電氣控制與S7-300-PLC編程技術(shù)第2章-可編程序控制器概述課件

1、可編程序控制器概述（2.1,2.2,2.3,2.4）第二章第2章 可編程序控制器概述本章內(nèi)容2.1 PLC的介紹與特點(diǎn)2.2 PLC的硬件組成2.3 PLC編程環(huán)境和工作原理 2.4 PLC產(chǎn)品概況及發(fā)展趨勢(shì) 2.1 PLC的介紹與特點(diǎn) 可編程控制器（Programmable Controller，PC）是新一代的工業(yè)控制裝置，是工業(yè)自動(dòng)化的基礎(chǔ)平臺(tái)。目前已被廣泛應(yīng)用到石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車、交通等各個(gè)領(lǐng)域。早期的可編程控制器只能用于進(jìn)行邏輯控制，因此被稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器用微處理

2、器作為其控制的核心部件，其控制的功能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了邏輯控制的范圍，于是這種裝置被稱為可編程控制器（Programmable Controller）簡(jiǎn)稱為PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer，簡(jiǎn)稱PC）相混淆，可編程控制器仍然被簡(jiǎn)稱為PLC。 2.1 PLC的介紹與特點(diǎn) 2.1.1 PLC的產(chǎn)生 根據(jù)美國(guó)通用汽車公司的要求，1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了世界上第一臺(tái)PLC，并在通用公司自動(dòng)裝配生產(chǎn)線上試用成功。這種新型的工控裝置，以其體積小、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、簡(jiǎn)單易懂、操作維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快就在美國(guó)許多行業(yè)里得到推廣和應(yīng)用，同時(shí)也受到了世界上

3、許多國(guó)家的高度重視。 2.1.2 PLC的定義 定義：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 2.1 PLC的介紹與特點(diǎn) 2.1.3 PLC的分類 （1）按PLC的控制規(guī)模分類 小型機(jī)（如日本OMRON公司的CQM1，三菱的FX2和德國(guó)西門子的S7-200 ） 中型機(jī)（如OMRON的C200H、富士的HDC-100和西門子的S7-300 ） 大型機(jī) （如OMRON的C2000H、富士的F200和西門子

4、的S7-400 ）（2）按PLC的結(jié)構(gòu)分類 整體式，整體式結(jié)構(gòu)的PLC把電源、CPU、存儲(chǔ)器和I/O系統(tǒng)都集成在一個(gè)單元內(nèi)，該單元叫做基本單元。 模塊式 ，是把PLC系統(tǒng)的各個(gè)組成部分按功能分成若干個(gè)模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和電源模塊等，其中各模塊功能比較單一，模塊的種類卻日趨豐富。 （3）按PLC的功能分類 可以分為低檔機(jī)、中檔機(jī)和高檔機(jī)3類。 2.1 PLC的介紹與特點(diǎn) 2.1.4 PLC的發(fā)展 最初的PLC限于當(dāng)時(shí)元器件的條件及計(jì)算機(jī)的發(fā)展水平，主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，存儲(chǔ)器采用的是磁芯存儲(chǔ)器。 20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的微處理器使可編程控制器發(fā)生了巨大的變化。歐

5、美及日本的一些廠家以微處理器和大規(guī)模集成電路芯片作為PLC的中央處理單元（CPU），使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理通信、自診斷等功能，可靠性也得到了進(jìn)一步的提升。 20世紀(jì)80年代至90年代中期，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。 20世紀(jì)末期至今，可編程控制器的發(fā)展更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從產(chǎn)品規(guī)模上來(lái)看，PLC會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從控制能力上來(lái)看，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)看，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控

6、制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。 2.1 PLC的介紹與特點(diǎn) 2.1.5 PLC的特點(diǎn)（1）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)（2）編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)（3）靈活性和通用性強(qiáng)（4）豐富的I/O接口模塊（5）采用模塊化結(jié)構(gòu)（6）控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試周期短 （7）體積小、能耗低、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化2.1.6 PLC的主要性能指標(biāo)（1）掃描速度（2）存儲(chǔ)容量 （3）輸入/輸出點(diǎn)數(shù)（4）指令的數(shù)量和功能（5）內(nèi)部器件的種類和數(shù)量 （6）可擴(kuò)展性2.2 PLC硬件組成 PLC本身就是一臺(tái)適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的專用計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示: PLC主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出單元、電源、I/O擴(kuò)展端口

7、、通信單元等有機(jī)組合而成的。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，PLC可以分為整體式和組合式（也稱模塊式）兩類。 2.2 PLC硬件組成 根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，PLC可以分為整體式和組合式（也稱模塊式）兩類: 整體式PLC 組合式PLC2.3 PLC編程環(huán)境和工作原理 2.3.1 PLC編程環(huán)境 PLC的編程環(huán)境是由PLC生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)的，它包含用戶環(huán)境和能把用戶環(huán)境與PLC系統(tǒng)聯(lián)結(jié)起來(lái)的編程軟件。只有熟悉了編程環(huán)境，了解了編程環(huán)境，才能適應(yīng)編程環(huán)境，才能在編程環(huán)境中編寫出PLC的用戶程序。 用戶環(huán)境包括： （1）用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為位數(shù)據(jù)、字節(jié)數(shù)據(jù)、字?jǐn)?shù)據(jù)和混合型數(shù)據(jù)4類。 （2）用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)：用戶使用的每

8、個(gè)輸入/輸出端，以及內(nèi)部的每一個(gè)存儲(chǔ)單元都稱為元件。各種元件都有其固定的存儲(chǔ)區(qū)（例如輸入/輸出映像區(qū)），即存儲(chǔ)地址。 （3）用戶程序結(jié)構(gòu)：用戶程序結(jié)構(gòu)可分為線性程序、分塊程序 和結(jié)構(gòu)化程序 3種，2.3 PLC編程環(huán)境和工作原理 2.3.2 PLC編程語(yǔ)言及編程軟件 5種編程語(yǔ)言：語(yǔ)句表（Statement List，STL）、梯形圖（Ladder Diagram，LAD）、功能塊圖（Function Block Diagram，F(xiàn)BD）、結(jié)構(gòu)文本（Structured Text，ST）、順序功能圖（Sequential Function Chart，SFC）。其中梯形圖和語(yǔ)句表編程語(yǔ)言在實(shí)際

9、中用的最多，下面著重介紹這兩種語(yǔ)言。 （1）梯形圖（LAD） 下圖是啟保停電路的梯形圖表示： （2）語(yǔ)句表（STL） 啟保停電路的梯形圖所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句表如下圖 ：2.3 PLC編程環(huán)境和工作原理 2.3.2 PLC編程語(yǔ)言及編程軟件（3）編程軟件OMRON公司設(shè)計(jì)的CX-P編程軟件可以為OMRON C系列PLC提供很好的編程環(huán)境。 松下電工設(shè)計(jì)的FPWin_GR編程軟件可以為FP系列PLC提供很好的編程環(huán)境和仿真。 西門子公司設(shè)計(jì)的STEP 7 Micro/WIN32編程軟件可以為S7-200系列PLC提供編程環(huán)境。 西門子公司設(shè)計(jì)的SIMATIC Manager編程軟件可以為S7-300/40

10、0系列PLC提供編程環(huán)境。（4）仿真軟件 西門子公司設(shè)計(jì)的S7_PLCSIM仿真軟件就是專門為S7-300/400 PLC設(shè)計(jì)的仿真軟件，S7_200SIM是專門為S7-200 PLC設(shè)計(jì)的仿真軟件，利用這些仿真軟件可以直接運(yùn)行S7-200和S7-300/400 的PLC程序。 2.3 PLC編程環(huán)境和工作原理 2.3.3 PLC的工作原理 PLC上電后首先要對(duì)硬件和軟件進(jìn)行初始化，當(dāng)其進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，PLC則采用循環(huán)掃描的方式工作。在PLC執(zhí)行用戶程序時(shí)，CPU對(duì)程序采取自上而下，自左向右的順序逐次進(jìn)行掃描，即程序的執(zhí)行是按語(yǔ)句排列的先后順序進(jìn)行的。掃描工作過(guò)程如下圖： 2.4 PLC產(chǎn)品概

11、況及發(fā)展趨勢(shì) 美國(guó)是PLC生產(chǎn)大國(guó)，在美國(guó)注冊(cè)的PLC廠商已超過(guò)百家。德國(guó)的西門子（SIEMENS）公司、AEG以及法國(guó)的施耐德（TE）公司、瑞士的SELECTRON公司等是歐洲著名的PLC制造商。日本的PLC生產(chǎn)廠家有40余家。我國(guó)在20世紀(jì)70年代末80年代初期開(kāi)始引進(jìn)PLC。 目前PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用到石油、化工、機(jī)械、鋼鐵、交通、電力、采礦、環(huán)保等各個(gè)領(lǐng)域中，還包括從單機(jī)自動(dòng)化到工廠自動(dòng)化，從機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)到工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)等等。從功能上看，PLC的應(yīng)用范圍大致包括以下幾個(gè)方面： （1）開(kāi)關(guān)量的邏輯控制 （2）運(yùn)動(dòng)控制 （3）模擬量處理和PID控制 （4）數(shù)據(jù)處理 （5）通信聯(lián)網(wǎng) PLC的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面。 向高速度、大容量方向發(fā)展 ；