《S7-1200PLC技术及应用》教材配套教学课件（完整版）（文字可修改版）.pptx

1、全册课件,S7-1200PLC技术及应用课件（完整版）,S7-1200PLC技术及应用,Date:12/24/2022,Page:2,2021年8月,第一章 PLC概 述,Date:12/24/2022,Page:3,一、PLC的产生与发展二、PLC的特点与应用三、PLC的分类与主要产品四、PLC的基本结构及工作原理五、PLC控制系统与J-C控制系统的比较,一、PLC的产生与发展,Date:12/24/2022,Page:4,1969年时被称为可编程逻辑控制器，简称PLC(ProgrammableLogicController)。70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，称其为可编程

2、控制器，简称PC(Programmable Controller)。但由于PC容易和个人计算机(PersonalComputer)相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。,可编程控制器定义（1987年 国际电工委员会）可编程序控制器是专为在工业环境下应用而设计 的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器，可以编制程序的控制器。它能够存储和执行指令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运 算等操作，并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。,Date:12/24/2022,Page:5,可编程控制器的产生,因为继电器逻辑电路配线复杂，可以说，PLC在继电控

3、制系统上发展而来,Date:12/24/2022,Page:6,可编程控制器的产生,Date:12/24/2022,Page:7,1968年，美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司（GM公司）提出设想，为了改变日益庞大的继电控制系统，开始招标。1969年，美国数字设备公司研制出了世界上第一台PC，型号为PDP-14。第一代：从第一台可编程控制器诞生到70年代初期。其特点是：CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器；第二代：70年代初期到70年代末期。其特点是：CPU采用微处理器，存储器采用EPROM；第三代：70年代末期到80年代中期。其特点是：CPU采用8位和16位微处理器，有些还采用多

4、微处理器结构，存储器采用EPROM、EAROM、CMOSRAM等；第四代：80年代中期到90年代中期。PC全面使用8位、16位微处理芯片的位片式芯片，处理速度也达到1us/步；第五代：90年代中期至今。PC使用16位和32位的微处理器芯片，有的已使用RISC芯片。,1968年，GM公司招标文件提出十项设计标准：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；输出采用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

5、展到4KB。,Date:12/24/2022,Page:8,二、PLC 的特点与应用,Date:12/24/2022,Page:9,PLC的特点1抗干扰能力强、可靠性高硬件方面，PLC采用大规模和超大规模的集成电路，采用了隔离、滤波、屏蔽、接地等抗干扰措施，并采取了耐热、防潮、防尘、抗震等措施.软件上，PLC采用周期扫描工作方式，减少由于外界环境干扰引起故障；系统程序中设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；并采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施。,PLC 的特点,Date:12/24/2022,Page:10,2接口丰富、使用方便PLC针对不同的工业现场信号，如交流或直

6、流、开关量或模拟量等，提供了相应的I/O模块进行连接；针对提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块；针对工业网络构建，它还有多种通讯联网的接口模块等等。,PLC 的特点,Date:12/24/2022,Page:11,3编程方式灵活、简单易学PLC的编程语言目前有梯形图（LD）/指令表（IL）/顺序功能图（SFC）/功能块图（FBD）和结构化文本（ST）五种，其中梯形图、顺序功能图、功能块图是图形化编程语言，指令表、结构化文本是文字语言；用户可根据PLC支持的语言类型和个人知识背景灵活选择。尤其是编程语言中的梯形图语言是从继电接触器电路图直接演变过来的，也是PLC使用最多的一种编程语言，这种

7、编程语言形象直观、上手容易、编程方便，技术人员无需深入学习即可掌握使用。,PLC 的特点,Date:12/24/2022,Page:12,4功能强大、通用性好PLC内部有大量可供用户使用的编程元件，具有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。另外PLC的产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户使用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的控制系统。,PLC 的应用,Date:12/24/2022,Page:13,1逻辑控制通过开关量“与”、“或”、“非”等逻辑指令的组合，以取代传统的继电接触器控制电路，实现逻辑控制、定时控制与顺序控制，既可用于单台设备的

8、控制，也可用于多机群控及自动化流水线控制；这也是 PLC最基本、最广泛的应用领域和最初能完成的基本功能，例如印刷机、注塑机、机床、电镀流水线和电梯控制等。,PLC 的应用,Date:12/24/2022,Page:14,2运动控制PLC可以使用专用的运动控制模块，对步进电机或伺服电机的单轴或多轴的位置进行控制。PLC把描述位置的数据送给模块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑，例如各种机械、机床、机器人和电梯等场合。,PLC 的应用,Date:12/24/2022,Page:15,3过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的控制

9、。对于温度、压力、流量等模拟量，PLC提供了配套的模数（A/D）和数模（D/A）转换模块，使PLC可以很方便的处理这些模拟量；作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，可以很方便的进行闭环控制，从而实现较高精度的过程控制。,PLC 的应用,Date:12/24/2022,Page:16,4联网和通讯功能PLC具有很强的联网和通讯能力，PLC能与计算机、智能仪表、智能执行装置联成网络，适应了当今计算机集成制造系统(CIMS)及智能化工厂发展的需要。使设备级的控制、生产线的控制、工厂管理层的控制连成一个整体，形成控制自动化与管理自动化的有机集成，从而创造更高的企业效益。,PLC 的分

10、类1按PLC的点数来分类根据PLC可扩展的输入输出点数，可以将PLC分为小型、中型和大型三类。,Date:12/24/2022,Page:17,三、PLC 的分类与主要产品,PLC 的分类,Date:12/24/2022,Page:18,1按PLC的点数来分类小型PLC的输入输出点数在256点以下，适合于单机控制或小型系统的控制；中型PLC的输入输出点数在2562048个点，控制功能比较丰富，可控制较为复杂的连续生产过程，还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控，它适合中型或大型控制系统；大型PLC的输入输出点数在2048点以上，不仅能完成较复杂的算术运算还能进行复杂的矩阵运算，可用于对设备

11、进行直接控制，还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控。,PLC 的分类,Date:12/24/2022,Page:19,2按PLC的结构分类按PLC的结构分类，PLC可分为整体式和模块式。整体式PLC将电源、CPU、存储器、I/O系统都集中在一个小箱体内，小型PLC多为整体式PLC，如图1-1所示；模块式PLC是按功能分成若干模块，如电源模块、CPU模块、输入模块、输出模块、连接模块等，再根据系统要求，组合不同的模块，形成不同用途的PLC系统，大中型的PLC多为模块式PLC，如图1-2所示。,PLC 的分类,2按PLC的结构分类按PLC的结构分类，PLC可分为整体式和模块式。,图1-1整体

12、式PLC,Date:12/24/2022,Page:20,PLC 的分类,2按PLC的结构分类按PLC的结构分类，PLC可分为整体式和模块式。,图1-2 模块式PLC,Date:12/24/2022,Page:21,PLC 的分类,2按PLC的结构分类按PLC的结构分类，PLC可分为整体式和模块式。,图1-2 模块式PLC,Date:12/24/2022,Page:22,PLC 的主要产品,Date:12/24/2022,Page:23,目前全球PLC生产厂家有200多家，比较著名的有美国的AB、通用（GE）；日本的三菱（MITSBISHI）、欧姆龙（OMRON）、富士电机（FUJI）、松下电

13、工；德国的西门子（SIEMENS）；法国的TE（Telemecanique）、施耐德（SCHNEIDER）；韩国的三星（SUMSUNG）与LG等。我国从20世纪90年代开始生产PLC，也拥有较多的PLC品牌，如台湾永宏、台达，深圳汇川、无锡信捷等等。,PLC 的主要产品,Date:12/24/2022,Page:24,PLC 的基本结构各种PLC的组成结构基本相同。主要由CPU、电源、存储器和输入输出接口电路等组成。PLC的结构如下图所示。,四、PLC 的基本结构及工作原理,Date:12/24/2022,Page:25,PLC 的基本结构,Date:12/24/2022,Page:26,1中

14、央处理单元（CPU）中央处理器单元（CPU）是PLC的核心部件，一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。它不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。,PLC 的基本结构,Date:12/24/2022,Page:27,2存储器PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。系统存储器用于存放PLC厂家编写的系统程序，用于开机自检、程序解释等功能，用户不能访问和修改，一般固化在只读存储器ROM中；用户存储器用于存放 PLC的用户程序，设计和调试时需要不断修改，一般存放在读写存储器RAM中。,PLC 的基本结构

15、,Date:12/24/2022,Page:28,3输入输出（I/O）接口单元PLC的输入输出（I/O）接口单元是CPU与外部设备连接的桥梁，通过I/O接口，PLC可实现对工业设备或生产过程的参数检测和过程控制。PLC的输入接口电路的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号送入CPU；PLC的输出接口电路的作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号，以便控制线圈、指示灯、电控阀等外部器件。,PLC 的基本结构,3输入输出（I/O）接口单元1）输入接口电路PLC的输入接口电路可分为直流输入电路和交流输入电路。直流输入电路的延迟时间比较短，可以直接与接近开关、光电开关等电子输入

16、装置连接；交流输入电路适用于在油雾，粉尘等恶劣环境下使用。,Date:12/24/2022,Page:29,PLC 的基本结构,3输入输出（I/O）接口单元2）输出接口电路输出接口电路通常有3种类型：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。,Date:12/24/2022,Page:30,PLC 的基本结构,Date:12/24/2022,Page:31,3输入输出（I/O）接口单元继电器输出的优点是电压范围宽，导通压降小，价格便宜，即可以控制直流负载，也可以控制交流负载；缺点是触点寿命短，转换频率低。晶体管输出的优点是寿命长、无噪声、可靠性高，转换频率快，可驱动直流负载；缺点是价格高，过载

17、能力较差。晶闸管输出的优点是寿命长、无噪声、可靠性高，可驱动交流负载；缺点是价格高，过载能力较差。,PLC 的基本结构,Date:12/24/2022,Page:32,4扩展接口和通信接口PLC的扩展接口的作用是将扩展模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活，控制功能更为丰富，以满足不同控制系统的需要；通信接口的功能是通过这些通信接口可以和人机界面（HMI）、驱动器、其他的PLC或是计算机相连，从而实现“人机”或“机机”之间的对话。,PLC 的基本结构,5电源PLC一般使用外部220V交流电源或24V直流电源驱动，PLC的内部电源为中央处理器CPU、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电

18、源，使PLC能正常的工作。,Date:12/24/2022,Page:33,PLC 的工作原理,PLC有两种工作方式，即RUN（运行）方式和STOP（停止）模式。一般来说，当PLC运行后，其工作过程可分为输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。完成上述三个阶段即称为一个扫描周期。,Date:12/24/2022,Page:34,PLC 的工作原理,Date:12/24/2022,Page:35,1输入采样阶段PLC将各输入状态存入对应的输入映像寄存器中，此时，输入映像寄存器被刷新，接着进入程序执行阶段。在程序执行阶段或输出刷新阶段，输入元件映像寄存器与外界隔绝，无论输入端子信号怎么变化，其内

19、容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才将输入端子的新内容重新写入。,PLC 的工作原理,Date:12/24/2022,Page:36,2程序执行阶段PLC根据最新读入的输入信号，以先左后右、先上后下的顺序逐行扫描，执行一次程序。结果存入输出映像寄存器中。对于输出元件映像寄存器，每个元件（除输入映像寄存器之外）的状态会随着程序的执行而变化。,PLC 的工作原理,Date:12/24/2022,Page:37,3输出刷新阶段在所有指令执行完毕后，输出映像寄存器中所有输出继电器的状态（“1”或“0”）在输出刷新阶段统一转存到输出锁存器中，并通过输出端子输出以驱动外部负载。,五、PLC 控制

20、系统与J-C控制系统的比较,Date:12/24/2022,Page:38,继电接触器控制是采用硬件和接线来实现的，它通过选用合适的分立元件（接触器、主令电器等），按照控制要求采用导线将触点相互连接，从而形成并实现既定的逻辑控制；如控制要求改变，硬件构成及接线都需进行相应的调整。PLC控制采用程序存储器控制，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，系统要完成的控制任务是通过执行存放在存储器中的程序来实现的；如控制要求改变，硬件电路连接可不用调整或简单改动，主要是通过程序调整来实现，也称“软接线”。,以电动机星-三角降压起动控制为例,继电接触器控制方式,Date:12/24/2022,Page:39

21、,以电动机星-三角降压起动控制为例,Date:12/24/2022,Page:40,PLC控制方式,PLC控制系统与继电接触器控制系统的输入、输出部分基本相同，输入部分都是由按钮、开关、传感器等组成；输出部分都是由接触器、执行器、电磁阀等部件构成。PLC控制采用软件编程取代了继电接触器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制系统体积、安装、接线工作量大大减少；可以有效减少系统维修工作量和提高工作可靠性。PLC控制系统不仅可以替代继电接触器控制系统，而且当生产工艺、控制要求发生简单调整时，不需要重新连线，只要相应修改程序或配合程序对硬件接线做很少的变动就可以了。PLC控制系统

22、除了可以完成传统继电接触器控制系统所具有的功能外，还可以实现模拟量控制、高速计数、开环或闭环过程控制以及通信联网等功能。,Date:12/24/2022,Page:41,两种控制方式：,思考与练习,Date:12/24/2022,Page:42,PLC按I/O点数可分为哪几类？各自适合于什么系统控制？整体式PLC与模块式PLC各有什么特点？PLC主要由、和组成。PLC按硬件结构分为和两种。PLC输出接口电路一般有、和等几种类型，其中既可驱动交流负载又可驱动直流负载。PLC常用的存储器有、。其中和是用来存放用户程序，是用来存放系统程序。简述PLC的扫描工作过程。PLC控制系统与继电接触器控制系统

23、在运行方式上有何不同？,S7-1200PLC技术及应用,Date:12/24/2022,Page:43,2021年8月,第二章 S7-1200PLC的认识,Date:12/24/2022,Page:44,一、S7-1200PLC产品介绍二、S7-1200PLC硬件结构及CPU存储器三、S7-1200PLC外部接线及工作模式 四、地址区及数据类型五、PLC的编程语言介绍,一、S7-1200PLC产品介绍,Date:12/24/2022,Page:45,西门子S7系列PLC产品西门子S7系列PLC目前有S7-200/S7-200 smart/1200/300/400/1500等产品。S7-1200

24、、S7-1500是西门子公司推出的新一代PLC产品，是SIMATIC PLC产品家族中的旗舰产品。S7-1200用于中小型控制系统的集成及应用，而S7-1500为中高端自动化控制任务量身定制，适合较复杂的控制。S7-1200、S7-1500 PLC的组态、编程，采用了西门子全集成自动化的理念，将控制器、HMI、驱动等完美的集成到一个统一的平台TIA Portal软件。,一、S7-1200PLC产品介绍,Date:12/24/2022,Page:46,S7-1200PLC的产品特性CPU集成了PROFINET接口，可用于编程，与PC、HMI面板或其它CPU通信。S7-1200 PLC系统包括PL

25、C模块及可选的信号板、通信板、电池板、信号模块、通信模块及工艺模块等。,1.模块紧凑,Date:12/24/2022,Page:47,S7-1200PLC延续了S7-200PLC的紧凑结构。CPU1214C的宽度仅有110mm，CPU1212C和CPU1211C的宽度也仅有 90mm；通讯模块和信号模块的体积也十分小巧，使得这个紧凑的模块化系统大大节省了空间，从而在安装过程中具有更高的灵活性。另外，S7-1200PLC在本体上设计了插入式扩展板接口，以解决工程中可能出现的DI/DO和AI/AO不够用的实际问题及扩展PLC的通信功能。,2.控制功能强大,Date:12/24/2022,Page:

26、48,系统集成了最多可达6个高速计数器（3个100KHz、3个30KHz），用于计数和测量；系统集成了最多达4个100kHz的高速脉冲输出，用于步进电机和伺服驱动器的速度和位置控制等；系统支持多达16路PID控制回路，支持PID自整定，提供自整定调谐面板等功能。,3.编程资源丰富,Date:12/24/2022,Page:49,S7-1200PLC编程方式类似于S7-300/400，例如提供OB组织块、FB功能块、FC功能、DB数据块等编程资源。在西门子的S7-200/300/400PLC中，编程指令都是采用数据类型一致进行分类，例如整数的加、减等；而在S7-1200编程时不分数据类型只是调用

27、功能块，在使用功能块时用户再根据需求选择或改变相应的数据类型。,4.通讯方式多样灵活,Date:12/24/2022,Page:50,S7-1200PLC集成PROFINET接口，可用来编程、HMI连接及CPU与CPU的通讯；S7-1200配备了CM 1241模块，支持RS232/422/485通讯，并提供丰富多样的通讯功能块指令配置通讯参数，以供用户选择和使用；提供了丰富的处理字符的扩展指令，从而增强S7-1200PLC对通讯中 ASCII字符处理的能力，扩大S7-1200PLC与第三方通讯的范围。,5.高效的开发环境,Date:12/24/2022,Page:51,S7-1200 PLC已

28、无缝集成到TIA Portal开发平台中，使项目的组态、编程和调试以及新功能使用更加方便。由于TIA Portal软件已整合了控制器、人机界面、驱动器件、PC、交换机等，通过使用一个共享的数据库，使各种复杂的软件和硬件功能可以高效配合，完成各种自动化任务。,二、S7-1200PLC硬件结构及CPU存储器,Date:12/24/2022,Page:52,硬件结构S7-1200 CPU模块有5种类型，分别是CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C、CPU1215C及CPU1217C，其性能如表2-1所示；每一种CPU又可分为三种版本，版本特性如表2-2所示。,Date:12/24/20

29、22,Page:53,Date:12/24/2022,Page:54,Date:12/24/2022,Page:55,Date:12/24/2022,Page:56,Date:12/24/2022,Page:57,PLC最多可以扩展3块通信模块和8块信号模块。通信模块连接在CPU的左侧，信号模块连接在CPU的右侧,Date:12/24/2022,Page:58,。如图2-3所示。,二、S7-1200PLC硬件结构及CPU存储器,Date:12/24/2022,Page:59,CPU存储器CPU提供了三种用于存储用户程序、数据和组态的存储区。1.装载存储器：是一个非易失性存储区，用于存储用户程序

30、、数据和工艺对象、硬件配置等组态信息；将项目下载到CPU后，CPU会先将组态信息、程序存储在装载存储区中；该存储区位于存储卡（如存在）或CPU中，CPU能够在断电后继续保持该非易失性存储区，存储卡支持的存储空间比CPU内置的存储空间更大。,二、S7-1200PLC硬件结构及CPU存储器,Date:12/24/2022,Page:60,CPU存储器2.工作存储器：是一个易失性存储器，用于在执行用户程序时存储用户程序代码和数据块。工作存储区集成在CPU中，不能进行扩展。程序运行时，CPU会将一些项目内容从装载存储器复制到工作存储器中，该易失性存储区的数据在断电后将会丢失，而在恢复供电时由CPU恢复

31、。,二、S7-1200PLC硬件结构及CPU存储器,Date:12/24/2022,Page:61,CPU存储器3.保持性存储器：也是非易失性存储器，在系统出现电源故障或者断电时，可以保存有限数量的数据。这些数据必须预先定义为具有保持功能，如整个DB块、DB块中的部分数据、位存储器M区、定时器和计数器等。断电过程中，CPU使用保持性存储器存储所选用户存储单元的值。如果发生断电或掉电，CPU将在上电时恢复这些保持性值。例如用户根据情况可设置位存储器（M）的保持性存储器的大小。,三、S7-1200 PLC外部接线及工作模式外部接线,Date:12/24/2022,Page:62,三、S7-1200

32、 PLC外部接线及工作模式外部接线,Date:12/24/2022,Page:63,三、S7-1200PLC外部接线及工作模式,Date:12/24/2022,Page:64,工作模式运行模式（RUN）运行模式下，CPU执行用户程序，更新输入和输出信号，响应中断请求，对故障信息进行处理等；但在该模式下无法下载任何项目。停止模式（STOP）停止模式下，CPU不执行用户程序，但用户可以下载项目。如果给CPU装载程序，在停止模式下CPU将检测已配置的模块是否满足启动条件。,三、S7-1200PLC外部接线及工作模式,Date:12/24/2022,Page:65,工作模式3.存储器复位（MRES）只

33、有CPU在STOP状态下，才可以使用MRES模式；存储器复位主要用于对CPU的数据进行初始化，使CPU切换到初始状态，即工作存储器中的内容和所有保持性、非保持性数据被删除，只有诊断缓冲区、时间、IP地址被保留。,四、地址区及数据类型,Date:12/24/2022,Page:66,地址区1.CPU地址区的划分S7-1200 CPU将存储器划分为不同的地址区，在程序中就可通过指令直接访问存储于不同地址区的数据。一般每一种元件分配一个存储区域，并采用不同字母作为区域标识符；如过程映像输入区，区域标识符为I；过程映像输出区，标识符为Q；标志位存储器为M；计数器为C；定时器为T；本地数据区为L；数据块为DB等。,四、地址区及数据类型地址区,Date:12/24/2022,Page:67,四、地址区及数据类型,Date:12/24/2022,Page:68,地址区CPU提供了以下几个选项，用于在执行