PLC入门教程.docx
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PLC入门教程
学习情境1电机控制系统编程与实现
工作任务描述：
以电机PLC控制系统编程与实现工作任务为载体，通过实施启动停止控制、正反转控制、自动往返可逆运行控制、降压启动控制、顺序控制等五项由简单到复杂的具体工作任务。
引导讲授与本5项工作任务相关联的PLC的编程软件、基本逻辑指令、功能指令等，加强PLC硬件控制系统的设计、安装能力及控制程序的设计、调试能力。
子项目一三相笼型异步电动机的启动停止控制系统编程与实现
一、项目训练目的：
1、使学生对PLC的发展史有初步的了解。
2、使学生掌握PLC的分类、特点及PLC的应用与展望。
3、使学生体会到PLC控制系统与继电接触器控制系统的区别、优点与缺点。
4、使初步掌握S7—200PLC编程软件STEP7MicroWIN_V40的基本使用方法，能够建立工程项目并保存。
同时熟悉软件的使用环境。
5、通过本次实验内容使用清楚PLC控制与继电器接触器控制的区别及不同点，初步了解PLC基本功能。
二、教学建议：
1、先讲授“PLC的发展历史；PLC的分类、特点；PLC的应用”等内。
2、然后演示讲解S7—200PLC编程软件STEP7MicroWIN_V40的基本使用方法。
3、指导学生练习三相笼型异步电动机的启动停止控制线路实验，掌握西门子PLC编程软件与PLC的通信及程序的调试方法。
新授内容：
PLC的基础知识
一、PLC的产生（了解内容）
在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是以继电控制器占主导地位的。
这种由继电器构成的控制系统有着明显的缺点：
体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，一旦生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，这造成了时间和资金的严重浪费。
20世纪60年代末期，为了使汽车改型或改变工艺流程时不改动原有继电器柜内的接线，以便降低生产成本，缩短新产品的开发周期，以满足生产的需求。
美国通用汽车公司（GM公司）1968年提出了研制新型控制装置的十项指标，其主要内容如下：
（1）编程简单，可在现场修改和调试程序；
（2）价格便宜，性价比高于继电器控制系统；
（3）可靠性高于继电器控制系统；
（4）体积小于有继电器控制柜的体积，能耗少；
（5）能与计算机系统数据通信；
（6）输入量是交流115V电压信号（美国电网电压是110V）；
（7）输出量是交流115V电压信号、输出电流在2A以上，能直接驱动电磁阀等；
（8）具有灵活的扩展能力；
（9）硬件维护方便，采用插入式模块结构；
（10）用户存储器容量至少在4KB以上（根据当时的汽车装配过程的要求提出）。
从上述10项指标可以看出，它实际上就是当今可编程序控制器最基本的功能，具备了可编程序控制器的特点。
1969年，美国数字设备公司（DEG）根据上述要求研制出第一台可编程序控制器，型号为PDP-14，并在GM公司的汽车生产线上适用成功，于是第一台可编程序控制器诞生了。
二、PLC与继电器控制的比较优点（掌握）
1、没有复杂的接线
2、容易设计，能简单地改变程序
3、维护管理容易
4、可靠性高
5、小型紧凑
三、PLC的定义：
PLC是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。
它采用可编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、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。
可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按照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。
四、可编程序控制器的主要功能（掌握）
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。
五、可编程序控制器的分类
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。
2、按结构形式分类
通常从PLC硬件结构形式上分整体式结构和模块式结构。
（1）整体式结构
一般的小型及超小型PLC多为整体式结构，这种可编程序控制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及与编程器或EPROM写入器相连的接口、输入/输出端子、电源、指示灯等都装配在一起的整体装置。
它的优点是结构紧凑，体积小，成本低，安装方便，缺点是主机的I/O点数固定，使用不灵活。
西门子公司的S7-200系列PLC为整体式结构。
（2）模块式结构
模块式结构又叫积木式。
这种结构形式的特点是把PLC的每个工作单元都制成独立的模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块、通信模块等。
另外，机器上有一块带有插槽的母板，实质上就是计算机总线。
把这些模块按控制系统需要选取后，都插到母板上，就构成了一个完整的PLC。
这种结构的PLC的特点是系统构成非常灵活，安装、扩展、维修都很方便，缺点是体积比较大。
常见产品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西门子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。
3、按生产厂家分类
PLC的生产产家很多，国内国外都有，其点数、容量、功能各有差异，但都自成系列，比较有影响的厂家有：
（1）日本立石（OMRON）公司的C系列可编程序控制器；
（2）日本三菱（MITSUBISHI）公司的F、F1、F2、FX2系列可编程序控制器；
（3）日本松下（PANASONIC）电工公司的FP1系列可编程序控制器；
（4）美国通用电气（GE）公司的GE系列可编程序控制器；
（5）美国艾论—布拉德利（A--B）公司的PLC-5系列可编程序控制器；
（6）德国西门子（SIEMENS）公司的S5、S7系列可编程序控制器。
六、可编程序控制器的发展趋势（了解）
随着PLC技术的推广、应用，PLC将向两个方面发展：
一方面向着大型化的方向发展，另一方面则向着小型化的方向发展。
PLC向大型化方向发展，主要表现在大中型PLC高功能、大容量、智能化、网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合的自动控制。
PLC向小型化方向发展，主要表现在下列几个方面：
为了减小体积、降低成本，向高性能的整体型发展；在提高系统可靠性的基础上，产品的体积越来越小，功能越来越强；应用的专业性，使得控制质量大大提高。
另外，PLC在软件方面也将有较大的发展。
系统的开放使第三方的软件能方便地在符合开放系统标准的PLC上得到移植。
除了采用标准化的硬件外，采用标准化的软件也能大大缩短系统开发周期；同时，标准化的软件由于经受了实际应用的考验，它的可靠性也明显提高。
总之，PLC总的发展趋势是：
高功能、高速度、高集成度、容量大、体积小、成本低、通信联网功能强。
项目训练指导：
（利用FLASH动画及演示讲解）
实验一三相笼型异步电动机的启动停止控制系统调试实验
一、实验目的：
1、了解PLC软硬件结构及系统组成
2、掌握PLC外围直流控制及负载线路的接法及上位计算机与PLC通信参数的设置。
3、初步掌握S7-200PLC编程软件STEP7MicroWINV4.0的基本使用方法。
二、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
可编程控制器实训装置
THPFSM-1/2
1
2
实验导线
3号
若干
3
PC/PPI通讯电缆
1
西门子
4
计算机
1
自备
三、PLC外形图
四、控制要求
1、认知西门子S7-200系列PLC的硬件结构，详细记录其各硬件部件的结构及作用；
2、打开编程软件，编译基本的与、或、非程序段，并下载至PLC中；
3、能正确完成PLC端子与开关、指示灯接线端子之间的连接操作；
4、拨动K0、K1，指示灯能正确显示；
五、功能指令使用及程序流程图
1、常用位逻辑指令使用
位操作指令是PLC常用的基本指令，梯形图指令有触点和线圈两大类，触点又分常开触点和常闭触点两种形式；语句表指令有与、或以及输出等逻辑关系，位操作指令能够实现基本的位逻辑运算和控制。
1、逻辑取（装载）及线圈驱动指令LD/LDN
（1）指令功能
LD（load）：
常开触点逻辑运算的开始。
对应梯形图则为在左侧母线或线路分支点处初始装载一个常开触点。
LDN（loadnot）：
常闭触点逻辑运算的开始（即对操作数的状态取反），对应梯形图则为在左侧母线或线路分支点处初始装载一个常闭触点。
=（OUT）：
输出指令，对应梯形图则为线圈驱动。
对同一元件只能使用一次。
（2）指令格式如图4所示。
梯形图语句表
网络1
LDI0.0//装载常开触点
=Q0.0//输出线圈
网络2
LDNI0.0//装载常闭触点
=M0.0//输出线圈
图4LD/LDN、OUT指令的使用
说明：
1）触点代表CPU对存储器的读操作，常开触点和存储器的位状态一致，常闭触点和存储器的位状态相反。
用户程序中同一触点可使用无数次。
如：
存储器I0.0的状态为1，则对应的常开触点I0.0接通，表示能流可以通过；而对应的常闭触点I0.0断开，表示能流不能通过。
存储器I0.0的状态为0，则对应的常开触点I0.0断开，表示能流不能通过；而对应的常闭触点I0.0接通，表示能流可以通过。
2）线圈代表CPU对存储器的写操作，若线圈左侧的逻辑运算结果为“1”，表示能流能够达到线圈，CPU将该线圈所对应的存储器的位置位为“1”，若线圈左侧的逻辑运算结果为“0”，表示能流不能够达到线圈，CPU将该线圈所对应的存储器的位写入“0”用户程序中，同一线圈只能使用一次。
3）LD/LDN，=指令使用说明：
LD、LDN指令用于与输入公共母线（输入母线）相联的接点,也可与OLD、ALD指令配合使用于分支回路的开头。
“=”指令用于Q、M、SM、T、C、V、S。
但不能用于输入映像寄存器I。
输出端不带负载时，控制线圈应尽量使用M或其他，而不用Q。
“=”可以并联使用任意次，但不能串联。
如图5所示。
图4-5输出指令可以并联使用
LD/LDN的操作数：
I、Q、M、SM、T、C、V、S。
“=”（OUT）的操作数：
Q、M、SM、T、C、V、S。
2、触点串联指令A（And）、AN（Andnot）
（1）指令功能
A（And）：
与操作，在梯形图中表示串联连接单个常开触点。
AN（Andnot）：
与非操作，在梯形图中表示串联连接单个常闭触点。
（2）指令格式如图6所示
网络1
LDI0.0//装载常开触点
AM0.0//与常开触点
=Q0.0//输出线圈
网络2
LDQ0.0//装载常开触点
ANI0.1//与常闭触点
=M0.0//输出线圈
AT37//与常开触点
=Q0.1//输出线圈
图6A/AN指令的使用
（3）A/AN指令使用说明：
A、AN是单个触点串联连接指令，可连续使用。
如图7所示。
图7
若要串联多个接点组合回路时，必须使用ALD指令。
如图4-8所示。
若按正确次序编程（即输入：
“左重右轻、上重下轻”；输出：
上轻下重），可以反复使用=指令。
如图4-9所示。
但若按图4-10所示的编程次序，就不能连续使用“=”指令。
A、AN的操作数：
I、Q、M、SM、T、C、V、S。
图10
3、触点并联指令：
O（Or）/ON（Ornot）
（1）指令功能
O：
或操作，在梯形图中表示并联连接一个常开触点。
ON：
或非操作，在梯形图中表示并联连接一个常闭触点。
（2）指令格式如图11所示
梯形图语句表
网络2
LDNQ0.0
AI0.2
OM0.1
ANI0.3
OM0.2
=M0.1
网络1
LDI0.0
OI0.1
ONM0.0
=Q0.0
图11O/ON指令的使用
（3）O/ON指令使用说明：
O/ON指令可作为并联一个触点指令，紧接在LD/LDN指令之后用，即对其前面的LD/LDN指令所规定的触点并联一个触点，可以连续使用。
若要并联连接两个以上触点的串联回路时，须采用OLD指令。
ON操作数：
I、Q、M、SM、V、S、T、C。
六、端口分配及接线图
1、I/O端口分配功能表
序号
PLC地址（PLC端子）
电气符号
（面板端子）
功能说明
1
I0.0
K0
常开触点01
2
I0.1
K1
常开触点02
3
Q0.0
L0
“与”逻辑输出指示
4
Q0.1
L1
“或”逻辑输出指示
5
Q0.2
L2
“非”逻辑输出指示
6
主机1M、面板V+接电源+24V
电源正端
7
主机1L、2L、3L、面板COM接电源GND
电源地端
2、控制接线图
七、操作步骤
1、按下图连接上位计算机与PLC；
2、按“控制接线图”连接PLC外围电路；打开软件，点击，在弹出的对话框中选择“PC/PPI通信方式”，点击 ，设置PC/PPI属性；
3、点击，在弹出的对话框中，双击，搜寻PLC，寻找到PLC后，选择该PLC；至此，PLC与上位计算机通信参数设置完成；
4、编译实训程序，确认无误后，点击，将程序下载至PLC中，下载完毕后，将PLC模式选择开关拨至RUN状态。
5、将K0、K1均拨至OFF状态，观察记录L0指示灯点亮状态；
6、将K0拨至ON状态，将K1拨至OFF状态，观察记录L1指示灯点亮状态；
7、将K0、K1均拨至ON状态，观察记录L2指示灯点亮状态；
八、实验总结
详细描述S7-200PLC的硬件结构
总结出上位计算机与S7-200PLC通信参数的设置方法
九、学生自行练习项目：
实验内容：
三相笼型异步电动机的启动停止控制系统调试实验
1、三相笼型异步电动机的启动停止控制电气原理图
2、例子程序：
3、I/O图
4、实验步骤同前
课后作业：
1、PLC发展简史。
2、PLC的分类、特点及PLC的应用与展望。
3、PLC控制系统与继电接触器控制系统的区别、优点与缺点。
4、当前在主要的PLC的生产厂家及其主要产品。
与PLC技术相关的网址：
1、
2、
3、
各主要PLC厂家技术资料下载网站
1，西门子
2，奈德http:
//www.schneider-schneider-，可下载中英文手册
3，MODICON
4，ABBPLC
5，Rockwell
6，AB（Allen-Bradley）
7，GE
8，德州仪器
9，三菱电机自动化 ，可下载英文手册
10，上海欧姆龙 可下载中英文手册
11，富士
12，东芝
13，松下PLC
14，日立
15，光洋电机（无锡） 可下载中英文手册
16，台达电
17，台湾永宏PLC
18，LG
19， 在learnPLCs栏目的ManufacturersLinks中可链接各PLC厂家的网站
20，其它：
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