可编程控制器原理及应用.docx
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可编程控制器原理及应用
前言
随着可编程控制器(ProgrammableLogicController,简称PLC)技术的迅速发展,它以体积小、功能强、可靠性高以及安装应用方便等优点,很快在我国的工业控制中占据了主导地位。
为了适应这一时代发展的需要,全国各大中专院校各类职业技术学校都相继将PLC教学纳入教学任务,作为电子、电器以及工业自动化类专业的一门必修课。
PLC(可编程控制器)实验教学是这门课程的重要环节。
我司根据这一课程的教学大纲,综合多所院校老师的教学意见,结合工业控制的实际情况,开发了PLC(可编程控制器)系列实验系统。
产品推出以来,得到了各大院校教学老师和专家的一致好评。
实验系统利用按钮、开关来模拟各类传感器的输出作为控制信号;利用LED发光二极管模拟LED数码管、指示灯、直流电机、步进电机、继电器以及各类工业控制中的执行机构,生动形象的模仿工业工程中的实际状态。
它们设计考究、功能全面、操作简便,是PLC教学的得力助手!
ZY17PLC-Sim12BE实验箱由PLC主机、实验演示板以及附件构成。
其中PLC主机采用的是目前工业控制中应用最普遍的西门子主机,型号为S7-200、CPU226(AC/DC/继电器)。
本PLC可编程控制器实验箱与同类产品相比有四大特点:
1、以前的实验箱只将主机的输入输出引到实验箱面板上。
此次,将主机的所有接线端子包括电源端子引到实验箱上,所有主机接线均有学生来连。
这样,学生能更深入的了解PLC工作原理。
2、实验内容涉及位逻辑指令,定时、计数指令,功能指令,全面涵盖教学重难点。
3、实验箱设有短路保护,避免学生错误操作烧坏主机。
该实验箱的设计和实验指导书的编写,力求做到通俗易懂,贴近人的认知过程,软硬件都设有练习。
学生实验之前应以此为参考进行预习,每实验小组都建议配置有实验指导书。
希望老师在本课程实验之前,简介此实验箱的一般使用方法(详见第一章),起到加强巩固实验教学效果的作用。
由于编者的能力以及时间的限制,书中肯定存在一些不足之处,期盼各位老师和专家的提出指正,衷心的感谢!
目录
前言………………………………………………1
目录………………………………………………3
第一章可编程控制器实验装置介绍……………4
第一节可编程控制器简介…………………………………4
第二节STEP7-Micro/WIN编程软件使用说明…………8
第三节ZY17PLC-Sim12BE特点介绍………………………16
第二章基本指令及应用编程练习………………19
实验一位逻辑指令……………………………………19
实验二置位、复位及脉冲输出指令实验……………22
实验三定时器与计数器指令…………………………25
实验四水塔水位控制实验………………………………29
实验五四节传送带模拟实验…………………………32
实验六交通灯模拟控制实验…………………………35
第一章可编程控制器实验装置介绍
第一节可编程控制器简介
可编程序控制器,英文称ProgrammableController,简称PC。
为了与个人计算机的PC(PersonalComputer)相区别,在PC中增加了L(Logic)而写成PLC。
PLC是以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置,专为在工业现场应用而设计,它采用可编程的存储器,用以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指令,并通过数字式或模拟式的输入、输出接口,控制各种类型的机械生产过程。
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能和习惯,特别是PLC的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学,调试和查错都很方便。
用户在购买到所需的PLC后,只需按说明书的提示,进行少量的接线和简易的用户程序的编制,就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。
经过30多年的发展,可编程控制器已经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。
现在继电器已经用进入包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。
在工业控制领域起着举足轻重的作用。
一、PLC的工作原理
PLC的工作方式有周期扫描方式、定时中断方式、输入中断方式、通信方式等等。
最主要的方式是周期扫描方式。
周期扫描方式大致可以分为以下六个过程:
1、上电处理过程
PLC上电后,要进行第一次上电的初始化处理。
CPU进行的初始化工作,包括清除内部继电器区,复位所有的定时器,检查I/O单元的连接等。
2、共同处理过程
在上电处理通过以后,要进到这一步。
共同处理的主要任务是复位监视定时器,检查I/O总线是否正常,检查扫描周期是否过长,检查程序存储器是否有异常,如果有异常,根据错误情况,发出报警输出或者停止PLC的运行。
3、通信服务过程
当PLC和微机构成通信网络或由PLC构成分散系统时,需要有通信服务过程。
4、外部设备服务过程
当PLC接有外部设备(如编程器、打印机等),则需要进行外部设备服务过程。
5、程序执行过程
该过程执行用户程序存储器所存的指令。
从输入映像寄存器和其它软元件的映像寄存器中将有关元件的通/断状态读出,从程序的第0步开始顺序的运算,每次结果都写入对应的映像寄存器中。
因此,各元件的映像寄存器的内容随着程序的执行在不断的变化(输入元件除外)。
输出继电器的内部触点的动作由输出映像寄存器的内容决定。
6、I/O刷新过程
这个过程可分为输入信号刷新和输出信号刷新。
输入信号刷新为输入处理过程,输出信号刷新为输出处理过程。
输入处理过程将PLC全部输入端子的通/断状态,读入输入映像寄存器。
在程序执行过程中,即使输入状态变化,输入映像寄存器的内容也不会马上改变。
直到下一扫描周期的输入处理阶段才读入这一变化。
此外,输入触点从通到断或从断到通变化到处于确定止,输入滤波器还有一个响应延迟。
输出处理过程将输出映像寄存器的通/断状态向输出锁存继电器传送,成为PLC的实际输出。
PLC在执行完第6步后,又跳到第1步重新运行,如此不断循环。
二、PLC的结构及各部分的作用
PLC的类型繁多,功能和指令系统也不相同,但结构与工作原理则大同小异,其组成与计算机完全相同,它就是一台适合于工业现场使用的专用计算机,其硬件组成有六个部分(如图1-1)。
图1-1可编程控制器的组成
1、中央处理单元
与普通计算机一样,CPU是系统的核心部件,是由大规模和超大规模的集成电路微处理器芯片构成,主要完成运算和控制任务,可以接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。
进入运行状态后,用扫描的方式接收输入装置的状态或数据,从内存逐条读取用户程序,通过解释后按指令的规定产生控制信号。
分时、分渠道地执行数据的存取、传送、比较和变换等处理过程,完成用户程序设计的逻辑或算术运算任务,并根据运算结果控制输出设备。
PLC中的中央处理单元多用8到32位字长的单片机。
2、存储单元
按照物理性能,存储器可以分为两类,随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。
随机存储器由一系列寄存器阵组成,每位寄存器可以代表一个二进制数,在刚开始工作时,它的状态是随机的,只有经过置“1”或清“0”的操作后,它的状态才确定。
若关断电源,状态丢失。
这种存储器可以进行读、写操作,主要用来存储输入输出状态和计数器、定时器以及系统组态的参数。
只读存储器有两种。
一种是不可擦除ROM,这种ROM只能写入一次,不能改写。
另一种是可擦除ROM,这种ROM经擦除后还可重写。
其中EPROM只能用紫外线擦除内部信息,E2PROM可以用电擦除内部信息,这两种存储器的信息可保留10年左右。
3、电源单元
PLC配有开关电源,电源的交流输入端一般都有脉冲吸收电路,交流输入电压范围一般都比较宽,抗干扰能力比较强。
有些PLC还配有大容量电容作为后备电源,停电时可以保持50h。
除了需要交流电源以外,还需要直流电源。
一般直流5V电源供PLC内部使用,直流24V电源供输入输出端和各种传感器使用。
4、输入输出单元
输入输出单元由输入模块、输出模块和功能模块构成,是PLC与现场输入输出设备或其它外部设备之间的连接部件。
PLC通过输入模块把工业设备状态或生产过程信息读入中央处理单元,通过用户程序的运算和操作,把结果通过输出模块输出给执行单元。
而功能模块则是一些智能化了的输入和输出模块。
比如温度检测模块、位置检测模块、位置控制模块、PID控制模块等。
中央处理单元与输入输出模块的连接是由输入接口和输出接口完成的。
5、接口单元
接口单元包括扩展接口、编程器接口、存储器接口和通信接口。
这些接口都是为了进一步扩展PLC的功能而设置的。
6、外部设备
PLC的外部设备主要有编程器、文本显示器、操作面板、打印机等等,使PLC的使用更加方便。
第二节STEP7-Micro/WIN编程软件使用说明
STEP7-Micro/WIN用于西门子S7-200系列PLC的程序编辑,支持三种编程模式:
LAD(梯形图)、FBD(功能块图)和STL(语句表)。
Micro/WIN还提供程序在线编辑、调试、监控以及CPU内部数据的监视、修改功能等等。
一、安装
安装编程软件的计算机应使用Windows操作系统,双击安装图标,根据安装时的提示完成安装。
安装完成后,用菜单命令“Tools(工具)/Options”(选项),选择“General”(常规),可以设置语言环境选择希望使用的语言。
二、STEP7-Micro/Win简介
1、STEP7-Micro/Win窗口元素(如图1-2)
图1-2STEP7-Micro/Win窗口元素
●浏览条——显示常用编程按钮群组。
浏览条包括:
视图:
显示程序块、符号表、状态表、数据块、系统块、交叉参考及通讯按钮。
工具:
显示指令向导、TD200向导、位置控制向导、EM253控制面板和扩展调制解调器向导等的按钮。
●指令树——提供所有项目对象和当前程序编辑器的所有指令的树型视图。
可以在项目分支里对所打开项目的所有包含对象进行操作;利用指令分支输入编程指令。
●交叉参考——查看程序的交叉引用和元件使用信息。
●数据块——显示和编辑数据块内容。
●状态表——允许将程序输入、输出或变量置于图表中,监视其状态。
●符号表——允许分配和编辑全局符号。
●输出窗口——在编译程序或指令库时提供消息。
当输出窗口列出程序错误时,双击错误讯息,会自动在程序编辑器窗口中显示相应的程序网络。
●状态栏——提供在STEP7-Micro/WIN中操作时的操作状态信息。
●程序编辑器——包含用于该项目的编辑器(LAD、FBD或STL)的局部变量表和程序视图。
单击程序编辑器窗口底部的标签,可以在主程序、子程序和中断服务程序之间移动。
●局部变量表——包含对局部变量所做的定义赋值(即子程序和中断服务程序使用的变量)
2、项目及其组件
STEP7-Micro/Win把每个实际的S7-200系统的用户程序、系统设置等保存在一个项目文件中,扩展名为.mwp。
打开一个.mwp文件就打开了相应的工程项目。
使用浏览条的视图部分和指令树的项目部分,可以查看项目的各个组件,并且在它们之间切换。
用鼠标单击浏览条图标或着双击指令树分支可以快速到达相应的项目组件。
三、在编程软件中设置通讯接口的参数
在STEP7-Micro/WIN中选择菜单命令“检视/元件/设置PG、PC接口”,或双击指令树的“设置PG/PC接口”图标进入“设置PG/PC接口”对话框(如图1-3)。
图1-3设置PG/PC的界面
1、选择通信硬件
在“接口参数指定
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如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
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- 关 键 词:
- 可编程控制器 原理 应用