電氣控制與S7-200PLC應用第2章 S7-200PLC及系統(tǒng)配置

第2章S7-200PLC及系統(tǒng)配置S7-200系列PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的一種超小型可編程控制器。S7-200

PLC使用方便、應用靈活、性價比高，使其能夠比較完美地滿足多種場合中的檢測、監(jiān)測及小規(guī)模控制系統(tǒng)的需求。S7-200

PLC可以作為獨立的模塊廣泛應用在集散化控制系統(tǒng)中，覆蓋所有與自動檢測、自動控制有關(guān)的工及民用領(lǐng)域等。PLC:一種新型工業(yè)計算機控制裝置。2.1

PLC概述PLC就是專用的、便于擴充的計算機控制裝置。2.·1.1

PLC特點●編程方法簡單易學

PLC是面向用戶的設(shè)備，它采用梯形圖和面向工業(yè)控制的簡單指令語句編寫程序。梯形圖是最常用的可編程控制器的編程語言，其編程符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似。●功能強，性能價比高

一臺小型PLC內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，可以實現(xiàn)非常復雜的控制功能。●硬件配套齊全，適應性強

PLC的輸入/輸出（I/O）端可以直接與AC

220V或DC

24V的電信號相連接，還具有較強的帶負載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器的線圈。●可靠性高，抗干擾能力強●維護方便工作量小●系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量小●體積小，功耗低2.1.2

PLC的分類

根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)形式的不同，可大致將PLC分為整體式和模塊式。?

根據(jù)PLC的功能強弱不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類?

根據(jù)PLC的I/O點數(shù)的多少，可將PLC分為小型機、中型機和大型機三類。2.1.3

PLC的應用領(lǐng)域●開關(guān)量的邏輯控制

開關(guān)量的邏輯控制是PLC最基本、最廣泛的應用領(lǐng)域。用它取代傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制。●

運動控制PLC可用于直線運動或圓周運動的控制?！?/p>

閉環(huán)過程控制

PLC通過模擬量的I/O模塊實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量的A/D、D/A轉(zhuǎn)換，可實現(xiàn)對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的PID控制。●

聯(lián)機通訊

PLC通過通信線路可以方便地實現(xiàn)與PLC、上位機及其它智能設(shè)備之間的通訊●

數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學運算。2.1.4

PLC控制和繼電器控制的區(qū)別1.組成器件不同2.觸點數(shù)量不同3.實施控制的方法不同4.工作方式不同

繼電器控制系統(tǒng)采用硬邏輯的并行工作方式，繼電器線圈通電或斷電，都會使該繼電器的所有常開和常閉觸點立刻動作；而PLC采用循環(huán)掃描工作方式（串行工作方式），如果某個軟繼電器的線圈被接通或斷開，其觸點只有等到掃描到該觸點時才會動作2.1.5

PLC控制系統(tǒng)與單片機控制系統(tǒng)的區(qū)別??PLC本身就是一個復雜的、成功的、可靠的單片機系統(tǒng)，它是建立在單片機之上的產(chǎn)品，是單片機應用系統(tǒng)的一個特例，在選擇兩者時不具有可比性，只是在不同情況下根據(jù)需要進行選擇。????????PLC是工業(yè)控制領(lǐng)域的主力軍：但其價格較高；單片機因其體積小、價格便宜適用于小型產(chǎn)品自動控制裝置及無線控制領(lǐng)域。PLC控制抗干擾能力比一般的單片機抗干擾能力要強的多更適用于安全系數(shù)高的控制系統(tǒng)。PLC系統(tǒng)設(shè)計簡單，生產(chǎn)商提供各種不同功能模塊，便于組合，方便，因而設(shè)計周期短；單片機系統(tǒng)硬件接口電路繁多，適應外電路更廣，但設(shè)計周期長，可靠性顯然較差。PLC專用的編程軟件，編程簡單、易學，程序易于開發(fā)；單片機語言編程較難，但可以靈活地優(yōu)化程序，軟件設(shè)計繁雜。不同廠家或型號的PLC有相同的工作原理、功能和指標，外部端口接線類似，有一定的互換性；單片機應用系統(tǒng)則千差萬別，使用和維護不太方便。PLC更適用于控制強電設(shè)備，如電動機等；單片機更適用于工作在弱電控制系統(tǒng)，如頻率計，數(shù)字電壓表等。2.2

PLC基本結(jié)構(gòu)及工作原理2.2.1

PLC系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)PLC是由硬件和軟件兩大部分組成。1.PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?PLC的硬件主要由：

中央處理器（CPU）、

存儲器、

輸入單元、輸出單元、

通信接口、擴展接口、電源等幾部分組成。S7-200

PLC系統(tǒng)組成圖2.輸入/輸出單元（1）開關(guān)量輸入單元（2）開關(guān)量輸出單元2.2.2

PLC軟件組成1.系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件又分為系統(tǒng)管理程序、編程軟件和標準程序庫。2．用戶程序

用戶程序是指用戶根據(jù)工藝生產(chǎn)過程的控制要求，按照使用的PLC所規(guī)定的編程語言或指令系統(tǒng)而編寫的應用程序。用戶程序除了PLC的控制邏輯程序外，對于需要操作界面3．梯形圖程序掃描過程示意圖。。2.2.3

PLC工作原理1.掃描工作方式?用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時，掃描是從程序第一條指令開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束，然后再從頭開始掃描執(zhí)行，周而復始重復運行2

PLC工作流程圖1).內(nèi)部處理階段2).通信服務階段3).輸入采樣階段4).程序執(zhí)行階段5).輸出處理階段掃描過程示意圖2.3 S7-200

PLC硬件系統(tǒng)配置CPU主機擴展模塊、功能模塊相關(guān)設(shè)備以及編程工具。2.3.1

S7-200CPU模塊S7-200的CPU包括一個中央處理器、RAM、EEPROM、集成電源和輸入/輸出（I/O）點等，它們被封裝在一個緊湊的外殼內(nèi)。?前翻蓋：模式選擇開關(guān)模擬電位器擴展端口輸入狀態(tài)指示燈端子下翻蓋終端接線端子排S7-200系列PLC主機模塊外形功能示意圖運行狀態(tài)指示燈 輸出狀態(tài)指示燈端子上翻蓋可選卡插槽：存儲卡、時鐘卡、電池卡等通訊接口：（CPU224XP、CPU226有兩個）S7-200

CN系列CPU實物圖片CPU負責執(zhí)行程序；輸入點用于從現(xiàn)場設(shè)備中采集信號；輸出點則負責輸出控制信號，用于驅(qū)動外部負載；

有RUN和STOP兩種工作模式；可由模式選擇開關(guān)選擇。當模式選擇開關(guān)處于STOP位置時，不執(zhí)行程序但可以對其編寫程序；當開關(guān)處于RUN位置時，PLC處于運行狀態(tài)；當開關(guān)處于TERM監(jiān)控狀態(tài)時，可以運行程序也可以進行讀/寫操作。擴展端口：用于連接擴展模塊，實現(xiàn)I/O擴展。2.3.2 S7-200CPU技術(shù)指標CPU

221sCPU

222

sCPU

224sCPU

224XP和CPU

226五種不同結(jié)構(gòu)配制的CPU單元。例如，CPU

224

CN

PLC集成了14輸入/10輸出數(shù)字量I/O點；16KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間間；6個獨立的30kHz高速計數(shù)器s2路獨立的20kHz高速脈沖輸出；具有實現(xiàn)PID運算控制功能，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)；1個RS485通信編程口，具有PPI通訊協(xié)議sMPI通訊協(xié)議和自由方式通訊功能。CPU

224

CN

PLC具有較強的控制功能。CPU

224

CN

PLC可以連接7個擴展模塊，最大擴展為168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O端口，CPU

224

CN

PLC是具有較強控制能力的控制器。以CPU

224XP為例：用戶程序長度運行模式下：12288字節(jié)數(shù)據(jù)存儲區(qū)：10240字節(jié)掉電保護時間：100小時本機I/O數(shù)字量（點）：14入/10出模擬量：2入/1出擴展模塊數(shù)量：7個模塊高速計數(shù)器單相：4路30

kHz2路200

kHz2.3.3

S7-200輸入輸出（I/O）擴展模塊?????

（1）數(shù)字量擴展模塊：S7-200PLC提供了多種類型的數(shù)字量擴展模塊，用戶可選用8點、16點和32點的數(shù)字量輸入/輸出模塊。如：數(shù)字量輸入/輸出模塊EM223。模擬量擴展模塊：有3種模擬量擴展模塊（4路模擬量輸入；

2路模擬量輸入；4路輸入、1路輸出）。如：EM235模擬量輸入、輸出模塊可以實現(xiàn)4路模擬量輸入/1路模擬量輸出，輸入模擬量量程檔位多，方便用戶選擇，適合在一般單閉環(huán)控制系統(tǒng)中使用。熱電偶/熱電阻擴展模塊：如EM231熱電偶模塊直接以熱電偶輸出的電勢作為輸入信號，進行A/D轉(zhuǎn)換后輸入給PLC，可用于J、K、E、N、S和R型熱電偶；擴展模塊CPU2.4

S7-200

I/O編址及外部端口接線2.4.1模塊I/O端口編址?

CPU必須通過編程實現(xiàn)從輸入端口獲取外部設(shè)備信息、從輸出端口對外部設(shè)備的控制功能。CPU是通過系統(tǒng)分配給各端口相應的編址來訪問輸入輸出端口的。I/O端口按類型分為：（1）數(shù)字量輸入端口

CPU分配給數(shù)字量輸入端口地址以字節(jié)（8位）為單位，一個字節(jié)八個數(shù)字量輸入點，起始地址為I0.0（輸入端口0字節(jié)第0位）。（2）數(shù)字量輸出端口

CPU分配給數(shù)字量輸出端口地址以字節(jié)（8位）為單位，一個字節(jié)八個數(shù)字量輸出點，起始地址為Q0.0（輸出端口0字節(jié)第0位）。（3）模擬量輸入端口

CPU分配給模擬量輸入端口地址以字（16位）為單位，一個字一個模擬量輸入端口，起始地址為AIW0。CPU分配給模擬量輸出端口地址以雙字（32位）為單位，一個雙字一個模擬量輸出端口，起始地址為AQW0。?????（4）擴展模塊編址

CPU分配給CPU

22x系列的每種主機所提供的本機I/O點的I/O地

址是固定的，在進行I/O擴展時，可以在CPU右邊連接多個擴展模塊，每個擴展模塊的組態(tài)地址編號取決于各模塊的類型和該模塊在I/O鏈中所處的位置。編址時同種類型輸入或輸出點的模塊在鏈中按與主機的位置遞增。S7-200系統(tǒng)擴展對輸入/輸出端口編址的組態(tài)規(guī)則為：對于同類型輸入或輸出點的模塊按I/O鏈中順序進行編址，而不受其位置是否連續(xù)。對于數(shù)字量，輸入/輸出映像寄存器的單位長度為8位（1個字節(jié)），本模塊實際I/O位數(shù)按字節(jié)未滿8位的，未用位不能分配給I/O鏈的后續(xù)模塊（即后續(xù)模塊編址必須從又一連續(xù)字節(jié)開始）。對于模擬量輸入，以2個字節(jié)（1個字）遞增方式來分配地址空間。對于模擬量輸出，以2個字遞增方式來分配地址空間。2.4.2

S7-200

PLC模塊外部接線

PLC是通過I/O點與外界建立聯(lián)系的，用戶必須靈活掌握I/O點與外部設(shè)備的連接關(guān)系和配電要求。?下頁為CPU224模塊外圍接線圖：CPU224集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點。??注意：在實際應用中，用戶應參考相應PLC的CPU用戶使用說明書，正確進行I/O連接及配電要求（電源的正/負極和電壓值）。CPU224模塊外圍接線圖2.5 S7-200

PLC編程資源2.5.1

S7-200

PLC編程軟元件

編程軟元件是PLC內(nèi)部具有不同功能的存儲器單元，每個單元都有唯一的地址，在編程時，用戶只需記住軟元件的符號地址即可。

為了方便不同的編程功能需要，存儲器單元作了分區(qū)，即PLC內(nèi)部根據(jù)軟元件的功能不同，分成了許多區(qū)域，如輸入寄存器、輸出寄存器、位存儲器、定時器、計數(shù)器、通用寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及特殊功能存儲器等。1．輸入繼電器（I）

輸入繼電器又稱輸入過程映象寄存器，它和PLC的輸入端子相連，用于接收外部開關(guān)信號的控制。?輸入繼電器外接控制開關(guān)及內(nèi)部等效電路圖?2．輸出繼電器（Q）

輸出繼電器又稱輸出過程映象寄存器，它和PLC的輸出端子相連，可以作為負載的控制信號。輸出繼電器類似與繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器。輸出繼電器外接控制及內(nèi)部等效電路圖3．特殊繼電器（SM）???????特殊繼電器的某些位（特殊標志位）具有特殊功能或用來存儲系統(tǒng)的狀態(tài)變量、控制參數(shù)和信息。其中：SM0.0：PLC運行（RUN）指示位，該位在PLC運行時始終為1。

SM0.1：該位在PLC由STOP轉(zhuǎn)入RUN時，該位為ON一個掃描周期，常用作調(diào)用初始化子程序。SM0.2：若保持數(shù)據(jù)丟失，則該位在一個掃描周期中為1。SM0.3：開機后進入RUN方式，該位將ON一個掃描周期。SM0.4：該位提供了一個周期為一分鐘、占空比為0.5的時鐘脈沖，可作為簡單延時使用。SM0.5：該位提供了一個周期為一秒鐘、占空比為0.5的時鐘脈沖。在每個掃描周期的末尾，由S7-200更新這些位。4．通用輔助繼電器（M）

通用輔助繼電器（又稱位存儲區(qū)或內(nèi)部標志位）在PLC中沒有輸入/輸出端子與之對應。5．變量存儲器（V）

變量存儲器用來存儲變量，存放程序執(zhí)行過程中數(shù)據(jù)處理的中間結(jié)果。6．局部變量存儲器（L）局部變量存儲器用來存放局部變量。7．順序控制繼電器（S）

順序控制繼電器稱為狀態(tài)器或狀態(tài)元件，是順控繼電器指令的重要元件。8．定時器（T）

定時器是PLC中常用的編程軟元件，主要用于累計時間的增量。定時器的工作過程與繼電器控制系統(tǒng)的時間繼電器類同，如T24

。9．計數(shù)器（C）計數(shù)器是用來累計輸入脈沖的個數(shù)，如C24。。10．累加器（AC）累加器是用來暫存數(shù)據(jù)的寄存器。S7-200提供了4個32位的累加器：AC0、AC1、AC2、AC3。11．模擬量輸入/輸出映像寄存器（AI/AQ）

模擬量輸入映像寄存器用以存放A/D轉(zhuǎn)換后輸入的16位的數(shù)字量，如：AIW2；模擬量輸出映像寄存器用以存放需要進行D/A轉(zhuǎn)換的16位的數(shù)字量，如：AQW2。12．高速計數(shù)器（HC）高速計數(shù)器可累計比CPU的掃描速度更快的事件。2.5.3

PLC的編程語言

PLC為用戶提供了完善的編程語言來滿足編制用戶程序的需求。它提供的編程語言通常有梯形圖（LAD）、語句表（STL）和順序功能圖（SFC）等。?????2.5.4

PLC的程序結(jié)構(gòu)廣義上的PLC程序由用戶程序、數(shù)據(jù)塊和系統(tǒng)塊三部分組成。1.用戶程序

用戶程序是必選項?？捎酶鞣N語言（如LAD、STL等）編寫用戶程序。用戶程序中至少應當包含一個主程序或附加若干個子程序及若干個中斷程序。數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊為可選部分，它主要存放控制程序運行所需的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)塊中允許以下數(shù)據(jù)類型：布爾型，表示編程元件的狀態(tài)；十進制、二進制或十六進制數(shù)；字母、數(shù)字和字符型。數(shù)據(jù)塊僅允許對V存儲區(qū)進行數(shù)據(jù)初始值或ASCII字符賦值。系統(tǒng)塊系統(tǒng)塊存放的是CPU組態(tài)數(shù)據(jù)，如PLC通信參數(shù)設(shè)置等，用戶可以根據(jù)需要在編程軟件中進行設(shè)置。如果在編程軟件或者其它編程工具上未進行CPU的組態(tài)，則系統(tǒng)以默認值進行自動配置。以上數(shù)據(jù)塊和系統(tǒng)塊要同編譯通過的用戶程序以一并下載至PLC才能有效。2.6

PLC簡單應用實例在PLC的硬件平臺上，利用軟件開發(fā)工具，即可編寫一般應用程序。PLC簡單實例：用PLC實現(xiàn)最簡單的開關(guān)電路。當按下開關(guān)SB1（閉合）時，指示燈亮；松開SB1（斷開）時，指示燈滅。簡單開關(guān)控制PLC接線圖程序圖技能項目訓練:在教師指導下完成（建議采用安全低電壓繼電器）1.PLC簡單應用訓練2.電動機正反轉(zhuǎn)控制程序本章小結(jié)：作業(yè)：謝謝收看！本章小結(jié)：作業(yè)：?謝謝收看！2.4

S7-200尋址方式1.數(shù)據(jù)類型????S7-200PLC數(shù)據(jù)類型可以是整型、實型（浮點數(shù)）、布爾型或字符串型，常用的數(shù)據(jù)長度有位、字節(jié)、字和雙字。

位（bit）：數(shù)據(jù)類型為布爾（BOOL）型，有“0”和“1”兩種不同的取值。字節(jié)（Byte）：由8位二進制數(shù)組成，其中的第0位為最低位（LSB），第7位為最高位（MSB）。字（Word