第四章-S7-200PLC基础知识

电气控制及PLC2014.092第4章S7-200PLC基础知识•主要内容：•4.1概述•4.2硬件系统•4.3内部资源•4.4寻址方式•4.5指令系统•4.6程序结构•4.7S7-200PLC的几个特性3S7-200系列PLC是西门子公司推出的一种小型PLC。它适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。4.1概述4传送带生产线控制灌装及包装机械木材加工电梯控制空调控制纺织机械印刷机械4.1概述4.1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。4.1概述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）7•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4.1概述4.2硬件系统硬件系统基本构成编程工具CPU主机模块HMI人机界面扩展模块功能模块通信模块工业现场总线1、主机单元2、扩展单元3、特殊功能模块4、人机界面5、编程软件9（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）特殊功能模块完成某种特殊控制任务的一些装置。如PID模块、定位控制模块。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）编程软件：编程软件STEP7-Micro/WIN，人机界面组态软件ProTool、WinCC4.2硬件系统10CPU221:数字量10点CPU222:40入/38出=78数字量模拟量8入或4出或8入/2出CPU224:94入/74出=168数字量模拟量28入或14出或28入/7出最大7个模块最大7个模块最大2个模块无扩展能力CPU226(XM):128入/120出=248数字量模拟量28入或14出或28入/7出主机结构及性能特点4.2硬件系统11这几种CPU模块的外部结构大体相同，其外部结构如图所示，CPU224XP和CPU226有两个通信口。状态指示灯：显示CPU的工作方式、本机I/O的状态、系统错误状态。存储卡（EEPOM卡）可以存储CPU程序RS-485的串行通讯端口：PLC主机实现人一机对话、机—机对话的通道。实现PLC与上位计算机的连接，实现PLC与PLC、编程器、彩色图形显示器、打印机等外部设备的连接。扩展接口：PLC主机与输入、输出扩展模块的接口，作扩展系统之用。主机与扩展模块之间由导轨固定，并用扩展电缆连接。4.2硬件系统机型主机输出类型主机输入点数主机输出点数可扩展模块CPU221DC/继电器64无CPU222DC/继电器862CPU224/XPDC/继电器14/2AI10/1AO7CPU226DC/继电器241674.2硬件系统主机模块的主要特点和技术规范供电电压DC24VAC220V输出方式晶体管继电器集成电源高速计数脉冲输出集成模拟电位器实时时钟与PC连接方式个人计算机（PC）或编程器需装上STEP7-Micro/WIN32编程软件后，才可供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视等。要求个人计算机CPU为80586或更高的处理器，16M内存（最低要求：CPU80486，8M内存）。S7-200PLC通讯电缆是PLC用来与个人计算机（PC）实现通讯的。可以用PC/PPI电缆（RS232—RS485），也可用一个通讯处理器（CP）和多点接口（MPI）电缆，或者用一块MPI卡及随MPI卡提供的一根通讯电缆。STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能是创建、编辑、调试用户程序、组态系统等。编程软件的使用环境：支持Windows的应用软件。9.234.3内部资源每一个输入/输出、内部存储单元、定时器和计数器等都称为软元件。软元件是PLC内部的具有一定功能的器件，这些器件实际上是由电子电路和寄存器及存储器单元等组成。软元件（软继电器）•各软元件有其不同的功能，有固定的地址。•软元件的数量决定了PLC的规模和数据处理能力，每一种PLC的软元件是有限的。•编程时，用户只需记住软元件的地址即可。每一个软元件都有一个地址与之相对应，软元件的地址编排采用区域号加区域内编号的方式。17软元件（软继电器）PLC内部根据软元件的功能不同，分成了许多区域：输入继电器（I）输出继电器（Q）内部位存储器（M）特殊存储器（SM）变量存储器（V）局部变量存储器（L）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）顺序控制继电器（S）4.3内部资源4.3内部资源（1）输入继电器(I)输入继电器一般都有一个PLC的输入端子与之对应，它用于接收外部的开关信号。当外部的开关信号闭合，则输入继电器的线圈得电，在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。这些触点可以在编程时任意使用，使用次数不受限制。（2）输出继电器（Q）输出继电器一般都有一个PLC上的输出端子与之对应。当通过程序使得输出继电器线圈得电时，PLC上的输出端开关闭合，它可以作为控制外部负载的开关信号。同时在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。这些触点可以在编程时任意使用，使用次数不受限制。4.3内部资源（3）通用辅助继电器(M)通用辅助继电器的作用和继电接触器控制系统中的中间继电器相同，主要起逻辑控制作用。（4）特殊继电器(SM)用来存储系统的状态变量、有关的控制参数和信息。(5)变量存储器(V)变量存储器用来存储变量。它可以存放程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果，也可以使用变量存储器来保存与工序或任务相关的其他数据。在进行数据处理时，变量存储器会被经常使用。4.3内部资源（6）局部变量存储器(L)局部变童存储器用来存放局部变量。局部变量与变量存储器所存储的全局变量十分相似，主要区别在于全局变量是全局有效的，而局部变量是局部有效的。S7-200有64个字节的局部存储器，编址范围LB0.0~LB63.7，其中60个字节可以用作暂时存储器或者给子程序传递参数，最后4个字节为系统保留字节。（7）顺序控制继电器(S)S又称状态元件，以实现顺序控制和步进控制。S7-200PLC编址范围S0.0～S31.7，可以按位、字节、字或双字来存取数据4.3内部资源（8）定时器（相当于时间继电器）S7-200CPU中的定时器是对内部时钟累计时间增量的设备，用于时间控制。编址范围T0～T255（22X）；（9）计数器计数器主要用来累计输入脉冲个数。有16位预置值和当前值寄存器各一个，以及1位状态位，当前值寄存器用以累计脉冲个数，计数器当前值大于或等于预置值时，状态位置1。S7-200CPU提供有三种类型的计数器，增计数、减计数、增／减计数。编址范围C0～C255（22X）。4.3内部资源（10）模拟量输入／输出映像寄存器（AI/AQ）S7-200的模拟量输入电路将外部输入的模拟量（如温度、电压）等转换成1个字长（16位）的数字量，存入模拟量输入映像寄存器区域。AI编址范围AIW0，AIW2，……AIW62，起始地址定义为偶数字节地址，共有32个模拟量输入点。S7-200模拟量输出电路用来将模拟量输出映像寄存器区域的1个字长（16位）数字值转换为模拟电流或电压输输出。AQ编址范围AQW0，AQW2，……AQW62，起始地址也采用偶数字节地址，共有32个模拟量输出点4.3内部资源（12）累加器（AC）累加器是用来暂存数据，S7-200PLC提供了4个32位累加器AC0～AC3。累加器支持以字节（B）、字（W）和双字（D）的存取。。（11）高速计数器（HC）CPU22X提供了6个高速计数器HC0、HC1……HC5（每个计数器最高频率为30KHz）用来累计比CPU扫描速率更快的事件。高速计数器的当前值为双字长的符号整数。4.4寻址方式1.数据类型（1）数据类型及范围S7-200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。4.4寻址方式（2）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。4.4寻址方式直接寻址方式间接寻址方式寻址方式4.4寻址方式2.直接寻址方式S7-200PLC的存储单元按字节进行编制每一个单元都有唯一的地址，这种直接指出元件名称的寻址方式叫做直接寻址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）如表所示A：元件名称，即该数据在数据存储器中的区域地址，可以是上表中的符号；T：数据类型，若为位寻址，则无该项；若为字节、字或双字寻址，则T的取值应分别为B、W和D；X：字节地址；Y：字节内的位地址，只有位寻址才有该项。4.4寻址方式按位寻址的格式为：Ax.y必须指定元件名称、字节地址和位号，如图所示。图中MSB表示最高位，LSB表示最低位。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4.4寻址方式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。4.4寻址方式（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,LD144.4寻址方式（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，AC14.4寻址方式（3）修改指针下面的两条指令可以修改指针的用法：INCDAC0INCDAC0MOVW*AC0，AC133•CPU存储区域的间接寻址–举例–大家想一想：开始对指针进行操作后，还用再操心具体的地址吗？4.5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