第1、2章S7-200 SMART PLC编程及应用

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1、S7-200 SMART PLC编程及应用 重庆大学 廖常初主编 第1章 PLC的硬件与工作原理 1.1 S7-200 SMART系列PLC 1.1.1 PLC的基本结构 1CPU模块 CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成。 2I/O模块 I/O模块是输入（Input）模块和输出（Output）模块的简称。 输入模块用来采集输入信号，输出模块用来控制外部的负载和执行器。 I/O模块还有电平转换与隔离的作用。 3编程软件 STEP 7-Micro/WIN SMART用来生成和编辑用户程序，和监控PLC的运行。 4电源 PLC使用AC 220V电源或DC 24V电源。小型PLC可以为输入电路和外

2、部的电 子传感器提供DC 24V电源。 1.1.2 S7-200 SMART的特点 1. S7-200 SMART的亮点 1）品种丰富，配置灵活，10种CPU模块，CPU模块最多60个I/O点，标准型 CPU最多可以配置6个扩展模块，经济型CPU价格便宜。 2）有4种可安装在CPU内的信号板，使配置更为灵活。 3）CPU模块集成了以太网接口和RS-485接口，可扩展一块通信信号板。 4）场效应管输出的CPU集成了100kHz的2路或3路高速脉冲输出，集成了 S7-200的位置控制模块的功能。 5）使用Micro SD（手机存储卡）可以实现程序的更新和PLC固件升级。 6）编程软件界面友好，编程

3、高效，融入了更多的人性化设计。 7）S7-200 SMART、SMART LINE触摸屏、V20变频器和V80/V60伺服系统 完美整合，无缝集成。 2先进的程序结构 3灵活方便的存储器结构，大多数存储区可以按位、字节、字和双字读写 。 4简化复杂编程任务的向导功能 5强大的通信功能 6支持文本显示器和三种系列的触摸屏。 7强大的运动控制功能 1.1.3 CPU模块 1CPU模块的技术规范 标准型CPU SR20/SR30/SR40/SR60、CPU ST20/ST30/ST40/ST60，可扩展6 个扩展模块，SR和ST分别是继电器输出和晶体管输出。经济型的CPU CR40/CR60价格便宜

4、，不能扩展。定时器/计数器各256点。 4点输入中断，2个定时中断。CPU SR60/ST60的用户存储器30KB，用户 数据区20KB，最大数字量I/O 252点。标准型CPU最大模拟量I/O 36点，4点 200kHz的高速计数器，晶体管输出的CPU有2点或3点100kHz高速输出。 2CPU模块中的存储器 PLC的程序分为操作系统和用户程序。 RAM（随机存取存储器）的工作速度高、价格便宜、改写方便。断电后 储存的信息丢失。 ROM（只读存储器）只能读出，不能写入。断电后储存的信息不会丢失。 EEPROM（可以电擦除可编程的只读存储器）的数据可以读出和改写，断 电后信息不会丢失。写入数据

5、的时间比RAM长，改写的次数有限制。用 EEPROM来存储用户程序和需要长期保存的重要数据。 1.1.4 数字量扩展模块与信号板 1数字量输入电路 有8点输入、8点输出模块，16点、32点输入/输出 模块。输出模块有DC 24V和继电器两种。 1M是同一组输入点各内部输入电路的公共点。输 入电流为数毫安。 外接触点接通时，发光二极管亮，光敏三极管饱 和导通；反之发光二极管熄灭，光敏三极管截止， 信号经内部电路传送给CPU模块。 电流从输入端流入为漏型输入，反之为源型输入 。 图1-4 输入电路 2数字量输出电路 继电器输出电路可以驱动直流负载和 交流负载，承受瞬时过电压和过电流的 能力较强，动

6、作速度慢，动作次数有限 。 场效应管输出电路只能驱动直流负载 。反应速度快、寿命长，过载能力稍差 。 3. 信号板 SB AQ01：1点模拟量输出信号板。 SB DT04：2点数字量直流输入/2点数字量场效应管输出。 SB CM01：RS485/RS232信号板。 SB BA01：电池信号板，使用CR1025 纽扣电池，保持时间大约一年。 1.1.5 模拟量扩展模块 1PLC对模拟量的处理 模拟量输入模块将模拟量转换为多位数字量。模拟量输出模块将PLC中的 多位数字量转换为模拟量电压或电流。 有4AI、2AO、4AI/2AO、2路热电阻、4路热电偶模块。 2模拟量输入模块 EM AE04有4种

7、量程（020mA、10V、5V和2.5V）。电压模式的分辨 率为11位+符号位，电流模式的分辨率为11位。 单极性满量程输入范围对应的数字量输出为027648。双极性满量程输入 范围对应的数字量输出为27648+27648。 3将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理量 【例1-1】压力变送器（010MPa）的输出信号为DC 420mA，模拟量输 入模块将020mA转换为027648的数字量，设转换后得到的数字为N，试 求以kPa为单位的压力值。 解：420mA的模拟量对应于数字量553027648，压力的计算公式为 4模拟量输出模块 EM AQ02有10V和020mA两种量程，对应的数字量分

8、别为27648 +27648和027648。满量程时电压输出和电流输出的分辨率分别为10位 + 符 号位和10位。 5热电阻扩展模块与热电偶扩展模块 温度测量的分辨率为0.1C/0.1F，电阻测量的分辨率为15位 + 符号位。 1.1.6 I/O的地址分配与外部接线 用系统块组态硬件时，编程软件自动地分配各模块和信号板的地址。 硬件组态演示 1.2 PLC的工作原理 1.2.1 用触点和线圈实现逻辑运算 用逻辑代数中的1和0来表示数字量控 制系统中变量的两种相反的工作状态。 线圈通电、常开触点接通、常闭触点断 开为1状态，反之为0状态。在波形图中 ，用高、低电平分别表示1、0状态。 图1-8

9、基本逻辑电路 图1-9 异步电动机主电路、控制电路与波形图 按下起动按钮SB1，电流经SB1和SB2的触点流过KM的线圈。KM的主触点 闭合，电动机开始运行。KM的辅助常开触点同时接通。 放开起动按钮，SB1的常开触点断开，电流经KM的辅助常开触点和SB2的 常闭触点流过KM的线圈。KM常开触点的功能称为“自锁”或“自保持”。 图1-9中的继电器电路称为起动-保持-停止电路，简称为起保停电路。逻辑 代数式为 逻辑代数式 中的加号表示逻辑“或”，乘号（或* 号）表示逻辑“与”，上划线表示逻辑“非”。逻辑运算的规则为先“与”后“或” ，括号优先。 1.4.2 PLC的工作原理 初始化后PLC反复不

10、停地分5个阶段处理各种任务。每次循环的时间称为扫 描周期。 1. 读取输入 外部输入电路接通时, 对应的过程映像输入寄存器为ON(1状态), 梯形图中 对应的常开触点闭合，常闭触点断开。反之过程映像输入寄存器为OFF(0状 态）。 2. 执行用户程序 如果没有跳转指令，CPU逐条顺序地执行用户程序。执行程序时，对输入/ 输出的读写通常是通过过程映像输入/输出寄存器，而不是实际的I/O点。 3. 通信处理 4. CPU自诊断测试 图1-10 扫描过程示意图 5. 改写输出 梯形图中某一输出位的线圈“通电”，对应的过程映像输出寄存器中的二 进制数为1，对应的硬件继电器的常开触点闭合，外部负载通电。

11、反之外部负 载断电。 可用中断程序和立即I/O指令提高PLC的响应速度。 8PLC的工作过程举例 在读取输入阶段，SB1和SB2的常开触点的接通/断开状态被读入相应的过程 映像输入寄存器。 图1-11 PLC外部接线图与梯形图 LDI0.1 OQ0.0 ANI0.2 =Q0.0 执行第一条指令时，从过程映像输入寄存器I0.1中取出二进制数，存入堆栈 的栈顶。 执行第二条指令时，从过程映像输出寄存器Q0.0中取出二进制数，与栈顶 中的二进制数相“或”，运算结果存入栈顶。 执行第三条指令时，因为是常闭触点，取出过程映像输入寄存器I0.2中的二 进制数后，将它取反，与前面的运算结果相“与”后，存入栈

12、顶。 执行第四条指令时，将栈顶中的二进制数传送到Q0.0的过程映像输出寄存 器。 在修改输出阶段，CPU将各过程映像输出寄存器中的二进制数传送给输出 模块并锁存起来，如果Q0.0中存放的是二进制数1，外接的KM线圈将通电， 反之将断电。 填空题 1) PLC主要由 、 、 和 组成。 2) 继电器的线圈“断电”时，其常开触点 ，常闭触点 。 3) 外部输入电路断开时，对应的输入过程映像寄存器为 状态，梯形图 中对应的常开触点 ，常闭触点_。 4) 若梯形图中输出Q的线圈“通电”，对应的输出过程映像寄存器为 状态 ，在修改输出阶段后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈 ，其常开触点 ，外部

13、负载 。 第2章 编程软件使用指南 2.1 编程软件概述 2.1.1 编程软件的界面 1安装编程软件 操作系统可以是Windows XP SP3、32位和64位的Windows 7。双击 setup.exe，开始安装，使用默认的安装语言简体中文。可以选择软件安装的 目标文件夹。 2项目的基本组件 1）程序块包括主程序（OB1）、子程序和中断程序，统称为POU（程序 组织单元）。 2）数据块用于给V存储器赋初值。 3）系统块用于硬件组态和设置参数。 4）符号表用符号来代替存储器的地址，使程序更容易理解。 5）状态图表用来监视、修改和强制程序执行时指定的变量的状态。 3快速访问工具栏，可自定义工具

14、栏上的命令按钮。 4菜单 带状式菜单功能区的最小化、打开和关闭。 5项目树与导航栏 项目树文件夹的打开和关闭，右键功能的使用，单击打开导航栏上的对象。 项目树宽度的调节。 6 状态栏 插入（INS）、覆盖（OVR）模式的切换，梯形图缩放工具的使用。 2.1.2 窗口操作与帮助功能 1打开和关闭窗口 2窗口的浮动与停靠，定位器的作用 3窗口的合并 4窗口高度的调整 5窗口的隐藏与停靠 6帮助功能的使用 （1）在线帮助：单击选中的对象后按F1键。 （2）用帮助菜单获得帮助 单击“帮助”菜单功能区的 “帮助”按钮，打开在线帮助窗口。 用目录浏览器寻找帮助主题。 双击索引中的某一关键词，可以获得有关的

15、帮助。 在“搜索”选项卡输入要查找的名词，单击“列出主题”按钮，将列出所有查找 到的主题。 计算机联网时单击“帮助”菜单功能区的 “支持”按钮，打开西门子的全球技术 支持网站。 2.2 程序的编写与下载 2.2.1 创建项目 1创建项目或打开已有的项目，可打开S7-200的项目。 2硬件组态 用系统块生成一个与实际的硬件系统相同的系统，设置各模块和信号板的参 数。硬件组态给出了PLC输入/输出点的地址，为设计用户程序打下了基础。 组态演示。 3保存文件 4控制要求 2.2.2 生成用户程序 1编写用户程序 2对程序段的操作 梯形图中的一个程序段只能有一块不能分开的独立电路。语句表允许将若 干个独立电路对应的语句放在一个网络中，这样的程序段不能转换为梯形图 。 选中单个、多个程序段或单个元件，可删除、复制、剪切、粘贴选中的对 象。 3单击工具栏上的按钮，打开和关闭