可编程序控制器应用第三章1.ppt

1、后一页,返回,安徽理工大学电信学院,可编程控制器原理与应用,后一页,返回,安徽理工大学电信学院,第3章 西门子小型可编程控制器S7-200,返回,后一页,前一页,3.1 S7-200系统概述,3.2 S7200的指令系统,3.3 顺序控制及程序设计,3.4 STEP7-Micro/WIN32 开发环境,返回,后一页,前一页,3.1 S7-200系统概述 西门子S7系列PLC的主要种类: 德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400

2、，工业网络，HMI人机界面，工业软件等。 西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。,返回,后一页,前一页,1SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。 S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。 2SIMATIC S7

3、-300 PLC S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.60.1s）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；,返回,后一页,前一页,一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话 的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送；C

4、PU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：超时，模块更换，等等）；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能，,返回,后一页,前一页,S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连

5、接点到点的通信系统；多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。,返回,后一页,前一页,3.1.1 S7-200系列PLC的特点、产品类型及编程软件 1S7-200系列PLC的特点： 是SIEMENS公司推出的一种小型PLC （1）它结构紧凑 （2）扩展性良好 （3）指令功能强大 （4）价格低廉 成为当代各种小型控制工程的理想控制器。 2S7-200PLC的产品： （1）集成一定数字I/O点的CPU：CPU221、CPU 222、CPU 224、CPU 226、CPU 226XM,返回,后一页,前一页,（2）

6、扩展模块：主要有 数字量扩展模块：EM221、EM222、EM223 模拟量扩展模块：EM231、EM 232、EM 235 通讯模块：EM277、EM241等 （3）特殊功能模块 PLC-PLC可以十分方便地组成不同规模的控制器。其控制规模可以从几点到几百点。S7-200PLC可以方便地组成PLC-PLC网络和微机-PLC网络，从而完成规模更大的工程。 3S7-200的编程软件：STEP7-Micro/WIN32。该编程软件可以方便地在Windows环境下对PLC编程、调试、监控。,返回,后一页,前一页,3.1.2 S7-200系列PLC的基本硬件组成 S7-200系列PLC可提供4种不同的

7、基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。 1基本单元 S7-200系列PLC中可提供4种不同的基本型号的8种CPU供选择使用，其输入输出点数的分配见表3.1：,返回,后一页,前一页,表3.1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元,返回,后一页,前一页,2扩展单元 S7-200系列PLC主要有6种扩展单元，它本身没有CPU，只能与基本单元相连接使用，用于扩展I/O点数，S7-200系列PLC扩展单元型号及输入输出点数的分配如表3.2所示。,表3.2 S7-200系列PLC扩展单元型号及输入输出点数,返回,后一页,前一页,3编

8、程器 PLC在正式运行时，不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中，进行监控和故障检测。S7-200系列PLC可采用多种编程器，一般可分为简易型和智能型。 简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低廉，是一种很好的现场编程及监测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，使用不够方便。智能型编程器采用计算机进行编程操作，将专用的编程软件装入计算机内，可直接采用梯形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大，S7-200系列PLC的专用编程软件为 STEP7-Micro/WIN32。,返回,后一页,前一页,4. 程序存储卡 为了保证程

9、序及重要参数的安全，一般小型PLC设有外接EEPROM卡盒接口，通过该接口可以将卡盒的内容写入PLC，也可将PLC内的程序及重要参数传到外接EEPROM卡盒内作为备份。程序存储卡EEPROM有6ES 7291-8GC00-0XA0和6ES 7291-8GD00-0XA0两种，程序容量分别为8K和16K程序步。 5. 写入器 写入器的功能是实现PLC和EPROM之间的程序传送，是将PLC中RAM区的程序通过写入器固化到程序存储卡中，或将PLC中程序存储卡中的程序通过写入器传送到RAM区。,返回,后一页,前一页,6. 文本显示器 文本显示器TD200不仅是一个用于显示系统信息的显示设备，还可以作为

10、控制单元对某个量的数值进行修改，或直接设置输入/输出量。文本信息的显示用选择/确认的方法，最多可显示80条信息，每条信,息最多4个变量的状态。过程参数可在显示器上显示，并可以随时修改。TD200面板上的8个可编程序的功能键，每个都分配了一个存储器位，这些功能键在启动和测试系统时，可以进行参数设置和诊断。,图3.1 TD200文本显示器,返回,后一页,前一页,3.1.3 S7-200PLC的外形结构,图3.2S7-200主机外形,返回,后一页,前一页,1. 状态指示灯（LED）显示CPU所处的工作状态。 SFSystem Fault（系统错误） RUN运行 STOP停止 2. 存储卡接口可以插入

11、存储卡 3. 通信接口可以连接RS-485总线的通信电缆 4. 顶部端子盖下边为输出端子和PLC供电电源端子。输出端子的运行状态可以由顶部端子盖下方一排指示灯显示，ON状态对应指示灯亮。 5. 底部端子盖下边为输入端子和传感器电源端子。输入端子的运行状态可以由底部端子盖上方一排指示灯显示，ON状态对应指示灯亮。,返回,后一页,前一页,6. 前盖下面有运行、停止开关和接口模块插座。将开关拨向停止位置时，PLC处于停止状态，此时可以对其编写程序。将开关拨向运行位置时，PLC处于运行状态，此时不能对其编写程序。将开关拨向监控（Term）状态，可以运行程序，同时还可以监视程序运行的状态。接口插座用于连

12、接扩展模块，实现I/O扩展。 3.1.4 S7-200的接口模块 S7-200的接口模块主要有数字量I/O模块、模拟量I/O模块和通信模块。下面分别介绍这些模块。,返回,后一页,前一页,（一）数字量I/O模块 数字量I/O模块是为了解决本机集成的数字量输入/输出点不能满足需要而使用的扩展模块。S7-200PLC目前总共可以提供3大类，共9种数字量I/O模块。 1. EM221数字量输入扩展模块 8DI，DC24V（直流输入） 2. EM222数字量输出扩展模块 8DO，DC24V（直流输出） 8DO，Relay(DC24V/ AC24230V)(继电器输出) 3. EM223数字量混合模块 4

13、DI（DC24V），4DO（DC24V/2A） 4DI（DC24V），4DO（Relay 2A） 8DI（DC24V），8DO（DC24V/2A） 8DI（DC24V），8DO（Relay 2A） 16DI（DC24V），16DO（Relay 2A）,返回,后一页,前一页,（二）模拟量I/O模块 模拟量I/O模块提供了模拟量输入和模拟量输出的扩展功能。S7-200的模拟量扩展模块具有较大的适应性、可以直接与传感器相连，并有很大的灵活性，且安装方便。 1. EM231模拟量输入模块 4AI（电压或电流）输入信号的范围由SW1、SW2和SW3设定。 2. EM232模拟量输出模块 2AO（电压或电

14、流） 3. EM235模拟量混合模块 4AI（电压或电流），量程由SW1SW6设定 1AO（电压或电流）,返回,后一页,前一页,（三）通信模块 S7-200系列PLC除了CPU226本机集成了两个通信口以外，其他均在其内部集成了一个通信口，通信口采用了RS-485总线。此外，各PLC还可以接入通信模块，以扩大其接口的数量和联网能力。,返回,后一页,前一页,1EM277模块 EM277模块是PROFIBUS-DP从站模块，同时也支持MPI从站通讯； 2EM241：调制解调器（Modem）通讯模块 3CP243-1：工业以太网通讯模块； 4CP243-1 IT：工业以太网通讯模块，同时提供Web/

15、E-mail等IT应用； 5CP243-2：AS-主站模块，可连接最多62个AS-从站。 S7-200PLC的配置就是由S7-200CPU和这些扩展模块构成的。 3.1.5 S7-200系列PLC的主要技术性能 下面以S7-200 CPU224为例说明S7系列PLC的主要技术性能。,返回,后一页,前一页,1. 一般性能 S7-200 CPU224的一般性能如表3.3所示。,表3.3 S7-200 CPU224一般性能,返回,后一页,前一页,返回,后一页,前一页,返回,后一页,前一页,返回,后一页,前一页,返回,后一页,前一页,表3.4 S7-200 CPU224输入特性,2. 输入特性 S7-

16、200 CPU224的输入特性如表3.4所示。,返回,后一页,前一页,3. 输出特性 S7-200 CPU224输出特性如表3.5所示。,表3.5 S7-200 CPU224的输出特性,返回,后一页,前一页,4扩展单元的主要技术特性 S7-200系列PLC是模块式结构，可以通过配接各种扩展模块来达到扩展功能、扩大控制能力的目的。目前S7-200主要有三大类扩展模块。 （1）输入/输出扩展模块 S7-200 CPU上已经集成了一定数量的数字量I/O点，但如用户需要多于CPU单元I/O点时，必须对系统做必要的扩展。CPU221无I/O扩展能力，CPU 222最多可连接2个扩展模块（数字量或模拟量）

17、，而CPU224和CPU226最多可连接7个扩展模块。 S7-200 PLC系列目前总共提供共5大类扩展模块：数字量输入扩展板EM221（8路扩展输入）；数字量输出扩展板EM222（8路扩展输出）；数字量输入和输出混合扩展板EM223（8I/O，16I/O，32I/O）；,返回,后一页,前一页,模拟量输入扩展板EM231，每个EM231可扩展4路模拟量输入通道，A/D转换时间为25s，12位；模拟量输入和输出混合扩展模板EM235，每个EM235可同时扩展4路模拟输入和1路模拟量输出通道，其中A/D转换时间为25s，D/A转换时间100s，位数均为12位。 基本单元通过其右侧的扩展接口用总线连

18、接器（插件）与扩展单元左侧的扩展接口相连接。扩展单元正常工作需要+5VDC工作电源，此电源由基本单元通过总线连接器提供，扩展单元的24VDC输入点和输出点电源，可由基本单元的24VDC电源供电，但要注意基本单元所提供的最大电流能力。,返回,后一页,前一页,（2）热电偶/热电阻扩展模块 热电偶、热电阻模块（EM231）是为CPU222，CPU224，CPU226设计的，S7-200与多种热电偶、热电阻的连接备有隔离接口。用户通过模块上的DIP开关来选择热电偶或热电阻的类型，接线方式，测量单位和开路故障的方向。 （3）通讯扩展模块 除了CPU集成通讯口外，S7-200还可以通过通讯扩展模块连接成更

19、大的网络。S7-200系列目前有两种通讯扩展模块：PROFIBUS-DP扩展从站模块（EM277）和AS-i接口扩展模块（CP243-2）。 S7-200系列PLC输入/输出扩展模块的主要技术性能如表3.6所示。,返回,后一页,前一页,表3.6 S7-200系列PLC输入/输出扩展模块的主要技术性能,返回,后一页,前一页,3.1.6 S7-200CPU模块中的存储器 1. CPU模块中的存储器：RAM用以存放用户正在调试的程序；ROM用以存放系统程序和用户已调好的程序；EEROM用以存放用户程序和需长期保存的重要数据。 2. 输入映像寄存器的标识符为I(I0.0-I15.7)，在每个扫描周期的

20、开始，CPU对输入点进行采样，并将采样值存于输入映像寄存器中。 3. 输出映像寄存器的标识符为Q(Q0.0Q15.7)，在扫描周期的末尾，CPU将输出映像寄存器的数据传送给输出模块，再由后者驱动外部负载。 4. 变量存储器(V)寻址 在程序执行的过程中存放中间结果，或用来保存与工序或任务有关的其他数据。,返回,后一页,前一页,5. 位存储器(M) 该区无“物理继电器”与之对应，即无硬接点，它是一个“软继电器”，是“逻辑继电器”，不向外设输出信号，在程序中起逻辑转换作用，正是这种“逻辑继电器”使得可编程控制器与继电接触控制产生了本质的区别。存储器标志位(M0.0M31.7)用来保存控制继电器的中

21、间操作状态或其他控制信息。虽然名为“位存储器区”，表示按位存取，但是也可以按字节、字或双字来存取。 6. 定时器存储器(T) 定时器相当于继电器系统中的时间继电器。S7-200有三种定时器，它们的时基增量分别为1ms、l0ms和l00ms，定时器的当前值寄存器是16位有符号整数，用于存储定时器累计的时基增量值(132 767)。,返回,后一页,前一页,定时器的当前值大于等于设定值时，定时器位被置为1，梯形图中对应的定时器的常开触点闭合，常闭触点断开。用定时器地址(T和定时器号，如T5)来存取当前值和定时器位，带位操作数的指令存取定时器位，带字操作数的指令存取当前值。 7. 计数器存储器(C)

22、计数器用来累计其计数输入端脉冲电平由低到高的次数，CPU提供加计数器、减计数器和加减计数器。计数器的当前值为16位有符号整数，用来存放累计的脉冲数(132 767) 当计数器的当前值大于等于设定值时，计数器位被置为1。用计数器地址(C和计数器号，如C20)来存取当前值和计数器位，带位操作数的指令存取计数器位，带字操作数的指令存取当前值。,返回,后一页,前一页,8. 高速计数器(HC) 高速计数器用来累计比CPU的扫描速率更快的事件，其当前值和设定值为32位有符号整数，当前值为只读数据。高速计数器的地址由区域标示符HC和高速计数器号组成，如HC2。 9. 累加器(AC) 累加器是可以像存储器那样

23、使用的读写单元，例如可以用它向子程序传递参数，或从子程序返回参数，以及用来存放计算的中间值。CPU提供了4个32位累加器(AC0AC3)，可以按字节、字和双字来存取累加器中的数据。按字节、字只能存取累加器的低8位或低16位，双字存取全部的32位，存取的数据长度由所用的指令决定。,返回,后一页,前一页,10. 特殊存储器(SM)标志位寻址 特殊存储器用于CPU与用户之间交换信息，例如SM0.0一直为“1”状态，SM0.1仅在执行用户程序的第一个扫描周期为“1”状态。SM0.4和SM0.5分别提供周期为1min和1s的时钟脉冲。SM1.0、SM1.1和SM1.2分别是零标志、溢出标志和负数标志。

24、11. 局部存储器(L)区寻址 S7-200有64个字节的局部存储器，其中60个可以作为暂时存储器，或给子程序传递参数。如果用梯形图编程，编程软件保留这些局部存储器的后4个字节。如果用语句表编程，可以使用所有的64个字节，但是建议不要使用最后4个字节。,返回,后一页,前一页,各POU(Program Organizational Unit)，程序组织单元，即主程序、子程序和中断程序)有自己的局部变量表，局部变量在它被创建的POU中有效。变量存储器(V)是全局存储器，可以被所有的POU存取。 S7-200给主程序和中断程序各分配64字节局部存储器，给每一级子程序嵌套分配64字节局部存储器，各程序

25、不能访问别的程序的局部存储器。 因为局部变量使用临时的存储区，子程序每次被调用时，应保证它使用的局部变量被初始化。,返回,后一页,前一页,12. 模拟量输入(AI) 连续变化的模拟量(如温度、压力、电流、电压等)用AD转换器转换为1个字长(16位)的数字量，用区域标识符AI、数据长度(W)和字节的起始地址来表示模拟量输入的地址。因为模拟量输入是一个字长，应从偶数字节地址开始存放，模拟量输入值为只读数据。以2递增（如：AIW0、AIW2、AIW4等），对模拟端口奇数编址是不允许的。 13. 模拟量输出(AQ)寻址 S7-200将1个字长的数字用DA转换器转换为现实世界的模拟量，用区域标识符AQ、

26、数据长度(W)和字节的起始地址来表示存储模拟量输出的地址。因为模拟量输出是一个字长，应从偶数字节地址开始存放(如AQW0、AQW2、AQW4等)，用户不能读取模拟量输出值。,返回,后一页,前一页,14. 顺序控制继电器(SCR) 顺序控制继电器(SCR)位用于组织机器的顺序操作，SCR提供控制程序的逻辑分段。 15. 数据在存储器中存取的方式 数据在存储器中存取的方式为位、字节、字和双字。 二进制数的1位(bit)只有0和1两种不同的取值，可用来表示开关量(或称数字量)的两种不同的状态，如触点的断开和接通，线圈的通电和断电等。如果该位为1，则表示梯形图中对应的编程元件的线圈“通电”，其常开触点

27、接通，常闭触点断开，以后称该编程元件为1状态，或对称该编程元件ON(接通)。如果该位为0，对应的编程元件的线圈和触点的状态与上述的相反，称该编程元件为0状态，或称该编程元件OFF(断开)。位数据的数据类型为BOOL(布尔)型。,返回,后一页,前一页,位存储单元的地址由字节地址和位地址组成，如I4.5，其中的区域标识符“I表示输入(Input)，字节地址为4，位地址为5 (见图3.3)。这种存取方式称为“字节位”寻址方式。 输入字节IB4(B是Byte的缩写)由I4.0I4.7这8位组成。,图3.3,返回,后一页,前一页,8位二进制数组成1个字节(见图3.4 )，其中的第0位为最低位：LSB,

28、第7位为最高位( MSB)。两个字节组成1个字（Word）。两个字组成1个双字（见图3.4）一般用二进制补码表示有符号数，其最高位为符号位，最高位为0时为正数，为1时为负数，最大的16位正数为 7FFFH表示十六进制数。,图3.4,返回,后一页,前一页,相邻的两个字节组成一个字，VW100表示由VB100和VB101组成的1个字，VW100中的V为区域标识符，W表示字(Word)，100为起始字节的地址。 VD100表示由VB100-VB103组成的双字，V为区域标示符，D表示存取双字(Double Word)，100为起始字节的地址。 16. I/O点数扩展和编址 例如，某一控制系统选用CP

29、U224，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、模拟量输出2点。 本系统可有多种不同模块的选取组合，表3.7所示为其中的一种可行的系统输入输出组态状况。,返回,后一页,前一页,返回,后一页,前一页,若按表3.7的扩展方式，各模块在I/O链中的位置排列方式也可以有多种，图3.5所示为其中的一种模块连接形式。,CPU224,模块1,EM221,DI8X,DC24V,模块2,EM222,DO8X,DC24V,模块3,EM235,AI4/AQ1,X12,模块4,EM223,DI4/DQ4,XDC24V,/,模块5,EM235,AI4/AQ1,X12,图3.5,

30、返回,后一页,前一页,17. 直接寻址与间接寻址 直接寻址给出了存储器的区域、长度和位置，例如VW790指V存储区中的字，地址为790。可以用字节（B）、字（W）或双字（DW）方式存取V、I、Q、M、S和SM存储器区。例如VB100表示以字节方式存取，VW100表示存取VB100、VB101组成的字，VD100表示存取VB100VB103组成的双字。 间接寻址方式是，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为地址指针。这种间接寻址方式与计算机的间接寻址方式相同。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的

31、长度，使编程更加灵活。,返回,后一页,前一页,用间接寻址方式存取数据需要作的工作有3种：建立指针、间接存取和修改指针。 间接编址使用指针存取内存中的数据。指针是包含另一个内存位置地址的双字内存位置。您只能将V内存位置、L内存位置或累加器寄存器（AC1、AC2、AC3）用作指针。欲建立指针，您必须使用移动双字指令，将间接编址内存位置移至指针位置。指针还可以作为参数传递至子程序。,图3.6 间接寻址,返回,后一页,前一页,欲间接存取内存区数据，输入一个和符号（&）和需要编址的内存位置，建立一个该位置的指针。指令的输入操作数前必须有一个和符号（&），表示内存位置的地址（而并非内存位置的内容）将被移入

32、在指令输出操作数中识别的位置（指针）。 在指令操作数前面输入一个星号（*）指定该操作数是一个指针。如图3.6所示，输入*AC1指定AC1是移动字（MOVW）指令引用的字长度数值的指针。在该范例中，在VB200和VB201中存储的数值被移至累加器AC0。,返回,后一页,前一页,3.1.7 S7-200的运行停止模式 S7-200有两种操作模式：STOP（停止）和 RUN（运行）模式。 在 STOP模式中，您可以新建编辑程序。在 STOP模式中不得执行程序。但在 RUN模式中可执行程序。此外，在 RUN模式中，您可以新建、编辑和监控程序操作和数据。使用提供的调试功能可增强追踪程序操作和识别编程问题的能力。 可在 STOP模式中使用调试协助，例如首次扫描和多次扫描功能，并导致预定扫描次数从 STOP更改为 RUN模式。 S7-200PLC操作系统会记录致命错误，并强制从 RUN模式更改为 STOP模式。,返回,后一页,前一页,如果 PLC 检测到致命错误，在致命错误条件依然存在时不允许从 STOP模式更改为 RUN模式。PLC 操作系统功能也记录非致命错误，用于检查，但不会从 RUN更改为