《電氣控制與PLC 》高職教學(xué)PPT課件

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PLC的結(jié)構(gòu)多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是采用以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)。硬件系統(tǒng)一般主要由中央處理器（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、輸入接口（I）、輸出接口（O）、擴(kuò)展接口、編程器和電源等幾部分組成，如圖所示。二、PLC的結(jié)構(gòu)任務(wù)任務(wù)1 PLC1 PLC概述概述7 71.中央處理器 中央處理器CPU是PLC系統(tǒng)的核心，相當(dāng)于人的大腦，它控制著整個(gè)PLC系統(tǒng)有序地運(yùn)行。2.存儲器單元 存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序和數(shù)據(jù)。（1）系統(tǒng)程序存儲器。（2）用戶程序存儲器。任務(wù)任務(wù)1 PLC1 PLC概述概述8 83.輸入/輸出接口 輸入/輸出接口又稱I/O接口，是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和CPU模塊的橋梁。（1）輸入接口。輸入接口電路通常有兩種類型：直流輸入型和交流輸入型。任務(wù)任務(wù)1 PLC1 PLC概述概述9 9（2）輸出接口。為適應(yīng)不同類型的輸出設(shè)備負(fù)載，PLC的接口類型有繼電器輸出型、雙向晶閘管輸出型和晶體管輸出型三種，分別如圖所示。任務(wù)任務(wù)1 PLC1 PLC概述概述1010任務(wù)任務(wù)1 PLC1 PLC概述概述1111任務(wù)任務(wù)1 PLC1 PLC概述概述12124.電源單元 PLC配有開關(guān)電源，以供內(nèi)部電路使用。與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)。5.編程器 編程器的作用是將用戶編寫的程序下載至PLC的用戶程序存儲器，并利用編程器檢查、修改和調(diào)試用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行過程，顯示PLC狀態(tài)、內(nèi)部器件及系統(tǒng)的參數(shù)等。任務(wù)任務(wù)1 PLC1 PLC概述概述13136.其他接口其他接口有I/O擴(kuò)展接口、通信接口、編程器接口、存儲器接口等。（1）I/O擴(kuò)展接口。（2）通信接口。任務(wù)任務(wù)1 PLC1 PLC概述概述14141.PLC的工作過程 （1）通電初始化。（2）CPU自診斷。（3）與外部設(shè)備通信。（4）掃描過程。任務(wù)任務(wù)1 PLC1 PLC概述概述三、PLC的工作原理15152.用戶程序循環(huán)掃描 PLC系統(tǒng)由三部分組成：輸入部分、用戶程序、輸出部分。等效電路如圖所示。（1）輸入采樣掃描階段。（2）執(zhí)行用戶程序掃描階段。（3）輸出刷新掃描階段。任務(wù)任務(wù)1 PLC1 PLC概述概述16163.繼電器控制與PLC控制的差異 PLC程序的工作原理可簡述為由上至下、由左至右、循環(huán)往復(fù)、順序執(zhí)行。與繼電器控制線路的并行控制方式存在差別，如圖所示。任務(wù)任務(wù)1 PLC1 PLC概述概述17171.按點(diǎn)數(shù)和功能分類 按照點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為超小(微)、小、中、大4種類型。（1）超小型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)為64點(diǎn)以內(nèi)，內(nèi)存容量為2561000B。（2）小型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)為64256，內(nèi)存容量為13.6KB。（3）中型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)為2561024，內(nèi)存容量為3.613KB。（4）大型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)為1024以上，內(nèi)存容量為13KB以上。任務(wù)任務(wù)1 PLC1 PLC概述概述四、PLC的分類18182.按結(jié)構(gòu)形式分類 PLC按硬件結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行劃分，分為整體式結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu)。（1）整體式結(jié)構(gòu)。西門子公司的S7-200系列PLC為整體式結(jié)構(gòu)，如圖所示。任務(wù)任務(wù)1 PLC1 PLC概述概述1919（2)模塊式結(jié)構(gòu)。模塊式結(jié)構(gòu)又稱“積木式結(jié)構(gòu)”。3.按生產(chǎn)廠家分類 PLC的生產(chǎn)廠家很多，國內(nèi)國外都有，其點(diǎn)數(shù)、容量、功能各有差異，但都自成系列。任務(wù)任務(wù)1 PLC1 PLC概述概述2020 （1）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。（2）編程簡單，使用方便。（3）功能強(qiáng)、速度快、精度高。（4）通用性好。PLC品種多，檔次也多，許多PLC制成模塊式，可靈活組合。（5）設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試周期短。（6）易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。任務(wù)任務(wù)1 PLC1 PLC概述概述五、PLC的特點(diǎn)2121從應(yīng)用類型看，PLC的應(yīng)用大致可歸納為以下幾個(gè)方面。（1）開關(guān)量邏輯控制。（2）運(yùn)動(dòng)控制。（3）過程控制。（4）數(shù)據(jù)處理。（5）通信聯(lián)網(wǎng)。任務(wù)任務(wù)1 PLC1 PLC概述概述六、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域2222技能目標(biāo)任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 熟悉PLC的常用硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能。任務(wù)描述 本任務(wù)以西門子公司的S7-200系列PLC為例，介紹PLC的硬件組成、工作原理及各部件的作用和輸入輸出性能。2323一、S7-200系列PLC的外部結(jié)構(gòu)西門子S7-200系列PLC的外部結(jié)構(gòu)實(shí)物圖如圖所示。（1）輸入接線端子。（2）輸出接線端子。知識鏈接任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)2424 （3）CPU狀態(tài)指示燈。CPU狀態(tài)指示燈有SF、STOP、RUN三個(gè)，其作用如下。1）SF：系統(tǒng)故障，嚴(yán)重的出錯(cuò)或硬件故障。2）STOP：停止?fàn)顟B(tài)，不執(zhí)行用戶程序，可以通過編程裝置向PLC裝載程序或系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。3）RUN：運(yùn)行狀態(tài)，執(zhí)行用戶程序。（4）輸入狀態(tài)指示燈。（5）輸出狀態(tài)指示燈。任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)2525（6）擴(kuò)展接口。（7）通信端口。（8）模擬電位器。任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)26262.I/O接線圖 （1）輸入接線。任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)2727（2）輸出接線。CPU226的輸出電路有晶體管輸出和繼電器輸出電路兩種供用戶選用。任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)2828任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)2929 PLC的CPU性能主要描述PLC的存儲器能力、指令運(yùn)行時(shí)間及各種特殊功能等。任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)二、S7-200系列PLC的性能3030任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)3131任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)3232任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)33331.輸入/輸出映像寄存器（1）輸入映像寄存器（I）。（2）輸出映像寄存器（Q）。2.內(nèi)部標(biāo)志位存儲器3.變量存儲器4.局部存儲器5.順序控制繼電器存儲器3.立即尋址4.直接尋址5.間接尋址（1）建立指針。（2）間接存取。（3）修改指針。任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)三、PLC內(nèi)部等效元件3434任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)四、尋址方式1.基本數(shù)據(jù)類型2.PLC的存儲器劃分 PLC的存儲器分為程序區(qū)、系統(tǒng)區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)。（1）程序區(qū)：存放用戶程序，結(jié)構(gòu)為EEPROM。（2）系統(tǒng)區(qū)：存放PLC配置結(jié)構(gòu)的參數(shù)，結(jié)構(gòu)為EEPROM。（3）數(shù)據(jù)區(qū)：提供的存儲器的特定區(qū)域，有輸入映像寄存器（I）、輸出映像寄存器（Q）、變量存儲器（V）、內(nèi)部標(biāo)志位存儲器（M）、順序控制繼電器存儲器（S）、局部存儲器（L）、特殊標(biāo)志位存儲器（SM）、定時(shí)器存儲器（T）和計(jì)數(shù)器存儲器C、AI、AQ、AC、HC，結(jié)構(gòu)為EEPROM和RAM。35351.梯形圖程序設(shè)計(jì)語言 梯形圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)如下。（）與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性。（）與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，對電氣技術(shù)人員來說，易于掌握和學(xué)習(xí)。（）與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流（Power Flow）不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，因此，在應(yīng)用時(shí)需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對待。（）與語句表程序設(shè)計(jì)語言有一一對應(yīng)關(guān)系，便于相互的轉(zhuǎn)換和程序的檢查。任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)五、PLC編程設(shè)計(jì)語言36362.語句表程序設(shè)計(jì)語言 語句表程序設(shè)計(jì)語言具有下列特點(diǎn)。（）采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶、便于掌握的特點(diǎn)。（）在編程器的鍵盤上采用助記符表示，具有便于操作的特點(diǎn)，可在無計(jì)算機(jī)的場合進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。（）與梯形圖有一一對應(yīng)關(guān)系，在PLC編程軟件下一般可以相互轉(zhuǎn)換，其特點(diǎn)與梯形圖語言基本類似。任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)3737.功能圖程序設(shè)計(jì)語言 功能圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)如下。（）以功能模塊為單位，從控制功能入手，使控制方案的分析和理解變得容易。（）功能模塊是用圖形化的方法描述功能，它的直觀性大大方便了設(shè)計(jì)人員的編程和組態(tài)，有較好的易操作性。（）對控制規(guī)模較大、控制關(guān)系較復(fù)雜的系統(tǒng)，由于控制功能的關(guān)系可以較清楚地表達(dá)出來，因此，編程和組態(tài)時(shí)間可以縮短，調(diào)試時(shí)間也能縮短。（）由于每種功能模塊需要占用一定的程序內(nèi)存，對功能模塊的執(zhí)行需要一定的時(shí)間，因此，這種設(shè)計(jì)語言在大中型PLC和集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)中才被采用。任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)38384.結(jié)構(gòu)化語句描述程序設(shè)計(jì)語言 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言具有下列特點(diǎn)。（）采用高級語言進(jìn)行編程，可以完成較復(fù)雜的控制運(yùn)算。（）需要具備一定的計(jì)算機(jī)高級程序設(shè)計(jì)語言的知識和編程技巧，對編程人員的技能要求較高，普通電氣人員無法完成。（）直觀性和易操作性等性能較差。（）常被用于采用功能模塊等其他語言較難實(shí)現(xiàn)的一些控制功能的實(shí)施。任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)39391.PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟（1）熟悉控制對象，確定控制范圍。（2）制訂控制方案，選擇PLC的機(jī)型和功能模塊。（3）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件編程。（4）模擬調(diào)試。（5）現(xiàn)場運(yùn)行調(diào)試。（6）編制系統(tǒng)的技術(shù)文件。任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)六、PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識4040任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)4141 2.控制結(jié)構(gòu)和方式的選擇 由PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)有以下幾種方式。（1)單機(jī)控制系統(tǒng)。（2)遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)。（3)分布式控制系統(tǒng)。3.PLC機(jī)型的選擇4.I/O模塊的選擇5.估算系統(tǒng)對PLC響應(yīng)時(shí)間的要求任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)42426.對程序存儲器容量的估算 一般情況下用戶程序所需存儲的字?jǐn)?shù)可按照如下經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算。（1）開關(guān)量輸入輸出系統(tǒng)。（2）模擬量輸入輸出系統(tǒng)。（3）定時(shí)器和計(jì)數(shù)器系統(tǒng)。（4）含有通信接口的系統(tǒng)(多指PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng))。7.PLC的電源選擇任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)4343任務(wù)小結(jié) 本任務(wù)以西門子S7-200 CPU226系列PLC為主講述了PLC的特點(diǎn)、組成、內(nèi)部元器件、基本指令以及程序設(shè)計(jì)。PLC內(nèi)部組成主要由中央處理器、存儲器、基本I/O單元、電源、通信接口、擴(kuò)展接口等單元部件組成。S7200 CPU226系列PLC內(nèi)部元器件主要包括輸入映像寄存器（I）、輸出映像寄存器（Q）、內(nèi)部標(biāo)志位寄存器（M）、定時(shí)器寄存器（T）、計(jì)數(shù)器存儲器（C）、順序控制繼電器（S）、特殊標(biāo)志位寄存器（SM）等，有立即尋址、直接尋址和間接尋址3種尋址方式。這部分知識點(diǎn)是學(xué)習(xí)梯形圖程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。任務(wù)任務(wù)2 2 西門子西門子S7-200S7-200系列系列PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)4444技能目標(biāo)任務(wù)任務(wù)3 STEP 7-Micro/WIN323 STEP 7-Micro/WIN32編程軟件介紹編程軟件介紹1.熟悉PLC的軟件結(jié)構(gòu)和基本編程語言。2.初步掌握應(yīng)用基本邏輯語言編制程序的方法。3.會(huì)使用軟件進(jìn)行編程操作。任務(wù)描述 STEP 7-Micro/WIN 32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，功能強(qiáng)大，主要用于開發(fā)程序，也可用于實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。該軟件的4.0以上版本，有包括中文在內(nèi)的多種語言使用界面可選。45451.系統(tǒng)要求操作系統(tǒng)：Windows 95、Windows 98、Windows ME或 Windows 2000。硬件配置：IBM 486以上兼容機(jī)，內(nèi)存8MB以上，VGA顯示器，至少50MB以上硬盤空間，鼠標(biāo)。通信電纜：PC/PPI電纜（或使用一個(gè)通信處理器卡），用于計(jì)算機(jī)與PLC的連接。2.硬件連接一、STEP 7-Micro/WIN 32軟件安裝知識鏈接任務(wù)任務(wù)3 STEP 7-Micro/WIN323 STEP 7-Micro/WIN32編程軟件介紹編程軟件介紹4646任務(wù)任務(wù)3 STEP 7-Micro/WIN323 STEP 7-Micro/WIN32編程軟件介紹編程軟件介紹3.軟件安裝（1）將存儲軟件的光盤放入光驅(qū)。（2）雙擊光盤中的安裝程序SETUP.exe，選擇“English”，進(jìn)入安裝向?qū)?。?）按照安裝向?qū)瓿绍浖陌惭b，然后打開此軟件，選擇菜單命令“Tools”“Options”“General”“Chinese”，完成漢化補(bǔ)丁的安裝。（4）軟件安裝完畢。47474.建立通信聯(lián)系 設(shè)置連接好硬件并且安裝完軟件之后，可以按下面的步驟進(jìn)行在線連接。（1）在STEP 7-Micro/WIN 32運(yùn)行時(shí)，單擊瀏覽欄中通信圖標(biāo)，或選擇菜單命令“檢視（View）”“通信（Communications）”，則會(huì)彈出通信對話框。（2）雙擊對話框中的“刷新”圖標(biāo)，STEP 7Micro/WIN 32編程軟件將檢查所連接的所有S7-200 CPU站。（3）雙擊要進(jìn)行通信的站，在通信建立對話框中，可以顯示所選的通信參數(shù)，也可以重新設(shè)置。任務(wù)任務(wù)3 STEP 7-Micro/WIN323 STEP 7-Micro/WIN32編程軟件介紹編程軟件介紹48485.通信參數(shù)設(shè)置（1）單擊瀏覽欄中的“系統(tǒng)塊”按鈕，或執(zhí)行菜單命令“檢視（View）”“系統(tǒng)塊（System Block）”，將彈出“系統(tǒng)塊”對話框。（2）切換至“通信端口”選項(xiàng)卡，檢查各參數(shù)，確認(rèn)無誤后單擊“確定”按鈕。若需要修改某些參數(shù)，可以先進(jìn)行有關(guān)的修改，再單擊“確認(rèn)”按鈕。（3）單擊工具欄的“下載”按鈕，將修改后的參數(shù)下載到PLC。任務(wù)任務(wù)3 STEP 7-Micro/WIN323 STEP 7-Micro/WIN32編程軟件介紹編程軟件介紹4949任務(wù)任務(wù)3 STEP 7-Micro/WIN323 STEP 7-Micro/WIN32編程軟件介紹編程軟件介紹二、STEP 7-Micro/WIN 32軟件主界面的組成1.菜單欄2.工具欄3.瀏覽欄4.指令樹 5.用戶窗口 6.輸出窗口7.狀態(tài)欄5050任務(wù)任務(wù)3 STEP 7-Micro/WIN323 STEP 7-Micro/WIN32編程軟件介紹編程軟件介紹三、系統(tǒng)塊的配置 系統(tǒng)塊配置又稱“CPU組態(tài)”，進(jìn)行STEP 7-Micro/WIN 32編程軟件系統(tǒng)塊配置有以下3種方法：（1）執(zhí)行菜單命令“檢視”“元件”“系統(tǒng)塊”。（2）在瀏覽欄中上單擊“系統(tǒng)塊”按鈕。（3）雙擊指令樹內(nèi)的“系統(tǒng)塊”圖標(biāo)。1.設(shè)置數(shù)字量輸入濾波2.設(shè)置模擬量輸入濾波3.脈沖截取（捕捉）4.設(shè)置數(shù)字輸出表5.定義存儲器保持范圍6.CPU密碼設(shè)置51511.建立項(xiàng)目文件 （1）創(chuàng)建新項(xiàng)目文件方法如下。1）可通過執(zhí)行菜單命令“文件”“新建”來完成；2）可用工具欄中的“新建”按鈕來完成。（2）打開已有的項(xiàng)目文件方法如下。1）可通過執(zhí)行菜單命令“文件”“打開”來完成；2）可用工具欄中的“打開”按鈕來完成。（3）確定PLC類型。方法如下：通過執(zhí)行菜單命令“PLC”“類型”調(diào)出“PLC類型”對話框，單擊“讀取PLC”按鈕，由STEP 7Micro/WIN 32自動(dòng)讀取正確的數(shù)值。單擊“確定”按鈕，確認(rèn)PLC類型。任務(wù)任務(wù)3 STEP 7-Micro/WIN323 STEP 7-Micro/WIN32編程軟件介紹編程軟件介紹四、程序編輯、調(diào)試及運(yùn)行52522.編輯程序文件（1）選擇指令集和編輯器。（2）梯形圖中輸入指令。1）編程元件的輸入。2）上下行線的操作。3）程序的編輯。4）編寫符號表。5）局部變量表。6）程序注釋。任務(wù)任務(wù)3 STEP 7-Micro/WIN323 STEP 7-Micro/WIN32編程軟件介紹編程軟件介紹53533.程序的編譯及下載（1）編譯。（2）下載。4.程序的運(yùn)行、監(jiān)控與調(diào)試（1）程序的運(yùn)行。（2）程序的監(jiān)控。（3）程序的調(diào)試。任務(wù)任務(wù)3 STEP 7-Micro/WIN323 STEP 7-Micro/WIN32編程軟件介紹編程軟件介紹5454任務(wù)小結(jié) STEP 7-Micro/WIN 32編程軟件的基本功能是協(xié)助用戶完成應(yīng)用軟件的開發(fā)，用戶可以利用它完成梯形圖的編輯，以及程序的上傳、下載和運(yùn)行，還可以監(jiān)視系統(tǒng)的工作狀態(tài)。本任務(wù)主要介紹了編程軟件STEP 7-Micro/WIN 32的系統(tǒng)安裝要求、硬件連接、軟件安裝、建立通信、設(shè)置通信參數(shù)，其次介紹了該軟件主界面的組成和系統(tǒng)塊的配置，最后介紹了程序的編輯、調(diào)試和運(yùn)行。任務(wù)任務(wù)3 STEP 7-Micro/WIN323 STEP 7-Micro/WIN32編程軟件介紹編程軟件介紹謝謝觀賞!