第1讲_S7-200PLC的基础知识

1、工厂自动化综合实践,第,1,讲,讲解内容,第,1,讲,S7-200PLC,的基础知识,1.1,概述,1.2,硬件系统成,1.3,内部资源,1.4,寻址方式,1.5,指令系统,1.6,程序结构,1.7 S7-200PLC,的几个特征,学习说明,本讲是学习,PLC,控制器的基础知识。重点掌握,S7-200PLC,语言和程序结构,硬件组成、系统扩展、内部资源、寻址方式、编程,1,1.1,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

2、,200,系列（小型机,S7,300,系列（中型机,S7,400,系列（大型机,2,S7-200,系列小型机的发展概况,从,CPU,模块的功能,来看,SIMATIC S7-200,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,CPU 21X,它具有四种不同结,构配置的,CPU,单元,CPU 212,CPU 214,CPU 215,和,CPU,216,第二代,产品其,CPU,模块,为,CPU 22X,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,CPU 221,CPU 222,CPU,224,CPU

3、224XP,和,CPU 226,除,CPU 221,之外，其他都,可加扩展模块,3,1.2 S7-200,系列,PLC,的硬件系统,1.2.1,硬件系统的基本构成,图,1.1 S7-200PLC,系统组成,4,1,主机模块,CPU,模块（基本单元,由,CPU,基本输入,输出点、电源组成。可单独完成一定控制任务,2,扩展单元,I/O,接口电路,各类型输入,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模块。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

4、示器、操作员面板、触摸屏等,5,软件,STEP7-Micro/WIN,人机界面的组态软件,ProTool,WinCC,5,1.2.2,主机结构及性能特点,1,主机模块,SIMATIC,S7-200,系统,CPU,22X,系列,PLC,主机,CPU,块,的,外形如图所示,状态显示,存储器卡,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,通信口,S7-200,系列主机外形图,6,2.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

5、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,7,表,1.1,输入、输出信号类型及输入电源,3,存储系统,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,：在用户程序的控制下将指,定值写入,EEPROM,的次数不得超过,100,万次,存储卡：移动存储器，是否选择有用户决定,使用较少,8,下载用户程序,用户程序包括：程序块、数据块,可选）和系统块（可选,下载程序时，程

6、序存储在,RAM,中,S7-200,会自动将程序块,数据块和系统块复制到,EEPROM,中作永久保存,图,1-3,下载程序到,S7-200,9,上载用户程序,上载程序时,S7-200,从,RAM,中上载系统块，从,EEPROM,中,上载程序块和数据块,图,1-4,上载程序,10,掉电后保存,M,存储区,若将,M,存储区的前,14,个字节,MB0,到,MB13,定义为掉电保,持，则当,S7-200CPU,掉电时，这,些字节将会被永久保存在,EEPROM,中,M,存储区的前,14,个字节的缺省设,置为不保持，即,CPU,掉电时，这,14,个字节数据无法保存到,EEPROM,中,图,1-5,掉电后保

7、存,M,存储区,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,11,开机后数据的恢复,开机后,S7-200,从,EEPROM,中恢复程序块和系统块；同时,CPU,检查,RAM,存储器，确认,超级电容器是否成功保存了,RAM,存储器中的数据，若成,功保存，则,RAM,存储器保持,区域将保持不变,V,存储器中的保持区和非保持区，从,EEPROM,中的相应区域恢复。若,RAM,存储器的内容没有保持,CPU,会清除,RAM,存储器（包括保持区和,非保持区），并在上电后的第一个,扫描周期置保持数据丢失标志位,SM0.2,为,1,将,EEPROM,中,

8、的数据恢复到,RAM,中,图,1-6,开机后数据的恢复,12,1.2.3,I/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,13,1,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

9、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,14,1,扩展模块,特殊功能扩展模块的类型,调制解调器模块,EM241,定位模块,EM253,PROFIBUS-DP,模块,EM277,以太网模块,CP243-1,AS-i,接口模块,CP243-2,SIWAREX MS,承重模块,15,2,设备连接,图,1-7,I/O,扩展示意图,16,3,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

10、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,17,3,模块电流,CPU 22X,可连接的各扩展模块消耗,5V,DC,电流如,下表所示,扩展模块所消耗的,5VDC,电流值,18,最大,I/O,配制的预算原则,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,19,PLC,控制系统的编址,1,编址前首先在主机的右

11、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,20,PLC,控制系统的编址,2,扩展模块编址,扩展模块的编址原则,同类型的输入或输出点的模块进行顺序编址,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,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,

12、21,编址举例,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,连接模块,0,主机,CPU224,模块,EM221,DI8,DC24V,1,模块,EM222,DO8,DC24V,2,3,模块,EM223,DI4/DO4,4,模块,EM235,AI4/AQ1,模块,EM235,AI4/AQ1,分配地址,22,主机及各模块编址,主机,I/O,I0.0 Q0.0,I0.1 Q0.1,I0.2 Q0.2,I0.3 Q0.3,I0.4 Q0.4,I0.5 Q0.5,I0.6 Q0.6,I0.7 Q0

13、.7,I1.0 Q1.0,I1.1 Q1.1,I1.2,Q1.2,I1.3,Q1.3,I1.4,Q1.4,I1.5,Q1.5,I1.6 Q1.6,I1.7 Q1.7,模块,0I/O,I2.0,I2.1,I2.2,I2.3,I2.4,I2.5,I2.6,I2.7,模块,1I/O,Q2.0,Q2.1,Q2.2,Q2.3,Q2.4,Q2.5,Q2.6,Q2.7,模块,2 I/O,AIW0 AQW0,AIW2,AQW2,AIW4,AIW6,模块,3I/O,I3.0 Q3.0,I3.1 Q3.1,I3.2 Q3.2,I3.3 Q3.3,I3.4 Q3.4,I3.5 Q3.5,I3.6 Q3.6,I3.7

14、 Q3.7,模块,4I/O,AIW8 AQW4,AIW10,AQW6,AIW12,AIW14,23,1.3,内部资源,1.3.1,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,24,1.3.2,软元件介绍,输入继电器,I,输出继电器,Q,通用辅助继电器,M,特殊继电器,SM,定

15、时器,T,PLC,用户数据存储器编程资源,S7-200,软元件列表,12,个,变量存储器,V,局部变量存储器,L,顺序控制继电器,S,模拟量输入,输映像寄存,器,AI,AQ,高速计数器,HC,计数器,C,累加器,AC,25,一、输入继电器,I,Input Relay,电器对应输入映像寄存器中某一字节的某一位,输入继电器的组成,由输入电路和输入映像寄存器组成。一个输入继,号都接到,输入继电器的作用,PLC,的输入端子上,接收外部的开关信号。用户设备上的所有控制信,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

16、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,26,使用输入继电器的注意事项,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,27,二、输出继电器,Q,Output,Relay,输出继

17、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,28,输入输出继电器的示意图,29,三、通用辅助继电器,M(Auxiliary Relay,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

18、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,31,四、

19、特殊继电器,SM,Special Memory,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,CPU221 SM0.0SM179.7,CPU222 SM0.0SM299.7,CPU224 SM0.0SM549.7,CPU226 SM0.0SM549.7,32,例如,SM0.0 PLC,运行时,SM0.0,始终为,ON,SM0.1 PL

20、C,首次扫描,SM0.1,为,ON,SM0.2,保持数据丢失时,SM0.2,为,ON,一个扫描周期,SM0.3,开机进入,RUN,时为,ON,一个扫描周期，在不断电的情况下代,替,SM0.1,的功能,SM0.6,扫描时钟脉冲,1,个扫描周期闭合,1,个扫描周期断开,SM1.6,非,BCD,数转换为二进制数时置位,SM0.4,时钟脉冲,30s,闭合,30s,断开,SM1.3,两数相除,除数为零时置位,SMB37,SMB47,SM B57,SMB137,SMB147,SMB157,高,速计数器的控制字节都是可读可写的,33,五、变量寄存器,V,Variable Memory,作用：用来存放程序执行

21、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,S7-200CPU221 V0.0V2047.7,S7-200CPU222 V0.0V2047.7,S7-200CPU224 V0.0V5119.7,S7-200CPU226 V0.0V5119.7,34,六、局部变量存储器,L,Local Variable Memory,局部变量存储器,变量,临时存储器，用来存储局部,局部变量存储器与变量存储器的区别,全局变量存储器全局有效，而局部变量存储器,局部有效,全局有效是指同一个变量存储器可以被任何程,序（包括主程序、子程序、中断程序）访问,而局部有效是

22、指变量只和特定的程序有关,局部变量存储器的个数,64,个字节,局部变量存储器使用最多的场合是在带参数的,子程序调用过程中,35,七、顺序控制继电器,S,Sequence Relay,顺序控制继电器也叫状态元件,是功能图编程所用的重要元件，与顺序状态指令结,合使用,LSCR,顺序状态开始,SCRT,顺序状态转移,SCRE,顺序状态结束,一般用于顺序控制或步进控制中，也可作为一般中,间继电器使用,36,八、计数器,C(Counter,计数器：用来累计输入脉冲上升沿的个数,计数器类型,增计数器,CU,Count Up,增减计数器,CUD Count Up /Down,减计数,CD,Count Dow

23、n,使用时要提前输入设定值，按当前值与设定值比较置,位或复位。（触点,计数器的编址方式：区域标识符,C,计数器编号,37,S7,200CPU,提供了,256,个定时器,九、定时器,T(Timer,作用：累计时间增量,定时器类型,接通延时定时器,TON,On-Delay Timer,记忆接通延时定时器,TONR,Retentive- On-Delay Timer,断开延时定时器,TOF,Off-Delay Timer,定时器的分辨率,1ms,10ms,100ms,定时器存储单元,当前值,16,位有符号整数，存储定时器所累计的时间增量,计时部分,计数部分,位：按当前值与设定值的比较结果置位或复位,

24、触点,定时器的编址方式：区域标识符,T,定时器编号,38,十,模拟量输入映像寄存器,AI,模拟量输出映像寄存器,AQ,1,模拟量输入映像寄存器,Analog Input,PLC,通过,模拟量输入电路实现,A/D,之间的转化，即将输入的模拟量,转化成,1,个字长的数字量，模拟量输入映像寄存器存储这,些数字量,模拟量输入映像寄存器的编址方式,AIW,起始字节地址,其中,AI,区域标识符,W,数字长,度,例如,AIW0 AIW4 AIW8,注：起始字节必须是偶数字节。模拟量输入映像寄存器只,能进行读取操作,39,十,模拟量输入映像寄存器、模拟量输出映像寄存器,2,模拟量输出映像寄存器,Analog

25、Output,PLC,通过,模拟量输出电路实现,D/A,之间的转化，即将,1,个字长的数字,量，通过模拟量输出电路将这数字量按比例转换成模拟量,模拟量输出映像寄存器的编址方式,AQW,起始字节地址,其中,AQ,区域标识符,W,数字,长度,例如,AQW0 AQW4 AQW8,注：起始字节必须是偶数字节。模拟量输出映像寄存器只,能进行写入操作,40,十一、高速计数器,HC,Hight-speed Counter,高速计数器：用来累计比主机扫描速率更快的高速脉冲,高速计数器编址方式,HC,高速计数器编号,其中,HC,为高速计数器名称,S7-200 CPU221,CPU222,共有,4,个高速计数器分别为,HC0,HC3,HC4,