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(共54张PPT)
项目六 可编程控制器（PLC）
认识PLC
任务一
S7-300的硬件系统
任务二
S7-300的指令系统
任务三
S7-300控制的三相异步电动机的Y/△降压启动
任务四
学习目标
1.了解PLC的产生、发展、特点、组成及工作原理；
2.了解西门子公司的S7-300的硬件系统和软件系统；
3.能够进行简单的编程。
项目六 可编程控制器（PLC）
任务一 认识PLC
一、可编程控制器（PLC）的产生与发展
1.可编程控制器的定义
可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”
早期的可编程控制器主要用于代替继电器实现逻辑控制，因此称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。
任务一 认识PLC
2.可编程控制器的发展
一、可编程控制器（PLC）的产生与发展
1968年美国GM（通用汽车）公司为适应汽车型号的不断变化，根据生产的需要提出了如下设想：能否把计算机功能完善、灵活、通用性等优点和继电器的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来做成一种通用的控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方法加以简化，用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，使不熟悉计算机的人也能方便应用。这一设想提出后，美国数字设备公司（DEC）首先响应，于1969年成功研制出了第一台可编程序控制器PDP-14，在GM公司汽车生产线上使用成功。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。
任务一 认识PLC
2.可编程控制器的发展
一、可编程控制器（PLC）的产生与发展
从此，这项技术迅速发展起来。1971年日本研制出了第一台可编程控制器。1973年欧洲国家也研制出了可编程控制器。我国从1974年开始研制，1977年开始应用于工业。早期的可编程控制器主要由分立元件和小规模集成电路组成。20世纪70年代初期，出现了微处理器，70年代中期，微处理器被应用于PLC，使PLC工作速度加快，功能增强，可靠性大大提高。20世纪90年代，可编程控制器几乎计算机化，速度更快，功能更强，各种模块不断开发出来。
目前世界上应用得最多的PLC有三大系：美国系，欧洲系，日本系。
任务一 认识PLC
二、可编程控制器的组成与工作原理
1.组成
（1）中央处理器(CPU)
（2）存储器
（3）输入/输出单元
（4）电源
（5）I/O扩展接口
（6）通信接口
（7）智能单元
（8）外部设备
任务一 认识PLC
二、可编程控制器的组成与工作原理
1.组成
PLC硬件系统简化框图
任务一 认识PLC
二、可编程控制器的组成与工作原理
2.工作原理
PLC的工作过程
PLC的工作过程一般分为三个主要阶段：输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段。
任务一 认识PLC
三、可编程控制器的分类、特点及应用
1.分类
①整体式结构
②模块式结构
1）按结构形式分类
任务一 认识PLC
三、可编程控制器的分类、特点及应用
1.分类
2）按I/O点数分类
②中型PLC
③大型PLC
①小型PLC
任务一 认识PLC
三、可编程控制器的分类、特点及应用
1.分类
3）按功能分类
（3）
（1）
（2）
②中档PLC
①低档PLC
③高档PLC
2.特点
任务一 认识PLC
三、可编程控制器的分类、特点及应用
1
2
3
4
5
通用性强。
可靠性高，抗干扰能力强。
配套齐全，功能完善，适用性强。
系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。
编程简单，易学易用，深受工程技术人员欢迎。
6
体积小，重量轻，能耗低。
任务一 认识PLC
三、可编程控制器的分类、特点及应用
3.应用
(1)开关量的逻辑控制
(2)模拟量控制
(3)运动控制
(4)过程控制
(5)数据处理
(6)通信及联网
任务二 S7-300的硬件系统
S7-300PLC的基本结构
任务二 S7-300的硬件系统
1.机架
机架用于安装和连接PLC的所有模块。它是特制不锈钢异型板，其长度有160，482，530，830，2000（mm）五种，可根据实际需要选择。电源模块、CPU及其它信号模块都可方便地安装在导轨上。
填料密封管式熔断器。
2.电源模块
PS 307（2A）的模块示意图
PS 307电源模块将120/230伏交流电压转换为24V直流电压，为S7-300、传感器和执行器供电。输出电流有2A、5A或10A三种。电源模块安装在DIN导轨上的插槽1上。
任务二 S7-300的硬件系统
3.CPU模块
（1）CPU的操作模式
CPU有四种操作模式：STOP（停机）、STARTUP（启动）、RUN（运行）和HOLD（保持）。在所有的模式中，都可以通过MPI接口与其他设备通信。
①STOP模式：CPU模块通电后自动进入STOP模式，在该模式下不执行用户程序，可以接收全局数据和检查系统。
②STARTUP模式：可以用模式选择开关或编程软件启动CPU。如果模式选择开关在RUN或RUN-P位置，通电时自动进入启动模式。
③RUN模式：执行用户程序，刷新输入和输出，处理中断和故障信息服务。
④HOLD模式：在STARTUP和RUN模式执行程序时遇到调试用的断点，用户程序的执行被挂起（暂停），定时器被冻结。
任务二 S7-300的硬件系统
3.CPU模块
（2）存储器区域
PLC的系统程序相当于个人计算机的操作系统，它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各种工作。系统程序由PLC生产厂家设计并固化在ROM中，用户不能读取。用户程序由用户设计，它使PLC能完成用户要求的特定功能。用户程序存储器的容量以字节为单位，不同的程序对应不同的存储区域。
任务二 S7-300的硬件系统
4.信号（SM）模块
5.通讯接口模块
信号模块（SM）也叫输入/输出模块，是CPU 模块与现场输入输出元件和设备连接的桥梁，用户可根据现场输入/输出设备选择各种用途的I/O模块。
通信处理器用于PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与计算机和其他职能设备之间的通信，可以将PLC接入MPI、PROFEBUS-DP、AS-i和工业以太网，或者用于实现点对点通信。
任务二 S7-300的硬件系统
7.接口模块
6.功能模块
功能模块FM主要用于实时性强、存储计数量较大的过程信号处理任务。它们在不占用CPU资源的情况下对来自设备系统的信号进行运算与处理，并将此信号反送给控制过程，或者传送给CPU的内部接口。
用来实现中央机架与扩展机架之间的通信。CPU模块所在的机架称为中央机架，如果一个机架不能容纳控制系统的全部模块，可以增设一个或多个扩展机架。在中央机架上安装的接口模块为IMS（发送器），在扩展机架上安装的接口模块为IMR（接收器）
任务三 S7-300的指令系统
一、数据类型
1.基本数据类型
任务三 S7-300的指令系统
一、数据类型
2.复杂数据类型
（1）数组（ARRAY）:数组是由一组同一类型的数据组合在一起而形成的复杂数据类型。
（2）结构（STRUCT）:结构是由一组不同类型（结构的元素可以是基本的或复杂的数据类型）的数据组合在一起而形成的复杂数据类型。
（3）字符串（STRING）:字符串是最多有254个字符（CHAR）的一维数组，最大长度为256个字节（其中前两个字节用来存储字符串的长度信息）。
（4）日期和时间（DATE_AND_TIME）:用于存储年、月、日、时、分、秒、毫秒和星期，占用8个字节，用BCD格式保存。
（5）用户定义的数据类型(UDT):用户定义数据类型表示自定义的结构，存放在UDT块中（UDT1～UDT65535），在另一个数据类型中作为一个数据类型“模板”。
（6）功能块类型（FB、SFB）:这种数据类型仅可以在FB的静态变量区定义，用于实现多背景DB。
任务三 S7-300的指令系统
一、数据类型
3.参数数据类型
（1）TIMER（定时器）和COUNTER（计数器）。
（2）BLOCK（块）：指定一个块用作输入和输出，实参应为同类型的块。
（3）POINTER（指针）：6字节指针类型，用来传递DB的块号和数据地址。
（4）ANY：10字节指针类型，用来传递DB块号、数据地址、数据数量以及数据类型。
任务三 S7-300的指令系统
二、STEP7中的编程语言
1.梯形图(LAD)
2.语句表(STL)
梯形图举例
语句表（STL）举例
任务三 S7-300的指令系统
3.功能块图(FBD)
功能块图举例
二、STEP7中的编程语言
任务三 S7-300的指令系统
三、S7-300的基本指令
1.基本逻辑指令
逻辑“与”指令指令格式
（1）逻辑“与”指令A
使用“与”指令可以检查被寻址位的信号状态是否为“1”，并将检查结果与逻辑运算结果（RLO）进行“与”运算。
“与非”指令格式
三、S7-300的基本指令
任务三 S7-300的指令系统
1.基本逻辑指令
（2）逻辑“与非”指令AN
使用“与非”指令可以检查被寻址位的信号状态是否为“0”，并将检查结果与逻辑运算结果（RLO）进行“与”运算。
“或”指令格式
三、S7-300的基本指令
任务三 S7-300的指令系统
1.基本逻辑指令
（3）逻辑“或”指令O
使用“或”指令可以检查被寻址位的信号状态是否为“1”，并将检查结果与逻辑运算结果（RLO）进行“或”运算。
“或非”指令格式
三、S7-300的基本指令
任务三 S7-300的指令系统
1.基本逻辑指令
（4）逻辑 “或非”指令 ON
（5）
使用“或非”指令可以检查被寻址位的信号状态是否为“0”，并将检查结果与逻辑运算结果（RLO）进行“或”运算。
三、S7-300的基本指令
任务三 S7-300的指令系统
1.基本逻辑指令
（5）输出指令：=
将逻辑运算结果输出到指定存储器位或输出继电器对应的映像寄存器位，以驱动本位线圈。
指令格式：= bit； 例： = Q2.6
2.置位与复位指令
任务三 S7-300的指令系统
三、S7-300的基本指令
置位指令
复位指令
置位指令(Set)：当某个扫描周期RLO=1时，指定的地址被置位为信号状态“1”，保持置位，直到它被另一条指令复位或赋值为“0”为止。
复位指令(Reset)：当某个扫描周期RLO=1时，指定的地址被置位为信号状态“0”，保持复位，直到它被另一条指令置位或赋值为“1”为止。
三、S7-300的基本指令
任务三 S7-300的指令系统
3.边沿检测指令
检测RLO上升沿的指令
检测RLO下降沿的指令
RLO的边沿检测指令的时序图
（1）RLO的边沿检测指令
任务三 S7-300的指令系统
三、S7-300的基本指令
3.边沿检测指令
检测信号上升沿的指令
检测信号下降沿的指令
信号的边沿检测指令的时序图
（2）信号的边沿检测指令
定时器 说明
S_PULSE 脉冲定时器 输出信号保持为1的最大时间与设定的时间值t相同。如果输入信号变为0，则输出信号在较短的时间内保持为1。
S_PEXT 扩展脉冲定时器 输出信号在设定的时间长度内保持为1，无论输入信号保持1多长时间。
S_ODT 接通延时定时器 只有在设定的时间已过且输入信号仍为1时，输出信号才变为1。
S_ODTS保持接通延时定时器 只有在设定的时间已过时，输出信号才从0变为1，无论输入信号保持1多长时间。
S_OFFDT 断开延时定时器 输入信号变为1或定时器运行时，输出信号变为1。输入信号从1变为0时，时间启动。
任务三 S7-300的指令系统
三、S7-300的基本指令
4.定时器指令
S7-300 PLC为用户提供了五种类型的定时器：脉冲定时器、扩展的脉冲定时器、接通延时定时器(ODT)、保持型接通延时定时器(ODTS)和断开延时定时器(OFFDT)。
任务三 S7-300的指令系统
三、S7-300的基本指令
5.计数器指令
S7-300 PLC的计数器有3种：加计数器(CTU)、加／减计数器(CTUD)和减计数器(CTD)。
S7-300 PLC提供了CO～C255共256个计数器，每一个计数器都具有三种功能。由于每个计数器只有一个当前值，因此不能把一个计数器号当作几个类型的计数器来使用。在程序中，既可以访问计数器位（表明计数器状态），也可以访问计数器的当前值，它们的使用方式相同，都以计数器加编号的方式访问，可根据使用的指令方式的不同由程序确定。
控制指令可控制程序的执行顺序，使得CPU能根据不同的情况执行不同的程序。控制指令有3类：逻辑控制指令、 程序控制指令、主控继电器指令。
6.程序控制指令
任务三 S7-300的指令系统
三、S7-300的基本指令
7. 比较指令
（1）整数比较指令
任务三 S7-300的指令系统
三、S7-300的基本指令
7. 比较指令
（2）长整数比较指令
任务三 S7-300的指令系统
三、S7-300的基本指令
7. 比较指令
（3）实数比较指令
任务四 S7-300控制的三相异步电动机的Y/△降压启动
一、梯形图编程规则
1.PLC内部元器件触点的使用次数是无限制的。
2.梯形图的每一行都是从左边母线开始，然后是各种触点的逻辑连接，最后以线圈或指令盒结束。触点不能放在线圈的右边。
梯形图编程的基本规则
任务四 S7-300控制的三相异步电动机的Y/△降压启动
3.线圈和指令盒一般不能直接连接在左边的母线上，如需要可通过特殊的中间继电器SM0.0(常ON特殊中间继电器)完成。
一、梯形图编程规则
梯形图编程的基本规则
4.在同一程序中，同一编号的线圈使用两次及两次以上称为双线圈输出。双线圈输出非常容易引起误动作，所以应避免使用。S7-300 PLC中不允许双线圈输出。
5.应把串联多的电路块尽量放在最上边，把并联多的电路块尽量放在最左边。这样一是节省指令，减少用户程序区域；二是美观。
任务四 S7-300控制的三相异步电动机的Y/△降压启动
一、梯形图编程规则
梯形图编程的基本规则
6.不包含触点的分支线条应放在垂直方向，不要放在水平方向，以便于读图和图形的美观。
任务四 S7-300控制的三相异步电动机的Y/△降压启动
一、梯形图编程规则
梯形图编程的基本规则
二、典型控制电路的编程
1.自锁控制
(a)梯形图 (b)语句表
任务四 S7-300控制的三相异步电动机的Y/△降压启动
2.互锁控制（联锁控制）
二、典型控制电路的编程
(a)梯形图 (b)语句表
任务四 S7-300控制的三相异步电动机的Y/△降压启动
二、典型控制电路的编程
(a)梯形图 (b)语句表
任务四 S7-300控制的三相异步电动机的Y/△降压启动
3.瞬时接通／延时断开电路
二、典型控制电路的编程
4.延时接通／延时断开电路
(a)梯形图 (b)语句表
任务四 S7-300控制的三相异步电动机的Y/△降压启动
二、典型控制电路的编程
5．闪烁控制电路
(a)梯形图 (b)语句表
任务四 S7-300控制的三相异步电动机的Y/△降压启动
三、三相电机的PLC控制系统设计
任务四 S7-300控制的三相异步电动机的Y/△降压启动
设计步骤：
（1）分析三相异步电机动的控制电路,确定具体的工作过程，输入输出设备，各元器件的作用。
（2）根据第1步，确定I/O分配表。
（3）根据上面的I/O分配表格，画出PLC接线图。
（4）观察继电器接触器控制电路部分，并把这部分电路横过来看，根据控制电路图对其硬件触点进行转化，得到控制线路图，最后转化为梯形图和对应的语句表。
三、三相电机的PLC控制系统设计
1.电机正反转的PLC控制电路
电机的正反转继电器控制电路图 电机的正反转PLC控制接线图
任务四 S7-300控制的三相异步电动机的Y/△降压启动
输入 输出
名称 符号 输入点 名称 符号 输出点
停止按钮 SB1 0.2 正转接触器 KM1 4.0
正转按钮 SB2 0.0 反转接触器 KM2 4.1
反转按钮 SB3 0.1
热继电器 FR 0.5
三、三相电机的PLC控制系统设计
1.电机正反转的PLC控制电路
三相异步电机的正反转PLC控制的I/O端口分配表
任务四 S7-300控制的三相异步电动机的Y/△降压启动
三、三相电机的PLC控制系统设计
1.电机正反转的PLC控制电路
梯形图 语句表
任务四 S7-300控制的三相异步电动机的Y/△降压启动
三、三相电机的PLC控制系统设计
2.PLC控制三相异步电机的Y-△起动电路
Y-△启动PLC控制接线图 电动机Y-△起动继电器控制电路
任务四 S7-300控制的三相异步电动机的Y/△降压启动
输入 输出
名称 符号 输入点 名称 符号 输出点
启动按钮 SB1 I0.0 电源接触器 KM1 Q0.0
停止按钮 SB2 I0.1 Y形接触器 KM3 Q0.3
△形接触器 KM2 Q0.2
三、三相电机的PLC控制系统设计
2.PLC控制三相异步电机的Y-△起动电路
电机Y-△启动PLC控制的I/O端口分配表
任务四 S7-300控制的三相异步电动机的Y/△降压启动
三、三相电机的PLC控制系统设计
2.PLC控制三相异步电机的Y-△起动电路
任务四 S7-300控制的三相异步电动机的Y/△降压启动
三、三相电机的PLC控制系统设计
2.PLC控制三相异步电机的Y-△起动电路
电动机Y-△启动语句表
任务四 S7-300控制的三相异步电动机的Y/△降压启动

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