S7200系列PLC教案3章(S7-200可编程控制器)

第3章S7-200可编程序控制器课题3.1S系列PLC发展概述3.2S7-200PLC系统组成授课教师授课日期授课班级课时4课程类型新课教学方法理论与实训教学设备教学目标1了解S7-200系统组成3-熟悉S7-200主机性能与结构,工作方式3.熟悉特殊功能模块作用4.熟悉输入输出扩展5.了解CPU输入输出组态设置教学重点难点1.S7-200主机性能与结构,工作方式3-特殊功能模块作用4.输入输出扩展教学过程教师活动时间分配教学过程3-1S系列PLC发展概述西门子S系列PLC发展由S3-S5-S7。S7又分为：S7-200、S7-300、S7-4003-2S7-200PLC系统组成一、S7-200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。图3-1S7-200PLC系统组成S7系统由硬件和软件组成。1．硬件（1）基本单元称为主机单元，它包括CPU、存储器、基本输入输出点、电源。是PLC主要部分。（2）扩展单元用以扩充数字量输入输出设备。（3）特殊功能模块与主机相连的为完成某种特殊任务而制定的装置。（4）相关设备编程设备、人机操作界面、网络设备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。二、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（2）基本结构特点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SIMATICS7-200系统CPU22X系列PLC主机及I/O特性如表3.2所示。表3-2S7-200主机I/O点主机超级电容和电池模块，用于长时间保存数据，电池模块可选，可使数据存储时间延长到200天。3-存储系统（1）存储系统S7-200系列的存储由RAM和EEPROM构成图3-3存储系统不同型号CPU存储容量如表3-3表3-3存储容量（2）存储器及使用上装和下装用户程序上装和下载是接指用STEP7-Micro/Win编程软件进行编程时，PLC主机与计算机之间程序、数据、参数的传送。定义存储器保持范围当系统运行时有时出现电源掉电情况，可以设置V、M、C、T等存储保持存储区（掉电后该存储区数据保持）用程序永久保存数据用程序将存储在RAM中数据备份到EEPROM中，用于保存存储区任意位置的数据。存储器卡的使用用于备份PLC中和程序和重要数据（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。三、主机工作方式1.工作方式主机有两种工件方式：STOP和RUM方式。由PLC面板LED灯显示当前工作方式（1）STOP方式CPU不执行用户程序，此时可以装载用户程序或进行CPU配置（2）RUN方式CPU在每个扫描周期中执行用户程序。3-改变CPU工作方式三种方法（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。四、特殊功能模块1．数字量扩展模块EM221EM222EM223用于对数字量I/O的扩展2．模拟量扩展模块EM231EM232EM2353．热电偶、热电阻模块EM231热电偶模块和EM231热电阻模块4．通信扩展模块EM2775．现场设备接口模块CP243-2五、输入输出扩展1.设备连接主机与扩展模块安装方式(a)面板安装(b)标准导轨安装图3-4I/O扩展示意图3-最大I/O配置的预算某一控制系统选用CPU224，系统所需的输入输出数各为：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。解：（1）扩展点数计算CPU224主机有14点（DI）、10点（DO）没有AI、AO点。所以需要扩展DI点24-14=10DO点20-10=10AI点：6AO点：2扩展方案方案1EM221（8I）×2EM222（8O）×2EM231（4AI）×1EM232（2AO）×1方案2EM221（8I）×1EM222（8O）×1EM223（4I4O）×1EM235（4AI1AO）×2CPU224可以扩展7个模块，采用方案2，共5个模块符合要求。（2）电流验证各CPU所能提供的最大5VDC电流如表3-4所示。表3-4CPU提供电流（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。表3-5扩展模块消耗电流方案2中扩展模块消耗电流之和：30×1+50×1+40×1+30×2=180mACPU可驱动扩展模块（2）扩展模块的连接主机CPU224模块1EM221DI8XDC24V模块2EM222DO8XDC24V模块3EM235AI4/AQ1X12位模块4EM223DI4/DQ4XDC24V/继电器模块5EM235AI4/AQ1X12位图3-6扩展连接图（3）本机I/O和扩展模块的编址表3-6本机及扩展模块I/O地址六、CPU的输入输出组态设置1．设置输入滤波（1）数字量滤波（2）模拟量滤波2．设置脉冲捕捉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，3．输出表配置PLC意外停机时处理方式，S7-200查提前设置数字输出表，通过是否将输出表复制到输出点，使输出点由RUN方式转变为STOP方式后任选一种（1）将各个输出点状态变成已知值（2）使各输出点保持转换前方式系统默认设置为输出表中所有点设置为0。4．定义存储器保持范围总结1．S7-2000PLC组成2．CPU22X组成3．PLC工作方式4．扩展模块功能类型及作用作业P74一、选择题1、2、3、5三、简答题1、2、4、5教学反思课题3．3S7-200编程和元件及程序知识授课教师授课日期授课班级课时4课程类型新课教学方法理论与实训教学设备教学目标教学重点难点教学过程教师活动时间分配教学过程3．3编程元件及程序知识PLC控制是通过CPU循环扫描方式来完成的，处于运行方式下，CPU执行用户程序完成控制任务。编程基础系统的编程元件，软件基础则是指令系统。一、数据类型1．数据类型S7-200系列PLC数据类型是布尔型、整型和实型（浮点数）布尔型采用1位二进制数表示实数采用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。整数数据分为字节、字、双字，不同类型整数所表示的数值范如表3-1所示。表3-1整数长度及范围2．常数表示形式常数常采用二进制、十六进制、ASCII码或实型，几种常数形式如表3-2所示。表3-2常数表示二、编程元件1．输入继电器（I）输入映像寄存器用于接受外部输入设备信号，以字节为单位，每一位对应一个开关量，在每个扫描的输入处理阶段，将对应开关量送至输入蚋像寄存器中，关保持到下一周期的输入处理阶段。2．输出继电器（Q）输出映像寄存器用于输出程序执行结果并驱动外部设备，以字节为单位，每一位对应一个数字输出点，在每个扫描周期输出处理阶段才将输出映像寄存器中信号送到输出点进行刷新。3．通用辅助继电器（M）只在程序内部使用，不能提供外部输出。4．特殊标志继电器（SM）用于存储系统的状态变量和有关控制参数和信息。SM以位、字节、字和双字方式使用，按存取方式将其分为两大类：只读型和可写型。SM0.0：该位始终为1SM0.1：首次扫描为1，以后为0SM0.4：提供高低电平各30S，周期为1min时钟脉冲SM0.5：提供高低电平各0.5S，周期为1S时钟脉冲5．变量存储器（V）存放程序执行过程中间结果6．局部变量存储器（L）L与V区别是，V（全局变量）可以被任何程序（主程序和子程序）访问，L只能被所在程序访问。7．顺序控制继电器（S）8．定时器（T）9．计数器（C）10．模拟量输入映像寄存器（AI）、模拟量输出映像寄存器（AQ）AI-将模拟量转变为数字量，AQ-将数字量转变为模拟量，数字量为16位，且从偶数编址。AIW6（字），AQW12（字）AIW6AIB6（最高有效字节）AIB7（最低有效字节）AQW12AQB12AQB1311．高速计数器（HC）12．累加器（AC）S7-200提供4个32位累加器AC0、AC1、AC2、AC3三、编程元件寻址S-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，每个单元都有单元地址和本单元位号地址组成。1．直接寻址指令呈直接使用元件名称和地址编号，直接寻址包括位寻址、字节寻址、字寻址。元件地址格式：ATx.yA-元件名称T-数据类型x-存储单元地址y-位地址（1）位寻址Ax.y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3-7所示。图3-7中MSB表示最高位，LSB表示最低位。图3-7位寻址格式（2）字节、字和双字寻址格式为ATx字节元件：VB200（8位）字元件VW200（16位）由VB200、VB201组成。MSBLSBVB200VB2013．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。（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,VD302将VB200单元地址（32位）送到VD302中。MOVD&MB10,AC2MOVD&C2,LD14注意：建立指针用MOVD指令。（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，AC0将元件VB200地址（2位）至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：（3）修改指针下面的两条指令可以修改指针的用法：INCDAC0INCDAC0MOVW*AC0，AC1四、指令系统和编程语言1．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。SIMATIC指令集：是为S7-200系列PLC设计的，本指令通常执行时间短，而且可以用LAD、STL和FBD三种编程语言。IEC1131-3指令集是不同PLC厂家的指令标准，它不能使用STL编程语言。2．编程语言（1）语句表（STL）语句表（STL）语言类似于计算机的汇编语言，特别适合于来自计算机领域的工程人员。用指令助记符创建用户程序，属于面向机器硬件的语言，STEP7Micro/Win32的语句表如图3-8所示。图3-8语句表（2）梯形图（LAD）（3）功能块图（FBD）（4）其他编程语言SIMATIC