第3章 S7系列PLC概述

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1、第3章 S7 系列 PLC 概述,高等职业教育机电系列教材,教学目的和要求,熟悉S7-200 PLC的规格、系统构成，掌握S7-200 CPU存储器的数据类型及寻址方式。 教学手法 根据教学内容的不同，采用“情景导入法”、“问题探究法”、“直观教学法”、“分析归纳法”、“案例分析法”、“ 案例驱动法”等教学方法。 授课重点与难点 重点存储器区域的寻址方式。 难点PLC 的内部配置与 IO 接口 。,授课要点与授课设计,3.1 S7-200系列PLC的构成 2学时 及性能指标 3.2 S7-200 CPU存储器数据类型 及寻址方式 2学时 3.3 S7-300和S7-400系列PLC简介 教学设

2、计：首先主要讲解S7-200系列 PLC的组成、性能指标及其功能；然后讲解S7-200 CPU存储器的数据类型及寻址；重点介绍S7-200 CPU存储器区域的直接寻址。 作业: 3.1 3.2 3.4 3.5,3.1 S7-200系列PLC的构成 及性能指标 3.2 S7-200 CPU存储器数据类型 3.3 S7-300和S7-400系列PLC简介 本章小结,3.1.1 S7-200 系统功能概述 3.1.2 S7-200 PLC的构成及性能指标 3.1.3 S7-200 CPU的工作过程和工作方式,3.1 S7-200系列PLC的构成 及性能指标,3.1.1 S7-200 系统功能概述,S

3、IMATIC S7-200系列 PLC是小型PLC，全部采用整体式结构，其硬件系统由CPU模块和丰富的扩展模块构成。 S7-200 PLC除具有基本的控制功能外，还具有： （1）功能强大的指令集； （2）丰富强大的通讯功能 ； （3）编程软件的易用性 ：Step7-Micro/WIN32编程软件为用户提供了开发、编辑和监控的良好编程环境。,1S7-200 PLC主要组成 S7-200系列PLC主要有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226四种主机CPU型号，全部是整体式结构。该系列PLC的硬件系统主要包含：基本单元（或称主机、CPU模块）、扩展模块、特殊功能模块、编程器等外设。

4、(1)基本单元内由CPU、存储器、基本输入/输出（I/O）点数及电源等组成。它是PLC系统中必不可少的部分。它实际上已是一个能独立实现一定控制任务的完整的控制系统。S7-200 主机外形如图 。,3.1.2 S7-200 PLC的构成及性能指标,图3-1 S7-200 主机外形如图：,各部分的主要作用: CPU负责执行程序和存储数据,以便对工业自动控制任务或过程进行控制; 输入/输出是系统的控制点,输入部分从现场设备(如开关、传感器等)中采集信号，输出部分则控制电动机、电磁阀及其它被控设备； 电源向CPU及其所连接的模块提供电力。 通讯端口允许将S7-200 CPU与编程器或其它设备连接起来，

5、完成通信任务； 状态信号灯显示了CPU的工作模式（运行RUN或停止STOP），还显示主机I/O的当前状态以及检查出的系统错误；,（2）扩展模块是用来增加I/O点数的部件，用户可根据实际需要灵活地改变系统的输入/输出点数。不同型号的PLC所能连接的扩展模块数量有所不同（详见表4.1） 。 （3）特殊功能模块是用来增加PLC控制功能的部件。如将高速计数器模块、通信模块、PID模块等与主机连接可完成相应的特殊控制功能。,2S7-200 CPU主要性能指标 对于每个型号，西门子提供DC（24V）和AC（120220V）两种供电的CPU类型。四种CPU均有晶体管输出和继电器输出两种类型。如CPU224

6、DC/DC/DC和CPU224 AC/DC/Relay，其含义如下：,表3-1 S7-200 CPU 通用规范,表3.2 S7-200 CPU主要性能指标,3. 扩展模块 S7-200 CPU为了扩展I/O点数和执行特殊的功能，可以连接扩展模块（CPU 221 除外）。 扩展模块主要有：数字量I/O模块、模拟量I/O模块、通讯模块和特殊功能模块。如： EM221DI8XDC24V(8点24V DC 数字量输入扩展模块) EM222DO8XDC24V(8点24V DC数字量晶体管输出扩展模块) CP 243-1（工业以太网通讯模块） 常用扩展模块所消耗5V DC电流详见表3-3。,表 3-3 常

7、用扩展模块所消耗5V DC电流,4CPU存储器的保持 （1）CPU提供了一个EEPROM来永久保存用户程序、选择的数据区和CPU的组态数据； （2）CPU提供了一个超级电容器，在CPU掉电时保存完整的RAM存储器。根据CPU模块类型，超级电容器可保存RAM存储器达几天之久； （3）CPU提供了一个可选的电池卡，当CPU掉电后，可延长RAM存储器保持的时间。电池卡只有在超级电容器耗尽后才提供电源。,5电源计算 每个实际项目都要就电源容量进行规划计算。 不同规格的CPU提供5V DC和24V DC电源的容量不同(表3-1)。每个CPU模块都有一个24V DC传感器电源, 它为本机输入点和扩展模块继

8、电器线圈提供24V DC。如果电源要求超出CPU 24V DC的供电能力，可增加一个外部的24V DC给扩展模块继电器线圈供电。CPU还要为扩展模块提供5V电源，如扩展模块的5V电源需求超出CPU的供电能力，就必须减少扩展模块数量或改变模块配置。,6. 最大I/O配置 S7-200 CPU虽然具有相同大小的I/O映像区，但不同CPU的最大I/O还受下面几种情况的限制： （1）模块数量：CPU 221 不能扩展；CPU 222 最多扩展2个模块；CPU 224及226最多扩展7个模块 。 （2）数字量映像寄存器大小： （3）模拟量映像寄存器大小： （4）CPU内部电源所能提供的5V DC电源容量

9、和每种扩展模块所消耗的电流。 表3-2列出了S7-200 CPU的最大I/O配置。,7. I/O地址分配规则 CPU组态指的是配置PLC系统的主机及相连的各个模块的功能和参数，使其在一定的方式下工作。其主要内容有I/O地址分配规则等。 S7-200 系列PLC的每种类型CPU模块提供的主机I/O点具有固定的I/O地址。当需要扩展时，可将I/O扩展模块接到CPU右边。每个扩展模块的地址由I/O类型及模块在I/O链中的位置决定。S7-200共有4类I/O： 数字量输入（DI）、数字量输出（DO）、 模拟量输入（AI）、模拟量输出（AQ）。,I/O地址分配规则是： 1) 每一类I/O分别排列地址，从

10、CPU开始算起，I/O点从左到右按由小到大的规律排列，扩展模块的类型和位置一旦确定，则它的I/O点地址也随之确定。 2) CPU给数字量扩展模块的输入输出映像寄存器的单位长度为8位（1个字节），某模块实际位不足8位的，没有使用的高位也不能分配给I/O链的后续模块。 3) CPU给模拟量扩展模块是以2字节递增方式来分配空间。,I/O地址分配举例： 如某PLC控制系统需要的输入输出点数为：数字量输入25点、数字量输出21点，模拟量输入5点、模拟量输出2。 能够满足此要求的配置有多种，表3-6列出了其中的一种,该种配置共有数字量输入26点、数字量输出22点、模拟量输入8点、模拟量输出2点，可满足控制

11、系统的需要。,表3-4 I/O地址分配举例,3.1.3 S7-200 CPU的工作过程和工作方式,1. S7-200 CPU 的工作过程 S7-200 CPU周而复始地执行一系列任务，每执行一次称为一个扫描周期。在一个扫描周期内CPU执行以下操作： （1）读输入 （2）执行用户程序 （3）处理通讯请求 （4）执行自诊断 （5）输出处理,对第(2)点的说明：如果在程序中使用了中断，与中断事件相关的中断程序就作为程序的一部分存储下来。中断程序并不作为正常扫描周期的一部分来执行，而是当中断事件发生时才执行（中断事件可能发生在扫描周期的任意点上）. 不论在主程序或中断程序执行过程中，立即I/O指令允许

12、用户对输入点和输出点直接存取。 对采用直接方式的模拟量的输入输出, 其处理与立即I/O指令的方式大致相同。,2S7-200 CPU 的工作模式 （1）停止模式（STOP）：CPU不执行程序，这时可以向CPU装载程序或配置CPU。 （2）运行模式（RUN）：CPU运行程序。,3.2 S7-200CPU存储器的数据类型 及寻址方式,3.2.1 S7-200CPU存储器数据类型 及表示方法 3.2.2 存储器区域的直接寻址 3.2.3 存储器区域的SIMATIC 间接寻址,S7-200 将信息存于不同的存储器单元，每个单元都有唯一的地址，只要明确指出要存取的存储地址，用户程序就可以直接存取其中的信息

13、。在S7-200 PLC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。 直接寻址方式：按给定地址所找到的存储单元中的内容就是操作数。 间接寻址方式：使用指针来存取存储器中的数据。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器中的数据才是所要取的操作数。,3.2.1 S7-200CPU存储器数据类型 及表示方法,SIMATIC S7-200 系统PLC的数据类型有：逻辑型、整型和实型（或浮点型）。实数采用32位单精度来表示。表3-7列出了不同的数据长度所表示的数值范围。 在许多S7-200指令中经常会使用到常数。常数值可为字节、字和双字。CPU以二进制方式存储所有常数，也可用十进制、十六进制、ASCII码或浮点数形式来表示，表3-8列出了常数的各种表示方式。,表3-5 数据长度和数值范围,表4-6 常数的表示,3.2.2 存储器区域的直接寻址,1. 编程元件 编程元件是PLC内部的具有一定功能的各种单元电路，由于它们与物理元件有很大的差别，一般称它们为“软继电器”（虚拟继电器）,也就是说PLC内部含有成千上万个肉眼看不见的虚拟继电器。每一个编程元件与PLC的元件映像寄存器的一个存储单元相对应。,