可编程序控制器 与工业控制网络主讲老师: 潘运红EMAIL: luckypanygmail.com1目 录第一章 电气控制基础第二章 可编程序控制器概述第三章 可编程序控制器的基本组成和工作原理第四章 S7-200可编程序控制器的系统配置第五章 S7-200可编程序控制器的指令系统第六章 STEP7-Micro/WIN32编程软件功能及使用第七章 可编程序控制器的控制系统设计第八章 S7-300和S7-400可编程序控制器的系统配置及编程第九章 可编程序控制器的通信及网络2简单的控制系统实例 全自动护理病床 机械手控制系统3第一章 电气控制基础一、传统电气控制系统简介二、常用低压电器简介三、电气控制线路基础4一、传统电气控制系统简介传统继电接触式控制系统 20世纪70年代以前，电气自动控制的任 务基本上都由其完成； 主要由继电器、接触器、按钮等低压电 器组成；5二、常用低压电器简介1、定义低压电器是一种能根据外界的信号（机械 力、电动力和其他物理量），自动或手动接通 和断开电路，从而断续或连续改变电路参数或 状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、 保护、检测和调节用的电气元件或设备。（控制电器按其工作电压的高低，以交流1200V、直 流1500V为界，可划分为高压控制电器和低压控制电器 两大类。）62、分类常用低压电器接触器继电器开关电器行程开关熔断器其他电器（如按钮、指示灯等）交流接触器直流接触器电磁式继电器热继电器时间继电器温度继电器速度继电器压力继电器刀开关低压断路器直动式滚动式微动式管式螺旋塞式快速式7按钮一种常用的控制电器元件， 常用来接通或断开控制电路 （其中电流很小），从而达 到控制电动机或其他电气设 备运行目的的一种开关。 8交流接触器广泛用作电力的开断和控制电路。它利用主触 点来开闭电路，用辅助触点来执行控制指令。 主触点一般只有常开触点，而辅助触点常有两 对具有常开和常闭功能的触点。9电流继电器继电器是一种控制器件，在自动控制电路中起着自动调节、 安全保护、转换电路等作用。电流继电器是当输入量(激励量)是电流并当其达到规定的电 流值时做出相应动作的一种继电器。通常是用较小的电流去 控制较大电流的一种“自动开关”。10中间继电器中间继电器是辅助继电器，是用于增加控制电路中 的信号数量或信号强度的一种继电器。11热继电器利用输入电流所产生的热效应能够做出相应动作的 一种继电器。通常用于实现电动机的过载保护。 12时间继电器时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实 现延时控制的自动开关装置。它的种类很多， 有空气阻尼型、电动型和电子型和其他型等。13熔断器熔断器是当电流超过规定值时，以本身产生的热量使 熔体熔断，断开电路的一种电器。熔断器也被称为保 险丝，主要进行短路保护或严重过载保护。 14组合开关在电气控制线路中，组合开关是一种常被作为 电源引入的开关，可以用它来直接启动或停止 小功率电动机或使电动机正反转。局部照明电 路也常用它来控制。组合开关有单极、双极、 三极、四极几种。 15断路器断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流 ，并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件（ 包括短路条件）下的电流的开关装置。当发生严重的过载 或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于 熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。 16刀开关刀开关又称闸刀开关或隔离开关，它是手控电 器中最简单而使用又较广泛的一种低压电器。173、常用低压电器的基本结构和工作原理（1）电磁式低压电器n 电磁式低压电器在电气控制线路中使用量最大，类 型也很多；n 各类电磁式低压电器在工作原理和构造上基本相同 ，结构主要组成部分：电磁机构和触点系统。下面是电磁式电器及其简单结构和工作原理示意 图：18接触器继电器19交流接触器的结构和工作原理图一：电磁机构：线圈、铁芯和 衔铁触点：静触点、动触 点动触点静触点20电磁机构：线圈、铁芯和 衔铁触点：静触点、动触 点静触点动触点交流接触器的结构和工作原理图二：21n 接触器工作原理：掌握了接触器的结构，就容易了解其工作原理 。当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁 心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触点动作：常闭 触点断开；常开触点闭合，两者是联动的。当线圈 断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下 释放，使触点复原：常开触点断开，常闭触点闭合 。22三、电气控制线路基础1、电气原理图介绍电气原理图中常用图形、文字符号23n 接触器在电气控制线路中的图形符号、文字符号：KMKMKM线圈常开触点常闭触点（电气原理图中常用图形、文字符号表）24n 电气原理图（1）一般分主电路和辅助电路两部分。主电路是电气控制线路中大电流通过的部分，包括从电源 到电机之间相连的电器元件；辅助电路是控制线路中除主电路 外的电路，其流过的电流较小，包括控制电路、照明电路、信 号电路和保护电路。（2）电气原理图中所有电器元件都应采用国家标准中 统一规定的图形符号和文字符号。25（3）当同一电器元件的不同部件（如线圈、触点）分散在不同 位置时，为了表示同一元件，要在电器元件的不同部件处标注 统一的文字符号。（4）所有电器的可动部分均按没有通电或没有外力作用时的状 态画出。2、电气原理图举例下面以单相点动控制电路、三相电机全压启动控制电路、 三相电机单向运行反接制动电路和三相电机顺序控制电路为例 来了解电气原理图的组成及其电路的工作原理。KM1 KM1KM1线圈常开触点常闭触点26（1）单向点动控制电路电气原理图 及分析27（2）三相电机全压启动控制电路电气原理图及分析弄懂：自锁自锁28（3）三相电机单向 运行反接制动电路互 锁说明： SB2:起动按钮 SB1:停车按钮 KS：速度继电器 （M转速高于某值时KS常 开触电闭合，低于某值时 断开）分析：（1）起动运行 （2）停车制动弄懂：互锁自锁29（4）三相电机顺序控制电路说明：SB2是M1起动按钮；SB4是M2起动按钮。用按钮SB4 控制第二台 电机启动用时间继电器 KT控制第二 台电机启动30n 传统继电接触器控制系统的优缺点：传统继电接触器控制系统是把各种继电器、定时 器、接触器等低压控制电器及其触点按一定的逻辑关 系连接起来组成控制系统，来控制各种生产机械的， 很明显，其具有以下优缺点：优点：结构简单、容易掌握、价格低廉等；缺点：设备体积大，耗电多，可靠性差、寿命短，动 作速度慢、功能少，适应性差，难于实现较复杂的控 制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线 复杂，当生产工艺或对象需要改变时，原有的接线和 控制盘（柜）就要更换，所以通用性和灵活性较差。 31作业： 电磁式低压电器的结构组成及工作原理，重点弄清 楚线圈和触点之间的动作关系。 看第一章，看懂并能分析课堂中介绍的几个电机控 制电路的控制流程，重点弄懂“自锁”（P15图1-15） 、“互锁”（P15图1-22）、“点动”（P15图1-14）控制 环节的实现及其作用。32第二章 可编程序控制器概述 PLC的由来和定义 PLC的发展概况和发展趋势 PLC的主要功能和特点 PLC的分类33第一节 PLC的由来和定义一、PLC的由来现状： 计算机技术的发展、 传统的继电器控制系统的不足为适应市场的竞争要求，各生产厂家对控制系统提出了 要求，要求结合：n 继电器控制的简单易懂、使用方便、价格低廉的优点n 计算机的功能完善、灵活性、通用性好的优点提出了将继电接触控制的硬连线逻辑转变为计算机的软将继电接触控制的硬连线逻辑转变为计算机的软 件逻辑件逻辑编程的设想。可编程序控制器正是顺应这一要求出现的，它是以微处 理器为基础的通用工业控制装置。341968年美国通用汽车公司提出要研制一种新型的工业控制装 置来取代继电器控制装置，十项公开招标的技术要求如下：1）软连接代替硬接线，编程简单方便，可在现场修改程序；2）硬件维护方便，最好是插件式结构；3）可靠性要高于继电器控制装置；4）体积小于继电器控制装置；5）有数据通讯功能；6）成本低于继电器控制装置；7）输入可以是交流115V，输出为交流115V，2A以上，能直 接驱动电磁阀；8）可在恶劣环境下工作；9）扩展时，原系统变更要小；10）用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB。核心思想： 用程序代替硬接线 输入/输出电平可与外部装置直接相联 结构易于扩展1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一 台PLC（PDP-14），并在通用公司（GM）汽车生产 线上应用成功。35二、PLC的定义国际电工委员会（IEC）在1985年的PLC标准草案第3稿 中，对PLC作了如下定义：可编程序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、顺序控制、定时、计数和算术 运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出， 控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关 设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充 其功能的原则设计。n 定义中强调：PLC应直接应用于工业环境，必须有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用能力。36第二节 PLC的发展概况和发展趋势一、PLC的发展概况PLC的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关。四个阶段：（一）第一阶段：初创阶段 (1969年第1台PLC问世到1972年) 采用计算机的初级语言编写应用程序； CPU采用中小规模集成电路组成； 以逻辑运算为主，实质上是一台专用的逻辑控制计算机。第一台PLC的功绩是把计算机的程序存储技术引入继电器控制系统。 37（二）第二阶段：成熟、实用化阶段 （1973年到1978年） 大规模集成电路促进了微机的发展，出现了以微处理器为核 心的新一代PLC； 控制功能上增强了很多：位逻辑运算、计时、计数、数值（字）运算、数据处理、数据传送、监控、记录显示、计算机接 口、模拟量控制等功能； 开发了面向用户的梯形图编程法；38（三）第三阶段：大发展阶段 （从1978年到1984年） 应用面扩大，需求量大增，几乎覆盖了所有的工业企业。 品种越来越多，新的PLC生产厂家不断增加； 功能更多，增加了很多特殊功能、处理速度更快 、还具有通信功能和远程I/O能力，初步形成了分布式通信网络体系；39（四）第四阶段：继续发展阶段（从1984年至今） 超大规模集成电路技术的发展，微处理器价格大跌、处理 速度等性能提高；PLC的软硬件功能已接近于工业控制计算机的强有力的软硬件功能。 网络通信功能、监控功能增强； 编程语言更丰富，除了传统的梯形图、流程图、语句表外，还能用高级语言； PLC的人机对话能力增强，编程软件得到普及和简化，编程排错纠错能力加强，还可在线仿真，加快了软件开发的周期 。 标准化：1993年颁布了IEC 11313国际标准（PLC编程语言标准），标准化处于进程中。40二、PLC的发展趋势虽然PLC只有40多年历史，但发展势头迅猛，是当今增长速度最快的工业控制器。为适应不同场合和不同要求的控制需要，其继续发展方向两极分化：大型化、小型化（一）大型化大存储容量、高速度、高性能、增加I/O点数。主要表现在以下几个方面：411、增强网络通信功能 2、发展智能模块 3、外部故障诊断功能 4、编程语言、编程工具标准化、高级化 5、实现软件、硬件标准化 6、编程组态软件发展迅速（二）小型化发展小型化PLC，目的是为了占领广大的、分散的、中 小型的工业控制场合；小型、超小型、微小型PLC不仅便于机电一体化，也是实现家庭自动化的理想控制器。小型PLC向着简易化、体积小、功能强、价格低的方向发展。例如：西门子公司的LOGO！通用逻辑模