《電氣控制與S71500PLC應(yīng)用技術(shù)》3課件

1、電氣控制與S7-1500 PLC應(yīng)用技術(shù)3.可編程控制器基礎(chǔ) 主講：朱明高級工程師、高級技師、國家經(jīng)濟(jì)師 高級國家職業(yè)技能鑒定考評員 高級技能專業(yè)教師第1頁，共106頁。 知足常樂，歷經(jīng):兵農(nóng)醫(yī)工商學(xué)。歷經(jīng)：兵團(tuán)開車，赤腳醫(yī)生、教師、地方修車， 企業(yè)管理：技術(shù)、運營、 物流、安全、保衛(wèi)，職任：客運站長、 公司經(jīng)理， 集團(tuán)技術(shù)總監(jiān)， 總經(jīng)理及法人代表。學(xué)歷：本科、MBA，專業(yè)：汽車維修與使用、企業(yè)管理、經(jīng)濟(jì)管理。職業(yè)資格與職稱：高級工程師、高級技師、國家經(jīng)濟(jì)師、 高級技能專業(yè)教師、高級國家職業(yè)資格考評員。 管理科學(xué)研究院特約講師、 管理顧問有限公司高級講師?？妥谓蹋捍髮W(xué)、 技師學(xué)院、國家職業(yè)資

2、格培訓(xùn)與考評及 企業(yè)內(nèi)部職業(yè)培訓(xùn)。 朱明-百度個人主頁 朱明工作室第2頁，共106頁。主要內(nèi)容：1可編程控制器概述3SIEMENSS7-1500系列PLC的硬件系統(tǒng)PLC的結(jié)構(gòu)、組成與工作原理24可編程控制器的操作軟件第3頁，共106頁。3.1 可編程序控制器概述PLC的產(chǎn)生與定義PLC的分類PLC的應(yīng)用PLC的功能及特點PLC的發(fā)展第4頁，共106頁。1969年之前，傳統(tǒng)的自動控制裝置繼電器控 制系統(tǒng)優(yōu)點作。缺點 率高復(fù)雜、故障應(yīng)用制邏輯簡單等工結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、容易操體積龐大、生產(chǎn)周期長、接線、可靠性及靈活性差。比較適用于工作模式固定，控 業(yè)應(yīng)用場合。3.1.1 PLC的產(chǎn)生與定義（1）

3、PLC的產(chǎn)生第5頁，共106頁。工業(yè)控制單板機(jī)（微處理器）繼電器先進(jìn)控制裝置把微處理器的功能完善、通用、靈活等優(yōu)點和繼電器控 制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來， 制成一種通用控制裝置。把計算機(jī)的編程方法和程序輸入方 式加以簡化，采用面向控制過程、面向?qū)ο蟮恼Z言編程。能否用一種更先進(jìn)控制裝置來替代繼電器控制系統(tǒng)呢？隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，用戶對這種先進(jìn)控制裝置提出設(shè)想：3.1.1 PLC的產(chǎn)生與定義（1）PLC的產(chǎn)生第6頁，共106頁。3.1.1 PLC的產(chǎn)生與定義美國通用汽車公司（GM）于1968年公開提出汽車生產(chǎn)流水 線控制系統(tǒng)的10項技術(shù)要求，并在社會上公開招標(biāo)。編程簡單方

4、便，可在現(xiàn)場修改程序;硬件維護(hù)方便;可靠性高于繼電器控制柜;體積小于繼電器控制柜；可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機(jī);成本可與繼電器接觸器控制設(shè)備抗衡;輸入可以是交流115v;輸出是交流115v，2A以上，可以直接驅(qū)動電磁閥;可擴(kuò)展性強(qiáng)，擴(kuò)展時只需作微小調(diào)整;用戶程序存儲器容量至少4kB;（1）PLC的產(chǎn)生第7頁，共106頁。3.1.1 PLC的產(chǎn)生與定義1969年，美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制出能滿足上述10條 要求的可編程控制器樣機(jī)，安裝在美國迪特律市通用汽車（GM） 公司的汽車裝配線上，并獲得成功應(yīng)用，由此誕生了世界上第一 臺可編程序控制器（PLC, programmable logic co

5、ntroller）。美國電氣制造商協(xié)會于1980年 將它正式命名為可編程控制器 (Programmable Controller)， 簡稱PC。由于它與個人計算機(jī) (Personal Computer)的簡稱PC 相同，所以仍習(xí)慣將其稱為PLC。（1）PLC的產(chǎn)生第8頁，共106頁。繼電器控制系統(tǒng)先進(jìn)自動控制系統(tǒng)可編程控制器用來替代繼電器控制系統(tǒng)3.1.1 PLC的產(chǎn)生與定義（1）PLC的產(chǎn)生第9頁，共106頁。3.1.1 PLC的產(chǎn)生與定義可編程控制器(Programmable Controller)是以微處理 機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技 術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新

6、型工業(yè)自動化控制裝 置，是將計算機(jī)技術(shù)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的產(chǎn)品。PLC誕生至今僅有40年的歷史，但發(fā)展迅猛，并與 CAD/CAM、機(jī)器人技術(shù)一起被譽(yù)為當(dāng)代工業(yè)自動化的 三大支柱。（2）PLC的定義第10頁，共106頁。3.1.1 PLC的產(chǎn)生與定義國際電工委員會（IEC）對可編程控制器的定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，專為在 工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計，采用可編程序的存儲器，用 于其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù) 等操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入/輸出控制 各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān) 外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體， 易于擴(kuò)充其功能的原則

7、設(shè)計。（2）PLC的定義第11頁，共106頁。一體化緊湊型（整體式）PLC：電源、CPU中央處理系統(tǒng)、I/O接口都集成在 一個機(jī)殼內(nèi)。如西門子S7-200系列。主體單元3.1.2 PLC的分類擴(kuò)展模塊第12頁，共106頁。PS(電源模塊)CPUIMSM:(接口模塊)DISM:SM:DOAISM: AOCP:點-到-點PROFIBUS工業(yè)以太網(wǎng)（2）標(biāo)準(zhǔn)模塊式結(jié)構(gòu)化PLC ：各模塊相互獨立，安裝在固定的機(jī)架(導(dǎo)軌)上，構(gòu) 成完整的PLC系統(tǒng)。如：西門子S7-300/400/1500系 列。3.1.2 PLC的分類第13頁，共106頁。3.1.3 PLC的應(yīng)用（在OEM設(shè)備中）玻璃電池印刷沖壓物流

8、港機(jī)包裝紡織橡塑食品飲料油氣（LNG）木工第14頁，共106頁。3.1.3 PLC的應(yīng)用（在項目型行業(yè)中）隧道高速公路水和污水處理鋼鐵電力汽車熱網(wǎng)教育制藥煙草第15頁，共106頁。3.1.3 PLC的應(yīng)用第16頁，共106頁。3.1.4 PLC的功能及特點邏輯控制定時控制計數(shù)控制順序控制數(shù)學(xué)運算功能數(shù)據(jù)處理模擬數(shù)據(jù)處理具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能，通過I/O模塊完成 對模擬量的控制和調(diào)節(jié)。位數(shù)和精度可以根 據(jù)用戶要求選擇。具有特殊功能接口模塊， 如高速計數(shù)、稱重、伺服控制等。PLC的基本功能控制功能數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能輸入/輸出特殊接口功能第17頁，共106頁。PROFIBUS DPPROF

9、IBUS PA (Ex)PROFIBUS PA3.1.4 PLC的功能及特點（2）PLC的通信、聯(lián)網(wǎng)功能第18頁，共106頁。使用復(fù)雜程度不 同的手持、便攜和桌 面式編程器、工作站 和操作屏，進(jìn)行編程、 調(diào)試、監(jiān)視、試驗和 記錄，并通過打印機(jī) 打印出程序文件。Profinet cablePG或PC（3）PLC的編程、調(diào)試功能3.1.4 PLC的功能及特點第19頁，共106頁。3.1.4 PLC的功能及特點（4）PLC的特點 使用靈活，通用性強(qiáng) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 采用模塊化結(jié)構(gòu)，體積小，重量輕 具有豐富的I/O接口模塊，擴(kuò)展能力強(qiáng) 編程簡單、容易掌握 設(shè)計、施工、調(diào)試周期短第20頁，共10

10、6頁。（1）PLC的發(fā)展?fàn)顩r自從美國研制的第一臺PLC問世以后，日本、德國、法國 等工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼研制出各自的PLC產(chǎn)品，世界有200多家 生產(chǎn)PLC。德國西門子法國施耐德美國A-B、GE三星、LG三菱、歐姆龍 富士電機(jī) 松下電工永宏3.1.5 PLC的發(fā)展第21頁，共106頁。3.1.5 PLC的發(fā)展日本 松下第22頁，共106頁。3.1.5 PLC的發(fā)展美國Rockwell（AB）ControlLogixMicroLogix第23頁，共106頁。3.1.5 PLC的發(fā)展LOGOS7-200S7-300S7-400德國 SIEMENSS7-1200S7-1500第24頁，共106頁。（2）

11、PLC的發(fā)展趨勢 向超大型、超小型兩個方向發(fā)展； 過程控制功能不斷增強(qiáng)，越來越多先進(jìn)控制算法封裝成指令； 運動控制（對位置進(jìn)行閉環(huán)控制）功能不斷增強(qiáng) 編程語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化； PLC的編程軟件越來越方便使用，使工程項目的實施更高效； 虛擬調(diào)試功能不斷增強(qiáng)； 通信與聯(lián)網(wǎng)能力不斷增強(qiáng)； 維護(hù)更方便故障診斷功能更齊全。3.1.5 PLC的發(fā)展第25頁，共106頁。3.2 PLC的結(jié)構(gòu)、組成與工作原理PLC的結(jié)構(gòu)PLC的組成 CPU 存儲器 I/O單元 通信接口 電源 編程設(shè)備PLC的工作原理 PLC的工作過程 PLC的掃描過程PLC的編程語言和程序結(jié)構(gòu)第26頁，共106頁。BUS中央處理單元（CPU）系

12、統(tǒng)程序存儲器RAM輸 入 單 元輸 出 單 元I/O擴(kuò)展接口設(shè)備通訊接口電源適配器PLC按鈕繼電器觸點傳感器接觸器電磁閥指示燈+-I/O擴(kuò)展單元交流電源編程器 計算機(jī)其他設(shè)備3.2.1 PLC的結(jié)構(gòu)（1）總體結(jié)構(gòu)示意圖第27頁，共106頁。3.2.1 PLC的結(jié)構(gòu)（2）整體式PLC結(jié)構(gòu)示意圖存儲器ROM（系統(tǒng)程序）RAM/EEPROM（用戶程序）主機(jī)電 源輸出單元輸入單元中央處理器（ CPU ）外設(shè)接口I/O擴(kuò)展 口I/O 擴(kuò)展 單元輸出信號輸入信號編程器打印機(jī)PC 或上位 計算機(jī)第28頁，共106頁。3.2.1 PLC的結(jié)構(gòu)（3）模塊式PLC結(jié)構(gòu)示意圖現(xiàn)場工業(yè)過程 通信單元 智能 I/O 輸

13、出單元 輸入單元 CPU 單元 PC 或上位 計算機(jī) 系統(tǒng)總線 編程器 第29頁，共106頁。3.2.2 PLC的組成I/O單元是PLC與現(xiàn)場設(shè)備連接的接口。通過I單元可以 檢測各種參數(shù)，作為控制器對被控對象進(jìn)行控制的信息。PLC通過O單元將處理結(jié)果送給被控對象或工業(yè)生產(chǎn)過 程，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)實現(xiàn)控制。I/O單元實現(xiàn)采樣信號電平的轉(zhuǎn)換，因為外部信號電平各種各樣，而PLC的CPU所處理的信號只能是標(biāo)準(zhǔn)電平。（1）I/O單元基本特點第30頁，共106頁。I/O單元有較好的抗干擾能力。PLC既可以非常出色的完成常規(guī)的繼電邏輯控制，又可 以實現(xiàn)多種特殊的控制功能，如模擬量控制，溫度控制， 精確定位和速度

14、控制等。輸入/輸出單元分為數(shù)字量輸入/輸出單元和模擬量輸入/ 輸出單元兩大類。特殊功能輸入/輸出單元包括位置檢測模塊、高速計數(shù) 模塊、脈寬調(diào)制模塊等。3.2.2 PLC的組成（1）I/O單元基本特點第31頁，共106頁。有能直接接收和輸出交流電壓（110V或220V）信號的交流輸 入/輸出單元、直流電壓（24V、12V或5V TTL電平）信號的直 流輸入/輸出單元。采用光電耦合器或隔離脈沖變壓器將來自現(xiàn)場的輸入信號或驅(qū) 動現(xiàn)場設(shè)備的輸出信號與CPU隔離，以防止外來干擾引起的誤 動作或故障。3.2.2 PLC的組成（2）數(shù)字量I/O單元第32頁，共106頁。將各個通道來自現(xiàn)場設(shè)備的輸入信號的通/

15、斷電狀態(tài)，轉(zhuǎn)換 為數(shù)值1或0，存儲到內(nèi)存區(qū)（輸入過程映像區(qū)，I區(qū)）中， 等待程序的調(diào)用。輸入單元有分組式和分隔式。分組式輸入單元的輸入端子分 為若干組，每組共用一個公共端子和一個電源。分隔式輸入 單元的輸入端子互相隔離，互不影響，各自使用獨立的電源。3.2.2 PLC的組成（3）數(shù)字量輸入單元第33頁，共106頁。直流數(shù)字量輸入單元直流輸入單元有的外接直流電源，有的內(nèi)置濾波 輸入選擇器DC 24V R1 CR2T R +5V I/O 總線 COM LED 3.2.2 PLC的組成（3）數(shù)字量輸入單元第34頁，共106頁。交流數(shù)字量輸入單元一般在有強(qiáng)干擾，或者24V直流不好取得的現(xiàn)場，才使用交流

16、的數(shù)字量輸入。AC 220V 濾波 輸入選擇器 R1R2T R +5V COM LED 3.2.2 PLC的組成（3）數(shù)字量輸入單元第35頁，共106頁。3.2.2 PLC的組成（3）數(shù)字量輸入單元PLC系列I/O類型信號“0”輸入電壓信號“1”輸入電壓S7-300直流24V-漏型-30V至+5V+13V至+30V直流24V-源型-5V至+30V-13V至-30VS7-1200直流24V-漏型-5V至+5V+15V至+30V直流24V-源型-5V至+5V-15V至-30VS7-1500直流24V-漏型-30V至+5V+11V至+30V直流24V-源型-5V至+30V-11V至-30VPLC系列

17、I/O類型信號“0”輸入電壓信號“1”輸入電壓S7-300交流220V0V至40V79V至264VS7-1200交流220V0V至20V79V至264VS7-1500交流220V0V至40V79V至264V第36頁，共106頁。 數(shù)字量輸出單元用來將內(nèi)存（輸出過程映像區(qū)，Q區(qū)） 中的數(shù)值0或1，變成低電平或高電平的電信號，并輸出 出去。 I/Q區(qū)的關(guān)系：I區(qū)的數(shù)值經(jīng)過程序的運算后，最終會被 送到Q區(qū)。這樣輸入單元與輸出單元通過I區(qū)、程序及Q 區(qū)就聯(lián)系到一起了。 輸出單元按照使用公共端子的情況分類，也有分組式和 分隔式兩種接線方式。3.2.2 PLC的組成（4）數(shù)字量輸出單元第37頁，共106頁

18、。晶體管數(shù)字量輸出單元僅驅(qū)動直流負(fù)載 為無觸點輸出，使用壽命長，響應(yīng)速度快輸出鎖存器DC24VT負(fù)載D2D1I/O 總線 COMLED負(fù)載FU3.2.2 PLC的組成（4）數(shù)字量輸出單元第38頁，共106頁。繼電器數(shù)字量輸出單元可驅(qū)動直流或交流負(fù)載輸出鎖存器I/O 總線LED負(fù)載負(fù)載R COMJ3.2.2 PLC的組成（4）數(shù)字量輸出單元第39頁，共106頁。雙向晶閘管數(shù)字量輸出單元僅驅(qū)動交流負(fù)載 采用的開關(guān)器件是光控雙向晶閘管負(fù)載AC 220VTR負(fù)載輸出鎖存器I/O 總線LEDCFUCOM3.2.2 PLC的組成（4）數(shù)字量輸出單元第40頁，共106頁。3.2.2 PLC的組成（4）數(shù)字量

19、輸出單元PLC系列I/O類型額定輸出電流S7-300晶體管0.3A、0.5A、1A、1.5A、2A繼電器2A、5A、8AS7-1200晶體管0.1A、0.5A繼電器2AS7-1500晶體管0.5A、2A繼電器5A可控硅1ALOGO!晶體管0.3A繼電器5A、10A第41頁，共106頁。3.2.2 PLC的組成（5）灌電流與拉電流在晶體管I/O單元中，對外接設(shè)備的電 流方向是有要求的，即有灌電流（匯流） 與拉電流（源流）之分。灌電流：當(dāng)邏輯門輸出端是低電平時，流入邏輯門的 電流稱為灌電流。拉電流：當(dāng)邏輯門輸出端是高電平時，邏輯門輸出端 的電流從邏輯門流出，稱為拉電流。第42頁，共106頁。3.2

20、.2 PLC的組成（5）灌電流與拉電流灌電流直流輸入電源+ - 現(xiàn)場設(shè)備直流輸入回I路直流電源公共端NPN型PNP型西門子品牌PLC 的此類直流輸入 回路模塊稱為：漏型模塊接近開關(guān)、 光電開關(guān)、 壓力開關(guān)等半導(dǎo)體開關(guān)第43頁，共106頁。3.2.2 PLC的組成（5）灌電流與拉電流灌電流直流輸入PNP型接近開關(guān)與漏型模塊接線示意第44頁，共106頁。3.2.2 PLC的組成（5）灌電流與拉電流拉電流直流輸入電源- + 現(xiàn)場設(shè)備直流輸入回I路直流電源電源端PNP型NPN型西門子品牌PLC 的此類直流輸入 回路模塊稱為：源型模塊接近開關(guān)、 光電開關(guān)、 壓力開關(guān)等半導(dǎo)體開關(guān)第45頁，共106頁。3.

21、2.2 PLC的組成（5）灌電流與拉電流拉電流直流輸入NPN型接近開關(guān)與源型模塊接線示意第46頁，共106頁。3.2.2 PLC的組成（5）灌電流與拉電流電源+ - 輸出I回路直流電源公共端現(xiàn)場設(shè)備拉電流直流輸出直流電源電源端直流第47頁，共106頁。3.2.2 PLC的組成（5）灌電流與拉電流電源+ - 輸出I回路直流電源公共端現(xiàn)場設(shè)備灌電流直流輸出直流電源電源端直流第48頁，共106頁。模擬量輸入單元用來采集各種（流量、液位、壓力等傳感器的） 變送器、熱電阻、熱電偶等提供的連續(xù)變化的模擬量信號，并 按比例轉(zhuǎn)換成數(shù)值，存儲到內(nèi)存區(qū)（輸入過程映像區(qū)，I區(qū)）， 等待程序的調(diào)用。模擬量輸出單元用來

22、將內(nèi)存區(qū)（輸出過程映像區(qū)，Q區(qū)）中的 數(shù)值按比例轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號或0-10v的電壓信號，以 驅(qū)動電動調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行器。3.2.2 PLC的組成（6）模擬量I/O單元第49頁，共106頁。實現(xiàn)“人-機(jī)”或“機(jī)-機(jī)”之間的對話，PLC配有多種通信 接口。S7-1500可配置的通信接口有：PROFINET（部分接口支持WebServer，部分接口支持 環(huán)網(wǎng)連接）PROFIBUS-DPRS-232/RS485（3964R、Modbus-RTU 、USS、ASCII）3.2.2 PLC的組成（7）通信接口第50頁，共106頁。3.2.3 PLC的工作原理PLC工作的基本原理是建立在計算

23、機(jī)工作 原理基礎(chǔ)上的；通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn) 各種控制要求；控制任務(wù)的完成是建立在可編程序控制器 硬件的支持下。第51頁，共106頁。電源O N內(nèi)部處理輸入處理（輸入傳送、遠(yuǎn)程I / O ）通C P U 運行方式？ 執(zhí)行程序STOP 執(zhí)行自診斷存放自診斷錯誤結(jié)果致命錯誤？ YCPU強(qiáng)制為STOP NRUN PLC的工作過程掃描 過程描程信服務(wù)（外設(shè)、C P U 、總線服務(wù)）掃Y過PLC正常？更新時鐘、特殊寄存器N出錯 處理上電 處理周期性循環(huán)掃描輸出刷新第52頁，共106頁。信號 輸 入 端 子Q4.1Q4.2I0.1I0.1I0.0Q4.1 M10.0 Q4.2 M10.0 輸

24、 出鎖 存 器輸 出 端 子驅(qū)動輸入刷新輸出刷新程序執(zhí)行掃描周期輸入刷新階段輸出刷新階段3.2.3 PLC的工作原理PLC的掃描過程 輸 入 過 程 映 像 區(qū) 輸 出 過 程 映 像 區(qū)第53頁，共106頁。PLC的I/O系統(tǒng)響應(yīng)時間第(n-1)個掃描周期第(n+1)個掃描周期輸入采樣輸出刷新第n 個掃描周期輸入采樣輸出刷新用戶程序執(zhí)行最短 I/O 響應(yīng)時間第 n +1 個掃描周期最長 I/O 響應(yīng)時間 用戶程序執(zhí)行第 n 個掃描周期輸入采樣用戶程序執(zhí)行輸出刷新輸入采樣輸出刷新3.2.3 PLC的工作原理第54頁，共106頁。3.2.3 PLC的工作原理循要使程序環(huán)掃描一次的時間短，與以下令

25、因素有關(guān) 與每條指：的執(zhí)行時間長短有關(guān)，主要和機(jī)器的主頻時鐘的快慢有關(guān)，機(jī)器選擇確定即 也所之后，它 與程序中隨之而定；用指令類型包含指令的條數(shù)的多少有關(guān)，被控系統(tǒng)的復(fù)雜程度，以及程序和 水編制者的平有關(guān)。西門子各系列PLC單個位指令執(zhí)行時間S7-200220nsS7-200 SMART150nsS7-300100ns4nsS7-40075ns18ns（冗余型31.25ns7.5ns）S7-120080nsS7-150060ns1ns第55頁，共106頁。3.2.3 PLC的工作原理PLC對輸入/輸出的處理原則 輸入過程映像區(qū)的數(shù)據(jù)取決于輸入端在本次 輸入刷新期間的狀態(tài) 程序執(zhí)行結(jié)果取決于用戶

26、程序和各個映像寄 存器的內(nèi)容 輸出過程映像區(qū)的數(shù)據(jù)取決于輸出指令的執(zhí) 行結(jié)果 輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)由上一個輸出刷新期間 輸出過程映像區(qū)的數(shù)據(jù)決定 輸出端的狀態(tài)，由輸出鎖存器決定第56頁，共106頁。3.2.3 PLC的工作原理PLC等效電路示意圖第57頁，共106頁。3.2.4 PLC的編程語言和程序結(jié)構(gòu)PLC的編程特點 1、程序的執(zhí)行順序第58頁，共106頁。3.2.4 PLC的編程語言和程序結(jié)構(gòu)PLC的編程特點2、繼電器自身的延時效應(yīng)第59頁，共106頁。3.2.4 PLC的編程語言和程序結(jié)構(gòu)通常PLC不采用微機(jī)的編程語言，而采用 面向控制過程、面向問題的自然語言編程。西門子PLC符合IEC

27、 61131-3的編程語言有： 梯形圖（LADLadder） 語句表（STLStatements List） 功能塊圖（FBDFunction Block Diagrams） 順序功能圖（SFCSequence Function Chart） 結(jié)構(gòu)化控制語言（SCL Structured Control Language)第60頁，共106頁。3.2.4 PLC的編程語言和程序結(jié)構(gòu)梯形圖LAD： 梯形圖表達(dá)式是在繼電接觸器控制系統(tǒng)的電器原理圖（梯形圖結(jié)構(gòu)）基礎(chǔ)上演變而來的。 沿用了繼電器的觸點、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和圖形符號， 增加了一些特殊的符號。適用于習(xí)慣電路圖的用戶；應(yīng)用于編寫邏輯控制程序。

28、當(dāng)輸入指令所表示的階梯條件為真則執(zhí)行輸出指令， 否則不執(zhí)行輸出指令。輸入 指令輸出 指令第61頁，共106頁。3.2.4 PLC的編程語言和程序結(jié)構(gòu)梯形圖編程的特點 梯形圖中的繼電器不是物理繼電器，每個繼電器實 際上是映像寄存器中的一位，因此稱為“軟繼電 器”。 相應(yīng)位的狀態(tài)為“1”，表示該繼電器線圈通電，其 常開觸點閉合，常閉觸點斷開； 相應(yīng)位的狀態(tài)為“0”，表示該繼電器線圈失電，其 常開觸點斷開，常閉觸點閉合。 梯形圖中流過的電流不是物理電流，而是“概念” 電流。是用戶程序解算中滿足輸出執(zhí)行條件的形象 表示方式?！案拍睢彪娏髦荒軓淖笙蛴伊鲃印５?2頁，共106頁。3.2.4 PLC的編程語

29、言和程序結(jié)構(gòu)梯形圖編程的特點 梯形圖中的繼電器接點可在編制用戶程序時無限引 用，即可常開又可常閉。 梯形圖中用戶邏輯解算結(jié)果，馬上可為后面用戶程 序的解算所利用。 當(dāng)PLC處于運行狀態(tài)時，就開始按照梯形圖符號排列 的先后順序（從上到下、由左至右）逐一處理。第63頁，共106頁。3.2.4 PLC的編程語言和程序結(jié)構(gòu)其他編程語言 語句表STL適用于用類似于機(jī)器碼語言編程的用戶程序在運行時間和存貯空間要求上最優(yōu) 功能圖FBD適用于熟悉布爾代數(shù)邏輯圖的用戶應(yīng)用于編寫邏輯控制程序 結(jié)構(gòu)控制語言SCL使用用高級語言，如C語言編程的用戶應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理任務(wù)程序第64頁，共106頁。3.2.4 PLC的編程語

30、言和程序結(jié)構(gòu)其他編程語言 順序控制 S7 Graph適用于有技術(shù)背景，沒有PLC編程經(jīng)驗的用戶， 應(yīng)用于以順序過程的描述很方便 連續(xù)功能圖 CFC適用于有技術(shù)背景，沒有PLC編程經(jīng)驗的用戶， 適用于連續(xù)過程的描述，現(xiàn)在也可用來對西門子 的部分變頻器進(jìn)行編程第65頁，共106頁。3.3 S7-1500系列PLC的硬件系統(tǒng)3.3.1 SIMATIC S7系統(tǒng)概述3.3.2 S7-1500系統(tǒng)組成 CPU模塊 信號模塊 電源模塊 通信模塊 工藝模塊分布式信號模塊3.3.3 S7-1500系統(tǒng)硬件安裝 硬件拓展能力 硬件安裝過程第66頁，共106頁。3.3.1 SIMATIC S7系統(tǒng)概述SIMATI

31、C控制器SIEMENSSF I0.0RUN I0.1STOP I0.2I0.3 I0.4 I0.5I0.6 I0.7SIMATIC S7-200Q0.0 CPU 212Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4Q0.5SIMATIC PG SIMATIC PCPG 740SIEMENS1 2 37 8 9 04 5 6 .D E FA B CE CI N SS H I F T H E L P E R DA KS I M A T I C O P 1 7S HI TH E L PK 1 K 2 K 3 K 4 K 5 K 6 K 7 K 8K 9 K 1 0 K 11 K 1 2 K 1 3 K 14

32、 K 1 5 K 1 6SIMATIC HMIASIFMSVSIMATIC DPSIMATIC NETPROFIBUS-DPMPI - 網(wǎng)絡(luò) 工業(yè)以太網(wǎng) PROFIBUSSIMATIC NET第67頁，共106頁。3.3.1 SIMATIC S7系統(tǒng)概述應(yīng)用復(fù)雜度針對低端離散式自動化系統(tǒng)和單機(jī)自動化系統(tǒng)的一體化緊湊型控制器SIMATIC S7-1200SIMATIC S7-300SIMATIC S7-400針對工廠自動化系 統(tǒng)的模塊化控制器針對工廠自動化和 過程自動化系統(tǒng)解 決方案的模塊化控 制器V12V14V10.5V11V13SIMATIC S7-1500V15V16V17第68頁，共10

33、6頁。3.3.2 S7-1500系統(tǒng)組成部件功能導(dǎo)軌. 是S7-1500的機(jī)架電源（PS）.連接至背板總線，提供5V DC電壓，為電子元件及LED指示燈供電電源（PM）.將電網(wǎng)電壓(120/230 V) 變換為S7-1500 所需的24 V DC工作電壓中央處理單元（CPU）. 執(zhí)行用戶程序附件：外置存儲卡，顯示屏模塊通訊處理器（CP/CM）.通信模塊集成有各種接口，可與不同接口類型設(shè)備進(jìn)行通訊接口模塊（IM）. SIMATIC ET200MP 通過接口模塊進(jìn)行分布式I/O 擴(kuò)展，和S7-1500 中央機(jī)架采用相同的I/O 模塊，為整個系統(tǒng)提供更好地擴(kuò)展性能信號模塊（I/Q）（數(shù)字量/模擬量）

34、. 把不同的過程信號與S7-1500相匹配，支持通道級診斷 附件：總線連接器，前連接器工藝模塊（TM）. 完成高速計數(shù)、位置檢測、時間戳檢測、PTO脈沖輸出等功能第69頁，共106頁。3.3.2 S7-1500系統(tǒng)組成標(biāo)準(zhǔn)型/故障安全型 CPU接口模板ET 200MP電源模板通信模板信號模板工藝模板IM PN IM DPPM PSCM PtP CM/CP DPCM/CP EthernetI/Q(35mm)TM CountI/Q (25 mm) TM PosInput2TM Timer DIDOCPU 1511/F-1PNCPU-1515/F-2PN CPU 1513/F-1PNCPU-1516

35、/F-3PN/DPCPU-1518/F-4PN/DP CPU-1517/F-3PN/DP第70頁，共106頁。PM電源模塊3.3.2 S7-1500系統(tǒng)組成（PLC實驗室中）CPUDIAI數(shù)字量輸入模擬量輸入 模塊模塊DQAQ數(shù)字量輸出模擬量輸出 模塊模塊CP通訊模塊 點對點IMTM接口模塊工藝模塊PROFINET時間戳模塊第71頁，共106頁。（1）CPU模塊 緊湊型CPU 標(biāo)準(zhǔn)型CPU 工藝型CPU MFP型CPU 故障安全型CPU 高防護(hù)等級型CPU 分布式CPU 開放式控制器 軟控制器 冗余控制器第72頁，共106頁。 模式選擇開關(guān)RUN：可編程運行模式。在此模式下， CPU不僅可以執(zhí)

36、行用戶程序，在運行的同 時，還可以通過編程設(shè)備（如裝有TIA PORTAL的PG、裝有TIA PORTAL的計算 機(jī)等）讀出、修改、監(jiān)控用戶程序。（1） CPU模塊運行 停止內(nèi)存復(fù)位第73頁，共106頁。 模式選擇開關(guān)STOP：停機(jī)模式。在此模式下，CPU不執(zhí) 行用戶程序，但可以通過編程設(shè)備從CPU中讀 出或修改用戶程序。MRES：存儲器復(fù)位模式。該位置不能保持， 當(dāng)開關(guān)在此位置釋放時將自動返回到STOP位 置。將模式選擇開關(guān)從STOP模式切換到 MRES模式時，可復(fù)位存儲器，使CPU回到初 始狀態(tài)。（1） CPU模塊運行 停止內(nèi)存復(fù)位第74頁，共106頁。LED指示燈（1） CPU模塊“運行

37、”(RUN)/“停止”(STOP) LED 指示燈“維護(hù)” (MAINT) LED 指示燈出現(xiàn)了某個 I/O 模塊的維護(hù)請求固件更新已經(jīng)成功地完成存在程序錯誤、系統(tǒng)錯誤或者診斷問題“錯誤” (ERROR) LED 指示燈CPU 處于“運行” (RUN)模式CPU 正在啟動（從“停止” (STOP) 轉(zhuǎn)變成 “運行” (RUN) 狀態(tài)）CPU 處于“停機(jī)” (STOP) 模式CPU 被復(fù)位或者正在更新固件第75頁，共106頁。（1）CPU模塊CPU顯示器主菜單項及其含義：“概覽”(Overview) （CPU 狀態(tài)： 名稱、型號、訂貨號、版本）“診斷”(Diagnostics)(顯示診斷緩沖區(qū)、

38、消息、監(jiān)控變量）“設(shè)置”(Settings) （CPU 的設(shè)置： 地址、時間、運行模式、CPU 復(fù)位、 保護(hù)等級、采用密碼解除顯示屏鎖定）“模塊”(Modules) （系統(tǒng)中的模塊的狀態(tài)信息）“顯示”(Display) （顯示器的設(shè)置： 亮度、顯示語言、 節(jié)能時間、訂貨號、版本）狀態(tài)信息的顏色及其含義：綠色CPU 處于 RUN 狀態(tài)、運行時存在未決報警消息黃色STOP 或 CPU HOLD紅色錯誤白色正在創(chuàng)建連接，或者，至 CPU 的連接已經(jīng)丟失第76頁，共106頁。數(shù)字量信號模塊DIDigital Input，數(shù)字量輸入模塊 DO/DQDigital Output，數(shù)字量輸出模塊模擬量信號模

39、塊AIAnalog Input，模擬量輸入模塊 AO/AQAnalog Output，模擬量輸出模塊（2）信號模塊第77頁，共106頁。（2）信號模塊“運行” (RUN) LED 指示燈存在模塊錯誤或者診斷問題“錯誤” (ERROR) LED 指示燈模塊就緒模塊正在運行，但沒有進(jìn)行有效的參數(shù)設(shè)置DI/DO AI/AO通道的 1 狀態(tài)通道已經(jīng)完成參數(shù)設(shè)置，且運行正常存在通道錯誤；例如，線斷、短路.通道狀態(tài)第78頁，共106頁。 數(shù)字量信號模塊 SM521數(shù)字量輸入模塊系列 SM522數(shù)字量輸出模塊系列16路DC24V32路DC24V16路DC/AC24125V16路AC230V8路DC24V16

40、路DC24V32路DC24V8路AC120/230V16路AC120/230V SM523數(shù)字量輸入/輸出模塊16DI/16DO DC24V第79頁，共106頁。 數(shù)字量信號模塊診斷功能DI模塊的診斷功能DO模塊的診斷功能第80頁，共106頁。 模擬量信號模塊 SM531模擬量輸入模塊系列 SM532模擬量輸出模塊系列4路16位，精度0.3%8路16位，精度0.3%8路24位，精度0.1%4路/8路熱阻4路/8路熱電偶2路16位，精度0.3%4路16位，精度0.3%8路16位，精度0.1% SM534模擬量輸入/輸出模塊4AI/2AO16位，精度0.3%第81頁，共106頁。模擬量信號模塊診斷

41、功能AI模塊的診斷功能AO模塊的診斷功能第82頁，共106頁。系統(tǒng)電源 (PS)向背板總線、U型連接器的連接等所需要的內(nèi)部系統(tǒng)電壓供電 有各種不同變種，例如，也可以提供 24 V 負(fù)載電源負(fù)載電源(PM)提供 24 V DC 負(fù)載電源（3）電源模塊（PS/PM）例如， 2 個電源分段例如， 不帶電源的供電分段 背板總線背板總線背板總線+第83頁，共106頁。CM PtP RS232：9針D-sub插頭RS232通訊模塊CM PtP RS422/485 ：15針D-sub插頭RS422/485 通訊模塊CM1542-1：用于連接PROFINET的通訊模塊CP1543-1：用于連接工業(yè)以太網(wǎng)的通訊

42、模塊CM/CP1542-5：用于PROFIBUS DP 的通訊模塊（4）通信模塊（CM/CP）第84頁，共106頁。TM Count 224V：高速計數(shù)模塊，200kHz，連接 24 V 增量/脈沖編碼器TM PosInput 2：位置檢測模塊，1MHz，連接SSI絕對編碼器和5V增量 編碼器TM Timer DI/DQ 1624V：多功能時間戳模塊，可組態(tài)基于時間的 IO、計數(shù)、過 采樣、PWM等功能（5）工藝模塊（TM）第85頁，共106頁。（6）分布式信號模塊（ET200SP）DIDOAIAO模塊化分布式I/O 系統(tǒng)模塊體積更小系統(tǒng)集成式電源模塊高通道密度（16 通道 I/O 模塊）體積

43、比 ET 200S 小 50%模塊上的二維矩陣碼模塊類別的色碼第86頁，共106頁。（6）分布式信號模塊（ET200MP）模塊化分布式 I/O 系統(tǒng)可以使用 S7-1500 模塊數(shù)字式/模擬式模塊、TM、CP/CM、 系統(tǒng)電源 (PS)高通道密度例如，單個模塊含 32 個 DI 或 32 個 DOPLC實驗室有PROFINET型的ET200MP第87頁，共106頁。3.3.3 S7-1500的硬件安裝S7-1500的硬件安裝安裝檢查第88頁，共106頁。（1）S7-1500的硬件安裝水平安裝方式立式安裝方式第89頁，共106頁。（1）S7-1500的硬件安裝單層裝配多層裝配時，用分布式IOET

44、200MPCPU最多 30 個模塊：DI、DO、AI、AO、CM/CP、TM、最多 2 個電源（新電源分段通過額外的 系統(tǒng)電源供電）.PS/PM（可選）機(jī)架中中央模塊的數(shù)量最多為 32 個第90頁，共106頁。（1）S7-1500的硬件安裝總線連接器123模塊的固定螺釘插入總線連接器至前一個模塊以下組件含總線連接器：信號模塊（模擬式、數(shù)字式）CP、CMTMPS全部模塊自左向右安裝電源也連接至總線 連接器第91頁，共106頁。（1）S7-1500硬件安裝可以插裝4 個跳接器采用線扎減小應(yīng)力釋放鎖操作位置接線位置第92頁，共106頁。（1）S7-1500硬件安裝采用螺釘（M6 螺釘）將導(dǎo)軌固定在安

45、裝面上。將保護(hù)導(dǎo)體連接到標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌（保護(hù)導(dǎo)體固定螺釘）。 說明： 電纜最小橫截面積= 10 mm2。保護(hù)導(dǎo)體連接530 mm830 mm155 mm相關(guān)長度（見手冊）160 mm482.6 mm (19)帶集成式 DIN 導(dǎo)軌的安 裝導(dǎo)軌第93頁，共106頁。（2） 安裝檢查是否擁有所有的組件？ （見零件表）安裝標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌。安裝電源。將總線連接器安裝在 CPU 上，并安裝模塊。將總線連接器安裝每一個I/O 模塊上，并安裝模塊。插裝前連接器，并貼好標(biāo)簽條。連接好各個模塊的連接線（電源、CPU 和 I/O 模塊）第94頁，共106頁。安裝后的控制柜第95頁，共106頁。3.4 可編程序控制器的操作軟件PLC操作軟件概述