SIMATIC S7-200 PLC 从入门到精通

PLC的定义
PLC是一种数字运算操作 的电子系统，专为工业环境下 应用而设计的工业控制装置。
PLC的产生与发展
PLC
关请
于同 学
PLC与计算机控制系统的比较
们
在结 某合
PLC与继电接触器控制系统的比较
个右
领边 域的
PLC与其他工业控制系统的比较
应主
用题 的写
PLC 的特点
综一 述篇
PLC的应用领域
本章以西门子公司生产的S7-200系列小型可编 程序控制器为例，介绍具体型号的PLC，内 容包括：
～
公共端
1.2.3 电源单元
PLC由开关式稳压电源为内部电路供电 开关电源 输入电压范围宽 体积小 重量轻 效率高 抗干扰性能好 有的PLC能向外部提供24V的直流电源 可作为输入单元连接的外部设备的电源
电源单元
把外部供应的电源变换成系统内部各单元 所需的电源。
有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源， 可供开关量输入单元连接的现场无源开 关等使用。
(1) PLC扫描工作各环节的功能
① PLC上电后，首先检查硬件是否正常。
若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。
② 按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行。
对输入的数据进行处理， 将结果存入元件映象寄存器。
③ 计算扫描周期。
④ I/O刷新阶段。
读输入点的状态并写入输入映像寄存器。
母线
将元件映像寄存器的状态经输出锁存器、输出电路送到输出点。
PLC在运行工作状态，执行如上所述的一次扫描 操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为1～ 100ms。扫描周期与用户程序的长短、指令的种类和 CPU的运算速度有很大的关系。用户程序较长时，指 令执行的时间在扫描周期中占相当大的比例。
I/O、内部辅助、特殊辅助、 辅助记忆继电器区域清零 定时器预置 识别扩展单元
晶体管输出电路
输出点的 状态显示
光电耦合
+5V
内
T1
部
→ →
电 LED 路
R2 T2 D
R1
R3
FU
输出点 负载
公共端
晶闸管输出电路
输出点的 状态显示
光电耦合
输出点
内 部
T → →
电
路
LED
R1
负载
R2 ～
C
FU
公共端
继电器输出电路
输出点的 状态显示
继电器
机械 触点
输出点
内
部
K
电 LED
路
R
负载
Yes
扫描扫设描周定周期检期查固检定值查 有固有定固定设值设置置？？ 无
有
等待等设定待扫描周期到 扫描计周算扫期描周计期算
I/IO/O刷刷 新新 外设外端设端口口服服务务
初始化
公 共公共 处处 理理
户程执执 程序行行 序 用用
户
扫扫 描描 周期周期计 计算 算处理
I/O
新新刷刷 务 服 口外设服端端务口
Q
FU KM FR
M 3~
I0.0 SB2 I0.1 ST I0.2
1M
线圈断电
KM
Q0.0
PLC
1L
~ KM通断电
接点断开
KM
触点断开
~
第一部分：S7-200可编程序控制器
1.1 S系列PLC发展概述 1.2 S7-200 PLC系统组成 1.3 编程元件及程序知识 1.4 相关设备 1.5 工业软件
SM: AO
FM:
- 计数 - 定位
- 闭环控制
Power in a Small Package!!
CP: - 点-到-点
- PROFIBUS - 工业以太网
1.2.4 外部设备
PLC的外部设备主要有： • 编程设备 • 触摸屏 • 操作面板 • 文本显示器 • 打印机 等
编程设备
PC FP PROGRAMMER
PLC的软件系统
1.3.2 用户程序
用户程序又称为应用程序，是用户为完成某一控制任 务而利用PLC的编程语言编制的程序。用户程序是线 性地存储在系统程序制定的存储区内。
1．用户环境 用户环境是由系统程序生成的，它包括 用户数据结构、用户元件区、用户程序存储区、用 户参数、文件存储区等。
2．用户程序结构 用户程序结构大致可以分为三种： （1）线性程序（2）分块程序（3）结构化程序 3．用户程序语言 PLC的编程语言有多种，其中梯形图、
R1
C
R2
M
公共端
LED
输入点的 状态显示
+5V
T
内
→ →
部
A 滤波 电
路
R3
光电耦合
交流输入电路
外部开关
S
输入点
LED R1
～ M
R2 C
输入点的 状态显示
+5V
内
→ →
部
A 滤波 电
R3
路
光电耦合
（2）输出接口电路：
以继电器形式为例 ：
继电器输出
PLC
内
内
部
部
电
电K
路
路
Q
L+ +-
交流电源或 直流电源
语句表、功能块图是三种基本语言。
1.4 PLC的工作过程
• 接线程序控制与存储程序控制 •PLC的循环扫描工作过程
1.4.1 接线程序控制与存储程序控制
继电接触器控制系统，又称为接线程序控制系统，是通过电 器元器件的固定接线来实现控制逻辑，完成控制任务的。
~ 380V
KM
SB1
KM FR
SB1
SB2
1.2 认知PLC的硬件组成
PLC的基本分类
整体式 小型机常采用整体式 组合式 中、大型机常采用组合式
整体式 PLC的基本组成框图
主机
电源
输 入 设 备
Βιβλιοθήκη Baidu
输
输
入 单
CPU
出 单
元
元
输 出 设 备
编程器
盒式磁带机 打印机
EPROM写入器 上位计算机
PLC 可编程终端PT
外
存储器
I/O 扩
设 接 口
系统程序 用户程序 展 存储器 存储器 口
输出端子
KM
~ 公共端
输入部分
用户程序
输出部分
触点闭合 电动机转
SB1闭合
I0.0 闭 合
SB2 ST
Q
FU KM FR
SB1 I0.0 SB2 I0.1 ST I0.2
1M
M
3~
线圈通电
KM Q0.0
PLC
1L
~
KM通电
接点闭合
KM
触点闭合
~
触点断开 电动停转
SB2闭合
I0.1断 开
SB2 ST
ST AN OR OT FN/P X•WX YY•W RR•W L•WL FL
NOT STK TM CT (BIN) DTd/L IX/IY T•SV C•EV K/H
C D E F SC
8
9
A
B
(-) OP
4
5
6
7
SRC
0
(HPE) L CLR
1
ACL R
2
(DTE)L CLR
3 ENT
RDEA
（STEP-7 MICRO/WIN入门）
1.1 概述
PLC在早期是一种开关逻辑控制装置，被 称为可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC。
随着计算机技术和通信技术的发展，PLC 采用微处理器作为其控制核心，它的功能已 不再局限于逻辑控制的范畴。因此，1980年 美国电气制造协会(NEMA)将其命名为 Programmable Controller(PC)，但为避免与 个人计算机(Personal Computer)的简称PC混 淆，习惯上仍将其称为PLC。
I/O扩展 单元
特殊功 能单元
…
组合式 PLC的基本组成框图
系统总线
通信单元
智能I/O单元
输出单元 输入单元
CPU 单元
…
…
PLC或 上位计算机
控制系统现场过程
编程器
1.2.1 CPU单元
CPU指挥PLC完成各种预定的功能
★ 输入并存储用户程序、显示输入内容和地址； ★ 检查、校验用户程序，发现错误即报警； ★ 执行用户程序、驱动外部输出设备动作； ★ 诊断故障、记忆故障信息并报警。
SB2
~ 380V
FR
KM
M
KM
接线程序控制与存储程序控制
在PLC控制系统中，用户根据控制要求编制出相应 的控制程序，并写入PLC的程序存储器中。系统运行 时，PLC将程序执行结果输出给相应的输出设备，控 制被控对象工作。 这种控制称为存储程序控制。
SB1
起动
0.1
停止
SB2 0.2
1M
M DC 24V L+
PLC的供电
各种接口、高功能模块：便于扩展 小型机：一体机。有接口可扩展。
状态显示 存储器卡
通信口
顶部端子盖 电源及输出端子
前盖 方式开关 、 电位器、扩展I/O连接
底部端子盖 输入端子、传感器电源
中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合。
PS (可选)
CPU
CPU模块
IM (可选)
SM: SM: SM: DI DO AI
PLC最主要的工作方式是循环扫描（周期扫描）
扫描工作一般分为：读输入、执行程序、处理通 信请求、自诊断检查和写输出等过程，CPU反复不停 地分阶段处理上述各种不同的任务，这种周而复始的 循环工作方式称为循环扫描。
执行用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用 户程序不运行时，PLC也在扫描，只不过在一个周期 中去除了执行用户程序和读输入、写输出的内容。
2. 存储器
系统程序存储器—— 存储系统系统程序 用户程序存储器—— 存储系统用户程序 工作数据存储器—— 存储工作数据
存储器
RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。
ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。
1.2.2. I/O单元
PLC与外部设备联系的桥梁
开关量输入单元
直流输入单元 交流输入单元
异异常常
设置各异常继电器
异常报警 异常：(ERR/ALM)LED灯亮 警告：(ERR/ALM)LED闪烁
异异常常或处警理告？ 警告
异常
接通接通电电源源
初始初化始化
硬硬件件、检用检户查程查序内存
检正查常结果？正常？
正常
扫描扫时周描间周期预期置监监视视
执行执用行用户户程程序序 程程序结序束？结(E束ND？命令？) No
输出三种形式：继电器 -- 低速大功率 可控硅 -- 高速大功率 晶体管 -- 高速小功率
（1）输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。
输入端子
发光二极管
3.3k In
1000PF 24V –+ +– 直流电源 COM
PLC 470
发光二极管
内 内 内 内
光电三极管
直流输入电路
外部开关
S
输入点
WRT
编程工具
编程器是对PLC进行操作的工具
专用编程器
简易编程器 图形编程器
直插式、便携式
计算机辅助编程
在装有专用编程软件的计算机上编程
1.3 PLC的软件系统
1.3.1 系统程序
系统程序是由PLC的制造者采用汇编语言编写 的，固化于ROM型系统程序存储器中，用于控 制PLC本身的运行，用户不能更改。 系统程序分为： 1.系统管理程序 2.用户指令解释程序 3.标准程序模块和系统调用程序
SIMATIC S7-200 PLC
从入门到精通
预备知识：PLC知识
第一部分： S7-200可编程序控制器 1.1 S系列PLC发展概述 1.2 S7-200 PLC系统组成 1.3 编程元件及程序知识 1.4 相关设备 1.5 工业软件
第二部分：编程原则技巧及应用举例
预备知识：PLC概述
1.1 概述 1.2 PLC的硬件组成 1.3 PLC的软件系统 1.4 PLC的工作过程 1.5 建立PLC与计算机的连接
⑤ 外设端口服务。
访问外设端口连接的外部设备。
(2) PLC执行用户程序的过程
读
写
读
读
I/O刷新
写
执行用户程序
I/O刷新
(3) PLC控制的原理
等效电路图
输入端子SB1
SB2 ST
公共端
Q
FU KM FR
SB1 I0.0 SB2 I0.1
ST I0.2
L+
M 3~
主电路
KM Q0.0
PLC
1L
~
开关量输出单元
晶体管输出单元 晶闸管输出单元 继电器输出单元
输入、输出接口：采用光电隔离，实现了PLC的内部电
路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。
输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号， 转换成数字信号送入主机。
输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外 部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断 电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。
PLC中所采用的CPU通常有三种 ： （1）通用处理器：8086、80286、80386 （2）单片机芯片：8031、8096 （3）位片式微处理器：AMD-2900 小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU 中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU 大型PLC多采用高速位片式微处理器
1L AC 220V
KM
FR
0.0
输入映像寄存器
I0.1 I0.2
输出映像寄存器
Q0.0
I0.1 Q0.0
I0.2 Q0.0 ()
1.4.2 PLC 的循环扫描工作过程
扫描工作分为 5 个阶段
公共处理阶段 程序执行阶段 扫描周期计算阶段 I/O 刷 新 阶 段 外设端口处理 阶段
PLC的循环扫描工作过程
1.1.1 PLC的定义
国际电工委员会（ IEC）于 1982年11月 1985年1月对可编程序控制器作了如下的定义： “可编程序控制器是一种数字运算操作的电子 系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用 可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻 辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等 操作的命令，并通过数字式模拟式的输入和输 出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程 序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控 制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而 设计”。