电气控制与PLC应用技术（西门子S7-200）（第3版）课件单元2 PLC硬件结构与软件资源分析(带课堂测试)

第2单元:S7-200SMARTPLC

硬件结构与软件资源分析

学习要点：

了解S7-200SMARPLC硬件结构及基本功能；掌握S7-200SMARTPLC的接线；

掌握S7-200SMARTPLC的工作原理；

理解S7-200SMARTPLC内存结构及寻址方法；PLC的产生

在可编程控制器问世以前，人们利用电磁继电器来控制顺序型的设备和生产过程。由于它结构简单、价格低廉，在一定范围内能满足控制要求，因而在工业控制领域中获得了广泛的应用。但是继电器控制系统也存在明显的缺点，如设备体积过大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难于实现复杂的控制，并且通用性和灵活性也较差等。

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第2单元:S7-200PLC

硬件结构与软件资源分析

1968年，美国最大的汽车制造商——通用汽车公司(GM)为了适应生产工艺不断更新的需要，开始寻求一种比继电器更可靠、功能更完善、响应速度更高的新型工业控制器。第2单元:S7-200PLC

硬件结构与软件资源分析

1969年，美国数字设备公司研制第一台可编程控制器，在美国通用汽车公司的生产线试用成功，PLC由此诞生。国际电工委员会定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式或模拟式的输入/输出，控制各种类型机械或生产过程。目前主要PLC生产厂家有三菱、欧姆龙、西门子、ABB等公司。本书所讲PLC主要采用西门子公司生产的小型机S7-200SMART。第2单元:S7-200PLC

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工业控制单板机（计算机）继电器控制系统先进控制装置第2单元:S7-200PLC

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PLC本质项目1：S7－200SMARTPLC硬件结构分析

项目2：S7-200SMARTPLC软件资源分析第2单元:S7-200SMARTPLC

硬件结构与软件资源分析

项目目标相关知识项目1：S7-200SMARTPLC硬件结构分析

项目分析实施步骤知识扩展项目目标1、了解PLC的分类方法；2、掌握S7-200SMARTPLC硬件结构及基本功能；3、掌握S7-200SMARTPLC的接线方法；4、掌握PLC的循环扫描的工作方式；5、理解PLC控制与其它控制方式的区别。项目1：S7-200SMART硬件结构分析

项目分析项目1：S7-200SMART硬件结构分析

项目分析

PLC的硬件结构主要由中央处理器CPU、存储器、输入接口、输出接口、通信接口、扩展接口、电源等部分组成。其中，CPU是PLC的核心，负责完成控制系统逻辑控制、数字运算等；输入接口与输出接口连接现场输入/输出设备，负责外部信息的输入和驱动外部执行元件；通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。

项目1：S7-200SMART硬件结构分析

1、按PLC的硬件结构类型分类根据PLC硬件结构形式不同，PLC主要可分为整体式和模块式两类。相关知识项目1：S7－200硬件结构分析

一、PLC的分类2、按PLC的I/O点数容量分类小型机，I/O点数在256点以内，用户程序内存在4KB以下，以开关量逻辑处理为主；中型机，I/O点数在256~2048点，用户程序内存在8KB以下，具有很强的数字计算处理功能。大型机，I/O点数在2048点以上，用户程序可达10MB，性能与工业计算机相当。相关知识项目1：S7－200硬件结构分析

一、PLC的分类相关知识二、S7-200SMARTPLC硬件结构1、S7-200SMARTPLC的外形相关知识二、S7-200SMARTPLC硬件结构相关知识2、S7-200SMARTPLC的基本组成

S7-200SMARTPLC将一个微处理器、一个集成电源和数字量I/O口集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微型PLC，如图相关知识接口介绍

输入接口电路相关知识晶体管输出电路继电器输出电路相关知识三、S7-200SMARTPLC的接线方法

PLC的外端子是PLC外电源、输入和输出的连接端子。型号规格中用斜线分割的三部分分别表示CPU电源的类型，输入接口电路的类型及输出接口电路的类型。其中输出接口类型中，RLY为继电器输出，DC为晶体管输出。如CPUSR60AC/DC/RLY，其中AC代表为CPU由220V交流电源供电，DC代表24V直流输入，RLY代表负载采用了继电器驱动，所以既可以选用直流电为负载供电，也可以采用交流电为负载供电。相关知识三、S7-200SMARTPLC的接线方法CPU模块供电接线图PLC输入接线示意图相关知识三、S7-200SMARTPLC的接线方法PLC输出接线示意图相关知识三、S7-200SMARTPLC的接线方法CPUSR60DC/DC/DC为晶体管输出电路，PLC由24V直流供电，负载采用了MOSFET功率驱动器件，所以只能采用直流为负载供电。数字量输出分为3组，每组的公共端为本组的电源供给端，可接入不同电压等级的负载电源。相关知识三、S7-200SMARTPLC的接线方法

CPUSR60AC/DC/RLY为继电器输出电路，数字量输出分为6组，每组的公共端为本组的电源供给端，各组之间可接入不同电压等级、不同电压性质的负载电源。相关知识四、S7-200SMARTPLC的扩展1、扩展模块的连接相关知识四、S7-200SMARTPLC的扩展2、扩展模块编址S7-200SMARTPLC的每个主机上集成的I/O点的地址是固定的，扩展模块的地址由各模块的类型及该模块在I/O链中的位置决定，输入模块与输出模块的地址互不影响，数字量模块与模拟量模块的地址也不冲突。（1）按扩展模块的位置，编程软件STEP7-Micro/WINSMART已对相应位置的起始I/O地址进行了预分配，每个扩展模块的I/O地址基于起始地址编排。相关知识四、S7-200SMARTPLC的扩展2、扩展模块编址（2）数字量I/O过程映像寄存器的空间总是以8位（1字节）递增方式保留；如果模块没有为每个保留字节中的每一位提供相应的物理点，那么未使用的位就无法分配给I/O链中的后续模块。对于输入模块，这些未使用的位会在每个输入更新周期中被清零。（3）模拟量I/O点总是以两点递增的方式分配，每个模拟量占用一个字（2字节）的存储空间。如果模块没有为这些点分配相应的物理I/O，那么这些I/O点将丢失，并且不能分配给I/O链中的后续模块。相关知识四、S7-200SMARTPLC的扩展2、扩展模块编址CPU主机单元信号板扩展模块0扩展模块1扩展模块2扩展模块3扩展模块4扩展模块5I0.0Q0.0I7.0Q7.0AIW12AQW12I8.0Q8.0AIW16AIW16I12.0Q12.0AIW32AQW32I16.0Q16.0AIW48AQW48I20.0Q20.0AIW64AQW64I24.0Q24.0AIW80AQW80I28.0Q28.0AIW96AQW96系统按模块分配的I/O起始地址例2-1：某一控制系统选用SR30型PLC，系统所需的I/O点数分别如下：数字量输入30点、数字量输出20点、模拟量输入6点、模拟量输出1点，试选择扩展模块并写出各模块的地址分配。根据控制系统的要求，可以有多种不同模块的选取组合，也有多种连接顺序。现按主机SR30、EMDE08、EMDR08、EMAE08、EMDR16和EMAM03依次连接。类型主机模块0模块1模块2模块3模块4SR30EMDE08EMDR08EMAM03EMDR16EMAE08I/O点数DI18/DO12DI8DO8AI2/AO1DI8/DO8AI4

地

址

分

配I0.0Q0.0I8.0Q12.0AIW48AQW48I20.0Q20.0AIW80I0.1Q0.1I8.1Q12.1AIW50

I20.1Q20.1AIW82I0.2Q0.2I8.2Q12.2AIW52

I20.2Q20.2AIW84I0.3Q0.3I8.3Q12.3AIW54

I20.3Q20.3AIW86I0.4Q0.4I8.4Q12.4

I20.4Q20.4

I0.5Q0.5I8.5Q12.5

I20.5Q20.5

I0.6Q0.6I8.6Q12.6

I20.6Q20.6

I0.7Q0.7I8.7Q12.7

I20.7Q20.7

I1.0Q1.0

I1.1Q1.1

I1.2Q1.2

I1.3Q1.3

I1.4

I1.5

I1.6

I1.7

I2.0

I2.1

相关知识五、S7-200SMARTPLC工作原理1、PLC循环扫描的工作过程PLC的一个工作过程一般有内部处理、通信处理、输入采样、程序执行和输出刷新等5个阶段。PLC运行时，这个5个阶段周而复始的不断的循环。执行一个循环扫描过程的时间称为一个扫描周期。其中输入采样、程序执行和输出刷新阶段是PLC执行用户程序的主要阶段。

相关知识五、S7-200SMARTPLC工作原理例2-2：以图2-18为例，分析PLC循环扫描工作过程。

相关知识五、S7-200SMARTPLC工作原理2、PLC的工作模式（1）RUN模式：上电自动运行，可由上位系统控制其停止，此时不能对其编写程序，循环往复地执行扫描工作，每个工作过程完成5个阶段，当在程序中插入STOP指令时，也可停止PLC的运行。PLC处于RUN模式时，CPU正面的状态指示灯显示当前工作模式，同时，在STEP7-Micro/WINSMART编程软件中可监视程序的运行，显示指令值。（2）STOP模式：上电不运行，但PLC仍完成内部处理和通信处理两个阶段的操作，可以对PLC编写程序、数据处理、系统设置等。通过STEP7-Micro/WINSMART编程软件可以切换PLC的工作模式。实施步骤一、熟悉S7-200SMARTPLC的硬件结构实施步骤一、熟悉S7-200SMARTPLC的硬件结构实施步骤二、连接编址

写出如图2-22所示的PLC（CPUSR20PLC）与信号板扩展模块（SBAM03）及扩展模块（EMDE08、EMAE04）连接顺序的地址分配情况.知识扩展PLC控制系统与其它控制系统的区别1、PLC控制系统与继电器接触器控制系统的区别（1）元件不同（存储单元）（2）元件触点数量的不同（无限多）（3）工作方式不同（串行）（4）控制电路实施方式不同（软件）2、PLC控制系统与单片机控制系统的区别单片机控制系统是基于芯片级的系统，而PLC控制系统是基于板级或模块级的系统。项目目标相关知识项目2：S7-200SMARTPLC软件资源分析项目分析实施步骤项目目标理解软元件的概念，熟悉S7-200SMART系列PLC的各类软元件；了解S7-200SMART系列PLC的数据类型，掌握其的寻址方式；熟悉S7-200SMART系列PLC系统编程语言和程序结构。项目2：S7-200SMARTPLC软件资源分析

项目分析项目2：S7-200SMARTPLC软件资源分析

项目分析S7-200SMART系列PLC的软件资源是指完成逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作过程中所涉及到的存储资源。S7-200SMART系列PLC的软件资源，主要由CPU的累加器、系统的存储器和各类软元件（也称软继电器）组成，累加器完成数字或逻辑运算，存储器存放系统程序、用户程序以及工作数据。相关知识一、PLC软元件用户使用的PLC中的每一个输入/输出、内部存储单元、定时器、计数器等都叫软元件，也可称为软继电器。软元件有其不同的功能，有固定的地址。

软元件的实质就是系统存储器的某个单元或某部分单元。

用户使用的PLC中的每一个输入/输出、内部存储器单元、定时器、计数器等都称为软继电器。软元件是与实际的各种继电器相对应的，它具有各种实际继电器的功能，但是没有机械触点。相关知识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，它用于接收外部开关信号。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。只能由外部信号驱动，不能由程序驱动。一、PLC软元件相关知识2.输出继电器（Q）输出继电器一般有一个PLC上的输出端子与之对应。当通过程序使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。用来将PLC的输出信号传递给负载，只能由程序指令驱动一、PLC软元件3.位存储器（通用寄存器）M：M0.0-M31.7，用于存储中间操作数或其他控制信息，线圈不直接受输入信号的控制，触点也不能驱动外部负载。4.特殊标志位存储器SM：用户可以通过特殊标志来沟通PLC与被控对象之间的信息。5.顺序控制继电器S：使用顺序控制和步进控制时使用6.定时器T：共有三种时基：1ms、10ms、100ms7.计数器：用于累计输入脉冲个数相关知识一、PLC软元件8.变量存储器V：用来存储变量，全局有效。9.局部变量存储器（L）：用来存储变量，局部有效。10.模拟量输入/输出映像寄存器（AI/AQ）：模拟量输入电路是用于实现模拟量/数字量（A/D）之间的转换，而模拟量输出是用于实现数字量/模拟量（D/A）之间的转换，PLC处理的是其中的数字量。模拟量的长度：1字长（16位），编址方法：从偶数号字节进行编址，如0，2，4，6等编址内容：元件名称、数据长度和起始字节地址，入AIW6。相关知识一、PLC软元件11.高速计数器（HC）：用来累计比主机扫描速度更快的高速脉冲。高速计数器的当前值位双字长32位，位只读型。12.累加器（AC）：用来存放数据，也可用来向子程序传递参数，或从子程序返回参数。相关知识一、PLC软元件相关知识PLC支持数据长度有字节、字、双字一、PLC软元件（1）数据类型及范围基本数据类型无符号整数表示范围基本数据类型有符号整数表示范围十进制十六进制十进制十六进制字节（8位）0~2550~FF字节（8位）-128~12780~7F字（16位）0~655350~FFFF字（16位）-32768~327678000~7FFF双字（32位）0~42949672950~FFFFFFFF双字（32位）-2147483648~214748364780000000~7FFFFFFFBOOL（1位）0~1字符串每个字符串以字节形式存储，最大长度为255字节，第一个字节中定义该字符串的长度实数（32位）-1038~1038相关知识二、数据存储（2）常数常数的书写可以用二进制、十进制、十六进制、ASCII码或实数等多种形式。相关知识二、数据存储进制书写格式举例十进制十进制数值5288十六进制16#十六进制16#2E6F二进制2#二进数值2#1110011111011101ASCⅡ码“ASCⅡ码文本”“Word”实数ANSI/IEEE754-1985标准（正数）+1.175495E-38到+3.402823E+38（负数）+1.175495E-38到+3.402823E+38相关知识1、位编址（bit）位编址的指定方式为：（区域标志符）字节号.位号，如I0.0；Q0.0；I1.2。2、字节编址（byte）字节编址的指定方式为：（区域标志符）B（字节号），如IB0表示由I0.0～I0.7这8位组成的字节。三、寻址方式相关知识3、字编址（word）字编址的指定方式为：（区域标志符）W（起始字节号），且最高有效字节为起始字节。例如VW0表示由VB0和VB1这2字节组成的字。4、双字编址（doubleword）双字编址的指定方式为：（区域标志符）D（起始字节号），且最高有效字节为起始字节。例如VD0表示由VB0到VB3这4字节组成的双字。三、寻址方式相关知识三、PLC寻址方式----直接寻址指令直接给出元件地址的寻址方式称为直接寻址。操作数的地址应该按规定的格式表示。指令中数据类型应与指令标识符相匹配AX.Y元件名称字节地址字节内的位址ATX元件名称数据类型字节地址I3.4存储区内有一些元件是有一定功能的器件，由于数量较少，所以不用指出它的地址字节，而是直接写出其编号，如T、C、HC、AC相关知识三、PLC寻址方式----直接寻址还可以按字节编制的形式直接访问字节、字和双字数据。要指明元件名称、数据类型、存储区域内的首字节地址。相关知识三、PLC寻址方式----直接寻址间接寻址：指存储单元中放的是一个数据的地址。方法：利用指针来访问存储区数据。指针以双字的形式存储其他存储区的地址。指针：V存储器、L存储器、累加器（AC1、AC2、AC3）相关知识三、PLC寻址方式----间接寻址1建立指针必须采用双字传送指令（MOVD）将要间接寻址的那个内存的某个地址移入指针中，以生成地址指针。MOVD&VB100，VD204MOVD&VB10,AC2MOVD&C2,LD16地址符号直接地址编号，不是物理地址相关知识三、PLC寻址方式----间接寻址2用指针来存取数据在指针前面加“*”表示该操作数为指针。指令中的&VB200如果改为&VW200或&VD200效果完全相同。因为具体的寻址范围取决于随后的间接存取指令类型。相关知识三、PLC寻址方式----间接寻址3修改指令在连续存储数据时，可以通过修改指针来存取紧挨的数据。存取字节时：指针加1存取字时：指针加2存取双字时：指针加4相关知识三、PLC寻址方式----间接寻址相关知识大家想一想：开始对指针进行操作后，还用再操心具体的地址吗？三、PLC寻址方式----间接寻址相关知识四、S7-200PLC的编程语言PLC为用户提供了完善的编程语言以满足用户编制程序需要。PLC提供的编程语言通常有以下几种：梯形图、语句表、顺序功能流程图、功能块图等。（1）梯形图（LadderDiagram）相关知识四、S7-200PLC的编程语言（2）语句表（Stateme