S7—200系列PLC基本知识

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1、第二章 S7 200可编程序控制器 2 1 PLC发展概述 2 2 S7 200 PLC系统组成 2 3 S7 200的内部资源 2 4 编址方式 2 5 可编程序控制器的指令系统 2 6 可编程序控制器的程序结构 2 7 PLC的几个特性 本章学习目的 本章以西门子公司生产的S7 200系列 小型可编程序控制器为例 介绍具体型号的 PLC 内容包括 S系列PLC发展概述 S7 200 PLC系统组成 S7 200的内部资源 编址方式 可编程序控制器的指令系统 可编程序控制器的程序结构 PLC的几个特性 返回本章首页 2 1 S系列PLC发展概述 德国的西门子 SIEMENS 公司是欧洲最大的

2、电 子和电气设备制造商 生产的SIMATIC可编程序控制器 在欧洲处于领先地位 其第一代可编程序控制器是 1975年投放市场的SIMATIC S3系列的控制系统 在1979年 微处理器技术被应用到可编程序控制 器中 产生了SIMATIC S5系列 取代了S3系列 之后 在20世纪末又推出了S7系列产品 最新的SIMATIC产品为SIMATIC S7 M7和C7等几大 系列 返回本章首页 2 2 S7 200 PLC系统组成 2 2 1 系统基本构成 2 2 2 主机结构 2 2 3 扫描周期及工作方式 2 2 4 输入输出扩展 2 2 5 主机性能指标 从CPU模块的功能来看 SIMATIC

3、S7 200系列 小型可编程序控制器发展至今 大致经历了两代 第一代产品其CPU模块为CPU 21X 主机都可 进行扩展 它具有四种不同结构配置的CPU单元 CPU 212 CPU 214 CPU 215和CPU 216 对第 一代PLC产品不再作具体介绍 第二代产品其CPU模块为CPU 22X 是在21世 纪初投放市场的 速度快 具有较强的通信能力 它具有四种不同结构配置的CPU单元 CPU 221 CPU 222 CPU 224和CPU 226 除CPU 221之外 其他都可加扩展模块 2 2 1 系统基本构成 SIMATIC S7 200系统由硬件和工业软件两大部分 构成 如图2 1所示

4、 系统基本构成 1 硬件 1 基本单元 2 扩展单元 3 特殊功能模块 4 相关设备 2 工业软件 工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发 的与之相配套的程序 文档及其规则的总和 它主要由 标准工具 工程工具 运行软件和人机接口等几大类构 成 返回本节 系统基本构成 2 2 2 主机结构 1 各CPU介绍及I O系统 1 主机外形 SIMATIC S7 200系统CPU 22X系列PLC主机 CPU模块 的外形如图4 2所示 图2 2 S7 200主机外形 2 基本结构特点 输出信号类型 电源输出 基本I O 存储安全 高速反应 模拟电位器 实时时钟 输入输出可扩展性 4种CPU各有晶体管

5、输出和继电器输出两种类 型 具有不同电源电压和控制电压 各类型的型 号如表2 1所示 表2 1 CPU型号 SIMATIC S7 200系统CPU 22X系列PLC主机及 I O特性如表2 2所示 表2 2 主机及I O特性 2 存储系统 1 存储系统 2 存储器及使用 3 存储安全 图2 3 存储系统 表2 3 存储容量 2 存储器及使用 上装和下装用户程序 定义存储器保持范围 用程序永久保存数据 存储器卡的使用 3 存储安全 1 主机CPU模块内部配备的EEPROM 上装程序时 可自 动装入并永久保存用户程序 数据和CPU的组态数据 2 用户可以用程序将存储在RAM中的数据备份到EEPRO

6、M 存储器 3 主机CPU提供一个超级电容器 可使RAM中的程序和数 据在断电后保持几天之久 4 CPU提供一个可选的电池卡 可在断电后超级电容器 中的电量完全耗尽时 继续为内部RAM存储器供电 以延 长数据所存的时间 5 可选的存储器卡可使用户像使用计算机磁盘一样来方 便地备份和装载程序和数据 返回本节 2 2 3 扫描周期及工作方式 1 扫描周期 2 工作方式 3 改变CPU工作方式的方法 图2 4 CPU的扫描周期 1 扫描周期 1 输入处理 2 执行程序 3 处理通信请求 4 执行CPU自诊断测试 5 写数字输出 2 工作方式 1 STOP方式 2 RUN方式 3 改变CPU工作方式的

7、方法 1 用PLC上的方式开关来手动切换 方式开关有 3个挡位 2 用STEP 7 Micro Win32编程软件 应首先把 主机的方式开关置于TERM或RUN位置 然后在此 软件平台用鼠标单击STOP和RUN方式按钮即可 3 在用户程序中用指令由RUN方式转换到STOP方 式 前提是程序逻辑允许中断程序的执行 返回本节 2 2 4 输入输出扩展 1 设备连接 2 最大I O配置的预算 3 输入输出及CPU组态 1 设备连接 图2 5 I O扩展示意图 2 最大I O配置的预算 1 映像寄存器数量 2 电流提供 3 模块电流 4 电流预算规则 2 电流提供 各CPU所能提供的最大5VDC电流如

8、表4 4所示 3 模块电流 CPU 22X可连接的各扩展模块消耗5VDC电 流如表2 5所示 3 输入输出及CPU组态 1 I O点数扩展和编址 2 设置输入滤波 3 设置脉冲捕捉 4 输出表配置 5 定义存储器保持范围 例如 某一控制系统选用CPU 224 系统所需的输入输出点 数各为 数字量输入24点 数字量输出20点 模拟量输入6 点 模拟量输出2点 本系统可有多种不同模块的选取组合 表2 6所示为其中的 一种可行的系统输入输出组态状况 若按表2 6的扩展方式 各模块在I O链中 的位置排列方式也可以有多种 图2 6所示为其 中的一种模块连接形式 图2 6 扩展连接图 S7 200 CP

9、U为每个主机数字量输入提供了脉冲捕捉功 能 它可以使主机能够捕捉小于一个扫描周期的短脉冲 并将其保持到主机读到这个信号 但前提是只有通过 滤波器后 脉冲捕捉才有效 此外 在一个给定的扫描 周期内如果有不只一个脉冲 则只有第一个脉冲可以被 捕捉到 几种情况下的脉冲捕捉波形如图2 7所示 图2 7 脉冲捕捉波形图 表2 7 22X主机主要技术指标 返回本节 2 2 5 主机性能指标 S7 200 22X各主机的主要技术性能指标如下表 2 7所示 1 输入映像寄存器 I 输入继电器 1 输入映像寄存器的工作原理 输入继电器是PLC用来接收用户设备输入信号的接口 PLC中的 继电器 与继电器控制系统中

10、的继电器有本质性 的差别 是 软继电器 它实质是存储单元 每一个 输入继电器 线圈都与相应的PLC输入端相连 如 输入继 电器 I0 0的线圈与PLC的输入端子0 0相连 当外部开 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 由于存储单元可以无限次 的读取 所以有无数对常开 常闭触点供编程时使用 编 程时应注意 输入继电器 的线圈只能有外部信号来驱 动 不能在程序内部用指令来驱动 因此 在用户编制的 梯形图中只应出现 输入继电器 的触点 而不应出现 输入继电器 的线圈 2 3 S7 200的内部资源 2 输入映像寄存器的地址分配 S7 200输入映像寄存器区

11、域有IB0 IB15共16个字节 的存储单元 系统对输入映像寄存器是以字节 8位 为 单位进行地址分配的 输入映像寄存器可以按位进行操作 每一位对应一个数字量的输入点 如CPU224的基本单元 输入为14点 需占用2 8 16位 即占用IB0和IB1两个字 节 而I1 6 I1 7因没有实际输入而未使用 用户程序中 不可使用 但如果整个字节未使用如IB3 IB15 则可作 为内部标志位 M 使用 输入继电器可采用位 字节 字或双字来存取 输入 继电器位存取的地址编号范围为I0 0 I15 7 2 3 S7 200的内部资源 2 输出映像寄存器 输出继电器 1 输出映像寄存器的工作原理 输出继电

12、器 是用来将输出信号传送到负载的 接口 每一个 输出继电器 线圈都与相应的PLC输 出相连 并有无数对常开和常闭触点供编程时使用 除此之外 还有一对常开触点与相应PLC输出端相连 如输出继电器Q0 0有一对常开触点与PLC输出端子 0 0相连 用于驱动负载 输出继电器线圈的通断状 态只能在程序内部用指令驱动 2 3 S7 200的内部资源 2 输出映像寄存器的地址分配 S7 200输出映像寄存器区域有QB0 QB15共16个 字节的存储单元 系统对输出映像寄存器也是以字节 8位 为单位进行地址分配的 输出映像寄存器可 以按位进行操作 每一位对应一个数字量的输出点 如CPU224的基本单元输出为

13、10点 需占用2 8 16位 即占用QB0和QB1两个字节 但未使用的位和字节均 可在用户程序中作为内部标志位使用 输出继电器可采用位 字节 字或双字来存取 输出 继电器位存取的地址编号范围为Q0 0 Q15 7 2 3 S7 200的内部资源 3 变量存储器V 变量存储器主要用于存储变量 可以存放数据 运算的中间运算结果或设置参数 在进行数据处理 时 变量存储器会被经常使用 变量存储器可以是 位寻址 也可按字节 字 双字为单位寻址 其位 存取的编号范围根据CPU的型号有所不同 CPU221 222为V0 0 V2047 7共2KB存储容量 CPU224 226为V0 0 V5119 7共5K

14、B存储容量 2 3 S7 200的内部资源 4 内部标志位存储器 中间继电器 M 内部标志位存储器 用来保存控制继电器的中 间操作状态 其作用相当于继电器控制中的中间继 电器 内部标志位存储器在PLC中没有输入 输出端 与之对应 其线圈的通断状态只能在程序内部用指 令驱动 其触点不能直接驱动外部负载 只能在程 序内部驱动输出继电器的线圈 再用输出继电器的 触点去驱动外部负载 内部标志位存储器可采用位 字节 字或双字 来存取 内部标志位存储器位存取的地址编号范围 为M0 0 M31 7共32个字节 256个 2 3 S7 200的内部资源 5 特殊标志位存储器SM PLC中还有若干特殊标志位存储

15、器 特殊标志 位存储器位提供大量的状态和控制功能 用来在 CPU和用户程序之间交换信息 特殊标志位存储器 能以位 字节 字或双字来存取 CPU224的SM的位 地址编号范围为SM0 0 SM179 7共180个字节 其中 SM0 0 SM29 7的30个字节为只读型区域 2 3 S7 200的内部资源 常用的特殊存储器的用途如下 SM0 0 运行监视 SM0 0始终为 1 状态 当PLC运行时可以利用其 触点驱动输出继电器 在外部显示程序是否处于运行状态 SM0 1 初始化脉冲 每当PLC的程序开始运行时 SM0 1线圈接通一个 扫描周期 因此SM0 1的触点常用于调用初使化程序等 SM0 3

16、 开机进入RUN时 接通一个扫描周期 可用在启动操作之前 给设备提前预热 SM0 4 SM0 5 占空比为50 的时钟脉冲 当PLC处于运行状态时 SM0 4产生周期为1min的时钟脉冲 SM0 5产生周期为1s的时钟脉冲 若将 时钟脉冲信号送入计数器作为计数信号 可起到定时器的作用 SM0 6 扫描时钟 1个扫描周期闭合 另一个为OFF 循环交替 SM0 7 工作方式开关位置指示 开关放置在RUN位置时为1 SM1 0 零标志位 运算结果 0时 该位置1 SM1 1 溢出标志位 结果溢出或非法值时 该位置1 SM1 2 负数标志位 运算结果为负数时 该位置1 SM1 3 被0除标志位 2 3 S7 200的内部资源 6 局部变量存储器L 局部变量存储器L用来存放局部变量 局部变量存储 器L和变量存储器V十分相似 主要区别在于全局变量是 全局有效 即同一个变量可以被任何程序 主程序 子 程序和中断程序 访问 而局部变量只是局部有效 即 变量只和特定的程序相关联 S7 200有64个字节的局部变量存储器 其中60个字 节可以作为暂时存储器 或给子程序传递参数 后4个字 节作为系统的保留字