第4章 硬件系统及内部资源要点课件.ppt

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1、10:23,1,河北科技大学自动化系,4.1 概述4.2 硬件系统4.3 内部资源4.4 寻址方式4.5 指令系统4.6 程序结构,第4章 S7-200 PLC基础知识,10:23,2,河北科技大学自动化系,4.1 概述,学习PLC时，对象的选择绝大多数PLC是相似的；为以后学习IEC61131-3编程语言打下基础。为什么要讲S7-200 PLC?市场占有率高；和现场总线的发展方向一致；目前市场上最流行的现场总线就是以西门子为主导而开发的Profibus总线。S7-200 PLC的发展CPU21*，CPU22*（2004年推出）,10:23,3,河北科技大学自动化系,4.2.1 硬件系统的基本

2、构成主机单元：CPU、存储器、输入输出点和电源。扩展单元：数字量和模拟量的输入输出扩展。特殊功能模块：运动控制模块、特殊通信模块等。相关设备：编程设备、人机操作界面和网络设备等。软件：STEP7-Micro/WIN、WinCC 等。,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,10:23,4,河北科技大学自动化系,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,4.2.2 主机结构及性能特点,按照I/O点数多少不同和效能不同有五种不同结构配置的品种，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226，每个品种又分出两种类型，一种是24V供电/晶,1、主机模块,体管输出，一种是AC2

3、20供电/继电器输出，所以一共有10种CPU模块。,10:23,5,河北科技大学自动化系,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,CPU 224XP,10:23,6,河北科技大学自动化系,CPU2216输入/4输出，无扩展能力，有一定的高速计数功能和通信功能，适合少数点的控制系统。CPU2228输入/6输出，最多可以扩展两个模块。,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,CPU22414输入/10输出，和前两者相比，程序存储容量扩大了一倍，数据存储容量扩大了四倍，最多可以扩展7个模块，有内置时钟，是使用得最多的产品。,10:23,7,河北科技大学自动化系,CPU224XP大部分功能和CPU22

4、4相同，最大区别为，该型号在主机上增加了2输入/1输出的模拟量单元和一个通信口。,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,10:23,8,河北科技大学自动化系,CPU22624输入/16输出，和224相比，程序存储容量扩大了一倍，数据存储容量增加到10K，具有两个通信接口。,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,10:23,9,河北科技大学自动化系,供电电压：DC24V、AC220。输出方式：晶体管、继电器；AC/DC/RLY、DC/DC/DC。集成电源：主机集成有24V直流电源。高速计数：CPU224XP的高速计数输入脉冲频率可达200KHz。脉冲输出： CPU224XP有两路最大达100

5、KHz的高频脉冲。集成模拟电位器：可以用模块上的电位器来改变它对应的特殊寄存器中的数值，可以实时更改程序运行中的一些参数，如定时器/计数器的设定值和过程量的控制参数等。实时时钟：记录机器运行时间或对过程进行时间控制。,2、CPU模块的主要特点和技术规范,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,10:23,10,河北科技大学自动化系,3、存储系统,保持型数据存储器：超级电容保持50100h，电池卡200天。永久型存储器：可以使用用户程序把一些数据写入永久存储器（小于100万次）。存储卡,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,10:23,11,河北科技大学自动化系,4.2 S7-200 PLC的

6、硬件系统,4.2.3 I/O的扩展及功能的扩展,当CPU的IO点数不够用或需要进行特殊功能的控制时，就要进行系统扩展。,1、I/O扩展模块,输入扩展模块EM221，共三种 产品：8点和16点DC，8点AC。输出扩展模块EM222，共五种产品：8点DC和4点DC(5A)、8点AC、8点继电器和4点继电器10A。输入输出混合扩展模块EM223，共六种产品，其中DC输入DC输出的有三种，DC输入继电器输出的有三种，他们对应的输入/输出点数分别为4点、8点和16点。,10:23,12,河北科技大学自动化系,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,模拟量输入扩展模块EM231，共三种产品，4路模拟输入（

7、标准的电流或电压信号）、2路热电阻输入和4路热电偶输入，热电阻和热电偶可以直接连接到模块上而不需要使用变送器。模拟量输出扩展模块EM232，只有一种产品：2路模拟量输出。模拟量输入输出扩展模块EM235，只有一种产品：4路AI和1路AO（注意：这里虽只有一路输出但占用两路输出地址）。,10:23,13,河北科技大学自动化系,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,2、功能扩展模块,调制解调器模块EM241，用于替代连接于CPU通信口的外部Modem，可通过电话线、Modbus协议进行PLC to PC 或PLC to PLC的通信。定位模块EM253，用于高精度的运动控制系统。集成的脉冲接口能

8、产生高达200KHz的脉冲信号，能够独立于CPU工作。Profibus-DP模块EM277，通过该模块将PLC连接到Profibus-DP网络中，使其作为DP网络的一个从站。以太网模块CP243-1，把S7-200PLC连接到工业以太网，波特率10/100M，RJ45接口，TCP/IP协议。,10:23,14,河北科技大学自动化系,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,以太网模块CP243-1 IT，除CP243-1功能外，还支持FTP客户端/服务器和E-mail等。AS-i接口模块CP243-2，可以把PLC连接到AS-i网络中，从而使其成为AS-i网络中的主站。SIWAREX MS称重模

9、块，将测量传感器电压转换为重量，该模块可与多个电子称配合使用。SINAUT MD720-3调制解调器，通过GSM网络建立基于IP的数据传输，可自动建立GPRS连接实现移动无线通信。,10:23,15,河北科技大学自动化系,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,10:23,16,河北科技大学自动化系,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,3、I/O点数扩展和编址,每种主机上集成的I/O点，其地址是固定的。点数扩展时，可以在CPU右边连接多个扩展模块，每个扩展模块的组态地址编号取决于各模块的类型和该模块在I/O链中所处的位置。编址方法：同种类型输入或输出点的模块在链中按与主机的位置而递增；其他

10、类型模块的有无以及所处的位置不影响本类型模块的编号。比如模拟量模块不会影响数字量模块的地址编排。,10:23,17,河北科技大学自动化系,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,同类型输入或输出点的模块进行顺序编址。对于数字量，输入/输出映像寄存器的单位长度为8位（1个字节），本模块高位实际位数未满8位的，未用位不能分配给I/O链的后续模块。对于模拟量，输入/输出以2点或两个通道（2个字）递增方式来分配空间。本模块中未使用的通道地址不能被后续的同类模块继续使用，后续地址的编排须重新从新的2个字以后的地址开始。,编址原则,实例：某系统选用CPU224（14DI/10DO），所需输入/输出点数为：

11、数字量输入24点，数字量输出20点，模拟量输入6点和模拟量输出2点。,10:23,18,河北科技大学自动化系,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,10:23,19,河北科技大学自动化系,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,最大I/O配置的预算,（1）电流提供：即主机所能提供给扩展模块的电流。各CPU所能提供的最大5VDC电流如表所示。,CPU提供的电流,（2）模块电流CPU 22X可连接的各扩展模块消耗5VDC电流如下表所示。,10:23,20,河北科技大学自动化系,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,10:23,21,河北科技大学自动化系,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,

12、4、HMI人机界面（Human Machine Interface）。是操作员与机器之间的桥梁，除了能代替和节省大量的I/O点外，还能完成各种各样的参数设定、画面显示、数据处理的任务。与S7-200PLC配套的HMI主要有：文本显示器TD200和TD400C、触摸屏TP170A和TP170B、覆膜键盘显示器OP170A、OP170B等。,TD200,TP170B,10:23,22,河北科技大学自动化系,4.3 S7-200 PLC的内部资源,4.3.1 软元件（软继电器）,用户使用的PLC中每一个输入/输出、内部存储单元、定时器和计数器等都称为软元件。各元件有其不同的功能，有固定的地址。软元件

13、的数量决定了PLC的规模和数据处理能力，每一种PLC的软元件是有限的。软元件是PLC内部的具有一定功能的器件，这些器件实际上是由电子电路和输入/输出映像寄存器构成。它们具有继电器的特性，但没有机械性的触点。,10:23,23,河北科技大学自动化系,4.3 S7-200 PLC的内部资源,编程时用户只需记住软元件的地址即可。软元件的地址编排采用区域号加区域内编号的方式。即PLC根据软元件功能不同，分成许多区域，如输入/输出继电器区、定时器区、计数器区、特殊继电器区等，分别用I、Q、T、C、SM等来表示。,4.3.2 软元件介绍,1、输入继电器（I） 输入继电器一般都有一个PLC的输入端子与之对应

14、，它用于接收外部的开关信号。当外部的开关信号闭合，则输入继电器的线圈得电，在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。,10:23,24,河北科技大学自动化系,4.3 S7-200 PLC的内部资源,2、输出继电器（Q）输出继电器一般都有一个PLC上的输出端子与之对应。当通过程序使得输出继电器线圈得电时，PLC上的输出端开关闭合，它可以作为控制外部负载的开关信号，同时在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。在每个扫描周期的输入采样、程序执行等阶段，并不把输出结果信号直接送到输出继电器，而是送到输出映像寄存器，只有在每个扫描周期的最后阶段才将输出映像寄存器中的结果同时送到输出锁存器，对输出点进行刷新。,

15、10:23,25,河北科技大学自动化系,4.3 S7-200 PLC的内部资源,3、特殊继电器（SM）用户可以通过特殊标志来沟通PLC与被控对象之间的信息。表示状态：SMB0、SMB1和SMB5；SMB0的详细位信息SM0.0: RUN监控，PLC在RUN状态时，SM0.0总为1。SM0.1:初始脉冲，首次扫描为1，以后为0，常用对程序初始化。,10:23,26,河北科技大学自动化系,4.3 S7-200 PLC的内部资源,4、通用辅助继电器（M） 通用辅助继电器的作用和继电接触器控制系统中的中间继电器相同，在PLC中没有输入/输出端与之对应，因此它的触点不能驱动外部负载。这是与输出继电器的主

16、要区别。它主要起逻辑控制作用。5、变量存储器（V） 用来存储变量，可以存放程序执行中控制逻辑操作的中间结果，或者保存与工艺或任务有关的其他数据。这些数据可以使数值也可以是0或1的逻辑值。6、局部变量存储器（L） 用来存放局部变量。变量只和特定程序相关联。,10:23,27,河北科技大学自动化系,4.3 S7-200 PLC的内部资源,7、顺序控制继电器（S） 用于顺序控制或步进控制中，如果被使用在顺序控制中，它也可以当做一般的中间继电器使用。8、定时器（T） 用法与时间继电器基本相同，但它没有瞬动触点。9、模拟量输入映像寄存器（AI）、 模拟量输出映像寄存器（AQ） 数据量长度为一个字长（16

17、位），且从偶数号字节进行编 址。两种的存取方式不同，模拟量输入寄存器只能读不能写，模拟量输出寄存器只能写不能读。,10:23,28,河北科技大学自动化系,4.3 S7-200 PLC的内部资源,10、计数器（C） 用来累计输入脉冲的个数。11、高速计数器（HC） 用来累计比主机扫描速率更快的高速脉冲。12、累加器（AC） 用来暂存数据的寄存器。S7-200PLC提供4个32位累加器，分别为AC0、AC1、AC2、AC3。累加器的可用长度为32位，数据长度可以是字节、字或双字，但实际中，数据长度取决于进出累加器的数据类型。,10:23,29,河北科技大学自动化系,4.3 S7-200 PLC的内

18、部资源,实例：若累加器AC1中的内容是,Most Significant Bit最高有效位,Least Significant Bit最低有效位,则分别对AC1进行字节、字和双字的数据传送操作后,MOVB AC1, VB200 /(VB200)=78字节传送,MOVW AC1, VW200 /(VB200)=56字传送 /(VB201)=78,MOVD AC1, VW200 /(VB200)=12双字传送 /(VB201)=34/(VB202)=56/(VB203)=78,10:23,30,河北科技大学自动化系,4.3 S7-200 PLC的内部资源,10:23,31,河北科技大学自动化系,4

19、.3 S7-200 PLC的内部资源,10:23,32,河北科技大学自动化系,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,4.4.1 数据类型,S7-200 PLC数据类型可以是字符串、布尔型（0或1）、整型和实型（浮点数）。实数采用32位单精度表示。,常数数据长度可为字节、字和双字，在机器内部的数据都以二进制存储，但常数的书写可以用二进制、十进制、十六进制、ASCII码或浮点数（实数）等多种形式。,10:23,33,河北科技大学自动化系,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,4.4.2 直接寻址,S7-200PLC的存储单元是按字节进行编址。每个单元都有唯一的地址，这种直接指出元件名称的寻址方

20、式称作直接寻址。,10:23,34,河北科技大学自动化系,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,A：元件名称，即该数据在数据存储器中的区域地址。T：数据类型，若为位寻址则无该项；若为字节、字或双字寻址，则T的取值分别为B、W和D。x：字节地址。y：字节内的位地址。,10:23,35,河北科技大学自动化系,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,位寻址Ax.y,10:23,36,河北科技大学自动化系,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,字节、字和双字的寻址格式,对字节、字和双字的数据，直接寻址时需指明元件名称、数据类型和存储区域内的首字节地址。,10:23,37,河北科技大学自动化系,4.

21、4 S7-200 PLC的寻址方式,特殊器件的寻址格式,T、C、HC、AC等，直接写出其编号即可。T、C的地址编号有2个含义：比如T10，即表示T10的定时器位状态信息，又表示该定时器的当前值。AC的特殊性：数据长度可以是字节、字或双字，使用时只标出累加器的地址编号即可。,4.4.3 间接寻址,在处理多个连续单元的多个数据时，用间接寻址非常方便。,10:23,38,河北科技大学自动化系,4.5 S7-200 PLC的指令系统,4.5.1 编程语言新旧CPU版本的不同所造成的影响梯形图 语句表功能块图,4.5.2 几个基本概念1.输出线圈和指令盒在梯形图中，输出形式有两种：输出线圈指令盒,10:23,39,河北科技大学自动化系,2. 网络块网络是一个最小的独立的逻辑块，整个梯形图程序就是由许多网络块组成的。,4.5 S7-200 PLC的指令系统,10:23,40,河北科技大学自动化系,4.6 S7-200 PLC的程序结构,用户程序主程序子程序中断程序 数据块主要用于存放控制程序运行所需的数据。 参数块存放CPU组态数据。,PLC程序由三部分构成:用户程序、数据块和参数块。,