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1、电气控制与电气控制与PLC应用技术应用技术2024/9/10电气传动的发展1第七章第七章 西门子西门子S7-200PLCl西门子公司的西门子公司的S7-200 PLC是一种叠装式结构的小是一种叠装式结构的小型型PLC。它指令丰富、功能强大、可靠性高、适应。它指令丰富、功能强大、可靠性高、适应性好、结构紧凑、便于扩展、性能价格比高。性好、结构紧凑、便于扩展、性能价格比高。lS7-200 PLC包含了一个单独的包含了一个单独的S7-200 CPU和各种和各种可选择的扩展模块，可以十分方便地组成不同规模可选择的扩展模块，可以十分方便地组成不同规模的控制器。其控制规模可以从几点上到几百点。的控制器。其
2、控制规模可以从几点上到几百点。S7-200 PLC可以方便地组成可以方便地组成PLC-PLC网络和微机网络和微机-PLC网络，从而完成规模更大的工程。网络，从而完成规模更大的工程。2024/9/10电气传动的发展27.1 S7-200 PLC系统的基本构成系统的基本构成lS7-200 PLC的基本开发环境是由基本单元(S7-200 CPU模块)、个人计算机（PC）或编程器、STEP 7-Micro/WIN32编程软件以及通信电缆等构成，如图7-1所示。同时，可根据系统的要求，有选择地增加附加功能模块。2024/9/10电气传动的发展3基本单元（基本单元（S7-200 CPU模块）模块） l基本
3、单元（S7-200 CPU模块）也称为主机，由中央处理单元（CPU）、电源以及数字量输入/输出单元组成。这些都被紧凑地安装在一个独立的装置中。基本单元可以构成一个独立的控制系统。2024/9/10电气传动的发展4l（1）交流电源输入端子l输出端子排的右端N、N1端子是供电电源AC 120V/240V输入端。该电源电压的允许范围为AC85264V。l（2）24V直流输出电源lM、L+两个端子提供DC24V/400mA传感器电源，可以作为传感器的电源输出，也可以作为输入端的检测电源使用。l（3）输入接线端子l输入端子是PLC与外部输入信号联系的窗口。输入端子的运行状态可以由底部端子盖上方的一排指示
4、灯显示，“ON”状态对应指示灯亮。2024/9/10电气传动的发展57.2 S7-200 PLC的系统配置的系统配置lS7-200 PLC任一型号的主机都可单独构成基本配置，作为一个独立的控制系统。S7-200 PLC各型号主机的I/O配置是固定的，它们具有固定的I/O地址。l可以采用主机带扩展模块的方法扩展S7-200 PLC的系统配置。采用数字量模块或模拟量模块可扩展系统的控制规模；采用智能模块可扩展系统的控制功能。S7-200 主机带扩展模块进行扩展配置时应注意以下几点。2024/9/10电气传动的发展6主机所带扩展模块的数量主机所带扩展模块的数量l各类主机可带扩展模块的数量是不同的。C
5、PU 221模块不允许带扩展模块；CPU 222模块最多可带2个扩展模块；CPU 224模块、CPU 226模块和CPU 226XM模块最多可带7个扩展模块，且7个扩展模块中最多只能带2个只能扩展模块。2024/9/10电气传动的发展7CPU输入、输出映像区的大小输入、输出映像区的大小l数字量I/O映像区的大小lS7-200 PLC各类主机提供的数字量I/O映像区区域为128个输入映像寄存器（I0.0I15.7）和128个输出映像寄存器（Q0.0Q15.7），最大I/O配置不能超出此区域。l模拟量I/O映像区的大小l主机CPU 226模块、CPU 226XM模块提供的模拟量I/O映像区区域为3
6、2入/32出，模拟量的最大I/O配置不能超出此区域。模拟量扩展模块总是以2个通道递增的方式来分配空间。2024/9/10电气传动的发展8内部电源的负载能力内部电源的负载能力lPLC内部DC+5V电源的负载能力lCPU模块和扩展模块正常工作时，需要DC+5V工作电源。S7-200 PLC内部电源单元提供的DC+5V电源为CPU模块和扩展模块提供了工作电源。 lPLC内部DC+24V电源的负载能力lS7-200主机的内部电源单元除了提供DC+5V电源外，还提供DC+24V电源，它可以作为CPU模块和扩展模块用于检测直流信号输入点状态的DC+24V DC+24V电源，如果用户使用传感器的话，也可作为
7、传感器的电源。 2024/9/10电气传动的发展97.3 CPU S7-200系列系列PLC的存储器区域的存储器区域lS7-200的存储器分为用户程序空间、CPU组态空间和数据区空间。l用户程序空间用于存放用户程序，存储器为EEPROM。lCPU组态空间用于存放有关PLC配置结构参数，如PLC主机及扩展模块的I/O配置和编址、配置PLC站地址、设置保护口令、停电记忆保持区和软件滤波功能等，存储器为EEPROM。2024/9/10电气传动的发展107.3.1 数据区空间存储器的地址表示格式数据区空间存储器的地址表示格式l存储器是由许多存储单元组成的，每个存储单元都有唯一的地址，可以依据存储器地址
8、来存取数据。数据区空间存储器地址的表示格式有位、字节、字和双字地址。在S7-200系统中，可以按位、字节、字和双字对存储单元寻址。l寻址时，数据地址以代表存储区类型的字母开始，随后是表示数据长度的标记，最后是存储单元编号。对于二进制位寻址，还需要在一个小数点分隔符后指定位编号。2024/9/10电气传动的发展117.3.2 数据区空间存储器区域数据区空间存储器区域l1、输入映像寄存器（I）lPLC的输入端子是从外部接收输入信号的窗口，没一个输入端子与输入映像寄存器（I）的相应位相对应。输入点的状态在每次扫描周期开始（或结束）时进行采样，并将采样值存于输入映像寄存器，作为程序处理时输入点状态的依
9、据。输入映像寄存器的状态只能由外部输入信号驱动，而不能在内部由程序指令来改变。 2024/9/10电气传动的发展122. 输出映像寄存器（Q）l每一个输出模块端子与输出映像寄存器的相应位相对应。CPU将输出判断结果存放在输出映像寄存器中。在扫描周期的结尾，CPU以批处理方式将输出映像寄存器的数值负值到相应的输出端子上，通过输出模块将输出信号传送给外部负载。可见，PLC的输出端子是PLC向外部负载发出控制命令的窗口。 2024/9/10电气传动的发展137.4 S7-200系列系列PLC的基本指令及编程的基本指令及编程lS7-200系列PLC同三菱PLC指令一样也有3种表达形式，即梯形图（LAD
10、）、语句表（STL）和功能块图（FBD）。在实际应用中，一般采用梯形图和语句表编写PLC程序。2024/9/10电气传动的发展147.4.1 用户程序的结构lS7-200程序有3种，即主程序OB1、子程序SBR0SBR63和中断程序INT0INT127.l主程序（OB1）只有一个，是用户程序的主体，CPU在每个扫描周期都要执行一次主程序指令。l子程序是程序的可选部分，只有当主程序调用时才能够执行。子程序最多可以有64个。一般在主程序里调用子程序，当然也可以在子程序或中断程序里面调用子程序。2024/9/10电气传动的发展157.4.3 西门子S7-200PLC的基本指令l西门子S7-200PL
11、C与三菱PLC的基本指令有很多相似之处 三菱三菱PLC取常开触点取常开触点指令指令取常取常闭触点触点指令指令驱动线圈指圈指令令与指令与指令(串串联常开触点常开触点与反指令与反指令(串串联常常闭触点触点或指令或指令并并联常开触点常开触点或反指令或反指令并并联常常闭触点触点求反指求反指令令LDLDIOUTANDANIORORIINV西西门子子PLCLDLDIAANOONNOT装装载常开触常开触点指令点指令装装载常常闭触触点指令点指令输出出线圈指圈指令令与常开触点与常开触点指令指令与常开触点与常开触点指令指令或常开触点指或常开触点指令令或常或常闭触点触点指令指令触点取触点取非指令非指令三菱三菱PLC
12、置位指令置位指令复位指令复位指令微分指令微分指令电路路块与指与指令令电路路块或指或指令令进栈指令指令读栈指令指令出出栈指令指令SETRSTPLSANBORBMPSMRDMPP西西门子子PLCSREUALDOLDLPSLRDLPP置位指令置位指令复位指令复位指令上微分操作上微分操作栈转载与指与指令令栈转载或指或指令令逻辑进栈指令指令逻辑读栈指指令令逻辑出出栈指指令令2024/9/10电气传动的发展167.4.4 位逻辑指令l基本逻辑指令又称位逻辑指令，主要包括触点指令、线圈指令、逻辑堆栈指令、RS触发器指令，它们都是与位逻辑运算和位操作相关的输入输出指令。2024/9/10电气传动的发展17标准
13、触点指令标准触点指令l标准触点指令包括常开触点和常闭触点指令。标准触点指令从存储器中得到参考值（如果主标识符是I或Q，则从过程映像寄存器中得到参考值）。这些指令在逻辑堆栈中对存储器地址位进行操作。当常开触点对应的存储器地址位（bit）为1时，表示该触点闭合；当常闭触点对应的存储器地址位（bit）为0时，表示该触点闭合。2024/9/10电气传动的发展18（1）装载常开触点指令 l在LAD中，常开触点的表示符号如图7-12所示，每个从左母线开始的单一逻辑行、每个程序块（逻辑梯级）的开始、指令盒（功能框）的输入端都必须使用LD和LDN这两条指令。以常开触点开始时用LD指令。本指令对各类内部内部编程
14、的常开触点都适用。l指令格式：LD bitl 例：LD I0.22024/9/10电气传动的发展19（2）装载常闭触点指令 l每个以常开触点开始的逻辑行都使用该指令，该指令对各类内部编程元件的常闭触点都适用。在LAD中，常闭触点的表示符号如图7-12所示。l指令格式：LDN bitl 例：LDN I0.12024/9/10电气传动的发展20（3）与常开触点指令 l即串联一个常开触点指令。l指令格式：A bitl 例：A M2.42024/9/10电气传动的发展21（4）与常闭触点指令 l即串联一个常闭触点的指令。l指令格式：AN bitl例：AN M2.4 （5）或常开触点指令 2024/9/
15、10电气传动的发展22（5）或常开触点指令 l即并联一个常开触点指令。l指令格式：O bitl 例：O M2.62024/9/10电气传动的发展23（6）或常闭触点指令 l即并联一个常闭触点指令。l指令格式：ON bitl 例：ON M2.62024/9/10电气传动的发展24立即触点指令l立即触点的刷新并不依赖CPU的扫描周期，它会立即刷新。在程序执行过程中，常开立即触点指令（LDI、AI和OI）与常闭立即触点指令（LDNI、ANI和ONI）立即得到物理输入值，但过程映像寄存器并不刷新，指令中“I”表示立即之意。注意：注意：只有输入继电器只有输入继电器I和输出继电器和输出继电器Q可以使用可以
16、使用立即指令。立即指令。2024/9/10电气传动的发展25取反指令（NOT）l取反指令在梯形图中用来改变“能流”输入的状态，也就是说，它将栈顶值由0变为1，由1变为0。l指令格式：NOT（NOT指令无操作数）2024/9/10电气传动的发展26正、负跳变指令（EU，ED）l正、负跳变指令在梯形图中以触点形式使用，用于检测脉冲的正跳变（上升沿）或负跳变（下降沿），利用跳变让“能流”接通一个扫描周期，即可以产生一个扫描周期的脉冲。2024/9/10电气传动的发展27（1）正跳变触点指令（EU） l当指令检测到每一次正跳变（由0到1），让“能流”接通一个扫描周期。对于正跳变指令，一旦发现有正跳变发
17、生，该栈顶值被置为1，否则置0。l指令格式：EU（无操作数）l在LAD中，正跳变触点的表示符号如图7-12(f)所示2024/9/10电气传动的发展28（2）负跳变触点指令（ED） l当指令检测到每一次负跳变（由1到0），让“能流”接通一个扫描周期。对于负跳变指令，一旦发现有负跳变发生，该栈顶值被置为1，否则置0。l指令格式：ED（无操作数）l在LAD中，负跳变触点的表示符号如图7-23(g)所示2024/9/10电气传动的发展297.4.5 线圈指令l标准输出线圈指令（）l标准输出线圈指令是将新值写入输出点的过程映像寄存器。当输出指令执行时，输出过程映像寄存器中的位被接通或者断开。在LAD中
18、，指定点的值等于“能流”。在STL中，栈顶的值复制到指定值。l指令格式：bitl 例：Q2.62024/9/10电气传动的发展30立即输出线圈指令（I）l当指令执行时，立即输出线圈指令是将新值同时写到物理输出点和相应的过程映像寄存器中。这一点不同于标准输出线圈指令，只把新值写入过程映像寄存器。当立即输出指令执行时，物理输出点立即被置位为“能流”值。立即指令将栈顶的值立即复制到物理输出点的指定位上。l指令格式： I bitl 例： I Q0.22024/9/10电气传动的发展31置位线圈指令（置位线圈指令（S）和复位线圈指令（）和复位线圈指令（R）l执行置位和复位线圈指令时，将从指定地址开始的N
19、个点置位或者复位。可以一次置位或者复位1255个点。如果复位指令指定的是定时器（T）或者计数器（C），指令不但复位定时器或者计数器，而且清除定时器或者计数器的当前值。l置位线圈指令格式：S bit，Nl 例：S Q0.0，1l复位线圈指令格式：R bit，Nl 例：R Q0.2，32024/9/10电气传动的发展32立即置位线圈指令和立即复位线圈指令立即置位线圈指令和立即复位线圈指令l立即置位和立即复位线圈指令将从指定地址开始的N个物理输出点立即置位或者立即复位，指令可以一次立即置位或立即复位1128个点。“I”表示立即，当指令执行时，新值会同时被写到物理输出点和相应的过程映像寄存器。这一点不
20、同于非立即指令，只把新值写入过程映像寄存器。l立即置位线圈指令格式：SI bit，Nl 例：SI Q0.0，2l立即复位线圈指令格式：RI bit，Nl 例：RI Q0.0，12024/9/10电气传动的发展337.4.6 RS触发器指令l1、RS触发器指令lRS触发器梯形图方块指令表示如表7-5所示。方框图中标有一个置位输入端（S），一个复位输入端（R），输出端标为OUT。触发器可以用在逻辑串最右端，结束一个逻辑串，也可用在逻辑串中，影响右边的逻辑操作结果。2024/9/10电气传动的发展347.4.7 逻辑堆栈指令l前述的位逻辑指令涉及PLC的触点和线圈简单连接，不能表达在LAD中触点的复
21、杂连接结构。逻辑堆栈指令主要用来描述对触点进行的复杂连接，同时，它们对逻辑堆栈也可以实现非常复杂的操作。l本类指令包括ALD、OLD、LPS、LPP、LRD和LDS，这些指令中除LDS外，其余指令都无操作数。2024/9/10电气传动的发展357.4.8 定时器指令lS7-200系列PLC定时器有3种：接通延时定时器（TON）、断开延时定时器（TOF）和记忆接通延时定时器（TONR）。 2024/9/10电气传动的发展367.4.9 计数器指令l计数器指令是用来累计输入脉冲的次数，在实际应用中经常用来对产品进行计数或完成一些复杂的逻辑控制。计数器与定时器的结构和使用基本相似，编程时输入它的预设
22、值PV（计数的次数），计数器累计它的脉冲输入端脉冲上升沿（正跳变）的个数，当计数器达到于设值PV时，计数器动作，以便完成相应的处理。2024/9/10电气传动的发展371、增计数器、增计数器CTUlCTU从当前计数值开始，在每一个CU输入的上升沿当前值加1，当CXXX的当前值大于或等于预设值PV时，计数器位CXXX置位。当复位端R接通或执行复位指令后，计数器被复位。当达到最大值（32767）后，计数器停止计数。l指令格式：CTU CXXX，PVl 例：CTU C20，3 /增计数，预设值PV32024/9/10电气传动的发展382、减计数器、减计数器CTDlCTD从当前计数值开始，在每一个CD
23、输入的上升沿当前值减1。当装载输入端LD接通时，计数器位被复位，并将计数器的当前值设为预置值PV。当计数值到0时，计数器停止计数，计数器位CXXX接通。l指令格式：CTD CXXX，PVl 例：CTD C40，4 /减计数，预设值PV42024/9/10电气传动的发展393、增减计数器、增减计数器CTUDlCTUD在每一个增计数输入CU的上升沿当前值加1，在每一个减计数输入CD的上升沿当前值减1。当前值达到预置值PV时，计数器位CXXX接通，计数器停止计数。当复位输入端R接通或执行复位指令时，计数器被复位。 l指令格式：CTUD CXXX，PVl 例：CTUD C30，5 /增/减计数，预设值PV52024/9/10电气传动的发展404、计数器和定时器配合增加延时时间、计数器和定时器配合增加延时时间l在定时器使用时，为了能长延时控制设计，可以将计数器和定时器配合进行（如图7-31所示）。2024/9/10电气传动的发展41
