第4章 S7-200 PLC基础知识

1.中央处理单元（Central Processing Unit,CPU）
微处理器功能：
1)控制用户从编程器输入的用户程序和数据的接收与存储； 2)检查编程过程中的语法错误，诊断电源及PLC内部的工作故障； 3)用扫描方式工作，接收来自现场输入信号，并输入到输入映象寄 存器和数据存储器中。 4)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，算术运算机数据处理等操作 5) 根据运算结果，更新有关标志位的状态，刷新输出映象寄存器 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
在PLC的发展历程中，有过几个不同的名称： 可编程序矩阵控制器PMC （Programmable Matrix Controller ） 可编程序顺序控制器PSC （Programmable Sequence Controller） 可编程序逻辑控制器PLC （Programmable Logic Controller）
5. 各种接口、高功能模块：
扩展接口主要用于扩展主机单元的IO点数或特殊功能， 在主机的后面连接扩展IO模块或功能模块，使PLC的配置更加 灵活，以满足不同控制系统的要求。
6. 编程设备
PC FP PROGRAMMER
编程设备可以是专用
的手持式编程器；也可以
ST XWX
NOT DT/Ld C AN YWY STK IX/IY D OR RWR TM TSV E OT LWL CT CEV F
西门子PLC及相关产品
• • • • • • 小型：SIMATIC S7-200 PLC 中型： SIMATIC S7-300 PLC 大型： SIMATIC S7-400 PLC 工业通讯网络 （SIMATIC NET） 人机界面（HMI）硬件 SIMATIC S7工业软件 ：编程工具、基于PC的 控制软件、人机界面软件。
目前，世界上有200多家PLC厂商，400多 品种的PLC产品，PLC产品可按地域分成 三大流派： 一个流派是美国产品 一个流派是欧洲产品 一个流派是日本产品
美国通用电气公司GE—Ⅱ系列PLC GE公司的代表产品是： 小型机:GE-1、GE-1/J、GE-1/P 中型机:GE-Ⅲ 大型机:GE-Ⅴ
PLC的历史演变
1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（G M），为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十 条技术指标在社会上公开招标，制造一种新型的工 业控制装置。1969年美国数字设备公司（DEC）根据 招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器， 并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。 1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名 为编程序控制器（Programmable Controller ）， 简称 PC。 70年代中期，PLC进入了实用化阶段。 70年代末和 80年代初，PLC进入了成熟阶段。
以继电器形式为例：
继电器输出
Y
内 部 电 路
PLC
内
部 电 路 J
COM + 交流电源或 直流电源 -
4.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。 一般使用220V的交流电源或24V直流电源给PLC进行供电 ，内部的开关电源为PLC的CPU、存储器等电路提供5V， +12V，-12V，24V等直流电源，整体式的小型PLC还提供 一定容量的直流24V电源，供外部有源传感器（如接近 开关）使用。 PLC所采用的开关电源输入电压范围宽（一般为20.4～2 8.8VDC或85～264VAC）、体积小、效率高、抗干扰性能 力强。为了避免电源干扰，接口电路的电源回路彼此相 互独立。
用户程序存储器
用户程序存储器：主要用来存放用户程序。
主要存储可编程控制器内部的输入输出信息，以及内部继 电器，移位寄存器，累加寄存器，数据寄存器，定时器和计数 器的动作状态。用户程序存储器用RAM构成。
程序存储区：用来存储由用户编写的，通过编程器输入 的程序。 数据存储区：用来存储通过输入端子读取的输入信号状 态，输出端子输出信号状态，PLC中的各个内部器件的 状态，以及特殊功能要求的有关数据。 系统区：用来存放CPU的组态数据。
4.1.6 PLC的分类
（1）按结构形式分类 整体式PLC： 又称单元式或箱体式。整体式PLC是将电源、 CPU、I／0部件都集中装在一个机箱内。一般小型PLC采用 这种结构。 模块式PLC：将PLC各部分分成若干个单独的模块，如 CPU 模块、I／0模块、电源模块和各种功能模块。模块式PLC由 框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型PLC 采用模块式结构，有的小型PLC也采用这种结构。 有的PLC将整体式和模块式结合起来，称为叠装式PLC。
德国西门子（SIEMENS）公司S系列PLC 德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控 制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印 刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公 司的PLC产品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400 ，工业网络，HMI人机界面，工业软件等。
FN/P FL
(BIN) K/H SC (-) OP SRC READ WRT
是安装了专门的编程通讯
软件的个人计算机。
8
9 5
A
B
4
6
7
0
1
23Βιβλιοθήκη (HELP) ACLR (DELT) CLR CLR
ENT
手持式编程器
4.1.8 PLC的工作原理
上电处理：对系统的硬件和软件进行初始化。 循环扫描过程：按顺序循环执行各个阶段的任务。 出错处理：每扫描一次，执行一次自诊断检查。
3. 输入、输出单元(Input/Output Uint)
输入单元：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。
输入单元类型：直流输入单元 交流输入单元 交直流输入单元 输入信号：
1.控制信号：开机，关机，转换，调整，急停（控制台） 2.检测信号：传感器，继电器的触点，限位开关，行程开关等 这些信号有的是开关（或数字）量，有的是模拟量，有的 是直流信号，有的是交流信号。要根据输入信号的类型选择合 适的输入接口。
日本三菱公司PLC 小型：F1\F2\FX系列 大中型：A系列、QnA系列、Q系列 日本立石（OMRON）公司PLC SYSMAC C系列PLC 整体式结构的微型PLC机是以C20P为代表的机型 OMRON 中型机以C200H系列最为典型 日本松下公司PLC 松下公司的PLC产品中，FPO为微型机，FP1为整体式小 型机，FP3为中型机，FP5/FP10、FP10S（FP10的改进型） 、FP20为大型机，其中FP20是最新产品。
输入端子
RC滤波电路 PLC
发光二极管
3.3k
SBn
1000PF
内 部 电 470 路
24V – +
光电耦合器 COM 发光二极管 光电三极管
+ –
直流电源
直流输入单元
3. 输入、输出单元(Input/Output Uint)
输出单元：将CPU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，交流或直流供电
4.1.5 PLC与继电器控制的区别
用继电器控制系统 用PLC控制 实现比较复杂，修改困难，占用 体积小，连线少，控制灵活， 空间大 易于扩展 有继电器和晶体管输出方式， 取决于机械触点的动作速度，一 控制速度 特别是晶体管是无触点控制， 般为几十毫秒，并且容易出现触 输出控制速度很快，达到微秒 点抖动情况 级，不会出现触点抖动现象 可靠性 机械式，寿命短，可靠性和可维 连线少，可靠性高，寿命长 护性差 工作方式 并行工作方式 周期性循环扫描工作方式 由内部的晶振稳定给出，精度 用时间继电器定时，精度不高， 定时控制 很高，最小可为0.001S，最长 定时范围有限，受外界干扰影响 几乎没有限制 设计、施工、调试必须依次进行， 设计和施工可以同时进行，周 设计与施工 周期长，修改困难 期短，调试和修改都很方便 使用机械开关，继电器和接触器 PLC可以代替很多继电器，初期 价格 等，价格相对便宜，但使用数量 投资可能会稍大，但总体来说 多，总价并不便宜 性价比较高 比较项目 控制逻辑
控制接口电路
微处理器：
（1）通用处理器：8086、80286、80386 （2）单片机芯片：MCS-51、MCS-96 （3）位片式微处理器：AMD-2900，2901，2903 小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU 中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU 大型PLC多采用高速位片式微处理器
SB SQ SA
输 入 单 元
KM
微处理器 存储器 电源 输 出 单 元
YV HL
编程器或其他编程设备
4.1.7 PLC的基本结构
CPU芯片
Flash存储 器芯片
CPU单元 输出单元
输入单元
电源单元
IO单元
1.中央处理单元（Central Processing Unit,CPU）
CPU=微处理器（控制器+运算器+寄存器）+
4.1.3 PLC的应用领域
1．开关量的逻辑控制 2．运动控制 3．过程控制 4．数据处理 5．通信联网
4.1.4 PLC的主要特点
1．可靠性高，抗干扰能力强 2．配套齐全，功能完善，适用性强 3．编程方便，易学易用 4．系统的设计工作量小，维护方便，容易 改造 5．体积小，重量轻，能耗低，性价比高
晶体管 -- 高速小功率，直流供电 晶闸管 -- 高速大功率，交流供电
输出信号：
控制信号：如指示灯的亮或灭，电动机的启动，停止或正反转，设 备的转动，平移，升降，阀门的开闭等。 因为PLC的直接输出带负载的能力有限，所以PLC输出接口所 带的负载，通常是接触器的线圈，电磁阀的线圈，信号指示灯