西门子S7300PLC 第1章

Date: 2015-3-25
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§1.2
PLC的定义
PLC的定义和分类
经历：可编程逻辑控制器（PLC）→可编程控制器（PC） 通用叫法：可编程序控制器（ Programmable Controller ， PC），是一台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它 具有丰富的输入 / 输出接口，并且具有较强的驱动能力。 但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer ）混淆， 所以人们还沿用PLC作为可编程控制器的英文缩写。
最长 I/O 响应时间
Date: 2015-3-25
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§1.5
一、填空题
思考与练习
1. 美国数字设备公司于______年研制出世界第一台PLC。 2. PLC从组成结构形式上可以分为______和_______两类。
3. PLC是由___________逻辑控制系统发展而来的，它在 ____________、___________方面具有一定优势。
Date: 2015-3-25
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PLC的中断处理过程
中断服务程序执行结果的信息输出问题：
PLC按巡回扫描方式工作，正常的输入/输出在扫描 周期的一定阶段进行，这给外设希望及时响应带来了 困难。采用中断输入可解决对输入信号的高速响应问 题。当中断申请被响应且中断子程序被执行后，有关 信息应当尽早送到相关外设，而不希望等到扫描周期 的输出传送阶段，就是说对部分信息的输入或输出要 与系统CPU的扫描周期脱离。
Date: 2015-3-25
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PLC的功能
数据采集、存储与处理功能
数学运算功能 数据处理
模拟数据处理
Date: 2015-3-25
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PLC的功能
输入/输出接口调理功能
具有 A/D 、 D/A 转换功能， 通过I/O模块完成对模拟 量的控制和调节。位数 和精度可以根据用户要 求选择。具有温度测量 接口，直接连接各种热 电 阻 或 热 电 偶 。
Date: 2015-3-25
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三、思考题 1. 什么是可编程控制器？ 2. 可编程控制器是如何分类的？简述其特点。 3. 简述可编程控制器的工作原理，如何理解PLC的循环扫描 工作过程？ 4. 简述PLC与继电接触器控制在工作方式上各有什么特点。 5. PLC能用于工业现场的主要原因是什么？ 6. 详细说明PLC在扫描的过程中，输入映像寄存器和输出映 像寄存器各起什么作用。 7. 可编程序控制器的控制程序为串行工作方式，继电接触器 控制线路为并行工作方式，相比之下，可编程序控制器的控制 结果有什么特殊性？ 8. 从应用角度出发，PLC、单片机系统主要区别在哪里？
Date: 2015-3-25
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PLC的中断处理过程
响应问题：
一般微机系统的CPU，在每一条指令执行结束时 都要查询有无中断申请。而PLC对中断的响应则 是在相关的程序块结束后查询有无中断申请，或 者在执行用户程序时查询有无中断申请，如有中 断申请，则转入执行中断服务程序。如果用户程 序以块式结构组成，则在每块结束或执行块调用 时处理中断。
Date: 2015-3-25
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第 1章
§1.1 PLC的产生
PLC概述
§1.2
§1.3
PLC的定义和分类
PLC的功能和特点
§1.4
§1.5
PLC的结构与工作过程
思考与练习
Date: 2015-3-25
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§1.1
PLC的产生
传统的生产机械自动控制装置→继电器控制系统
I/O扩展单元
设备通讯接口
中央处理单元（CPU）
电源适配器
交流电源
其他设备
按钮 继电器触点
BUS
传感器
输 入 单 元
系统程序存储器
RAM
输 出 单 元
接触器 电磁阀
PLC
+ -
指示灯
Date: 2015-3-25
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电源O N
上电 处理
PLC的工作过程
内部处理
输入处理（输入传送、远程I / O ） 执行自诊断
Date: 2015-3-25
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PLC的I/O系统
第(n-1)个扫描周期 输出刷新 输入采样 用户程序执行 最短 I/O 响应时间 输出刷新 第 n 个扫描周期 第(n+1)个扫描周期 输入采样
第 n 个扫描周期 输入采样 用户程序执行 输出刷新
第 n +1 个扫描周期 输入采样 用户程序执行 输出刷新
Date: 2015-3-25
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二、判断题 1. 输入继电器只能由外部信号驱动，而不能由内部指令来驱 动。 2. 输出继电器可以由外部输入信号或PLC内部控制指令来驱 动。
3. 内部继电器既可以供内部编程使用，又可供外部输出。
4. PLC内部的“软继电器”（即由PLC内部的存储单元构成的， 包括定时器、计数器等）均可提供无数个常开、常闭触点供编 程使用。
Date: 2015-3-25
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对先进自动控制装置提出设想：
工业控制单板机（计算机）
继电器控制系统
先进控制装置
把计算机的功能完善、通用、灵活等优点和继电器控 制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合 起来，制成一种通用控制装置。把计算机的编程方法 和程序输入方式加以简化，采用面向控制过程、面向
4. PLC主要由____、____、_____、_____几部分组成。
5. PLC所用存储器基本上由________、___、_____等组成。
6. PLC常用编程语言有____、_______、________等。 7. PLC是通过一种通过周期扫描工作方式来完成控制的，每 个周期包括＿＿、＿＿＿、＿＿＿三个阶段。 8. PLC控制系统分为_____、______、________三大类。
Date: 2015-3-25
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国际电工委员会（IEC）对可编程控制器的定义：
“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专 为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存 储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控 制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通 过数字或模拟式输入/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部设备，都按易于 与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原 则设计。”
通信服务（外设、C P U 、总线服务）
P L C 正常？
更新时钟、特殊寄存器
扫描 过程
Y
扫描 过程
N
存放自诊断错误结果
STOP
C P U 运行方式？
RUN
致命错误？
Y
N
执行程序
出错 处理
C P U 强制为S T O P 处理程序
Date: 2015-3-25
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PLC的扫描过程
Date: 2015-3-25
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PLC的中断处理过程
中断源先后顺序及中断嵌套问题：
在PLC中，中断源的信息是通过输入点而进入
系统的，PLC扫描输入点是按输入点编号的先后 顺序进行的，因此中断源的先后顺序只要按输 入点编号的顺序排列即可。 多中断源可以有优先顺序，但无嵌套关系。
Date: 2015-3-25
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PLC的分类
一体化紧凑型PLC ：电源、CPU中央处理系统、I/O 接口都集成在一个机壳内。如西门子S7-200系列。
CPU（基本单元）
Date: 2015-3-25 Page: 9
+
扩展模块
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标准模块式结构化PLC ：各种模块相互独立，并安 装在固定的机架（导轨）上，构成一个完整的PLC 应用系统。如：西门子S7-300、S7-400系列。
对象的语言编程。
Date: 2015-3-25 Page: 5
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可编程序逻辑控制器的产生
美国数字设备公司（DEC）根据这一设想，于1969年 研制成功了第一台可编程序控制器。由于当时主要用 于顺序控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程序逻 辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。
输
输
I0.0 Q4.1 M10.0 Q4.2 I0.1 I0.1 Q4.1 M10.0 Q4.2
输
入 映 像 寄 存 器
出 映 像 寄 存 器
输 出 锁 存 器
输 出 端 子
信号
入 端 子
驱动
输入刷新 输入刷新阶段
程序执行
输出刷新 输出刷新阶段
扫描周期
Date: 2015-3-25
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优点→结构简单、价格低廉、容易操作 。
缺点→体积庞大、生产周期长、接线复杂、故障率 高、可靠性及灵活性差 。 应用→比较适用于工作模式固定，控制逻辑简单等 工业应用场合。
Date: 2015-3-25
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ห้องสมุดไป่ตู้
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用户迫切需要一种先进的自动控制装置
继电器控制系统
先进自动控制系统
Date: 2015-3-25
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PLC的功能
通信、联网功能
PROFIBUS DP
PROFIBUS PA (Ex)
PROFIBUS PA
Date: 2015-3-25
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PLC的功能
人机界面功能
Date: 2015-3-25
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PS (电源模块)
CPU
IM SM: (接口模块) DI
SM: DO
SM: AI
SM: AO
CP: - 点-到-点 - PROFIBUS - 工业以太网
Date: 2015-3-25
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§1.3
PLC的功能
控制功能
逻辑控制 定时控制 计数控制 顺序控制
PLC的功能和特点
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PLC的功能
编程、调试等
使用复杂程度不同的 手持、便携和桌面式
编程器、工作站和操 作屏，进行编程、调 试、监视、试验和记 录，并通过打印机打 印出程序文件。
MPI cable
有MPI接口的PG 或PC
Date: 2015-3-25
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PLC的特点
高可靠性
丰富的I/O接口模块
采用模块化结构 运行速度快 功能完善 编程简单，易于使用
系统设计、安装、调试方便
维修方便，维修工作量小 总价格低
Date: 2015-3-25 Page: 17
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§1.4
PLC的结构和工作过程
PLC的基本结构
编程器 计算机
I/O扩展接口