1、子情境四子情境四PLCPLC基本知识及基本知识及CA6140CA6140车床的车床的PLCPLC改造改造?任务一 PLC的定义、组成及工作原理?任务二电气控制线路分析?任务三CA6140车床控制线路的PLC改造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，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
2、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”。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的应用领域PLCPLC与其他工业控制系统的比较与其他工业控制系统的比较PLC与继电接触器控制系统的比较PLCPLC与计算机控制系统的比较与计算机控制系统的比较PLCPLC 的特点的特点请同学们结合右边的主题写一篇关于PLC在某个领域应用的综述PLC的基本组成的基本组成PLC主要由CPU模块、输入/输出模块、电源模块和外部设备组成编程器或其他编程设备SBSQSAHLYVKM微处理器存储器输入单元输出单元电
3、源整体式组合式PLC的基本分类小型机常采用整体式中、大型机常采用组合式认知PLC的硬件组成输出设备输入设备I/O扩展单元特殊功能单元主机输出单元输入单元电 源外设接口I/O扩展口存 储 器系统程序存储器C P U 用户程序存储器盒式磁带机打印机EPROM写入器上位计算机PLC编程器可编程终端PT整体式 PLC的基本组成框图组合式 PLC的基本组成框图系 统 总 线通信单元控 制 系 统 现 场 过 程CPU单元输出单元编程器PLC或上位计算机智能I/O单元输入单元PLC与外部设备联系的桥梁开关量输入单元开关量输出单元直流输入单元交流输入单元晶体管输出单元晶闸管输出单元继电器输出单元I/O单元输
4、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。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。（1）输入接口电路：）输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。采用光电耦合器，防止强电干扰。COM光电三极管发光二极管直流电源输入端子+PLCIn+24V3.3k470内内内内?1000PF?发光二极管直流输入电
5、路M+5VLEDSR3R1AR2CT内部电路滤波光电耦合外部开关输入点的状态显示输入点公共端交流输入电路LED+5VAR2MSCR1内部电路R3滤波光电耦合输入点的状态显示外部开关输入点继电器输出（2）输出接口电路：以继电器形式为例：PLC内部电路内部电路K+交流电源或直流电源QL+-晶体管输出电路T2LEDDFU+5V内部电路T1R1R2R3负载光电耦合输出点的状态显示公共端输出点晶闸管输出电路LEDR2CTFU内部电路R1负载光电耦合输出点的状态显示公共端输出点继电器输出电路LEDKR内部电路负载输出点的状态显示继电器机械触点公共端输出点PLC由开关式稳压电源为内部电路供电抗干扰性能好有的
6、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开关电源输入电压范围宽体积小重量轻效率高电源单元电源单元? 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。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、传感器电源存储器卡Power in a Small Package!电源模块CPU模块IO模块底 板中、大型机：中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合模块式
7、。可根据需要在主板上随意组合。PLC的外部设备主要有：?编程设备?触摸屏?操作面板操作面板?文本显示器?打印机 等外部设备编程设备编程设备PCFP PROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREAD?OTL?WLORR?WRANY?WYSTX?WXSRC?(-)OP(BIN)K/HSCCTC?EVTMT?SVACLRENTBAFEDC9832107654(DELT)CLR编程器是对PLC进行操作的工具专 用 编 程 器在装有专用编程软件的计算机上编程简易编程器直插式、便携式计算机辅助编程图形编程器编程工具PLC的软件系统系统程序系统程序系统程序是由
8、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PLC的软件系统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、语句表、功
9、能块图是三种基本语言。PLC的工作过程?PLCPLC的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程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? 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
10、输出的内容。 PLC在运行工作状态，执行如上所述的一次扫描操作所需状态，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1100ms。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。设置各异常继电器异常：(ERR/ALM)LED灯亮警告：(ERR/ALM)LED 闪烁异常或警告？无有异常检查结果正常？扫描周期监视时间预置执行用户程序程序结束？(END命令？)NoYes扫描周期固定值设定检查有固定值设置？等待设定扫描周期到计算扫描周期I/O 刷 新正常异常警告接通电源初始化I/O外设端口服务初始化I/O、内
11、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公共处理执行用户程序扫描周期计算处理刷新硬件、用户程序内存检查外设端口服务接通电源初始化硬件检查正常？异常报警异常处理扫描周期监视执行用户程序程序结束？扫描周期检查有固定设置？等待扫描周期计算I/O刷新外设端口服务异常公共处理执行用户程序扫描周期计算刷新端口服务(1) PLC扫描工作各环节的功能 PLC上电后，首先检查硬件是否正常。 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。 计算扫描周期。若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。母线 I/O刷新阶段。 外设端口服务。读输入点的
12、状态并写入输入映像寄存器。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。访问外设端口连接的外部设备。读读读写写执行用户程序刷新刷新I/OI/O(2) PLC执行用户程序的过程(3) PLC控制的原理等效电路图SB1SB2ST公共端公共端输入部分输出端子输入端子用户程序输出部分主电路KMFUFRM3 QKMPLCSB1SB2KMSTI0.0I0.1I0.2Q0.01LL+KM线圈通电SB1闭合I0.0 闭合接点闭合KMFUFRM3 QKM通电触点闭合电动机转触点闭合SB2STSB1KMPLCSB2STI0.0I0.1I0.2Q0.01L1MKM线圈断电I0.1断开接点断开KMFUFRM
13、3 Q通电KM断电触点断开电动停转触点断开SB2STSB2闭合PLCSB2STI0.0I0.1I0.2Q0.01L1MKM任务二S7-200PLC程序设计基础（一）PLC编程语言及程序设计方法PLC编程语言顺序功能图（SFC）梯形图（LAD）语句表（STL）功能块图（FBD）结构文本（ST）PLC程序设计方法转换法经验法逻辑法顺序控制设计法（二）存储器的数据类型与寻址方式1、数据在存储器中存取的方式1） 位、字节、字和双字数据的长度、类型无符号整数范围符号整数范围十进制十六进制十进制十六进制字节B（8位）02550FF-12812780字W（16位）0655350FFFF-32 76832 7
14、6780007FFF双字D（32位）0 4 294 9672950FFFFFFFF-2 147 483 6482147 483 6477FFFFFFF位（BOOL）0、1实数-10381038字符串每个字符串以字节形式存储，最大长度为255个字节，第一个字节中定义该字符串的长度表1-2 数据的位数与取值范围2)数据的存取方式图1-26 位数据的存放图1-27 字节、字、双字的存取3） 常数十进制常数：1234 ； 十六进制常数：16#3AC6 ；二进制常数：2#1010 0001 1110 0000 ASCII码：“Show”；实数（浮点数）：+1.175495E-38（正数）， -1.175
15、495E-38（负数）.2编址方式可编程控制器的编址就是对PLC内部的元件进行编码，以便程序执行时可以唯一地识别每个元件。PLC内部在数据存储区为每一种元件分配一个存储区域，并用字母作为区域标志符，同时表示元件的类型。如：数字量输入写入输入映像寄存器（区标志符为I），数字量输出写入输出映像寄存器（区标志符为Q），模拟量输入写入模拟量输入映像寄存器（区标志符为AI），模拟量输出写入模拟量输出映像寄存器（区标志符为AQ）。除了输入输出外，PLC还有其他元件，V表示变量存储器；M表示内部标志位存储器；SM表示特殊标志位存储器；L表示局部存储器；T表示定时器；C表示计数器；HC表示高速计数器；S表示顺
16、序控制存储器；AC表示累加器。掌握各元件的功能和使用方法是编程的基础。下面将介绍元件的编址方式。存储器的单位可以是位（bit）、字节（Byte）、字（Word）、双字（Double Word），那么编址方式也可以分为位、字节、字、双字编址。1）位编址位编址的指定方式为：（区域标志符）字节号位号，如I0.0；Q0.0；I1.2。2）字节编址字节编址的指定方式为：（区域标志符）B（字节号），如IB0表示由I0.0I0.7这8位组成的字节。3） 字编址字编址的指定方式为：（区域标志符）W（起始字节号），且最高有效字节为起始字节。例如VW0表示由VB0和VB1这2字节组成的字。4） 双字编址双字编址的
17、指定方式为：（区域标志符）D（起始字节号），且最高有效字节为起始字节。例如VD0表示由VB0到VB3这4字节组成的双字。（三）系统存储区（三）系统存储区系统存储区名称符号符号系统存储区名称符号输入映像寄存器I计数器存储器C输出映像寄存器Q顺序控制继电器S变量存储器V模拟量输入AI位存储器M模拟量输出AQ特殊存储器SM累加器AC局部存储器L高速计数器HC定时器存储器T（四）寻址方式（四）寻址方式寻址方式立即寻址直接寻址间接寻址1、立即寻址立即寻址方式是：指令直接给出操作数紧跟着操作码，在取指令的同时也就取出了操作数，立即有操作数可用，所以称为立即操作数或立即寻址。立即寻址方式可用来提供常数、设置
18、初始值等。指令中常常使用常数。常数值可分为字节、字、双字型等数据。CPU以二进制方式存储所有常数。指令中可用十进制、十六进制、ASC码或浮点数形式来表示。十进制、十六进制、ASC码浮点数的表示格式举例如下：十进制常数：30112十六进制常数：16#42FASC常数：INPUT实数或浮点常数：+1.112234e-10(正数)，-1.328465e-10(负数)二进制常数：2#010l 11101）位寻址位寻址是最小存储单元的寻址方式。寻址时采用以下结构：存储区关键字+字节地址+位地址：例如： Q 10.3 Q：表示输出过程暂存区；10：表示第十个字节；字节地址从0开始，最大值由该存储区的大小决
19、定；3：表示位地址为3，位地址的取值范围是07。2、直接寻址字节寻址时，访问一个8位的存储区域。寻址时，采用下结构进行寻址：存储区关键字+字节的关键字（B）+字节地址例如：MB0M：表示位存储区B：表示字节byte0：表示第0个字节。其中最低位的位地址为M0.0，最高位的为M0.72）字节寻址字寻址时，访问一个16位的存储区域。寻址时，采用下结构进行寻址：存储区关键字+字的关键字（W）+起始字节地址例如：MW0M：表示位存储区W：表示字word0：表示起始第0个字节地址。3）字寻址双 字寻址时，访问一个32位的存储区域。寻址时，采用下结构进行寻址：存储区关键字+双字的关键字（D）+起始字节地址
20、例如：MD0M：表示位存储区D：表示双字 double word0：表示起始第0个字节地址。4）双字寻址3、间接寻址间接寻址方式是：指令给出存放操作数地址的存储单元的地址(也称地址指针)。间接寻址建立指针间接存取修改指针寻址前，应先建立指针，指针为双字长，是所要访问的存储单元的 32位物理地址。例如：MOVD &VB200 ，AC1依据指针中的内容值作为地址存取数据。使用指针可存取字节、字、双字型的数据，下面两条指令是建立指针和间接存取的应用方法：MOVD &VB200 ，ACl MOVW *ACl ，AC0存取连续地址的存储单元中数据时，通过修改指针可以非常方便地存取数据。（五） 用户程序结
21、构用户程序可分为3个程序分区：主程序、子程序(可选)和中断程序(可选)。主程序(OB1)：是用户程序的主体。CPU在每个扫描周期都要执行一次主程序指令。子程序：是程序的可选部分，只有当主程序调用时，才能够执行。合理使用子程序，可以优化程序结构。减少扫描时间。中断程序：是程序的可选部分，只有当中断事件发生时，才能够执行。中断程序可在扫描周期的任意点执行。（六）位逻辑指令（六）位逻辑指令1.触点指令1）标准触点指令语句描述LD bit装载，电路开始的常开触点A bit与，串联的常开触点O bit或，并联的常开触点LDN bit非装载，电路开始的常闭触点AN bit非与，串联的常闭触点ON bit非
22、或，并联的常闭触点表1-3 标准触点指令图1-30 触点与输出指令例1-1 已知图1-31中I0.1的波形，画出M1.0的波形。图1-31上升沿检测2）堆栈的基本概念S7-200有1 个9位的堆栈，栈顶用来存储逻辑运算的结果，下面的8位用来存储中间运算结果(见下图）。堆栈中的数据一般按“先进后出”的原则存取。堆栈指令见表1-4。表1-4 与堆栈有关的指令语 句描 述ALD栈装载与，电路块串联连接OLD栈装载或，电路块并联连接LPS逻辑入栈LRD逻辑读栈LPP逻辑出栈LDS n装载堆栈3)栈装载或(OLD，Or LOad)指令触点的串并联指令只能将单个触点与别的触点或电路串并联。4) 栈装载与(
23、ALD，And Load)指令图1-32 ALD与OLD指令图1-33 ALD与OLD指令的堆栈操作5）其他堆栈操作指令图1-35 堆栈指令的使用图1-36 双重堆栈堆栈指令的应用2、输出指令与其他指令语 句描述= bit输 出S bit，N置 位R bit，N复 位语 句描 述NOT取反EU正跳变ED负跳变NOP N空操作表1-6 输出类指令表1-7 其他指令图1-40 取反与跳变指令图1-38 置位与复位三、建立PLC与计算机的连接（一）连接RS-232PPI多主站电缆图1-41 连接RS-232/PPI多主站电缆（二）STEP7-Micro/WIN编程软件1.软件安装2.打开STEP 7
24、-MicroWIN3.为STEP7-MicroWIN设置通信参数4与S7-200建立通信5.创建一个例子程序示例：STEP 7-MicroWIN使用入门例子程序。本示例程序在1个程序段中用5条指令，完成了电动机的起保停控制。1）打开程序编辑器点击程序块图标，打开程序编辑器，见图1-48.图1-48 STEP 7-MicroWIN窗口2）输入网络1程序：电动机起保停控制图1-49 网络13）存储例子程序图1-50 保存例子程序4）下载例子程序图1-51 程序下载对话框5）将S7-200转入运行模式如果想通过STEP 7-MicroWIN软件将S7-200转入运行模式，S7-200的模式开关必须设
25、置为TEAM或者RUN。当S7-200处于RUN模式时，执行程序：（1）单击工具条中的运行图标或者在命令菜单中选择PLC “运行” 。（2）点击“是”切换模式。当S7-200转入运行模式后，CPU将执行程序使Q0.0的LED指示灯时亮时灭。6）程序的监控图1-52程序的监控四、CA6140车床的PLC改造（一）I/O分配输 入输 出元件名称、符号输入点元件名称、符号输出点主轴电机停止按钮SB1I0.0主轴电机接触器KM1Q0.0主轴电机起动按钮SB2I0.1冷却泵电机接触器KM2Q0.1刀架快速移动电机按钮SB3I0.2刀架快速电机接触器KM3Q0.2冷却泵电机起动开关QS2I0.3主轴指示灯HL1Q1.0主轴电机热继电器FR1I0.4刀架快速指示灯HL2Q1.1冷却泵电机热继电器FR2I0.5冷却泵指示灯HL3Q1.2表1-8 输入/输出点分配表（二）PLC接线图（三）程序设计（三）程序设计
