第6章S7200PLC構(gòu)成ppt課件

1、 西門子公司生產(chǎn)的SIMATIC可編程控制器主要有S5和S7兩大系列。目前，早期的S5系列PLC產(chǎn)品已被新研制生產(chǎn)的S7系列所替代。S7系列以結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、功能全等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)控制領(lǐng)域占有重要地位。 SIMATIC S7系列PLC又分為S7-400、S7-300和S7-200 共3個(gè)子系列，分別為S7系列的大、中、小微型PLC系統(tǒng)。SIMATIC S7-200系列PLC是西門子公司生產(chǎn)的具有高性價(jià)比的小型可編程控制器，由于它結(jié)構(gòu)小巧，運(yùn)行速度高，價(jià)格較低，因此在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。 S7-200系列 PLC系統(tǒng)由主機(jī)基本單元）、I/O擴(kuò)展單元、功能單元模塊和外部設(shè)備等組成。S7-20

2、0 PLC主機(jī)基本單元的結(jié)構(gòu)形式為整體式結(jié)構(gòu)。 圖6-1 S7-200系列 CPU結(jié)構(gòu) 6.1.1 CPU224型型PLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 主機(jī)基本單元是PLC系統(tǒng)的控制核心，也是一個(gè)最簡單的PLC控制系統(tǒng)。S7-200系列的主機(jī)型號都是以CPU開頭的。S7-200系列PLC有CPU 21X和CPU 22X兩代產(chǎn)品，其中CPU 22X型PLC有CPU 221，CPU 222，CPU 224和CPU 226四種基本型號。6.1.1 CPU224型型PLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 1. 整體式整體式PLC的結(jié)構(gòu)分析的結(jié)構(gòu)分析 CPU 224主機(jī)可獨(dú)立工作，完成簡單的控制功能。主機(jī)箱體內(nèi)部有以微處理器為內(nèi)核的PLC

3、主板，具有完全意義的控制、運(yùn)算、存儲(chǔ)功能。另外，外部設(shè)有RS-485通訊接口，用以連接編程器手持式或PC機(jī)）、文本圖形顯示器、PLC網(wǎng)絡(luò)等外部設(shè)備；還設(shè)有工作方式開關(guān)，模擬電位器，I/O擴(kuò)展接口，工作狀態(tài)指示和用戶程序存儲(chǔ)卡，I/O接線端子排及發(fā)光指示等。 2 . CPU224型型PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) (1)基本單元基本單元I/O CPU 22X型PLC，具有兩種不同的電源供電電壓，輸出電路分為繼電器輸出和晶體管DC輸出兩大類。CPU 22X系列PLC可提供4個(gè)不同型號的多種基本單元供用戶選用，其類型及參數(shù)如表6-1所示。 (2) 高速反應(yīng)性高速反應(yīng)性 CPU 22X PLC可以處理和輸

4、出高速脈沖，可以處理普通I/O端口無法處理的高速信號，這使PLC系統(tǒng)的功能大大加強(qiáng)。 CPU 224 PLC有6個(gè)高速計(jì)數(shù)脈沖輸入端I0.0I0.5），最快的響應(yīng)速度為30KHz，用于捕捉比CPU掃描周期更快的脈沖信號。 CPU 224 PLC有2個(gè)高速脈沖輸出端Q0.0、Q0.1），輸出脈沖頻率可達(dá)20KHz。用于PTO高速脈沖束和PWM寬度可變脈沖輸出高速脈沖輸出。 S7-200 CPU存儲(chǔ)器系統(tǒng)由RAM和EEPROM兩種存儲(chǔ)器構(gòu)成，用以存儲(chǔ)用戶程序、CPU組態(tài)配置）、程序數(shù)據(jù)等。當(dāng)執(zhí)行程序下載操作時(shí)，用戶程序、CPU組態(tài)配置）、程序數(shù)據(jù)等由編程器送入RAM存儲(chǔ)器區(qū)，并自動(dòng)拷貝到EEPRO

5、M區(qū)，永久保存。 系統(tǒng)還具有完善的數(shù)據(jù)保護(hù)功能。系統(tǒng)掉電時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將RAM中M存儲(chǔ)器的內(nèi)容保存到EEPROM存儲(chǔ)器。上電恢復(fù)時(shí)，用戶程序及CPU組態(tài)配置自動(dòng)從EEPROM的永久保存區(qū)讀取到RAM中，如果V和M存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)容丟失時(shí)，EEPROM永久保存區(qū)的數(shù)據(jù)會(huì)復(fù)制到RAM中去。 ( 3) 存儲(chǔ)系統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng) 模擬電位器用來改變特殊寄存器SM32、SM33中的數(shù)值，以改變程序運(yùn)行時(shí)的參數(shù)，如定時(shí)、計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，過程量的控制參數(shù)等。 CPU 224 PLC還支持外擴(kuò)存儲(chǔ)卡，存儲(chǔ)卡是用來擴(kuò)展PLC的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)資源的器件，也稱擴(kuò)展卡。擴(kuò)展卡有EEPROM存儲(chǔ)卡、電池和時(shí)鐘卡等模塊。EEPROM存儲(chǔ)模塊，用

6、于用戶程序的拷貝復(fù)制。電池模塊，用于長時(shí)間保存數(shù)據(jù)，使用CPU 224內(nèi)部存儲(chǔ)電容數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間達(dá)190小時(shí)，而使用電池模塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間可達(dá)200天。 (4) 模擬電位器模擬電位器 (5) 存儲(chǔ)卡存儲(chǔ)卡 6.2 S7200系列系列PLC的內(nèi)部元器件的內(nèi)部元器件 6.2.1 PLC的內(nèi)部元器件的內(nèi)部元器件 PLC是以微處理器為核心的電子設(shè)備。PLC內(nèi)部設(shè)計(jì)了編程使用的各種元器件，PLC與繼電器控制的根本區(qū)別在于PLC采用的是軟器件，以程序?qū)崿F(xiàn)各器件之間的連接。 下面從元器件的功能、存儲(chǔ)空間、存儲(chǔ)方式、尋址方式等角度，敘述各種元器件的使用方法。 CPU 22X 系列PLC內(nèi)部的元器件有很多，它們在功

7、能是相互獨(dú)立的。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)為每一種元器件分配一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域。每一種元器件用一組字母表示器件類型，字母加數(shù)字表示數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)地址。如I表示輸入映像寄存器又稱輸入繼電器）；Q表示輸出映像寄存器輸出繼電器）；M表示內(nèi)部標(biāo)志位存儲(chǔ)器；SM表示特殊標(biāo)志位存儲(chǔ)器；S表示順序控制存儲(chǔ)器又稱狀態(tài)元件）；V表示變量存儲(chǔ)器；L表示局部存儲(chǔ)器；T表示定時(shí)器；C表示計(jì)數(shù)器；AI表示模擬量輸入映像寄存器，AQ表示模擬量輸出映像寄存器；AC表示累加器；HC表示高速計(jì)數(shù)器等。下面分別介紹這些內(nèi)部器件的定義、功能和使用方法。 (1) 輸入輸入/輸出映像寄存器輸出映像寄存器I/Q） 輸入/輸出映像寄存器包括輸入映像寄存器I和輸出

8、映像寄存器Q。 輸入/輸出映像寄存器都是以字節(jié)為單位的寄存器，可以按位操作，它們的每1位對應(yīng)一個(gè)數(shù)字量輸入/輸出接點(diǎn)。不同型號主機(jī)的輸入/輸出映像寄存器區(qū)域大小和I/O點(diǎn)數(shù)參考主機(jī)技術(shù)性能指標(biāo)。擴(kuò)展后的實(shí)際I/O點(diǎn)數(shù)不能超過I/O映像寄存器區(qū)域的大小，I/O映像寄存器區(qū)域未用的部分可當(dāng)作內(nèi)部標(biāo)志位M或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以字節(jié)為單位運(yùn)用。 輸入映像寄存器輸入繼電器的等效電路如圖6-3所示，輸出映像寄存器輸出繼電器的等效電路如圖6-4所示。 圖6-3 輸入映像寄存器輸入繼電器的等效電路圖 圖6-4 輸出映像寄存器輸出繼電器的等效電路圖 (2) 內(nèi)部標(biāo)志位內(nèi)部標(biāo)志位M） 順序控制繼電器S又稱狀態(tài)元件，用來組

9、織機(jī)器操作或進(jìn)入等效程序段工步，以實(shí)現(xiàn)順序控制和步進(jìn)控制?？梢园次弧⒆止?jié)、字或雙字來存取存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)。編址范圍S0.0S31.7。 內(nèi)部標(biāo)志位M可以按位使用，作為控制繼電器又稱中間繼電器），用來存儲(chǔ)中間操作數(shù)或其它控制信息。也可以按字節(jié)、字或雙字來存取存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)。編址范圍M0.0M31.7。 (3) 順序控制繼電器順序控制繼電器S） (4) 變量存儲(chǔ)器變量存儲(chǔ)器V） 變量存儲(chǔ)器V用以存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，也可以用來保存工序或任務(wù)相關(guān)的其它數(shù)據(jù)，如模擬量控制，數(shù)據(jù)運(yùn)算，設(shè)置參數(shù)等。變量存儲(chǔ)器可按位使用，也可按字節(jié)、字或雙字使用。變量存儲(chǔ)器存儲(chǔ)空間較大， CPU 224和CPU226有VB0.0V

10、B5119.7共5K字節(jié)的存儲(chǔ)空間。 局部存儲(chǔ)器L和變量存儲(chǔ)器V很相似，主要區(qū)別在于局部存儲(chǔ)器L是局部有效的，變量存儲(chǔ)器V則是全局有效。 S7-200有64個(gè)字節(jié)的局部存儲(chǔ)器，編址范圍LB0.0LB63.7。其中60個(gè)字節(jié)可以用作暫時(shí)存儲(chǔ)器或者給子程序傳遞參數(shù)，最后4個(gè)字節(jié)為系統(tǒng)保留字節(jié)。S7-200 PLC根據(jù)需要分配局部存儲(chǔ)器。當(dāng)主程序執(zhí)行時(shí)，64個(gè)字節(jié)的局部存儲(chǔ)器分配給主程序；當(dāng)中斷或調(diào)用子程序時(shí)，將局部存儲(chǔ)器重新分配給相應(yīng)程序。局部存儲(chǔ)器在分配時(shí)，PLC不進(jìn)行初始化，初始值是任意的。 可以用直接尋址方式按字節(jié)、字或雙字來訪問局部存儲(chǔ)器，也可以把局部存儲(chǔ)器作為間接尋址的指針，但不能作為間

11、接尋址的存儲(chǔ)區(qū)域。 (5) 局部存儲(chǔ)器局部存儲(chǔ)器L） PLC中定時(shí)器相當(dāng)于時(shí)間繼電器，用于延時(shí)控制。中定時(shí)器相當(dāng)于時(shí)間繼電器，用于延時(shí)控制。S7-200 CPU中的定時(shí)器是對內(nèi)部時(shí)鐘累計(jì)時(shí)間增量的設(shè)備。中的定時(shí)器是對內(nèi)部時(shí)鐘累計(jì)時(shí)間增量的設(shè)備。 定時(shí)器用符號定時(shí)器用符號T和地址編號表示，編址范圍和地址編號表示，編址范圍T0T25522X）；）；T0T127(21X)。定時(shí)器的主要參數(shù)有定時(shí)器預(yù)置值，當(dāng)前計(jì)時(shí)值和狀。定時(shí)器的主要參數(shù)有定時(shí)器預(yù)置值，當(dāng)前計(jì)時(shí)值和狀態(tài)位。態(tài)位。 。 (6) 定時(shí)器定時(shí)器T） 計(jì)數(shù)器主要用來累計(jì)輸入脈沖個(gè)數(shù)。其結(jié)構(gòu)與定時(shí)器相似，其設(shè)定值預(yù)置值在程序中賦予，有1個(gè)16位

12、的當(dāng)前值寄存器和1位狀態(tài)位。當(dāng)前值寄存器用以累計(jì)脈沖個(gè)數(shù)，計(jì)數(shù)器當(dāng)前值大于或等于預(yù)置值時(shí)，狀態(tài)位置1。 S7-200 CPU提供有三種類型的計(jì)數(shù)器，一種增計(jì)數(shù)；一種減計(jì)數(shù)；另一種增/減計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器用符號C和地址編號表示。 (7) 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器C） (8) 模擬量輸入模擬量輸入/輸出映像寄存器輸出映像寄存器AI/AQ） S7-200的模擬量輸入電路將外部輸入的模擬量如溫度、電壓等轉(zhuǎn)換成1個(gè)字長16位的數(shù)字量，存入模擬量輸入映像寄存器區(qū)域，可以用區(qū)域標(biāo)志符AI），數(shù)據(jù)長度W及字節(jié)的起始地址來存取這些值。因?yàn)槟M量為1個(gè)字長，起始地址定義為偶數(shù)字節(jié)地址，如AIW0，AIW2，AIW62，共有32個(gè)模

13、擬量輸入點(diǎn)。模擬量輸入值為只讀數(shù)據(jù)。 S7-200模擬量輸出電路將模擬量輸出映像寄存器區(qū)域的1個(gè)字長16位數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬電流或電壓輸輸出。可以用標(biāo)識符AQ）、數(shù)據(jù)長度W及起始字節(jié)地址來設(shè)置。 因?yàn)槟M量輸出數(shù)據(jù)長度為16位，起始地址也采用偶數(shù)字節(jié)地址，如AQW0，AQW2，AQW62，共有32個(gè)模擬量輸出點(diǎn)。用戶程序只能給輸出映像寄存器區(qū)域置數(shù)，而不能讀取。 圖6-7 存取模擬量輸出值 (9) 累加器累加器AC） 累加器是用來暫存數(shù)據(jù)的寄存器，可以同子程序之間傳遞參數(shù)，以及存儲(chǔ)計(jì)算結(jié)果的中間值。S7-200 CPU中提供了4個(gè)32位累加器AC0AC3。累加器支持以字節(jié)B）、字W和雙字D的存取

14、。按字節(jié)或字為單位存取時(shí)，累加器只使用低8位或低16位，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)長度由所用指令決定。累加器操作見圖6-8。 (10) 高速計(jì)數(shù)器高速計(jì)數(shù)器HC） CPU 22X PLC提供了6個(gè)高速計(jì)數(shù)器每個(gè)計(jì)數(shù)器最高頻率為30KHz用來累計(jì)比CPU掃描速率更快的事件。高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值為雙字長的符號整數(shù)，且為只讀值。高速計(jì)數(shù)器的地址由符號HC和編號組成，如HC0、HC1HC5。 (11) 特殊標(biāo)志位存儲(chǔ)器特殊標(biāo)志位存儲(chǔ)器SM） SM存儲(chǔ)器提供了CPU與用戶程序之間信息傳遞的方法，用戶可以使用這些特殊標(biāo)志位提供的信息，SM控制S7-200 CPU的一些特殊功能。特殊標(biāo)志位可以分為只讀區(qū)和讀寫區(qū)兩大部分。CPU

15、 224的SM編址范圍為SM0.0 SM179.7共180個(gè)字節(jié)，CPU 214為SM0.0 SM85.7共86個(gè)字節(jié)。其中SM0.0SM29.7的30個(gè)字節(jié)為只讀型區(qū)域。 可編程控制器的硬件結(jié)構(gòu)是軟件編程的基礎(chǔ)，S7-200 PLC各編程元器件及操作數(shù)的有效編程范圍如表6-3和表6-4所示。 1. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的分配數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的分配 PLC具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)為每一種元器件分配一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域。 6.2.2 PLC的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ) S7-200按元器件的種類將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分成若干個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的存儲(chǔ)單元按字節(jié)編址，每個(gè)字節(jié)由8位組成?？梢赃M(jìn)行位操作的存儲(chǔ)單元，每1位都可以看成

16、是有0、1狀態(tài)的邏輯器件。 2. 數(shù)值表示方式數(shù)值表示方式 (1) 數(shù)值類型及范圍 S7-200系列在存儲(chǔ)單元所存放的數(shù)據(jù)類型有布爾型BOOL）、整數(shù)型INT和實(shí)數(shù)型REAL三種。表6-5給出了不同長度數(shù)值所能表示的整數(shù)范圍。 布爾型數(shù)據(jù)指字節(jié)型無符號整數(shù)。常用的整型數(shù)據(jù)包括單字長16位和雙字長32位符號整數(shù)兩類。實(shí)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)采用32位單精度數(shù)表示，數(shù)據(jù)范圍是正數(shù)：1.175495E-38到+3.402823E+38；負(fù)數(shù)：-1.175495E-38到-3.042823E-38。 數(shù)據(jù)大小無符號整數(shù)符號整數(shù)十進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制十六進(jìn)制B (字節(jié)) 8位值02550FF-128127807FW (

17、字) 16位值0655350FFFF-327683276780007FFFD (雙字) 32位值042949672950FFFFFFFF-21474836482147843647800000007FFFFFFF (2) 常數(shù) 6.2.2 PLC的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 在S7-200的許多指令中使用常數(shù)，常數(shù)值的長度可以是字節(jié)、字或雙字。CPU以二進(jìn)制方式存儲(chǔ)常數(shù)，可以采用十進(jìn)制，十六進(jìn)制，ASC碼或浮點(diǎn)數(shù)形式書寫常數(shù)。下面是上述常用格式書寫常數(shù)的例子： S7-200將信息存于不同的存儲(chǔ)單元，每個(gè)單元有一個(gè)唯一的地址，系統(tǒng)允許用戶以字節(jié)、字、雙字為單位存、取信息。提供參與操作的數(shù)據(jù)地址的方法，稱為

18、尋址方式。S7-200數(shù)據(jù)尋址方式有立即尋址、直接尋址和間接尋址三大類。立即尋址的數(shù)據(jù)在指令中以常數(shù)形式出現(xiàn)，直接尋址和間接尋址方式有位、字節(jié)、字和雙字4中尋址格式，下面對直接尋址和間接尋址方式加以說明。 6.2.3 尋址方式尋址方式 1. 直接尋址方式直接尋址方式 6.2.3 尋址方式尋址方式 直接尋址方式是指在指令中直接使用存儲(chǔ)器或寄存器的元件名稱和地址編號，直接查找數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)直接尋址指的是，在指令中明確指出了存取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器地址，允許用戶程序直接存取信息。數(shù)據(jù)直接地址表示方法如圖6-9所示。 圖6-9 數(shù)據(jù)地址表示方法2. 間接尋址方式間接尋址方式 6.2.3 尋址方式尋址方式 間接尋址

19、是指使用地址指針來存取存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。使用前，首先將數(shù)據(jù)所在單元的內(nèi)存地址放入地址指針寄存器中，然后根據(jù)此地址存取數(shù)據(jù)。S7200 CPU中允許使用指針進(jìn)行間接尋址的存儲(chǔ)區(qū)域有I、Q、V、M、S、T、C。 建立內(nèi)存地址的指針為雙字長度32位），故可以使用V、L、AC作為地址指針。必須采用雙字傳送指令MOVD將內(nèi)存的某個(gè)地址移入到指針當(dāng)中，以生成地址指針。指令中的操作數(shù)內(nèi)存地址必須使用“ &”符號表示內(nèi)存某一位置的地址32位）。 例如：MOV & VB200，AC1 /將VB200地址值送AC1。VB200是直接地址編號，&為地址符號，將本指令中&VB200改為&

20、amp;VW200或VD200，指令功能不變。 間接尋址用指針存取數(shù)據(jù)）：在使用指針存取數(shù)據(jù)的指令中，操作數(shù)前加有“*”時(shí)表示該操作數(shù)為地址指針。 例如：MOVW * AC1，AC0 /將AC1作為內(nèi)存地址指針，W規(guī)定了傳送數(shù)據(jù)長度，本指令把以AC1中內(nèi)容為起始地址的內(nèi)存單元的16位數(shù)據(jù)送到累加器AC0中，操作過程見圖6-12。 6.2.3 尋址方式尋址方式的地址2 0 32 0 42 0 22 0 12 0 0把V B 2 0 0 的地址送入A C 建立指針 把指針處的值送到A C 0 S7-200系列PLC主機(jī)基本單元的最大輸入輸出點(diǎn)數(shù)為40CPU 226為24輸入，16輸出）。 PLC內(nèi)部映像寄存器資源的最大數(shù)字量I/O映像區(qū)的輸入點(diǎn)I0I15為16個(gè)字節(jié)，輸出點(diǎn)Q0Q15也為16個(gè)字節(jié)，共32個(gè)字節(jié)256點(diǎn)328）。最大模擬量I/O為64點(diǎn)，AIW0AIW62共32個(gè)輸入點(diǎn)，AQW0AQW62共32個(gè)輸出點(diǎn)偶數(shù)遞增）。S7-200系統(tǒng)最多可擴(kuò)展7個(gè)模塊。 PLC擴(kuò)展模塊的使用，除了增加I/O點(diǎn)數(shù)的需要外，還增加了PLC許多控制功能。S7-200 PLC系列目前總共可以提供3大類共9種數(shù)字量I/O模塊；3大類共5種模擬量I/O模塊，2種通訊處理模塊。擴(kuò)展模塊的種類見表6-6。 CPU本機(jī)