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说 明与编程软件有关的教学内容请在教学时以软件演示为主,可参考视频教程中的讲法。在教案中仅给出提示。 课件中的图都是书中的,作者和出版社对这些图拥有版权,请不要用到正式出版物中。希望能得到各位老师使用教材的情况,例如学时数、讲课的内容和实验内容。衷心希望老师们对教材和课件提出宝贵的意见。作者E-mail:liaosuncqu.edu.cn。廖常初 2014年9月22日注:原课件分章节,此处合并,S7-200 SMART PLC编程及应用,重庆大学 廖常初主编,第1章 PLC的硬件与工作原理,1.1 S7-200 SMART系列PLC 1.1.1 PLC的基本结构,1CPU模块CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成。2I/O模块I/O模块是输入(Input)模块和输出(Output)模块的简称。输入模块用来采集输入信号,输出模块用来控制外部的负载和执行器。I/O模块还有电平转换与隔离的作用。3编程软件STEP 7-Micro/WIN SMART用来生成和编辑用户程序,和监控PLC的运行。4电源PLC使用AC 220V电源或DC 24V电源。小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器提供DC 24V电源。 1.1.2 S7-200 SMART的特点 1. S7-200 SMART的亮点1)品种丰富,配置灵活,10种CPU模块,CPU模块最多60个I/O点,标准型CPU最多可以配置6个扩展模块,经济型CPU价格便宜。 2)有4种可安装在CPU内的信号板,使配置更为灵活。3)CPU模块集成了以太网接口和RS-485接口,可扩展一块通信信号板。,4)场效应管输出的CPU集成了100kHz的2路或3路高速脉冲输出,集成了S7-200的位置控制模块的功能。 5)使用Micro SD(手机存储卡)可以实现程序的更新和PLC固件升级。6)编程软件界面友好,编程高效,融入了更多的人性化设计。7)S7-200 SMART、SMART LINE触摸屏、V20变频器和V80/V60伺服系统完美整合,无缝集成。2先进的程序结构 3灵活方便的存储器结构,大多数存储区可以按位、字节、字和双字读写。 4简化复杂编程任务的向导功能5强大的通信功能 6支持文本显示器和三种系列的触摸屏。7强大的运动控制功能 1.1.3 CPU模块1CPU模块的技术规范标准型CPU SR20/SR30/SR40/SR60、CPU ST20/ST30/ST40/ST60,可扩展6个扩展模块,SR和ST分别是继电器输出和晶体管输出。经济型的CPU CR40/CR60价格便宜,不能扩展。定时器/计数器各256点。,4点输入中断,2个定时中断。CPU SR60/ST60的用户存储器30KB,用户数据区20KB,最大数字量I/O 252点。标准型CPU最大模拟量I/O 36点,4点200kHz的高速计数器,晶体管输出的CPU有2点或3点100kHz高速输出。2CPU模块中的存储器PLC的程序分为操作系统和用户程序。RAM(随机存取存储器)的工作速度高、价格便宜、改写方便。断电后储存的信息丢失。ROM(只读存储器)只能读出,不能写入。断电后储存的信息不会丢失。EEPROM(可以电擦除可编程的只读存储器)的数据可以读出和改写,断电后信息不会丢失。写入数据的时间比RAM长,改写的次数有限制。用EEPROM来存储用户程序和需要长期保存的重要数据。,1.1.4 数字量扩展模块与信号板1数字量输入电路有8点输入、8点输出模块,16点、32点输入/输出模块。输出模块有DC 24V和继电器两种。1M是同一组输入点各内部输入电路的公共点。输入电流为数毫安。 外接触点接通时,发光二极管亮,光敏三极管饱和导通;反之发光二极管熄灭,光敏三极管截止,信号经内部电路传送给CPU模块。 电流从输入端流入为漏型输入,反之为源型输入。,图1-4 输入电路,2数字量输出电路继电器输出电路可以驱动直流负载和交流负载,承受瞬时过电压和过电流的能力较强,动作速度慢,动作次数有限。场效应管输出电路只能驱动直流负载。反应速度快、寿命长,过载能力稍差。,3. 信号板 SB AQ01:1点模拟量输出信号板。 SB DT04:2点数字量直流输入/2点数字量场效应管输出。 SB CM01:RS485/RS232信号板。 SB BA01:电池信号板,使用CR1025 纽扣电池,保持时间大约一年。,1.1.5 模拟量扩展模块1PLC对模拟量的处理模拟量输入模块将模拟量转换为多位数字量。模拟量输出模块将PLC中的多位数字量转换为模拟量电压或电流。有4AI、2AO、4AI/2AO、2路热电阻、4路热电偶模块。2模拟量输入模块EM AE04有4种量程(020mA、10V、5V和2.5V)。电压模式的分辨率为11位+符号位,电流模式的分辨率为11位。单极性满量程输入范围对应的数字量输出为027648。双极性满量程输入范围对应的数字量输出为27648+27648。3将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理量【例1-1】压力变送器(010MPa)的输出信号为DC 420mA,模拟量输入模块将020mA转换为027648的数字量,设转换后得到的数字为N,试求以kPa为单位的压力值。解:420mA的模拟量对应于数字量553027648,压力的计算公式为,4模拟量输出模块EM AQ02有10V和020mA两种量程,对应的数字量分别为27648+27648和027648。满量程时电压输出和电流输出的分辨率分别为10位 + 符号位和10位。5热电阻扩展模块与热电偶扩展模块温度测量的分辨率为0.1C/0.1F,电阻测量的分辨率为15位 + 符号位。 1.1.6 I/O的地址分配与外部接线用系统块组态硬件时,编程软件自动地分配各模块和信号板的地址。硬件组态演示,1.2 PLC的工作原理 1.2.1 用触点和线圈实现逻辑运算用逻辑代数中的1和0来表示数字量控制系统中变量的两种相反的工作状态。线圈通电、常开触点接通、常闭触点断开为1状态,反之为0状态。在波形图中,用高、低电平分别表示1、0状态。,图1-8 基本逻辑电路,图1-9 异步电动机主电路、控制电路与波形图,按下起动按钮SB1,电流经SB1和SB2的触点流过KM的线圈。KM的主触点闭合,电动机开始运行。KM的辅助常开触点同时接通。放开起动按钮,SB1的常开触点断开,电流经KM的辅助常开触点和SB2的常闭触点流过KM的线圈。KM常开触点的功能称为“自锁”或“自保持”。图1-9中的继电器电路称为起动-保持-停止电路,简称为起保停电路。逻辑代数式为,逻辑代数式 中的加号表示逻辑“或”,乘号(或*号)表示逻辑“与”,上划线表示逻辑“非”。逻辑运算的规则为先“与”后“或”,括号优先。 1.4.2 PLC的工作原理初始化后PLC反复不停地分5个阶段处理各种任务。每次循环的时间称为扫描周期。1. 读取输入外部输入电路接通时, 对应的过程映像输入寄存器为ON(1状态), 梯形图中对应的常开触点闭合,常闭触点断开。反之过程映像输入寄存器为OFF(0状态)。2. 执行用户程序如果没有跳转指令,CPU逐条顺序地执行用户程序。执行程序时,对输入/输出的读写通常是通过过程映像输入/输出寄存器,而不是实际的I/O点。3. 通信处理4. CPU自诊断测试,图1-10 扫描过程示意图5. 改写输出梯形图中某一输出位的线圈“通电”,对应的过程映像输出寄存器中的二进制数为1,对应的硬件继电器的常开触点闭合,外部负载通电。反之外部负载断电。 可用中断程序和立即I/O指令提高PLC的响应速度。,8PLC的工作过程举例在读取输入阶段,SB1和SB2的常开触点的接通/断开状态被读入相应的过程映像输入寄存器。,图1-11 PLC外部接线图与梯形图,LD I0.1 O Q0.0 AN I0.2 = Q0.0,执行第一条指令时,从过程映像输入寄存器I0.1中取出二进制数,存入堆栈的栈顶。执行第二条指令时,从过程映像输出寄存器Q0.0中取出二进制数,与栈顶中的二进制数相“或”,运算结果存入栈顶。执行第三条指令时,因为是常闭触点,取出过程映像输入寄存器I0.2中的二进制数后,将它取反,与前面的运算结果相“与”后,存入栈顶。执行第四条指令时,将栈顶中的二进制数传送到Q0.0的过程映像输出寄存器。在修改输出阶段,CPU将各过程映像输出寄存器中的二进制数传送给输出模块并锁存起来,如果Q0.0中存放的是二进制数1,外接的KM线圈将通电,反之将断电。,填空题 1) PLC主要由 、 、 和 组成。 2) 继电器的线圈“断电”时,其常开触点 ,常闭触点 。 3) 外部输入电路断开时,对应的输入过程映像寄存器为 状态,梯形图中对应的常开触点 ,常闭触点_。 4) 若梯形图中输出Q的线圈“通电”,对应的输出过程映像寄存器为 状态,在修改输出阶段后,继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈 ,其常开触点 ,外部负载 。,第2章 编程软件使用指南,2.1 编程软件概述 2.1.1 编程软件的界面1安装编程软件操作系统可以是Windows XP SP3、32位和64位的Windows 7。双击setup.exe,开始安装,使用默认的安装语言简体中文。可以选择软件安装的目标文件夹。2项目的基本组件1)程序块包括主程序(OB1)、子程序和中断程序,统称为POU(程序组织单元)。2)数据块用于给V存储器赋初值。3)系统块用于硬件组态和设置参数。4)符号表用符号来代替存储器的地址,使程序更容易理解。5)状态图表用来监视、修改和强制程序执行时指定的变量的状态。,3快速访问工具栏,可自定义工具栏上的命令按钮。4菜单带状式菜单功能区的最小化、打开和关闭。5项目树与导航栏项目树文件夹的打开和关闭,右键功能的使用,单击打开导航栏上的对象。项目树宽度的调节。6 状态栏插入(INS)、覆盖(OVR)模式的切换,梯形图缩放工具的使用。 2.1.2 窗口操作与帮助功能1打开和关闭窗口2窗口的浮动与停靠,定位器的作用3窗口的合并4窗口高度的调整5窗口的隐藏与停靠,6帮助功能的使用(1)在线帮助:单击选中的对象后按F1键。(2)用帮助菜单获得帮助 单击“帮助”菜单功能区的 “帮助”按钮,打开在线帮助窗口。用目录浏览器寻找帮助主题。双击索引中的某一关键词,可以获得有关的帮助。 在“搜索”选项卡输入要查找的名词,单击“列出主题”按钮,将列出所有查找到的主题。计算机联网时单击“帮助”菜单功能区的 “支持”按钮,打开西门子的全球技术支持网站。 2.2 程序的编写与下载 2.2.1 创建项目1创建项目或打开已有的项目,可打开S7-200的项目。2硬件组态 用系统块生成一个与实际的硬件系统相同的系统,设置各模块和信号板的参数。硬件组态给出了PLC输入/输出点的地址,为设计用户程序打下了基础。组态演示。,3保存文件 4控制要求,2.2.2 生成用户程序1编写用户程序 2对程序段的操作 梯形图中的一个程序段只能有一块不能分开的独立电路。语句表允许将若干个独立电路对应的语句放在一个网络中,这样的程序段不能转换为梯形图。选中单个、多个程序段或单个元件,可删除、复制、剪切、粘贴选中的对象。,3单击工具栏上的按钮,打开和关闭POU注释和程序段注释 。4单击工具栏上的“编译”按钮,编译程序。输出窗口显示出错误和警告信息。下载之前自动地对程序进行编译。5设置程序编辑器的参数单击“工具”菜单功能区的“选项”按钮,打开“选项”对话框,选中“LAD”,可设置网格的宽度和字符属性等。选中“LAD”下面的“状态”,可以设置梯形图程序状态监控时的参数。选中“常规”,可设置指令助记符等。选中“项目”,可设置默认的文件保存位置。 2.2.3 以太网基础知识 1以太网用于S7-200 SMART与编程计算机、人机界面和其它S7 PLC的通信。2MAC地址是以太网端口设备的物理地址,6个字节用短划线分隔,例如00-05-BA-CE-07-0C。 3IP地址由4个字节组成,用小数点分隔。,
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