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1、第二章 S700系列PLC硬件系统及内部资源,一、S系列PLC发展概述 德国西门子公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商，生产的SIMATIC可编程 序控制在欧洲处于领先地位。 年，其第一代PLC（SIMATIC S系列）投放市场； 年，采用微处理技术的SIMATIC S系列问世，取代了S系列，不久便升级为U系列和H系列，如SU系列，很多至今还在广泛使用。 世纪末推出了S系列产品，它包括：S系列、 S系列、S系列 S系列是小型PLC，经历了两代： 第一代产品：CPU模块为CPUX，有四种不同结构配置的CPU单元； 第二代产品：CPU模块为CPUX，世纪初投放市场,CPU221不能扩展,二、硬件系
2、统,1. 系统基本构成 硬件系统的配置采用整体式加积木式，即主机中包含一定数量的I/O，和还可扩展各种功能模块 基本单元：CPU模块，存储器，基本I/O点和电源； 扩展单元：输入输出扩展的设备； 特殊功能模块：与主机相连为完成特殊控制任务的模块； 相关设备：编程设备，人机操作界面，网络设备； 工业软件：为更好管理和使用该设备而开发的与之配套的的程序，文档及规则的总和，主要由标准工具，工程工具，运行软件和人机接口等几大类组成。,图2.1 S7200 PLC组成,三、主机结构,1. 主机外形,图2.2 S7200主机外形,2. 基本结构特点 S7-200 PLC只有晶体管和继电器输出两种类型,有不
3、同的电源电压和控制电压,表2.1 CPU 型号,主机上集成24V电源,可连接传感器和执行机构; 具有存储数据安全:主机内部有EEPROM,可永久保存用户程序数据和CPU的组态数据;具有超级电容和电池,可长时间保存RAM的数据;可选的存储卡; 高速反应: 脉冲捕促功能,中断输入,高速计数器,脉冲输出; 两个模拟电位器:可改变对应的特殊寄存器SMB28和SMB29的数值; 实时时钟:对信息加注时间标记,记录机器运行时间,或对过程进行时间控制; 输入输出可扩展,3. 存储系统 存储系统的类型是RAM 和EEPROM，存储系统如图2.3 所示：,EEPROM,RAM,图2.3 存储系统,S7200程序
4、组成： 用户程序：组织块，必选 数据块：执行时用到和生成的数据 参数块：CPU的组态数据 存储系统的使用： 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,可选,表2.3 存储器容量,四、输入输出扩展,1. 输入输出连接方法 扩展方法：面板安装和标准导轨安装,2. 最大I/O配置的预算,表2.3 主机及扩展模块指标,影响扩展的因素： 映像寄存器的数量； CPU为扩展模块所能提供的最大电流； 每种扩展模块所消耗的电流。 电流预算规则： 在一个控制系统中所有扩展模块消耗的电流不能超过CPU所提供的电流。,3. I/O点数扩展与编址,编址方法 同种类型输入输出点的模块在链中按与主机的位置
5、而递增，其它类型的模块的有无以及所处位置不影响本类型模块的编号。 例1 某控制系统选用CPU224 ，系统所需的输入输出点数各为：数字量输入为24 点、数字量输出为20 点、模拟量输入6点和模拟量输出为2点。 其中一种模块的连接形式：,660mA,30mA,40mA,30mA,40mA,30mA,DI:14+8+4=26; DO:10+8+4=22; AI:4+4=8; AO:1+1=2; 各模块消耗电流：3040304030170mA660mA;,3. I/O点数扩展与编址,各模块地址： 主机CPU I/O：I0.0I1.5，Q0.0Q 1.1 (八进制）； EM1： I2.0I2.7； E
6、M2： Q2.0Q2.7； EM3： AIW0AIW6，AQW0； EM4： I3.0I3.3 , Q3.0Q3.3； EM5： AIW8AIW14， AQW2； 组态规则： 同类型输入或输出点的模块进行顺序编址； 对于数字量，输入或输出映像寄存器的单位长度为8位（一个字节），本模块高度未满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个字节（一个字）递增方式来分配空间。,4. 主机性能指标,五、S7200 系列PLC的内部资源,软元件（软继电器） 它是由电子电路、寄存器及存储器单元等组成的具有一定功能的器件，如用户使用的每一个输入输出、内部存储单元、定时器和计数器等都
7、称为软元件。为与传统的继电器相区别，也可称之为软继电器。软继电器的最大特点是其触点 可无限次使用。 各软元件功能不同，但地址固定，软元件的数量是有限的，其量的多少决定了PLC的规模和数据处理能力。 每种器件用一定的字母来表示，同类器件用编号区分，位地址编号采用八进制数码。 如 I：输入继电器 Q：输出继电器 T：定时器 C：计数器 AC：累加器 SM：特殊标志继电器,2、各软元件介绍（输入/输出、内部存储单元、定时器、计数器等）,（1） 输入继电器I （I0.0I15.7) 输入继电器I是PLC中专门用来接收从外部开关元件发来的信号，它与PLC的输入端子相连，可以提供许多（无限次）常开常闭触点
8、，供编程时使用。 输入继电器I与输入映像区相对应，CPU22X系列的输入映像区为128 ，即IB0IB15，实际的输入I不能超过这个数量，未用的输入映像区可作为其它编程来使用，如当通用辅助继电器M使用。 其输入继电器的等效电路图如下：,注意：输入继电器只能由外部信号所驱动，而不能由程序内部指令来驱动，其触点也不能直接输出带动负载。,（2）输出继电器Q （Q0.0Q15.7),PLC 输出继电器的外部输出触点接到输出端子，对外部负载进行控制。 其输出继电器的等效电路如下：,(3) 通用辅助继电器M（M0.0M31.7),通用辅助继电器如同接触控制系统中的中间继电器，不直接驱动外部负载，只起到中间
9、状态的暂存作用。 （4）变量存储器V 用来存储变量。它可以存放程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果，也可以使用变量存储器来保存与工序或任务相关的其它数据。 存储变量的容量与CPU型号相关,(5) 特殊标志继电器SM（SM0.0SM179.7),用来存储系统的状态变量和有关的控制参数和信息。SM提供了大量的状态和控制功能，并能起到在CPU和用户程序之间交换信息的作用。,只读型：SM0.0SM29.7 可写型：其它,SM分为,如：SM0.0 :该位始终为1 SM0.1 :初始化脉冲，首次扫描为1，以后为0，只读型； SM0.2 : 当RAM中保存的数据丢失时，SM0.2 ON 一个扫描周期； SM
10、0.3 :PLC上电进入RUN状态时，SM0.3 ON一个扫描周期； SM0.4 : 分脉冲，占空比为50 ，周期为1MIN的脉冲串； SM0.5 :秒脉冲，占空比为50 ，周期为1S的脉冲串； SM0.6: 扫描时钟，一个扫描周期为ON，下一个周期为OFF，交替循环； SM0.7: 指示CPU上MODE开关的位置，TERM (0), RUN (1); SMB 28:模拟调节器0 （0255）； SMB 29:模拟调节器1 （0255）。,(6) 顺序控制继电器S （S0.0S31.7 ) 主要用在顺序控制和步进控制中，用与组织机器操作或者等效程序段的步。 （7）局域变量存储器L （L0.0L
11、63.7) 用来存储局域变量，局域变量与全局变量的区别是一个是局域有效，一个是全局有效。S7200 PLC提供了64个字节的局域存储器，其中60个可用作暂态存储器或 给子程序传递参数。 （8）定时器T （T0T255） 定时器用来累积时间的增量的内部器件，自动控制中的大部分领域都需要用定时器进行延时控制。 定时器有Ton ,TONR , TOF 三种，定时精度 有1MS，10MS，100MS。 （9）计数器C （C0C255） 用来累计输入脉冲的个数，也是应用非常广的编程元件； 计数器有累加计数器、累减计数器、增减计数器。,（10）模拟量输入映像寄存器AI，模拟量输出映像寄存器AQ （AIW0
12、AIW30 ，AQW0AQW30） 模拟量输入电路用以实现模拟量数字量（A/D)之间的转换，模拟量输出电路用以实现数字量模拟量（D/A)之间的转换； PLC处理的是数字量，数字量的长度是一个字，且从偶数号字节进行编址如，0、2、4、6、8等； AI只能读，AQ只能写。 （11）高速计数器HC或HSC（HC0HC5 ） 用来累计比主机的扫描速度更快的高速脉冲，其当前值值为32位（双字长）的符号整数，且为只读值； CPU221，CPU222：HC0、HC3、HC4、HC5； CPU224，CPU226：HC0HC5 （12）累加器AC （AC0AC3） 用来暂存数据的寄存器，可存放运算数据、中间数
13、据和结果数据，也可用来向子程序传递参数或从子程序返回参数。,六、数据类型及寻址方式,1 数据类型及范围 PLC 数据类型可为布尔型、整形和实型（浮点数），实数采用32 位单精度数来表示 数值范围如下：,常数可用二进制、十进制、十六进制、ASCII码或浮点数等多种形式表示,表 常数表示方法,2 .寻址方式,分为直接寻址和间接寻址 （1）直接寻址 直接指出元件名称的寻址方式，称为直接寻址。 其基本格式为：ATX .Y,字节内的位地址（07）,字节地址,数据类型，若为位寻址，则无该项，否则为B,W,D,元件名称，I，Q，M，SM，S，V，L,例如 存储器中数据表示方法如下：,存储器内另有一些具有一定
14、功能的器件，由于数量很少，所以不用指出它们的字节，而是直接写出其编号。 其寻址格式为：,序号 0、1、2 ,功能器件的名称 T、C、HC、AC、AIW、AQW,例如 T3 、C4 、AIW0、AIW4、AQW2、AQW4、HC0、AC0 注意：对于AIW和AQW的序号是以2递增且必须为偶数,A n,HC2,34,AC1,AC1,MOVW AC1，VB200 ；（VB200)56 ；（VB201)78,MOVD AC1，VB200 ；（VB200)12 ； （VB201)34 ； （VB202)56 ； （VB203)78,（2）间接寻址,间接寻址的方式是数据存放在存储器或寄存器中，指令中只出现
15、所需数据所在单元内存地址的地址。存储单元地址的地址又称为地址指针。 指针用“” 表示，如AC1， 用来作指针的存储区有：V，L，AC 地址符号用”“表示，它对应的是32位的物理地址， 如VB100 例 用指针来存取数据,例 建立指针，存取数据及修改指针,PLC的几个重要术语,1、位(Bit)、字节(Byte)、字(Word)(通道) 2、地址(Address):是给存储单位信息的各种地 点所加的识别号码。指令地址码用来规定操 作数存放的位置。I/O和内部寄存器的映射。 3、扫描：把记忆的信息按顺序调出来进行操作 4、循环时间（扫描时间）：Cycle Time 5、助记符（Mnemonic Code) 6、联机调试(On-line Debugging)、脱机编程 7、硬接线(Hard Wired)、软接线(Soft Wired) 8、联锁(Interlock)：产生互相制约的控制 9、接口(Interface) 10、BCD码、ASCII码,
