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1、可编程序控制器主讲：张波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可编程序控制器的系统组成编程元件及程序知识相关设备常用工业软件第2章S7-200系列PLC系统硬件结构S系列PLC发展概述S7-200系列PLC基本单元S7-200系列PLC扩展模块相关设备工业软件:德国的西门子（SIEMENS）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SIMATICS3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
2、制器中，产生了SIMATICS5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SIMATICS7、SIMATICM7和SIMATICC7等几大系列。从CPU模块的功能来看，SIMATICS7-200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CPU21X,主机都可进行扩展，它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU212,CPU214,CPU215和CPU216,对第一代PLC产品不再作具体介绍。:第二代产品其CPU模块为CPU22X,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
3、：CPU221,CPU222,CPU224和CPU226,除CPU221之外,其他都可加扩展模块。表2.1CPU型号CPU-翹电源电压偷入电圧CPU221DC齟DC輪入%2%2%0.75A,晶体営淞跚出DC輪入24妝2%丼2%2A.MCPU222CPU224CPU226DC輪出2%呱2%0.75A,融管羅电騎出弘264航2%2%2也2AmSIMATICS7-200系统CPU22X系列PLC主机及I/O特性如表2.2所示。表2.2主机及I/O特性璽号主机觥觀主机輸入点魏主肪础点做可扩展模恥CPU221DC傩輪64无CPU222DC傩电讎862CPU224DC噬电器14107CPU226DC傩电爵
4、24167图2.1S7-200基本构成系统基本构成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。:22.1基本单元特点:22.2基本单元I/O:223CPU工作方式:224基本单元工作电源:225基本单元模拟电位器*2.2.6基本单元通信接口顶部端子盖电源及输出端子询盖方式开关电位器、扩展I/O连接底部端子盖输入端子、传感器电源:LED指示灯显示CPU工作模式（运行或停机）、本机I/O口的当前状态及CPUS7-
5、200系列PLC在硬件上采用固定式结构和扩展式结构相结合的方式。固定式结构的硬件即基本单元，扩展式结构的硬件即基本单元扩展的模块。SIMATICS7-200系统CPU22X系列PLC主机（CPU模块）的外形如图2.2所示：CPU状态显示.存储器R通信口系统是否出错。存储卡：EEPROM卡，可存储CPU程序，也可将一个CPU中的程序传送到另一个CPU中。:通信口：是S7-200CPU同编程器或其他辅助设备连接的接口，CPU通过它可和其他辅助设备进行数据通信。电源端子：接受外部电源。为CPU及所连接任何扩展模块提供电源:输出端子：输出控制信号，控制被控对象。RUN/STOP为PLC工作方式选择开关
6、。:扩展I/O连接：是基本单元那与扩展模块的接口，通过它可增加CPU的I/O点数。:输入端子：接收来自控制系统现场设备的输入信号。:传感器电源端子：作为传感器的电源使用，也可输出24v直流电源供控制系统使用。CPU22x基本单元特性见P25表2.1。2.2.2基本单元的I/O:PLC的输入点接收来自现场设备信号，输出点输出控制信号给被控对象。:每种CPU最多可加的扩展模块数是不同的，所以最大I/O点数也不等。每种CPU基本单元允许的数字量I/O逻辑空间（映像寄存器个数）都是128个输入位和128个输出位，它们与CPU实际允许的最大I/O点数是不等的。每种CPU的基本单元允许的模拟量I/O逻辑空
7、间（模拟量映像寄存器个数）与它们实际允许的最大模拟量I/O点数也是不等的。输入分为直流输入和交流输入直流输入：NPN型晶体管输入和PNP型晶体管输入交流输入；120V交流信号输出分为直流24v晶体管输出、直流/交流继电器输出和交流可控硅输出数字量输出接口按照输出开关器件的种类不同，可分为：晶体管输出方式（只能带直流负载，属直流输出）可控硅输出方式（只能带交流负载，属交流输出）继电器输出方式（交直流负载都可，属交/直流输出）按照负载使用的电源不同，分为直流输出交流输出交/直流输出Q广矗海译大学Q广桌海译大学1、输入接口(1)直流输入接口：PNP接收负信号，NPN接收正信号。、-(MIPNP型Ll
8、ed.kJDIH-r7用户外部接统PLC内部VDCNPN物,120VAC输入接口Jb&广东海译大学2、输出接口：为数字量，将PLC内部的电平信号转换为外部所需电平，输出给外部负载。(1)晶体管输出L-晶体管输出原理电路图(2)可控硅输出FLC內部1_丄hih/270V(UNOVJ0L负栽可控硅输出原理电路图Tb-(3)继电输出3、I/O扩展扩展模块I/O点的地址由I/O类型及模块在I/O链中的位置决定。数字量扩展模块以一个字节（8位）地址递增方式保留映像寄存器空间。如果映像寄存器保留空间字节的某些位没有扩展模块实际物理点与其对应，这些未用的位就不会分配给I/O链中的后续模块。对于输出模块，保留
9、字节中的未用位可象内部存储器的标志位那样使用。对于输入模块，由于每次输入刷新时都把保留字节的未用位清0,所以这些未用位不能用作内部存储器的标志位。模拟量扩展模块是以两个字节递增方式来分配空间。如果没有实际物理点与这些字节空间对应，这些I/O空间就不会分配给I/O链中的后续模块。i例如，某一控制系统选用CPU224,系统所需的输入输出点数各为：数字量输入辽4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i模块的选取组合，表3.6所示为其中的一种可行的系统输入输出组态状况。主柳I/O挨块1I/O挨决2I/O挨块3I/O挨块4I/O挨块5I/O10.0Q0.02;0Q2.0
10、AIWOAQWDnoQ30AIWSAQW210.1Q0112LQ2.1AIW213.1Q3.1AIW1010.2Q0.212.2Q2.2AIW43Q3.2AIW1210.3Q0.3T2.3Q2.3AIW6133Q3.3AIW1410.4Q0.412.410.5go.512.510.6Q0.6Q2.610.7Q0.712.7Q2.711.0Q1.011.1Q1丄11.211.311.411.53.6各模决湍址若按表3.6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2.3所示为其中的一种模块连接形式。图2.3扩展连接图1. 工作方式选择S7-200CPUWRUN模式和STOP模式。
11、 (1)STOP模式：CPU处于停机方式，不执行用户程序，但可以向CPU装载程序配置CPU参数。 (2)RUN模式：运行方式，CPU执行用户程序。 (3)TERM(终端)模式：由编程设备决定工作方式 (4)在基本单元上有SF、RUN、STOP3个指示灯，分别用于显示CPU的工作状态。 SF红色指示灯亮表示系统故障，PLC停止运行 RUN绿色指示灯亮表示CPU处于运行状态 STOP黄色指示灯表示CPU处于停机状态2. 工作过程描述 S7-200CPU以循环扫描方式连续执行用户程序，在一个扫描周期中，CPU主要进行信号读入、程序执行(包括通信处理、自诊断测试)、对外输出等操作。(1)信号读入 (2
12、)执行程序:若使用直接I/O指令，则允许控制控制程序对输入输出点直接存取和输出。中断程序通信请求CPU进行自诊断测试 (3)对外输出-个扫描周期写输出执彳亍CPU自诊断TVJ卜读输入执彳丁程序处理通信请求图2.4CPU的扫描周期2.2.4基本单元工作电源S7-200基本单元使用24VDC或120V-230VAC两种供电电源。频率可变化范围47-63Hzo:1、电源设计基本单元内部采用开关电源，并输出24V直流传感器电源和5V直流电源供基本单元I/O点和扩展模块使用。各CPU所能提供的最大5Vdc电流如表3.4所示。轰3.4CPU的电流CPU里号221222224226总女扩展电流(mA)034
13、)66C1000r.CPU22X可连接的各扩展模块消耗5Vpc电流如表3.5所示。3.5扩展挨决谄耗电谎扩展挨映鋼号扩展模决里号挨块请耗电濫fmA)1EM221DI8XDC24V：3o2EM222DO8xDC24V5C3EM222DO旷继电器14EM223DIWO4xDC24V405EM223DI4JDO4xDC24V电器6EM223DISCOSXDC24V7EM223DI8fl3O8xDC24V电器飯SEM223DIL6/DO16xDC24V1609EM223DI16/DO16xDC24V电器15010EM231AI4xl2位.2011EM231直14热电耦6C12EM231AI4xRTDfjC13EM232AQ2xl2位201.4EM235AI4JAQ1X123015EM277PROFIBUS-DP1502、控制系统电源计算该系统要求采用CPU22
