建筑电气控制技术 第2版 教学课件 ppt 作者 马小军 建筑电气控制技术（第二版）_第10章

1、第10章 西门子 S7-200 PLC,第一节 S7系列可编程控制器概述,德国西门子（SIEMENS）公司是很早步入中国市场的大公司，其可编程序控制器有很多种型号，最早的产品为1975年投放市场的S3系列，1979年推出了S5系列，20世纪90年代初又研制出了S7系列，并获得巨大成功。,一、概述,S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）以及工业网络（多点接口网络MPI、工业以太网、PROFIBUS现场总线等），工业软件和HMI人机界面等。,1.型号|： SIMATIC S7-200 PLC SIMATIC S7-300 PLC SIMATIC S7-400 PLC,PLC的核心CPU芯片已经升级到Intel80486，甚至采用Pentium处理器。 以极快的速度处理自动化控制任务，S7-200和S7-300的扫描速度为0.37 /指令。,2.工业通信网络,（1）工业以太网 （2）PROFIBUS现场总线 （3）MPI多点接口通信 （4）AS-i现场级通信 （5）PPI通信 （6）点对点自由通

2、信,SIMATIC S7通信网络,3.人机界面（HMI）硬件 4.SIMATIC S7工业软件 （1）编程和工程工具 （2）基于PC的控制软件 （3）人机界面软件,某种意义上说，SIMATIC系列代表了现代可编程序控制器的方向。,二、 S7-200 PLC的系统组成,S7-200系列可编程控制器作为西门子SIMATIC PLC家族中的最小成员，以其超小体积，灵活的配置，强大的内置功能，在各个领域得到广泛的应用。S7-200可提供四个不同配置的CPU：CPU221、CPU222、CPU224、CPU226，外形见图10-1，各CPU功能和技术参数见表10 -1。,图10-1 S7-200 CPU,1.S7-200 PLC的结构特点,（1）机械结构特点 （2）电气结构特点,2. S7-200 PLC的主要功能,（1）执行指令速度高 （2）丰富的指令功能 （3）灵活的中断功能 （4）输入和输出的直接查询与赋值 （5）严格的口令保护 （6）友好的调试和故障诊断功能 （7）输入或输出的强制功能 （8）通信功能,3. 扩展模块,（1）输入/输出扩展模块,（2）热电偶、热电阻扩展模块,（3）通信扩展

3、模块,S7-200系列目前有两种通信扩展模块：PROFIBUS-DP扩展从站模块（EM277）和AS-i接口扩展模块（CP243-2）。,4. 人机接口,适用于S7-200的人机接口（HMI）有许多种，如OP系列操作面板，TP系列触摸屏等，TD200文本显示器是所有S7-200人机界面的最佳解决方案，其外形如图所示。,5. 编程软件,STEP 7-Micro / WIN是在Windows平台上运行的S7-200编程软件，软件简单、易学，具有扩展功能，利用软件带的组态向导可快速地配置CPU硬件、PID控制器、文本显示器和数据通信功能等。,6. SIMATIC S7系列编程语言,（1）梯形图LAD 梯形图基于寄存器梯形逻辑电气图。在梯形图中，有一个提供能量的左母线。触点闭合可以使能量流过该器件到达下一个器件，触点打开将阻止能量流通过。任何可以连到左母线或触点的梯形组件都有输入、输出能量流。右母线不出现在梯形图中。 梯形图中，除具有能量流外，许多(不是全部)指令具有一个或多个操作数。操作数允许的参数是有范围的，不是任意的。每一条指令都规定了相应的输入和输出操作数的范围以及数据类型。,这就是用

4、图形符号表示的指令，它包括三个基本形式以及一些连线。 触点 代表逻辑“输入”条件，例如开关、按钮、内部条件等。能量流仅在常开触点闭合时通过。 线圈 （ ）通常代表逻辑“输出”结果，例如灯、接触器、中间寄存器、内部输出条件等。当有能量流输入时才会有输出。 盒(方框) 代表附加指令，例如定时器、计数器或者数学运算指令等。当能量流到此框，就能执行一定的功能。,（2）语句表STL,语句表（STL）语言类似于计算机的汇编语言，特别是用于来自计算机领域的工程人员，属于面向机器硬件的语言。,NETWORK 1 /NETWORK TITLE (single line) / /NETWORK COMMENTS / LD I0.0 /load a bit O I0.5 /or a bit A I0.1 /and a bit LD I0.6 A I0.7 OLD /or load A I0.2 A I0.3 A I0.4 = Q10.0 /output a bit,（3）功能块图(FBD),功能块图编辑器可以查看到类似普通逻辑门图形的逻辑盒指令。它没有梯形图编辑器中的触点和线圈，但是有与之等价的指令，这些指

5、令是作为盒指令出现的。程序逻辑由这些盒指令之间的连接决定，也就是说，一个指令(例如AND盒)的输出可以用来允许另一条指令(例如，定时器）从而建立所需要的控制逻辑，如下图所示。利用这样的连接可以解决范围广泛的逻辑问题。,图形逻辑门表示格式有利于程序流的跟踪。,第二节 S7-200 CPU存储器的数据类型及寻址方式,S7-200 PLC的存储器大致分为三个空间： （1）程序空间 （2）数据空间 （3）参数空间,一、数据类型,1、程序空间,该空间主要用于存放用户应用程序，程序空间容量在不同的CPU中是不同的。另CPU中的RAM区与内置EEPROM上都有程序存储器，但它们互为映像，且空间大小一样。,2、数据空间,数据存储器： 变量存储器（V） 输入信号缓存区（输入映像存储器I） 输出信号缓冲区（输出映像存储区Q） 内部标志位存储器（M）又称内部辅助继电器 特殊标志位存储器（SM）,数据对象： 定时器 计数器 高速计数器 累加器 模拟量输入输出,3、参数空间,用于存放有关PLC配置结构参数的区域，如保护口令、PLC栈地址、停电记忆保持区、软件滤波、强制操作的设定信息等，存贮器为EEPROM 。,

6、二、数据存储器寻址,在S7-200PLC中所处理数据有三种： 常数 数据存贮器中的数据 数据对象中的数据。,在S7-200的指令中可以使用字节、字、双字类型的常数。,在S7200PLC中，CPU存储器的寻址方式分为直接寻址和间接寻址两种不同的形式。 所谓直接寻址方式，即按给定地址所找到的存储单元中的内容就是操作数； 而间接寻址方式，是在存储单元中放置一个地址指针，按照这一地址找到的存储单元中的数据才是所要取的操作数，相当于间接地取得数据。,若要存取存储器区域的某一位，必须指出地址，包括存储器区域标识符、字节地址及位地址。下图是一个位寻址的例子(也称为 “字节位”寻址)。在这个例子中，存储器区以及字节地址( I：输入，3：第3字节)和位地址(第4位)之间用“”隔开。,使用这种字节寻址方式，可以按照字节、字或双字来存取许多存储器区域(V、I、Q、M及SM等)中的数据。若要存取CPU存储器中的一个字节、字或双字数据，则必须以类似位寻址的方式给出地址，包括区域标识符、数据大小以及该字节、字或双字的起始字节地址，如下图所示。,其他CPU存储器区域(如T、C、HC以及累加器AC)中存取数据使用的地

7、址格式为： 区域标识符和设备号。,三、S7-200系列PLC内的元器件 PLC的逻辑指令一般都是针对PLC内某一个元器件状态而言的这些元器件的功能是相互独立的，每种元器件用一定的字母来表示，例如：I表示输入继电器，Q表示输出继电器，T表示定时器，C表示计数器，AC表示累加器等等，并对这些元器件给予一定的编号。这种编号是采用八进制数码，即元件状态存放在指定地址的内存单元中，供编程时调用。在编制用户程序时，必须熟悉每条指令涉及的元器件的功能及其规定编号。为此，在介绍S7-200系列PLC指令系统之前，将主要使用的元器件作一介绍。,1. 输入继电器I 输入继电器是PLC中专门用来接收从外部敏感元件或开关元件发来酌信号；它与PLC的输入端子相连，可以提供许多(无限制)常开、常闭触点，供编程时使用（实质上是调用该元件的状态)。 输入点的状态，在每次扫描周期开始时采样，采样结果以“通” 或“断”的方式写入输入映像寄存器，作为程序处理时输入点状态“通”或“断” 的根据。,输入继电器的等效电路图。由输入按钮信号驱动，其常开、常闭点供编程时使用。编程时应注意，输入继电器只能由外部信号所驱动，而不能在程序

8、内部用指令来驱动，其触点不能直接输出带动负载。,2. 输出继电器Q PLC的输出端子是PLC向外部负载发出控制命令的窗口。输出继电器的外部输出触点（继电器触点、晶体管或双向可控硅元件）接到输出端子，以控制外部负载。其内部的软触点使用次数不限。 在每次扫描周期的最后，CPU才以批处理方式将输出映像寄存器（PIQ）的内容传送到输出端子去驱动外部负载。,输出继电器由程序执行结果所激励，它只有一对触点输出，直接带动负载。这对触点的状态对应于输出刷新阶段锁存电路的输出状态。同时，它还有无数对供编程使用的内部常开、常闭触点。内部使用的常开、常闭触点对应输出映像寄存器中该元件的状态（内存中）。,3.变量寄存器V S7-200系列PLC有较大容量的变量寄存器。用于模拟量控制、数据运算、设置参数等用途。变量寄存器可以bit为单位使用，也可按字节、字、双字为单位使用，其数目取决于CPU的型号。,4. 辅助继电器 M 在逻辑运算中经常需要一些中间继电器，这些继电器并不直接驱动外部负载只起到中间状态的暂存作用。在S7-200系列PLC中，中间继电器也称内部标志位(Marker)。 CPU型号不同其数量也不同。

9、,5. 特殊标志位SM 特殊标志位(SM)是用户程序与系统程序之间的界面，为用户提供一些特殊的控制功能及系统信息，用户对操作的一些特殊要求也可通过SM通知系统。 特殊标志位的数目取决于CPU的型号。,特殊标志位分为只读区和可读可写区两大部分。 在只读区的特殊标志位，用户只能利用其触点。 可读/可写特殊标志位用于特殊控制功能，例如：用于自由通信口设置的SM30。,常用的特殊存储器位,6. 状态元件S 状态元件S是使用步进控制指令编程时的重要元件，通常与步进指令LSCR、SCRT、SCRE结合使用，实现顺序功能流程图编程即SFC（Sequential Function Chart）编程。状态元件S的数目取决于CPU型号。,其他内部元件有： 定时器T、计数器C、高速计数器HSC、累加器AC、模拟量输入/输出（AIW/AOW）,第三节 S7-200指令系统,S7-200中有两类基本指令：SIMATIC指令集和IEC 1131-3指令集，程序员可以选择任何一种。,本小节主要讲解SIMATIC指令集中的常用指令及使用方法。SIMATIC指令集的内容包括：位操作类指令；数据和运算处理类指令；程序控制类指令；特殊指令。,一、基本逻辑指令,(1) LD(Load)、LDN(Load Not)和线圈驱动指令=(Out) LD：常开触点逻辑运算开始，装入常开触点。 LDN：常闭触点逻辑运算开始，装入常闭触点。 =：输出指令,线圈驱动。,LD、LDN 指令总是与母线相连(包括在分支点引出的母线)。 = 指令不能用于输入继电器，但可以并联连续使用。,LD、LDN 指令操作数为：I、Q、M、T、C、SM、S、V。 = 指令的操作数为：M、Q、T、C、SM、S 。,(2) 触点串联指令A(And) 和AN(And Not) A：常开触点串联连接。 AN：常闭触点串联连接。 A和AN指令应用于单个触点的串联(常开或常闭)，可以连续使用。 A和AN的操作数为：I、Q、M、SM、T、C、V、S。,图中的最后3条指令结构的输出形式，称为连续输出。,(3) 触点并联指令O(Or)，ON(Or Not) O

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