第四章 S7-200系列PLC的.ppt

1、第四章 S7-200系列PLC的硬件系统及内部资源,培训要求与内容 了解S7-200系列PLC的内部元器件结构及性能特点;掌握S7-200系列PLC的元器件资源和寻址方式. 4.1 概述（S7系列PLC发展简介） 4.2 S7-200系列PLC的硬件系统 4.3 S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式,第四章 S7-200系列PLC的硬件系统及内部资源,4.1 概述 S7-200PLC是德国西门子公司生产的一种小型PLC，其许多功能达到大、中型PLC的水平。特别是CPU22X系列，具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，易于组网和完成控制系统的设计更加简单。 S7系列PLC还有S7-300和

2、S7-400系列，它们分别为中大型PLC，S7系列PLC的编程语言均使用STEP7编程语言。 4.2 S7-200系列PLC的硬件系统 S7-200系列是西门子公司前几年刚刚投入市场的小型PLC，可以单机运行，也可以进行输入/输出和功能模块的扩展。它价格低廉，结构小巧，可靠性高，运行速度快，有极丰富的指令集，性能价格比非常高，在各行各业中迅速推广，在规模不太大的控制领域是较为理想的控制设备。,4.2 S7-200系列PLC的硬件系统,4.2.1 硬件系统基本构成 S7-200PLC硬件系统的配置方式采用整体式加积木式，即主机中包含一定数量的输入/输出（I/O）点，同时还可以扩展I/O模块和各种

3、功能模块。 一个完整的系统组成如图所示： （1）基本单元（主机） （2）扩展单元 （3）特殊功能模块 （4）相关设备 （5）工业软件,4.2 S7-200系列PLC的硬件系统,4.2 S7-200系列PLC的硬件系统,4.2.2 主机结构及性能特点 1. 主机外形 S7-200的CPU模块包括一个中央处理单元、电源以及数字I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序，输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则输出控制信号，驱动外部负载。,4.2 S7-200系列PLC的硬件系统,4.2 S7-200系列PLC的硬件系统,2. CPU的主要特点和技术规范 S7-200PLC的

4、电源电压有(20.428.8)VDC和(85264)VAC两种,主机上还集成了24V直流电源,可以直接用于传感器和执行机构.它的输出类型有晶体管(DC)、继电器（DC/AC）两种输出方式。它可以用普通端子捕捉比CPU扫描周期更快的脉冲信号，实现高速计数。2路最大可达20kHz的高频脉冲输出，可用以驱动步进电机和伺服电机以实现准确定位任务。 可以用主机上的电位器来改变它对应的特殊寄存器中的数值，可以实时更改程序运行中的一些参数，如定时器/计数器的设定值、过程量的控制参数等。 实时时钟可用于对信息加注时间标记，记录机器运行时间或对过程进行时间控制。 详细介绍见附录B。,4.2 S7-200系列PL

5、C的硬件系统,3. 存储系统 CPU模块内部配备一定容量的RAM和EEPROM，同时还支持EEPROM存储器卡。详细说明见附录B。 4. 输入/输出电路 直流输入电路,4.2 S7-200系列PLC的硬件系统,交流输入电路,4.2 S7-200系列PLC的硬件系统,直流输出电路 交流输出电路,4.2 S7-200系列PLC的硬件系统,继电器输出电路,4.2 S7-200系列PLC的硬件系统,4.2.3 输入/输出的扩展 当主机的I/O点数不够用或需要进行特殊功能的控制时,就要进行I/O的扩展. 1. I/O扩展模块 典型的数字量输入/输出扩展模块有: 输入扩展模块EM221有两种:8点DC输入

6、、8点AC输入。 输出扩展模块EM222有三种：8点DC晶体管输出，8点AC输出、8点继电器输出。 输入/输出混合扩展模块EM223有六种：分别为4点（8点、16点）DC输入/4点（8点、16点）DC输出； 4点（8点、16点）DC输入/ 4点（8点、16点）继电器输出。 2. 功能扩展模块 典型的特殊功能模块有： （1）模拟量输入/输出扩展模块,4.2 S7-200系列PLC的硬件系统,模拟量输入扩展模块EM231有三种：4路模拟量输入、2路热电阻输入和4路热电偶输入。 模拟量输出扩展模块EM232具有2路模拟量输出。 模拟量输入/输出扩展模块EM235具有4路模拟量输入/1路模拟量输出（占

7、用2路输出地址）。 （2）特殊功能模块 功能模块有：EM253位置控制模块、EM277 PROFIBUS-DP模块、EM241调制解调器模块、CP243-1以太网模块、CP243-2 AS-i接口模块等。 3. I/O点数扩展和编址 CPU22X系列的每种主机所提供的本机I/O点的I/O地址是固定的，进行扩展时，可以在CPU右边连接多个扩展模块，每个扩展模块的组态地址编号取决于各模块的类型和该模块在I/O链中所处的位置。编址的方法是同种类型输入/输出的模块在链中按与主机的位置而递增，其他类型模块的有无以及所处的位置不影响本类型模块的编号。,4.2 S7-200系列PLC的硬件系统,例如：某一控

8、制系统选用CPU224（14入/10出），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。,4.2 S7-200系列PLC的硬件系统,由此可见，S7-200系统扩展对输入/输出的组态规则为： 同类型输入或输出点的模块进行顺序编址。 对于数字量，输入/输出映像寄存器的单位长度为8位（1个字节），本模块高位实际位数未满8位的，未用位不能分配给I/O链的后续模块。 对于模拟量，输入/输出以2个字节（1个字）递增方式来分配空间。,4.3 S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式,4.3.1 软元件 1. 软元件（软继电器） 用户使用的PLC中的每一个输

9、入/输出、内部存储单元、定时器和计数器等都称为软元件。各元件有其不同的功能，有固定的地址。软元件的数量决定了可编程序控制器的规模和数据处理能力，每一种PLC的软元件是有限的。 软元件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。例如，输入继电器是由输入电路和输入映像寄存器构成；输出继电器是由输出电路和输出映像寄存器构成；定时器和计数器也都是由特定功能的寄存器构成。它们都具有继电器特性，但没有机械性触点。为了把这种元器件与传统电气控制电路中的继电器区别开来，就把它们称为软元件或软继电器。这些软继电器的最大特点是其触点（包括常开触点和常闭触点）可以无限次使用

10、，并且它们的寿命长。,4.3 S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式,编程时，用户只需要记住软元件的地址即可。每一种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。例如：输入/输出 继电器区、定时器区、计数器区、特殊继电器区等，分别用I、Q、T、C、SM等来表示。 2. 软元件介绍 （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

11、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 S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式,（3）通用辅助继电器（M） 通用辅助继电器的作用和继电器控制系统中的中间继电器相同，它在PLC中没有输入/输出端子与之对应，因此它的触点不能驱动外部负载。它主要起逻辑控制作用。 （4）特殊继电器（SM） 有些辅助继电器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，称为特殊继电器。用户可以通过特殊标志来沟通PLC与被控对象

12、之间的信息，如可以读取程序运行过程中的设备状态和运算结果信息，利用这些信息实现一定的控制动作。用户也可通过直接设置某些特殊继电器位来使设备实现某种功能。例如： SM0.1 首次扫描为1，以后为0，常用来对程序进行初始化，属只读型； SM1.2 当机器执行数学运算的结果为负时，该位被置为1，属只读型。 SMB28和SMB29 分别存储模拟调节器0和1的输入值，CPU每次扫描时更新该值，属只读型。 常用特殊继电器的功能参见附录表B-6。,4.3 S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式,（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

13、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。 （6）局部变量存储器（L） 局部变量存储器用来存储局部变量。局部变量与全局变量十分相似，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。全局有效是指同一个变量可以被任何程序（包括主程序、子程序和中断程序）访问；而局部有效是指变量只和特定的程序相关联。 S7-200PLC提供64个字节的局部存储器，其中60个可以作暂时存储器或给子程序传递参数。主程序、子程序和中断程序都有64个字节的局部存储器可以使用。不同程序的局部存储器不能互相访问。 （7）顺序控制继电器（S） 有些PLC中把顺序控制继电器称为状态器

14、。顺序控制继电器用在顺序控制或步进控制中。将在第六章中详细讨论。,4.3 S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式,（8）定时器（T） 定时器是PLC中重要的编程元件，是累计时间增量的内部器件。电气自动控制的大部分领域都需要用定时器进行时间控制，灵活地使用定时器可以编制出复杂动作的控制程序。 定时器的工作与继电器接触器控制系统的时间继电器基本相同，但它没有瞬动触触点。使用时要提前输入时间值。当定时器的输入条件满足时开始计时，当前值从0开始按一定的时间单位增加；当定时器的当前值达到预定值时，定时器触点动作，利用定时器的触点就可以得到控制所需的延时时间。 (9)计数器（C） 计数器用来累计输入脉

15、冲的个数，经常用来对产品进行计数或进行特定功能的编程。使用时要提前输入它的设定值（计数的个数）。当输入触发条件满足时，计数器开始累计它的输入端脉冲电位上升沿（正跳变）的次数；当计数器计数达到预定的设定值时，其常开触点闭合，常闭触点断开。,4.3 S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式,（10）模拟量输入映像寄存器（AI）、模拟量输出映像寄存器（AQ） 模拟量输入电路用以实现模拟量/数字量（A/D）之间的转换，而模拟量输出电路用以实现数字量/模拟量（D/A）之间的转换。 在模拟量输入/输出映像寄存器中，数字量的长度为1个字长（16位），且从偶数号字节进行编址来存取转换过的模拟量值，如0、2、

16、4、6、8等。编址内容包括元件名称、数据长度和起始字节的地址，如：AIW6，AQW12等。 PLC对这两种寄存器的存取方式不同，模拟量输入寄存器只能进行读取操作，而对模拟量输出寄存器只能进行写入操作。 （11）高速计数器（HC） 高速计数器的工作原理与普通计数器基本相同，它用来累计比主机扫描速度更快的高速输入脉冲。高速计数器的当前值是一个双字长（32位）的整数，切为只读值。高速计数器的数量少，编址时只用名称HC和编号，如：HC2。 高速计数器的编程使用比较复杂，在第七章将详细介绍。,4.3 S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式,（12）累加器（AC） S7-200PLC提供了4个32位累

17、加器，分别为AC0、AC1、AC2、AC3。累加器（AC）是用来暂存数据的寄存器。它可以用来存放数据如运算数据、中间数据和结果数据，也可用来向子程序传递参数，或从子程序返回参数。 使用时只表示出累加器的地址编号，如AC0。累加器可以进行读、写两种操作。累加器的可用长度为32位，数据长度可以是字节、字、双字，但实际应用时，数据长度取决于进出累加器的数据类型。,4.3 S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式,4.3.2 CPU存储区的直接寻址 1. 数据类型 （1）数据类型及范围 S7-200系列PLC的数据类型可以是字符串、布尔型（0或1）、整型和实型（浮点数）。实数采用32位单精度数来表示

18、。数据类型、长度及范围如表4-2所列：,4.3 S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式,（2）常数 在编程中经常会使用常数。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。几种常数形式分别如表4-3所列。 表4-3 常数表示方法,表4-3 常数表示方法,4.3 S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式,2. 直接寻址 S7-200PLC的存储单元按字节进行编址，无论所寻址的是何种数据类型，通常应指出它所在存储区域内的字节地址，每个单元都有惟一的地址，这种直接指出元件名称的寻址方式称为直接寻

19、址。S7-200软件的直接寻址的符号如表4-4所列。,4.3 S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式,表4-4中: A：元件名称，即该数据在数据区域中的区域地址，可以是表4-4中的元件符号； 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。 （1）位寻址格式 按位寻址时的格式为：Ax.y，使用时必须指定元件名称 字节地址和位号，如图4-4所列举的例子。 可以进行这种位寻址的编程元件有：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）、局部变量存储器（L）、变量存储

20、器（V）和顺序控制继电器（S）。,4.3 S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式,（2）特殊器件的寻址 具有一定功能的器件不用指出它们的字节，而是直接写出其编号。这类元件包括定时器（T）、计数器（C）、高速计数器（HC）和累加器（AC）。,4.3 S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式,其中T和C的地址编号均包含两个含义，如T10，即表示T10的定时器位状态信息，又表示该定时器的当前值。 累加器（AC）的数据长度可以是字节、字或双字。使用时只表示出累加器的地址编号，如AC0，数据长度取决于进出AC0的数据类型。 （3）字节、字和双字的寻址格式 对字节、字和双字数据，直接寻址时需指明元件

21、名称、数据类型和存储区域内的首字节地址。 可以用此方式进行寻址的元件有输入继电器（I）、输出继电器（Q）、通用辅助继电器（M）、特殊继电器（SM）、局部变量存储器（L）、变量存储器（V）、顺序控制继电器（S）、模拟量输入映像寄存器（AI）和模拟量输出映像寄存器（AQ）。,4.3 S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式,如图4-5是以变量存储器（V）为例分别存取3种长度数据的比较。,4.3 S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式,4.3.3 CPU存储区域的间接寻址 在直接寻址方式中，直接使用存储器或寄存器的元件名称和地址编号，根据这个地址可以立即找到该数据。 间接寻址方式是指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地址指针。 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长度，使编程更加灵活。 可以用指针进行间接寻址的存储区有输入继电器（I）、输出继电器（Q）、通用辅助继电器（M）、变量存储器（V）、顺序控制继电器（S）