點數(shù)不能擴展不能擴展）、）、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226（可以連接擴展可以連接擴展I/O模塊與功能模塊模塊與功能模塊）這五種規(guī)格。雖然外形略有差別，但基本結(jié)構(gòu)這五種規(guī)格。雖然外形略有差別，但基本結(jié)構(gòu)相同或類似。相同或類似。輸入輸入/ /輸出（輸出（I/OI/O）點數(shù)：）點數(shù)：是指是指PLCPLC的的

35、I/OI/O接口接口所能接受所能接受的的輸入信號個數(shù)輸入信號個數(shù)和和輸出信號個數(shù)輸出信號個數(shù)的的總和?？偤汀Ｊ鞘沁x擇選擇PLCPLC的的重要依據(jù)之一。重要依據(jù)之一。當(dāng)當(dāng)I/OI/O點數(shù)不夠點數(shù)不夠時，可通時，可通過過PLCPLC的的I/OI/O擴展接口擴展接口對對系統(tǒng)進行擴展。系統(tǒng)進行擴展。按按PLCPLC輸入、輸出點數(shù)的多少可將輸入、輸出點數(shù)的多少可將PLCPLC分為以下三類。分為以下三類。 （1 1）小型機）小型機 總點數(shù)一般在總點數(shù)一般在256256點以下，用戶程序存儲器容量在點以下，用戶程序存儲器容量在4K4K字左右。小型字左右。小型PLCPLC的功能一般以開關(guān)量控制為的功能一般以開關(guān)

36、量控制為主，適合單機控制和小型控制系統(tǒng)。主，適合單機控制和小型控制系統(tǒng)。 （2 2）中型機）中型機 總點數(shù)在總點數(shù)在25620482562048點之間，用戶程序存儲器容量點之間，用戶程序存儲器容量達到達到8K8K字左右。中型機適用于組成多機系統(tǒng)和大字左右。中型機適用于組成多機系統(tǒng)和大型控制系統(tǒng)。型控制系統(tǒng)。 (3)(3) 大型機大型機 總點數(shù)載總點數(shù)載20482048點以上，用戶程序存儲器容量達到點以上，用戶程序存儲器容量達到16K16K字以上。大型機適用于組成分布式控制系統(tǒng)和字以上。大型機適用于組成分布式控制系統(tǒng)和整個工廠的集散控制網(wǎng)絡(luò)。整個工廠的集散控制網(wǎng)絡(luò)。（1 1）S7-200 CPU

37、S7-200 CPU的外形的外形 狀態(tài)指示燈狀態(tài)指示燈：指示：指示CPUCPU的工作方式（的工作方式（RUNRUN、STOPSTOP）、系統(tǒng)錯）、系統(tǒng)錯誤狀態(tài)誤狀態(tài)(SF/DIAG (SF/DIAG 故障故障/ /診斷診斷) )、主機、主機I/OI/O的當(dāng)前狀態(tài)。的當(dāng)前狀態(tài)。 存儲器卡接口存儲器卡接口：可以插入存儲器卡。：可以插入存儲器卡。 通信口通信口：連接：連接 RS-485 RS-485 總線的通信電纜，是總線的通信電纜，是PLCPLC主機實現(xiàn)主機實現(xiàn)人人- -機對話、機機對話、機- -機對話的通道。通過它，機對話的通道。通過它，PLCPLC可以和編程器、可以和編程器、彩色圖形顯示器、打

38、印機等外部設(shè)備相連，也可以和其他彩色圖形顯示器、打印機等外部設(shè)備相連，也可以和其他PLCPLC或上位機相連?；蛏衔粰C相連。（1 1）S7-200 CPUS7-200 CPU的外形的外形 頂部端子蓋下面是頂部端子蓋下面是輸出端子和輸出端子和PLCPLC供電電源端子供電電源端子。輸出端子的運行狀態(tài)。輸出端子的運行狀態(tài)可由指示燈顯示，可由指示燈顯示，ONON狀態(tài)對應(yīng)的指示燈亮狀態(tài)對應(yīng)的指示燈亮。 底部端子蓋下面是底部端子蓋下面是輸入端子和傳感器電源端子輸入端子和傳感器電源端子。輸入端子的運行狀態(tài)。輸入端子的運行狀態(tài)可由指示燈顯示，可由指示燈顯示，ON狀態(tài)對應(yīng)的指示燈亮狀態(tài)對應(yīng)的指示燈亮。 前蓋下面有

39、前蓋下面有運行、停止開關(guān)和擴展模塊接口運行、停止開關(guān)和擴展模塊接口。將開關(guān)撥向。將開關(guān)撥向STOP位置位置時，時，PLC處于停止?fàn)顟B(tài)，此時可以對其編寫程序；將開關(guān)撥向處于停止?fàn)顟B(tài)，此時可以對其編寫程序；將開關(guān)撥向RUN位置時，位置時，PLC處于運行狀態(tài)，此時不能對其編寫程序；將開關(guān)撥向處于運行狀態(tài)，此時不能對其編寫程序；將開關(guān)撥向TERM位置時，位置時，可以運行程序，同時還可以監(jiān)控程序運行的狀態(tài)?？梢赃\行程序，同時還可以監(jiān)控程序運行的狀態(tài)。擴展模塊接口用于實現(xiàn)擴展模塊接口用于實現(xiàn)I/O擴展擴展。S7-200 CPUS7-200 CPU外部端子接線圖外部端子接線圖 圖中為圖中為S7-200 CP

40、U226 AC/DC/繼電器模塊的外部端子接線圖繼電器模塊的外部端子接線圖。AC表示表示PLC采用交流電源供電；采用交流電源供電；DC表示輸入模塊為直流輸入模塊；繼電器表示輸出表示輸入模塊為直流輸入模塊；繼電器表示輸出采用繼電器方式輸出采用繼電器方式輸出。 24個數(shù)字量輸入點被分為個數(shù)字量輸入點被分為2組。每個外部輸入開關(guān)信號均由各輸入端子接組。每個外部輸入開關(guān)信號均由各輸入端子接入，經(jīng)一個直流電源接至公共端入，經(jīng)一個直流電源接至公共端1M、2M。由于是直流輸入模塊，采用直流電。由于是直流輸入模塊，采用直流電源作為檢測各輸入點狀態(tài)的電源。源作為檢測各輸入點狀態(tài)的電源。M、L+兩個端子提供兩個端

41、子提供DC 24V/400mA 傳感器傳感器電源，可以作為傳感器電源，也可以作為輸入端的檢測電源電源，可以作為傳感器電源，也可以作為輸入端的檢測電源。S7-200 CPUS7-200 CPU外部端子接線圖外部端子接線圖 16個數(shù)字量輸出點被分為個數(shù)字量輸出點被分為3組組。每個負載的一端與輸出端相連，另一端經(jīng)。每個負載的一端與輸出端相連，另一端經(jīng)電源與公共端相連。電源與公共端相連。由于是繼電器輸出方式，所以既可帶直流負載，也可帶交由于是繼電器輸出方式，所以既可帶直流負載，也可帶交流負載，由負載性質(zhì)決定流負載，由負載性質(zhì)決定。 輸出端子排的右端輸出端子排的右端N、L1端子是供電電源端子是供電電源

42、AC120V/240V 輸入端輸入端。電源電。電源電壓的允許范圍是壓的允許范圍是AC 85264V。S7-200 CPU226 AC/DC/繼電器模塊的外部端子接線圖繼電器模塊的外部端子接線圖 數(shù)字量模塊數(shù)字量模塊模擬量模塊模擬量模塊 當(dāng)當(dāng)S7-200 PLCS7-200 PLC主機的主機的I/OI/O點數(shù)不能滿足控制要求時，可點數(shù)不能滿足控制要求時，可以選配各種輸入以選配各種輸入/ /輸出接口模塊來擴展。通常，輸出接口模塊來擴展。通常，I/OI/O擴展包擴展包括括I/OI/O點數(shù)擴展和功能擴展兩類。點數(shù)擴展和功能擴展兩類。S7-200 PLCS7-200 PLC可擴展的接口可擴展的接口模塊有

43、：模塊有：1.1.數(shù)字量輸入模塊數(shù)字量輸入模塊2.2.數(shù)字量輸出模塊數(shù)字量輸出模塊3.3.數(shù)字量輸入輸出模塊數(shù)字量輸入輸出模塊模塊名稱模塊名稱模塊描述模塊描述DC+5V電流電流消耗消耗數(shù)字量輸入模塊數(shù)字量輸入模塊EM221 DI824VDC30mAEM221 DI8120/230VAC30mAEM221 DI1624VDC70mA數(shù)字量輸出模塊數(shù)字量輸出模塊EM222 DO424VDC40mAEM222 DO4繼電器繼電器30mAEM222 DO824VDC50mAEM222 DO8120/230VAC110mAEM222 DO8繼電器繼電器40mA數(shù)字量輸入輸出數(shù)字量輸入輸出模塊模塊EM22

44、3 DI4/DO424VDC40mAEM223 DI4/DO424VDC/繼電器繼電器40mAEM223 DI8/DO824VDC80mAEM223 DI8/DO824VDC/繼電器繼電器80mAEM223 DI16/DO1624VDC160mAEM223 DI16/DO1624VDC/繼電器繼電器150mAEM223 DI32/DO3224VDC240mAEM223 DI32/DO3224VDC/繼電器繼電器205mAS7-200 PLC數(shù)字量擴展模塊一覽表數(shù)字量擴展模塊一覽表1）外部接線圖：.2 .3.6 .71M .0 .12M .4 .5.+ 直流輸入模塊直流輸入模塊（EM221 82

45、4VDC）有）有8個數(shù)字量輸入端子。接線個數(shù)字量輸入端子。接線圖中，圖中，8個數(shù)字量輸入點分個數(shù)字量輸入點分成成2組。組。1M、2M分別是分別是2組輸入點內(nèi)部電路的公共組輸入點內(nèi)部電路的公共端，每組需用戶提供一個端，每組需用戶提供一個24VDC電源。電源。 1）外部接線圖：. .1M 1L+ .0 .1 .2 .32M 2L+ .4 .5 .6 .7+ + + 直流輸出模塊（直流輸出模塊（EM222 824VDC），有），有8個數(shù)個數(shù)字量輸出點，接線圖中字量輸出點，接線圖中8個數(shù)字量輸出點分成個數(shù)字量輸出點分成2組。組。1L+、2L+分別是兩組輸分別是兩組輸出點內(nèi)部電路的公共端，出點內(nèi)部電路的

46、公共端，每組需用戶提供一個每組需用戶提供一個DC24V的電流。的電流。 S7-200 PLCS7-200 PLC主機帶擴展模塊進行擴展配置時會受到相關(guān)因主機帶擴展模塊進行擴展配置時會受到相關(guān)因素（主機的技術(shù)指標(biāo)）的限制。素（主機的技術(shù)指標(biāo)）的限制。每種主機的最大每種主機的最大I/OI/O配置必須服配置必須服從以下限制：從以下限制：1.1.允許主機所帶擴展模塊的數(shù)量允許主機所帶擴展模塊的數(shù)量 CPU221CPU221模塊（整體型模塊（整體型PLCPLC）不允許帶擴展模塊；）不允許帶擴展模塊；CPU222CPU222模塊模塊最多可帶最多可帶2 2個擴展模塊；個擴展模塊；CPU224CPU224模塊

47、、模塊、CPU224XPCPU224XP模塊、模塊、CPU226CPU226模模塊最多可帶塊最多可帶7 7個擴展模塊，且個擴展模塊，且7 7個擴展模塊中最多只能帶個擴展模塊中最多只能帶2 2個智能個智能擴展模塊。擴展模塊。 輸入輸出擴展設(shè)備連接(a) 面板安裝(b) 標(biāo)準導(dǎo)軌安裝 編址編址：對：對I/O模塊上的模塊上的I/O點進行編碼，以便程序執(zhí)行時可點進行編碼，以便程序執(zhí)行時可以唯一地識別每個以唯一地識別每個I/O點。點。 方法是方法是：同種類型輸入點或輸出點的模塊進行順序編制，：同種類型輸入點或輸出點的模塊進行順序編制，其他類型模塊的有無及所處的位置都不影響本類型模塊的編號。其他類型模塊的

48、有無及所處的位置都不影響本類型模塊的編號。 具體有以下幾個原則具體有以下幾個原則： 1)S7-200 CPU有一定數(shù)量的本機有一定數(shù)量的本機I/O，本機，本機I/O有固定的地有固定的地址。址?？梢杂脭U展可以用擴展I/O模塊來增加模塊來增加I/O點數(shù)，擴展模塊安裝在主機點數(shù)，擴展模塊安裝在主機的右邊，其的右邊，其I/O點的地址由模塊類型和同類點的地址由模塊類型和同類I/O模塊鏈中的位置模塊鏈中的位置決定，按照由左到右的順序?qū)Φ刂肪幋a依次排序。決定，按照由左到右的順序?qū)Φ刂肪幋a依次排序。 2)數(shù)字量數(shù)字量I/O點的編址是以字節(jié)長點的編址是以字節(jié)長(8位位)為單位，采用存儲為單位，采用存儲器區(qū)域標(biāo)識

49、符器區(qū)域標(biāo)識符(I或或Q)、字節(jié)號、位號的組成形式，在字節(jié)號和、字節(jié)號、位號的組成形式，在字節(jié)號和位號之間以點分隔。位號之間以點分隔。如如I0.3、Q1.2等。等。 3)數(shù)字量擴展模塊是以一個字節(jié)數(shù)字量擴展模塊是以一個字節(jié)(8位位)遞增的方式來分配地遞增的方式來分配地址的，若本模塊實際位數(shù)不滿址的，若本模塊實際位數(shù)不滿8位，未用位不能分配給位，未用位不能分配給I/O鏈的鏈的后續(xù)模塊。后續(xù)模塊。 例如：例如：CPU 224有有10個輸出點，但它要占用邏輯輸出區(qū)個輸出點，但它要占用邏輯輸出區(qū)16個點的地址。而一個個點的地址。而一個4DI/4DO模塊占用邏輯空間模塊占用邏輯空間8個輸入點和個輸入點和

50、8個輸出點。個輸出點。 4)模擬量模擬量I/O點的編址是以字長點的編址是以字長(16位位)為單位，在讀為單位，在讀/寫模擬寫模擬量信息時，模擬量量信息時，模擬量I/O以字為單位讀以字為單位讀/寫。模擬量輸入只能進行寫。模擬量輸入只能進行讀操作，模擬量輸出只能進行寫操作。讀操作，模擬量輸出只能進行寫操作。每個模擬量每個模擬量I/O點地址由點地址由存儲器區(qū)域標(biāo)識符（存儲器區(qū)域標(biāo)識符（AI或或AO）、數(shù)據(jù)長度標(biāo)志位（）、數(shù)據(jù)長度標(biāo)志位（W）、字）、字節(jié)地址（偶數(shù)）組成。模擬量端口的地址從節(jié)地址（偶數(shù)）組成。模擬量端口的地址從0開始，以開始，以2遞增，遞增，不允許奇數(shù)編址。不允許奇數(shù)編址。 5)模擬量擴展模塊是以模擬量擴展模塊是以2個端口個端口(4字節(jié)字節(jié))遞增的方式來分配地遞增的方式來分配地址的，就是每個模擬量擴展模塊至少占用兩個端口的地址。址的，就是每個模擬量擴展模塊至少占用兩個端口的地址。例例如：如：EM235模塊有模塊有4個模擬量輸入和個模擬量輸入和1個模擬量輸出，但它占用個模擬量輸出，但它占用了了