第四章 S7-200PLC基礎(chǔ)知識

第四章S7-200PLC基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)S7-200系列PLC的基本組成、工作原理以及編程方法。這一章將介紹PLC的硬件架構(gòu)、指令集、編程工具等，為后續(xù)的PLC應(yīng)用打下基礎(chǔ)。SabySadeeqaalMirzaPLC簡介什么是PLC?PLC是ProgrammableLogicController的縮寫,即可編程邏輯控制器。它是一種專門用于工業(yè)自動化控制的計算機(jī)設(shè)備,可以實(shí)時監(jiān)測和控制工業(yè)生產(chǎn)過程。PLC是工廠自動化不可或缺的核心部件之一。PLC的組成CPU模塊CPU是PLC的核心部件,負(fù)責(zé)程序執(zhí)行、數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)控制。它包含中央處理器、內(nèi)存、輸入輸出控制等重要功能。輸入輸出模塊輸入輸出模塊連接現(xiàn)場設(shè)備和傳感器,負(fù)責(zé)接收各種輸入信號并向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送控制輸出信號。電源模塊電源模塊提供PLC各個部件所需的穩(wěn)定電源,確保整個系統(tǒng)的正常工作。CPU模塊CPU模塊是PLC的核心部件,負(fù)責(zé)執(zhí)行程序、處理數(shù)據(jù)和控制整個系統(tǒng)的運(yùn)行。它包括中央處理器、存儲器、輸入輸出接口等關(guān)鍵部件,集成了豐富的指令集和運(yùn)算功能,為PLC提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和控制能力。輸入輸出模塊PLC的輸入輸出模塊是連接現(xiàn)場設(shè)備和PLC控制器的重要橋梁。它負(fù)責(zé)將現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)信息傳遞給PLC,并將PLC的控制指令傳遞給現(xiàn)場設(shè)備。輸入輸出模塊包括數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、模擬輸入和模擬輸出等多種類型。輸入輸出模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化了對現(xiàn)場設(shè)備的連接,提高了系統(tǒng)的可靠性和擴(kuò)展性。通過靈活的配置,可實(shí)現(xiàn)對各類現(xiàn)場設(shè)備的高效控制和監(jiān)測。電源模塊PLC系統(tǒng)需要可靠的電源供應(yīng)。電源模塊負(fù)責(zé)為整個PLC系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源。它能夠?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)換為直流電，并保證輸出電壓的穩(wěn)定性和波紋度。電源模塊設(shè)計簡單實(shí)用,外觀時尚緊湊,能夠滿足PLC在各種工業(yè)環(huán)境下的供電需求。編程設(shè)備編程設(shè)備是用于編寫、下載和調(diào)試PLC程序的重要外圍設(shè)備。它通常具有大屏幕觸控顯示器、功能豐富的軟件編程界面以及方便的操作手柄等特點(diǎn),能為工程師提供高效的編程體驗(yàn)。現(xiàn)代先進(jìn)的編程設(shè)備不僅可以完成基本的程序編輯與下載,還集成了豐富的調(diào)試功能,可幫助工程師快速定位和排查程序中存在的問題。PLC的工作原理PLC的工作原理是通過CPU模塊接收來自輸入模塊的輸入信號，根據(jù)預(yù)先編寫的程序?qū)@些輸入信號進(jìn)行處理和運(yùn)算，然后通過輸出模塊發(fā)出相應(yīng)的控制指令，實(shí)現(xiàn)對工藝過程的自動化控制。這種反復(fù)循環(huán)的工作模式確保了PLC對工藝過程的實(shí)時監(jiān)控和調(diào)節(jié)。存儲器結(jié)構(gòu)S7-200PLC的存儲器結(jié)構(gòu)包括四大部分:程序存儲區(qū)、數(shù)據(jù)存儲區(qū)、系統(tǒng)狀態(tài)存儲區(qū)以及輸入輸出變量存儲區(qū)。這些存儲區(qū)域配合PLC的CPU和輸入輸出模塊共同完成PLC的工作,實(shí)現(xiàn)自動化控制功能。存儲器的高效管理是PLC穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)存儲區(qū)PLC內(nèi)部存儲器空間由多個不同用途的存儲區(qū)域組成,其中數(shù)據(jù)存儲區(qū)用于保存PLC程序運(yùn)行時使用到的各種數(shù)據(jù)。這部分存儲區(qū)包括輸入輸出變量、標(biāo)志位、定時器、計數(shù)器以及其他內(nèi)部工作寄存器等。通過合理組織和管理數(shù)據(jù)存儲區(qū),可以實(shí)現(xiàn)PLC程序的高效運(yùn)行。程序存儲區(qū)PLC的程序存儲區(qū)主要用于存儲用戶編寫的程序指令和所有相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。它是一個非易失性存儲器,即使斷電也能保存程序和數(shù)據(jù)。程序存儲區(qū)的容量大小取決于具體的PLC型號,通常在幾十到幾百KB之間。程序存儲區(qū)分為兩個部分:一部分用于存儲程序指令,另一部分用于存儲全局變量和輔助變量。程序指令被組織成多個功能段,每個功能段完成一個特定的任務(wù),多個功能段組成完整的PLC控制程序。系統(tǒng)狀態(tài)存儲區(qū)系統(tǒng)狀態(tài)存儲區(qū)存儲了PLC的各種狀態(tài)信息,如當(dāng)前程序運(yùn)行狀態(tài)、輸入輸出狀態(tài)、內(nèi)部故障狀態(tài)等。這些信息對程序的調(diào)試和運(yùn)行監(jiān)控非常重要,開發(fā)人員可以隨時查看系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài),及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。輸入輸出變量PLC的輸入輸出變量是連接外部設(shè)備和PLC內(nèi)部程序的橋梁。輸入變量接收來自各種傳感器和開關(guān)的信號，輸出變量則控制執(zhí)行元件如電機(jī)、閥門等。變量定義和分配是編程的重要一步，確保PLC能正確感知現(xiàn)場狀態(tài)并實(shí)現(xiàn)預(yù)期控制效果。指令系統(tǒng)PLC的指令系統(tǒng)是其重要組成部分,包含了各種基本指令、移位指令、邏輯指令、計數(shù)指令、定時指令和數(shù)學(xué)運(yùn)算指令。這些指令可靈活組合,滿足各種工業(yè)自動化控制需求。指令系統(tǒng)的設(shè)計直接影響PLC的功能和性能。基本指令PLC的基本指令包括輸入輸出指令、邏輯指令、移位指令、計數(shù)/定時指令和數(shù)學(xué)運(yùn)算指令等。這些基本指令是構(gòu)建復(fù)雜PLC程序的基礎(chǔ),涵蓋了PLC的各種基本功能。開發(fā)人員需要熟練掌握這些基本指令的使用方法和特點(diǎn)。移位指令移位指令是PLC指令系統(tǒng)中重要的一部分,用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)位的移位操作。這些指令可以實(shí)現(xiàn)位數(shù)據(jù)的左移、右移、循環(huán)移位等功能,廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理、掩碼操作等場景。移位指令操作簡便,執(zhí)行效率高,是PLC編程的常用工具。邏輯指令邏輯指令是PLC中用于實(shí)現(xiàn)布爾邏輯運(yùn)算的一組重要指令。這些指令包括與、或、非等基本邏輯運(yùn)算,可用于實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯控制。通過組合使用這些指令,可構(gòu)建出功能強(qiáng)大的PLC程序,滿足各種工業(yè)自動化場景的需求。計數(shù)指令PLC的計數(shù)指令用于對離散信號（如傳感器）的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)。它可以實(shí)現(xiàn)正反向計數(shù)、預(yù)設(shè)值比較、計數(shù)值存儲等功能，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過程的統(tǒng)計和控制中。計數(shù)指令包括增計數(shù)、減計數(shù)、預(yù)置計數(shù)、復(fù)位計數(shù)等。定時指令定時指令是PLC程序中非常重要的一類指令。它們可以用于實(shí)現(xiàn)時間延遲、脈沖發(fā)生等功能。定時指令根據(jù)定時時間長短分為定時器和計時器兩類。定時器用于在經(jīng)過設(shè)定的時間后執(zhí)行相應(yīng)動作,而計時器則用于測量時間間隔。數(shù)學(xué)運(yùn)算指令PLC提供了豐富的數(shù)學(xué)運(yùn)算指令,包括加減乘除、取余、開方等常用運(yùn)算。通過這些指令,PLC可以執(zhí)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算,進(jìn)行各種數(shù)值處理。這些指令在工業(yè)自動化、過程控制等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,是PLC功能強(qiáng)大的基礎(chǔ)。PLC的編程方法對于PLC編程,有多種編程方法可供選擇。最常見的包括梯形圖編程、功能塊編程和指令列表編程。這些編程方法各有特點(diǎn),適用于不同的應(yīng)用場景。編程人員需要熟練掌握這些編程技術(shù),根據(jù)實(shí)際需求靈活運(yùn)用。梯形圖編程梯形圖編程是工業(yè)自動化領(lǐng)域最常見的PLC編程方法之一。它使用圖形化的編程界面,采用簡單的繼電器接線邏輯,可以直觀地反映PLC控制系統(tǒng)的工作原理。這種編程方式便于初學(xué)者快速上手,也能滿足復(fù)雜控制系統(tǒng)的需求。功能塊編程功能塊編程是一種PLC編程方法,它采用預(yù)先定義好的功能塊來構(gòu)建程序。這種編程方式更加直觀、可視化,便于理解和維護(hù)。功能塊封裝了復(fù)雜的邏輯,使得編程更加簡單高效。在功能塊編程中,用戶只需要選擇合適的功能塊,并對其輸入輸出參數(shù)進(jìn)行配置就可以實(shí)現(xiàn)所需的功能。這種方式大大降低了編程的難度,提高了編程效率。同時,功能塊可以被重復(fù)使用,提高了程序的模塊化和可擴(kuò)展性。指令列表編程指令列表(IL)編程是一種高級語言編程方式,以文本形式描述PLC程序。它采用單行語句,以助記符和操作數(shù)組成,具有簡潔明了的特點(diǎn)。通過指令列表,程序員可以直接編寫PLC執(zhí)行的流程控制語句,更加貼近計算機(jī)編程思維。指令列表編程簡單高效,但需要程序員對PLC指令有深入理解。它為PLC程序提供了另一種編程選擇,豐富了PLC編程方法。變量的定義在PLC程序編寫中，變量的定義非常重要。需要定義輸入輸出變量、寄存器變量、定時器和計數(shù)器等。每種變量都有其特定的數(shù)據(jù)類型和存儲位置，合理的變量定義可以提高PLC程序的可讀性和性能。在編程軟件中，用戶可以根據(jù)需要添加和配置各種類型的變量。合理的變量命名也很關(guān)鍵，需要體現(xiàn)變量的功能和意義，方便后續(xù)理解和維護(hù)。程序的編寫程序編寫是PLC控制系統(tǒng)中至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。需要根據(jù)控制系統(tǒng)的功能需求,精心設(shè)計程序結(jié)構(gòu),合理規(guī)劃各個功能模塊,并采用合適的編程方法將其轉(zhuǎn)化為PLC可執(zhí)行的指令序列。良好的程序編寫習(xí)慣,如變量命名規(guī)范、注釋完善、模塊化設(shè)計等,有助于提高程序的可讀性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性,從而縮短調(diào)試周期,提高項(xiàng)目交付效率。程序的下載和調(diào)試將已編寫完成的PLC程序下載到CPU模塊是非常關(guān)鍵的一步。在下載過程