电气知识讲解

第3章S7-200可编程序控制器第3章S7-200可编程序控制器3.1S系列PLC发展概述3.2S7-200PLC系统组成3.3编程元件及程序知识3.4相关设备3.5工业软件第3章S7-200可编程序控制器本章学习目的本章以西门子公司生产的S7-200系列小型可编程序控制器为例，介绍具体型号的PLC，内容包括：lS系列PLC发展概述lS7-200可编程序控制器的系统组成l编程元件及程序知识l相关设备l常用工业软件返回本章首页第3章S7-200可编程序控制器3.1S系列PLC发展概述德国的西门子（SIEMENS）公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商，生产的SIMATIC可编程序控制器在欧洲处于领先地位。其第一代可编程序控制器是1975年投放市场的SIMATICS3系列的控制系统。在1979年，微处理器技术被应用到可编程序控制器中，产生了SIMATICS5系列，取代了S3系列，之后在20世纪末又推出了S7系列产品。最新的SIMATIC产品为SIMATICS7、M7和C7等几大系列。返回本章首页第3章S7-200可编程序控制器3.2S7-200PLC系统组成3.2.1系统基本构成3.2.2主机结构3.2.3扫描周期及工作方式3.2.4输入输出扩展3.2.5主机性能指标返回本章首页第3章S7-200可编程序控制器从CPU模块的功能来看，SIMATICS7-200系列小型可编程序控制器发展至今，大致经历了两代：第一代产品其CPU模块为CPU21X，主机都可进行扩展，它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU212，CPU214，CPU215和CPU216，对第一代PLC产品不再作具体介绍。第二代产品其CPU模块为CPU22X，是在21世纪初投放市场的，速度快，具有较强的通信能力。它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU221，CPU222，CPU224和CPU226，除CPU221之外，其他都可加扩展模块。第3章S7-200可编程序控制器3.2.1系统基本构成SIMATICS7-200系统由硬件和工业软件两大部分构成，如图3.1所示。EM1扩展模块EM2扩展模块EMn扩展模块TD200文本显示器TP系列触摸屏通信及网络设备计算机工业软件CPU主机其他设备图3.1S7-200PLC系统组成第3章S7-200可编程序控制器系统基本构成1.硬件（1）基本单元（2）扩展单元（3）特殊功能模块（4）相关设备2.工业软件工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序、文档及其规则的总和，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几大类构成。返回本节第3章S7-200可编程序控制器3.2.2主机结构1.各CPU介绍及I/O系统（1）主机外形SIMATICS7-200系统CPU22X系列PLC主机（CPU模块）的外形如图3.2所示：图3.2S7-200主机外形状态显示通信口顶部端子盖电源及输出端子前盖方式开关、电位器、扩展I/O连接底部端子盖输入端子、传感器电源存储器卡第3章S7-200可编程序控制器（2）基本结构特点输出信号类型电源输出基本I/O存储安全高速反应模拟电位器实时时钟输入输出可扩展性第3章S7-200可编程序控制器4种CPU各有晶体管输出和8继电器输出两种类型，具有不同电源电压和控制电压。各类型的型号如表3.1所示。表3.1CPU型号第3章S7-200可编程序控制器SIMATICS7-200系统CPU22X系列PLC主机及I/O特性如表3.2所示。表3.2主机及I/O特性第3章S7-200可编程序控制器2.存储系统（1）存储系统（2）存储器及使用（3）存储安全第3章S7-200可编程序控制器图3.3存储系统个人计算机存储器卡用户程序CPU组态V存储器M存储器用户程序CPU组态V存储器M存储器定时器和计数器当前值CPURAMEPROM第3章S7-200可编程序控制器表3.3存储容量第3章S7-200可编程序控制器（2）存储器及使用上装和下装用户程序定义存储器保持范围用程序永久保存数据存储器卡的使用第3章S7-200可编程序控制器（3）存储安全1）主机CPU模块内部配备的EEPROM，上装程序时，可自动装入并永久保存用户程序、数据和CPU的组态数据。2）用户可以用程序将存储在RAM中的数据备份到EEPROM存储器。3）主机CPU提供一个超级电容器，可使RAM中的程序和数据在断电后保持几天之久。4）CPU提供一个可选的电池卡，可在断电后超级电容器中的电量完全耗尽时，继续为内部RAM存储器供电，以延长数据所存的时间。5）可选的存储器卡可使用户像使用计算机磁盘一样来方便地备份和装载程序和数据。返回本节第3章S7-200可编程序控制器3.2.3扫描周期及工作方式1.扫描周期2.工作方式3.改变CPU工作方式的方法图3.4CPU的扫描周期一个扫描周期读输入执行程序处理通信请求写输出执行CPU自诊断第3章S7-200可编程序控制器1.扫描周期（1）输入处理（2）执行程序（3）处理通信请求（4）执行CPU自诊断测试（5）写数字输出第3章S7-200可编程序控制器2.工作方式（1）STOP方式（2）RUN方式第3章S7-200可编程序控制器3.改变CPU工作方式的方法1）用PLC上的方式开关来手动切换，方式开关有3个挡位。2）用STEP7-Micro/Win32编程软件，应首先把主机的方式开关置于TERM或RUN位置，然后在此软件平台用鼠标单击STOP和RUN方式按钮即可。3）在用户程序中用指令由RUN方式转换到STOP方式，前提是程序逻辑允许中断程序的执行。返回本节第3章S7-200可编程序控制器3.2.4输入输出扩展1.设备连接2.最大I/O配置的预算3.输入输出及CPU组态第3章S7-200可编程序控制器1.设备连接图3.5I/O扩展示意图第3章S7-200可编程序控制器2.最大I/O配置的预算（1）映像寄存器数量（2）电流提供（3）模块电流（4）电流预算规则第3章S7-200可编程序控制器（2）电流提供各CPU所能提供的最大5VDC电流如表3.4所示。第3章S7-200可编程序控制器（3）模块电流CPU22X可连接的各扩展模块消耗5VDC电流如表3.5所示。第3章S7-200可编程序控制器3.输入输出及CPU组态（1）I/O点数扩展和编址（2）设置输入滤波（3）设置脉冲捕捉（4）输出表配置（5）定义存储器保持范围第3章S7-200可编程序控制器例如，某一控制系统选用CPU224，系统所需的输入输出点数各为：数字量输入24点、数字量输出20点、模拟量输入6点、模拟量输出2点。本系统可有多种不同模块的选取组合，表3.6所示为其中的一种可行的系统输入输出组态状况。第3章S7-200可编程序控制器若按表3.6的扩展方式，各模块在I/O链中的位置排列方式也可以有多种，图3.6所示为其中的一种模块连接形式。图3.6扩展连接图主机CPU224模块1EM221DI8XDC24V模块2EM222DO8XDC24V模块3EM235AI4/AQ1X12位模块4EM223DI4/DQ4XDC24V/继电器模块5EM235AI4/AQ1X12位第3章S7-200可编程序控制器S7-200CPU为每个主机数字量输入提供了脉冲捕捉功能，它可以使主机能够捕捉小于一个扫描周期的短脉冲，并将其保持到主机读到这个信号，但前提是只有通过滤波器后，脉冲捕捉才有效。此外，在一个给定的扫描周期内如果有不只一个脉冲，则只有第一个脉冲可以被捕捉到，几种情况下的脉冲捕捉波形如图3.7所示。图3.7脉冲捕捉波形图CPU扫描周nCPU扫描周期n+1输入刷新输入刷新输入1输入3输入2允许脉冲捕捉允许脉冲捕捉允许脉冲捕捉第3章S7-200可编程序控制器表3.722X主机主要技术指标返回本节第3章S7-200可编程序控制器3.2.5主机性能指标S7-20022X各主机的主要技术性能指标如下表3.7所示。返回本节第3章S7-200可编程序控制器3.3编程元件及程序知识3.3.1编程元件及寻址3.3.2指令系统3.3.3编程语言3.3.4程序结构返回本章首页第3章S7-200可编程序控制器3.3.1编程元件及寻址1.数据类型2.直接寻址方式3．间接寻址方式第3章S7-200可编程序控制器1.数据类型（1）数据类型及范围SIMATICS7-200系列PLC数据类型可以是布尔型、整型和实型（浮点数）。实数采用32位单精度数来表示，其数值有较大的表示范围：正数为+1.175495E-38～+3.402823E+38；负数为-1.175495E~38～-3.402823E+38。不同长度的整数所表示的数值范如表3.8所示。第3章S7-200可编程序控制器（2）常数在编程中经常会使用常数。常数数据长度可为字节、字和双字，在机器内部的数据都以二进制存储，但常数的书写可以用二进制、十进制、十六进制、ASCII码或浮点数（实数）等多种形式。几种常数形式分别如表3.9所示。第3章S7-200可编程序控制器2.直接寻址方式（1）编址形式按位寻址的格式为：Ax.y存储区内另有一些元件是具有一定功能的硬件，由于元件数量很少，所以不用指出元件所在存储区域的字节，而是直接指出它的编号。其寻址格式为：Ay数据寻址格式为：ATx第3章S7-200可编程序控制器（2）各元件介绍输入继电器（I）输出继电器（Q）通用辅助继电器（M）特殊标志继电器（SM）变量存储器（V）局部变量存储器（L）顺序控制继电器（S）第3章S7-200可编程序控制器定时器（T）计数器（C）模拟量输入映像寄存器（AI）、模拟量输出映像寄存器（AQ）高速计数器（HC）累加器（AC）第3章S7-200可编程序控制器S7-200将编程元件统一归为存储器单元，存储单元按字节进行编址，无论所寻址的是何种数据类型，通常应指出它在所在存储区域和在区域内的字节地址。每个单元都有惟一的地址，地址用名称和编号两部分组成，元件名称（区域地址符号）如表3.10所示。第3章S7-200可编程序控制器按位寻址的格式为：Ax.y必须指定元件名称、字节地址和位号，如图3.8所示。图3.8中MSB表示最高位，LSB表示最低位。图3.8位寻址格式MSBI0LSB0I15I4I3I2I17654321I4.5I14.2字节的位，即位号元件名称（区域标志）字节地址位地址与字节地址之间的间隔第3章S7-200可编程序控制器3．间接寻址方式间接寻址方式是，数据存放在存储器或寄存器中，在指令中只出现所需数据所在单元的内存地址的地址。存储单元地址的地址又称为地址指针。这种间接寻址方式与计算机的间接寻址方式相同。间接寻址在处理内存连续地址中的数据时非常方便，而且可以缩短程序所生成的代码的长度，使编程更加灵活。用间接寻址方式存取数据需要作的工作有3种：建立指针、间接存取和修改指针。第3章S7-200可编程序控制器（1）建立指针建立指针必须用双字传送指令（MOVD），将存储器所要访问的单元的地址装入用来作为指针的存储器单元或寄存器，装入的是地址而不是数据本身，格式如下：例：MOVD&VB200,VD302MOVD&MB10,AC2MOVD&C2,LD14注意：建立指针用MOVD指令。第3章S7-200可编程序控制器（2）间接存取指令中在操作数的前面加“*”表示该操作数为一个指针。下面两条指令是建立指针和间接存取的应用方法：MOVD&VB200，AC0MOVW*AC0，AC1若存储区的地址及单元中所存的数据如下所示执行过程如下：第3章S7-200可编程序控制器第3章S7-200可编程序控制器（3）修改指针下面的两条指令可以修改指针的用法：INCDAC0INCDAC0MOVW*AC0，AC1返回本节第3章S7-200可编程序控制器3.3.2指令系统S7-200系列PLC主机中有两类基本指令集：SIMATIC指令集和IEC1131-3指令集，程序员可以任选一种。提供了许多类型的指令以完成广泛的自动化任务。SIMATIC指令集：是为S7-200系列PLC设计的