1、第八章機械系統中的第八章機械系統中的PLCPLC控制控制 主要內容：主要內容： 1 1、PLCPLC的基本組成、主要功能、性的基本組成、主要功能、性 能特點及分類能特點及分類 2 2、PLCPLC的基本結構和工作原理的基本結構和工作原理 3 3、編程語言、編程語言 4 4、西門子、西門子 S7-200 PLC S7-200 PLC 5 5、PLC PLC 應用控制實例應用控制實例 早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控 制器制器( (Programmable Logic ControllerProgrammable Logic Controller) )， 簡稱簡

2、稱PLCPLC，它主要用來代替繼電器實現邏輯控，它主要用來代替繼電器實現邏輯控 制。制。 可編程序控制器可編程序控制器: : （Programmable ControllerProgrammable Controller）是以微處理器）是以微處理器 為核心的為核心的數字式數字式電子電氣電子電氣自動控制裝置自動控制裝置，是，是 計算機家族中的一員，是為工業控制應用而計算機家族中的一員，是為工業控制應用而 設計制造的一種工業控制專用計算機。設計制造的一種工業控制專用計算機。 這種新型的工業控制裝置以其這種新型的工業控制裝置以其簡單易懂簡單易懂、 操作方便操作方便、可靠性高可靠性高、體積小體積小、壽

3、命長壽命長等一系等一系 列優點迅速的在各工業領域廣泛使用。列優點迅速的在各工業領域廣泛使用。 目前，世界上較著名的目前，世界上較著名的PLCPLC生產廠家有：生產廠家有： 美國美國AB,AB,通用電氣通用電氣；日本：三菱電機、松下、日本：三菱電機、松下、 OMRONOMRON；德國：西門子公司德國：西門子公司等。等。 PLC PLC的具體結構雖然多種多樣，但其體系的具體結構雖然多種多樣，但其體系 結構基本相同，即均以結構基本相同，即均以微處理器為核心微處理器為核心，并，并 輔以輔以外圍電路和外圍電路和I/OI/O單元單元等硬件所組成。等硬件所組成。 中國：仿制或進口生產線，上海、南京等。中國：

4、仿制或進口生產線，上海、南京等。 8.1 8.1 可編程序控制器的基本結構可編程序控制器的基本結構 PLC PLC最初應用于最初應用于繼電器控制繼電器控制、邏輯控制邏輯控制， 隨著科技的發展，特別是需求的變化，目前隨著科技的發展，特別是需求的變化，目前 PLCPLC已經具有了大型控制系統的全部功能，包已經具有了大型控制系統的全部功能，包 括括AIAI、AOAO、DIDI、DODO、定時計數定時計數、遠程通信遠程通信等等 功能。功能。 一、一、PLCPLC的基本組成的基本組成： CPUCPU、存儲器、存儲器、I/OI/O接口、輔助模塊組成。接口、輔助模塊組成。 可編程序控制器基本結構可編程序控制

5、器基本結構 對于對于整體式結構整體式結構PLCPLC，所有部件都封裝，所有部件都封裝 在同一機箱內；對于在同一機箱內；對于組合式結構組合式結構PLCPLC，各功，各功 能部件獨立封裝，通過主線相互連接，安能部件獨立封裝，通過主線相互連接，安 裝在機架的卡槽內。裝在機架的卡槽內。 1 1、CPUCPU： 中央處理單元中央處理單元(CPU)(CPU)是是PLCPLC的控制核心。的控制核心。 接收并存儲用戶程序和數據接收并存儲用戶程序和數據； a.a.檢查電源、存儲器、檢查電源、存儲器、I/OI/O以及警戒定時器以及警戒定時器 的狀態，并能診斷用戶程序中的的狀態，并能診斷用戶程序中的語法錯誤語法錯誤

6、。 用于按預先編制的用于按預先編制的程序程序執行相應指令，執行相應指令，監監 控控系統運行狀態。系統運行狀態。 為了進一步提高為了進一步提高PLCPLC的可靠性，近年來的可靠性，近年來 對大型對大型PLCPLC還采用還采用雙雙CPUCPU構成冗余系統，或采構成冗余系統，或采 用三用三CPUCPU的表決式系統的表決式系統。這樣，即使某個。這樣，即使某個CPUCPU 出現故障，整個系統仍能正常運行。出現故障，整個系統仍能正常運行。 2 2、存儲器：、存儲器： 可編程序控制器的存儲器分為可編程序控制器的存儲器分為系統程序系統程序 存儲器存儲器和和用戶存儲器用戶存儲器。 存放系統軟件（包括監控程序、模

7、塊化存放系統軟件（包括監控程序、模塊化 應用功能子程序、命令解釋程序、故障診斷應用功能子程序、命令解釋程序、故障診斷 程序及其各種管理程序）的存儲器稱為程序及其各種管理程序）的存儲器稱為系統系統 程序存儲器程序存儲器； 存放用戶程序和數據的存儲器稱為存放用戶程序和數據的存儲器稱為用戶用戶 存儲器存儲器，所以又分為，所以又分為用戶程序存儲器和數據用戶程序存儲器和數據 存儲器存儲器兩部分。兩部分。 PLCPLC常用的存儲器類型常用的存儲器類型 1 1）RAM RAM （Random Assess MemoryRandom Assess Memory） 這是這是 一種讀一種讀/ /寫存儲器寫存儲器(

8、 (隨機存儲器隨機存儲器) )，其存取，其存取速速 度最快度最快，由鋰電池支持。，由鋰電池支持。 2 2）EPROMEPROM（Erasable Programmable Read Erasable Programmable Read Only MemoryOnly Memory）這是一種）這是一種可擦除的只讀存儲可擦除的只讀存儲 器器。在斷電情況下，存儲器內的所有內容。在斷電情況下，存儲器內的所有內容 保持保持不變不變 ( (在在紫外線紫外線連續照射下可擦除存連續照射下可擦除存 儲器內容儲器內容) )。 3 3）EEPROMEEPROM (Electrical Erasable (Elect

9、rical Erasable Programmable Read Only Memory)Programmable Read Only Memory)這是一這是一 種種電可擦除電可擦除的只讀存儲器。使用編程器就的只讀存儲器。使用編程器就 能很容易地對其所存儲的內容進行修改。能很容易地對其所存儲的內容進行修改。 不同型號的不同型號的PLCPLC配的存儲器的類型有配的存儲器的類型有 所不同。所不同。 PLCPLC存儲空間的分配存儲空間的分配 存儲空間一般包括以下三個區域：存儲空間一般包括以下三個區域： 1 1）系統程序存儲區）系統程序存儲區 在系統程序存儲區中存放著相當于計在系統程序存儲區中存放著

10、相當于計 算機操作系統的算機操作系統的系統程序系統程序，包括，包括監控程序、監控程序、 管理程序、命令解釋程序、功能子程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、 系統診斷子程序系統診斷子程序等，由等，由制造廠商制造廠商將其將其固化固化 在在EPROMEPROM中，用戶不能直接存取，它和硬件中，用戶不能直接存取，它和硬件 一起決定了該一起決定了該PLCPLC的性能。的性能。 2 2）系統）系統RAMRAM存儲區存儲區 系統系統RAMRAM存儲區包括存儲區包括I/OI/O映象寄存區映象寄存區以以 及各類及各類軟元件軟元件，如：邏輯線圈、數據寄存如：邏輯線圈、數據寄存 器、計時器、計數器、變址寄存器

11、、累加器、計時器、計數器、變址寄存器、累加 器等存儲器。器等存儲器。 I/OI/O映象寄存區映象寄存區 由于由于PLCPLC投入運行后，只是在投入運行后，只是在輸入采樣階輸入采樣階 段段才依次讀入各才依次讀入各輸入狀態和數據輸入狀態和數據，在，在輸出刷輸出刷 新階段新階段才將輸出的狀態和數據送至相應的外才將輸出的狀態和數據送至相應的外 設。設。 PLC PLC需要一定數量的存儲單元需要一定數量的存儲單元(RAM)(RAM)以以 存放存放I/OI/O的狀態和數據，這些單元稱作的狀態和數據，這些單元稱作I/OI/O 映象寄存區。映象寄存區。 整個整個I/OI/O映象寄存區可看作兩個部分組映象寄存區

12、可看作兩個部分組 成：成：開關量開關量I/OI/O映象寄存區；模擬量映象寄存區；模擬量I/OI/O映映 象寄存區象寄存區。 系統軟元件存儲區系統軟元件存儲區 除了除了I/OI/O映象寄存區以外，系統映象寄存區以外，系統RAMRAM存存 儲區還包括儲區還包括PLCPLC內部各類內部各類軟元件軟元件（邏輯線圈、（邏輯線圈、 計時器、計數器、數據寄存器和累加器等）計時器、計數器、數據寄存器和累加器等） 的存儲區。的存儲區。 該該存儲區存儲區又分為具有又分為具有失電保持失電保持的存儲的存儲 區域和區域和失電不保持失電不保持的存儲區域，前者在的存儲區域，前者在PLCPLC 斷電時，由內部的斷電時，由內部

13、的鋰電池鋰電池供電，數據不會供電，數據不會 丟失；后者當丟失；后者當PLCPLC斷電時，斷電時，數據被清零數據被清零。 3 3）用戶存儲區）用戶存儲區 用戶存儲區存放用戶編制的用戶存儲區存放用戶編制的用戶程序用戶程序 和用戶數據和用戶數據，不同類型的，不同類型的 PLCPLC，其存儲容，其存儲容 量各不相同。量各不相同。 3 3、I/OI/O接口：接口： 與與外部交換信息，進行相應的控制外部交換信息，進行相應的控制。其。其 驅動能力強驅動能力強( (電壓、電流電壓、電流) )、形式多樣形式多樣( (觸點、觸點、 可控硅、晶體管可控硅、晶體管) )、抗干擾功能強大。、抗干擾功能強大。 1)1)、

14、輸入接口電路、輸入接口電路 輸輸入信號有入信號有開關量、模擬量、數字量開關量、模擬量、數字量三三 種，相應接口電路包括種，相應接口電路包括開關量接口電路、模開關量接口電路、模 擬量模擬量和數字量擬量模擬量和數字量。 可編程序控制器優點之一是可編程序控制器優點之一是抗干擾能抗干擾能 力強力強，這也是其，這也是其I/OI/O設計設計的優點之處，經的優點之處，經 過過電氣隔離電氣隔離后，信號才送入后，信號才送入CPUCPU執行的執行的, ,防防 止現場的強電干擾進入。止現場的強電干擾進入。 2 2輸出接口電路輸出接口電路 可編程序控制器的輸出包括可編程序控制器的輸出包括繼電器輸出繼電器輸出 (M)(

15、M)、晶體管輸出、晶體管輸出(T)(T)、晶閘管輸出、晶閘管輸出(SSR)(SSR)三種三種 輸出形式。輸出形式。 輸出接口電路的主要技術參數輸出接口電路的主要技術參數 1 1）響應時間響應時間 響應時間是指響應時間是指PLCPLC從從ONON狀態狀態轉變成轉變成OFFOFF狀狀 態態或從或從OFFOFF狀態狀態轉變成轉變成ONON狀態狀態所需要的時間。所需要的時間。 2 2）輸出電流輸出電流 繼電器輸出型具有較大的繼電器輸出型具有較大的輸出電流輸出電流，晶，晶 體管和晶閘管輸出體管和晶閘管輸出電流比較小電流比較小。 3 3）開路漏電流）開路漏電流 開路漏電流開路漏電流是指輸出處于是指輸出處于

16、OFFOFF狀態時，狀態時， 輸出回路中的電流。輸出回路中的電流。繼電器輸出繼電器輸出型輸出接型輸出接 點點OFFOFF是是無漏電流無漏電流；晶體管輸出晶體管輸出型漏電流在型漏電流在 0.1mA0.1mA以下；以下；晶閘管有較大漏電流晶閘管有較大漏電流，主要由，主要由 內部內部RCRC電路引起，需在設計系統時注意。電路引起，需在設計系統時注意。 4 4）輸出公共端（）輸出公共端（COMCOM） 公共端與輸出各組之間形成回路，從公共端與輸出各組之間形成回路，從 而驅動負載。而驅動負載。 四、電源四、電源 PLC PLC的電源包括的電源包括系統電源系統電源和和后備電池后備電池。 PLCPLC一般使

17、用一般使用220V220V交流電源交流電源，電源模塊的作用，電源模塊的作用 就是將外部輸入的交流電經過整流、濾波、就是將外部輸入的交流電經過整流、濾波、 穩壓電路轉換成穩壓電路轉換成PLCPLC的的CPUCPU、存儲器、存儲器、I/OI/O接口接口 等內部電路所需要的等內部電路所需要的直流電源直流電源。PLCPLC大多使用大多使用 開關型穩壓電源開關型穩壓電源，其穩壓性能好，抗干擾能，其穩壓性能好，抗干擾能 力強，并可為用戶提供力強，并可為用戶提供24V24V電源電源，作為輸入傳，作為輸入傳 感器或輸出負載的感器或輸出負載的電源電源。 一般小型一般小型PLCPLC的電源輸出分為的電源輸出分為兩

18、部分兩部分： 一部分供一部分供PLCPLC內部電路內部電路工作；一部分向外工作；一部分向外 提供給提供給現場傳感器現場傳感器等的工作電源。因此等的工作電源。因此 PLCPLC對電源的基本要求：對電源的基本要求：（1 1）能有效地能有效地 控制、消除電網電源帶來的各種控制、消除電網電源帶來的各種干擾；干擾； （2 2）電源發生故障不會導致其它部分產電源發生故障不會導致其它部分產 生故障生故障；（；（3 3）允許較寬的輸入電壓范圍允許較寬的輸入電壓范圍； （4 4）電源本身的功耗低，發熱量小電源本身的功耗低，發熱量小； （5 5）內部電源與外部電源完全隔離內部電源與外部電源完全隔離； （6 6）有

19、較強的自保護功能。有較強的自保護功能。 五、編程器五、編程器 編程器是編程器是人人-機機對話的工具，用來對話的工具，用來輸入、輸入、 修改和調試修改和調試用戶程序、監控用戶程序、監控PLCPLC的運行情況、的運行情況、 調整調整內部寄存器內部寄存器的參數等。的參數等。 許多許多PLCPLC都可以利用都可以利用 一條一條通信電纜通信電纜與計算機的與計算機的 串行口相連串行口相連，配以廠家提，配以廠家提 供的編程軟件，進行用戶供的編程軟件，進行用戶 程序的程序的輸入和調試輸入和調試。 六、其他接口電路六、其他接口電路 1) I/O1) I/O擴展接口擴展接口 用于擴展用于擴展PLCPLC的的輸入和

20、輸出點數輸入和輸出點數，需要，需要 時，它可將主機與時，它可將主機與I/OI/O擴展單元連接起來；擴展單元連接起來； 2)2)智能智能I/OI/O接口接口 這種接口具有獨立的這種接口具有獨立的微處理器和控制軟微處理器和控制軟 件件，用于適應和滿足復雜控制功能的要，用于適應和滿足復雜控制功能的要 求如：位置閉環控制模塊；求如：位置閉環控制模塊；PIDPID調節器的調節器的 閉環控制模塊。閉環控制模塊。 3)3)通信接口通信接口。用于。用于PLCPLC與計算機與計算機、打印打印 機機等外部設備相連；也可以構成等外部設備相連；也可以構成集散型控集散型控 制系統制系統或或局域網局域網。 4)A4)AD

21、 D、D DA A接口接口。由于。由于CPUCPU只能處理只能處理 數字信號，當輸入輸出信號為模擬量時，則數字信號，當輸入輸出信號為模擬量時，則 需要需要A AD D、D DA A接口來進行信號轉換。接口來進行信號轉換。 七、七、PLCPLC外部設備外部設備 外部設備包括外部設備包括編程器、打印機、外存儲編程器、打印機、外存儲 器器( (磁帶或磁盤磁帶或磁盤) )、EPROMEPROM寫入器寫入器等。等。 8.2 PLC 8.2 PLC 的工作原理的工作原理 PLC PLC是采用是采用循環掃描循環掃描的工作方式，的工作方式，CPUCPU從從 程序段的第一句程序段的第一句順序讀取、順序執行順序讀

22、取、順序執行。直至。直至 最后一句。最后一句。 對每個程序，對每個程序，CPUCPU從第一條指令開始執從第一條指令開始執 行，按指令步序號做行，按指令步序號做周期性周期性的程序的程序循環掃描循環掃描， 從第一條指令開始逐條執行用戶程序，直至從第一條指令開始逐條執行用戶程序，直至 遇到遇到結束符結束符后又后又返回第一條指令返回第一條指令，如此周而，如此周而 復始不斷循環，每一個循環稱為一個復始不斷循環，每一個循環稱為一個掃描周掃描周 期期。 一、一、PLCPLC在一個周期的工作過程：在一個周期的工作過程： 輸入采樣階段、程序運行階段、輸出輸入采樣階段、程序運行階段、輸出 刷新階段。刷新階段。 掃

23、描周期的長短主要取決于以下幾個掃描周期的長短主要取決于以下幾個 因素：因素：一是一是CPUCPU執行執行指令的速度指令的速度；二是二是執行執行 每條每條指令占用的時間指令占用的時間；三是三是程序中程序中指令條指令條 數數的多少。的多少。 1 1輸入采樣階段輸入采樣階段 在輸入采樣階段，在輸入采樣階段，CPUCPU掃描掃描全部輸入端全部輸入端 口口，讀取其狀態并寫入輸入狀態寄存器。，讀取其狀態并寫入輸入狀態寄存器。 完成完成輸入端刷新輸入端刷新工作后，將關閉輸入端工作后，將關閉輸入端 口，轉入口，轉入程序執行階段程序執行階段。在。在程序執行期間即程序執行期間即 使輸入端狀態使輸入端狀態發生變化發

24、生變化，輸入狀態寄存器的，輸入狀態寄存器的 內容內容也不會改變也不會改變，而這些變化必須等到，而這些變化必須等到下一下一 工作周期工作周期的的輸入采樣階段輸入采樣階段才能被讀入。才能被讀入。 2 2程序執行階段程序執行階段 在程序執行階段，根據用戶輸入的在程序執行階段，根據用戶輸入的控制控制 程序程序，從第一條開始逐步執行，并將相應的，從第一條開始逐步執行，并將相應的 邏輯運算結果存入對應的邏輯運算結果存入對應的內部輔助寄存器內部輔助寄存器和和 輸出狀態寄存器輸出狀態寄存器。當最后一條控制程序執行。當最后一條控制程序執行 完畢后，即轉入完畢后，即轉入輸入刷新階段輸入刷新階段。 在用戶程序執行過

25、程中，只有在用戶程序執行過程中，只有輸入點輸入點在在 I/OI/O映象區內的映象區內的狀態和數據狀態和數據不會發生變化，不會發生變化， 而其他而其他輸出點和軟設備輸出點和軟設備在在I/OI/O映象區或系統映象區或系統 RAMRAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變存儲區內的狀態和數據都有可能發生變 化。化。 3 3輸出刷新階段輸出刷新階段 當所有指令當所有指令執行完畢執行完畢后，將后，將輸出狀態寄輸出狀態寄 存器存器中的內容，依次送到中的內容，依次送到輸出鎖存電路輸出鎖存電路（輸（輸 出映像寄存器），并通過一定輸出方式出映像寄存器），并通過一定輸出方式輸出輸出， 驅動外部相應驅動外部相應執行元

26、件執行元件工作，這才形成工作，這才形成PLCPLC 的實際輸出。的實際輸出。 由此可見，由此可見，輸入采樣、程序執行和輸出輸入采樣、程序執行和輸出 刷新刷新三個階段構成三個階段構成PLCPLC一個一個工作周期工作周期，由此循，由此循 環往復，因此稱為環往復，因此稱為循環掃描循環掃描工作方式。工作方式。 輸入刷新階段和輸出刷新階段統稱為輸入刷新階段和輸出刷新階段統稱為 I/OI/O刷新階段刷新階段。 除了執行程序和除了執行程序和I/OI/O刷新外，刷新外，PLCPLC還要進還要進 行各種行各種錯誤檢測錯誤檢測（自診斷功能）并與編程工（自診斷功能）并與編程工 具通訊，這些操作統稱為具通訊，這些操作

27、統稱為“監視服務監視服務”，一，一 般在程序執行之后進行。般在程序執行之后進行。 PLCPLC的掃描工作過程的掃描工作過程 掃描周期掃描周期的長短主要取決于的長短主要取決于程序的長短程序的長短。 掃描周期掃描周期越長越長，響應速度，響應速度越慢越慢。由于每個掃。由于每個掃 描周期只進行描周期只進行一次一次I/OI/O刷新刷新，即每一個掃描，即每一個掃描 周期周期PLCPLC只對只對輸入、輸出狀態寄存器輸入、輸出狀態寄存器更新一更新一 次，所以系統存在次，所以系統存在輸入輸出滯后輸入輸出滯后現象，這在現象，這在 一定程度上降低了系統的一定程度上降低了系統的響應速度響應速度。 但是由于其對但是由于

28、其對I/OI/O的變化的變化每個周期只輸每個周期只輸 出刷新一次出刷新一次，并且，并且只對有變化的進行刷新只對有變化的進行刷新， 這對一般的開關量控制系統來說是完全允許這對一般的開關量控制系統來說是完全允許 的，不但不會造成影響，還會的，不但不會造成影響，還會提高抗干擾能提高抗干擾能 力力。 在快速響應系統中就會造成響應滯后現在快速響應系統中就會造成響應滯后現 象，這時象，這時PLCPLC都會采取都會采取高速模塊高速模塊。 幾個重要概念幾個重要概念 掃描周期中斷：掃描周期中斷： 當中斷事件發生時，當中斷事件發生時，CPUCPU以以異步異步掃描方式、掃描方式、 根據根據中斷優先級中斷優先級來處理

29、中斷。來處理中斷。 輸入和輸出映像區輸入和輸出映像區 輸入和輸出映像區輸入和輸出映像區是在是在PLCPLC的的RAMRAM工作工作 區中將區中將一特定區域一特定區域的存儲單元作為的存儲單元作為輸入映輸入映 像寄存器和輸出映像寄存器像寄存器和輸出映像寄存器的存儲區。的存儲區。 輸入映像區存儲著對應位輸入輸入映像區存儲著對應位輸入“繼電器繼電器” 的的通斷通斷狀態，狀態，高電平高電平“1”1”為通為通，低電低電 平平”0”0”為斷為斷。此處。此處“繼電器繼電器”是指由是指由系統系統 軟件軟件程序賦予其具有程序賦予其具有繼電器功能繼電器功能的的“軟繼電軟繼電 器器”，而非真正的，而非真正的物理繼電器

30、物理繼電器，每位，每位輸入映輸入映 像寄存器像寄存器也對應著也對應著PLCPLC每個每個實際輸入端實際輸入端的的通通 斷斷狀態。輸入映像寄存器的內容只能被狀態。輸入映像寄存器的內容只能被 PLCPLC中的中的CPUCPU讀出讀出，而不能被，而不能被改寫改寫。 輸出映像區存儲著對應輸出映像區存儲著對應位輸出位輸出“寄存器寄存器” 的狀態；在執行用戶程序時，的狀態；在執行用戶程序時，輸出映像寄存輸出映像寄存 器器既可被既可被PLCPLC的的CPUCPU讀取讀取，也可以被，也可以被CPUCPU改寫改寫。 在程序執行過程中，對于在程序執行過程中，對于輸入或輸出點輸入或輸出點 狀態狀態的存取通常是的存取

31、通常是通道映像寄存器通道映像寄存器，而不是，而不是 實際的實際的輸入輸出輸入輸出(I/O)(I/O)點點，這主要有三個，這主要有三個 原因：原因： 1) 1)在同步掃描周期的開始在同步掃描周期的開始采樣所有輸入采樣所有輸入， 而在掃描周期的而在掃描周期的執行階段執行階段就有了就有了固定的輸入固定的輸入。 而當程序執行完后而當程序執行完后更新輸出映像寄存器更新輸出映像寄存器，這，這 樣可使系統更加穩定。樣可使系統更加穩定。 2) 2)用戶程序存取用戶程序存取映像寄存器映像寄存器要比要比I/OI/O點點 快得多，因此執行程序更加快捷。快得多，因此執行程序更加快捷。 3) 3)I/OI/O點必須按位

32、來存取，而點必須按位來存取，而映像寄存映像寄存 器器可按可按字節字節、字字或或雙字雙字來存取，因此更具有來存取，因此更具有 靈活性。靈活性。 立即立即I/O I/O 立即立即I/OI/O指令允許對指令允許對實際輸入輸出點實際輸入輸出點 直接存取。直接存取。 執行執行立即立即I/OI/O指令對指令對輸入和輸出映像寄輸入和輸出映像寄 存器存器的影響是不同的。當使用立即的影響是不同的。當使用立即I/OI/O指令指令 采集采集輸入點輸入點的值時，的值時，輸入映像寄存器的值尚輸入映像寄存器的值尚 未更新未更新，而使用立即，而使用立即I/OI/O指令來指令來存取輸出點存取輸出點 的同時，的同時，相應的輸出

33、映像寄存器被更新了相應的輸出映像寄存器被更新了。 8.3 8.3 可編程控制器的編程語言可編程控制器的編程語言 一、梯形圖（一、梯形圖（LADLAdding DiagramLADLAdding Diagram） 梯形圖語言梯形圖語言表達式是在原電器控制系統表達式是在原電器控制系統 中常用的接觸器、繼電器梯形圖基礎上演變中常用的接觸器、繼電器梯形圖基礎上演變 而來的，它與電器操作原理圖相呼應，形象、而來的，它與電器操作原理圖相呼應，形象、 直觀、實用，是直觀、實用，是PLCPLC的主要編輯語言。的主要編輯語言。 梯形圖：梯形圖：最基本單元是編程最基本單元是編程元素元素，數個，數個 編程元素構成編

34、程元素構成支路支路，幾條支路又組成，幾條支路又組成梯級梯級， 多個梯級形成網絡狀的多個梯級形成網絡狀的梯形圖梯形圖。 梯形圖基于寄存器梯形邏輯電氣圖。梯形圖基于寄存器梯形邏輯電氣圖。 在梯形圖中，有一個提供能量的左母線。在梯形圖中，有一個提供能量的左母線。 觸點閉合觸點閉合可以使能量流過該器件到達下一可以使能量流過該器件到達下一 個器件，個器件，觸點打開觸點打開將阻止能量流通過。任將阻止能量流通過。任 何可以連到左母線或觸點的梯形組件都有何可以連到左母線或觸點的梯形組件都有 輸入、輸出輸入、輸出能量流。能量流。 程序一次執行一個段，程序一次執行一個段，從左至右從左至右，從從 上至下上至下：當：

35、當CPUCPU執行到程序結尾，又回到程執行到程序結尾，又回到程 序序開始處開始處從上到下從上到下重新執行重新執行程序。程序。 每一條指令都規定了相應的每一條指令都規定了相應的輸入和輸輸入和輸 出出操作數的范圍以及數據類型。操作數的范圍以及數據類型。 指令分類：指令分類： 位操作指令：位操作指令：包括邏輯控制指令、定時包括邏輯控制指令、定時/ /計計 數器指令和比較指令。數器指令和比較指令。 運算類指令：運算類指令：包括四則運算、邏輯運算、包括四則運算、邏輯運算、 數學函數指令。數學函數指令。 數據處理指令：數據處理指令：包括送出、位移、字節包括送出、位移、字節 交換和填充指令。交換和填充指令。

36、 高級指令：高級指令：包括時鐘指令、中斷指令、高包括時鐘指令、中斷指令、高 速計數器指令、速計數器指令、PIDPID指令等。指令等。 表功能指令：表功能指令：包括對表的存取和查找指令。包括對表的存取和查找指令。 轉換指令：轉換指令：包括數據類型轉換、編碼、譯包括數據類型轉換、編碼、譯 碼等。碼等。 程序控制指令：程序控制指令：包括空操作指令、結束及包括空操作指令、結束及 暫停指令等。暫停指令等。 基本指令基本指令 （1 1）裝載指令）裝載指令LDLD，LDNLDN LDLD指令指令總是從母線（包括在分支點引總是從母線（包括在分支點引 出的母線）引出一個常開觸點。出的母線）引出一個常開觸點。 L

37、DNLDN指令指令總是從母線引出一個常閉觸點。總是從母線引出一個常閉觸點。 （2 2）觸點串聯指令）觸點串聯指令A A，ANAN （3 3）觸點并聯指令）觸點并聯指令O O，ONON A A，ANAN應用于單個觸點的串聯，可以連應用于單個觸點的串聯，可以連 續使用。續使用。 O O，ONON應用于單個觸點的并聯，緊接在應用于單個觸點的并聯，緊接在 LDLD、LDNLDN之后使用，可以連續使用。之后使用，可以連續使用。 （4 4）觸點輸出指令）觸點輸出指令= =（OUTOUT） 輸出指令輸出指令不能用于輸入繼電器不能用于輸入繼電器; ; 可以連續使用，構成并聯輸出可以連續使用，構成并聯輸出; ;

38、 輸出指令輸出指令的操作數一般不能重復使用；如的操作數一般不能重復使用；如 在程序中不要多次出現：在程序中不要多次出現：“=Q0.0”;=Q0.0”; （5 5）置位、復位指令）置位、復位指令 （6 6）邊沿觸發指令）邊沿觸發指令EUEU、EDED （7 7）邏輯取反指令）邏輯取反指令 （8 8）邏輯入棧指令（）邏輯入棧指令（LPSLPS） （9 9）邏輯出棧指令（）邏輯出棧指令（LPPLPP） 梯形邏輯梯形邏輯LADLAD及其編輯器具有以下特點：及其編輯器具有以下特點： (1)(1)梯形邏輯易于初學者使用。梯形邏輯易于初學者使用。 (2)(2)圖形表示易于理解，而且全世界通圖形表示易于理解，

39、而且全世界通 用。用。 (3)(3)LADLAD編輯器能夠使用編輯器能夠使用SIMATICSIMATIC和和 IEC1131-3IEC1131-3指令集（指令集（19931993年國際電工委員年國際電工委員 會會 (IEC)(IEC)制定了制定了IEC1131 PLC IEC1131 PLC 的標準）。的標準）。 (4)(4)可以使用語句表可以使用語句表(STL)(STL)編輯器顯示編輯器顯示 所有用所有用SIMATIC LADSIMATIC LAD編輯器編寫的程序。編輯器編寫的程序。 二、語句表（二、語句表（STLStatement ListSTLStatement List） 語句表是由不

40、同的指令所構成的語句語句表是由不同的指令所構成的語句 組成的，其中的指令則由組成的，其中的指令則由操作碼和操作數操作碼和操作數 組成，其中組成，其中操作碼操作碼指出了指令的功能，指出了指令的功能，操操 作數作數指出了指令所用的元件或數據。指出了指令所用的元件或數據。 三、功能塊圖三、功能塊圖(FBDFunction Block (FBDFunction Block Diagram) Diagram) 功能塊圖使用類似于布爾代數的功能塊圖使用類似于布爾代數的圖形圖形 邏輯符號邏輯符號來表示來表示控制邏輯控制邏輯，一些復雜的功，一些復雜的功 能用指令框表示，適合于有數字電路基礎能用指令框表示，適合

41、于有數字電路基礎 的編程人員使用。功能塊圖用類似于的編程人員使用。功能塊圖用類似于與門、與門、 或門的框圖或門的框圖來表示來表示邏輯運算關系邏輯運算關系，方框的，方框的 左側左側為邏輯運算的為邏輯運算的輸入變量輸入變量，右側右側為為輸出輸出 變量變量，輸入、輸出端的小圓圈表示，輸入、輸出端的小圓圈表示“非非” 運算，方框用運算，方框用“導線導線”連在一起，信號自連在一起，信號自 左向右。左向右。 選擇選擇FBDFBD編輯器編輯器時主要應時主要應 考慮：考慮： (1)(1)圖形邏輯門圖形邏輯門表示表示 格式有利于程序流的跟蹤。格式有利于程序流的跟蹤。 ( (2)FBD2)FBD編輯器編輯器可以使

42、可以使 用用SIMATICSIMATIC和和IEC1131-3IEC1131-3指指 令集。令集。 (3)(3)可以使用可以使用STLSTL編輯編輯 器器顯示所有顯示所有SIMATIC FBDSIMATIC FBD編編 輯器編輯的程序。輯器編輯的程序。 四、四、順序功能圖順序功能圖 （SFCSFCSeauentialSeauential FuctionFuction ChartChart） 用來編程用來編程順序控制順序控制的程序，編寫時，工的程序，編寫時，工 藝過程被劃分為若干個順序出現的藝過程被劃分為若干個順序出現的步步，每步，每步 中包括中包括控制輸出的動作控制輸出的動作，從一步到另一步的

43、，從一步到另一步的 轉換由轉換由轉換條件轉換條件來控制，特別適合于生產制來控制，特別適合于生產制 造過程。造過程。 西門子西門子 STEP7 STEP7 中的該編程語言是中的該編程語言是 S7S7 GraphGraph 五、結構化文本五、結構化文本（STSTStructuredStructured TextText） 結構化文本結構化文本（STST）是為是為IEC61131IEC611313 3 標準創建的一種專用的標準創建的一種專用的高級編程語言高級編程語言。與。與 梯形圖相比，它實現梯形圖相比，它實現復雜的數學運算復雜的數學運算，編，編 寫的程序非常簡潔和緊湊。寫的程序非常簡潔和緊湊。 S

44、TEP7 STEP7的的S7S7 SCLSCL結構化控制語言，結構化控制語言，編程編程 結構結構和和C C語言、語言、PascalPascal語言相似，特別適語言相似，特別適 合于習慣于使用合于習慣于使用高級語言編程高級語言編程的人使用。的人使用。 8.4 S7-200 8.4 S7-200系統概述系統概述 一、系統功能概述一、系統功能概述 S7-200PLC S7-200PLC系統是系統是緊湊型可編程序緊湊型可編程序控制控制 器。系統的硬件構架由構成系統的器。系統的硬件構架由構成系統的CPUCPU模塊模塊 和豐富的和豐富的擴展模塊擴展模塊組成，它可滿足各種設備組成，它可滿足各種設備 的自動化

45、控制需求。的自動化控制需求。 1 1硬件硬件 2. 2. 工業軟件工業軟件 3.3.主機外形主機外形 CPU 22X CPU 22X系列系列PLCPLC主機（主機（CPUCPU模塊）模塊） 4. S7-200 4. S7-200 其它功能：其它功能： (1)(1)功能強大的指令集功能強大的指令集 包括位邏輯指令、計數器、定時器、包括位邏輯指令、計數器、定時器、 復雜數學運算指令、復雜數學運算指令、PIDPID指令、字符串指指令、字符串指 令、時鐘指令、通訊指令，以及和令、時鐘指令、通訊指令，以及和智能模智能模 塊塊配合的配合的專用指令專用指令等。等。 (2)(2)豐富強大的通訊功能豐富強大的通

46、訊功能 S7-200S7-200提供了近提供了近1010種通訊方式以滿足種通訊方式以滿足 不同的應用需求，從簡單的不同的應用需求，從簡單的 S7-200 S7-200 之間之間 的通訊到的通訊到 S7-200 S7-200 通過通過 Profibus-DPProfibus-DP 網絡網絡 通訊，甚至到通訊，甚至到 S7-200 S7-200 通過通過以太網以太網通訊。通訊。 可以說，可以說，S7-200S7-200的通訊功能已經遠遠超出的通訊功能已經遠遠超出 了小型了小型PLCPLC的整體通訊水平。的整體通訊水平。 (3)(3)編程軟件的易用性編程軟件的易用性 Step7-Micro/WIN3

47、2Step7-Micro/WIN32編程軟件為用戶提編程軟件為用戶提 供了供了開發開發 編輯和監控編輯和監控的良好編程環境。全的良好編程環境。全 中文的界面、中文的在線幫助信息、中文的界面、中文的在線幫助信息、 Windows Windows 的界面風格以及豐富的編程向導，的界面風格以及豐富的編程向導， 能使用戶快速進入狀態。能使用戶快速進入狀態。 二、二、S7-200CPUS7-200CPU和擴展模塊和擴展模塊 1. S7-200CPU1. S7-200CPU S7-200CPU S7-200CPU將一個微處理器、一個集成將一個微處理器、一個集成 的電源盒、若干數字量的電源盒、若干數字量I/

48、OI/O點集成在一個緊點集成在一個緊 湊的封裝中，組成湊的封裝中，組成一個功能強大的一個功能強大的PLCPLC。 對于每個型號，西門子提供對于每個型號，西門子提供DC(24V)DC(24V)和和 AC(120-220V)AC(120-220V)兩種電源供電的兩種電源供電的CPUCPU類型。如類型。如 CPU224CPU224DC/DC/DCDC/DC/DC 和和 CPU224CPU224AC/DC/RelayAC/DC/Relay。 (1)DC/DC/DC(1)DC/DC/DC：說明：說明CPUCPU是是直流供電，直流直流供電，直流 數字量輸入，數字量輸出點數字量輸入，數字量輸出點是是晶體管晶

49、體管直流直流 電路的類型。電路的類型。 (2)AC/DC/Relay(2)AC/DC/Relay：說明：說明CPUCPU是是交流供電，交流供電， 直流數字量輸入直流數字量輸入，數字量輸出點數字量輸出點是是繼電器繼電器 觸點的類型。觸點的類型。 S7-200 CPUS7-200 CPU外插卡外插卡 (1)MC291(1)MC291：存儲器卡存儲器卡，提供，提供EEPROMEEPROM存儲存儲單元。在單元。在 CPUCPU上插入存儲器卡后，可使用編程軟件上插入存儲器卡后，可使用編程軟件Step-Step- Micro/WIN32Micro/WIN32將將CPUCPU中的中的存儲內容存儲內容( (系

50、統塊、程序塊系統塊、程序塊 和數據塊等和數據塊等) )復制到卡中復制到卡中；把存儲卡插到其他；把存儲卡插到其他CPUCPU上，上， 通電時通電時存儲卡的內容會自動復制到存儲卡的內容會自動復制到CPUCPU中中。 (2)CC292(2)CC292：日期日期/ /時鐘電池卡時鐘電池卡。用于。用于CPU221CPU221和和 CPU222CPU222兩種不具備內部實時時鐘的兩種不具備內部實時時鐘的CPUCPU，以提供，以提供日日 期期/ /時鐘功能時鐘功能，同時提供內存后備電池。，同時提供內存后備電池。 (3)BC293(3)BC293：電池卡電池卡。為所有類型的。為所有類型的CPUCPU提供提供數

51、據數據 保持的后備電池保持的后備電池。電池在。電池在超級電容超級電容放電完畢后起作放電完畢后起作 用。用。 2. 2. 擴展模塊擴展模塊 1 1）數字量）數字量I/OI/O模塊模塊 EM221EM221：數字量輸入擴展模塊：數字量輸入擴展模塊 1)1)、8 8點點24V DC24V DC輸入；輸入； 2)2)、8 8點點AC120/230 VAC120/230 V輸入；輸入； 3)3)、1616點點24V DC24V DC輸入輸入 EM222EM222：數字量輸出擴展模塊：數字量輸出擴展模塊 1)1)、8 8點點24V DC(24V DC(晶體管晶體管) )輸出；輸出； 2)2)、8 8點點A

52、C120/230V DCAC120/230V DC輸出；輸出； 3)3)、4 4點點24V DC24V DC輸出輸出, ,每點每點5A5A； 4)4)、4 4點繼電器輸出點繼電器輸出, ,每點每點10A10A EM223EM223：數字量輸入：數字量輸入/ /輸出擴展模塊輸出擴展模塊 1)1)、4 4點點24V DC24V DC輸入輸入/4V DC/4V DC輸出；輸出； 2)2)、4 4點點24V DC24V DC輸入輸入/4V/4V繼電器輸出；繼電器輸出； 3)3)、8 8點點24V DC24V DC輸入輸入/8V DC/8V DC輸出；輸出； 4)4)、8 8點點24V DC24V DC

53、輸入輸入/8V/8V繼電器輸出；繼電器輸出； 5)5)、1616點點24V DC24V DC輸入輸入/16V DC/16V DC輸出；輸出； 6)6)、1616點點24V DC24V DC輸入輸入/16V /16V 繼電器輸繼電器輸 出；出； 2 2）模擬量）模擬量I/OI/O模塊模塊 EM231EM231：模擬量輸入模塊，模擬量輸入模塊，4 4通道電流通道電流/ /電電 壓輸入；壓輸入； EM232EM232：模擬量輸出模塊，模擬量輸出模塊，2 2通道電流通道電流/ /電電 壓輸出；壓輸出； EM235EM235：模擬量輸入模擬量輸入/ /輸出模塊，輸出模塊，4 4通道電通道電 流流/ /電

54、壓輸入、電壓輸入、1 1通道電流通道電流/ /電壓輸出。電壓輸出。 溫度測量擴展模塊溫度測量擴展模塊 溫度測量模塊是模擬量模塊的特殊形式。溫度測量模塊是模擬量模塊的特殊形式。 EM231TCEM231TC：熱電偶輸入模塊，：熱電偶輸入模塊，4 4輸入通道；輸入通道； EM231RTDEM231RTD：熱電偶輸入模塊，：熱電偶輸入模塊，2 2輸入通道輸入通道 3 3）通訊模塊）通訊模塊 EM277EM277：Profibus-DPProfibus-DP從站通訊模塊，同時從站通訊模塊，同時 也支持也支持MPIMPI從站通訊；從站通訊； EM241EM241：調制解調器：調制解調器(Modem)(M

55、odem)通訊模塊；通訊模塊； CP243-1CP243-1：工業以太網通訊模塊；：工業以太網通訊模塊； CP243-1ITCP243-1IT：工業以太網通訊模塊，同時提：工業以太網通訊模塊，同時提 供供Web/E-mailWeb/E-mail等等ITIT應用。應用。 4 4）特殊功能模塊）特殊功能模塊 S7-200S7-200還提供了一些特殊模塊，用以還提供了一些特殊模塊，用以 完成特定的任務。完成特定的任務。 EM253EM253：定位控制模塊。它能產生脈沖串，定位控制模塊。它能產生脈沖串， 用于步進電機和伺服電機的速度和位置的用于步進電機和伺服電機的速度和位置的 開環控制。開環控制。 3

56、 3、電源模塊、電源模塊 所有的所有的S7-200CPUS7-200CPU都有都有內部電源內部電源，為，為 CPUCPU自身、擴展模塊和其他用電設備提供自身、擴展模塊和其他用電設備提供5V5V、 24V24V直流電源。直流電源。 擴展模塊通過與擴展模塊通過與CPUCPU連接的連接的總線連接電總線連接電 纜纜取得取得5V5V直流電源直流電源(5V DC)(5V DC)。 CPU CPU還向外提供一個還向外提供一個24V DC24V DC電源，從電電源，從電 源輸出點源輸出點(L+,M)(L+,M)引出。此電源可為引出。此電源可為CPUCPU和擴和擴 展模塊上的展模塊上的I/OI/O點供電，也為一

57、些特殊或智點供電，也為一些特殊或智 能模塊提供電源。能模塊提供電源。 不同規格的不同規格的CPUCPU提供提供5V DC5V DC和和24V DC24V DC電源電源 的容量不同。每個實際應用項目都要就的容量不同。每個實際應用項目都要就電源電源 容量容量進行規劃計算。進行規劃計算。 4 4、最大、最大I/OI/O配置配置 S7-200 S7-200按照按照I/OI/O的類型為其分配不同的地的類型為其分配不同的地 址，包括址，包括AIAI、AOAO、DIDI、DODO。 每一類每一類I/OI/O分別排列地址。從分別排列地址。從CPUCPU開始算開始算 起，起，I/OI/O點點從左到右按由小到大從

58、左到右按由小到大的規律排列。的規律排列。 擴展模塊的類型和位置一旦確定，則它的擴展模塊的類型和位置一旦確定，則它的 I/OI/O點地址也隨之決定。點地址也隨之決定。 CPU CPU的最大的最大I/OI/O，實際上取決于它們所，實際上取決于它們所 能帶的擴展模塊數目。能帶的擴展模塊數目。 5 5、S7-200S7-200的數據存儲區與數據保持的數據存儲區與數據保持 數據存儲區分為兩類：數據存儲區分為兩類：易失性的易失性的RAMRAM存存 儲區，以及儲區，以及永久保存的永久保存的EEPROMEEPROM存儲區。存儲區。 S7-200 S7-200中的中的V V數據存儲區、數據存儲區、M M存儲區存

59、儲區都都 屬于易失性數據存儲區。要保存屬于易失性數據存儲區。要保存T(T(定時器定時器) ) 和和C(C(計數器計數器) )數據數據，也需要提供電源。，也需要提供電源。 S7-200 CPU S7-200 CPU 提供了提供了 EEPROM EEPROM 存儲器存儲器 EEPROM EEPROM 不需要另外的供電就能永久保存數不需要另外的供電就能永久保存數 據。據。 RAM RAM存儲區需要為其存儲區需要為其提供電源提供電源方能保方能保 持其中的數據不丟失。持其中的數據不丟失。 1)1)、CPUCPU中內置中內置超級電容超級電容，在不太長的斷電，在不太長的斷電 期間內保持數據和時鐘提供電源，不

60、需要附期間內保持數據和時鐘提供電源，不需要附 件，斷電后件，斷電后, ,CPU221CPU221和和CPU222CPU222的超級電容可的超級電容可 提供約提供約50h50h的數據保持，的數據保持，CPU224CPU224、CPU226CPU226、 CPU226XMCPU226XM可保持數據約可保持數據約190h190h。 2)2)、CPUCPU上附加上附加電池卡電池卡，與內置超級電容配，與內置超級電容配 合，長期為時鐘和數據保持提供電源。合，長期為時鐘和數據保持提供電源。CPUCPU 斷電后，斷電后，首先首先依靠內置的依靠內置的超級電容超級電容為數據提為數據提 供電源。超級電容放電完畢后，