SIMATIC S7 PLC原理及应用 教学课件 ppt 作者 龙志文 第四章 西门子200(1)

第四章 西门子(SIEMENS)公司S7-200系列PLC,S7-200系列PLC是SIEMENS公司新推出的一种小型PLC。它以紧凑的结构、良好的扩展性、强大的指令功能、低廉的价格，已成为当代各种小型控制工程的理想控制器。 S7-200的STEP7-Micro/WIN32编程软件可以方便地在Windows环境下对PLC编程、调试、监控，使得PLC的编程更加方便、快捷。可以说，S7-200可以完美地满足各种小规模控制系统的要求。,4.1 S7-200系列PLC的系统配置,S7-200系列的主机单元的CPU共有两个系列：CPU21X及CPU22X。CPU21X系列包括CPU212、CPU214、CPU215、CPU216；CPU22X系列包括 CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM。CPU21X系列属于S7-200的第一代产品， 目前主要采用CPU22X系列，除了CPU221主机以外，其它CPU主机均可进行系统扩展。,4.1.1 结构概述,同其它的PLC一样，S7-200的系统基本组成也是由主机单元加编程器。在需要进行系统扩展时，系统组成中还可包括：数字量扩展单元模板、模拟量扩展单元模板、通信模板、网络设备、人机界面HMI等。S7-200的基本构成如图4-1所示：,图4-1 S7-200 PLC系统的基本构成,S7-200系列PLC四种CPU的外部结构大体相同，如图4-2所示,图4-2 S7-200 PLC主机外观结构图, 状态指示灯（LED）显示CPU所处的工作状态，分别为：RUN（运行），STOP（停止），TERM（Terminal终端）。 存储卡接口可以插入存储卡。 通信接口可以连接RS-485总线的通信电缆。 顶部端子盖下面为输出端子运行状态显示和PLC供电电源端子。 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，可对PLC编写程序，但不能运行；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；将开关拨向监控状态，可以运行程序，同时还可以监视程序的运行状态。接口插座用于连接扩展模块，实现I/O扩展。 底部端子盖下面为输入端子运行状态显示和传感器电源端子。,4.1.2 系统配置,一. S7-200的基本配置 因为S7-200 PLC有4种CPU，所以S7-200有4种基本配置。 1.由CPU221组成的基本配置 由CPU221基本单元组成的基本配置可以组成1个6点数字量输入和4点数字量输出的最小系统。 输入点地址为： I0.0、I0.1 I0.5 输出点地址为： Q0.0、Q0.1 Q0.3 2.由CPU222组成的基本配置 由CPU222基本单元组成的基本配置可以组成1个8点数字量输入和6点数字量输出的 较小系统。 输入点地址为： I0.0、I0.1 I0.7 输出点地址为： Q0.0、Q0.1 Q0.5,3.由CPU224组成的基本配置 由CPU224基本单元组成的基本配置可以组成1个14点数字量输入和10点数字量输出的小型系统。 输入点地址为： I0.0、I0.1 I0.7 I1.0、I1.1 I1.5 输出点地址为： Q0.0、Q0.1 Q0.7 Q1.0、Q1.1 4.由CPU226组成的基本配置 由CPU226基本单元组成的基本配置可以组成1个24点数字量输入和16点数字量输出的小型系统。 输入点地址为： I0.0、I0.1 I0.7 I1.0、I1.1 I1.7 I2.0、I2.1 I2.7 输出点地址为： Q0.0、Q0.1 Q0.7 Q1.0、Q1.1 Q1.7,二.S7-200的扩展配置 当主机单元模板上的I/O点数不够时，或者涉及到模拟量控制时，除了CPU221外，可以通过增加扩展单元模板的方法，对输入/输出点数进行扩展。 在进行I/O扩展时，要考虑以下几个因素： CPU主机模板所能连接的扩展模板数 CPU主机模板的映像寄存器的数量 CPU主机模板在5VDC下所能提供的最大扩展电流 S7-200的CPU22X系列的扩展能力见表3-4。 表4-1 S7-200的扩展能力,S7-200的CPU22X系列的扩展模板在5VDC下所消耗的电流见表3-5。 表4-2 S7-200扩展模板的消耗电流,例如：CPU224提供的扩展电流为660mA，可以有几种扩展方案： （1）4个EM223，DI16/DO16 继电器模板和2个EM221 DI8 晶体管模板，消耗的电流为 ： 4×150 + 2×30 = 660mA （2）3个EM223，DI16/DO16 继电器输出模板，2个EM231 AI4 热电阻模板，2个EM232 AO2 模拟量输出模板，消耗的电流为：3×150 + 2×60+2×20 = 610mA （3）4个EM223，DI16/DO16 晶体管输出模板，消耗的电流为：4×160 = 640mA S7-200的扩展配置的地址分配原则有两点： 第一是数字量扩展模块和模拟量扩展模块分别编址，数字量输入/输出模块要冠以字母“I/Q”，模拟量输入/输出模块要冠以字母“AI/AQ”； 第二是数字量模块的编址是以字节为单元，模拟量模块的编址是以字为单位（即以双字节为单位）。地址分配是从最靠近CPU模块的模块从左到右按字节（数字量模块）或按字（模拟量模块）递增。,4.1.3 S7-200的编程元件的寻址,可编程控制器在其系统软件的管理下，将用户程序存储器（即装载存储区）划分出若干个区，并将这些区赋予不同的功能，由此组成了各种内部器件，这些内部器件就是PLC的编程元件，编程元件的种类及数量越多，其功能就越强。这些编程元件沿用了传统继电器控制线路中继电器的名称，分别称为输入继电器、输出继电器、辅助继电器、变量继电器、定时器、计数器、数据寄存器等等。 需要说明的是，在PLC内部，并不真正存在这些实际的物理器件，与其对应的只是存储器中的某些存储单元。一个继电器对应一个基本单元(即1位，Bit)，多个继电器将占有多个基本单元；8个基本单元形成一个8位二进制数，通常称为一个字节（Byte），它正好占用普通存储器的一个存储单元，连续两个存储单元构成一个16位二进制数，通常又称为一个字（Word），或一个通道。连续的两个通道还能构成所谓的双字（Double Words）。各种编程元件，各自占有一定数量的存储单元。使用这些编程元件，实质上就是对相应的存储内容以位、以字节、以字(或通道)或双字的形式进行存取。,在S7-200中的主要编程元件如下： 1.输入继电器I 输入继电器就是PLC的存储系统中的输入映像寄存器。它的作用是接收来自现场的控制按钮、行程开关及各种传感器等的输入信号。通过输入继电器，将PLC的存储系统中与外部输入端子(输入点)建立起明确对应的连接关系，它的每1位对应1个数字量输入点。输入继电器的状态是在每个扫描周期的输入采样阶段接收到的由现场送来的输入信号的状态（“1”或“0”）。由于S7-200的输入映像寄存器是以字节为单位的寄存器，CPU一般按“字节.位”的编址方式来读取一个继电器的状态，也可以按字节（8位）、或者按字（2个字节、16位）来读取相邻一组继电器的状态。 注意：不能通过编程的方式改变输入继电器的状态，但是我们可以在编程时，通过使用输入继电器的触点，无限制的使用输入继电器的状态。在输入端子上未接输入器件的输入继电器只能空着，不能挪作它用。,2.输出继电器Q 输出继电器就是PLC存储系统中的输出映像寄存器。通过输出继电器，将PLC的存储系统与外部输出端子(输出点)建立起有着明确对应的连接关系。S7-200的输出继电器也是以字节为单位的寄存器，它的每1位对应1个数字量输出点，一般采用“字节.位”的编址方法。 输出继电器与其它内部器件的一个显著不同在于它有一个，且仅有一个实实在在的物理动合触点，用来接通负载。这个动合触点可以是有触点的(继电器输出型)，或者是无触点的(晶体管输出型或双向晶闸管输出型)。没有使用的输出继电器，可当作内部继电器使用，但一般不推荐这种用法，这种用法可能引起不必要的误解。 输出继电器Q的线圈一般不能直接与梯形图的逻辑母线连接，如果某个线圈确实不需要经过任何编程元件触点的控制，可借助于特殊继电器SM0.0的动合触点。,3.变量寄存器V S7-200中有大量的变量寄存器，用于模拟量控制控制、数据运算、参数设置及存放程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果。变量寄存器可以位为单位使用，也可按字节、字、双字为单位使用。变量寄存器的数量与CPU的型号有关，CPU221/CPU222为V0.0V2047.7，CPU224/CPU226为V0.0V5119.7。,4.辅助继电器M 在逻辑运算中，经常需要一些辅助继电器，它的功能与传统的继电器控制线路中的中间继电器相同。辅助继电器与外部没有任何联系，不可能直接驱动任何负载。每个辅助继电器对应着数据存储区的一个基本单元，它可以由所有的编程元件的触点(当然包括它自己的触点)来驱动。它的状态同样可以无限制的使用。借助于辅助继电器的编程，可使输入输出之间建立复杂的逻辑关系和联锁关系，以满足不同的控制要求。在S7-200中，有时也称辅助继电器为位存储区的内部标志位（Marker），所以辅助继电器一般以位为单位使用，采用“字节.位”的编址方式，每1位相当1个中间继电器，S7-200的CPU22X系列的辅助继电器的数量为256个（32 Byte，256 Bit）。辅助继电器也可以字节、字、双字为单位，作存储数据用。建议用户存储数据时使用变量寄存器V。,5.特殊继电器SM 特殊继电器是S7-200 PLC为CPU和用户程序之间传递信息的媒介。它们可以反映CPU在运行中的各种状态信息，用户可以根据这些信息来判断机器的工作状态，从而确定用户程序该做什么，不该做什么。这些特殊信息也需要用存储器来寄存。特殊存储器就是根据这个要求设计的。 S7-200的CPU22X系列PLC的特殊继电器的范围为SM0.0SM299.7，其中头30个字节为只读区。常用的特殊继电器及其功能如下： （1）SMB0字节（系统状态位） SM0.0：RUN监控，PLC在运行状态时，SM0.0总为ON。 SM0.1：初始脉冲，PLC由STOP转为RUN时，SM0.1 ON 1个扫描周期。 SM0.2：当RAM中保存的数据丢失时，SM0.2 ON 1个扫描周期。 SM0.3：PLC上电进入到RUN状态时， SM0.3 ON 1个扫描周期。 SM0.4：分时钟脉冲，占空比为50%，周期为1 min的脉冲串。 SM0.5：秒时钟脉冲，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，下一个扫描脉冲为OFF，交替循环。 SM0.7：指示CPU上MODE开关的位置，0=TERM，1=RUN。,（2）SM1字节（系统状态位） SM1.0 当执行某些命令时，其结果为0时，其值为1。 SM1.1 当执行某些命令时，其结果溢出或出现非法数值时，该位置1。 SM1.2 当执行数学运算时，其结果为负数时，该位置1。 SM1.6 当把一个非BCD数转换为二进制数时，该位置1。 SM1.7 当ASCII码不能转换成有效的十六进制数时，该位置1。 （3）其它常用的特殊继电器 SMB5，用于表示I/O系统发生的错误状态。 SMB34和SMB35，用于存储定时中断间隔时间。 SMB36SMB65，用于监视和控制高速计数器HSC0、HSC1、HSC2的操作。 SMB66SMB85，用于监视和控制脉冲输出（PTO）和脉冲宽度调制（PWM）功能。 SMB131SMB165，用于监视和控制高速计数器HSC3、HSC4、HSC5的操作。 SMB166SMB194，用于显示包络表的数量、包络表的地址和变量存储器在表中的首地址。 SMB200SMB299，用于表示智能模板的状态信息。,6.定时器T PLC在工作中少不了计时，定时器就是实现PLC具有计时功能的计时设备。