中南大學(xué)plc 第二章S7-200硬件系統(tǒng)及內(nèi)部資源

1、可編程序控制器可編程序控制器(PLC)第二章第二章廖國華 中南大學(xué)信息學(xué)院自動化系第二章S700系列PLC硬件系統(tǒng)及內(nèi)部資源一、S系列PLC發(fā)展概述德國西門子公司是歐洲最大的電子和電氣設(shè)備制造商，生產(chǎn)的SIMATIC可編程序控制在歐洲處于領(lǐng)先地位。n年，其第一代PLC（SIMATICS系列）投放市場；n年，采用微處理技術(shù)的SIMATICS系列問世，取代了S系列，不久便升級為U系列和H系列，如SU系列，很多至今還在廣泛使用。n世紀(jì)末推出了S系列產(chǎn)品，它包括：S系列、 S系列、S系列S系列是小型PLC，經(jīng)歷了兩代：n第一代產(chǎn)品：CPU模塊為CPUX，有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元；n第二代產(chǎn)品：C

2、PU模塊為CPUX，世紀(jì)初投放市場CPUXCPU212CPU214CPU215CPU216CPUXCPU221CPU222CPU224CPU226CPU226XMCPU221不能擴(kuò)展不能擴(kuò)展CPU224XP二、硬件系統(tǒng)1. 系統(tǒng)基本構(gòu)成硬件系統(tǒng)的配置采用整體式加積木式，即主機(jī)中包含一定數(shù)量的I/O，和還可擴(kuò)展各種功能模塊n 基本單元：CPU模塊，存儲器，基本I/O點(diǎn)和電源；n 擴(kuò)展單元：輸入輸出擴(kuò)展的設(shè)備；n 特殊功能模塊：與主機(jī)相連為完成特殊控制任務(wù)的模塊；n 相關(guān)設(shè)備：編程設(shè)備，人機(jī)操作界面，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；n 工業(yè)軟件：為更好管理和使用該設(shè)備而開發(fā)的與之配套的的程序，文檔及規(guī)則的總和，主要由標(biāo)

3、準(zhǔn)工具，工程工具，運(yùn)行軟件和人機(jī)接口等幾大類組成。擴(kuò)展模塊擴(kuò)展模塊編程工具編程工具CPU主機(jī)主機(jī)人機(jī)界面人機(jī)界面擴(kuò)展模塊擴(kuò)展模塊通訊設(shè)備通訊設(shè)備圖圖2.1 S7200 PLC組成組成三、主機(jī)結(jié)構(gòu)1. 主機(jī)外形圖圖2.2 S7200主機(jī)外形主機(jī)外形2. 基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)S7-200 PLC只有晶體管和繼電器輸出兩種類型,有不同的電源電壓和控制電壓表表2.1 CPU 型號型號CPU型號類型電源電壓I/O點(diǎn)數(shù)輸入電壓輸出電壓擴(kuò)展模塊輸出電流CPU221DC入/DC出24VDC或85264VAC6/424VDC24VDC無0.75A晶體管CPU222DC入/繼電器輸出85264VAC8/624VDC24V

4、DC/24230VAC22A繼電器CPU224DC輸出24VDC14/1024VDC24VDC70.75A晶體管CPU224XPDC輸出24VDC14/1024VDC24VDC70.75A晶體管CPU226CPU226XM繼電器輸出85264VAC24/1624VDC24VDC/24230VAC72A繼電器 主機(jī)上集成主機(jī)上集成24V電源電源,可連接傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)可連接傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu); 具有存儲數(shù)據(jù)安全具有存儲數(shù)據(jù)安全:主機(jī)內(nèi)部有主機(jī)內(nèi)部有EEPROM,可永久?？捎谰帽４嬗脩舫绦驍?shù)據(jù)和存用戶程序數(shù)據(jù)和CPU的組態(tài)數(shù)據(jù)的組態(tài)數(shù)據(jù);具有超級電容具有超級電容和電池和電池,可長時間保存可長時間保存

5、RAM的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù);可選的存儲卡可選的存儲卡; 高速反應(yīng)高速反應(yīng): 脈沖捕促功能脈沖捕促功能,中斷輸入中斷輸入,高速計數(shù)器高速計數(shù)器,脈脈沖輸出沖輸出; 兩個模擬電位器兩個模擬電位器:可改變對應(yīng)的特殊寄存器可改變對應(yīng)的特殊寄存器SMB28和和SMB29的數(shù)值的數(shù)值; 實(shí)時時鐘實(shí)時時鐘:對信息加注時間標(biāo)記對信息加注時間標(biāo)記,記錄機(jī)器運(yùn)行時間記錄機(jī)器運(yùn)行時間,或?qū)^程進(jìn)行時間控制或?qū)^程進(jìn)行時間控制; 輸入輸出可擴(kuò)展輸入輸出可擴(kuò)展3. 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)的類型是RAM 和EEPROM，存儲系統(tǒng)如圖2.3 所示：CPU型號CPU221CPU222CPU224CPU226CPU226XM用戶存儲器204

6、8字2048字4096字4096字8192字?jǐn)?shù)據(jù)存儲器1024字1024字2560字2560字2560字EEPROMRAM圖2.3 存儲系統(tǒng)S7S7200200程序組成：程序組成：用戶程序：組織塊，必選用戶程序：組織塊，必選數(shù)據(jù)塊：執(zhí)行時用到和生成的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)塊：執(zhí)行時用到和生成的數(shù)據(jù)參數(shù)塊：參數(shù)塊：CPUCPU的組態(tài)數(shù)據(jù)的組態(tài)數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的使用：存儲系統(tǒng)的使用：n 上裝和下裝用戶程序上裝和下裝用戶程序n定義存儲器保持范圍定義存儲器保持范圍n用程序永久保存數(shù)據(jù)用程序永久保存數(shù)據(jù)可選可選表表2.3 存儲器容量存儲器容量四、輸入輸出擴(kuò)展1. 輸入輸出連接方法 擴(kuò)展方法：面板安裝和標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝CPU模

7、塊模塊I/O模塊模塊I/O模塊模塊a) 面板安裝面板安裝CPU模塊模塊I/O模塊模塊I/O模塊模塊I/O模塊模塊I/O模塊模塊b) 導(dǎo)軌安裝導(dǎo)軌安裝1：輸入（輸入（DIDI）：）：8DI 24V8DI 24V2 2：輸出（：輸出（DODO）：）：8DO 24V8DO 24V3 3：DIDIDODO：4DI4DI4DO4DO，8DI8DI8DO8DO，16DI/16DO16DI/16DO1：輸入（輸入（AIAI）：）：4AI 2W 124AI 2W 12位；位； 2AI2AI熱電阻；熱電阻；4AI4AI熱電偶熱電偶 1515位位2 2：輸出（：輸出（AOAO）：）：2AO 2AO 2W 12位位

8、5 5：AIAIAOAO：4AI4AI1AO1AO， 2W 12位位EM22X數(shù)字量數(shù)字量EM23X模擬量模擬量EM241： MODEM模塊模塊CP2431：工業(yè)以太網(wǎng)模塊：工業(yè)以太網(wǎng)模塊CP2432：ASi 模塊模塊EM253：定位模塊：定位模塊EM277：PROFIBUSDP通訊模塊通訊模塊擴(kuò)展模塊擴(kuò)展模塊2. 最大I/O配置的預(yù)算型號輸入輸入點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展模塊數(shù)最大擴(kuò)展電流（mA）CPU 2216/4無0CPU 222 8/62340CPU 22414/107660CPU 22624/1671000表表2.3 主機(jī)及擴(kuò)展模塊指標(biāo)主機(jī)及擴(kuò)展模塊指標(biāo)影響擴(kuò)展的因素：影響擴(kuò)展的因素：n 映像寄存器

9、的數(shù)量；映像寄存器的數(shù)量；nCPU為擴(kuò)展模塊所能提供的最大電流；為擴(kuò)展模塊所能提供的最大電流；n每種擴(kuò)展模塊所消耗的電流。每種擴(kuò)展模塊所消耗的電流。電流預(yù)算規(guī)則：電流預(yù)算規(guī)則：n 在一個控制系統(tǒng)中所有擴(kuò)展模塊消耗的電流不能超過在一個控制系統(tǒng)中所有擴(kuò)展模塊消耗的電流不能超過CPU所提供的電所提供的電流。流。3. I/O點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展與編址編址方法 同種類型輸入輸出點(diǎn)的模塊在鏈中按與主機(jī)的位置而遞增，其它類型的模塊的有無以及所處位置不影響本類型模塊的編號。例1 某控制系統(tǒng)選用CPU224 ，系統(tǒng)所需的輸入輸出點(diǎn)數(shù)各為：數(shù)字量輸入為24 點(diǎn)、數(shù)字量輸出為20 點(diǎn)、模擬量輸入6點(diǎn)和模擬量輸出為2點(diǎn)。其中一種

10、模塊的連接形式：主機(jī)主機(jī)CPU224EM3EM3EM235EM235AI4/AO1AI4/AO1DC24VDC24VEM2EM2EM22EM222 2D08D08DC24DC24V VEM1EM1EM22EM221 1DI8DI8DC24DC24V VEM4EM4EM223EM223DI4/DO4DI4/DO4DC24VDC24VEM5EM5EM235EM235AI4/AO1AI4/AO1DC24VDC24V660mA30mA40mA30mA40mA30mADI:14+8+4=26; DO:10+8+4=22; AI:4+4=8; AO:1+1=2;各模塊消耗電流：各模塊消耗電流：304030

11、4030170mA660mA;3. I/O點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展與編址各模塊地址：主機(jī)CPU I/O：I0.0I1.5，Q0.0Q 1.1 (八進(jìn)制）；EM1： I2.0I2.7；EM2： Q2.0Q2.7；EM3： AIW0AIW6，AQW0；EM4： I3.0I3.3 , Q3.0Q3.3；EM5： AIW8AIW14， AQW4；組態(tài)規(guī)則：n 同類型輸入或輸出點(diǎn)的模塊進(jìn)行順序編址；n 對于數(shù)字量，輸入或輸出映像寄存器的單位長度為8位（一個字節(jié)），本模塊高度未滿8位的，未用位不能分配給I/O鏈的后續(xù)模塊；n 對于模擬量，輸入輸出以2個字節(jié)（一個字）遞增方式來分配空間。注：EM235 4AI/1AO 的模

12、擬量輸出盡管只有一個輸出，但占用2個通道，其中一個通道空著。圖中是一個特定的硬件配置中的圖中是一個特定的硬件配置中的I/O地址。地址間隙（用灰色斜體文字表示）無法在程序中使用地址。地址間隙（用灰色斜體文字表示）無法在程序中使用4. 主機(jī)性能指標(biāo)五、S7200 系列PLC的內(nèi)部資源1.軟元件（軟繼電器）它是由電子電路、寄存器及存儲器單元等組成的具有一定功能的器件，如用戶使用的每一個輸入輸出、內(nèi)部存儲單元、定時器和計數(shù)器等都稱為軟元件。為與傳統(tǒng)的繼電器相區(qū)別，也可稱之為軟繼電器。軟繼電器的最大特點(diǎn)是其觸點(diǎn) 可無限次使用。各軟元件功能不同，但地址固定，軟元件的數(shù)量是有限的，其量的多少決定了PLC的規(guī)

13、模和數(shù)據(jù)處理能力。每種器件用一定的字母來表示，同類器件用編號區(qū)分，位地址編號采用八進(jìn)制數(shù)碼。如 I：輸入繼電器 Q：輸出繼電器T：定時器C：計數(shù)器AC：累加器SM：特殊標(biāo)志繼電器 2、各軟元件介紹（1 1） 輸入繼電器輸入繼電器I I （I0.0I0.0I15.7)I15.7) 輸入繼電器輸入繼電器I I是是PLCPLC中專門用來接收從外部開關(guān)元件發(fā)來的信號，它與中專門用來接收從外部開關(guān)元件發(fā)來的信號，它與PLCPLC的輸?shù)妮斎攵俗酉噙B，可以提供許多（無限次）常開常閉觸點(diǎn)，供編程時使用。入端子相連，可以提供許多（無限次）常開常閉觸點(diǎn)，供編程時使用。 輸入繼電器輸入繼電器I I與輸入映像區(qū)相對應(yīng)

14、，與輸入映像區(qū)相對應(yīng)，CPU22XCPU22X系列的輸入映像區(qū)為系列的輸入映像區(qū)為128 128 ，即，即IB0IB0IB15IB15，實(shí)際的輸入，實(shí)際的輸入I I不能超過這個數(shù)量，未用的輸入映像區(qū)可作為其它編程來使不能超過這個數(shù)量，未用的輸入映像區(qū)可作為其它編程來使用，如當(dāng)通用輔助繼電器用，如當(dāng)通用輔助繼電器M M使用。使用。 其輸入繼電器的等效電路圖如下：其輸入繼電器的等效電路圖如下： I0.0I0.0I0.0I0.0SB注意：輸入繼電器只能由外部信號所驅(qū)動，而不能由程序內(nèi)部指令來驅(qū)動，注意：輸入繼電器只能由外部信號所驅(qū)動，而不能由程序內(nèi)部指令來驅(qū)動，其觸點(diǎn)也不能直接輸出帶動負(fù)載。其觸點(diǎn)也

15、不能直接輸出帶動負(fù)載。（2）輸出繼電器Q （Q0.0Q15.7)PLC 輸出繼電器的外部輸出觸點(diǎn)接到輸出端子，對外部負(fù)載進(jìn)行控制。其輸出繼電器的等效電路如下：I0.0I0.1Q0.0Q0.0Q0.0Q0.0內(nèi)部常開觸點(diǎn)內(nèi)部常開觸點(diǎn)內(nèi)部常閉觸點(diǎn)內(nèi)部常閉觸點(diǎn)PLC0.0COM(3) 通用輔助繼電器M（M0.0M31.7)通用輔助繼電器如同接觸控制系統(tǒng)中的中間繼電器，不直接驅(qū)動外部負(fù)載，只起到中間狀態(tài)的暫存作用。（4）變量存儲器V 用來存儲變量。它可以存放程序執(zhí)行過程中控制邏輯操作的中間結(jié)果，也可以使用變量存儲器來保存與工序或任務(wù)相關(guān)的其它數(shù)據(jù)。存儲變量的容量與CPU型號相關(guān)CPU221CPU222

16、CPU224CPU226V0.0V2047.7V0.0V2047.7V0.0V5119.7V0.0V5119.7(5) 特殊標(biāo)志繼電器SM（SM0.0SM179.7)用來存儲系統(tǒng)的狀態(tài)變量和有關(guān)的控制參數(shù)和信息。SM提供了大量的狀態(tài)和控制功能，并能起到在CPU和用戶程序之間交換信息的作用。只讀型：只讀型：SM0.0SM29.7可寫型：其它可寫型：其它SMSM分為分為如：如：SM0.0 :該位始終為該位始終為1 SM0.1 :初始化脈沖，首次掃描為初始化脈沖，首次掃描為1，以后為，以后為0，只讀型；，只讀型； SM0.2 : 當(dāng)當(dāng)RAM中保存的數(shù)據(jù)丟失時，中保存的數(shù)據(jù)丟失時，SM0.2 ON 一

17、個掃描周期；一個掃描周期； SM0.3 :PLC上電進(jìn)入上電進(jìn)入RUN狀態(tài)時，狀態(tài)時，SM0.3 ON一個掃描周期；一個掃描周期； SM0.4 : 分脈沖，占空比為分脈沖，占空比為50 ，周期為，周期為1MIN的脈沖串；的脈沖串； SM0.5 :秒脈沖，占空比為秒脈沖，占空比為50 ，周期為，周期為1S的脈沖串；的脈沖串； SM0.6: 掃描時鐘，一個掃描周期為掃描時鐘，一個掃描周期為ON，下一個周期為，下一個周期為OFF，交替循環(huán)；，交替循環(huán)； SM0.7: 指示指示CPU上上MODE開關(guān)的位置，開關(guān)的位置，TERM (0), RUN (1); SMB 28:模擬調(diào)節(jié)器模擬調(diào)節(jié)器0 （025

18、5）；）； SMB 29:模擬調(diào)節(jié)器模擬調(diào)節(jié)器1 （0255）。）。(6) 順序控制繼電器S （S0.0S31.7 )主要用在順序控制和步進(jìn)控制中，用與組織機(jī)器操作或者等效程序段的步。 （7）局域變量存儲器L （L0.0L63.7)用來存儲局域變量，局域變量與全局變量的區(qū)別是一個是局域有效，一個是全局有效。S7200 PLC提供了64個字節(jié)的局域存儲器，其中60個可用作暫態(tài)存儲器或給子程序傳遞參數(shù)。 （8）定時器T （T0T255）定時器用來累積時間的增量的內(nèi)部器件，自動控制中的大部分領(lǐng)域都需要用定時器進(jìn)行延時控制。定時器有Ton ,TONR , TOF 三種，定時精度 有1MS，10MS，1

19、00MS。（9）計數(shù)器C （C0C255） 用來累計輸入脈沖的個數(shù)，也是應(yīng)用非常廣的編程元件； 計數(shù)器有累加計數(shù)器、累減計數(shù)器、增減計數(shù)器。 （10）模擬量輸入映像寄存器AI，模擬量輸出映像寄存器AQ （AIW0AIW30 ，AQW0AQW30）模擬量輸入電路用以實(shí)現(xiàn)模擬量數(shù)字量（A/D)之間的轉(zhuǎn)換，模擬量輸出電路用以實(shí)現(xiàn)數(shù)字量模擬量（D/A)之間的轉(zhuǎn)換；PLC處理的是數(shù)字量，數(shù)字量的長度是一個字，且從偶數(shù)號字節(jié)進(jìn)行編址如，0、2、4、6、8等；AI只能讀，AQ只能寫。（11）高速計數(shù)器HC或HSC（HC0HC5 ） 用來累計比主機(jī)的掃描速度更快的高速脈沖，其當(dāng)前值值為32位（雙字長）的符號整

20、數(shù)，且為只讀值； CPU221，CPU222：HC0、HC3、HC4、HC5； CPU224，CPU226：HC0HC5 （12）累加器AC （AC0AC3） 用來暫存數(shù)據(jù)的寄存器，可存放運(yùn)算數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)，也可用來向子程序傳遞參數(shù)或從子程序返回參數(shù)。六、數(shù)據(jù)類型及尋址方式1 數(shù)據(jù)類型及范圍 PLC 數(shù)據(jù)類型可為布爾型、整形和實(shí)型（浮點(diǎn)數(shù)），實(shí)數(shù)采用32 位單精度數(shù)來表示數(shù)值范圍如下：常數(shù)可用二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制、ASCII碼或浮點(diǎn)數(shù)等多種形式表示表表 常數(shù)表示方法常數(shù)表示方法2 .尋址方式分為直接尋址和間接尋址（1）直接尋址 直接指出元件名稱的尋址方式，稱為直接尋址。 其基本格

21、式為：ATX .Y字節(jié)內(nèi)的位地址（字節(jié)內(nèi)的位地址（07）字節(jié)地址字節(jié)地址數(shù)據(jù)類型，若為位尋址，則無該項(xiàng)，否則為數(shù)據(jù)類型，若為位尋址，則無該項(xiàng)，否則為B,W,D元件名稱，元件名稱，I，Q，M，SM，S，V，L例如 存儲器中數(shù)據(jù)表示方法如下： 存儲器內(nèi)另有一些具有一定功能的器件，由于數(shù)量很少，所以不用指出它們的字節(jié)，而是直接寫出其編號。 其尋址格式為： 序號序號 0、1、2 功能器件的名稱功能器件的名稱 T、C、HC、AC、AIW、AQW例如例如 T3 、C4 、AIW0、AIW4、AQW2、AQW4、HC0、AC0注意：對于注意：對于AIW和和AQW的序號是以的序號是以2遞增且必須為偶數(shù)遞增且必須為偶數(shù)A n字節(jié)字節(jié)3字節(jié)字節(jié)2字節(jié)字節(jié)1字節(jié)字節(jié)