S7-200系列可编程控制器.pptx

第六章S7-200系列PLC,第一节机种及系统构成,可编程控制器的产品众多，不同厂家、不同系列、不同型号的PLC，功能和结构均有所不同，但工作原理和组成基本相同。西门子（SIEMENS）公司应用微处理器技术生产的SIMATIC可编程控制器主要有S5和S7两大系列。目前，前期的S5系列PLC产品已被新研制生产的S7系列所替代。S7系列以结构紧凑、可靠性高、功能全等优点，在自动控制领域占有重要地位。,S7-200系列PLC有CPU21X和CPU22X两代产品，其中CPU22X型PLC有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号。,S7-200系列的CPU模块外形结构图,(1)CPU单元即PLC主机，也可称为基本单元。它内部包括中央处理器CPU，存储单元、输入输出接口、内置5V和24V直流电源、RS-485通信接口等，是PLC的核心部分。其功能足以使它完成基本控制功能，所以CPU单元单独就是一个完整的控制系统。,CPU221主机集成6输入/4输出共10个数字量I/O点。无I/O扩展能力。6KB程序和数据存储空间。4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出。1个RS-485通信/编程接口，具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力，是极适合于小点数控制系统的微型控制器。,CPU222主机集成8输入/6输出共14个数字量I/O点。6KB程序和数据存储空间。比CPU221增加了扩展能力，可连接2个扩展模块，可扩展最多64个I/O点和8路模拟量。,CPU224在CPU222的基础上，主机数字量I/O点增为14输入/10输出共24个。扩展能力大为加强，可连接7个扩展模块，最大扩展至168个数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13KB程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。I/O端子排可很容易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制器。,CPU224XP除具有CPU224的功能外，另集成2输入/1输出共3个模拟量I/O点，程序和数据存储空间扩展为20KB，高速计数器与高速脉冲输出频率达100KHz。本机还新增位控特性，自整定PID功能，线性斜坡脉冲指令，诊断LED，数据记录及配方功能等，是具有模拟量I/O和强大控制能力的新型CPU。,CPU226在CPU224的基础上功能进一步强大，主机增加到40个数字量I/O点。最大扩展至248个数字量I/O点或35路模拟量I/O点。增加了通信接口数量，可以分别进行设置，同时与两个设备进行通信而互不干扰，通信功能大大加强。CPU226可用于较高要求的控制系统，更多的I/O点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能使其完全适应于复杂的中小型控制系统。,CPU226XM在原有的CPU226的基础上将程序存储空间和数据存储空间扩大了一倍，其他指标未变。,晶体管型输出所需电源为直流，具有最大20kHz的高速脉冲输出功能，可直接驱动步进电机或对伺服电机控制器发送控制脉冲进行准确定位，但其驱动能力不足。继电器型输出电源为范围较宽的交流，单口驱动能力达到2A，但不能输出高速脉冲，而且输出有10ms的延迟，所以多用于直接驱动。,实数运算时间/指令/,指令执行速度/,S7-200系列PLC功能强大，有着鲜明的特点。(1)自带高速计数器，有多个接口可以接受最高达30kHz的高速脉冲输入。可以同时做加减计数，连接两相相位差为90的A/B相增量编码器，可通过编程对高速计数功能相关状态字进行设置，得到多种对高速脉冲的计数模式。(2)具有高速脉冲输出接口，最大脉冲频率可达20kHz，能够直接用于定位控制。(3)存储空间大，并可由超级电容对数据进行长达190分钟的掉电保护，若选用存储卡，则可保存200天。(4)运算指令丰富，并具有实数运算功能，可实现复杂的计算和控制策略。并允许在程序中立即读写I/O接口，在一些需要立即响应的场合应用非常方便。(5)可为模拟量和数字量输入设置滤波器，输入接口可以捕捉比CPU扫描速度更快的窄脉冲信号，便于适应复杂的工业环境。,(6)内部配有+5VDC扩展电源，输出电流可达1000mA；+24VDC传感器电源或负载驱动电源，输出电流可达400mA。(7)具有RS-485通信接口，可与计算机、变频器、文本显示器、手持编程器等进行通信，交换数据、完成控制功能。,CPU224外部电路原理图,数字量扩展单元I/O接口单元，用于对数字I/O的扩展。在工程应用中，CPU单元自带的I/O接口往往不能满足控制系统要求，用户需要根据实际需要选用不同I/O模块进行扩展，以增加I/O接口的数量。不同的CPU单元可连接的最大I/O模块数不同，而且可使用的I/O点数也是由多种因素共同决定的。模拟量扩展单元模拟量与数字量转换单元。控制领域中模拟量的使用十分广泛，模拟量扩展单元可十分方便地与CPU单元连接，实现A/D转换和D/A转换。智能扩展模块多为特殊功能模块，模块内含有CPU，能够进行独立运算和功能设置，如定位模块、Modem模块、PROFIBUS-DP模块等。,2）扩展单元,1.数字量模块的主要特点(1)数字量扩展模块内部没有中央控制器，所以必须与CPU模块相连，使用CPU模块的寻址功能，对模块上的I/O接口进行控制。(2)数字量扩展模块须由CPU模块通过扩展接口提供正常工作所需的+5VDC电源，其外部不再提供工作电源。(3)数字量扩展模块I/O接口所需+24VDC电源可以由CPU模块的传感器电源提供，但受到最大电流的限制，只能为部分接口提供电源，所以常用外部DC+24V开关电源为I/O接口供电。(4)扩展模块秉承了整体式PLC的结构特点，也吸收了模块式PLC便于扩展的优势，其结构紧凑，与CPU模块同宽同高而长度不同，扩展后与CPU形成一个整齐的长方体结构，十分方便在控制柜内整体安装。,S7-200系列PLC为方便工程使用，提供了种类丰富的数字量扩展模块，有单独的输入模块EM221(8路扩展输入)；有单独的输出模块EM222(8路扩展输出)；有I/O混合模块EM223(具有8I/O、16I/O、32I/O等多种配置)。,扩展模块连接示意图,2.数字量模块的型号与性能,数字量模块性能一览表,(1)不同的主机最大可扩展模块数量有限，CPU221不能扩展，CPU222只能扩展两个模块，CPU224、CPU226能够扩展7个模块。(2)扩展模块消耗的总电流不能超过CPU模块能够提供的最大电流。(3)扩展总点数不能大于I/O映像寄存器的总数。因为CPU模块对数字量的寻址都是以8位寄存器为一个单位的，对数字量扩展模块也是相同的。若某一模块的数字量I/O不是8的整倍数，则余下的空地址也不会分配给其他模块。例如对于CPU224模块，本机输入地址为I0.0I0.7和I1.0I1.5，输出地址为Q0.0Q0.7和Q1.0Q1.1。若扩展一个4输入、4输出的EM223数字量扩展模块，则扩展模块输入地址为I2.0I2.3，输出地址为Q2.0Q2.3。地址I1.6I1.7与Q1.2Q1.7都不能与外部接口对应，即它们是未用位。对于输出寄存器中没有使用的位，可以像使用内部存储器标志位一样使用。但对于输入寄存器中没有使用的位，由于每次输入更新时都把未用位清0，所以不能作为内部存储器标志位使用。,3.限制数字量模块扩展数量的几个因素,在S7-200系列PLC中，除了CPU224XP模块本身自带有模拟量I/O接口，其他CPU模块若要处理模拟量信号，均需扩展模拟量模块。1.模拟量模块的外部接线方式模拟量模块主要分为3种，即模拟量输入模块EM231(4路模拟量输入)、模拟量输出模块EM232(2路模拟量输出)和模拟量I/O组合模块EM235(4路模拟量输入、1路模拟量输出)。,24VDC电源正极接入模块左下方L+端子，负极接入M端子。,EM235模块的上部端子排为标注A、B、C、D的四路模拟量输入接口，可分别接入标准电压、电流信号。,未用的接口要将C+与C-端用短路子短接，以免受到外部干扰。,下部端子为一路模拟量输出端的3个接线端子MO、VO、IO，其中MO为数字接地接口，VO为电压输出接口，IO为电流输出接口。,在进行接线时应注意以下几点。(1)传感器接线的长度应尽可能短，并使用屏蔽双绞线。(2)敷设线路时应使用电缆槽，避免将导线弯成锐角。(3)避免将信号线与电源线路平行接近布置。(4)使用高质量的24VDC传感器电源，以保证无噪声及稳定运行。,2.模拟量模块的特点,(1)模拟量转换精度高，A/D转换达到12位。EM231模块单极性输入0V5V、0V10V、0mA20mA满量程精度可达0.01%。I/O数据格式如图6.6所示。输入数据格式,输出数据格式,(2)有多种量程输入范围，可通过DIP开关进行设置。如图所示。,(3)输入接口带有模拟量输入滤波器，用以提高模拟量输入精度。,(4)可对模拟量输入接口进行校准和配置位置。(5)数据采集速度高，模块可将模拟量信号在内转换为相应的数字量信号。,模拟量到数字量的转换时间/,最大,最小,最小,最大,设置时间电压输出/,是对CPU单元进行编程、调试的设备。可用PC/PPI编程电缆与CPU单元进行连接。常用设备为手持编程器和装有SIMATICS7系列PLC编程软件的微机。,3)编程设备,西门子提供的简单易用的人机界面。可使用5种文字(英文、德文、法文、意大利文、西班牙文)中的任一种进行显示，为操作人员提供了一个方便简洁的操作员界面；通过编程设置能够显示最多80条信息，每条信息最多有4种状态；具有8个可由用户自定义的功能键，每一个都由CPU单元分配了一个存储空间，能够在执行程序的过程中修正参数，或直接设置输入或输出量对程序进行调试。新一代TD200C(S7-200的文本显示界面)提供了非常灵活的键盘布置和面板设计，可选择多达20种不同形状、颜色和字体的按键，背景图像也可任意变化。,4)TD200文本显示器,可根据用户需求配置用户存储卡、时钟卡、电池卡，通过可选卡插槽进行连接。用户存储卡可与PLC主机双向联系，传输程序、数据或组态结果，对这些重要内容进行备份，存储时间可延长到200天。时钟卡可提供误差为2分钟/月的时钟信号。电池卡是重量小于0.6g、容量为30mAh、输出电压为3V的锂电池，平均可使用10年。,5)可选扩展卡,CP243-2通信处理器是AS-接口主站连接部件，专门为S7-200CPU22X型PLC设计，使AS-接口上能运行最多31个数字从站，可显著增加系统中可利用的数字和模拟量I/O，便于S7-200适应不同的控制系统。,6)通信处理模块多PLC通信模块,第二节S7-200系列PLC的编程软元件,编程软件STEP7-Micro/WIN32简介,STEP7-Micro/WIN32是运行在计算机Windows系统环境下的SIMATICS7-200系列PLC的编程软件，其功能强大，界面简单实用，容易掌握和使用。通过PC/PPI编程电缆连接计算机的RS-232串口和PLC的RS-485通信接口后，编程软件就可以向PLC下载或从PLC上载所编写的应用程序。在程序运行时还可对PLC的运行情况进行监控，或通过强制命令对PLC进行调试。PC/PPI编程电缆上有拨档开关，可以组态设置数据传输的波特率。,STEP7-Micro/WIN32编程软件界面,编程软件具体功能如下。(1)可以用梯形图(LAD，LadderDiagram)、语句表(STL，StatementList)和功能块图(FBD，FunctionBlockDiagram)编程。(2)可以进行符号编程，通过符号表分配符号和绝对地址，即对编程元件定义符号名称，增加程序的可读性，并可打印输出。(3)支持三角函数，开方，对数运算功能。(4)具有易于使用的组态向导，用于TD200文本显示器、PID控制器、CPU间数据传输的通信功能、高速计数器。(5)可用于CPU硬件设置，如扩展模块组态、输入延时、实时时钟设置、口令分配、CPU保持区的组态、通信系统的网络地址、CPU最近的错误状态。(6)可以将STEP7-Micro/WIN正在处理的程序与所连接的PLC中的程序进行比较。(7)可通过调制解调器支持S7-200远程编程。(8)可进行检测和故障诊断，执行单次扫描，强制输出等。(9)具有可编辑的变量状态表，易于进行程序调试。(10)可同时打开多个窗口显示信号状态和状态表。(11)可导入和导出STEP7-Micro/DOS格式的文件。(12)可在Windows下设置打印机，并可在任何Windows打印机上打印程序和其他表格。,1)输入映像寄存器(I)输入映像寄存器(I)中的每一个位地址对应PLC的一个输入端子，用于存放外部传感器或开关元件发来的信号。在每个扫描周期的开始，PLC对所有输入端子状态进行采样，并把采样结果送入输入映像寄存器(I)。在一个扫描周期内，程序执行只使用输入映像寄存器中的数据进行处理，而不论外部输入端子的状态是什么。编程时要注意，输入映像寄存器只能反映外部信号的状态，而不能由程序设置，也不能用于驱动负载。,各种编程软元件,2)输出映像寄存器(Q)输出映像寄存器中的每一个位地址对应PLC的一个输出端子，用于存放程序执行后的所有输出结果，以控制外部负载的接通与断开。PLC在执行用户程序的过程中，并不把输出信号直接输出到输出端子，而是送到输出映像寄存器(Q)中，在每个扫描周期的最后，才将输出映像寄存器中的数据统一送到输出端子。3)变量存储器(V)在程序处理过程或上下位机通信过程中，会产生大量的中间变量数据需要存储，S7-200系列PLC专门提供了一个较大存储器区存储此类数据，即变量存储器。在变量存储器中也可存放与控制过程和任务相关的其他数据，应用比较灵活。,4)内部标志位存储器(M)PLC进行逻辑控制时，除了输入映像寄存器和输出映像寄存器直接与外部设备联系之外，还有一些内部状态标志或者输入端子与输出端子之间的逻辑关系需要中间单元进行存储和过渡，这些中间单元即内部标志位存储器。内部标志位存储器只起中间状态暂存的作用，不能直接接收输入信号的控制，也不能直接输出用于驱动外部设备，类似于继电盘控制系统中的中间继电器。5)特殊标志位存储器(SM)特殊标志位存储器是PLC内部保留的一部分存储空间，用于保存PLC自身工作状态数据或提供特殊功能。该存储器区可以反映CPU运行时的各种状态信息，用户程序能够根据这些信息判断PLC的工作状态，从而确定下一步的程序走向。,6)顺序控制继电器(S)顺序控制继电器是用于步进顺控指令中的特殊继电器，通常要与步进顺控指令结合使用，用于组织步进过程。,7)局部存储器(L)局部存储器与变量存储器十分类似，都是作为中间变量的存储空间。其主要区别在于变量存储器是全局有效的，即同一个变量存储器可以被任何程序(主程序、子程序、中断程序)访问并进行数据存取；而局部存储器是局部有效的，只能与特定的程序相关联。S7-200系列PLC有64个字节的局部存储器，其中60个字节可以作为临时数据的存储器或者为子程序传递参数，最后4个字节为系统所保留。局部存储器由CPU根据需要动态分配。在主程序执行过程中，分配给子程序或中断程序的局部存储器实际上是不存在的，当出现子程序或中断程序调用时，则由CPU随时给子程序或中断程序分配局部存储器。,8)定时器存储器(T)在PLC中，定时器的作用相当于延时继电器，其定时值由程序赋予。S7-200系列PLC中包括1ms、10ms、100ms3种精度的定时器，每个定时器对应一个16位的当前值寄存器和一个状态位。16位的寄存器存储定时器所累积的时间，状态位标志定时器定时时间到达时的动作。当前值寄存器和状态位均可由(T+定时器号)来表示，如T10。区分依赖于对其操作的指令，位操作指令存取定时器状态位，而字操作指令对寄存器值进行操作。9)计数器存储器(C)在PLC中，计数器用于累积输入脉冲的个数，当计数值达到由程序设置的数值时，执行特定功能。S7-200系列PLC提供了3种类型的计数器，即增计数器、减计数器和增减计数器，每个计数器也对应一个16位的当前值寄存器和一个状态位。当前值寄存器和状态位均可由(C+定时器号)来表示，如C10。其区分同定时器。,10)高速计数器(HC)计数器(C)的输入脉冲频率受到PLC扫描周期的限制不能太高，而在控制领域中，高频脉冲的技术又是普遍要求(如控制电机的精确定位等)。所以PLC专门设计了能够对高频脉冲进行计数的高速计数器，使用专用端子接收高频脉冲信号。高速计数器用HC作为标识，可用“HC+计数器号”的形式进行32位有符号整数(即当前计数值)的存取，如HC0。高速计数器的当前值为只读值。,11)模拟量输入(AI)及模拟量输出(AQ)模拟量的转换是通过模拟量模块完成的，但其数据的存储是在CPU模块中，也是由CPU完成其寻址的。模拟量经过A/D转换变为数字量，存储在模拟量输入寄存器(AI)中。而存储在模拟量输出寄存器(AQ)中的数字量经过D/A转换变为模拟量，供外部电路使用。模拟量输入寄存器和模拟量输出寄存器均按16位(1个字)存储数值，所以要从偶数号字节开始为其编址。如模拟量输入寄存器地址为AIW0、AIW2、AIW4、；模拟量输出寄存器地址为AQW0、AQW2、AQW4、。要注意的是用户程序无法读取模拟量输出寄存器的内容。,12)累加器(AC)累加器是可以像存储器一样使用的读/写区间，它可以用于向子程序传递参数或从子程序返回参数，也可以用于存储计算过程的中间值。S7-200系列PLC提供了4个32位的累加器，地址编号分别为AC0、AC1、AC2、AC3，使用时只需写出累加器的地址编号即可。,不同CPU的存储器的配置情况,PLC的多种寻址方式,所谓软元件实际上就是PLC内部的各存储单元，为方便编程使用，各存储单元根据功能的不同分配了不同的名称，如输入过程映像寄存器(I)、输出过程映像寄存器(Q)、变量寄存器(V)等。每一个存储器单元都编有唯一的地址，通过这个地址，用户可以方便地在程序中使用该存储单元进行数据存储或传输。,1直接寻址方式直接寻址是指在编程过程中直接使用各存储单元的地址编号存取数据的寻址方式。直接寻址方式可以对各存储器区进行位地址、字节地址、字地址、双字地址的数据操作。,2.间接寻址方式间接寻址是指在编程过程中使用指针来存取寄存