电气控制与PLC应用实验指导书
电气控制与 PLC 应用 实验指导书
引言可编程控制器（PLC）是计算机家族中的一员，它是为工业控制应用而设计制造的，综合了计算机技术、自动化控制技术和通信技术的一种新型的、通用的自动控制装置。PLC以其功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程以及适于在工业环境下应用等一系列优点，成为控制领域中增长速度最迅猛的工业控制设备。德国西门子公司的PLC在我国PLC市场上的占有量已超过30%，特别是西门子公司推出的S7-200系列的PLC以其功能强大、性价比高等特点而深受国内用户的欢迎。为了使学生更易于了解并尽快掌握西门子S7-200系列PLC的性能和特点，并能更好地将其应用到工业控制中，特编写了基于西门子S7-200系列的PLC实验实验教材。本书的主要特点是：（1）由于电气控制与可编程控制器本是起源于同一体系，故在本书中增加了低压电器的介绍，使得在理论和应用上更加有机地结合在一起。（2）介绍了S7-200系列PLC的硬件、编程软件、编程语言、指令、程序结构等基础知识。（3）实验项目从提出训练目的和要求开始，设计实验内容，突出了操作技能的培养。（4）为使用方便，附录提供了S7-200系列PLC指令一览表。本书由理学院物理与电子科学系白海平编写。本书在编写过程中，得到了许多同事的支持和帮助，以及天煌仪器公司和西门子公司的帮助，在此一并表示衷心的感谢。由于编者水平有限，书中蔬漏和不足之处在所难免，恩请读者不各指正
引 言 可编程控制器（PLC）是计算机家族中的一员，它是为工业控制应用而设计制造的，综 合了计算机技术、自动化控制技术和通信技术的一种新型的、通用的自动控制装置。PLC 以 其功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程以及适于在工业环境下应用等一系列优点， 成为控制领域中增长速度最迅猛的工业控制设备。 德国西门子公司的 PLC 在我国 PLC 市场上的占有量已超过 30％，特别是西门子公司推 出的 S7-200 系列的 PLC 以其功能强大、性价比高等特点而深受国内用户的欢迎。为了使学 生更易于了解并尽快掌握西门子 S7-200 系列 PLC 的性能和特点，并能更好地将其应用到工 业控制中，特编写了基于西门子 S7-200 系列的 PLC 实验实验教材。 本书的主要特点是： （1）由于电气控制与可编程控制器本是起源于同一体系，故在本书中增加了低压电器的 介绍，使得在理论和应用上更加有机地结合在一起。 （2）介绍了 S7-200 系列 PLC 的硬件、编程软件、编程语言、指令、程序结构等基础知 识。 （3）实验项目从提出训练目的和要求开始，设计实验内容，突出了操作技能的培养。 （4）为使用方便，附录提供了 S7-200 系列 PLC 指令一览表。 本书由理学院物理与电子科学系白海平编写。 本书在编写过程中，得到了许多同事的支持和帮助，以及天煌仪器公司和西门子公司的 帮助，在此一并表示衷心的感谢。 由于编者水平有限，书中疏漏和不足之处在所难免，恳请读者不吝指正
目录第一章概述PLC的分类及特点.二、PLC的结构与工作原理3三、S7-200PLC的硬件组成及指令系统.5四、PLC控制系统的设计与故障诊断..7五、PLC的应用及展望.9第二章PLC基本技能实验.实验一PLC认知实验，9实验二13典型电动机控制实操实验三16数码显示控制实验四抢答器控制.19实验五音乐喷泉控制..23实验六装配流水线控制26实验七十字路口交通灯控制.30.33实验八水塔水位控制。实验九:36天塔之光控制实验十.39自动配料装车系统控制实验十一四节传送带控制43.47实验十二多种液体混合装置控制..51实验十三自动售货机控制实验十四.55自控轧钢机控制.实验十五:59邮件分栋机控制.实验十六自控成型机控制63实验十七，机械手控制..6670实验十八加工中心控制: 75实验十九三层电梯控制。实验二十四层电梯控制.79.84实验二十一自动洗衣机控制，实验二十二电镀生产线控制.8892第三章PLC实物控制实验.92实验二十三直线运动位置检测、定位控制实验二十四步进电机控制95实验二十五直流电机控制99
目 录 第一章 概 述 . 1 一、 PLC 的分类及特点. 1 二、 PLC 的结构与工作原理. 3 三、 S7-200 PLC 的硬件组成及指令系统. 5 四、 PLC 控制系统的设计与故障诊断. 7 五、 PLC 的应用及展望. 7 第二章 PLC 基本技能实验. 9 实验一 PLC 认知实验. 9 实验二 典型电动机控制实操 . 13 实验三 数码显示控制 . 16 实验四 抢答器控制 . 19 实验五 音乐喷泉控制 . 23 实验六 装配流水线控制 . 26 实验七 十字路口交通灯控制 . 30 实验八 水塔水位控制 . 33 实验九 天塔之光控制 . 36 实验十 自动配料装车系统控制 . 39 实验十一 四节传送带控制 . 43 实验十二 多种液体混合装置控制 . 47 实验十三 自动售货机控制 . 51 实验十四 自控轧钢机控制 . 55 实验十五 邮件分拣机控制 . 59 实验十六 自控成型机控制 . 63 实验十七 机械手控制 . 66 实验十八 加工中心控制 . 70 实验十九 三层电梯控制 . 75 实验二十 四层电梯控制 . 79 实验二十一 自动洗衣机控制 . 84 实验二十二 电镀生产线控制 . 88 第三章 PLC 实物控制实验 . 92 实验二十三 直线运动位置检测、定位控制 . 92 实验二十四 步进电机控制 . 95 实验二十五 直流电机控制 . 99
实验二十六温度PID控制102105实验二十七变频器功能参数设置与操作实验二十八外部端子点动控制.110实验二十九变频器控制电机正反转112实验三十多端速度选择变频器调速114117实验三十一变频器无级调速119附录S7-200PLC指令集
1 实验二十六 温度 PID 控制 . 102 实验二十七 变频器功能参数设置与操作 . 105 实验二十八 外部端子点动控制 . 110 实验二十九 变频器控制电机正反转 . 112 实验三十 多端速度选择变频器调速 . 114 实验三十一 变频器无级调速 . 117 附 录 S7-200 PLC 指令集. 119
第一章概述一、PLC的分类及特点可编程控制器简称PLC（ProgrammableLogicController），在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）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。(一）PLC 的分类按产地分，可分为日系、欧美、韩台、大陆等。其中日系具有代表性的为三菱、欧姆龙、松下、光洋等：欧美系列具有代表性的为西门子、A-B、通用电气、德州仪表等：韩台系列具有代表性的为LG、台达等：大陆系列具有代表性的为合利时、浙江中控等：按点数分，可分为大型机、中型机及小型机等。大型机一般I/0点数>2048点；具有多CPU，16位/32位处理器，用户存储器容量8～16K，具有代表性的为西门子S7一400系列、通用公司的GE一IV系列等；中型机一般I/0点数为2562048点；单/双CPU，用户存储器容量2～8K，具有代表性的为西门子S7一300系列、三菱Q系列等：小型机一般I/0点数<256点，单CPU，8位或16位处理器，用户存储器容量4K字以下，具有代表性的为西门子S7-200系列、三菱FX系列等；按结构分，可分为整体式和模块式。整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点；小型PLC一般采用这种整体式结构。模块式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等；扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU：基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接；整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。按功能分，可分为低档、中档、高档三类。低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能；还可有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能；主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能：有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。高档PLC除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等；高档PLC机1
1 第一章 概 述 一、 PLC 的分类及特点 可编程控制器简称 PLC（Programmable Logic Controller），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。 (一) PLC 的分类 按产地分，可分为日系、欧美、韩台、大陆等。其中日系具有代表性的为三菱、欧姆龙、 松下、光洋等；欧美系列具有代表性的为西门子、A-B、通用电气、德州仪表等；韩台系列具 有代表性的为 LG、台达等；大陆系列具有代表性的为合利时、浙江中控等； 按点数分，可分为大型机、中型机及小型机等。大型机一般 I/O 点数>2048 点；具有多 CPU，16 位/32 位处理器，用户存储器容量 8～16K，具有代表性的为西门子 S7－400 系列、 通用公司的 GE－Ⅳ系列等；中型机一般 I/O 点数为 256～2048 点；单/双 CPU，用户存储器容 量 2～8K，具有代表性的为西门子 S7－300 系列、三菱 Q 系列等；小型机一般 I/O 点数<256 点，单 CPU，8 位或 16 位处理器，用户存储器容量 4K 字以下，具有代表性的为西门子 S7-200 系列、三菱 FX 系列等； 按结构分，可分为整体式和模块式。整体式 PLC 是将电源、CPU、I/O 接口等部件都集中 装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点；小型 PLC 一般采用这种整体式结 构。模块式 PLC 由不同 I/O 点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有 CPU、 I/O 接口、与 I/O 扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或 EPROM 写入器相连的接口等；扩 展单元内只有 I/O 和电源等，没有 CPU；基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接；整 体式 PLC 一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。 这种模块式 PLC 的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于 扩展和维修。大、中型 PLC 一般采用模块式结构。还有一些 PLC 将整体式和模块式的特点结 合起来，构成所谓叠装式 PLC。 按功能分，可分为低档、中档、高档三类。低档 PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位 以及自诊断、监控等基本功能；还可有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、 通信等功能；主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。中档 PLC 除 具有低档 PLC 的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制 转换、远程 I/O、子程序、通信联网等功能；有些还可增设中断控制、PID 控制等功能，适用 于复杂控制系统。高档 PLC 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、 位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等；高档 PLC 机
具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂首动化。(二)PLC的特点1.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。一些使用完余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2.配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3.易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5.体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。(三)PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1.开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序2
2 具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自 动化。 (二) PLC 的特点 1. 可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严 格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统， 和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故 障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。 在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路 及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 2. 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的 工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各 种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、 CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各 种控制系统变得非常容易。 3. 易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易 于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、 不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 4. 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建 造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生 产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 5. 体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。 由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 (三) PLC 的应用领域 目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、 轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 1. 开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序
控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2.模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3.运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4.过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在治金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5.数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、治金、食品工业中的一些大型控制系统。6.通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。二、PLC的结构与工作原理PLC的结构PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。3
3 控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、 订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2. 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是 模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital） 之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器 用于模拟量控制。 3. 运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电 机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制 功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4. 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC 能 编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的 调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。PID 处理一般 是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的 应用。 5. 数据处理 现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排 序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储 器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将 它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过 程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6. 通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工 厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系 统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 二、 PLC 的结构与工作原理 PLC 的结构 PLC 的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由 主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成
可编程序控制器接触器H按钮山输输电磁阀选择开关入出CPUL1模F>T模模块I限位开关指示灯V块块电电源HL2电源?编程装置1.主机主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。2.输入/输出（I/0）接口I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/0接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁于扰从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过干点。3.电源图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。4.编程器编程器是PLC的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。5.输入/输出扩展单元I/0扩展接口用于连接扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）。6.外部设备接口此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户4
4 1.主机 主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU 是 PLC 的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即 读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编 程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC 的内部存储器有两类，一类 是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程 序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应 用程序及各种暂存数据和中间结果。 2.输入/输出（I/O）接口 I/O 接口是 PLC 与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、 触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输 出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O 接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰， 从而提高了可靠性。I/O 点数即输入/输出端子数是 PLC 的一项主要技术指标，通常小型机有 几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。 3.电源 图中电源是指为 CPU、存储器、I/O 接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源， 通常也为输入设备提供直流电源。 4.编程器 编程器是 PLC 的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检查、修改、 调试程序或监示 PLC 的工作情况。除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将 PLC 与 电脑联接，并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。 5.输入/输出扩展单元 I/O 扩展接口用于连接扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）。 6.外部设备接口 此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。 PLC 的工作原理 PLC 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在 PLC 运行时，CPU 根据用户 输 入 模 块 CPU 模 块 输 出 模 块 可编程序控制器 编程装置 接触器 电磁阀 指示灯 电 源 电 源 限位开关 选择开关 按 钮
按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，执行的结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。三、S7-200PLC的硬件组成及指令系统硬件组成S7-200CPU将一个微处理器、一个集成电源和数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微型PLC，具体见下图：I/O指示灯状态指示灯(LF、RUN、STOP)前盖（模式选择开关）可选卡插槽（模拟电位器）（1/O扩展端口）AO通信端口接线端子S7-200CPU模块包括一个中央处理器（CPU）、电源以及I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序和存储数据，以便对工业自动控制任务或过程进行控制输入和输出时系统的控制点：输入部分从现场设备中（例如传感器或开关）采集信号：输出部分则控制泵、电机、指示灯以及工业过程中的其他设备。电源向CPU及所连接的任何模块提供电力支持。通信端口用于连接CPU与上位机或其他工业设备5
5 按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫 描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新 返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和 对输出状态的刷新等工作。 PLC 的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。 PLC 在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的 通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭 输入端口，进入程序执行阶段。 PLC 在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，执行的结果 再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。 输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至 输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工 作。 三、 S7-200 PLC 的硬件组成及指令系统 硬件组成 S7-200CPU 将一个微处理器、一个集成电源和数字量 I/O 点集成在一个紧凑的封装中， 从而形成了一个功能强大的微型 PLC，具体见下图： S7-200CPU 模块包括一个中央处理器（CPU）、电源以及 I/O 点，这些都被集成在一个紧 凑、独立的设备中。 CPU 负责执行程序和存储数据，以便对工业自动控制任务或过程进行控制 输入和输出时系统的控制点：输入部分从现场设备中（例如传感器或开关）采集信号， 输出部分则控制泵、电机、指示灯以及工业过程中的其他设备。 电源向 CPU 及所连接的任何模块提供电力支持。 通信端口用于连接 CPU 与上位机或其他工业设备
状态信号灯显示了CPU工作模式，本机I/O的当前状态，以及检查出的系统错误指令系统1.标准触点指令LE常开触点指令，表示一个与输入母线相连的动合接点指令，即动合接点逻辑运算起始。LDN常闭触点指令，表示一个与输入母线相连的动断接点指令，即动断接点逻辑运算起始。A与带开触点指令，用于单个动合接点的串联。AX与非常闭触点指令，用于单个动断开接点的串联。0或常开触点指令，用于单个动合接点的接点的并联。ON或非常闭触点指令，用于单个动断接点的并联。LD、LDN、A、AN、O、ON触点指令中变量的数据类型为布尔(BOOC)型。LD、LDN两条指令用于将接点接到母线上，A、AN、O、ON指令均多次重复使用，但当需要对两个以上接点串联连接电路块的并联连接时，要用后述的OLDB指。2.串联电路块的并联连接指令OLD两个或两个以上的接点串联连接的电路叫串联电路块。串联电路块并联连接时，分支开始用LD、LDN指令，分支结束用OLD指令。OLD指令与后述的ALD指令均为无目标元件指令，而两条无目标元件指令的步长都为一个程序步。OLD有时也简称或块指令。3.并联电路的串联连接指令ALD两个或两个以上接点并联电路称为并联电路块，分支电路并联电路块与前面电路串联连接时，使用ALD指令。分支的起点用LD、LDN指令，并联电路结束后，使用ALD指令与前面电路串联。ALD指令也简称与块指令，ALD也是无操作目标元件，是一个程序步指令。4.输出指令（=)输出指令与线圈相对应，驱动线圈的触点电路接通时，线圈流过“能流”，输出类指令应放在梯形图的最右边，变量为Bool型。5.置位与复位指令S、RS为置位指令，使动作保持；R为复位指令，使操作保持复位。从指定的位置开始的N个点的映像寄存器都被置位或复位，N=1～255如果被指定复位的是定时器位或计数器位，将清除定时器或计数器的当前值。6.跳变触点EU,ED正跳变触点检测到一次正跳变（触点得输入信号由0到1)时，或负跳变触点检测到一次负跳变（触点得输入信号由1到O)时，触点接通到一个扫描周期.正/负跳变的符号为EU和ED他们没有操作数，触点符号中间的P和N”分别表示正跳变和负跳变7.空操作指令NOPNOP指令是一条无动作、无目标元件的1程序步指令。空操作指令使该步序为空操作。用NOP指令替代已写入指令，可以改变电路。在程序中加入NOP指令，在改动或追加程序时可以减少步序号的改变。6
6 状态信号灯显示了 CPU 工作模式，本机 I/O 的当前状态，以及检查出的系统错误 指令系统 1. 标准触点指令 LE 常开触点指令，表示一个与输入母线相连的动合接点指令，即动合接点逻辑运算起始。 LDN 常闭触点指令，表示一个与输入母线相连的动断接点指令，即动断接点逻辑运算起 始。 A 与带开触点指令，用于单个动合接点的串联。 AX 与非常闭触点指令，用于单个动断开接点的串联。 O 或常开触点指令，用于单个动合接点的接点的并联。 ON 或非常闭触点指令，用于单个动断接点的并联。 LD、LDN、A、AN、O、ON 触点指令中变量的数据类型为布尔(BOOC)型。LD、LDN 两条指令用于将接点接到母线上，A、AN、O、ON 指令均多次重复使用，但当需要对两个以 上接点串联连接电路块的并联连接时，要用后述的 OLDB 指。 2. 串联电路块的并联连接指令 OLD 两个或两个以上的接点串联连接的电路叫串联电路块。串联电路块并联连接时，分支开 始用 LD、LDN 指令，分支结束用 OLD 指令。OLD 指令与后述的 ALD 指令均为无目标元件 指令，而两条无目标元件指令的步长都为一个程序步。OLD 有时也简称或块指令。 3. 并联电路的串联连接指令 ALD 两个或两个以上接点并联电路称为并联电路块，分支电路并联电路块与前面电路串联连 接时，使用 ALD 指令。分支的起点用 LD、LDN 指令，并联电路结束后，使用 ALD 指令与 前面电路串联。ALD 指令也简称与块指令，ALD 也是无操作目标元件，是一个程序步指令。 4. 输出指令 (=)输出指令与线圈相对应，驱动线圈的触点电路接通时，线圈流过“能流”，输出类指令 应放在梯形图的最右边，变量为 Bool 型。 5. 置位与复位指令 S、R S 为置位指令，使动作保持；R 为复位指令，使操作保持复位。从指定的位置开始的 N 个点的映像寄存器都被置位或复位,N=1～255 如果被指定复位的是定时器位或计数器位,将清 除定时器或计数器的当前值。 6. 跳变触点 EU,ED 正跳变触点检测到一次正跳变(触点得输入信号由 0 到 1)时,或负跳变触点检测到一次负 跳变(触点得输入信号由 1 到 0)时,触点接通到一个扫描周期.正/负跳变的符号为 EU 和 ED,他 们没有操作数,触点符号中间的“P”和“N”分别表示正跳变和负跳变 7. 空操作指令 NOP NOP 指令是一条无动作、无目标元件的 1 程序步指令。空操作指令使该步序为空操作。 用 NOP 指令替代已写入指令，可以改变电路。在程序中加入 NOP 指令，在改动或追加程序 时可以减少步序号的改变