电气控制及PLC技术 电气工程学院 自动化系 杨霞 2018年1月

知识结构

3 可编程序控制器的基础 知识点： 学习重点 ： 3.PLC可编程序控制器的基础基础、组成、原理  PLC的基础 3 可编程序控制器的基础 知识点： 3.PLC可编程序控制器的基础基础、组成、原理  PLC的基础 PLC的由来、功能、特点与分类；PLC的应用状况和领域  PLC的组成 硬件结构组成、软件组成  PLC的原理 PLC的工作原理与技术指标；PLC的内部元器件；PLC的梯形图语言 学习重点 ： 本章是学习PLC的基础知识。重点掌握： 1.PLC的产生、特点、功能、使用方法及PLC的应用状况和领域。 2.PLC的硬件组成、软件组成、工作原理及主要性能技术指标。 3.PLC的内部元器件（ 11个：符号、梯形图中绘法、工作原理） 。 4.PLC的梯形图 ：要素4个，连接原则 。

 PLC的基础 什么是PLC？ 通用叫法: 是一种工业控制装置 是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。 通用叫法: 中文名称为可编程控制器； 英文名称为Programmable Logic Controller，简称PLC。

☞继电器控制系统存在的缺点 (主要是线路复杂)： 一、PLC的产生由来 ☞继电器控制系统存在的缺点 (主要是线路复杂)： 1.继电器控制线路是接线开关电路，实现控制的程序就在线路接法的本身，线路一旦确定，难以调整和更改，不能适应当前快速的技术进步和产品更新的要求。 2.输出响应时间长，不能适应生产自动化程度不断提高的要求。 3.控制要求复杂时，继电器控制系统将变得十分庞大笨重，难以实现。因此随着科学技术的发展，人们在不断探求着实现开关量控制的新途径。

PLC产生的背景 1968年美国通用汽车公司GM： 适应汽车型号的不断更新； 生产工艺不断变化的需要； 小批量、多品种生产。 尽可能减少重新设计； 尽可能减少更换继电器控制系统及接线； 降低成本，缩短周期。

1968年，GM公司提出十项设计标准——招标： 编程简单，可在现场修改程序； 维护方便，采用插件式结构； 可靠性高于继电器控制柜； 体积小于继电器控制柜； 成本可与继电器控制柜竞争； 可将数据直接送入计算机； 可直接使用115V交流输入电压； 输出用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等； 通用性强，扩展方便; 能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB。

这次招标引起了工业界的密切注视，吸引了不少大公司前来投标，最后DEC公司(美国数字设备公司)一举中标，并于1969年研制成功第一台PC，当时命名为PC(Programmable Controller)。 这台PLC投运到汽车生产线后，取得了极为满意的效果，引发了效仿的热潮，从此PLC技术得以迅猛的发展。 随着第一台PLC研制成功，紧接着美国MODICON公司也开发出 同名的控制器。 1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制成了日本第一 台可编程控制器。 1973年，西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。 我国从1974年开始研制可编程序控制器，1977年开始工业应用。

二、PLC的定义 严格地讲，至今对PLC没有最终的定义。 国际电工委员会（IEC）1985年在可编程序控制器标准草案（第二稿）中作了如下的定义：“可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境条件下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在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。” 美国电气制造协会（NEMA）1987年作的定义如下：“它是一种带有指令存储器、数字或模拟I/O接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置。” IEC(国际电工委员会)在标准草案中，将这种装置定义为可编程序控制器(Programmable Controller)，简称PC。为了避免同个人计算机混淆，现在一般将可编程序控制器简称PLC（Programmable Logic Controller）。

三、关于PLC的几个比较 ①PLC与微机的比较 学习难易程度不同 PLC继承了继电器系统的基本格式和习惯，对于有继电器控制经验的人，学习起来容易。 微机需要更多的知识储备。 通用性不同 PLC一般是由电气控制器的制造厂家研制生产，各厂家的产品不通用。 微机是由通用计算机推广应用发展起来的，标准化程序高，兼容性强。 运行方式不同 PLC不能直接使用微机的许多软件。PLC一般具有模块结构，可针对不同对象进行组合和扩展。 微机可使用通用微机的各种编程语言，对要求快速，实时性强、模型复杂的工业对象的控制占有优势，但它要求使用者具有一定计算机专业知识。 相同点 PLC和微机都是专为工业现场应用环境而设计的，都具有很高的可靠性。

②PLC控制与继电接触器控制的比较 继电器控制系统是针对一定的生产机械、固定的生产工艺设计的，采用硬接线方式装配而成，只能完成既定的逻辑控制、定时、计数等功能，一旦生产工艺过程改变，则控制柜必须重新设计，重新配线。 传统的继电器控制系统被PLC所取代已是必然趋势。 而PLC由于应用了微电子技术和计算机技术，各种控制功能都是通过软件来实现的，只要改变程序并改动少量的接线端子，就可适应生产工艺的改变。 从适应性、可靠性、安装维护等各方面比较，PLC都有显著的优势。因此，PLC控制系统将取代大多数传统的继电器控制系统。 ◆控制逻辑不同 PLC为“软接线”技术，继电为硬接线逻辑。 ◆控制逻辑方面 PLC：同一个器件的线圈和它的各触点动作不同时发生。 继电：同一继电器的所有触点与线圈通电或断电同时发生 ◆控制速度 　 PLC：速度极快；　　继电：速度慢 ◆定时/计数 　 PLC定时精度高，范围大，有计数功能， 　 继电：定时精度不高，范围小，无计数功能 ◆设计与施工 PLC：现场施工与程序设计同步进行，周期短，调试和维修方便。 继电：设计、现场施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难 ◆可靠性和维护性 PLC连线少，使用方便，并具有自诊断作用等 ◆价格 PLC：贵（长远利益） 继电：便宜（短期利益）

继电-接触器控制与PLC控制原理图的比较 继电-接触器控制原理图 主电路原理图 相同 PLC控制原理图原理图

继电-接触器控制与PLC控制控制图的比较 继电-接触器控制线路 PLC控制（梯形图）

继电-接触器控制与PLC控制实际控制的比较 A 继电-接触器控制连续控制（起保停）

继电-接触器控制与PLC控制实际控制的比较 B PLC控制连续控制（起保停）

继电-接触器控制与PLC控制实际控制的比较 A 继电-接触器控制正反转控制电路 ÷

继电-接触器控制与PLC控制实际控制的比较 B PLC控制正反转控制电路

四、 PLC的发展过程 第一阶段：初级阶段（1969至70年代中期） 主要是逻辑运算、定时和计数功能，没有形成系列。与继电器控制相比，可靠性有一定提高。CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器。 第二阶段：扩展阶段（70年代中期至末期） PLC产品的控制功能得到很大扩展，包括数据的传送、数据的比较和运算、模拟量的运算等功能。增加了数字运算功能，能完成模拟量的控制。开始具备自诊断功能，存储器采用EPROM。

第三阶段：通信阶段（70年代中末期至80年代中期） PLC随着计算机通信的发展，形成了分布式通信网络。PLC就已经从汽车行业迅速扩展到其它行业，作为继电器的替代品进入了食品、饮料、金属加工、制造和造纸等多个行业。 代表产品有西门子公司的 SIMATIC S5系列（见图）， 富士的MICRO等，这类PLC部 分仍在使用。 图 SIMATIC S5 PLC

第四阶段：开放阶段（80年代中期至90年代中期） 全面使用8位、16位微处理芯片，处理速度也达到1us/步。 通信系统开放，使各制造厂商的产品可以通信，通信协议开始标准化，使用户得益。 PLC开始采用标准化软件系统，并完成了编程语言标准化工作。代表产品有西门子公司的S7，AB公司的SLC500等 。 图 S7-200系列、 AB- SLC500系列PLC

使用16位、32位微处理芯片，有的已使用RISC（精简指令集计算 机; 精简指令集芯片芯片）。 第五阶段：开放阶段（90年代中期至今） 使用16位、32位微处理芯片，有的已使用RISC（精简指令集计算 机; 精简指令集芯片芯片）。 图 S7-200系列、 AB- SLC500系列PLC

 PLC的功能、特点与分类 一、主要功能(7个) 1.开关逻辑和顺序控制 这是PLC应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种控制要求。 2.模拟控制（A/D和D/A控制） 在工业生产过程中，许多连续变化的需要进行控制的物理量，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。过去，PLC长于逻辑运算控制，对于模拟量的控制主要靠仪表或分布式控制系统，目前大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能，而且编程和使用方便。 3.定时/计数控制 PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时器与计数器。对于定时器，定时间隔可以由用户加以设定；对于计数器，如果需要对频率较高的信号进行计数，则可以选择高速计数器。

4.步进控制 PLC为用户提供了一定数量的移位寄存器，用移位寄存器可方便地完成步进控制功能。 5.运动控制 在机械加工行业，可编程序控制器与计算机数控（CNC）集成在一起，用以完成机床的运动控制。 6.数据处理 大部分PLC都具有不同程度的数据处理能力，它不仅能进行算术运算、数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等操作，有些PLC还可以进行浮点运算和函数运算。 7.通信联网 PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机（集散控制系统等）以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。

二、 可编程控制器的特点 编程方法简单易学。（有规律性） 功能强，性能价格比高。（性价比高） 通用性强，控制程序可变。（通用性） 硬件配套齐全，用户使用方便。（适应性强） 可靠性高。（抗干扰能力强：硬件、软件） 系统的设计、安装、调试工作量少 维护工作量小，维修方便 体积小，能耗低 成本低，水平高 兼容性差

三、可编程控制器的类型 按I/O点数分 目前PLC的种类非常多，型号和规格也不统一，了解PLC的分类有助于PLC的选型和应用。 小型PLC I/O点数为256点以下的为小型PLC （其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC） 中型PLC I/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC 大型PLC I/O点数为2048以上的为大型PLC （其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC）

按结构形式分 整体式PLC 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、价格低等特点。 紧凑式PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。 模块式PLC 将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。 模块式PLC 将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。 紧凑式PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。

按功能分 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。 中档PLC 具有低档PLC功能外，增加模拟量输入/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。有些还增设中断、PID控制等功能。 高档PLC 具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能。

 PLC的应用状况和领域 一、应用状况 PLC自问世以来，经40多年的发展，在工业发达国家(如美、日、德等)已成为重要的产业之一，生产厂家不断涌现，PLC的品种多达几百种。 国内应用始于80年代。一些大中型工程项目引进的生产流水线上采用了PLC控制系统，使用后取得了明显的经济效益，从而促进了国内PLC的发展和应用。 目前国内PLC的应用已取得了许多成功的经验和成果，证明了PLC是大有发展前途的工业控制装置，它与DCS、计算机网络系统相互集成、互相补充而形成的综合系统将得到更加广泛的应用。

表4-1我国PLC的生产厂家及生产的PLC型号（不全） 天津中环自动化仪表公司 DJK-84 无锡华光电子工业有限公司 KCK系列 上海东屋电器有限公司 C F系列 苏州机床电器厂 CYK系列 杭州机床电器厂 DKK、D系列 上海电力电子设备厂 KKI-IC 大连组合机床研究所 S系列 机械部北京自动化所 MPC、KB系列 上海国际程控公司 E、EM、H系列 上海工业自动化研究所 TCMS-300/D 杭州通灵控制电脑公司 HZK 系列 苏州电子计算机厂 YZ系列

日本：立石(OMRON)、三菱、日立、夏普、松下、东芝、富士、安川、横河、光洋(Koyo)等公司。 国内流行的PLC多是国外产品，主要有： 日本：立石(OMRON)、三菱、日立、夏普、松下、东芝、富士、安川、横河、光洋(Koyo)等公司。 美国：AB(Allen Bradley)、GM(Gould Modicon)、GE(GE-Fanuc)、Square D、西屋(Westing House)、TI仪器(Texas,Instruments德洲仪器)等公司。 德国：西门子（Siemens）、BBC、AEG等公司。 法国：TE (Telemecanique)公司等。 目前国内市场还有韩国、台湾等PLC产品

市场占领 其中美国的A-B、GE-Fanuc、Modicon，德国的西门子，法国的TE，日本的三菱、立石(OMRON)等7家公司，在所有PLC制造厂中占有主导地位。这7家公司占有着全世界PLC市场80%以上的份额。 小型PLC日本各厂家占领的市场份额最大，其结构型式的优点也较为突出，故其他国家小型PLC的结构形式也都向日本看齐。大、中型PLC市场份额的90%一直被美、日、欧三家占领，具有三足鼎立之势，近年来日本稍有颓势。

图例：西门子 S7 系列 整体式 紧凑式 模块式

图例：三菱PLC 整体式 模块式 整体式 整体式

图例：欧姆龙PLC

图例：AB SLC500

二、PLC的应用领域： 目前，PLC在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。 从PLC应用类型看，大致可归纳为以下几个方面：开关量逻辑控制 、运动控制 、过程控制（PID闭环控制 ）、数据处理 、通信联网（构成DCS、FCS系统）。 PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活相关的机器、与环境相关的机器，而且有急速的上升趋势。 注： DCS：集散控制系统； FCS：现场总线控制系统

传送带生产线控制 木材加工 印刷机械 纺织机械 电梯控制 空调控制 灌装及包装机械

 PLC的结构组成 系统程序 CPU 存储器 软件 硬件 I/O口 电源 编程器 用户程序

PLC硬件系统结构组成 PLC系统结构示意图 PLC基本单元 外部设备 现场用户输出设备 微处理器（CPU） 运算器 控制器 输 出 部 件 入 系 统 存 储 器 用 户 I/O 扩 展 接 口 通 讯 及 编 程 编程设备 计算机 打印机等 传感器 按钮、开关 现场信号 电磁阀 中间继电器 执行器 现场用户输入设备 扩展设备 扩展单元 通讯模块 功能模块 电源变换器 ～110V/220V市电 PLC基本单元 PLC系统结构示意图

输入部分：是指各类按钮、行程开关、传感器等接口电路，它收集并保存来自被控对象的各种开关量、模拟量信息和来自操作台的命令信息等。 逻辑处理部分：用于处理输入部分取得的信息，按一定的逻辑关系进行运算，并把运算结果以某种形式输出。 输出部分：是指驱动各种电磁线圈、交/直流接触器、信号指示灯等执行元件的接口电路，它向被控对象提供动作信息。 为了使用方便，PLC还常配套有编程器等外部设备，它们可以通过总线或标准接口与PLC连接。 不同厂家不同类型的PLC指令系统的指令符号、指令内容、指令条数也是不同；关于软器件和I/O口的相应规定也不一样。虽然PLC方方面面都有很多不同，但是这种装置都称为可编程序控制器，它们在基本内涵上一定同多异少。

SIMATIC - S7家族 S7-400 S7-300 S7-300C 中/ 大 型 High-end range/ S7-200 LOGO! S7-300 S7-400 S7-300C 中/ 大 型 High-end range/ medium range S7- 400 中/ 小 型Low-end range S7- 300 通用逻辑模块 S7-200 S7－200的产品定位在S7系列PLC家族的低端产品，但比智能继电器LOGO!的定位要高。 通常S7-200用于200点开关量以内,35点模拟量以内,程序量在16K以内的应用场合. S7－200外形小巧，功能强，性价比极高，非常适合中国的机器制造业的情况和需求。 微 型 PLC S7- 200

S7-200系列PLC系统组成 1．CPU模块 SIMATIC S7-200系统CPU 22X系列PLC主机（CPU模块）的外形 ：

2. CPU22X主要技术指标 程序/字 2048 4096 用户数据 1024 2560 用户存储器类型 EEPROM 数据后备(超级电容)典型值h 50 190 程序/字 2048 4096 用户数据 1024 2560 用户存储器类型 EEPROM 数据后备(超级电容)典型值h 50 190 型号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 外型尺寸/mm 90×80 ×62 120.5×80 ×62 190×80 ×62 型号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 外型尺寸/mm 90×80 ×62 120.5×80 ×62 190×80 ×62 2. CPU22X主要技术指标 型号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 外型尺寸/mm 90×80 ×62 120.5×80 ×62 190×80 ×62 存储器 程序/字 2048 4096 用户数据 1024 2560 用户存储器类型 EEPROM 数据后备(超级电容)典型值h 50 190

型号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 本机I/O点数 6入/8出 14入/10出 24入/16出 扩展模块数量 无 2个 7个 数字量I/O映像区大小/bit 256 模拟量I/O映像区大小/bit 50 190 24入/16出 7个 256 190 型号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 输入输出 型号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 本机I/O点数 6入/8出 14入/10出 24入/16出 扩展模块数量 无 2个 7个 数字量I/O映像区大小/bit 256 模拟量I/O映像区大小/bit 50 190

33MHz下布尔指令执行速度 0.37μs/指令 FOR/NEXT循环 有 增数运算 实数运算 有 型号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 型号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 指令 型号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 33MHz下布尔指令执行速度 0.37μs/指令 FOR/NEXT循环 有 增数运算 实数运算

I/O映像寄存器/bit 128I和128Q 内部通用继电器/bit 256 计数器/定时器 256/256 字入/字出 无 16/16 32/32 顺序控制继电器/ bit I/O映像寄存器/bit 128I和128Q 内部通用继电器/bit 256 计数器/定时器 256/256 字入/字出 无 16/16 32/32 顺序控制继电器/ bit 型号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 型号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 主要内部继电器 型号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 I/O映像寄存器/bit 128I和128Q 内部通用继电器/bit 256 计数器/定时器 256/256 字入/字出 无 16/16 32/32 顺序控制继电器/ bit

内部高速计数器/个 4(30kHz) 6(30kHz) 模拟量调节电位器/个 1 2 脉冲输出/个 2(20kHz) 通信中断/个 1发送器 2接收器 定时中断/个 2(1~255ms) 硬件输入中断/个 4 实时时钟 有(时钟卡) 有(内置) 口令保护 有 内部高速计数器/个 4(30kHz) 6(30kHz) 模拟量调节电位器/个 1 2 脉冲输出/个 2(20kHz) 通信中断/个 1发送器 2接收器 定时中断/个 2(1~255ms) 硬件输入中断/个 4 实时时钟 有(时钟卡) 有(内置) 口令保护 有 型号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 CPU226 附加功能 型号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 内部高速计数器/个 4(30kHz) 6(30kHz) 模拟量调节电位器/个 1 2 脉冲输出/个 2(20kHz) 通信中断/个 1发送器 2接收器 定时中断/个 2(1~255ms) 硬件输入中断/个 4 实时时钟 有(时钟卡) 有(内置) 口令保护 有

通信口数量(个) 1(RS~485) 支持协议 0号口 1号口 PROFIBUS点到点 NETR/NETW 通信口数量(个) PPI.DP/自由口N/A PPI.DP/自由口 N/A PROFIBUS点到点 NETR/NETW 通信口数量(个) 1(RS~485) 支持协议 0号口 1号口 PPI.DP/自由口N/A PPI.DP/自由口 N/A PROFIBUS点到点 NETR/NETW 型号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 CPU226 通信 型号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 通信口数量(个) 1(RS~485) 支持协议 0号口 1号口 PPI.DP/自由口N/A PPI.DP/自由口 N/A PROFIBUS点到点 NETR/NETW

丰富的扩展模块 NEW NEW NEW 数字量 I/O模块 模拟量 I/O模块 测温 模块 通讯 扩展模块 Modem 模块 定位 模块 以太网 模块 (IT) 数字量输入模块---EM221 8DI---24VDC:输入电流:每通道4mA.支持源型和漏型输入.但同一公共点,输入类型必须一致 8DI---120/230VAC:电流:120VAC,每通道6mA/230VAC,每通道9mA 16DI---24VDC:输入电流:每通道4mA.支持源型和漏型输入.但同一公共点,输入类型必须一致----NEW 列表价:115欧元《79*2=158欧元 8DI-24V为79欧元 数字量输出模块---EM222 8DO---24VDC:每点最大输出电流:0.75A,每个公共点最大电流:6A 8D0---继电器:每点最大输出电流:2A,每个公共点最大电流:8A,最大切换频率:1Hz 8DO---120/230VAC:每点最大电流:0.5A AC,每个公共点最大电流:0.5A AC,最大切换频率:10Hz 4DO---24VDC:每点最大输出电流为5A.---NEW---列表价110欧元 4DO---继电器:每点最大输出电流为10 A 阻性；2 A DC 感性；3 A AC 感性---NEW---列表价105欧元 数字量输入/输出模块---EM223(信号的额定指标和EM221,EM222一样) 4DI/4D0---24VDC 4DI/4D0---继电器 8DI/8D0---24VDC 8DI/8D0---继电器 16DI/16DO---24VDC 16DI/16D0---继电器 模拟量输入模块---EM231 4AI---标准信号,单/双极性, 分辨率:12位AD转换器,模拟到数字转换时间:<250微秒 2AI---热电阻,分辨率15位,传感器与EM231的接线有三种方式:4线,3线和2线,其中4线连接精度最高 4AI---热电偶,分辨率15位,冷端误差:+ 1.5 °C 模拟量输出模块---EM232 2AO---分辨率:电压12位,电流11位 模拟量输入/输出模块---EM235 4AI/1AO---分辨率同EM231,EM232 8DI 16DI 8 DO (DC, AC or relay) 4DO 5A 4DO 10A 2 AI or 4 AI Thermo couples RTD modules 4DI / 4DO 8DI / 8DO 16DI / 16DO 4 AI 4 AI / 1AO 2 AO PROFIBUS DP AS-i-Master Modem Ethernet Teleservice Communi-cation Messaging Position module for stepper solution Ethernet module

强 大 灵 活 的 扩 展 能 力 CPU221: 数字量 10点 CPU222 :40入/38出=78数字量 无扩展能力 CPU222 :40入/38出=78数字量 模拟量 8入或4出或 8入/2出 最大2个模块 CPU224 :94入/74出=168 数字量 模拟量 28入或14出或 28入/7出 最大7个模块 CPU226(XM) :128入/120出=248数字量 模拟量 28入或14出或 28入/7出 最大7个模块

简 单 快 速 的 模 块 扩 展 方 式 扁平电缆的连接方式，提高抗震动性能 更简单，更可靠 可扩展多种模块，无槽位限制 扁平电缆的总线连接方式使扩展更加简便灵活,使得平面安装得以实现, 扩展模块无槽位限制.西门子提供总线延长电缆,0.8米.用于双机架安装方式,节省柜内空间.

简 单 而 实 用 的 安 装 方 式 安装方式 外部存储 卡 扁平电缆连接 运行/停止开关 扩展I/O连接口 外部电位器 墙面安装 (SMB28,SMB29 0-255) 安装方式 墙面安装 导轨安装 外部存储 卡 扁平电缆连接 运行/停止开关也叫模式选择开关 S7-200提供一个模式开关来改变操作模式。你可以用模式开关手动选择操作模式：可以将模式开关打在停止模式，停止程序的执行；可以将模式开关打在运行模式，启动程序的执行；也可以将模式开关打在TERM（终端）模式，不改变当前操作模式。 如果模式开关打在STOP或者TERM模式，且电源状态发生变化，则当电源恢复时，CPU会自动进入STOP模式。如果模式开关打在RUN模式，且电源状态发生变化，则当电源恢复时，CPU会进入RUN模式。 如果希望用STEP7 MICRO/WIN软件来改变操作模式，CPU上的模式开关必须打在RUN或TERM上。 外部电位器即模拟电位器 CPU221和CPU222有一个模拟电位器,CPU224和CPU226有两个.外部电位器可以有多种用途,多在调试中使用, 如设置定时器或计数器的设定值,模拟连续变化的信号等等,有些用户也用来给程序加密，只有调节此电位器到某一特定位置，即SMB中的特定值，程序才运行。 接线端子可自由拆卸 给 您的设备更新与维护 带 来极大的方便

S7-200 外 部 插 件 外插存储器 全面备份您的程序、用户数据和组态信息 外插电池 当内部保持电容耗尽时可保持您的数据和内置时钟长达200天 外插日期/时钟 作为CPU 221和CPU222的可选部件，同时集成备份电池可保护您的数据长达200天 CPU支持可选的存储卡，为用户程序提供了一个便携式的EEPROM存储器。S7-200在存储卡上存储下列内容：程序块、数据块、系统块和强制值。 只有当S7-200上电，处于停止模式并且安装了存储卡时，才能将程序从RAM中复制到存储卡中。你可以在上电的情况下插拔存储卡。 将应用程序复制到存储卡中 存储卡安装好之后，按照如下步骤复制程序： 将S7-200 CPU置于停止模式。 如果程序尚未下载到S7-200 CPU中，先下载程序。 使用菜单命令PLC＞Program Memory Cartridge来向存储卡中复制程序。 从存储卡中恢复程序 为了把存储卡中的程序传送到S7-200 CPU中，你必须先插入存储卡，然后给CPU上电。 在CPU通电时，若存储卡是空白的或者存储的是不同类型CPU的程序，会导致错误。高型号的CPU可以读出用低型号CPU写入的存储卡，反之则不行。例如：用CPU221或者CPU222写入的存储卡可以用CPU224读出来，但CPU224写入的存储卡却不能够用CPU221或者CPU222读出来。 拆掉存储卡再次给CPU上电后，如果需要的话，存储卡可以再次插入和编程。 当你在插入存储卡之后给S7-200上电时，CPU完成以下操作： 如果存储卡中的内容与EEPROM中不同，S7-200会清除RAM区。 S7-200将存储卡中的内容复制到RAM中。 S7-200将程序块、系统块和数据块复制到EEPEOM中。 电池卡 此处强调S7-200的数据安全性非常高: 内部的EEPROM可以永久保存用户程序和系统信息. 超级电容可以掉电保护功能性数据50~190小时. 外插电池卡可以保护数据200天. 数据保持和恢复的过程: 开机后，S7-200从EEPROM中恢复程序块和系统块,同时，CPU检查RAM存储器，确认超级电容器是否成功保存了RAM存储器中的数据。如果成功保存，则RAM存储器的保持区域将保持不变。 V存储器中的保持区和非保持区，从EEPROM中的相应区域恢复回来。如果RAM存储器的内容没有保持下来（例如较长时间的断电）。CPU会清除RAM存储器（包括保持区和非保持区），并在上电后的第一个扫描周期置保持数据丢失标志位（SM0.2）为“1”。然后，将EEPROM中的数据恢复到RAM中。 MB0~MB13共14个字节可以掉电后永久保持(可选) 时钟精度: 2 分种/月 25 摄氏度 7分钟/月 55 摄氏度

PLC主要部件组成 PLC由5个主要部件组成： ① CPU ② 存储器 ③ I/O部分 ④ 编程器 ⑤ 电源 CPU 开关量 I/O接口 RAM 、 ROM 模拟量 EPROM / E2ROM 通迅 接口 编程器 电 源 PLC组成的原理框图

分别介绍PLC部件组成单元 微处理器（CPU） 接收并存储用户程序和数据； 诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误； 接收输入信号，送入数据寄存器并保存； 运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户 程序的各种操作； 将用户程序的执行结果送至输出端。

系统存储器——系统程序存储器+系统数据存储器 存放系统工作程序（监控程序）； 存放模块化应用功能子程序； 存放命令解释程序； 存放功能子程序的调用管理程序； 存放存储系统参数。 用户存储器——RAM/EPROM/E2PROM 存放用户工作程序； 存放工作数据。

输入单元——带光电隔离电路 多种辅助电源类型：AC电源DC24V输入 DC电源DC24V输入 DC电源DC12V输入 接收开关量及数字量信号（数字量输入单元）； 接收模拟量信号（模拟量输入单元）； 接收按钮或开关命令（数字量输入单元）； 接收传感器输出信号。

注意：光电耦合器的作用 (1)实现现场与PLC主机的电气隔离，以提高抗干扰性。 (2)避免外部强电侵人主机而损坏主机。

输出单元——带光电隔离器及滤波器 多种输出方式：晶体管 晶闸管 继电器 驱动直流负载（晶体管输出单元）； 驱动非频繁动作的交/直流负载（继电器输出单元）； 驱动频繁动作的交/直流负载（晶闸管输出单元）。

通讯及编程接口——采用RS-485或RS-422串行总线 连接专用编程器； 连接个人电脑（PC），实现编程及在线监控； 连接工控机，实现编程及在线监控； 连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯； 连接打印机等计算机外设。

I/O扩展接口——采用并行通讯方式 扩展I/O模块； 扩展位置控制模块； 扩展通讯模块； 扩展模拟量控制模块。

PLC软件系统组成 一、软件组成 运行管理 管理程序 生成用户元件 系统内部自检 系统监控程序 解释程序 标准程序模块、系统调用 软件系统 自动化系统控制程序 用户程序 数据表格

PLC编程语言是多种多样的，对于不同生产厂家、不同系列的PLC产品采用的编程语言的表达方式也不相同，但基本上可归纳两种类型： 一是采用字符表达方式的编程语言，如语句表等； 二是采用图形符号表达方式编程语言，如梯形图等。 1.梯形图语言(LAD) 梯形图语言是在传统电器控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。它与电器控制线路图相似，继承了传统电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，具有形象、直观、实用的特点。

因此，这种编程语言为广大电气技术人员所熟知，是应用最广泛的PLC的编程语言，是PLC的第一编程语言。如图所示是PLC梯形图。 从图中可看出，与传统电器控制图表示思想是一致的，具体表达方式有一定区别。 PLC的梯形图使用的是内部继电器，定时／计数器等，都是由软件来实现的，使用方便，修改灵活，是原电器控制线路硬接线无法比拟的。 公共母线 （Bus bar） 触点 线圈

LD I0.0 O Q0.0 AN I0.1 = Q0.0 2.语句表语言（STL） 这种编程语言是一种与汇编语言类似的助记符编程表达方式。 在PLC应用中，经常采用简易编程器，而这种编程器中没有CRT屏幕显示，或没有较大的液晶屏幕显示。因此，就用一系列PLC操作命令组成的语句表将梯形图描述出来，再通过简易编程器输入到PLC中。 虽然各个PLC生产厂家的语句表形式不尽相同，但基本功能相差无几。以下是与上面梯形图对应的语句表程序。 LD I0.0 O Q0.0 AN I0.1 = Q0.0

编程语言的相互转换和选用 梯形图：用于设计复杂的开关量控制程序。 指令表：处理某些不能用梯形图解决的问题。如数学运算，通讯设计等。 注意: 梯形图编程的程序能转换成指令表； 指令表编程的程序不一定能转换成梯形图。

3.功能块图(FBD) 4.顺序功能表图（SFC） 这是一种建立在布尔表达式之上的图形语言。实质上是一种将逻辑表达式用类似于“与”、“或”、“非”等逻辑电路结构图表达出来的图形编程语言。 这种编程语言及专用编程器也只有少量PLC机型采用。例如西门子公司的S5系列PLC采用STEP编程语言，它就有功能块图编程法。 4.顺序功能表图（SFC） 功能表图语言是一种较新的编程方法，又称状态转移图语言。它将一个完整的控制过程分为若干阶段，各阶段具有不同的动作，阶段间有一定的转换条件，转换条件满足就实现阶段转移，上一阶段动作结束，下一阶段动作开始。是用功能表图的方式来表达一个控制过程，对于顺序控制系统特别适用。

5.高级语言 随着PLC技术的发展，为了增强PLC的运算、数据处理及通信等功能，以上编程语言无法很好地满足要求。 近年来推出的PLC，尤其是大型PLC，都可用高级语言，如BASIC语言、C语言、PASCAL语言等进行编程。 采用高级语言后，用户可以像使用普通微型计算机一样操作PLC，使PLC的各种功能得到更好的发挥。

PLC的程序结构 S7-200的用户程序：包括主程序、子程序和中断程序3种。 每个用户程序只能有一个主程序，主程序通过指令控制整个应用程序的执行，每次CPU扫描都要执行一次主程序。 子程序：只在被其它程序调用时执行，最多可达64个（SBR0～SBR63）。 中断程序：可达128个（INT0～INT127），它由相应的中断事件触发，而不是被主程序调用。

 PLC的基本原理及主要性能指 标 一、 PLC的基本原理 工作方式： 周期循环扫描工作方式 工作过程：自诊断、输入采样、程序扫描、输出刷新几个阶段。 扫描周期 T =自检时间+读入一点时间×输入点数+程序步数×运算速度+输出一点时间×输出点数。 T =内部处理时间(固定的)+通信服务时间(如果有外设是固定的,否则为0)+输入刷新时间+用户程序时间+输出刷新时间。

T =自检时间+读入一点时间×输入点数+程序步数×运算速度+输出一点时间×输出点数。 PLC扫描周期： T =自检时间+读入一点时间×输入点数+程序步数×运算速度+输出一点时间×输出点数。 T =内部处理时间(固定的)+通信服务时间(如果有外设是固定的,否则为0)+输入刷新时间+用户程序时间+输出刷新时间。 例 C200H PLC配置：4个8点输入模块+2个16点输入模块O、5个8点输出模块+2个16点输出模块、程序5K个地址(且仅使用LD、OUT指令，其执行时间分别为0.75、1.13μs) 解：当编程器要在上面运行时： T = 2.6+0.8 + (0.75+1.13) / 2 × 5.120 + 0.07 × 8 + 0.04× 9 = 9.1 ms 没有外设： T = 2.6 + (0.75+1.13) / 2×5.120 + 0.07× 8 + 0.04×9 = 8.3ms

PLC工作过程 开机 内部处理 通讯服务 输入刷新 程序执行 输出刷新 定期检查用户程序存储器、I/O单元的连接、I/O总线是否正常，定期复位监控定时器WDT 通讯服务 PLC之间以及PLC与PC之间； PLC与其他带微处理器的智能装置通信 输入刷新 编程器、终端设备、彩色图形显示器、打印机 程序执行 以扫描的方式按顺序逐句扫描处理，运算结果存入输出映象区对应位中 扫描的方式输入信号的状态存入输入映象区；结果存入输出映象区，直至传送到外部被控设备。 输出刷新

用户程序的循环扫描过程 信号传递过程(从输入到输出) 用户程序的循环扫描过程 信号传递过程(从输入到输出) 输入刷新阶段---CPU从输入电路的输出端读出各路状态，并将其写入输入映像寄存器； b.程序执行阶段 -- CPU从输入映像寄存器和元 件映像寄存器中读出各继电器的状态，并根据 此状态执行用户程序，执行结果再写入元件映 像寄存器中； c. 紧接着的输出刷新阶段---将输出映像寄存器的状态写入输出锁存电路，再经输出电路传递输出端子，从而控制外接器件动作。 X0 Y0 Y1 X0 X1 输入端 输入电路 输入映像寄存器 元件映像寄存器 输出锁存器 输出电路 输出端 Y0 Y1 读 写 写 读

PLC输入输出响应时间 Y1 Y0 X0 Y1 Y0 Y2 程序执行 输出处理 出现信号 第一周期 输出处理 输入采样 程序执行 第二周期 输入信号 输入采样 程序执行 输出处理 第三周期 X0 Y1 Y2 Y0 输入采样 说明:在第二个扫描周期的输入采样阶段，输入继电器X0的状态为ON（“1”）状态，程序执行阶段，Y1、Y2没有接通，故Y1、Y2输出端的状态为OFF（“0”）状态。 说明:输入信号在第一个扫描周期的输入采样阶段之后才出现，故在第一个扫描周期内，各映像寄存器的均为“0”状态，使Y0、Y1、Y2输出端的状态为OFF（“0”）状态 说明:在第三个扫描周期的程序执行阶段，由于Ｙ１的接通使Ｙ０接通，可见从外部输入触点接通到Ｙ０驱动的负载接通，程序执行阶段，响应延迟达两个多扫描周期．

练习1 根据PLC的循环扫描原理，分析以下PLC梯形图程序，简述当I0.0为高电平后，其余元件：Q0.0、Q0.1、Q0.2得电的顺序。 答案: 首先：network2 Q0.0 其次：network3 Q0.1 最后：network1 Q0.2

练习2 根据PLC的循环扫描原理，分析以下PLC梯形图程序，简述当I0.0为高电平后，其余元件：Q0.0、Q0.1、Q0.2得电的顺序。 答案: 首先：network2 Q0.0 其次：network3 Q0.2 最后：network1 Q0.1

作业 这是一个非常简单的PLC程序，外部输入开关I0.1通过I0.1存储器控制辅助继电器M0.1线圈，M0.1线圈通过M0.1的触点控制输出继电器Q0.1、Q0.2的线圈，Q0.1、Q0.2输出继电器控制输出开关Q0.1、Q0.2，再控制接在Q0.1、Q0.2点上的外部执行器件的通电、断电。 假设I0.1开关在第一个扫描周期输入刷新阶段后闭合。我们列表分析一下什么时候Q0.1、Q0.2输出开关跟着闭合。表中Ⅰ表示输入采样阶段，Ⅱ表示程序执行阶段，Ⅲ表示输出刷新阶段。

根据PLC的工作填下表:表中 Ⅰ表示输入采样阶段 Ⅱ表示程序执行阶段 Ⅲ表示输出刷新阶段 元件、存储器 扫描周期一 扫描周期二 扫描周期三 外部I0.1开关 1 I0.1触点 M0.1线圈 M0.1触点(上) M0.1触点(下) Q0.1线圈 Q0.2线圈 Q0.1输出开关 及外部输出负载 Q0.2输出开关

答案 根据PLC的工作填下表:表中 1 Ⅰ表示输入采样阶段 Ⅱ表示程序执行阶段 Ⅲ表示输出刷新阶段 元件、存储器 扫描周期一 扫描周期二 扫描周期三 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 外部I0.1开关 1 I0.1触点 M0.1线圈 M0.1触点(上) M0.1触点(下) Q0.1线圈 Q0.2线圈 Q0.1输出开关 及外部输出负载 Q0.2输出开关

 S7-200系列PLC内部元器件 一、数据存储类型及寻址方式 S7-200将信息存于不同的存储器单元中，每个单元都有唯一的地址。 立即寻址；直接寻址；间接寻址。

立即寻址：在指令中直接给出了操作数。通常立即寻址方式用来提供常数、设置初始值等。 直接寻址方式：即按给定地址所找到的存储单元中的内容就是操作数； 间接寻址方式：是在存储单元中放置一个地址指针，按照这一地址找到的存储单元中的数据才是所要取的操作数，相当于间接地取得数据。

MSB LSB 7 6 5 4 3 2 1 I0.5 I0.1 直接寻址方式：用于位、字节、字或双字数据。 位存储单元的直接寻址：需要指定元件名称、字节地址和位号。 例如：I0.1——“I”表示输入，0为字节地址，位地址为1； MSB LSB 7 6 5 4 3 2 1 I0.5 I0.1

对字节、字或双字进行直接寻址则需要指定元件名称、数据类型和首字节。 例如： VB100——存取V存储空间中编号为100的字节数据。 VW100——存取VB100、VB101组成的字数据。 VD100——存取VB100～VB103组成的双字数据。 图 字节、字、双字寻址方式

间接寻址 在指令中给出地址指针，通过地址指针间接地访问想要访问的数据存储器或者数据对象区。 间接寻址方式可寻址的区域有输入映像存储区I、输出映像存储区Q、辅助继电器区M、全局变量存储区V、定时器区(当前值)T、计数器区(当前位)C和数据块D。 间接寻址首先要建立地址指针，然后根据指针获取数据。 图 使用指针间接寻址

S7-200系列PLC数据存储区及元件功能 （符号、梯形图中绘法、工作原理） 1．输入/输出映像寄存器(I/Q) 7．定时器（T） 2．变量存储器(V) 8．计数器(C) 9．模拟量输入/输出映像寄存 器（AI/AQ） 3．位存储器（M） 4．特殊标志位（SM）存储器 10．累加器（AC） 5．顺序控制继电器（S） 11．高速计数器（HC） 6．局部存储器（L）

PLC用户数据存储器编程资源讲解 一、输入、输出继电器 1、输入继电器（Input Relay） 注意：输入继电器状态只受外部输入开关控制，不受PLC程序控制，PLC程序可以读取输入继电器的状态，不能改变输入继电器的状态，所以输入继电器没有线圈符号。外部输入开关只能直接控制输入继电器和它的触点,不能直接控制其他的继电器。

不同厂家、不同类型的PLC，采用的编址方案不同 输入继电器在PLC梯形图上的符号和意义如下： 德国西门子SIMATIC S7-200系列PLC用I 表示输入继电器， CPU 224主机有I0.0～I0.7，I1.0～I1.5共14个数字量输入端点。输入继电器常开触点和常闭触点供用户编程使用。 I0.0 输入端子 外部输入点 I .

2、输出继电器（Output Relay） 工作：PLC运行时，每执行完一遍程序，逻辑运算的结果就存入到相应的一位存储器中。其中需要控制输出开关的运算结果存到输出映像存储器中。这个输出映像存储器在PLC程序中，可以按位存取，其中的每一位，就是一个输出继电器。 功能：输出继电器线圈得电与否不但控制它在PLC内部的触点，而且还控制它在PLC输出接口电路中对应的输出开关，进而控制接在输出点上的输出负载（执行部件）得电与否。 注意1：一体机，输出点地址是固定的，输出继电器与对应的输出状态锁存器，与对应的输出端子排上的输出接点的名称标号是相同的。 注意2：输出继电器在PLC内部的触点，原则上说可以无限多。

不同厂家、不同类型的PLC，采用的编址方案不同 输出继电器在PLC梯形图上的符号和意义如下： S7-200 CPU 224主机有Q0.0～Q0.7、Q1.0、Q1.1共10个数字量输出端点。是用来将PLC的输出信号传递给负载，线圈用程序指令驱动。 Q0.0 ( ) 1 负载 电源

二、变量存储器V 变量存储器主要用于存储变量。 可以存放数据运算的中间运算结果或设置参数，在进行数据处理时，变量存储器会被经常使用。 变量存储器可以是位寻址，也可按字节、字、双字为单位寻址，其位存取的编号范围根据CPU的型号有所不同。 CPU221/222为V0.0~V2047.7共2KB存储容量。 CPU224/226为V0.0~V5119.7共5KB存储容量。

三、内部标志位存储器（内部辅助继电器） 内部辅助继电器：也是一位存储器，但是它不与输入点对应，也不与输出点相对应，它用来存储PLC内部的中间变量，相当于继电器控制系统中的中间继电器。 辅助继电器的线圈、常开触点、常闭触点：在梯形图上的图形符号与I/O继电器相同，只是标号字母名称不同或序号不同。内部辅助继电器的线圈和触点的关系和输出继电器的一样，但只有内部触点，不对应外部触点。它的内部触点也是无限多个。 注意：从存储器的角度看，内部辅助继电器是一个暂存运算数据的一位存储器，它的名称标号是这个存储单元的地址。

不同厂家、不同类型的PLC，采用的编址方案不同 内部辅助继电器在PLC梯形图上的符号和意义如下： 内部标志位（M）存储区，S7-200 CPU224 PLC编址范围M0.0~M31.7，可以按位、字节、字或双字来存取存储区的数据。

四、特殊标志位存储器SM PLC中还有若干特殊标志位存储器, 特殊标志位存储器位提供大量的状态和控制功能，用来在CPU和用户程序之间交换信息，特殊标志位存储器能以位、字节、字或双字来存取。 CPU224的SM的位地址编号范围为SM0.0~SM179.7共180个字节。其中SM0.0～SM29.7的30个字节为只读型区域。

特殊标志位（SM）存储器用途 ① SMB0为状态位字节，在每次扫描循环结尾由S7-200 CPU更新，定义如下： SM0.0 RUN状态监控，PLC在运行RUN状态，该位始终为1。 SM0.1 首次扫描时为1，PLC由STOP转为RUN状态时，ON（1态）一个扫描周期，用于程序的初始化。 SM0.2 当RAM中数据丢失时，ON一个扫描周期，用于出错处理。 SM0.3 PLC上电进入RUN方式，ON一个扫描周期。 SM0.4 分脉冲，该位输出一个占空比为50％的分时钟脉冲。用作时间基准或简易延时。 SM0.5 秒脉冲，该位输出一个占空比为50％的1秒时钟脉冲。可用作时间基准。 SM0.6 扫描时钟，一个扫描周期为ON（高电平），另一为OFF（低电平）循环交替。 SM0.7 工作方式开关位置指示，0为TERM位置，1为RUN位置。为1时，使自由端口通讯方式有效。 ② SMB1为指令状态位字节，常用于表及数学操作，部分位定义如下： SM1.0 零标志，运算结果为0时，该位置1。 SM1.1 溢出标志，运算结果溢出或查出非法数值时，该位置1 。 SM1.2 负数标志，数学运算结果为负时，该位为1。

五、顺序控制继电器（S状态元件） 顺序控制继电器是使用步进顺序控制指令编程时的重要状态元件，通常与步进指令一起使用以实现顺序功能流程图的编程。 顺序控制继电器的地址编号范围为S0.0~S31.7。 共256个。

六、局部变量存储器L 局部变量存储器L用来存放局部变量，局部变量存储器L和变量存储器V十分相似，主要区别在于全局变量是全局有效，即同一个变量可以被任何程序（主程序、子程序和中断程序）访问。而局部变量只是局部有效，即变量只和特定的程序相关联。 S7-200有64个字节的局部变量存储器，其中60个字节可以作为暂时存储器，或给子程序传递参数。后4个字节作为系统的保留字节。PLC在运行时，根据需要动态地分配局部变量存储器，在执行主程序时，64个字节的局部变量存储器分配给主程序，当调用子程序或出现中断时，局部变量存储器分配给子程序或中断程序。 局部存储器可以按位、字节、字、双字直接寻址，其位存取的地址编号范围为L0.0~L63.7。L可以作为地址指针。

七、定时器（Timer） 定时器指令：包括定时器的类型、三种类型：一种是通电延时，另一种是断电延时。 通电延时定时器TON：是指线圈通电后，定时器的触点不立即动作，而是经过设定值规定的时间后定时器的触点才动作：常开触点闭合。常闭触点断开；当线圈断电后定时器的触点立即动作：常开触点马上断开，常闭触点马上闭合。 有记忆接通延时定时器（TONR）：用于累计时间间隔的定时。 断电延时定时器TOF：是指线圈通电后，定时器的触点立即动作：常开触点闭合，常闭触点断开；当线圈断电后，定时器的触点不立即动作，而是经过设定值规定的时间后才动作：常开触点断开，常闭触点闭合。

不同厂家、不同类型的PLC，采用的编址方案不同 定时器在PLC梯形图上的符号和意义如下： S7-200 CPU中的定时器是对内部时钟累计时间增量的设备，用于时间控制。编址范围T0～T255（22X）；T0～T127(21X)；S7-200定时器的定时精度分别为1ms、10ms、100ms （ 0.001s 、0.01s、 0.1s ）三种定时器，最大设定值为32767。 工作方式 时基（ms） 最大定时范围（s） 定时器号 TONR 1 32.767 T0，T64 10 327.67 T1-T4，T65-T68 100 3276.7 T5-T31，T69-T95 TON/TOF T32，T96 T33-T36，T97-T100 T37-T63，T101-T255

八、计数器(Counter) 计数器是：计量脉冲信号数目，到达计数设定值后发出开关量控制信号的器件。在PLC的梯形图上看，计数器也是一个继电器，它由计数部分和触点组成，还有计数设定值。 S7—200系列计数器 这里：C000是一个计数器的名称标号，04321是计数设定值，CTU是计数器的类别表示加法是计数器。

不同厂家、不同类型的PLC，采用的编址方案不同 计数器在PLC梯形图上的符号和意义如下： 计数器主要用来累计输入脉冲个数。有16位预置值和当前值寄存器各一个，以及1位状态位，当前值寄存器用以累计脉冲个数，计数器当前值大于或等于预置值时，状态位置1。 S7-200 CPU提供有三种类型的计数器，增计数、减计数、增／减计数。编址范围C0～C255（22X），C0～C127（21X）。

九、模拟量输入/输出映像寄存器（AI/AQ） S7-200的模拟量输入电路将外部输入的模拟量（如温度、电压）等转换成1个字长（16位）的数字量，存入模拟量输入映像寄存器区域。 AI编址范围AIW0，AIW2，……AIW62，起始地址定义为偶数字节地址，共有32个模拟量输入点。 S7-200模拟量输出电路用来将模拟量输出映像寄存器区域的1个字长（16位）数字值转换为模拟电流或电压输输出。 AQ编址范围AQW0，AQW2，……AQW62，起始地址也采用偶数字节地址，共有32个模拟量输出点

十、累加器（AC） 累加器是用来暂存数据， S7-200 PLC提供了4个32位累加器AC0～AC3。累加器支持以字节（B）、字（W）和双字（D）的存取。

十一. 高速计数器HC 一般计数器的计数频率受扫描周期的影响，不能太高。而高速计数器可用来累计比CPU 的扫描速度更快的事件。高速计数器的当前值是一个双字长（32位）的整数，且为只读值。 高速计数器的地址编号范围根据CPU的型号有所不同，CPU221/222各有4个高速计数器，CPU224/226各有6个高速计数器，编号为HC0~HC5。

 PLC的梯形图语言 梯形图的由来：PLC的梯形图是在继电器控制线路梯形原理图的基础上开发出来的。 梯形图程序：由梯形图的图形符号、器件名称标号、画图规则构成梯形图语言（LAD）。连接好的完整的梯形图就是梯形图程序。

梯形图的要素（图形符号）4个 注意：以上三个要素对应着PLC的基本指令。 1．母线 2．触点 它们是各类继电器、定时器、计数器的内部触点。 3．线圈 线圈是PLC用户程序能够控制的继电器的线圈。 注意：以上三个要素对应着PLC的基本指令。 4．功能指令符 应用指令、程序执行控制类指令和其他不写出整条指令就不能把意思表达清楚的指令，在梯形图上也要把整条指令写出来，一般把这样指令写在梯形图上的一个方括号或一个横条形框内。如：定时器、计数器等。 我们把这类方括号、方框、圆圈称为功能指令符，作为PLC梯形图的第4个要素〈图形、符号〉。

梯形图的连接原则 1．接左母线的一般是触点； 2．触点与触点可以串联、并联； 3．触点组与触点组可以串联、并联； 4．接右母线的一般是线圈和功能指令符；线圈间、功能指令符间、线圈与功能指令符间不能串接； 5．有的功能指令符既接左母线，又接右母线，如END指令； 6．触点不能串接在两个梯级之间； 7．接右母线的线圈和一些功能指令符可以并接若干个，而且并接在后面的线圈或功能指令符可以在左侧串接触点。 8．有些类型的PLC，一些功能指令符可以放在一个梯级的中间，既不接左母线，又不接右母线，如NB系列的比较指令； 9．有些类型的PLC，可以把操作码的缩略字母放在触点符号中间，或放在线圈符号中间。 10．有些类型的PLC，左侧串接触点的线圈或功能指令符，可以带触点并接。

补充：S7-200 PLC编程注意事项及编程技巧 （1）程序应按自上而下，从左至右的顺序编写； （2）线圈不能直接与左母线相连。如果需要，可以通过特殊内部标志位存储器SM0.0（特殊内部标志位存储器SM0.0， RUN状态监控，PLC在运行RUN状态，该位始终为1 ）来连接，如图所示； 

（3）适当安排编程顺序，以减少程序的步数。串联多的支路应尽量放在上部，如图所示。 （4）并联多的支路应靠近左母线 ，如下图所示：

（5）逻辑关系应尽量清楚(避免左轻右重)，对复杂的电路，可重复使用一些触点画出其等效电路，然后再进行编程。 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 LD I0.2 AN I0.3 A I0.4 A I0.5 AN I0.6 A I0.7 LD I0.2 A I0.5 AN I0.6 A I1.0 AN I1.1 OLD = Q0.2

（6）避免出现无法编程的梯形图 I0.5 I0.1 I0.3 I0.2 Q0.1 I0.4 Q0.2

（7）梯形图中，不允许一个触点上有双向“电流”通过。对于这样的梯形图，应根据其逻辑功能作适当的等效变换。 5　　 4　　 1　　 　 6 1　　　 2　　　 6 2　　 5　　 2　　 3　　　 5　　　 3　　　 4　　　 4　　

（8）梯形图中，当多个逻辑行都具有相同条件时，为了节省语句数量，常将这些逻辑行合并。 1　　　4　　　7 2　　 1　　　　3　　　6 1　　　 5　　 8 （a）　不合理 2　　　 4　　　7 8 1　　 　3　　 6 5　　 （b） 合理

（9）如果电路结构复杂，用ANB、ORB等指令难以处理时，可以重复使用一些触点改成等效电路，再进行编程 。 1 2 3 4 5 A B 2 A 3 5 B 1 4

注意输出线圈不能串联！

练习 习题1．PLC的硬件组成有哪5大部分？ 答：主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的控制用I/O接口电路，外设用I/O接口等5大部分组成。 习题2．输入、输出模块中为什么要设光电隔离电路? 答： (1)实现现场与PLC主机的电气隔离，以提高抗干扰性。 (2)避免外部强电侵人主机而损坏主机。 (3)电平变换，光电耦合器将现场各种开关信号变换成PLC主机要求的标准逻辑电平 。

习题3．当下图中各输入继电器都为1时，Q0.2和Q1.2各为何值？

习题4.继电器控制线路图改成PLC梯形图程序

习题5.继电器控制线路图改成PLC梯形图程序 5　　 4　　 1　　 　 6 1　　　 2　　　 6 2　　 5　　　 3　　　 4　　　 5　　 2　　 3　　　 4　　 非PLC梯形图 PLC梯形图

习题6.梯形图程序 （逻辑功能相同、执行步数不同尽量要左重右轻） （a） （b） LD I0.1 LD I0.2 LD I0.3 A I0.4 OLD ALD = Q0.1 LD I0.3 A I0.4 O I0.2 A I0.1 = Q0.1 图（a）与（b）实现相同的逻辑功能、执行步数不同 图（a）需要7步程序，图（b）需要5步程序，执行起来图（b）速度快 同学们：做实验验证一下 ！

学习要求 小结：通过本章的学习，了解PLC的产生、定义、发展过程、特点、功能、使用方法及PLC的应用状况和发展趋势。 重点掌握PLC硬件组成、软件组成、工作原理及主要性能技术指标。重点掌握 PLC的内部元器件的符号、梯形图中绘法、工作原理，及 PLC的梯形图要素，连接原则。 作业: 1.举例分析PLC周期扫描工作制的过程。 2.PLC有哪些编程资源？

习题与思考题 1.简述可编程序控制器的定义。 2.可编程序控制器有哪些主要功能与特点? 3.可编程序控制器有哪些分类方法? 4.可编程序控制器发展方向是什么？ 5.与一般的计算机控制系统相比可编程序控制器有哪些优点? 6.与继电器控制系统相比可编程序控制器有哪些优点?

可编程序控制器采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。 硬件抗干扰措施： （1）常规手段：选用优质元器件，设计合理的系统结构，实施加固使其易于抗冲击，印制板的设计加工和焊接工艺严格规范。 （2）隔离：所有I/O电路一律采用光电器件进行隔离，使内外无电气回路的联接点(电浮空)，这样可以抗电干扰。 （3）滤波：对供电系统及输入回路采用模拟量滤波(如LC、π型滤波网络)，再加上数字滤波，以消除或抑制高频干扰。 （4）屏蔽：采用导电、导磁性能良好的材料进行屏蔽，以防电磁波辐射的干扰。 （5）增强电源的适应性：PLC的供电系统(内部为DC)采用开关电源，并用集成电压调整器进行调整，使之适应电网电压较宽范围的波动。 （6）采用模块式结构：一旦某模块有故障，能迅速更换，使系统停用时间减到最低程度。 返回

软件抗干扰措施： （1）设置警戒时钟WDT(看门狗)：PLC在正常的运行程序中对WDT定时复位，若超过了WDT规定的时间，WDT会发出报警信号，并强制系统CPU复位，使之走入正常的运行程序。 （2）系统软件对用户软件自动进行检查：能对用户程序进行查错、报错，使用户程序无语法、结构性错误，错误的程序或参数得不到运行。 （3）掉电保护：对RAM区用后备电池或蓄能电容，掉电时使RAM继续有电，保证用户程序运行的状态信息和中间数据不会丢失。 （4）自检：系统程序中有对CPU及外围器件自动检测的功能，一旦出错，立即报警。 返回