1、1 PLC的基礎知識1.1可編程序控制器概述1.1.1 PLC的產生和定義1968年美國通用汽車公司（GM），為了適應汽車型號的不斷更新，生產工藝不斷變化的需要，實現小批量、多品種生產，希望能有一種新型工業控制器，它能做到盡可能減少重新設計和更換電器控制系統及接線，以降低成本，縮短周期。 可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能

2、的原則設計。1.1.2 PLC的發展和應用領域1988年全世界總銷售量達370億美元。年產量150萬臺，目前世界上先進工業國家。PLC已成為工業控制的標準設備。它的應用幾乎覆蓋了所有的工業、企業。近10年，我國的PLC研制，生產、發展很快、上海寶鋼第一期工程，采用了250臺。第二期采用了108臺，獲得了令人矚目的經濟效益和社會效益。PLC應用越來越廣泛，工業自動化程序提高一個新水平。目前，PLC在國內外已廣泛應用冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環保及文化娛樂等各行各業，隨著PLC性能價格比的不斷提高，其應用領域不斷擴大。從PLC應用類型看，大致可歸納為以下幾個方面：開關量邏

3、輯控制 運動控制 過程控制（PID閉環控制 ）數據處理 通信聯網（構成DCS、FCS系統）1.1.3 plc的特點1可靠性高、抗干擾的主要措施之一。輸入輸出接口電路采用光電耦合器來傳遞信號。使外部電路和內部電路之間避免電的聯系。2編程簡單、使用方便、控制程序可變。3采用自然語言：梯形圖4功能完善、擴充方便、組合靈活、實用性強。5體積小、重量輕、功耗低。1.2 plc的組成及工作原理1.2.1 PLC的組成PLC的基本組成包括硬件與軟件兩部分: PLC的硬件：中央處理器（CPU）、存儲器、輸入接口、 輸出接口、通信接口、電源等 PLC的軟件：系統程序和用戶程序1.2.2 PLC的工作原理 當PL

4、C運行時，需要進行眾多的操作而 PLC的CPU不可能同時去執行多個操作， 每一刻只能執行一個操作 。解決的辦法：采用分時操作原理 由于CPU的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看，PLC外部出現的結果似乎是同時完成的。這種分時操作的方法稱為掃描工作方式掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按程序存儲順序的先后，逐條執行執行程序，直到程序結束。然后再從頭開始掃描執行，并周而復始地重復進行。集中采樣：在一個掃描周期中，對輸入狀態的采樣只在輸入處理階段進行。當PLC進入程序處理階段后輸入端將被封鎖，直到下一個掃描周期的輸入處理階段才對輸入狀態進行重新采樣。集中輸出：在用戶程序中如果對輸出

5、結果多次賦值，則最后一次有效。在一個掃描周期內，只在輸出處理階段才將輸出狀態從輸出映象寄存器中輸出，對輸出接口進行刷新。在其它階段里輸出狀態一直保存在輸出映象寄存器中。2 S7200PLC控制系統2.1 S7200系列PLC的硬件系統2.1.1 S7200系列PLC系統基本構成SIMATIC S7200硬件系統的配置方式采用整體式加積木式，即主機中包含一定數量的本機IO，同時還可以擴展各種功能模塊。一個完整的PLC系統如圖所示。圖2.1一個完整的PLC系統CPU模塊又稱為主機是系統的核心，它包括CPU、存儲器、基本輸入輸出點和電源等。它實際就是一個完整的控制系統，可以單獨完成一定的控制任務。

6、    主機I/O數量不能滿足控制系統的要求時，用戶可以根據需要擴展各種I/O模塊，所能連接的擴展單元的數量和實際所能使用的IO點數是由多種因素共同決定的。當需要完成某些特殊功能的控制任務時，可擴展特殊功能模塊，以完成某種特殊的控制任務。利用網絡接口，可以充分和方便地利用為SIMATICS7200系統的硬件和軟件資源而開發和使用的一些設備，主要有編程設備、人機操作界面和網絡設備等。     所有以上這些硬件設備，都在一個統一的工業軟件平臺上編程和運行，為了更好地管理和使用這些設備，S7200PLC配備了許多功能強大

7、的專用功能指令，方便地實現各種控制目的。 CPU模塊S7200CPU模塊包括一個中央處理單元、存儲器、電源以及數字IO點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設備中。CPU負責執行程序，以便對工業自動化控制任務或過程進行控制。輸人部分從現場設備中采集信號，輸出部分則輸出控制信號，控制工業過程中的設備。  從CPU模塊的功能來看，SIMATICS7200系列小型可編程序控制器發展至今，經歷了兩代：第一代產品的CPU模塊為CPU 21*，現已停產。第二代產品的CPU模塊為CPU 22*，是在21世紀初投放市場的。其速度快，具有極強的通訊能力。它具有四種不同結構配置的CPU單元。 (1

8、)CPU 221 CPU 221具有6輸入4輸出，共計10個點的IO，無擴展能力，有6 KB程序和數據存儲空間。還具有4個獨立的30 kHz高速計數器，2路獨立的20 kHz高速脈沖輸出端，1個RS485通訊編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由通訊方式。非常適合于小點數的控制系統。 (2)CPU 222 CPU 222除了具有CPU 221的功能外，其不同點在于：它有8輸人6輸出，共計14點IO。可以帶兩個擴展模塊，最多擴展8路模擬量和64個IO，因此是更廣泛的全功能控制器。 (3)CPU 224 它在CPU 222的基礎上使主機的輸入輸出點數增為24點，有14輸入10輸出，可以帶

9、7個擴展模塊，最大可擴展為168點數字量或者35點模擬量的輸入和輸出；存儲容量也進一步增加，有內置時鐘，還增加了一些數學指令和高速計數器的數量，具有較強的控制能力。 (4)CPU 226 這種模塊在CPU 224的基礎上功能又進一步增強，有24輸入16輸出，主機輸入和輸出點數增到40點，最大可擴展為248點數字量或35點模擬量；增加了通訊口的數量，通訊能力大大增強；它可用于點數較多、要求較高的小型或中型控制系統。 現在西門子公司新推出了一種增強型的CPU 226XM，它在用戶程序存儲容量上擴大到8K字，其他指標和CPU 226相同。 每一款主機模塊上都集成了24V直流電源，可以直接用于連接傳感

10、器和執行機構。利用EEPROM存儲存儲程序和配置信息。用戶數據可通過主機的超級電容存儲若干天，電池模塊可選，可使數據的存儲時間延長到200天。可以用普通輸入端子捕捉比CPU掃描周期更快的脈沖信號，利用中斷輸入，允許以極快的速度對信號的上升沿做出響應。速度為30 kHz的高速計數器可以編程，并具有復位輸入端，多個獨立的輸入端，可同時用作加減計數，可以連接相應數量的相位差為90度的AB相增量編碼器。2路最大可達20kHz的高頻脈沖輸出，可用以驅動步進電機和伺服電機以實現準確定位任務。可以用模塊上的電位器來改變它對應的特殊寄存器中的數值，可以即時更改程序運行中的一些參數，如定時計數器的設定值、過程量

11、的控制參數等。實時時鐘可用以對信息加注時間標記，記錄機器運行時間或對過程進行時間控制。2.1.3擴展模塊輸入和輸出點是系統與被控制對象的連接點。用戶可以使用主機IO和擴展IO。S7200系列CPU提供一定數量的主機數字量IO點，但在主機點數不夠的情況下，就必須使用擴展模塊的IO點。有時需要完成過程量控制時，可以擴展模擬量的輸入輸出模塊。當需要完成某些特殊功能的控制任務時，S7200主機可以擴展特殊功能模塊。所以S7200擴展模塊包括數字量輸入輸出擴展模塊、模擬量輸入輸出擴展模塊和功能擴展模塊。典型的輸入輸出模塊和特殊功能模塊有：  (1) 數字量IO擴展模塊   

12、S7200PLC系列目前總共可以提供幾類數字量輸入輸出擴展模塊：   輸入擴展模塊EM221有三種：8點DC24V輸入；16點DC24V輸入；8點光電隔離輸 入，交直流通用，可直接輸入交流220V。   輸出擴展模塊EM222有五種：4點DC24V輸出；4點繼電器輸出；8點DC24V輸出，8點繼電器輸出；8點光電隔離晶閘管輸出。   輸入輸出混合擴展模塊EM223有六種：分別為4點、8點、16點輸入4點、8點、16點輸出的各種組合，三種為DC24V輸出，另三種為繼電器輸出。  (2) 模擬量IO擴展模塊  

13、0;模擬量輸入擴展模塊EM231有3種：4路模擬量輸入，輸入量程可配置為420mA、05V、010V、±5V或±10V等；2路熱電阻輸入；4路熱電偶輸入。12位精度。     模擬量輸出擴展模塊EM232：具有2路模擬量輸出。12位精度。     模擬量輸入輸出擴展模塊EM235：具有4路模擬量輸入和1路模擬量輸出（占用2路輸出地址）。12位精度。  (3)功能擴展模塊     功能擴展模塊有EM253位置控制模塊、EM277 PROFIBUS-

14、DP模塊、EM241調制解調器模塊、CP243-1以太網模塊和CP243-2 AS-i接口模塊等。     擴展模塊時，通過CPU模塊和擴展模塊上的擴展電纜把各個擴展模塊依次串接起來，形成一個擴展鏈。在進行最大IO配置的預算時要考慮以下幾個因素的限制：允許的擴展模塊數、映像寄存器的數量、CPU為擴展模塊所能提供的最大電流和每種擴展模塊消耗的電流   PLC通過程序的運行實施控制的過程其實質就是對存儲器中數據進行操作或處理的過程，根據使用功能的不同，把存儲器分為若干個區域和種類，這些由用戶使用的每一個內部存儲單元統稱為軟元件。各元件有其

15、不同的功能，有固定的地址。軟元件的數量決定了可編程控制器的規模和數據處理能力，每一種PLC的軟元件是有限的。   為了理解方便，把PLC內部許多位地址空間的軟元件定義為內部繼電器（軟繼電器）。但要注意把這種繼電器與傳統電氣控制電路中的繼電器區別開來，這些軟繼電器的最大特點就是其線圈的通斷實質就是其對應存儲器位的置位與復位，在電路（梯形圖）中使用其觸點實質就是對其所對應的存儲器位的讀操作，因此其觸點可以無限次的使用。   編程時，用戶只需要記住軟元件的地址即可。每一軟元件都有一個地址與之一一對應，其中軟繼電器的地址編排采用區域號加區域內編號的方式。即PLC內部根據軟

16、元件的功能不同，分成了許多區域，如輸入輸出繼電器、輔助繼電器、定時器區、計數器區、順序控制繼電器、特殊標志繼電器區等，分別用I、Q、M、T、C、SM等來表示。 2.2 S7200系列PLC的編程元件數字量輸入繼電器（I）；數字量輸出繼電器（Q）；通用輔助繼電器（M）；特殊標志繼電器（SM）；變量存儲器（V）；局部變量存儲器（L）；順序控制繼電器（S）；定時器（T）計數器（C）；模擬量輸入映像寄存器(AI)；模擬量輸出映像寄存器(AQ)；高速計數器(HC累加器(AC)。3 裝配流水線的PLC控制3.1裝配流水線PLC控制系統的設計流程3.1.1生產工藝過程工廠中的裝配流水線作業是工業生產中經常使

17、用的一種形式。因此，裝配流水線的控制有重要的實際意義。一般在傳送帶上有需要加工的產品，傳送到某一位置時，對其進行某一種加工，在傳送到下一道程序，直至加工完畢，送入倉庫。圖3.1裝配流水線的模擬示意圖3.1.2設計要求 （1）按下啟動按鈕后，按以下規律顯示DEFGADEFGBDEFGCDEFGHDEFGA······循環，D，E，F，G分別表示用來傳送的加工物品以及傳送的方向，每個燈間隔亮一秒變化；A是操作1，B是操作2，C是操作3，H是倉庫，每個都點亮3秒，表示其操作所需的時間。（2）按下移位按鈕后，傳送帶開始移動（移動指示燈D、E、

18、F、G順序點亮，每個間隔一秒變化）。（3）按下復位按鈕后，系統復位，只有再次按下啟動按鈕后，系統才能再次啟動。3.1.3設計流程表3.1程序輸入/輸出接線表面板啟動復位移位ABCPLCI0.0I0.2I0.1Q0.0Q0.1Q0.2面板DEFGHPLCQ0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.72設計流程圖如下設計程序操作流程圖如下：程序開始 按下啟動按鈕I0.0流水燈開始工作傳送帶D指示燈Q0.0亮1秒后傳送帶E指示燈Q0.1亮，Q0.0滅1秒后傳送帶F指示燈Q0.2亮，Q0.1滅1秒后傳送帶G指示燈Q0.3亮，Q0.2滅1秒后操作1指示燈Q0.4亮，Q0.3滅3秒后操作2指示燈Q0.5亮，Q0

19、.4滅3秒操作1指示燈Q0.6亮，Q0.5滅3秒后倉庫指示燈Q0.7亮，Q0.6滅3秒后一輪完成，返回一開始傳送帶E指示燈I0.1亮，I1.7滅閉合操作開關1，觀察循環過程閉合操作開關2，觀察循環過程閉合操作開關3，觀察循環過程打開操作開關1，2，3，閉合移位開關，傳送帶DEFG依次點亮按下停止按鈕，系統開始復位再次按下啟動按鈕，程序再次啟動圖3.2設計流程圖3.2裝配流水線設計程序圖3.3設計梯形圖4實驗小結PLC實驗是我感覺是大學期間最大的一次實驗，因為主要是涉及專業知識的具體運用，我想也應該是最重要的一次實驗吧。本次系列實驗我們三個人一組，共同合作，一起努力用了一個星期左右的時間完成了實

20、驗。從源程序的編寫，上機編譯下載到測試和檢驗，以及不斷的修改源程序，連接實驗電路，檢驗程序的對錯。其間我們遍嘗酸甜苦樂，學到了很多東西，感覺收獲頗豐。我的收獲主要小結如下：（1）我們學習了更多的有關PLC的有關知識雖然我們在之前的課程里有上過PLC的有關課程，但或許是學得不太牢固，掌握的也不是很好。剛開始時，大家都把以前學的知識忘的差不多了，但為了這次實驗，我們三人集體學習，把以前所學的知識盡量回顧起來，而且因為是帶著目的地去學習，我們對可編程控制的有關知識理解掌握得更深入了。我們熟練掌握了PLC在工業控制系統中的很多具體運用。（2）提高了動手能力 平時我們都是以理論學習為主，整天看課本雖然學到了不少知識，但心里一直覺得不踏實，畢竟實踐才是最重要的；而這次實驗給我們提供了一個培養動手能力的絕佳的機會。該開始上手的時候，我們對軟件不熟，對程序中出現的問題也不明白，只能是不斷地改，將自己認為有問題的地方都修改直至成功。最后我們終于能較熟練的運用SIMEINS S7-200這個軟件并解決一系列編程問題了。（3）培養了團隊合作精神以前總是習慣于自己思考，自己解決，或許有的問題是能解決的，但畢竟都是自己想的，有著一定的局限性。而在這次實驗中，我們四個人在一起，互補所短，發揮所長，四個人想出了很多解決問題的方法，而且大家互相提醒，互相激勵，替對方找錯，彌補對方的缺陷，所以合作起來