工业电气控制技术第三版第5章.ppt

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1、,第二章 S7300系列可编程控制器,第一节 可编程控制器的基础知识,第二节 可编程控制器的硬件结构和系统组成,第三节 可编程控制器的软件及编程语言,第四节 可编程控制器的工作原理,第五节 S7-300系统组成,第六节 S7-300的硬件组态,第七节 STEP7编程软件,第一节 可编程控制器的基础知识,1PLC的起源,一九六八年，美国通用汽车公司(GM)为解决因汽车不断改型而重新设计汽车装配线上各种继电器的控制线路问题，提出了著名的十项技术指标在社会上招标，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用控制器。（1）.编程简单，可在现场方便地编辑及修改程序；（2）.价格便宜，其性能价格比要高于继电器控

2、制系统；（3）.体积要明显小于继电器控制柜；（4）.可靠性要明显高于继电器控制系统；（5）.具有数据通信功能；（6）.输入可以是AC115V；（7）.输出为AC115V，2A以上；（8）.硬件维护方便，最好是插件式结构；（9）.扩展时，原有系统只需做很小改动；（10）.用户程序存储器容量至少可以扩展到4K。,一九六九年，美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器，型号为PDP-14；1969年，美国哥德公司(GOULD)PLC商品化，型号084；1971年，日本研制出日本第一台可编程控制器DSC-8；19731974年，德国西门子公司研制出欧洲第一台PLC，型号为SIMATIC

3、S4。我国从1974年开始研制，1977年开始工业应用。.PLC的定义可编程逻辑控制器PLCProgrammable Logical Controller。可编程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和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的或模拟的输入和输出接口，控制各种类型的机器设备或生产过程。可编程控制器及其有关设备的设计原则是它应按易于与工业控制系统联成一个整体和具有扩充功能。,.PLC的特点 编程简单，易于掌握 功能完善，灵活方便 体积小、质量轻、功耗低 抗干扰能力强，可靠性高 设计、施工、

4、调试周期短 易于实现机电一体化.PLC的可编程控制器的性能指标 输入/输出点数（I/O点数）、存储容量、扫描速度、功能扩展能力、指令系统。.PLC的可编程控制器的分类 按I/O点数分类分为微型机、小型机、中型机、大型机和巨型机；按结构形式分类分为整体式、模块式和分散式；按用途分类分为顺序逻辑控制、闭环过程控制、多级分布式和集散控制系统、数字控制和机器人控制。,6.PLC的主要功能 顺序逻辑控制 运动控制 定时控制 计数控制 步进控制 数据处理 模数和数模转换 通信及联网7.PLC的发展趋势 系列化、模板化；小型机功能强化；中、大型机高速度、高功能、大容量；低成本、多功能。,一PLC系统的硬件结

5、构 PLC的硬件系统由基本单元（包含CPU、RAM、EPROM、输入/输出接口、内部电源）、I/O扩展单元及外部设备组成。,第二节 可编程控制器的硬件结构和系统组成,二PLC系统各部分功能 1.CPU 接收与存储用户由编程器键入的用户程序和数据；检查语法错误，诊断电源及PLC内部的工作故障；用扫描方式工作，接收现场的输入信号，并输入到输入映像寄存器和数据存储器中；在进入运行方式后，从存储器中逐条读取并执行用户程序，完成用户程序所规定的逻辑运算、算术运算及数据处理等操作；根据运算结果，更新有关标志位的状态，刷新输出映像寄存器的内容，再经输出部件实现输出控制、打印制表或数据通信等功能。2.存储器

6、CMOS-SRAM 可读写存储器 EPROM 只读存储器 EEPROM 电可擦除可编程的只读存储器,3.数字量（或开关量）输入部件及接口(1)数字量（或开关量）输入模板的外部接线方式 汇点式输入接线；隔离式输入接线方式。(2)数字量输入模板的接口电路 直流数字量输入模板 交流数字量输入模板,4.数字量（开关量）输出部件及接口(1)数字量输出模板的接线方式 汇点式输出接线；隔离式输出接线方式。(2)数字量输出模板的接口电路 直流数字量输出接口模板(晶体管输出型)；交流数字量输出接口模板(双向晶闸管或双向可 控硅)；继电器输出接口模板。,5.模拟量输入输出接口模板 模拟输入信号或模拟输出信号：电压

7、、电流。如05V、010V、15V、420mA、50mV、5V、10V、20mA。,6.智能接口 位置闭环控制接口模块、快速PID调节器的闭环控制接口模板、高数计数器接口模板。7.扩展接口 8.通信接口 9.编程器 简易编程器 智能编程器 用PC机作编程器,三菱PLC编程软件,SIMENS PLC编程软件,10.PLC的外部设备 人机接口装置 外存储器 打印机 EPROM写入器,第三节 可编程控制器的软件及编程语言,1.系统软件（1）.系统管理程序 负责系统的运行管理，控制可编程控制器何时输入、何时输出、何时运算、何时自检、何时通信等，进行时间上的分配管理。负责存储空间的管理，即生成用户环境，

8、由它规定各种参数、程序的存放地址，将用户使用的数据参数存储地址转化为实际的数据格式，以及物理存放地址。负责系统自检，包括系统出错检验、用户程序语法检验、句法检验、警戒时钟运行等。（2）.用户指令解释程序（3）.标准程序模块和系统调用2.用户程序,3.编程语言 编程语言分：梯形图、语句表、逻辑功能图、顺序功能图、流程图、高级语言。梯形图 语句表 逻辑功能图 顺序功能图 高级语言,第四节 可编程控制器的工作原理,1.等效电路 输入部分由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。外部输入信号经PLC输入接线端子去驱动输入继电器的线圈。内部控制电路是由用户程序形成的用“软继电器”来代替硬继电器

9、的控制逻辑。输出部分是由在PLC内部且与内部控制电路隔离的输出继电器的外部常开接点、输出接线端子和外部驱动电路组成，用来驱动外部负载。,2.工作过程 周期性扫描 周期性扫描是可编程控制器特有的工作方式。PLC完成一次扫描过程所需的时间称为扫描时间，又称扫描周期或工作周期。集中批处理 可编程控制器的另一个主要特点就是对输入采样、执行用户程序、输出刷新实施集中批处理。,3.PLC的程序执行过程,PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。,4.输入/输出的处理规则,输入映像寄存器的数据取决于各输入端子在输入刷新期间的接通或断开状态。程序如何执行取决于用户程序和输入映像寄存

10、器，内部元件寄存器的内容。输出映像寄存器内容取决于所有输出指令的执行结果。输出锁存器中的内容决定于上一次输出刷新期间输出映像寄存器的内容。所有输出端子状态由输出锁存器决定。,习题二 1.可编程控制器由哪几部分组成？各部分的作用及功能是什么？2.可编程控制器的数字量输出有几种输出形式？各有什么特点？都适用于什么场合？3.什么是扫描周期？它主要受什么影响？4.可编程控制器的等效工作电路由那几部分组成？试与继电器控制系统进行比较。5.可编程控制器的工作方式是什么？它的工作过程有什么显著特点？6.试说明可编程控制器的工作过程。7.可编程控制器对输入/输出的处理规则是什么？8.可编程控制器的输出滞后现象

11、是怎样产生的？9.试举例说明由于用户程序指令语句安排不当可使响应滞后时间为三个扫描周期。,第五节 S7-300系统组成,1.S7-300结构特点 采用集成的背板总线（Back-Plane Bus）；采用DIN标准导轨，安装和更换模板方便；硬件组态灵活 机架扩展方便 每个机架最多可安装8个信号模板（SM），通过IM365（机架距离最远1米）或者IM360361（机架距离最远10米），一个S7-300系统最多可安装3个扩展机架，最多可安装32个信号模板。2.CPU模板 标准型CPU（Standard CPUs）系列 集成型CPU系列 紧凑型CPU（Compact CPUs）系列 故障安全型CPU（

12、Fail-safe CPUs）系列,CPU314C-2DP外型结构图,CPU314C-2DP配置 配置MMC卡（Micro Memory Cart 微存储卡）；配置9针MPI（Multi Ponit Interface 多点通信接口）；配置9针DP（Decentral Peripherals分散外围设备）接口；数字量输入点数：24；数字量输出点数：16；模拟量输入通道数：5；模拟量输出通道数：2；高速计数器：4；定位通道：1；注：个别型号配置15针PtP(Ponit to Point 点对点)接口。3.信号模板 数字量输入输出（DIDO）模板；,数字量输入（DI）模板SM321 数字量输出（D

13、O）模板SM322 数字量输入输出（DIDO）模板SM323 模拟量输入输出（AIAO）模板 模拟量输入（AI）模板SM331 输出精度：915位；模拟量输出（AO）模板SM332 输出精度：12位16位；输出范围：电压：15V、010V、10V 电流：020mA、420mA、20mA、010V或020 mA。模拟量输入输出（AIAO）模板SM334 输入输出精度：8位、12位；输入测量范围：010V或020 mA；输出范围：010V或020 mA。,4.功能（FM）模板 单通道高速智能计数器模板FM350-1 8通道高速智能计数器模板FM350-2,4.功能（FM）模板（续）快速进给慢速驱动

14、定位模板FM351,4.功能（FM）模板（续）电子凸轮控制器FM352,4.功能（FM）模板（续）步进电动机定位模板FM353,4.功能（FM）模板（续）伺服电动机定位模板FM354,4.功能（FM）模板（续）闭环控制模板FM355 定位和连续路径控制模板FM357,5.接口IM模板 用于S7-300系列PLC的中央机架到扩展机架的连接。接口模板IM365 用于连接中央机架与1个扩展机架;接口模板IM360IM361 S7-300系列的最大配置为1个中央机架与3个扩展机架，当扩展机架超过1个时，将接口模板IM360插入中央机架，在扩展机架中插入接口模板IM361，每个扩展机架最多可安装8块模板

15、。6.电源（PS）模板 7.通信处理器（CP）模板 CP340通信处理器模板 用于建立点对点（Point to Point）低速连接。有3种 通信接口，RS 232C（V.24）、20mA（TTY）、RS 422RS 485（X.27）。CP341通信处理器模板 用于建立点对点（Point to Point）的高速连接。,CP342-2 CP343-2通信处理器模板 用于实现S7-300到AS-I接口总线的连接。CP342-5通信处理器模板 用于实现S7-300到PROFIBUS-DP现场总线的连接。CP343-1通信处理器模板 用于实现S7-300到工业以太网总线的连接。CP343-1 TC

16、P通信处理器模板 使用标准的TCPIP通信协议，实现S7-300（只限服务器）、S7-400（服务器和客户机）到工业以太网的连接。CP343-5通信处理器模板 用于实现S7-300到PROFIBUS-FMS现场总线的连接。8.Ex输入输出模板 Ex输入输出模板主要用于有爆炸危险的场合，将自动化系统中非本质-安全回路与过程中的本质-安全回路分开。,9.测试模板 仿真模板SM374 占位模板 DM370 10.编程设备PGPC 11.人-机操作界面HM1 按钮面板 PP7和PP17 文本显示器TDI7 操作面板 OP3、OP7、OP17、OP27、OP37、OP37Pro 触摸屏TP27、TP37

17、 组态软件SIMATIC WinCC,WINCC工控组态软件界面,第六节 S7-300的硬件组态,一、S7-300编程元件 1、输入继电器 输入继电器的作用是接收来自现场的控制按钮、行程开关及各种传感器等的输入信号。S7-300的输入映像寄存器是以字节为单位的寄存器，CPU一般按“字节.位”的编址方式，可按位、字节、字、双字读取相邻1、8、16或32个输入继电器的状态。2、输出继电器Q 输出继电器的作用就是提供一对常开触点驱动外部负载。S7-300的输出继电器是以字节为单位的寄存器，采用“字节.位”的编址方法，可按位、字节、字、双字读取相邻1、8、16或32个输出继电器的状态。输出继电器与其它

18、内部器件显著区别是且仅有一个实实在在的物理动合触点，用来接通负载。这个动合触点可以是继电器输出型、晶体管输出型或双向晶闸管输出型。,3、辅助继电器M（或称为位存储器）辅助继电器与传统的继电器控制线路中的中间继电器相同，但不能直接驱动外部负载。它与位存储区的一个基本单元相对应，它可由所有的编程元件触点进行驱动。在S7-300中，辅助继电器一般以位为单位使用，采用“字节.位”的编址方式，每1位相当1个中间继电器，可按位、字节、字、双字存储，S7-300的辅助继电器的数量为2048个。4、外部输入寄存器PI 用户程序可以通过外部输入寄存器直接访问输入模板。外部输入寄存器可按字节、字、双字读取。5、外

19、部输出寄存器PQ 用户程序可以通过外部输出寄存器直接访问输出模板。外部输出寄存器可按字节、字、双字读取。6、定时器T 定时器是由位和字组成的复合存储单元，定时器的触点状态用位存储单元表示，字存储单元用于存储定时器的定时时间值。它的作用与继电器控制线路中的时间继电器基本相似。,S7-300的定时器由时基和定时值组成，定时时间等于时基与定时值（1999）的乘积。定时范围10ms9.99s、100ms1min39s900ms、1s16min39s、10s2h46min30s。脉冲定时器SP。扩展定时器SE。通电延时定时器SD。保持型通电延时定时器SS。断电延时定时器SS。7、计数器C S7中计数器对

20、RLO的正跳沿进行计数。它由位存储器与字存储器组成，位存储单元表示计数器的触点状态，字存储单元用于存储计数器的当前计数值。计数器的计数方式分为：递增计数、递减计数和增减计数。递增计数是从0（或预置的初始值）开始直到计数值达到上限999时，才停止累加。递减计数是从预置的初始值开始直到计数器的计数值达到0时，才不再减小。计数范围为1999。,S7-300的定时器由时基和定时值组成，定时时间等于时基与定时值（1999）的乘积。定时范围10ms9.99s、100ms1min39s900ms、1s16min39s、10s2h46min30s。8、数据块寄存器DB 数据块寄存器用于存储所有数据块的数据，分

21、为共享数据块DB和背景数据块DI。可按字节、字、双字访问数据块寄存器。9、本地数据寄存器L 本地数据寄存器用于存储逻辑块中使用的临时数据，可按位、字节、字、双字访问本地数据存储器。二、S7-300的I/O地址组态1、S7-300插槽地址,2、S7-300数字/模拟量I/O地址组态,信号模块地址分配表,注：每个模拟量IO通道占用一个字地址（2个字节）,三、SETP7地址编写方法 1、绝对地址 绝对地址是根据编程元件在存储区的位置，用编程元件的类型、字节地址和位地址来表示，或者用字地址及双字地址表示，使得CPU能够按照绝对地址访问各个编程元件。2、符号地址符号地址是用符号名表示特定的绝对地址。程序

22、的可读性强 有益于程序归档 有助于故障寻踪四、S7-300机架组态 机架组态：模板安装的槽位。电源模板的合理选择以满足电流和功率的要求。,如：所有信号模板和功能模板从背板总线吸取的电流为：252801006060160=510 mA,第七节 SETP7编程软件,一、STEP7软件组成 STEP 7是用于SIMATIC PLC组态和编程的标准软件包，是SIMATIC工业软件的重要组成部分。STEP 7标准软件包运行在Windows 95982000NT下，与Windows的图形和面向对象的操作原则相匹配。,1、SIMATIC 管理器,2、符号编辑器,3、硬件组态工具,4、通信组态,5、硬件诊断

23、6、编程语言二、STEP 7的程序类型 线性编程、分部编程和结构化编程。1、线性编程就是将用户程序连续放置在一个指令块内，通常为OB1，程序按线性的或者按顺序执行每条指令。2、分部编程是将一项控制任务分解成若干个独立的子任务，每个子任务由一个功能FC完成，而这些功能的运行受组织块OB1中的指令控制。3、结构化编程是指对系统中控制过程和控制要求相近或类似的功能进行分类，编写通用的指令模块，通过形参与实参向指令模块提供调用信息，使得结构化程序可以重复调用通用指令模块。,创建项目主界面,创建项目选择存放路径,创建项目目录选择,创建项目路径选择完毕,创建项目单击插入S7300站点,创建项目双击配置硬件

24、,创建项目选择基本框架,创建项目配置电源,创建项目配置CPU模块,创建项目配置输入模块,创建项目配置输出模块,创建项目配置模拟量输入输出模块,创建项目配置通信模块并编译保存,PLC仿真软件主界面,5.5.4 程序编程与调试,创建项目OB1组织块,创建项目OB1组织块设计,监控调试单击监控按钮,PLC仿真软件单击I0.0的界面,监控调试单击启动按钮I0.0,监控调试符号编辑器,监控调试符号化编程元素,仿真软件模拟调试定时器,监控调试通电延时定时器S_ODT,监控调试周期为20ms的时钟,监控调试加法计数器C0,仿真软件模拟调试计数器,5.5.5 编程接口设置,编程接口MPI接口,编程接口选择PC适配卡,编程接口设置MPI参数,编程接口设置通信端口,