1 S7-200硬件介紹及尋址

1、S7-200原理及編程,劉華波 ,內(nèi)容安排,S7-200硬件介紹 PLC工作原理 S7-200存儲器和尋址 Micro/Win軟件簡單使用 塊編輯與編程語言 基本指令 練習（經(jīng)驗設計法） 調(diào)試工具 模擬量處理 程序設計方法 使用向導設置PID控制,S7-200 家族產(chǎn)品的定位,SIMATIC S7-200 CPU家族,S7-200 CN CPU家族性能指標,內(nèi)部:- 電源- 超級電容- 時鐘(224(XP),226),S7 224XP CPU面板結構圖,簡單實用的安裝方式,安裝方式 墻面安裝 導軌安裝,接線端子可自由拆卸給 您的設備更新與維護帶 來極大的方便,扁平電纜連接,外部存儲卡,運行/T

2、erm/停止開關 擴展I/O連接口 外部電位器 (SMB28,SMB29 0-255),時鐘精度: 2 分鐘/月 25 攝氏度 7分鐘/月 55 攝氏度,外插存儲器 全面?zhèn)浞菽某绦?、用戶?shù)據(jù)和組態(tài)信息 外插電池 當內(nèi)部保持電容耗盡時可保持您的數(shù)據(jù)和內(nèi)置時鐘長達200天 外插日期/時鐘 作為CPU 221和CPU222的可選部件，同時集成備份電池可保護您的數(shù)據(jù)長達200天,S7-200 外 部 插 件,強大CPU功能,高速處理能力(每條二進制指令執(zhí)行速度0.22S) 強大靈活的通訊功能(PPI,MPI,自由口,以太網(wǎng)， Modem, Profibus-DP, 和As-I) CPU內(nèi)置最多六路高

3、速計數(shù)器(30kHz) CPU 224XP CN高達100kHz CPU內(nèi)置兩 路高速脈沖輸出(20kHz) CPU 224XP CN高達100kHz CPU內(nèi)置脈沖捕捉功能 立即輸入/輸出功能 高速中斷響應(中斷觸發(fā)后200S) 8路 PID回 路控制 配方功能 數(shù)據(jù)記錄功能 自整定的PID回路,NEW,NEW,NEW,NEW,NEW,PPI 協(xié)議 PPI 是主從協(xié)議 S722X既可作主站又可作從站 通訊速率為9.6K，19.2K和187.5K 波特率 MPI 協(xié)議 用于S7300和S7400與S7200之間的通訊 通訊速率為19.2和187.5K波特率 自由口通訊 通訊速率從 1.2kbp

4、s to 9.6k, 19.2k 或 115.2 Kbps 用戶可使用自定義的通訊協(xié)議與所用的智能設備通訊 Profibus DP協(xié)議 AS-I 接口協(xié)議 Modem通訊-PPI或Modbus協(xié)議 Ethernet,S7-200的通訊能力:靈活而強大,PPI 網(wǎng) 絡 擴 展 連 接,一個網(wǎng)段 一個網(wǎng)段 一個網(wǎng)段,50米 最多1000米 50米,中繼器,中繼器,PPI 網(wǎng) 絡: 每個網(wǎng)段32個網(wǎng)絡節(jié)點 每個網(wǎng)段長50 米(不用中繼器) 可通過中繼器擴展網(wǎng)絡 最多9 個中繼器 網(wǎng)絡可包含127節(jié)點 網(wǎng)絡可包含32個主站 網(wǎng)絡總長9600 米,實 際 應 用 的 PPI 網(wǎng) 絡,WinCC,TD40

5、0C,TD400C,STEP7 MicroWin,簡單快速的模塊擴展方式,扁平電纜的連接方式，提高抗震動性能 更簡單，更可靠 可擴展多種模塊，無槽位限制,擴展電纜：0.8m,現(xiàn)場使用的S7-200擴展模塊,S7-200 豐富的擴展模塊,I/O擴展模塊： 數(shù)字量I/O擴展模塊（EM221、EM222、EM223） 模擬量I/O模塊（EM231、EM232、EM235） 通信模塊 EM277： PROFIBUS-DP/MPI通信模塊。 EM241: 模擬音頻調(diào)制解調(diào)器（Modem）模塊。 CP243-1: 以太網(wǎng)模塊。 CP243-1IT: 帶因特網(wǎng)功能的以太網(wǎng)模塊。 CP243-2： AS-In

6、terface（執(zhí)行器傳感器接口）主站模塊。 MD720: GPRS通訊模塊。 功能模塊 EM253 定位模塊。 SIWAREX MS 稱重模塊。,通訊擴展模塊,以太網(wǎng),模擬電話網(wǎng),PROFIBUS 網(wǎng)絡(從站),AS-Interface 現(xiàn)場總線,PPI/MPI 網(wǎng)絡,l 自由口通訊(RS485),CP 243-2,EM 277,CP 243-1,EM 241,CP 243-1 IT,+ Email + HTML + FTP,S7-22X,影響S7-200的最大I/O能力的幾個因素 S7-200 CPU電源設計和電源耗能計算 最大IO的擴展能力 特殊模塊最大連接個數(shù),CPU的擴展能力,影響S

7、7-200的最大I/O能力的幾個因素,CPU 的輸入/輸出過程變量映像區(qū)大小： 128 DI/128 DO；32 AI/32 AO CPU本體的I/O點數(shù)： CPU221（6DI/4DO）；CPU222（8DI/6DO） CPU224/224XP(14DI/10DO）； CPU226（24DI/16D）； CPU帶擴展模塊的數(shù)目： CPU221-無；CPU222-2； CPU224/224XP-7； CPU226-7； CPU所帶智能模塊對I/O地址的占用 CPU的5VDC電源是否滿足所有擴展模塊的需要,SIMATIC - S7200 CPU電源設計,S7-200 CPU的擴展模塊數(shù)量應該考慮

8、S7-200 CPU的電源設計內(nèi)容：,S7-200本機單元有一個內(nèi)部電源，為本機單元、擴展模塊以及 24VDC傳感器電源供電；,每個S7-200 CPU模塊提供5VDC和24VDC電源：,每個CPU模塊都有一個24VDC傳感器電源，為本機輸入點和擴展模塊繼電器線圈提供24VDC，如果電源要求超出了CPU模塊24VDC電源的定額，可以增加一個外部24VDC電源來供給擴展模塊的24VDC；,當有擴展模塊連接時CPU模塊也為其提供5V電源，如果擴展模塊的5V電源要求超出了CPU模塊的電源定額，必須去掉擴展模塊，直到需求在電源預定值之內(nèi)才行；,結論：S7-200 CPU擴展模塊最主要考慮的是CPU集成

9、電源提供的5VDC電源，24VDC電源可以通過外部的直流電源來提供，而不一定使用CPU提供的集成24VDC電源。,CPU已經(jīng)為集成的輸出提供了需要的電源，在計算時無需計算集成輸出的電源要求。,SIMATIC - S7200 CPU及擴展模塊電源一覽表,各CPU提供的內(nèi)部電源設計一覽表：,各數(shù)字量擴展模塊需要的內(nèi)部電源一覽表：,SIMATIC S7-200 CPU電源耗能計算,舉例說明：如何考慮S7-200 CPU的擴展能力。,假設有一個S7-200 系統(tǒng)包括如下模塊：,CPU 224 AC/DC/RLY,3個EM2238數(shù)字量輸入/8繼電器輸出,1個EM2218數(shù)字量輸入,得到如下的電源計算實

10、例：,SIMATIC - S7200 最大IO擴展能力,CPU 222 CN:40入/38出=78數(shù)字量 模擬量 8入或4出或 8入/2出,CPU 224/XP CN:94入/74出=168 數(shù)字量 模擬量 28入或14出或 28入/7出,CPU 226 CN:128入/120出=248數(shù)字量 模擬量 28入或14出或 28入/7出,最大2個模塊,CPU集成：數(shù)字量 8入/6出 2個16入16出 DI: 8+2*16=40 DO: 6+2*16=38,S7-200 CPU集成電源提供的5V背板電源足夠的情況下：,CPU集成：14入/10出+ 2*32入/32出+ 1*16入/16出 DI: 1

11、4+2*32+1*16=94 DO: 10+2*32+1*16=74,CPU集成：24入/16出+ 3*32入/32出+1*8入/8出 DI: 24+3*32+8=128 DO: 16+3*32+8=120,SIMATIC - S7200 智能擴展模塊連接個數(shù),RUN模式下，S7-200 PLC按序循環(huán)執(zhí)行下述任務： 讀輸入：S7-200將物理輸入點上的狀態(tài)復制到輸入過程映象寄存器中。 執(zhí)行邏輯控制程序：S7-200執(zhí)行程序指令并將數(shù)據(jù)存儲在各種存儲區(qū)中。 3. 處理通訊請求：S7-200執(zhí)行通訊任務。 執(zhí)行CPU自診斷：S7-200檢查固件、程序存儲器和擴展模塊是否工作正常。 5. 寫輸出：

12、在輸出過程映象寄存器中存儲的數(shù)據(jù)被刷新。,循環(huán)掃描工作方式,STOP模式下，除用戶程序不執(zhí)行外，其余任務依然執(zhí)行。在此狀態(tài)下，可下載用戶程序及設置系統(tǒng)。 上述的任務序列稱為PLC的一個掃描周期,PLC工作原理,輸入采樣階段 依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應單元內(nèi)。 輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。 因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。,一個掃描周期中與用戶有關的三階段,用戶程序執(zhí)行階段,P

13、LC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序。在掃描每一條梯形圖時，并按先左后右、先上后下的順序進行邏輯運算，邏輯運算的結果存于映象區(qū)。 上面的邏輯運算其運算結果會對下面的邏輯運算起作用；相反，下面的邏輯運算其運算結果只能到下一個掃描周期才能對上面的邏輯運算起作用。,輸出刷新階段,當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照存在I/O映象區(qū)的運算結果，刷新所有對應的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。,PLC的工作特點,所有輸入信號在程序處理前統(tǒng)一讀入，并在程序處理過程中不再變化。而程序處理的結果也是在掃描周期的最后時段統(tǒng)一輸出。其工作特

14、點是將一個連續(xù)的過程分解成若干靜止的狀態(tài)，極類似放映電影的原理。 PLC僅在掃描周期的起始時段讀取外部輸入狀態(tài)，該時段相對較短，抗輸入信號串入的干擾極為有利。 這種方式對于高速變化的過程可能漏掉變化的信號，也會帶來系統(tǒng)響應的滯后。為克服上述問題，可利用立即輸入輸出、脈沖捕獲、高速計數(shù)器或中斷技術。,掃描工作方式對程序執(zhí)行的影響,I0.1代表外部的按紐，當按紐動作后，左面的程序只需要一個掃描周期就可完成對M0.4的刷新，而右面的程序要經(jīng)過四個掃描周期才能完成對M0.4的刷新。 在掃描周期極為短的情況下（100ms），無時序配合要求，感覺不到這兩段程序執(zhí)行的的差異。 在有時序配合的情況下，這種差異

15、要引起注意。,思考,S7-200 PLC存儲器的 組織結構、地址分配 及尋址方式,S7-200存儲器組織結構,存儲器是用戶與CPU打交道的必要的界面，應了解其管理方法。 S7系列PLC的存儲器分成三類 內(nèi)置EEPROM 區(qū) 內(nèi)置RAM區(qū) 外插EEPROM匣（選件）,S7-200 PLC的數(shù)據(jù)存儲器,與實際輸入/輸出信號相關的輸入/輸出映象區(qū)： 輸入映象寄存器： I區(qū)，如I0.0 輸出映象寄存器： Q區(qū)，如Q0.0 模 擬 量 輸 入： AI，如AIW4 模 擬 量 輸 出： AQ，如AQW2,內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲區(qū) 變 量 存 儲 區(qū)： V區(qū)，如VB0 位 存 儲 區(qū)： M區(qū)，如MW0 定時器存 儲

16、區(qū)： T區(qū)，如T33 計數(shù)器存 儲 區(qū)： C，如C3，16位,其它 高 速 計 數(shù) 器： HC，如HC0，32位 累 加 器： AC，如AC0，32位 特 殊 存 儲 器： SM，如SMB0 局 部 存 儲 器： L，如L0.0 順控繼電器存儲器： S，如S3.1,數(shù)據(jù)存儲區(qū)的分類（1）,輸入映像寄存器（I區(qū)）在掃描周期的開始階段，PLC采樣外部的數(shù)字輸入，并將對應的狀態(tài)存入該區(qū)域。 輸出映像寄存器（Q區(qū)）在掃描周期的程序處理階段存放計算出的輸出狀態(tài)，并在掃描周期的結束階段將其存放的結果拷貝至物理的輸出裝置。 變量存儲區(qū)（V區(qū)）用于存放運算的中間結果或與程序相關的變量。 位存儲區(qū)（M區(qū)）用于存

17、放運算的中間狀態(tài)或控制信息。用“位”來表述重在強調(diào)其中存放的內(nèi)容以位為單位。 順序控制繼電器（S區(qū)）與順序控制指令配合，專用于組織順序控制（步進控制）程序段。 特殊存儲區(qū)（SM區(qū)）其作用類似熟知的標志寄存器。它以位的形式實現(xiàn)CPU與用戶程序間的通信。如是否第一個掃描周期、運算是否溢出等。 局域變量區(qū)（L區(qū)）用于暫存中間結果或在子程序中作為形式參數(shù)。在用法上與V區(qū)的差別是該區(qū)具有局域的概念，而V區(qū)是全局概念。 以上各區(qū)的存放數(shù)據(jù)可按位、字節(jié)、字或雙字存取。,數(shù)據(jù)存儲區(qū)的分類（2）,模擬量輸入存儲區(qū)(AI) ： 每個模擬量占16位（一個字）。 低字節(jié)構成高8位，高字節(jié)構成低8位。,數(shù)據(jù)存儲區(qū)的分類

18、（3）,模擬量輸出存儲區(qū)（AQ）： 每個模擬量占16位（一個字）。 低字節(jié)構成高8位，高字節(jié)構成低8位。,數(shù)據(jù)存儲區(qū)的分類（4）,定時器（T區(qū)） S7-200在RAM區(qū)中設置了若干的定時器。用于計數(shù)時標（1ms、10ms或100ms）。 每個定時器占據(jù)兩個數(shù)據(jù)單元，一個16位的存儲器用于計時，另一個用于表征定時器的狀態(tài)，占用一位。,數(shù)據(jù)存儲區(qū)的分類（5）,計數(shù)器（C區(qū)） S7-200同時在RAM區(qū)中還設置了若干的計數(shù)器。用于計數(shù)外部事件。 每個計數(shù)器占據(jù)兩個數(shù)據(jù)單元，一個16位的存儲器用于計數(shù)，另一個用于表征計數(shù)器的狀態(tài)，占用一位。,數(shù)據(jù)存儲區(qū)的分類（6）,高速計數(shù)器（HC） 用以計數(shù)外部高速

19、事件，計數(shù)的頻率不受掃描周期的限制。 計數(shù)單元雙字長，只能讀，不能寫。不存在相應的狀態(tài)單元。,數(shù)據(jù)存儲區(qū)的分類（7）,累加器區(qū)（AC）： 共有四個32位的累加器（AC0、AC1、AC2、AC3）。 可用于存放中間運算結果，也可用于程序間的數(shù)據(jù)傳遞。 數(shù)據(jù)可按字節(jié)、字或雙字存取。,S7-200 PLC數(shù)據(jù)存儲區(qū)的尋址方式,位數(shù)據(jù)讀取，包括I,Q,M,V,S，SM，L,2) 字節(jié)、字、雙字數(shù)據(jù)讀取，包括I,Q,M,V,AC，SM，L,AI,SW,直接尋址,兩個字節(jié)組成1個字(Word)，兩個字組成1個雙字(Double Word) 。一般用二進制補碼表示有符號數(shù)，其最高位為符號位，最高位為0時為正

20、數(shù)，為1時為負數(shù)，最大的16位正數(shù)為7FFFH，H表示十六進制數(shù)。,8位二進制數(shù)組成1個字節(jié)(Byte)，其中的第0位為最低位(LSB)、第7位為最高位(MSB)。,模擬輸入尋址示例,模擬輸出尋址示例,S7-200 PLC數(shù)據(jù)讀取功能對象的尋址,T、C、HC 和 AC按功能對象尋址 被訪問的單元地址由兩部分組成： 區(qū)域的標識符 對象的編號 表示成： area identifier device number 如：T37、HC1、AC0 等,定時器尋址示例,計數(shù)器尋址示例,累加器尋址示例,高速計數(shù)器尋址示例,間接尋址,能間接尋址的區(qū)域有I、Q、V、M、S、T、C 間接尋址單元不能按位進行存取數(shù)據(jù)（也就是說位單元不能間接尋址） 只能用V、L區(qū)的雙字長的存儲單元以及AC1、AC2、AC3作指針。指針內(nèi)存尋址單元的地址。,本地和擴展I/O的地址分配方法,本地和擴展I/O的地址分配是要解決I/O映像區(qū)的單元與物理測控點的對應關系。 在擴展的鏈條中，各模塊可隨意放在任意位置。在分配地址時，各模塊的位置按各自的類型進行排隊。即數(shù)字量與模擬