《可编程控制器》辅导资料三

可编程控制器辅导资料三

主题：课件第二章PLC的硬件结构与工作原理第2-3节可编程序控制器的工作原理、S7-200系列可编程控制器

学习时间：2011年10月17日－10月23日

内容：

我们这周主要学习课件第二章PLC的硬件结构与工作原理第2-3节的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们加深对可编程序控制器结构相关知识的理解。

一、学习要求

1．掌握PLC的工作原理；

2．掌握西门子S7系列可编程控制器特点。

二、主要内容

1．可编程序控制器的工作原理

PLC有两种工作状态，即运行（RUN）状态和停止（STOP）状态。

在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直到PLC停机或切换到STOP工作状态。

PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。

PLC的扫描工作过程如图1所示。

图1 PLC的扫描工作过程

（1）输入采样阶段

PLC 首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入内存中各对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段，此时输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫

描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。

（2）程序执行阶段

PLC按顺序对程序进行扫描执行，当指令中涉及到输入输出状态时，PLC从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出，根据程序进行运算，运算结果再存入元件映像寄存器。

元件映像寄存器的内容随程序的执行而变化。

（3）输出刷新阶段

程序执行完毕后，进入输出处理阶段，PLC将输出映像寄存器中与输出有关的状态转存到输出寄存器中，对输出接口进行刷新，驱动外部负载。

用户程序中如果对输出结果多次赋值，只有最后一次有效。

（4）通信处理

在处理通信请求阶段，CPU处理从通信接口和智能模块接收到的信息，例如读取智能模块的信息并存放在缓冲区中，在适当的时候将信息传送给通信请求方。

（5）CPU自诊断测试

自诊断测试包括定期检查CPU模块的操作和扩展模块的状态是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内容工作。

（6）中断程序的处理

如果在程序中使用了中断，中断事件发生时，CPU停止正常的扫描工作方式，立即执行中断程序，中断功能可以提高PLC对某些事件的响应速度。

（7）立即I/O处理

在程序执行过程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O点。用立即I/O指令读输入点的值时，相应的输入过程映像寄存器的值未被更新。用立即I/O指令来改写输出点时，相应的输出过程映像寄存器的值被更新。

（8）输入输出滞后时间

输入输出滞后时间又称系统响应时间，是指PLC的外部输入信号发生变化的时间到它的控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路的滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式的滞后时间三部分组成。

滞后时间与模块的类型有关。继电器输出电路的滞后时间一般在10ms左右，双向可控硅型输出电路在负载接通时的滞后时间为1ms，负载断开时的最大滞后时间为10ms，晶体管型输出电路的滞后时间一般在1ms左右。

由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达2个扫描周期。

2. S7-200系列可编程控制器

S7-200是西门子公司的产品之一，其注册商标为SIMATIC。

（1）西门子公司PLC的发展史

西门子公司的产品最早是1975年投放市场的SIMATIC S3，它实际上是带有简单操作接口的二进制控制器；

1979年，S3系统被SIMATIC S5所取代，该系统广泛地使用了微处理器；

20世纪80年代初，S5系统进一步升级——U系列PLC，较常用机型：S5-90U、95U、100U、115U、135U、155U

1994年4月，S7系列诞生，它具有更国际化、更高性能等级、安装空间更小、更良好的WINDOWS用户界面等优势，其机型为：S7-200、300、400，分别对应小型、中型、大型PLC。

1996年，在过程控制领域，西门子公司又提出PCS7（过程控制系统7）的概念，将其优势的WINCC（与WINDOWS兼容的操作界面）、PROFIBUS（工业现场总线）、COROS（监控系统）、SINEC（西门子工业网络）及控调技术溶为一体现在，西门子公司又提出TIA（Totally Integrated Automation）概念，即全集成自动化系统，将PLC技术溶于全部自动化领域。

此外，西门子PLC还有M7、C7二个系列。这里主要介绍S7-200 PLC。

（2）特点

S7-200系列PLC是SIEMENS公司推出的一种小型PLC，属于整体式结构。其特点是：

●结构紧凑

●扩展性良好

●指令功能强大

●价格低廉

成为当代各种小型控制工程的理想控制器。

（3）S7-200PLC的系统组成

S7-200 PLC系统的基本构成如图2：

图2 S7-200 PLC系统的结构图

（4）S7-200 CPU

S7-200 CPU将微处理器、集成电源、输入电路和输出电路集成在一个紧凑的外壳中，从而形成了一个功能强大的Micro PLC。如图3所示。

S7-200的CPU共有两个系列：CPU21X（CPU212、214、215、216，为S7-200的第一代产品）及CPU22X（CPU221、222、224、226、226XM）（主要介绍）。

图3 S7-200 Micro PLC