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1、,西门子公司生产的SIMATIC可编程控制器主要有S5和S7两大系列。目前，早期的S5系列PLC产品已被新研制生产的S7系列所替代。S7系列以结构紧凑、可靠性高、功能全等优点，在自动控制领域占有重要地位。,SIMATIC S7系列PLC又分为S7-400、S7-300和S7-200 共3个子系列，分别为S7系列的大、中、小（微）型PLC系统。SIMATIC S7-200系列PLC是西门子公司生产的具有高性价比的小型可编程控制器，由于它结构小巧，运行速度高，价格较低，因此在工业生产中得到广泛应用。,6.1 S7200系列PLC系统的构成,S7-200系列 PLC系统由主机（基本单元）、I/O扩展
2、单元、功能单元（模块）和外部设备等组成。S7-200 PLC主机（基本单元）的结构形式为整体式结构。,图6-1 S7-200系列 CPU结构,6.1.1 CPU224型PLC的结构,主机（基本单元）是PLC系统的控制核心，也是一个最简单的PLC控制系统。S7-200系列的主机型号都是以CPU开头的。S7-200系列PLC有CPU 21X和CPU 22X两代产品，其中CPU 22X型PLC有CPU 221，CPU 222，CPU 224和CPU 226四种基本型号。,6.1.1 CPU224型PLC的结构,1. 整体式PLC的结构分析,CPU 224主机可独立工作，完成简单的控制功能。主机箱体内
3、部有以微处理器为内核的PLC主板，具有完全意义的控制、运算、存储功能。另外，外部设有RS-485通讯接口，用以连接编程器（手持式或PC机）、文本图形显示器、PLC网络等外部设备；还设有工作方式开关，模拟电位器，I/O扩展接口，工作状态指示和用户程序存储卡，I/O接线端子排及发光指示等。,2 . CPU224型PLC的结构特点,(1)基本单元I/O,CPU 22X型PLC，具有两种不同的电源供电电压，输出电路分为继电器输出和晶体管DC输出两大类。CPU 22X系列PLC可提供4个不同型号的多种基本单元供用户选用，其类型及参数如表6-1所示。,(2) 高速反应性,CPU 22X PLC可以处理和输
4、出高速脉冲，可以处理普通I/O端口无法处理的高速信号，这使PLC系统的功能大大加强。,CPU 224 PLC有6个高速计数脉冲输入端（I0.0I0.5），最快的响应速度为30KHz，用于捕捉比CPU扫描周期更快的脉冲信号。,CPU 224 PLC有2个高速脉冲输出端（Q0.0、Q0.1），输出脉冲频率可达20KHz。用于PTO（高速脉冲束）和PWM（宽度可变脉冲输出）高速脉冲输出。,S7-200 CPU存储器系统由RAM和EEPROM两种存储器构成，用以存储用户程序、CPU组态（配置）、程序数据等。当执行程序下载操作时，用户程序、CPU组态（配置）、程序数据等由编程器送入RAM存储器区，并自动
5、拷贝到EEPROM区，永久保存。 系统还具有完善的数据保护功能。系统掉电时，系统自动将RAM中M存储器的内容保存到EEPROM存储器。上电恢复时，用户程序及CPU组态（配置）自动从EEPROM的永久保存区读取到RAM中，如果V和M存储区内容丢失时，EEPROM永久保存区的数据会复制到RAM中去。,( 3) 存储系统,模拟电位器用来改变特殊寄存器（SM32、SM33）中的数值，以改变程序运行时的参数，如定时、计数器的预置值，过程量的控制参数等。,CPU 224 PLC还支持外扩存储卡，存储卡是用来扩展PLC的数据存储资源的器件，也称扩展卡。扩展卡有EEPROM存储卡、电池和时钟卡等模块。EEPR
6、OM存储模块，用于用户程序的拷贝复制。电池模块，用于长时间保存数据，使用CPU 224内部存储电容数据存储时间达190小时，而使用电池模块数据存储时间可达200天。,(4) 模拟电位器,(5) 存储卡,6.2 S7200系列PLC的内部元器件,6.2.1 PLC的内部元器件,PLC是以微处理器为核心的电子设备。PLC内部设计了编程使用的各种元器件，PLC与继电器控制的根本区别在于PLC采用的是软器件，以程序实现各器件之间的连接。 下面从元器件的功能、存储空间、存储方式、寻址方式等角度，叙述各种元器件的使用方法。,1. 内部元件的功能,CPU 22X 系列PLC内部的元器件有很多，它们在功能是相
7、互独立的。在数据存储区为每一种元器件分配一个存储区域。每一种元器件用一组字母表示器件类型，字母加数字表示数据的存储地址。如I表示输入映像寄存器（又称输入继电器）；Q表示输出映像寄存器（输出继电器）；M表示内部标志位存储器；SM表示特殊标志位存储器；S表示顺序控制存储器（又称状态元件）；V表示变量存储器；L表示局部存储器；T表示定时器；C表示计数器；AI表示模拟量输入映像寄存器，AQ表示模拟量输出映像寄存器；AC表示累加器；HC表示高速计数器等。下面分别介绍这些内部器件的定义、功能和使用方法。,(1) 输入/输出映像寄存器（I/Q）,输入/输出映像寄存器包括输入映像寄存器I和输出映像寄存器Q。
8、输入/输出映像寄存器都是以字节为单位的寄存器，可以按位操作，它们的每1位对应一个数字量输入/输出接点。不同型号主机的输入/输出映像寄存器区域大小和I/O点数参考主机技术性能指标。扩展后的实际I/O点数不能超过I/O映像寄存器区域的大小，I/O映像寄存器区域未用的部分可当作内部标志位M或数据存储器（以字节为单位）使用。 输入映像寄存器（输入继电器）的等效电路如图6-3所示，输出映像寄存器（输出继电器）的等效电路如图6-4所示。,图6-3 输入映像寄存器（输入继电器）的等效电路图,图6-4 输出映像寄存器（输出继电器）的等效电路图,(2) 内部标志位（M）,顺序控制继电器S又称状态元件，用来组织机
9、器操作或进入等效程序段工步，以实现顺序控制和步进控制。可以按位、字节、字或双字来存取存储区的数据。编址范围S0.0S31.7。,内部标志位（M）可以按位使用，作为控制继电器（又称中间继电器），用来存储中间操作数或其它控制信息。也可以按字节、字或双字来存取存储区的数据。编址范围M0.0M31.7。,(3) 顺序控制继电器（S）,(4) 变量存储器（V）,变量存储器V用以存储运算的中间结果，也可以用来保存工序或任务相关的其它数据，如模拟量控制，数据运算，设置参数等。变量存储器可按位使用，也可按字节、字或双字使用。变量存储器存储空间较大， CPU 224和CPU226有VB0.0VB5119.7共5
10、K字节的存储空间。,局部存储器（L）和变量存储器（V）很相似，主要区别在于局部存储器（L）是局部有效的，变量存储器（V）则是全局有效。 S7-200有64个字节的局部存储器，编址范围LB0.0LB63.7。其中60个字节可以用作暂时存储器或者给子程序传递参数，最后4个字节为系统保留字节。S7-200 PLC根据需要分配局部存储器。当主程序执行时，64个字节的局部存储器分配给主程序；当中断或调用子程序时，将局部存储器重新分配给相应程序。局部存储器在分配时，PLC不进行初始化，初始值是任意的。 可以用直接寻址方式按字节、字或双字来访问局部存储器，也可以把局部存储器作为间接寻址的指针，但不能作为间接
11、寻址的存储区域。,(5) 局部存储器（L）,PLC中定时器相当于时间继电器，用于延时控制。S7-200 CPU中的定时器是对内部时钟累计时间增量的设备。 定时器用符号T和地址编号表示，编址范围T0T255（22X）；T0T127(21X)。定时器的主要参数有定时器预置值，当前计时值和状态位。 。,(6) 定时器（T）,计数器主要用来累计输入脉冲个数。其结构与定时器相似，其设定值（预置值）在程序中赋予，有1个16位的当前值寄存器和1位状态位。当前值寄存器用以累计脉冲个数，计数器当前值大于或等于预置值时，状态位置1。 S7-200 CPU提供有三种类型的计数器，一种增计数；一种减计数；另一种增/减
12、计数。计数器用符号C和地址编号表示。,(7) 计数器（C）,(8) 模拟量输入/输出映像寄存器（AI/AQ）,S7-200的模拟量输入电路将外部输入的模拟量（如温度、电压）等转换成1个字长（16位）的数字量，存入模拟量输入映像寄存器区域，可以用区域标志符（AI），数据长度（W）及字节的起始地址来存取这些值。因为模拟量为1个字长，起始地址定义为偶数字节地址，如AIW0，AIW2，AIW62，共有32个模拟量输入点。模拟量输入值为只读数据。,S7-200模拟量输出电路将模拟量输出映像寄存器区域的1个字长（16位）数字值转换为模拟电流或电压输输出。可以用标识符（AQ）、数据长度（W）及起始字节地址来
13、设置。,因为模拟量输出数据长度为16位，起始地址也采用偶数字节地址，如AQW0，AQW2，AQW62，共有32个模拟量输出点。用户程序只能给输出映像寄存器区域置数，而不能读取。,图6-7 存取模拟量输出值,(9) 累加器（AC）,累加器是用来暂存数据的寄存器，可以同子程序之间传递参数，以及存储计算结果的中间值。S7-200 CPU中提供了4个32位累加器AC0AC3。累加器支持以字节（B）、字（W）和双字（D）的存取。按字节或字为单位存取时，累加器只使用低8位或低16位，数据存储长度由所用指令决定。累加器操作见图6-8。,(10) 高速计数器（HC）,CPU 22X PLC提供了6个高速计数器
14、（每个计数器最高频率为30KHz）用来累计比CPU扫描速率更快的事件。高速计数器的当前值为双字长的符号整数，且为只读值。高速计数器的地址由符号HC和编号组成，如HC0、HC1HC5。,(11) 特殊标志位存储器（SM）,SM存储器提供了CPU与用户程序之间信息传递的方法，用户可以使用这些特殊标志位提供的信息，SM控制S7-200 CPU的一些特殊功能。特殊标志位可以分为只读区和读写区两大部分。CPU 224的SM编址范围为SM0.0 SM179.7共180个字节，CPU 214为SM0.0 SM85.7共86个字节。其中SM0.0SM29.7的30个字节为只读型区域。,可编程控制器的硬件结构是
15、软件编程的基础，S7-200 PLC各编程元器件及操作数的有效编程范围如表6-3和表6-4所示。,2.各种元件的编程范围,1. 数据存储器的分配,PLC具有强大的数据存储能力，数据存储区为每一种元器件分配一个存储区域。,6.2.2 PLC的数据存储,S7-200按元器件的种类将数据存储器分成若干个存储区域，每个区域的存储单元按字节编址，每个字节由8位组成。可以进行位操作的存储单元，每1位都可以看成是有0、1状态的逻辑器件。,2. 数值表示方式,(1) 数值类型及范围,S7-200系列在存储单元所存放的数据类型有布尔型（BOOL）、整数型（INT）和实数型（REAL）三种。表6-5给出了不同长度
16、数值所能表示的整数范围。,布尔型数据指字节型无符号整数。常用的整型数据包括单字长（16位）和双字长（32位）符号整数两类。实数（浮点数）采用32位单精度数表示，数据范围是正数：1.175495E-38到+3.402823E+38；负数：-1.175495E-38到-3.042823E-38。,(2) 常数,6.2.2 PLC的数据存储,在S7-200的许多指令中使用常数，常数值的长度可以是字节、字或双字。CPU以二进制方式存储常数，可以采用十进制，十六进制，ASC码或浮点数形式书写常数。下面是上述常用格式书写常数的例子：,S7-200将信息存于不同的存储单元，每个单元有一个唯一的地址，系统允许用户以字节、字、双字为单位存、取信息。提供参与操作的数据地址的方法，称为寻址方式。S7-200数据寻址方式有立即寻址、直接寻址和间接寻址三大类。立即寻址的数据在指令中以常数形式出现，直接寻址和间接寻址方式有位、字节、字和双字4中寻址格式，下面对直接寻址和间接寻址方式加以说明。,6.2.3 寻址方式,1. 直接寻址方式,6.2.3 寻址
