《可編程控制器(PLC)教程 S7-200可編

1、第3章S7-200可編程序控制器 3.1S系列PLC開展概述 3.2S7-200 PLC系統(tǒng)組成 3.3 編程元件及程序知識 3.4相關設備 3.5工業(yè)軟件 本章學習目的本章以西門子公司生產的S7-200系列小型可編程序控制器為例，介紹具體型號的PLC，內容包括：lS系列PLC開展概述lS7-200 可編程序控制器的系統(tǒng)組成l編程元件及程序知識l相關設備l常用工業(yè)軟件返回本章首頁3.1S系列PLC開展概述 德國的西門子SIEMENS公司是歐洲最大的電子和電氣設備制造商，生產的SIMATIC可編程序控制器在歐洲處于領先地位。其第一代可編程序控制器是1975年投放市場的SIMATIC S3系列的控

2、制系統(tǒng)。 在1979年，微處理器技術被應用到可編程序控制器中，產生了SIMATIC S5系列，取代了S3系列，之后在20世紀末又推出了S7系列產品。最新的SIMATIC產品為SIMATIC S7、M7和C7等幾大系列。 返回本章首頁3.2S7-200 PLC系統(tǒng)組成 系統(tǒng)根本構成 主機結構 工作方式 特殊功能模塊3.2.5 輸入輸出擴展 輸入輸出組態(tài)配置 返回本章首頁從CPU模塊的功能來看，SIMATIC S7-200系列小型可編程序控制器開展至今，大致經歷了兩代：第一代產品其CPU模塊為CPU 21X，主機都可進行擴展，它具有四種不同結構配置的CPU單元：CPU 212，CPU 214，CP

3、U 215和CPU 216，對第一代PLC產品不再作具體介紹。第二代產品其CPU模塊為CPU 22X，是在21世紀初投放市場的，速度快，具有較強的通信能力。它具有四種不同結構配置的CPU單元：CPU 221，CPU 222，CPU 224和CPU 226，除CPU 221之外，其他都可加擴展模塊。系統(tǒng)根本構成 SIMATIC S7-200系統(tǒng)由硬件和工業(yè)軟件兩大局部構成，如圖3.1所示。圖3.1S7-200 PLC系統(tǒng)組成系統(tǒng)根本構成1. 硬件1根本單元 2擴展單元 3特殊功能模塊 4相關設備 2. 工業(yè)軟件 工業(yè)軟件是為更好地管理和使用這些設備而開發(fā)的與之相配套的程序、文檔及其規(guī)那么的總和，

4、它主要由標準工具、工程工具、運行軟件和人機接口等幾大類構成。返回本節(jié)主機結構 1. 各CPU介紹及I/O系統(tǒng)1主機外形SIMATIC S7-200系統(tǒng)CPU 22X系列PLC主機CPU模塊的外形如圖3.2所示：圖3.2S7-200主機外形2根本結構特點輸出信號類型電源輸出 根本I/O 存儲平安 高速反響 模擬電位器 實時時鐘 輸入輸出可擴展性 4種CPU各有晶體管輸出和8繼電器輸出兩種類型，具有不同電源電壓和控制電壓。各類型的型號如表3.2所示。 表3.2CPU型號2. 存儲系統(tǒng)1存儲系統(tǒng)2存儲器及使用3存儲平安 圖3.3存儲系統(tǒng)表3.3存儲容量2存儲器及使用 上裝和下裝用戶程序 定義存儲器保

5、持范圍 用程序永久保存數(shù)據 存儲器卡的使用 3存儲平安1主機CPU模塊內部配備的EEPROM，上裝程序時，可自動裝入并永久保存用戶程序、數(shù)據和CPU的組態(tài)數(shù)據。2用戶可以用程序將存儲在RAM中的數(shù)據備份到EEPROM存儲器。3主機CPU提供一個超級電容器，可使RAM中的程序和數(shù)據在斷電后保持幾天之久。4CPU提供一個可選的電池卡，可在斷電后超級電容器中的電量完全耗盡時，繼續(xù)為內部RAM存儲器供電，以延長數(shù)據所存的時間。5可選的存儲器卡可使用戶像使用計算機磁盤一樣來方便地備份和裝載程序和數(shù)據。返回本節(jié)3.2.3 工作方式 工作方式1STOP方式 2RUN方式 改變CPU工作方式的方法1用PLC上

6、的方式開關來手動切換，方式開關有3個擋位 。2用STEP 7-Micro/Win32編程軟件，應首先把主機的方式開關置于TERM或RUN位置，然后在此軟件平臺用鼠標單擊STOP和RUN方式按鈕即可。3在用戶程序中用指令由RUN方式轉換到STOP方式，前提是程序邏輯允許中斷程序的執(zhí)行。3.2.4 特殊功能模塊1數(shù)字量擴展模塊2模擬量擴展模塊3熱電偶、熱電阻模塊4通信擴展模塊1. 設備連接 圖3.7I/O擴展示意圖輸入輸出擴展 輸入輸出擴展 實例1輸入輸出擴展方案設計1擴展點數(shù)計算。CPU 224主機有14點數(shù)字輸入，10點數(shù)字數(shù)出，沒有模擬量輸入和數(shù)出點。因此：需要擴展的數(shù)字輸入點數(shù) 24-14

7、10需要擴展的數(shù)字輸出點數(shù) 20-1010需要擴展的模擬輸入點數(shù) 6-06需要擴展的模擬輸出點數(shù) 2-022硬件組態(tài)方案設計。本系統(tǒng)可有多種不同模塊的選取組合，以下是可能應用的兩種方案。方案1：EM221(8I)2； EM222(8O)2； EM231(4AI)2； EM232(2AO)1方案2：EM221(8I)1； EM222(8O)1； EM223(4I4O)1； EM235(4AI1AO)22方案驗證PLC的擴展能力是有限的，限制PLC擴展能力的因素包括：CPU允許的最多擴展模塊數(shù)。映像存放器的數(shù)量。CPU為擴展模塊所能提供的最大電流和每種擴展模塊消耗的電流。即PLC主機連接的擴展模塊

8、的數(shù)量不能超過該主機允許的擴展模塊數(shù)量；擴展模塊點數(shù)之和不能超過主機輸入和輸出映像存放器的總數(shù)；所有擴展模塊消耗的電流不能超過CPU所能提供的電流。在根據需要擴展的輸入輸出點確定了擴展模塊組合方案后，必須對方案進行驗證，以確保擴展方案不會超出PLC主機的擴展能力。下面以方案2為例介紹驗證方法。CPU 224可以擴展7個模塊，方案2中的擴展模塊的總數(shù)為5個，符合要求。CPU 224有數(shù)字量映像存放器數(shù)量為256，輸入模擬量映像存放器為32，輸出模擬量映像存放器為32，方案2中擴展模塊點數(shù)之和遠小于主機輸入輸出映像存放器之和，符合要求。CPU 22X可連接的各擴展模塊消耗5VDC電流如表3.7所示

9、。擴展模塊編號擴展模塊型號模塊消耗電流（mA）1EM 221 DI8DC24V302EM 222 DO8DC24V503EM 222 DO8繼電器404EM 223 DI4/DO4DC24V405EM 223 DI4/DO4DC24V/繼電器406EM 223 DI8/DO8DC24V807EM 223 DI8/DO8DC24V/繼電器808EM 223 DI16/DO16DC24V1609EM 223 DI16/DO16DC24V/繼電器15010EM 231 AI412位2011EM 231 AI4熱電耦6012EM 231 AI4RTD6013EM 232 AQ212位2014EM 23

10、5 AI4/AQ1123015EM 277 PROFIBUS-DP150各CPU所能提供的最大5VDC電流如表3.6所示。CPU型號221222224226最大擴展電流(mA)03406601000表3.6 CPU提供的電流方案2中擴展模塊消耗的電流之和301+501+401 +302 180mA，沒有超過CPU 224允許的660mA驅動電流，滿足要求。3擴展設備的連接進行I/O擴展時，可以在CPU右邊依次連接多個擴展模塊，在不同模塊組合方案中，各模塊在I/O鏈中的位置排列方式也可以有多種，圖3.8所示為方案2的一種模塊連接形式。4本機I/O和擴展I/O的編址S7-200 CPU有一定數(shù)量的

11、本機I/O，本機I/O的地址是固定的。擴展模塊的地址編號那么取決于各模塊的類型和該模塊在I/O鏈中所處的位置。S7-200系統(tǒng)擴展時輸入輸出模塊的編址需要遵循以下規(guī)那么：1CPU 22X每種主機所提供的本機I/O點的I/O地址是固定的。2同種類型輸入或輸出點的模塊在鏈中按與主機的位置而遞增。3其他類型模塊的有無以及所處的位置不影響本類型模塊的編號。4對于數(shù)字量，輸入輸出映像存放器單位長度為8位1個字節(jié)，本模塊高位實際位數(shù)未滿8位的，未用位不能分配給I/O鏈的后續(xù)模塊。5對于模擬量，輸入輸出以2字節(jié)1個字遞增方式來分配空間。 根據輸入輸出模塊的編址規(guī)那么，圖3.8所示的擴展方案中各模塊的編址如表

12、3.8所示。表3.8 各模塊編址主機I/O模塊1 I/O模塊2 I/O模塊3 I/O模塊4 I/O模塊5 I/OI0.0 Q0.0I0.1 Q0.1I0.2 Q0.2I0.3 Q0.3I0.4 Q0.4I0.5 Q0.5I0.6 Q0.6I0.7 Q0.7I1.0 Q1.0I1.1 Q1.1I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I2.6I2.7Q2.0Q2.1Q2.2Q2.3Q2.4Q2.5Q2.6Q2.7AIW0 AQW0AIW2AIW4AIW6I3.0 Q3.0I3.1 Q3.1I3.2 Q3.2I3.3 Q3.3AIW8 AQW2AIW1

13、0AIW12AIW143.2.6 CPU的輸入輸出組態(tài)設置1設置輸入濾波 2設置脈沖捕捉 3輸出表配置 4定義存儲器保持范圍 3.3 編程元件及程序知識 編程元件及尋址 指令系統(tǒng) 編程語言 3.3.4 程序結構 返回本章首頁編程元件及尋址 1. 數(shù)據類型2. 直接尋址方式 3間接尋址方式 1. 數(shù)據類型1數(shù)據類型及范圍SIMATIC S7-200系列PLC數(shù)據類型可以是布爾型、整型和實型浮點數(shù)。實數(shù)采用32位單精度數(shù)來表示，其數(shù)值有較大的表示范圍：正數(shù)為+1.175495E-38+3.402823E+38；負數(shù)為-1.175495E38-3.402823E+38。2常數(shù)在編程中經常會使用常數(shù)。

14、常數(shù)數(shù)據長度可為字節(jié)、字和雙字，在機器內部的數(shù)據都以二進制存儲，但常數(shù)的書寫可以用二進制、十進制、十六進制、ASCII碼或浮點數(shù)實數(shù)等多種形式。輸入繼電器I輸出繼電器Q 通用輔助繼電器M 特殊標志繼電器SM 變量存儲器V 局部變量存儲器L 順序控制繼電器S 3.3.2 編程元件介紹定時器T 計數(shù)器C 模擬量輸入映像存放器AI模擬量輸出映像存放器AQ 高速計數(shù)器HC累加器AC 3.3.3 編程元件尋址S7-200將編程元件統(tǒng)一歸為存儲器單元，存儲單元按字節(jié)進行編址，無論所尋址的是何種數(shù)據類型，通常應指出它在所在存儲區(qū)域和在區(qū)域內的字節(jié)地址。每個單元都有惟一的地址，地址用名稱和編號兩局部組成.1.

15、 直接尋址方式 1編址形式按位尋址的格式為：Ax.y 存儲區(qū)內另有一些元件是具有一定功能的硬件，由于元件數(shù)量很少，所以不用指出元件所在存儲區(qū)域的字節(jié)，而是直接指出它的編號。其尋址格式為：Ay數(shù)據尋址格式為：ATx 按位尋址的格式為：Ax.y必須指定元件名稱、字節(jié)地址和位號，如圖3.10 所示。圖3.8中MSB表示最高位，LSB表示最低位。 圖3.10位尋址格式2間接尋址方式 間接尋址方式是，數(shù)據存放在存儲器或存放器中，在指令中只出現(xiàn)所需數(shù)據所在單元的內存地址的地址。存儲單元地址的地址又稱為地址指針。這種間接尋址方式與計算機的間接尋址方式相同。間接尋址在處理內存連續(xù)地址中的數(shù)據時非常方便，而且可

16、以縮短程序所生成的代碼的長度，使編程更加靈活。用間接尋址方式存取數(shù)據需要作的工作有3種：建立指針、間接存取和修改指針。 1建立指針 建立指針必須用雙字傳送指令MOVD，將存儲器所要訪問的單元的地址裝入用來作為指針的存儲器單元或存放器，裝入的是地址而不是數(shù)據本身，格式如下：例：MOVD&VB200,VD302MOVD&MB10,AC2MOVD&C2,LD14注意：建立指針用MOVD指令。2間接存取 指令中在操作數(shù)的前面加“*表示該操作數(shù)為一個指針。下面兩條指令是建立指針和間接存取的應用方法：MOVD&VB200，AC0MOVW*AC0，AC1假設存儲區(qū)的地址及單元中所存的數(shù)據如下所示 執(zhí)行過程如

17、下：3修改指針 下面的兩條指令可以修改指針的用法：INCDAC0INCDAC0MOVW*AC0，AC1返回本節(jié)指令系統(tǒng) 和編程語言S7-200 系列PLC主機中有兩類根本指令集：SIMATIC指令集和IEC 1131-3指令集，程序員可以任選一種。提供了許多類型的指令以完成廣泛的自動化任務。SIMATIC指令集：是為S7-200系列PLC設計的，本指令通常執(zhí)行時間短，而且可以用LAD、STL和FBD三種編程語言。IEC 1131-3指令集是不同PLC廠家的指令標準，它不能使用STL編程語言。 返回本節(jié)1、指令系統(tǒng)2編程語言 1. 語句表 2. 梯形圖 3. 功能塊圖 4. 其他編程語言 1.

18、語句表 語句表STL語言類似于計算機的匯編語言，特別適合于來自計算機領域的工程人員。用指令助記符創(chuàng)立用戶程序，屬于面向機器硬件的語言，STEP 7 Micro/Win32的語句表如圖3.11所示。圖3.11語句表舉例2. 梯形圖 圖3.12梯形圖舉例3. 功能塊圖 功能塊圖FBD的圖形結構與數(shù)字電子電路的結構極為相似，如以下圖3.13所示。 4. 其他編程語言 SIMATIC工業(yè)軟件中的工程工具中為大型或中型PLC提供了許多高級編程工具，以下簡要其中的幾種：1S7-SLC和 M7-Pro C/C+2S7-GRAPH 3S7-HiGraph 4CFC 1S7-SLC和 M7-Pro C/C+圖3

19、.14SLC語言S7-SLC的語言與PASCAL非常相似，如圖3.12所示。 2S7-GRAPH 圖3.15順序流程圖3S7-HiGraph 它借助于狀態(tài)圖來描述異步過程。用于裝置和過程，以及可能的轉移狀態(tài)的圖形描述。本工具可基于系統(tǒng)框圖和流程圖直接進行編程，程序結構和過程清晰。 S7-HiGraph如圖3.14所示。圖3.16 狀態(tài)圖4CFC CFC連續(xù)功能圖是在原來的CSF控制系統(tǒng)流程圖的根底上開展起來的，它通過繪制過程控制流程圖，將各程序塊在版面上布置，然后將它們相互連接即可。 控制系統(tǒng)流程圖如圖3.17所示。返回本節(jié)圖3.17 連續(xù)功能圖 3.3.5 程序結構 1. 用戶程序 1主程序

20、 2子程序 3中斷處理程序 2. 數(shù)據塊 3. 參數(shù)塊 如果編程使用的是手編器，主程序應安排到程序的最前面。其他局部的位置安排沒有嚴格的順序，但習慣上把子程序安排在中斷程序的前面。如圖3.18所示。圖3.18程序結構 返回本節(jié)3.4相關設備 手編器 計算機 人機界面 返回本章首頁手編器 工業(yè)上用的各廠商的可編程序控制器的使用中，手編器曾是主要編程設備，后來出現(xiàn)了圖形輸入設備，又出現(xiàn)了計算機編程軟件。通過通信設備，使PLC和計算機相連，用編程軟件可直接在計算機上編程，由于計算機的顯示器屏幕較大，對程序的編制和修更加方便高效。但即使是現(xiàn)在，手編器的使用仍十分廣泛，特別是用小型和微型PLC實現(xiàn)的小規(guī)模系統(tǒng)。 返回本節(jié)計算機 計算機包括個人計算機和工業(yè)計算機，在可編程序控制器系統(tǒng)的工業(yè)應用中發(fā)揮著越來越重要的作用，幾乎PLC系統(tǒng)從工程工程開發(fā)、編程、調試到系統(tǒng)的運行和維護，計算機越來越成了不可缺少的工具。返回本節(jié)人機界面 1. 構造特點 文本顯示區(qū)：可顯示兩行信息每行20個字符的液晶顯示LCD 。按鍵：共有9個鍵 。通信：通過TD/CPU電纜通用RS232接口可以提供可編程序控制器與TD 200的通信，同時可以提供TD的電源，而不必再另接電源。 電源：如果不用TD/CPU通信電纜，可以通過面板右側的電源接口連接外部電源