第4章_S7200PLC的基礎(chǔ)知識.ppt

1、1,講解內(nèi)容： 第四章 S7-200PLC的基礎(chǔ)知識 4.1 概述 4.2 硬件系統(tǒng)成 4.3 內(nèi)部資源 4.4 尋址方式 4.5 指令系統(tǒng) 4.6 程序結(jié)構(gòu) 學習說明： 本講是學習PLC控制器的基礎(chǔ)知識。重點掌握： S7-200PLC硬件組成、系統(tǒng)擴展、內(nèi)部資源、尋址方式、編程語言和程序結(jié)構(gòu)。,現(xiàn)代電器與PLC技術(shù)第四章,2,4.1 概述,德國西門子公司生產(chǎn)S系列PLC的發(fā)展概況: 第一代可編程序控制器: S3系列 第二代可編程序控制器: S5系列 第三代可編程序控制器: S7系列,德國西門子公司生產(chǎn)的S7系列PLC的產(chǎn)品類型： S7 200系列 （小型機） S7 300系列（中型機） S7

2、 400系列（大型機）,3,從CPU模塊的功能來看，SIMATIC S7-200系列小型可編程序控制器發(fā)展至今，大致經(jīng)歷了兩代： 第一代產(chǎn)品其CPU模塊為CPU 21X，它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元：CPU 212，CPU 214，CPU 215和CPU 216。 第二代產(chǎn)品其CPU模塊為CPU 22X，是在21世紀初投放市場的，速度快，具有較強的通信能力。它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元：CPU 221，CPU 222，CPU 224、 CPU224XP和CPU 226，除CPU 221之外，其他都可加擴展模塊。,S7-200系列小型的發(fā)展概況,4,4.2.1硬件系統(tǒng)的基本構(gòu)成,4.

3、2 S7-200系列 PLC的硬件系統(tǒng),圖4-1S7-200PLC系統(tǒng)組成,5,（1）主機模塊CPU模塊（基本單元） 主機模塊的組成：CPU、基本輸入/輸出點、電源。主機模塊可以單獨完成一定的控制任務(wù)。 （2）擴展單元（I/O接口電路） 就是各種類型的輸入/輸出模塊。例如：數(shù)字量I/O模塊、模擬量I/O模塊。 （3）特殊功能模塊 是完成某種特殊控制任務(wù)的一些裝置。例如：PID模塊、定位控制模塊等。擴展單元和特殊功能模塊不能單獨完成一定的控制任必須和主機一起使用。 （4）人機界面：例如 ：編程器、文本顯示器、操作員面板、觸摸屏等。 （5）軟件：編程軟件STEP7-Micro/WIN，人機界面的組

4、態(tài)軟件 ProTool、WinCC 。,6,4.2.2主機結(jié)構(gòu)及性能特點,主機模塊 SIMATIC S7-200系統(tǒng)CPU 22X系列PLC主機（CPU塊）的外形如圖4.2所示：,圖4.2S7-200系列主機外形圖,7,2.CPU模塊的主要特點和技術(shù)規(guī)范,供電電壓:直流24V、交流220V 輸出方式：晶體管（DC）、繼電器輸出（DC/AC） 高速計數(shù)：捕捉比CPU掃描周期更快的脈沖，輸入脈沖頻率可達200kHz(CPU224XP)。 脈沖輸出：2路最大可達100kHz（CPU224XP）高頻脈沖輸出。 集成模擬電位器：利用模擬電位器可以改變相應存儲器中的值。 實時時鐘 ：對信息加注時間標記，記

5、錄機器的運行時間等。,表4.1輸入、輸出信號類型及輸入電源,8,存儲系統(tǒng)的類型: 保持型數(shù)據(jù)存儲器:部分存儲區(qū)可定義為掉電保持型。 永久存儲器（EEPROM） 存儲卡：移動存儲器，是否選擇有用戶決定, 在用戶程序的控制將指定值寫入存儲卡中，寫入次數(shù)不得超過100萬次。,3.存儲系統(tǒng),9,圖4-3下載程序到S7-200,下載用戶程序：,10,上載用戶程序：,圖4-4上載程序,11,定義掉電保持存儲器的個數(shù):一次最多可以定義六個掉電保持區(qū). 可定義掉電保持的存儲單元:V、M、T、C,掉電后保存M存儲區(qū),圖4-5 掉電后保存M存儲區(qū),5,12,開機后數(shù)據(jù)的恢復,圖4-6開機后數(shù)據(jù)的恢復,13,4.2

6、.3I/O的擴展及功能的擴展,擴展模塊 設(shè)備連接 最大I/O配置的預算 I/O點數(shù)擴展和編址,14,1.擴展模塊,擴展模塊包括數(shù)字量、模擬量擴展模塊和特殊功能擴展模塊。 數(shù)字量擴展模塊的類型： 輸入擴展模塊EM221：8點和16點DC，8點AC 輸出擴展模塊EM222：8點DC、4點DC（5A）、8點AC、8點和4點繼電器 輸入/輸出混合擴展模塊EM223：DC輸入/DC輸出 4點、8點、16點 三種 DC輸入/繼電器輸出4點、8點、16點 三種 模擬量輸入擴展模塊EM231：4AI、2路熱電阻輸入、4路熱電偶輸入 模擬量輸出擴展模塊EM232：2AQ 模擬量輸入/模擬量輸出擴展模塊EM235

7、：4AI/1AQ（占2路輸出地址） 特殊功能擴展模塊的類型： 調(diào)制解調(diào)器模塊EM241 定位模塊EM253 PROFIBUS-DP模塊EM277 以太網(wǎng)模塊CP243-1 AS-i接口模塊CP243-2 SIWAREX MS承重模塊,15,2. 設(shè)備連接,圖4-7I/O擴展示意圖,16,3. 最大I/O配置的預算,影響最大I/O配置的主要因素：映像寄存器數(shù)量、CPU的供電能力、模塊電流等。 （1）映像寄存器數(shù)量 CPU22X輸入/輸出映像寄存器共有256個。 （2）各CPU所能提供的最大5VDC、 24VDC電的電流值見下表4.3,表4.3,17,（3）模塊電流CPU 22X可連接的各擴展模塊

8、消耗5VDC電流如表4.4所示。,表4.4擴展模塊所消耗的5VDC電流值,18,映像寄存器的數(shù)量 擴展后I/O的總點數(shù)不能大于輸入和輸出映像寄存器的數(shù)量。 CPU的供電能力 同一PLC系統(tǒng)中所有擴展模塊所消耗的電流總和不得超過 CPU所能提供的電流值。 不同型號的CPU提供5VDC和24VDC電源的容量不同。,最大I/O配制的預算原則:,19,1、編址前首先在主機的右端與擴展模塊依次連接好, 連接順序自己決定。連接方法有兩種，水平連接時主機在最左邊，垂直連接主機在最下邊。 2、編址的方法： （1）主機I/O的編址； 主機I/O的編址是固定的。,PLC控制系統(tǒng)的編址,20,（2）擴展模塊編址：

9、擴展模塊的編址原則： 同類型的輸入或輸出點的模塊進行順序編址。 對于數(shù)字量，輸入/輸出映像寄存器的長度單位為8位1 個字節(jié)，本模塊高位未滿8位的，未用位不能分配給I/O 鏈中后續(xù)的同類型的模塊。 對于模擬量，輸入/輸出以2個字節(jié)（1個字）遞增方式分配空間。本模塊中未用位的通道地址不能被后續(xù)的同類模塊繼續(xù)使用，后續(xù)地址的編排須重新從一個新的連續(xù)字節(jié)開始。,PLC控制系統(tǒng)的編址,21,主機 CPU224,模塊 EM221 DI8 DC24V,模塊 EM222 DO8 DC24V,模塊 EM235 AI4/AQ1,模塊 EM223 DI4/DO4,模塊 EM235 AI4/AQ1,例如：某一控制系統(tǒng)

10、選用CPU224，系統(tǒng)所需的輸入輸出點數(shù)各為： 數(shù)字量輸 入24點、數(shù)字量輸出20點、模擬量輸入6點和模擬量 輸出2點。,0,1,2,3,4,編址舉例：,連接模塊,分配地址,22,主機及各模塊編址,23,4.3.1軟元件（軟繼電器） 軟元件：PLC內(nèi)部具有一定功能的存儲單元。 軟元件的組成：由電子電路和寄存器及存儲單元組成。 軟元件的特點： （1）軟元件看不見，摸不著，也不存在物理性的觸點； （2）每個軟元件可提供無限多個常開觸點和常閉觸點，即它們的觸點可以無限次的使用； （3）體積小、功耗低、壽命長。 軟元件地址： 區(qū)域標識符+區(qū)域內(nèi)地址 不同區(qū)域內(nèi)的軟元件用不同的字母表示這就是區(qū)域標識符。

11、,4.3 內(nèi)部資源,24,PLC用戶數(shù)據(jù)存儲器編程資源,4.3.2軟元件介紹,25,輸入繼電器的組成：由輸入電路和輸入映像寄存器組成。一個輸入繼電器對應輸入映像寄存器中某一字節(jié)的某一位。 輸入繼電器的作用：接收外部的開關(guān)信號。用戶設(shè)備上的所有控制信號都接到PLC的輸入端子上。PLC的一個輸入端子對應一個輸入繼電器，當外部所接的開關(guān)處于閉合狀態(tài)時，對應的輸入繼電器常開觸點閉合，常閉觸點斷開。 輸入繼電器的尋址方式： I字節(jié).位 工作：輸入點的外部輸入開關(guān)狀態(tài)通過輸入接口電路存到輸入狀態(tài)暫存器中，經(jīng)過PLC的輸入采樣,把輸入狀態(tài)暫存器中輸入開關(guān)的狀態(tài)存入輸入狀態(tài)映像存儲器中。,一、輸入繼電器I（I

12、nput Relay）,26,注意：輸入繼電器狀態(tài)只受外部輸入開關(guān)控制，不受PLC程序控制，PLC程序可以讀取輸入繼電器的狀態(tài)，不能改變輸入繼電器的狀態(tài)，所以輸入繼電器沒有線圈符號。外部輸入開關(guān)只能直接控制輸入繼電器和它的觸點,不能直接控制其他的繼電器。 尋址：每個區(qū)域都有不同的標號，同類別下繼電器的尋址由同一標號下不同的數(shù)字序號來區(qū)分。,使用輸入繼電器的注意事項,27,輸出繼電器的組成：由輸出電路和輸出映像寄存器組成。 輸出繼電器的作用：PLC通過輸出繼電器向外部負載 發(fā)出控制命令。PLC的每一個輸出端子都與一個輸出繼電器相對應。 輸出繼電器的編址方式：Q字節(jié).位 工作：PLC運行時，每執(zhí)行

13、完一遍程序，邏輯運算的結(jié)果就存入到相應的一位存儲器中。其中需要控制輸出開關(guān)的運算結(jié)果存到輸出映像存儲器中。這個輸出映像存儲器在PLC程序中，可以按位存取，其中的每一位，就是一個輸出繼電器。,二、輸出繼電器Q（Output Relay）,28,輸入輸出繼電器的示意圖,29,三、通用輔助繼電器M(Auxiliary Relay),通用輔助繼電器（M）：也是一位存儲器，但是它不與輸入點對應，也不與輸出點相對應，它用來存儲PLC內(nèi)部的中間變量，相當于繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器。 輔助繼電器的線圈、常開觸點、常閉觸點：在梯形圖上的圖形符號與I/O繼電器相同，只是標號字母名稱不同。通用輔助繼電器的線圈和

14、觸點的關(guān)系和輸出繼電器的一樣，但只有內(nèi)部觸點，不對應外部觸點。它的內(nèi)部觸點也是無限多個。 注意：從存儲器的角度看，通用輔助繼電器是一個暫存運算數(shù)據(jù)的一位存儲器，它的名稱標號是這個存儲單元的地址。,30,通用輔助繼電器應用實例,使用通用輔助繼電器注意事項： 通用輔助繼電器不直接接受輸入信號，它的觸點也不能直接驅(qū)動負載。沒有與之對應的輸入和輸出端子。它的常開和常閉觸點可無數(shù)次使用。,31,特殊繼電器（SM）：具有特殊功能或用來存儲系統(tǒng)的狀態(tài)變量、有關(guān)的控制參數(shù)和信息的存儲單元。 特殊繼電器的作用：用戶可以通過特殊繼電器來溝通PLC與被控對象之間的信息，利用這些信息實現(xiàn)一定的控制作用。用戶也可以通過

15、設(shè)置某些特殊繼電器位來使設(shè)備實現(xiàn)某些功能，特殊繼電器分只讀區(qū)和可讀可寫區(qū)。 特殊繼電器的數(shù)量： CPU221 SM0.0SM179.7 CPU222 SM0.0SM299.7 CPU224 SM0.0SM549. CPU226 SM0.0SM549.7,四、特殊繼電器SM（Special Memory）,32,例如：SM0.0 PLC運行時SM0.0始終為“1” SM0.1 PLC首次掃描SM0.1ON一個掃描周期 SM0.2 當RAM存儲器中保存數(shù)據(jù)丟失時，SM0.2ON一個周期。 SM0.4該位提供了一個周期為一分鐘、占空比為0.5的時鐘 SM1.3兩數(shù)相除,除數(shù)為零時置“1” SMB37

16、、SMB47、SM B57、SMB137、SMB147、SMB157高速計數(shù)器的控制字節(jié)都是可讀可寫的。,33,作用：用來存放程序執(zhí)行過程中的中間結(jié)果數(shù)據(jù)，也可以使用變量存儲器來保存與工序和程序有關(guān)的其他數(shù)據(jù)。 變量寄存器的數(shù)量： S7-200CPU221 V0.0V2047.7 S7-200CPU222 V0.0V2047.7 S7-200CPU224 V0.0V5119.7 S7-200CPU226 V0.0V5119.7,五、變量寄存器V （Variable Memory）,34,局部變量存儲器 臨時存儲器，用來存儲局部變量 局部變量存儲器與變量存儲器的區(qū)別： 全局變量存儲器全局有效，而

17、局部變量存儲器局部有效。 全局有效是指同一個變量存儲器可以被任何程序（包括主程序、子程序、中斷程序）訪問；而局部有效是指變量只和特定的程序有關(guān)。 局部變量存儲器的個數(shù)：64個字節(jié),六、局部變量存儲器L（Local Variable Memory）,35,順序控制繼電器也叫狀態(tài)元件 是功能圖編程所用的重要元件，與順序狀態(tài)指令結(jié)合使用。 LSCR 順序狀態(tài)開始 SCRT 順序狀態(tài)轉(zhuǎn)移 SCRE 順序狀態(tài)結(jié)束,七、順序控制繼電器S（Sequence Relay）,36,八、計數(shù)器C(Counter),計數(shù)器：用來累計輸入脈沖上升沿的個數(shù)。 計數(shù)器類型： 增計數(shù)器CU（Count Up） 增減計數(shù)器C

18、UD Count Up /Down） 減計數(shù)CD（ Count Down ） 每個計數(shù)器所占的存儲單元為: 當前值：16位有符號整數(shù)，存儲累計值（計數(shù)部分） 位：按當前值與設(shè)定值比較置位或復位。（觸點） 計數(shù)器的編址方式：區(qū)域標識符C+計數(shù)器編號,37,S7200CPU提供了256個定時器 作用：累計時間增量 定時器類型： 接通延時定時器TON（On-Delay Timer） 記憶接通延時定時器TONR（Retentive- On-Delay Timer ） 斷開延時定時器TOF（Off-Delay Timer） 定時器的分辨率：1ms、10ms、100ms 定時器存儲單元: 當前值：16位有

19、符號整數(shù)，存儲定時器所累計的時間增量（計時部分-計數(shù)部分） 位：按當前值與設(shè)定值的比較結(jié)果置位或復位。（觸點） 定時器的編址方式：區(qū)域標識符T+定時器編號,九、定時器T(Timer),38,1、模擬量輸入映像寄存器（Analog Input）：PLC通過模擬量輸入電路實現(xiàn)A/D之間的轉(zhuǎn)化，即將輸入的模擬量轉(zhuǎn)化成1個字長的數(shù)字量，模擬量輸入映像寄存器存儲這些數(shù)字量。 模擬量輸入映像寄存器的編址方式： AIW 起始字節(jié)地址：其中AI區(qū)域標識符、W數(shù)字長度 例如：AIW0 AIW4 AIW8 注：起始字節(jié)必須是偶數(shù)字節(jié)。模擬量輸入映像寄存器只能進行讀取操作.,十、模擬量輸入映像寄存器AI、模擬量輸出

20、映像寄存器AQ,39,2、模擬量輸出映像寄存器（Analog Output）：PLC通過模擬量輸出電路實現(xiàn)D/A之間的轉(zhuǎn)化，即將1個字長的數(shù)字量，通過模擬量輸出電路將這數(shù)字量按比例轉(zhuǎn)換成模擬量。 模擬量輸出映像寄存器的編址方式： AQW 起始字節(jié)地址：其中AQ區(qū)域標識符、W數(shù)字長度 例如：AQW0 AQW4 AQW8 注：起始字節(jié)必須是偶數(shù)字節(jié)。模擬量輸出映像寄存器只能進行寫入操作。,十、模擬量輸入映像寄存器、模擬量輸出映像寄存器,40,高速計數(shù)器：用來累計比主機掃描速率更快的高速脈沖。 高速計數(shù)器編址方式： HC+高速計數(shù)器編號 其中HC為高速計數(shù)器名稱 S7-200 CPU221、CPU222共有4個高速計數(shù)器分別為： HC0、HC3、HC4、HC5 S7-200 CPU224、CPU226共有6個高速計數(shù)器分別為： HC0、HC1、HC2、HC3、HC4、HC5 注：高速計數(shù)器的當前值是一個32位的有符號的整數(shù)，是只讀數(shù)據(jù)。,十一、高速計數(shù)器HC（Hight