第4章_S7-200PLC的基础知识

1•讲解内容：第四章S7-200PLC的基础知识4.1概述4.2硬件系统成4.3内部资源4.4寻址方式4.5指令系统4.6程序结构学习说明：本讲是学习PLC控制器的基础知识。重点掌握：S7-200PLC硬件组成、系统扩展、内部资源、寻址方式、编程语言和程序结构。现代电器与PLC技术第四章24.1概述德国西门子公司生产S系列PLC的发展概况:第一代可编程序控制器:S3系列第二代可编程序控制器:S5系列第三代可编程序控制器:S7系列德国西门子公司生产的S7系列PLC的产品类型：S7—200系列（小型机）S7—300系列（中型机）S7—400系列（大型机）3•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，它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU212，CPU214，CPU215和CPU216。•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、CPU224XP和CPU226，除CPU221之外，其他都可加扩展模块。S7-200系列小型的发展概况44.2.1硬件系统的基本构成4.2S7-200系列PLC的硬件系统图4-1S7-200PLC系统组成5（1）主机模块—CPU模块（基本单元）主机模块的组成：CPU、基本输入/输出点、电源。主机模块可以单独完成一定的控制任务。（2）扩展单元（I/O接口电路）就是各种类型的输入/输出模块。例如：数字量I/O模块、模拟量I/O模块。（3）特殊功能模块是完成某种特殊控制任务的一些装置。例如：PID模块、定位控制模块等。扩展单元和特殊功能模块不能单独完成一定的控制任必须和主机一起使用。（4）人机界面：例如：编程器、文本显示器、操作员面板、触摸屏等。（5）软件：编程软件STEP7-Micro/WIN，人机界面的组态软件ProTool、WinCC。64.2.2主机结构及性能特点1.主机模块SIMATICS7-200系统CPU22X系列PLC主机（CPU块）的外形如图4.2所示：图4.2S7-200系列主机外形图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72.CPU模块的主要特点和技术规范供电电压:直流24V、交流220V输出方式：晶体管（DC）、继电器输出（DC/AC）高速计数：捕捉比CPU扫描周期更快的脉冲，输入脉冲频率可达200kHz(CPU224XP)。脉冲输出：2路最大可达100kHz（CPU224XP）高频脉冲输出。集成模拟电位器：利用模拟电位器可以改变相应存储器中的值。实时时钟：对信息加注时间标记，记录机器的运行时间等。表4.1输入、输出信号类型及输入电源8存储系统的类型:保持型数据存储器:部分存储区可定义为掉电保持型。永久存储器（EEPROM）存储卡：移动存储器，是否选择有用户决定,在用户程序的控制将指定值写入存储卡中，写入次数不得超过100万次。3.存储系统9图4-3下载程序到S7-200下载用户程序：10上载用户程序：图4-4上载程序11定义掉电保持存储器的个数:一次最多可以定义六个掉电保持区.可定义掉电保持的存储单元:V、M、T、C掉电后保存M存储区图4-5掉电后保存M存储区512开机后数据的恢复图4-6开机后数据的恢复134.2.3I/O的扩展及功能的扩展扩展模块设备连接最大I/O配置的预算I/O点数扩展和编址141.扩展模块扩展模块包括数字量、模拟量扩展模块和特殊功能扩展模块。数字量扩展模块的类型：输入扩展模块EM221：8点和16点DC，8点AC输出扩展模块EM222：8点DC、4点DC（5A）、8点AC、8点和4点继电器输入/输出混合扩展模块EM223：DC输入/DC输出4点、8点、16点三种DC输入/继电器输出4点、8点、16点三种模拟量输入扩展模块EM231：4AI、2路热电阻输入、4路热电偶输入模拟量输出扩展模块EM232：2AQ模拟量输入/模拟量输出扩展模块EM235：4AI/1AQ（占2路输出地址）特殊功能扩展模块的类型：调制解调器模块EM241定位模块EM253PROFIBUS-DP模块EM277以太网模块CP243-1AS-i接口模块CP243-2SIWAREXMS承重模块152.设备连接图4-7I/O扩展示意图163.最大I/O配置的预算影响最大I/O配置的主要因素：映像寄存器数量、CPU的供电能力、模块电流等。（1）映像寄存器数量CPU22X输入/输出映像寄存器共有256个。（2）各CPU所能提供的最大5VDC、24VDC电的电流值见下表4.3表4.317（3）模块电流CPU22X可连接的各扩展模块消耗5VDC电流如表4.4所示。表4.4扩展模块所消耗的5VDC电流值18•映像寄存器的数量扩展后I/O的总点数不能大于输入和输出映像寄存器的数量。•CPU的供电能力同一PLC系统中所有扩展模块所消耗的电流总和不得超过CPU所能提供的电流值。不同型号的CPU提供5VDC和24VDC电源的容量不同。最大I/O配制的预算原则:191、编址前首先在主机的右端与扩展模块依次连接好,连接顺序自己决定。连接方法有两种，水平连接时主机在最左边，垂直连接主机在最下边。2、编址的方法：（1）主机I/O的编址；主机I/O的编址是固定的。PLC控制系统的编址20（2）扩展模块编址：扩展模块的编址原则：①同类型的输入或输出点的模块进行顺序编址。②对于数字量，输入/输出映像寄存器的长度单位为8位1个字节，本模块高位未满8位的，未用位不能分配给I/O链中后续的同类型的模块。③对于模拟量，输入/输出以2个字节（1个字）递增方式分配空间。本模块中未用位的通道地址不能被后续的同类模块继续使用，后续地址的编排须重新从一个新的连续字节开始。PLC控制系统的编址21主机CPU224模块EM221DI8DC24V模块EM222DO8DC24V模块EM235AI4/AQ1模块EM223DI4/DO4模块EM235AI4/AQ1•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点和模拟量输出2点。01234编址举例：①连接模块②分配地址22主机及各模块编址主机I/O模块0I/O模块1I/O模块2I/O模块3I/O模块4I/OI0.0Q0.0I0.1Q0.1I0.2Q0.2I0.3Q0.3I0.4Q0.4I0.5Q0.5I0.6Q0.6I0.7Q0.7I1.0Q1.0I1.1Q1.1I1.2Q1.2I1.3Q1.3I1.4Q1.4I1.5Q1.5I1.6Q1.6I1.7Q1.7I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I2.6I2.7Q2.0Q2.1Q2.2Q2.3Q2.4Q2.5Q2.6Q2.7AIW0AQW0AIW2AQW2AIW4AIW6I3.0Q3.0I3.1Q3.1I3.2Q3.2I3.3Q3.3I3.4Q3.4I3.5Q3.5I3.6Q3.6I3.7Q3.7AIW8AQW4AIW10AQW6AIW12AIW14234.3.1软元件（软继电器）软元件：PLC内部具有一定功能的存储单元。软元件的组成：由电子电路和寄存器及存储单元组成。软元件的特点：（1）软元件看不见，摸不着，也不存在物理性的触点；（2）每个软元件可提供无限多个常开触点和常闭触点，即它们的触点可以无限次的使用；（3）体积小、功耗低、寿命长。软元件地址：区域标识符+区域内地址不同区域内的软元件用不同的字母表示这就是区域标识符。4.3内部资源24S7-200软元件列表(12个)输入继电器I变量存储器V输出继电器Q局部变量存储器L通用辅助继电器M顺序控制继电器S特殊继电器SM模拟量输入/输映像寄存器AI、AQ定时器T高速计数器HC计数器C累加器ACPLC用户数据存储器编程资源4.3.2软元件介绍25•输入继电器的组成：由输入电路和输入映像寄存器组成。一个输入继电器对应输入映像寄存器中某一字节的某一位。•输入继电器的作用：接收外部的开关信号。用户设备上的所有控制信号都接到PLC的输入端子上。PLC的一个输入端子对应一个输入继电器，当外部所接的开关处于闭合状态时，对应的输入继电器常开触点闭合，常闭触点断开。•输入继电器的寻址方式：I字节.位•工作：输入点的外部输入开关状态通过输入接口电路存到输入状态暂存器中，经过PLC的输入采样,把输入状态暂存器中输入开关的状态存入输入状态映像存储器中。一、输入继电器I（InputRelay）26•注意：输入继电器状态只受外部输入开关控制，不受PLC程序控制，PLC程序可以读取输入继电器的状态，不能改变输入继电器的状态，所以输入继电器没有线圈符号。外部输入开关只能直接控制输入继电器和它的触点,不能直接控制其他的继电器。•寻址：每个区域都有不同的标号，同类别下继电器的寻址由同一标号下不同的数字序号来区分。使用输入继电器的注意事项27•输出继电器的组成：由输出电路和输出映像寄存器组成。•输出继电器的作用：PLC通过输出继电器向外部负载发出控制命令。PLC的每一个输出端子都与一个输出继电器相对应。•输出继电器的编址方式：Q字节.位•工作：PLC运行时，每执行完一遍程序，逻辑运算的结果就存入到相应的一位存储器中。其中需要控制输出开关的运算结果存到输出映像存储器中。这个输出映像存储器在PLC程序中，可以按位存取，其中的每一位，就是一个输出继电器。二、输出继电器Q（OutputRelay）28输入输出继电器的示意图29三、通用辅助继电器M(AuxiliaryRelay)•通用辅助继电器（M）：也是一位存储器，但是它不与输入点对应，也不与输出点相对应，它用来存储PLC内部的中间变量，相当于继电器控制系统中的中间继电器。•辅助继电器的线圈、常开触点、常闭触点：在梯形图上的图形符号与I/O继电器相同，只是标号字母名称不同。通用辅助继电器的线圈和触点的关系和输出继电器的一样，但只有内部触点，不对应外部触点。它的内部触点也是无限多个。•注意：从存储器的角度看，通用辅助继电器是一个暂存运算数据的一位存储器，它的名称标号是这个存储单元的地址。30通用辅助继电器应用实例使用通用辅助继电器注意事项：通用辅助继电器不直接接受输入信号，它的触点也不能直接驱动负载。没有与之对应的输入和输出端子。它的常开和常闭触点可无数次使用。31特殊继电器（SM）：具有特殊功能或用来存储系统的状态变量、有关的控制参数和信息的存储单元。特殊继电器的作用：用户可以通过特殊继电器来沟通PLC与被控对象之间的信息，利用这些信息实现一定的控制作用。用户也可以通过设置某些特殊继电器位来使设备实现某些功能，特殊继电器分只读区和可读可写区。特殊继电器的数量：CPU221SM0.0~SM179.7CPU222SM0.0~SM299.7CPU224SM0.0~SM549.CPU226SM0.0~SM549.7四、特殊继电器SM（SpecialMemory）32例如：SM0.0PLC运行时SM0.0始终为“1”SM0.1PLC首次扫描SM0.1ON一个扫描周期SM0.2当RAM存储器中保存数据丢失时，SM0.2ON一个周期。SM0.4该位提供了一个周期为一分钟、占空比为0.5的时钟SM1.3两数相除,除数为零时置“1”SMB37、SMB47、SMB57、SMB137、SMB147、SMB157高速计数器的控制字节都是可读可写的。33作用：用来存放程序执行过程中的中间结果数据，也可以使用变量存储器来保存与工序和程序有关的其他数据。变量寄存器的数量：S7-200CPU221V0.0~V2047.7S7-200CPU222V0.0~V2047.7S7-200CPU224V0.0~V5119.7S7-200CPU226V0.0~V5119.7五、变量寄存器V（VariableMemory）34局部变量存储器—临时