S7-200SMART-PLC编程及应用电子课件(廖常初)

说明与编程软件有关的教学内容请在教学时以软件演示为主，可参考视频教程中的讲法。在教案中仅给出提示。课件中的图都是书中的，作者和出版社对这些图拥有版权，请不要用到正式出版物中。希望能得到各位老师使用教材的情况，例如学时数、讲课的内容和实验内容。衷心希望老师们对教材和课件提出宝贵的意见。作者E-mail：[e-mail]。廖常初2014年9月22日注：原课件分章节，此处合并S7-200SMARTPLC编程及应用重庆大学廖常初主编第1章PLC的硬件与工作原理1.1S7-200SMART系列PLC1.1.1PLC的基本结构1．CPU模块CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成。2．I/O模块I/O模块是输入（Input）模块和输出（Output）模块的简称。输入模块用来采集输入信号，输出模块用来控制外部的负载和执行器。I/O模块还有电平转换与隔离的作用。3．编程软件STEP7-Micro/WINSMART用来生成和编辑用户程序，和监控PLC的运行。4．电源PLC使用AC220V电源或DC24V电源。小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器提供DC24V电源。1.1.2S7-200SMART的特点1.S7-200SMART的亮点1）品种丰富，配置灵活，10种CPU模块，CPU模块最多60个I/O点，标准型CPU最多可以配置6个扩展模块，经济型CPU价格便宜。2）有4种可安装在CPU内的信号板，使配置更为灵活。3）CPU模块集成了以太网接口和RS-485接口，可扩展一块通信信号板。4）场效应管输出的CPU集成了100kHz的2路或3路高速脉冲输出，集成了S7-200的位置控制模块的功能。5）使用MicroSD（手机存储卡）可以实现程序的更新和PLC固件升级。6）编程软件界面友好，编程高效，融入了更多的人性化设计。7）S7-200SMART、SMARTLINE触摸屏、V20变频器和V80/V60伺服系统完美整合，无缝集成。2．先进的程序结构3．灵活方便的存储器结构，大多数存储区可以按位、字节、字和双字读写。4．简化复杂编程任务的向导功能5．强大的通信功能6．支持文本显示器和三种系列的触摸屏。7．强大的运动控制功能1.1.3CPU模块1．CPU模块的技术规范标准型CPUSR20/SR30/SR40/SR60、CPUST20/ST30/ST40/ST60，可扩展6个扩展模块，SR和ST分别是继电器输出和晶体管输出。经济型的CPUCR40/CR60价格便宜，不能扩展。定时器/计数器各256点。4点输入中断，2个定时中断。CPUSR60/ST60的用户存储器30KB，用户数据区20KB，最大数字量I/O252点。标准型CPU最大模拟量I/O36点，4点200kHz的高速计数器，晶体管输出的CPU有2点或3点100kHz高速输出。2．CPU模块中的存储器PLC的程序分为操作系统和用户程序。RAM（随机存取存储器）的工作速度高、价格便宜、改写方便。断电后储存的信息丢失。ROM（只读存储器）只能读出，不能写入。断电后储存的信息不会丢失。EEPROM（可以电擦除可编程的只读存储器）的数据可以读出和改写，断电后信息不会丢失。写入数据的时间比RAM长，改写的次数有限制。用EEPROM来存储用户程序和需要长期保存的重要数据。1.1.4数字量扩展模块与信号板1．数字量输入电路有8点输入、8点输出模块，16点、32点输入/输出模块。输出模块有DC24V和继电器两种。1M是同一组输入点各内部输入电路的公共点。输入电流为数毫安。外接触点接通时，发光二极管亮，光敏三极管饱和导通；反之发光二极管熄灭，光敏三极管截止，信号经内部电路传送给CPU模块。电流从输入端流入为漏型输入，反之为源型输入。图1-4输入电路2．数字量输出电路继电器输出电路可以驱动直流负载和交流负载，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，动作速度慢，动作次数有限。场效应管输出电路只能驱动直流负载。反应速度快、寿命长，过载能力稍差。3.信号板SBAQ01：1点模拟量输出信号板。SBDT04：2点数字量直流输入/2点数字量场效应管输出。SBCM01：RS485/RS232信号板。SBBA01：电池信号板，使用CR1025纽扣电池，保持时间大约一年。1.1.5模拟量扩展模块1．PLC对模拟量的处理模拟量输入模块将模拟量转换为多位数字量。模拟量输出模块将PLC中的多位数字量转换为模拟量电压或电流。有4AI、2AO、4AI/2AO、2路热电阻、4路热电偶模块。2．模拟量输入模块EMAE04有4种量程（0～20mA、10V、5V和2.5V）。电压模式的分辨率为11位+符号位，电流模式的分辨率为11位。单极性满量程输入范围对应的数字量输出为0～27648。双极性满量程输入范围对应的数字量输出为−27648～+27648。3．将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理量【例1-1】压力变送器（0～10MPa）的输出信号为DC4～20mA，模拟量输入模块将0～20mA转换为0～27648的数字量，设转换后得到的数字为N，试求以kPa为单位的压力值。解：4～20mA的模拟量对应于数字量5530～27648，压力的计算公式为4．模拟量输出模块EMAQ02有10V和0～20mA两种量程，对应的数字量分别为−27648～+27648和0～27648。满量程时电压输出和电流输出的分辨率分别为10位+符号位和10位。5．热电阻扩展模块与热电偶扩展模块温度测量的分辨率为0.1°C/0.1°F，电阻测量的分辨率为15位+符号位。1.1.6I/O的地址分配与外部接线用系统块组态硬件时，编程软件自动地分配各模块和信号板的地址。硬件组态演示1.2PLC的工作原理1.2.1用触点和线圈实现逻辑运算用逻辑代数中的1和0来表示数字量控制系统中变量的两种相反的工作状态。线圈通电、常开触点接通、常闭触点断开为1状态，反之为0状态。在波形图中，用高、低电平分别表示1、0状态。图1-8基本逻辑电路图1-9异步电动机主电路、控制电路与波形图按下起动按钮SB1，电流经SB1和SB2的触点流过KM的线圈。KM的主触点闭合，电动机开始运行。KM的辅助常开触点同时接通。放开起动按钮，SB1的常开触点断开，电流经KM的辅助常开触点和SB2的常闭触点流过KM的线圈。KM常开触点的功能称为“自锁”或“自保持”。图1-9中的继电器电路称为起动-保持-停止电路，简称为起保停电路。逻辑代数式为逻辑代数式中的加号表示逻辑“或”，乘号（或*号）表示逻辑“与”，上划线表示逻辑“非”。逻辑运算的规则为先“与”后“或”，括号优先。1.4.2PLC的工作原理初始化后PLC反复不停地分5个阶段处理各种任务。每次循环的时间称为扫描周期。1.读取输入外部输入电路接通时,对应的过程映像输入寄存器为ON(1状态),梯形图中对应的常开触点闭合，常闭触点断开。反之过程映像输入寄存器为OFF(0状态）。2.执行用户程序如果没有跳转指令，CPU逐条顺序地执行用户程序。执行程序时，对输入/输出的读写通常是通过过程映像输入/输出寄存器，而不是实际的I/O点。3.通信处理4.CPU自诊断测试图1-10扫描过程示意图5.改写输出梯形图中某一输出位的线圈“通电”，对应的过程映像输出寄存器中的二进制数为1，对应的硬件继电器的常开触点闭合，外部负载通电。反之外部负载断电。可用中断程序和立即I/O指令提高PLC的响应速度。8．PLC的工作过程举例在读取输入阶段，SB1和SB2的常开触点的接通/断开状态被读入相应的过程映像输入寄存器。图1-11PLC外部接线图与梯形图LDI0.1OQ0.0ANI0.2=Q0.02.0IQ0.0)(I0.1Q0.0执行第一条指令时，从过程映像输入寄存器I0.1中取出二进制数，存入堆栈的栈顶。执行第二条指令时，从过程映像输出寄存器Q0.0中取出二进制数，与栈顶中的二进制数相“或”，运算结果存入栈顶。执行第三条指令时，因为是常闭触点，取出过程映像输入寄存器I0.2中的二进制数后，将它取反，与前面的运算结果相“与”后，存入栈顶。执行第四条指令时，将栈顶中的二进制数传送到Q0.0的过程映像输出寄存器。在修改输出阶段，CPU将各过程映像输出寄存器中的二进制数传送给输出模块并锁存起来，如果Q0.0中存放的是二进制数1，外接的KM线圈将通电，反之将断电。填空题1)PLC主要由、、和组成。2)继电器的线圈“断电”时，其常开触点，常闭触点。3)外部输入电路断开时，对应的输入过程映像寄存器为状态，梯形图中对应的常开触点，常闭触点____。4)若梯形图中输出Q的线圈“通电”，对应的输出过程映像寄存器为状态，在修改输出阶段后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈，其常开触点，外部负载。第2章编程软件使用指南2.1编程软件概述2.1.1编程软件的界面1．安装编程软件操作系统可以是WindowsXPSP3、32位和64位的Windows7。双击setup.exe，开始安装，使用默认的安装语言简体中文。可以选择软件安装的目标文件夹。2．项目的基本组件1）程序块包括主程序（OB1）、子程序和中断程序，统称为POU（程序组织单元）。2）数据块用于给V存储器赋初值。3）系统块用于硬件组态和设置参数。4）符号表用符号来代替存储器的地址，使程序更容易理解。5）状态图表用来监视、修改和强制程序执行时指定的变量的状态。3．快速访问工具栏，可自定义工具栏上的命令按钮。4．菜单带状式菜单功能区的最小化、打开和关闭。5．项目树与导航栏项目树文件夹的打开和关闭，右键功能的使用，单击打开导航栏上的对象。项目树宽度的调节。6．状态栏插入（INS）、覆盖（OVR）模式的切换，梯形图缩放工具的使用。2.1.2窗口操作与帮助功能1．打开和关闭窗口2．窗口的浮动与停靠，定位器的作用3．窗口的合并4．窗口高度的调整5．窗口的隐藏与停靠6．帮助功能的使用（1）在线帮助：单击选中的对象后按〈F1〉键。（2）用帮助菜单获得帮助单击“帮助”菜单功能区的“帮助”按钮，打开在线帮助窗口。用目录浏览器寻找帮助主题。双击索引中的某一关键词，可以获得有关的帮助。在“搜索”选项卡输入要查找的名词，单击“列出主题”按钮，将列出所有查找到的主题。计算机联网时单击“帮助”菜单功能区的“支持”按钮，打开西门子的全球技术支持网站。2.2程序的编写与下载2.2.1创建项目1．创建项目或打开已有的项目，可打开S7-200的项目。2．硬件组态用系统块生成一个与实际的硬件系统相同的系统，设置各模块和信号板的参数。硬件组态给出了PLC输入/输出点的地址，为设计用户程序打下了基础。组态演示。3．保存文件4．控制要求2.2.2生成用户程序1．编写用户程序2．对程序段的操作梯形图中的一个程序段只能有一块不能分开的独立电路。语句表允许将若干个独立电路对应的语句放在一个网络中，这样的程序段不能转换为梯形图。选中单个、多个程序段或单个元件，可删除、复制、剪切、粘贴选中的对象。3．单击工具栏上的按钮，打开和关闭POU注释和程序段注释。4．单击工具栏上的“编译”按钮，编译程序。输出窗口显示出错误和警告信息。下载之前自动地对程序进行编译。5．设置程序编辑器的参数单击“工具”菜单功能区的“选项”按钮，打开“选项”对话框，选中“LAD”，可设置网格的宽度和字符属性等。选中“LAD”下面的“状态”，可以设置梯形图程序状态监控时的参数。选中“常规”，可设置指令助记符等。选中“项目”，可设置默认的文件保存位置。2.2.3以太网基础知识1．以太网用于S7-200SMART与编程计算机、人机界面和其它S7PLC的通信。2．MAC地址是以太网端口设备的物理地址，6个字节用短划线分隔，例如00-05-BA-CE-07-0C。3．IP地址由4个字节组成，用小数点分隔。4．子网掩码由4个字节组成，高位是连续的1，低位是连续的0，子网掩码将IP地址划分为子网地址和子网内的节点地址。S7-200SMARTCPU出厂时默认的IP地址为192.168.2.1，子网掩码为255.255.255.0。5．