第4章硬件系統(tǒng)及內(nèi)部資源.ppt

1、1,第四章 S7-200 PLC基礎(chǔ)知識,2,本章內(nèi)容,4.1 概述 4.2 硬件系統(tǒng) 4.3 內(nèi)部資源 4.4 尋址方式 4.5 指令系統(tǒng) 4.6 程序結(jié)構(gòu) 4.7 S7-200 PLC的幾個特性, S7-200 PLC基礎(chǔ)知識,3,德國西門子公司是歐洲最大的電子和電氣設(shè)備制造商，生產(chǎn)的SIMATIC可編程序控制在歐洲處于領(lǐng)先地位。 年，其第一代PLC（SIMATICS系列）投放市場； 年，采用微處理技術(shù)的SIMATICS系列問世，取代了S系列，不久便升級為U系列和H系列，如SU系列，很多至今還在廣泛使用。 世紀(jì)末推出了S系列產(chǎn)品，它包括：S系列、 S系列、S系列 S系列是小型PLC，經(jīng)歷了

2、兩代： 第一代產(chǎn)品：CPU模塊為CPUX，有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元； 第二代產(chǎn)品：CPU模塊為CPUX，世紀(jì)初投放市場,4.1 概述,4,SIMATIC S7-200屬于西門子小型PLC系列產(chǎn)品，適用于各行各業(yè)、各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化應(yīng)用。S7-200系列功能表現(xiàn)在以下幾個方面：極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能；實時特性；強勁的通信能力；豐富的擴(kuò)展模塊。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。S7-200系列具有極高的性能價格比。,4.1 概述,5,4.2 S7-200 PLC的硬件系統(tǒng),硬件系

3、統(tǒng)的基本構(gòu)成 基本單元 擴(kuò)展單元 特殊功能模塊 相關(guān)設(shè)備 軟件, S7-200 PLC基礎(chǔ)知識,6,4.2 S7-200 PLC的硬件系統(tǒng),主機結(jié)構(gòu)及性能特點 主機外形, S7-200 PLC基礎(chǔ)知識,7,4.2 S7-200 PLC的硬件系統(tǒng),主機結(jié)構(gòu)及性能特點 CPU型號 CPU221 CPU222 CPU224 CPU224XP CPU226, S7-200 PLC基礎(chǔ)知識,8,S7-200系列PLC，4種不同的基本型號CPU221、CPU222、CPU224和CPU226的技術(shù)指標(biāo)如表。,4.2 S7-200 PLC的硬件系統(tǒng),9,PLC的輸入輸出端子的接線有工作電源、輸入端子和輸出端

4、子三部分。另外一般PLC還提供一個24V的傳感器輸出電源，供周邊的傳感器使用，也可以用作本機的輸入輸出端子的電源。當(dāng)PLC為DC/DC/DC時，傳感器輸出電源與工作電源并不是并聯(lián)的，這時也可以直接用工作電源作為本機的輸入輸出端子的電源，但不可以再與傳感器輸出電源并在一起。 不同的PLC的輸入輸出端子的接線可能不同，一定注意閱讀手冊。PLC的接線端子的電源一定不能接錯，否則會造成PLC不能正常工作，甚至造成PLC硬件損壞。 CPU的工作電源、輸入端子電源和輸出端子電源一般為DC/DC/DC和AC/DC/RLY。圖2-23和圖2-24分別是CPU226DC/DC/DC和CPU226AC/DC/RL

5、Y端子接線示意圖。,4.2 S7-200 PLC的硬件系統(tǒng),10,圖2-23 CPU226DC/DC/DC端子接線示意圖,11,圖2-24 CPU226AC/DC/RLY端子接線示意圖,12,4.2 S7-200 PLC的硬件系統(tǒng),主機結(jié)構(gòu)及性能特點 CPU的主要特點和技術(shù)規(guī)范 供電電壓 輸出方式：晶體管 (DC) 和繼電器 (DC/AC) 輸出兩種類型 集成電源：主機上集成24V電源,可連接傳感器和執(zhí)行機構(gòu); 高速計數(shù) 脈沖輸出 集成模擬電位器：兩個模擬電位器可改變對應(yīng)的特殊寄存器的數(shù)值; 實時時鐘 存儲系統(tǒng) 保持型數(shù)據(jù)存儲器 永久型存儲器 存儲卡, S7-200 PLC基礎(chǔ)知識,13,4.

6、2 S7-200 PLC的硬件系統(tǒng),I/O的擴(kuò)展和功能的擴(kuò)展 為什么要進(jìn)行I/O擴(kuò)展？ I/O擴(kuò)展模塊 擴(kuò)展模塊包括數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊。數(shù)字量擴(kuò)展模塊的輸入電源一般為直流24V，而輸出電源則有直流、交流和繼電器三種形式。 功能擴(kuò)展模塊, S7-200 PLC基礎(chǔ)知識,14,擴(kuò)展方法：面板安裝和標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝,4.2 S7-200 PLC的硬件系統(tǒng),15,最大I/O配置的預(yù)算,表2.3 主機及擴(kuò)展模塊指標(biāo),影響擴(kuò)展的因素： 映像寄存器的數(shù)量； CPU為擴(kuò)展模塊所能提供的最大電流； 每種擴(kuò)展模塊所消耗的電流。 電流預(yù)算規(guī)則： 在一個控制系統(tǒng)中所有擴(kuò)展模塊消耗的電流不能超過CPU所提供的電流。,4

7、.2 S7-200 PLC的硬件系統(tǒng),16,4.2 S7-200 PLC的硬件系統(tǒng),I/O點的擴(kuò)展 編址原則 同類型輸入或輸出點的模塊進(jìn)行順序編址。 對于數(shù)字量，輸入/輸出映像寄存器的單位長度為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。 對于模擬量，輸入/輸出以2個字節(jié)（1個字）遞增方式來分配空間。, S7-200 PLC基礎(chǔ)知識,17,例1 某控制系統(tǒng)選用CPU224 ，系統(tǒng)所需的輸入輸出點數(shù)各為：數(shù)字量輸入為24 點、數(shù)字量輸出為20 點、模擬量輸入6點和模擬量輸出為2點。 其中一種模塊的連接形式：,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; 各模塊消耗電流：3040304030170mA660mA;,4.2 S7-200 PLC的硬件系統(tǒng),18,4.2 S7-200 PLC的硬件系統(tǒng), S7-200 PLC基礎(chǔ)知識,19,軟元件 它是由電子電路、寄存器及存儲器單元等組成的具有一定功能的器件，如用戶使用的每一個輸入輸出、內(nèi)部存儲單元、定時器和計數(shù)器等都稱為軟元件。為與傳統(tǒng)的繼電器相區(qū)別，也可稱之為軟繼電器。軟繼電器的最大特點是其觸點 可無限次使用，體積小、功耗低、壽命長。 各軟元件功能不同，但地址固定，軟元件的數(shù)量是有限的，

9、其量的多少決定了PLC的規(guī)模和數(shù)據(jù)處理能力。 每種器件用一定的字母來表示，同類器件用編號區(qū)分，位地址編號采用八進(jìn)制數(shù)碼。,4.3 S7-200 PLC的內(nèi)部資源,20,軟元件 輸入繼電器（I） 輸出繼電器（O） 中間繼電器（M） 特殊繼電器（SM） 變量存儲器（V） 局部變量存儲器（L） 順序控制繼電器（S） 定時器（T） 計數(shù)器（C） 模擬量輸入寄存器（AI）/模擬量輸出寄存器（AO） 高速計數(shù)器（HC）,4.3 S7-200 PLC的內(nèi)部資源,21,（1） 輸入繼電器I （I0.0I15.7) 輸入繼電器I是PLC中專門用來接收從外部開關(guān)元件發(fā)來的信號，它與PLC的輸入端子相連，可以提供常

10、開常閉觸點（無限次使用） ，供編程時使用。 輸入繼電器I與輸入映像區(qū)相對應(yīng)，CPU22X系列的輸入映像區(qū)為128位 ，以字節(jié)為單位，即IB0IB15，每一位對應(yīng)與一個數(shù)字量輸入點，實際的輸入I不能超過這個數(shù)量，未用的輸入映像區(qū)可作為其它編程來使用，如當(dāng)通用輔助繼電器M使用 其輸入繼電器的等效電路圖如下：,注意：輸入繼電器只能由外部信號所驅(qū)動，而不能由程序內(nèi)部指令來驅(qū)動，其觸點也不能直接輸出帶動負(fù)載。,4.3 S7-200 PLC的內(nèi)部資源,22,（2）輸出繼電器Q （Q0.0Q15.7),輸出繼電器Q與輸出映像區(qū)相對應(yīng)， CPU22X系列的輸出映像區(qū)為128位 ，以字節(jié)為單位，即QB0QB15

11、，它的每一位對應(yīng)一個數(shù)字量輸出點， PLC 輸出繼電器的外部輸出觸點接到輸出端子，對外部負(fù)載進(jìn)行控制。 其輸出繼電器的等效電路如下：,4.3 S7-200 PLC的內(nèi)部資源,23,通用輔助繼電器如同接觸控制系統(tǒng)中的中間繼電器，不直接驅(qū)動外部負(fù)載，只起到中間狀態(tài)的暫存作用。通用輔助繼電器（M）又稱內(nèi)部位存儲器，它一般以位為單位使用，但也能以字節(jié)、字、雙字為單位使用。中間繼電器在程序中常常作為中間變量，也可以定義或組態(tài)為標(biāo)志位。,(3) 通用輔助繼電器M（M0.0M31.7),4.3 S7-200 PLC的內(nèi)部資源,24,(4) 特殊標(biāo)志繼電器SM（SM0.0SM179.7),用來存儲系統(tǒng)的狀態(tài)變

12、量和有關(guān)的控制參數(shù)和信息。SM提供了大量的狀 態(tài)和控制功能，并能起到在CPU和用戶程序之間交換信息的作用。,只讀型：SM0.0SM29.7 可寫型：其它,SM分為,如：SM0.0 :該位始終為1 SM0.1 :初始化脈沖，首次掃描為1，以后為0，只讀型； SM0.2 : 當(dāng)RAM中保存的數(shù)據(jù)丟失時，SM0.2 ON 一個掃描周期； SM0.3 :PLC上電進(jìn)入RUN狀態(tài)時，SM0.3 ON一個掃描周期； SM0.4 : 分脈沖，占空比為50 ，周期為1MIN的脈沖串； SM0.5 :秒脈沖，占空比為50 ，周期為1S的脈沖串； SM0.6: 掃描時鐘，一個掃描周期為ON，下一個周期為OFF，交

13、替循環(huán)； SM0.7: 指示CPU上MODE開關(guān)的位置，TERM (0), RUN (1); SMB 28:模擬調(diào)節(jié)器0 （0255）； SMB 29:模擬調(diào)節(jié)器1 （0255）。,4.3 S7-200 PLC的內(nèi)部資源,25,（5）變量存儲器V 用來存儲變量。它可以存放程序執(zhí)行過程中控制邏輯操作的中間結(jié)果，也可以使用變量存儲器來保存與工序或任務(wù)相關(guān)的其它數(shù)據(jù)。 存儲變量的容量與CPU型號相關(guān),4.3 S7-200 PLC的內(nèi)部資源,26,（6）局域變量存儲器L （L0.0L63.7) 局部數(shù)據(jù)（L）是在塊或子程序運行時使用的臨時變量。局部變量使用 前需要在塊或子程序的變量聲明表中聲明。局部變

14、量為塊或子程序提供傳 送參數(shù)和存放中間結(jié)果的臨時存儲空間。塊或子程序執(zhí)行結(jié)束后，局部數(shù) 據(jù)存儲空間將可以重新分配，用于作為其它塊或子程序的臨時變量。 局域變量與全局變量的區(qū)別是一個是局域有效，一個是全局有效。S7 200 PLC提供了64個字節(jié)的局域存儲器，其中60個可用作暫態(tài)存儲器或 給子程序傳遞參數(shù)。,4.3 S7-200 PLC的內(nèi)部資源,27,(6) 順序控制繼電器S （S0.0S31.7 ) 主要用在順序控制和步進(jìn)控制中。 （8）定時器T （T0T255） 定時器（T）類似于繼電器電路中的時間繼電器，但它的精度更高，定時精度分為1ms,10ms 和100ms三種，根據(jù)需要由編程者選用

15、。定時器的類型有接通延時和斷開延時等。定時器的數(shù)量隨CPU型號不同而不同。 定時器除了有狀態(tài)值(長度為位)之外，還有當(dāng)前值（長度為字）。 （9）計數(shù)器C （C0C255） 用來累計輸入脈沖的個數(shù)，也是應(yīng)用非常廣的編程元件； 計數(shù)器有累加計數(shù)器、累減計數(shù)器、增減計數(shù)器。,4.3 S7-200 PLC的內(nèi)部資源,28,（10）模擬量輸入映像寄存器AI，模擬量輸出映像寄存器AQ （AIW0AIW30 ，AQW0AQW30） 模擬量輸入電路用以實現(xiàn)模擬量數(shù)字量（A/D)之間的轉(zhuǎn)換，模擬量輸出電路 用以實現(xiàn)數(shù)字量模擬量（D/A)之間的轉(zhuǎn)換； PLC處理的是數(shù)字量，數(shù)字量的長度是一個字，且從偶數(shù)號字節(jié)進(jìn)行

16、編址如， 0、2、4、6、8等； AI只能讀，AQ只能寫。 （11）高速計數(shù)器HC或HSC（HC0HC5 ） 用來累計比主機的掃描速度更快的高速脈沖，其當(dāng)前值值為32位（雙字長）的符號整數(shù)，且為只讀值； CPU221，CPU222：HC0、HC3、HC4、HC5； CPU224，CPU226：HC0HC5 （12）累加器AC （AC0AC3） 用來暫存數(shù)據(jù)的寄存器，可存放運算數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)，也可用來向子程序傳遞參數(shù)或從子程序返回參數(shù)。,4.3 S7-200 PLC的內(nèi)部資源,29,4.3 S7-200 PLC的內(nèi)部資源,軟元件 累加器（AC） 根據(jù)使用場合不同，可以作為字節(jié)、字和雙字

17、使用, S7-200 PLC基礎(chǔ)知識,30,31,4.4 S7-200 PLC的尋址方式,數(shù)據(jù)類型, S7-200 PLC基礎(chǔ)知識,1）位（bit，簡稱b） 常稱為BOOL（布爾型），只有兩個值：0或1。如：I0.0，Q0.1，M0.0，V0.1等。 2）字節(jié)（Byte） 一個字節(jié)（Byte）等于8位（Bit），其中0位為最低位，7位為最高位。如：IB0（包括I0.0I0.7位），QB0（包括Q0.0Q0.7位），MB0，VB0等。范圍：00FF（十進(jìn)制的0255）。,32,3）字（Word） 相鄰的兩字節(jié)（Byte）組成一個字（Word），來表示一個無符號數(shù)，因此，字為16位。如：MW0是由

18、MB0和MB1組成的，其中M是存儲區(qū)域標(biāo)識符，W表示字，0是字的起始字節(jié)。需要注意的是，字的起始字節(jié)（如上例中的“0”）一般是偶數(shù)。字的范圍為十六進(jìn)制的0000FFFF（即十進(jìn)制的065536）。在編程時要注意，如果已經(jīng)用了MW0，如再用M0.0等數(shù)據(jù)要特別注意它們的關(guān)系。,4.4 S7-200 PLC的尋址方式,33,4）雙字（Double Word） 相鄰的兩個字（Word）組成一個雙字，來表示一個無符號數(shù)。因此，雙字為32位。如：MD100是由MW100和MW102組成的，其中M是區(qū)域標(biāo)識符，D表示雙字，100是雙字的起始字節(jié)。需要注意的是，雙字的起始字節(jié)（如上例中的“100”）和字一樣

19、，一般是偶數(shù)。雙字的范圍為十六進(jìn)制的0FFFFFFFF（即十進(jìn)制的04294967295）。在編程時要注意，如果已經(jīng)用了MD100，如再用MW100或MW102要特別加以小心。,4.4 S7-200 PLC的尋址方式,34,5）16位整數(shù)（INT，Integer） 整數(shù)為有符號數(shù)，最高位為符號位，1表示負(fù)數(shù)，0表示正數(shù)。范圍為3276832767。 6）32位整數(shù)（DINT，Double Integer） 32位整數(shù)和16位整數(shù)一樣，為有符號數(shù)，最高位為符號位，1表示負(fù)數(shù)，0表示正數(shù)。范圍為21474836482147483647。 7）浮點數(shù)（R，Real） 浮點數(shù)為32位，可以用來表示小數(shù)

20、。 8）常數(shù)的表示方法 常數(shù)可以是字節(jié)、字或雙字，CPU以二進(jìn)制方式存儲，也可以用十進(jìn)制，十六進(jìn)制ASCII碼或浮點數(shù)形式來表示，如表所示。,4.4 S7-200 PLC的尋址方式,35,常數(shù)表示方法,4.4 S7-200 PLC的尋址方式,36,37,尋址是高級語言里面的概念，尋址分為立即數(shù)尋址、直接尋址和間接尋址。 1.立即數(shù)尋址：直接給出常數(shù)，這種獲取操作數(shù)的方式稱為立即數(shù)尋址； 2.直接尋址：直接給出數(shù)據(jù)存儲器和數(shù)據(jù)對象的區(qū)域符（I、Q、M、V、T、C等）及器件的序號對數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問的方式稱為數(shù)據(jù)的直接尋址。 直接尋址簡單說就是根據(jù)變量名直接獲取數(shù)據(jù)，絕大部分的應(yīng)用中均采用直接尋址。I0

21、.0、IB0、MW0、MB100、T0、T33和C0等均是直接尋址。,4.4 S7-200 PLC的尋址方式,38,4.4 S7-200 PLC的尋址方式,直接尋址的編址格式, S7-200 PLC基礎(chǔ)知識,39,4.4 S7-200 PLC的尋址方式,直接尋址的編址格式, S7-200 PLC基礎(chǔ)知識,其基本格式為：ATX .Y,40,4.4 S7-200 PLC的尋址方式,位尋址：Ax.y 可以進(jìn)行位尋址的編程元件有：I、Q、M、SM、L、V、S等。, S7-200 PLC基礎(chǔ)知識,41,4.4 S7-200 PLC的尋址方式,直接尋址 特殊元件的尋址格式 T、C、HC、AC等，直接寫出其

22、編號即可。 T、C的地址編號有2個含義：位和當(dāng)前值。 AC的特殊性：字節(jié)、字、雙字 字節(jié)、字、雙字的尋址格式, S7-200 PLC基礎(chǔ)知識,42,變量在存儲器上是以字節(jié)為基本單位，按字節(jié)的編號為順序進(jìn)行保存的。但當(dāng)以字或雙字為單位訪問這些數(shù)據(jù)單元時，組成字或雙字的字節(jié)順序是不尋常的。以中間變量存儲區(qū)MB0MB3為例，MW0包括了MB0和MB1，需要注意的是MW0的高8位為MB0，低8位為MB1；MD0包括了MB0MB3，從最高8位到最低8位的排列順序為MB0 、MB1、MB2和MB3。,4.4 S7-200 PLC的尋址方式,43,3.間接尋址 在指令中給出地址指針，通過地址指針間接地訪問想

23、要訪問的數(shù)據(jù)存儲器或者數(shù)據(jù)對象區(qū)。間接尋址方式可尋址的區(qū)域有：輸入映像存儲區(qū)I、輸出映像存儲區(qū)Q、輔助繼電器區(qū)M、全局變量存儲區(qū)V、定時器區(qū)（當(dāng)前值）T、計數(shù)器區(qū)（當(dāng)前值）C和數(shù)據(jù)塊D。間接尋址首先要建立地址指針，然后根據(jù)指針獲取數(shù)據(jù)。,在S7-200中用符號“&”表示取地址指針，符號“*”號表示該操作數(shù)為指針。,4.4 S7-200 PLC的尋址方式,44,4.4 S7-200 PLC的尋址方式,間接尋址的步驟 建立指針 使用間接尋址對某個存儲器單元讀、寫時，首先要建立地址指針。指針為雙字長，是所要訪問的存儲單元的32位的物理地址。可作為指針的存儲區(qū)有：變量存儲器（V）、局部變量存儲器（L）和累加器（AC1、