第4章硬件系统及内部资源.ppt

1、1,第四章 S7-200 PLC基础知识,2,本章内容,4.1 概述 4.2 硬件系统 4.3 内部资源 4.4 寻址方式 4.5 指令系统 4.6 程序结构 4.7 S7-200 PLC的几个特性, S7-200 PLC基础知识,3,德国西门子公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商，生产的SIMATIC可编程序控制在欧洲处于领先地位。 年，其第一代PLC（SIMATICS系列）投放市场； 年，采用微处理技术的SIMATICS系列问世，取代了S系列，不久便升级为U系列和H系列，如SU系列，很多至今还在广泛使用。 世纪末推出了S系列产品，它包括：S系列、 S系列、S系列 S系列是小型PLC，经历了

2、两代： 第一代产品：CPU模块为CPUX，有四种不同结构配置的CPU单元； 第二代产品：CPU模块为CPUX，世纪初投放市场,4.1 概述,4,SIMATIC S7-200属于西门子小型PLC系列产品，适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制的自动化应用。S7-200系列功能表现在以下几个方面：极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性；强劲的通信能力；丰富的扩展模块。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。S7-200系列具有极高的性能价格比。,4.1 概述,5,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,硬件系

3、统的基本构成 基本单元 扩展单元 特殊功能模块 相关设备 软件, S7-200 PLC基础知识,6,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,主机结构及性能特点 主机外形, S7-200 PLC基础知识,7,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,主机结构及性能特点 CPU型号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU224XP CPU226, S7-200 PLC基础知识,8,S7-200系列PLC，4种不同的基本型号CPU221、CPU222、CPU224和CPU226的技术指标如表。,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,9,PLC的输入输出端子的接线有工作电源、输入端子和输出端

4、子三部分。另外一般PLC还提供一个24V的传感器输出电源，供周边的传感器使用，也可以用作本机的输入输出端子的电源。当PLC为DC/DC/DC时，传感器输出电源与工作电源并不是并联的，这时也可以直接用工作电源作为本机的输入输出端子的电源，但不可以再与传感器输出电源并在一起。 不同的PLC的输入输出端子的接线可能不同，一定注意阅读手册。PLC的接线端子的电源一定不能接错，否则会造成PLC不能正常工作，甚至造成PLC硬件损坏。 CPU的工作电源、输入端子电源和输出端子电源一般为DC/DC/DC和AC/DC/RLY。图2-23和图2-24分别是CPU226DC/DC/DC和CPU226AC/DC/RL

5、Y端子接线示意图。,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,10,图2-23 CPU226DC/DC/DC端子接线示意图,11,图2-24 CPU226AC/DC/RLY端子接线示意图,12,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,主机结构及性能特点 CPU的主要特点和技术规范 供电电压 输出方式：晶体管 (DC) 和继电器 (DC/AC) 输出两种类型 集成电源：主机上集成24V电源,可连接传感器和执行机构; 高速计数 脉冲输出 集成模拟电位器：两个模拟电位器可改变对应的特殊寄存器的数值; 实时时钟 存储系统 保持型数据存储器 永久型存储器 存储卡, S7-200 PLC基础知识,13,4.

6、2 S7-200 PLC的硬件系统,I/O的扩展和功能的扩展 为什么要进行I/O扩展？ I/O扩展模块 扩展模块包括数字量和模拟量扩展模块。数字量扩展模块的输入电源一般为直流24V，而输出电源则有直流、交流和继电器三种形式。 功能扩展模块, S7-200 PLC基础知识,14,扩展方法：面板安装和标准导轨安装,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,15,最大I/O配置的预算,表2.3 主机及扩展模块指标,影响扩展的因素： 映像寄存器的数量； CPU为扩展模块所能提供的最大电流； 每种扩展模块所消耗的电流。 电流预算规则： 在一个控制系统中所有扩展模块消耗的电流不能超过CPU所提供的电流。,4

7、.2 S7-200 PLC的硬件系统,16,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,I/O点的扩展 编址原则 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。, S7-200 PLC基础知识,17,例1 某控制系统选用CPU224 ，系统所需的输入输出点数各为：数字量输入为24 点、数字量输出为20 点、模拟量输入6点和模拟量输出为2点。 其中一种模块的连接形式：,660mA,30mA,40mA,30mA,40m

8、A,30mA,DI:14+8+4=26; DO:10+8+4=22; AI:4+4=8; AO:1+1=2; 各模块消耗电流：3040304030170mA660mA;,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,18,4.2 S7-200 PLC的硬件系统, S7-200 PLC基础知识,19,软元件 它是由电子电路、寄存器及存储器单元等组成的具有一定功能的器件，如用户使用的每一个输入输出、内部存储单元、定时器和计数器等都称为软元件。为与传统的继电器相区别，也可称之为软继电器。软继电器的最大特点是其触点 可无限次使用，体积小、功耗低、寿命长。 各软元件功能不同，但地址固定，软元件的数量是有限的，

9、其量的多少决定了PLC的规模和数据处理能力。 每种器件用一定的字母来表示，同类器件用编号区分，位地址编号采用八进制数码。,4.3 S7-200 PLC的内部资源,20,软元件 输入继电器（I） 输出继电器（O） 中间继电器（M） 特殊继电器（SM） 变量存储器（V） 局部变量存储器（L） 顺序控制继电器（S） 定时器（T） 计数器（C） 模拟量输入寄存器（AI）/模拟量输出寄存器（AO） 高速计数器（HC）,4.3 S7-200 PLC的内部资源,21,（1） 输入继电器I （I0.0I15.7) 输入继电器I是PLC中专门用来接收从外部开关元件发来的信号，它与PLC的输入端子相连，可以提供常

10、开常闭触点（无限次使用） ，供编程时使用。 输入继电器I与输入映像区相对应，CPU22X系列的输入映像区为128位 ，以字节为单位，即IB0IB15，每一位对应与一个数字量输入点，实际的输入I不能超过这个数量，未用的输入映像区可作为其它编程来使用，如当通用辅助继电器M使用 其输入继电器的等效电路图如下：,注意：输入继电器只能由外部信号所驱动，而不能由程序内部指令来驱动，其触点也不能直接输出带动负载。,4.3 S7-200 PLC的内部资源,22,（2）输出继电器Q （Q0.0Q15.7),输出继电器Q与输出映像区相对应， CPU22X系列的输出映像区为128位 ，以字节为单位，即QB0QB15

11、，它的每一位对应一个数字量输出点， PLC 输出继电器的外部输出触点接到输出端子，对外部负载进行控制。 其输出继电器的等效电路如下：,4.3 S7-200 PLC的内部资源,23,通用辅助继电器如同接触控制系统中的中间继电器，不直接驱动外部负载，只起到中间状态的暂存作用。通用辅助继电器（M）又称内部位存储器，它一般以位为单位使用，但也能以字节、字、双字为单位使用。中间继电器在程序中常常作为中间变量，也可以定义或组态为标志位。,(3) 通用辅助继电器M（M0.0M31.7),4.3 S7-200 PLC的内部资源,24,(4) 特殊标志继电器SM（SM0.0SM179.7),用来存储系统的状态变

12、量和有关的控制参数和信息。SM提供了大量的状 态和控制功能，并能起到在CPU和用户程序之间交换信息的作用。,只读型：SM0.0SM29.7 可写型：其它,SM分为,如：SM0.0 :该位始终为1 SM0.1 :初始化脉冲，首次扫描为1，以后为0，只读型； SM0.2 : 当RAM中保存的数据丢失时，SM0.2 ON 一个扫描周期； SM0.3 :PLC上电进入RUN状态时，SM0.3 ON一个扫描周期； SM0.4 : 分脉冲，占空比为50 ，周期为1MIN的脉冲串； SM0.5 :秒脉冲，占空比为50 ，周期为1S的脉冲串； SM0.6: 扫描时钟，一个扫描周期为ON，下一个周期为OFF，交

13、替循环； SM0.7: 指示CPU上MODE开关的位置，TERM (0), RUN (1); SMB 28:模拟调节器0 （0255）； SMB 29:模拟调节器1 （0255）。,4.3 S7-200 PLC的内部资源,25,（5）变量存储器V 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，也可以使用变量存储器来保存与工序或任务相关的其它数据。 存储变量的容量与CPU型号相关,4.3 S7-200 PLC的内部资源,26,（6）局域变量存储器L （L0.0L63.7) 局部数据（L）是在块或子程序运行时使用的临时变量。局部变量使用 前需要在块或子程序的变量声明表中声明。局部变

14、量为块或子程序提供传 送参数和存放中间结果的临时存储空间。块或子程序执行结束后，局部数 据存储空间将可以重新分配，用于作为其它块或子程序的临时变量。 局域变量与全局变量的区别是一个是局域有效，一个是全局有效。S7 200 PLC提供了64个字节的局域存储器，其中60个可用作暂态存储器或 给子程序传递参数。,4.3 S7-200 PLC的内部资源,27,(6) 顺序控制继电器S （S0.0S31.7 ) 主要用在顺序控制和步进控制中。 （8）定时器T （T0T255） 定时器（T）类似于继电器电路中的时间继电器，但它的精度更高，定时精度分为1ms,10ms 和100ms三种，根据需要由编程者选用

15、。定时器的类型有接通延时和断开延时等。定时器的数量随CPU型号不同而不同。 定时器除了有状态值(长度为位)之外，还有当前值（长度为字）。 （9）计数器C （C0C255） 用来累计输入脉冲的个数，也是应用非常广的编程元件； 计数器有累加计数器、累减计数器、增减计数器。,4.3 S7-200 PLC的内部资源,28,（10）模拟量输入映像寄存器AI，模拟量输出映像寄存器AQ （AIW0AIW30 ，AQW0AQW30） 模拟量输入电路用以实现模拟量数字量（A/D)之间的转换，模拟量输出电路 用以实现数字量模拟量（D/A)之间的转换； PLC处理的是数字量，数字量的长度是一个字，且从偶数号字节进行

16、编址如， 0、2、4、6、8等； AI只能读，AQ只能写。 （11）高速计数器HC或HSC（HC0HC5 ） 用来累计比主机的扫描速度更快的高速脉冲，其当前值值为32位（双字长）的符号整数，且为只读值； CPU221，CPU222：HC0、HC3、HC4、HC5； CPU224，CPU226：HC0HC5 （12）累加器AC （AC0AC3） 用来暂存数据的寄存器，可存放运算数据、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。,4.3 S7-200 PLC的内部资源,29,4.3 S7-200 PLC的内部资源,软元件 累加器（AC） 根据使用场合不同，可以作为字节、字和双字

17、使用, S7-200 PLC基础知识,30,31,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,数据类型, S7-200 PLC基础知识,1）位（bit，简称b） 常称为BOOL（布尔型），只有两个值：0或1。如：I0.0，Q0.1，M0.0，V0.1等。 2）字节（Byte） 一个字节（Byte）等于8位（Bit），其中0位为最低位，7位为最高位。如：IB0（包括I0.0I0.7位），QB0（包括Q0.0Q0.7位），MB0，VB0等。范围：00FF（十进制的0255）。,32,3）字（Word） 相邻的两字节（Byte）组成一个字（Word），来表示一个无符号数，因此，字为16位。如：MW0是由

18、MB0和MB1组成的，其中M是存储区域标识符，W表示字，0是字的起始字节。需要注意的是，字的起始字节（如上例中的“0”）一般是偶数。字的范围为十六进制的0000FFFF（即十进制的065536）。在编程时要注意，如果已经用了MW0，如再用M0.0等数据要特别注意它们的关系。,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,33,4）双字（Double Word） 相邻的两个字（Word）组成一个双字，来表示一个无符号数。因此，双字为32位。如：MD100是由MW100和MW102组成的，其中M是区域标识符，D表示双字，100是双字的起始字节。需要注意的是，双字的起始字节（如上例中的“100”）和字一样

19、，一般是偶数。双字的范围为十六进制的0FFFFFFFF（即十进制的04294967295）。在编程时要注意，如果已经用了MD100，如再用MW100或MW102要特别加以小心。,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,34,5）16位整数（INT，Integer） 整数为有符号数，最高位为符号位，1表示负数，0表示正数。范围为3276832767。 6）32位整数（DINT，Double Integer） 32位整数和16位整数一样，为有符号数，最高位为符号位，1表示负数，0表示正数。范围为21474836482147483647。 7）浮点数（R，Real） 浮点数为32位，可以用来表示小数

20、。 8）常数的表示方法 常数可以是字节、字或双字，CPU以二进制方式存储，也可以用十进制，十六进制ASCII码或浮点数形式来表示，如表所示。,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,35,常数表示方法,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,36,37,寻址是高级语言里面的概念，寻址分为立即数寻址、直接寻址和间接寻址。 1.立即数寻址：直接给出常数，这种获取操作数的方式称为立即数寻址； 2.直接寻址：直接给出数据存储器和数据对象的区域符（I、Q、M、V、T、C等）及器件的序号对数据进行访问的方式称为数据的直接寻址。 直接寻址简单说就是根据变量名直接获取数据，绝大部分的应用中均采用直接寻址。I0

21、.0、IB0、MW0、MB100、T0、T33和C0等均是直接寻址。,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,38,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,直接寻址的编址格式, S7-200 PLC基础知识,39,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,直接寻址的编址格式, S7-200 PLC基础知识,其基本格式为：ATX .Y,40,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,位寻址：Ax.y 可以进行位寻址的编程元件有：I、Q、M、SM、L、V、S等。, S7-200 PLC基础知识,41,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,直接寻址 特殊元件的寻址格式 T、C、HC、AC等，直接写出其

22、编号即可。 T、C的地址编号有2个含义：位和当前值。 AC的特殊性：字节、字、双字 字节、字、双字的寻址格式, S7-200 PLC基础知识,42,变量在存储器上是以字节为基本单位，按字节的编号为顺序进行保存的。但当以字或双字为单位访问这些数据单元时，组成字或双字的字节顺序是不寻常的。以中间变量存储区MB0MB3为例，MW0包括了MB0和MB1，需要注意的是MW0的高8位为MB0，低8位为MB1；MD0包括了MB0MB3，从最高8位到最低8位的排列顺序为MB0 、MB1、MB2和MB3。,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,43,3.间接寻址 在指令中给出地址指针，通过地址指针间接地访问想

23、要访问的数据存储器或者数据对象区。间接寻址方式可寻址的区域有：输入映像存储区I、输出映像存储区Q、辅助继电器区M、全局变量存储区V、定时器区（当前值）T、计数器区（当前值）C和数据块D。间接寻址首先要建立地址指针，然后根据指针获取数据。,在S7-200中用符号“&”表示取地址指针，符号“*”号表示该操作数为指针。,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,44,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,间接寻址的步骤 建立指针 使用间接寻址对某个存储器单元读、写时，首先要建立地址指针。指针为双字长，是所要访问的存储单元的32位的物理地址。可作为指针的存储区有：变量存储器（V）、局部变量存储器（L）和累加器（AC1、