S7-200可編程序控制器教材

第3章S7-200可編程序控制器3.1S系列PLC發(fā)展概述3.2S7-200PLC系統(tǒng)組成3.3編程元件及程序知識3.4相關設備3.5工業(yè)軟件本章學習目的本章以西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列小型可編程序控制器為例，介紹具體型號的PLC，內容包括：l

S系列PLC發(fā)展概述l

S7-200可編程序控制器的系統(tǒng)組成l

編程元件及程序知識l

相關設備l

常用工業(yè)軟件返回本章首頁3.1

S系列PLC發(fā)展概述

德國的西門子（SIEMENS）公司是歐洲最大的電子和電氣設備制造商，生產(chǎn)的SIMATIC可編程序控制器在歐洲處于領先地位。其第一代可編程序控制器是1975年投放市場的SIMATICS3系列的控制系統(tǒng)。在1979年，微處理器技術被應用到可編程序控制器中，產(chǎn)生了SIMATICS5系列，取代了S3系列，之后在20世紀末又推出了S7系列產(chǎn)品。最新的SIMATIC產(chǎn)品為SIMATICS7、M7和C7等幾大系列。返回本章首頁3.2

S7-200PLC系統(tǒng)組成

3.2.1系統(tǒng)基本構成3.2.2主機結構3.2.3掃描周期及工作方式3.2.4輸入輸出擴展3.2.5主機性能指標返回本章首頁從CPU模塊的功能來看，SIMATICS7-200系列小型可編程序控制器發(fā)展至今，大致經(jīng)歷了兩代：第一代產(chǎn)品其CPU模塊為CPU21X，主機都可進行擴展，它具有四種不同結構配置的CPU單元：CPU212，CPU214，CPU215和CPU216，對第一代PLC產(chǎn)品不再作具體介紹。第二代產(chǎn)品其CPU模塊為CPU22X，是在21世紀初投放市場的，速度快，具有較強的通信能力。它具有四種不同結構配置的CPU單元：CPU221，CPU222，CPU224和CPU226，除CPU221之外，其他都可加擴展模塊。3.2.1系統(tǒng)基本構成

SIMATICS7-200系統(tǒng)由硬件和工業(yè)軟件兩大部分構成，如圖3.1所示。圖3.1S7-200PLC系統(tǒng)組成系統(tǒng)基本構成1.硬件（1）基本單元（2）擴展單元（3）特殊功能模塊（4）相關設備2.工業(yè)軟件工業(yè)軟件是為更好地管理和使用這些設備而開發(fā)的與之相配套的程序、文檔及其規(guī)則的總和，它主要由標準工具、工程工具、運行軟件和人機接口等幾大類構成。返回本節(jié)3.2.2主機結構

1.各CPU介紹及I/O系統(tǒng)（1）主機外形SIMATICS7-200系統(tǒng)CPU22X系列PLC主機（CPU模塊）的外形如圖3.2所示：圖3.2S7-200主機外形（2）基本結構特點輸出信號類型電源輸出基本I/O存儲安全高速反應模擬電位器實時時鐘輸入輸出可擴展性4種CPU各有晶體管輸出和8繼電器輸出兩種類型，具有不同電源電壓和控制電壓。各類型的型號如表3.1所示。表3.1

CPU型號SIMATICS7-200系統(tǒng)CPU22X系列PLC主機及及I/O特性如如表3.2所示。。表3.2主機及及I/O特性2.存儲系系統(tǒng)（1）存儲儲系統(tǒng)統(tǒng)（2）存儲儲器及及使用用（3）存儲儲安全全圖3.3存儲系系統(tǒng)表3.3存儲容容量（2）存儲儲器及及使用用上裝和和下裝裝用戶戶程序序定義存存儲器器保持持范圍圍用程序序永久久保存存數(shù)據(jù)據(jù)存儲器器卡的的使用用（3）存儲儲安全全1）主機機CPU模塊內內部配配備的的EEPROM，上裝程程序時時，可可自動動裝入入并永永久保保存用用戶程程序、、數(shù)據(jù)據(jù)和CPU的組態(tài)態(tài)數(shù)據(jù)據(jù)。2）用戶戶可以以用程程序將將存儲儲在RAM中的數(shù)數(shù)據(jù)備備份到到EEPROM存儲器器。3）主機機CPU提供一一個超超級電電容器器，可可使RAM中的程程序和和數(shù)據(jù)據(jù)在斷斷電后后保持持幾天天之久久。4）CPU提供一一個可可選的的電池池卡，，可在在斷電電后超超級電電容器器中的的電量量完全全耗盡盡時，，繼續(xù)續(xù)為內內部RAM存儲器器供電電，以以延長長數(shù)據(jù)據(jù)所存存的時時間。。5）可選選的存存儲器器卡可可使用用戶像像使用用計算算機磁磁盤一一樣來來方便便地備備份和和裝載載程序序和數(shù)數(shù)據(jù)。。返回本本節(jié)3.2.3掃描周周期及及工作作方式式1.掃描周周期2.工作方方式3.改變CPU工作方方式的的方法法圖3.4CPU的掃描描周期期1.掃描周周期（1）輸入入處理理（2）執(zhí)行程序序（3）處理通信信請求（4）執(zhí)行CPU自診斷測試試（5）寫數(shù)字輸輸出2.工作方式（1）STOP方式（2）RUN方式3.改變CPU工作方式的的方法1）用PLC上的方式開開關來手動動切換，方方式開關有有3個擋位。。2）用STEP7-Micro/Win32編程軟件，，應首先把把主機的方方式開關置置于TERM或RUN位置，然后后在此軟件件平臺用鼠鼠標單擊STOP和RUN方式按鈕即即可。3）在用戶程程序中用指指令由RUN方式轉換到到STOP方式，前提提是程序邏邏輯允許中中斷程序的的執(zhí)行。返回本節(jié)3.2.4輸入輸出擴展展1.設備連接2.最大I/O配置的預算3.輸入輸出及CPU組態(tài)1.設備連接圖3.5I/O擴展示意圖2.最大I/O配置的預算（1）映像寄存器器數(shù)量（2）電流提供（3）模塊電流（4）電流預算規(guī)規(guī)則（2）電流提供各CPU所能提供的最最大5VDC電流如表3.4所示。（3）模塊電流CPU22X可連接的各擴擴展模塊消耗耗5VDC電流如表3.5所示。3.輸入輸出及CPU組態(tài)（1）I/O點數(shù)擴展和編編址（2）設置輸入濾濾波（3）設置脈沖捕捕捉（4）輸出表配置置（5）定義存儲器器保持范圍例如，某一控控制系統(tǒng)選用用CPU224，系統(tǒng)所需的輸輸入輸出點數(shù)數(shù)各為：數(shù)字字量輸入24點、數(shù)字量輸輸出20點、模擬量輸輸入6點、模擬量輸輸出2點。本系統(tǒng)可有多多種不同模塊塊的選取組合合，表3.6所示為其中的的一種可行的的系統(tǒng)輸入輸輸出組態(tài)狀況況。若按表3.6的擴展方式，，各模塊在I/O鏈中的位置排排列方式也可可以有多種，，圖3.6所示為其中的的一種模塊連連接形式。圖3.6擴展連接圖S7-200CPU為每個主機數(shù)數(shù)字量輸入提提供了脈沖捕捕捉功能，它它可以使主機機能夠捕捉小小于一個掃描描周期的短脈脈沖，并將其其保持到主機機讀到這個信信號，但前提提是只有通過過濾波器后，，脈沖捕捉才才有效。此外外，在一個給給定的掃描周周期內如果有有不只一個脈脈沖，則只有有第一個脈沖沖可以被捕捉捉到，幾種情情況下的脈沖沖捕捉波形如如圖3.7所示。圖3.7脈沖捕捉波形形圖表3.722X主機主要技術術指標返回本節(jié)3.2.5主機性能指標標S7-20022X各主機的主要要技術性能指指標如下表3.7所示。返回本節(jié)3.3編程元件及程程序知識3.3.1編程元件及尋尋址3.3.2指令系統(tǒng)3.3.3編程語言3.3.4程序結構返回本章首頁頁3.3.1編程元件及尋尋址1.數(shù)據(jù)類型2.直接尋址方式式3．間接尋址方方式1.數(shù)據(jù)類型（1）數(shù)據(jù)類型及及范圍SIMATICS7-200系列PLC數(shù)據(jù)類型可以以是布爾型、、整型和實型型（浮點數(shù)））。實數(shù)采用用32位單精度數(shù)來來表示，其數(shù)數(shù)值有較大的的表示范圍：：正數(shù)為+1.175495E-38～+3.402823E+38；負數(shù)為-1.175495E~38～-3.402823E+38。不同長度的整整數(shù)所表示的的數(shù)值范如表表3.8所示。（2）常數(shù)在編程中經(jīng)常常會使用常數(shù)數(shù)。常數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)長度可為字字節(jié)、字和雙雙字，在機器器內部的數(shù)據(jù)據(jù)都以二進制制存儲，但常常數(shù)的書寫可可以用二進制制、十進制、、十六進制、、ASCII碼或浮點數(shù)（（實數(shù)）等多多種形式。幾幾種常數(shù)形式式分別如表3.9所示。2.直接尋址方式式（1）編址形式按位尋址的格格式為：Ax.y存儲區(qū)內另有有一些元件是是具有一定功功能的硬件，，由于元件數(shù)數(shù)量很少，所所以不用指出出元件所在存存儲區(qū)域的字字節(jié)，而是直直接指出它的的編號。其尋尋址格式為：：Ay數(shù)據(jù)尋址格式式為：ATx（2）各元件介紹紹輸入繼電器（（I）輸出繼電器（（Q）通用輔助繼電電器（M）特殊標志繼電電器（SM）變量存儲器（（V）局部變量存儲儲器（L）順序控制繼電電器（S）定時器（T）計數(shù)器（C）模擬量輸入映映像寄存器（（AI）、模擬量輸出映映像寄存器（（AQ）高速計數(shù)器（（HC）累加器（AC）S7-200將編程元件統(tǒng)統(tǒng)一歸為存儲儲器單元，存存儲單元按字字節(jié)進行編址址，無論所尋尋址的是何種種數(shù)據(jù)類型，，通常應指出出它在所在存存儲區(qū)域和在在區(qū)域內的字字節(jié)地址。每每個單元都有有惟一的地址址，地址用名名稱和編號兩兩部分組成，，元件名稱（（區(qū)域地址符符號）如表3.10所示。按位尋址的格格式為：Ax.y必須指定元件件名稱、字節(jié)節(jié)地址和位號號，如圖3.8所示。圖3.8中MSB表示最高位，，LSB表示最低位。。圖3.8位尋址格式3．間接尋址方方式間接尋址方式式是，數(shù)據(jù)存存放在存儲器器或寄存器中中，在指令中中只出現(xiàn)所需需數(shù)據(jù)所在單單元的內存地地址的地址。。存儲單元地地址的地址又又稱為地址指指針。這種間間接尋址方式式與計算機的的間接尋址方方式相同。間間接尋址在處處理內存連續(xù)續(xù)地址中的數(shù)數(shù)據(jù)時非常方方便，而且可可以縮短程序序所生成的代代碼的長度，，使編程更加加靈活。用間接尋址方方式存取數(shù)據(jù)據(jù)需要作的工工作有3種：建立指針針、間接存取取和修改指針針。（1）建立指針建立指針必須須用雙字傳送送指令（MOVD），將存儲器所要要訪問的單元元的地址裝入入用來作為指指針的存儲器器單元或寄存存器，裝入的的是地址而不不是數(shù)據(jù)本身身，格式如下下：例：MOVD&VB200,VD302MOVD&MB10,AC2MOVD&C2,LD14注意：建立指針用MOVD指令。（2）間接存取指令中在操作作數(shù)的前面加加“*”表示示該操作數(shù)為為一個指針。。下面兩條指令令是建立指針針和間接存取取的應用方法法：MOVD&VB200，AC0MOVW*AC0，AC1若存儲區(qū)的地地址及單元中中所存的數(shù)據(jù)據(jù)如下所示執(zhí)行過程如下下：（3）修改指針下面的兩條指指令可以修改改指針的用法法：INCDAC0INCDAC0MOVW*AC0，AC1返回本節(jié)3.3.2指令系統(tǒng)S7-200系列PLC主機中有兩類類基本指令集集：SIMATIC指令集和IEC1131-3指令集，程序序員可以任選選一種。提供供了許多類型型的指令以完完成廣泛的自自動化任務。。SIMATIC指令集：是為為S7-200系列PLC設計的，本指指令通常執(zhí)行行時間短，而而且可以用LAD、STL和FBD三種編程語言言。IEC1131-3指令集是不同同PLC廠家的指令標標準，它不能能使用STL編程語言。返回本節(jié)3.3.3編程語言1.語句表2.梯形圖3.功能塊圖4.其他編程語言言1.語句表語句表（STL）語言類似于計計算機的匯編編語言，特別別適合于來自自計算機領域域的工程人員員。用指令助助記符創(chuàng)建用用戶程序，屬屬于面向機器器硬件的語言言，STEP7Micro/Win32的語句表如圖圖3.9所示。圖3.9語句表舉例2.梯形圖圖3.10梯形圖舉例3.功能塊圖功能塊圖（FBD）的圖形結構與與數(shù)字電子電電路的結構極極為相似，如如下圖3.11所示。4.其他編程語言言SIMATIC工業(yè)軟件中的的工程工具中中為大型或中中型PLC提供了許多高高級編程工具具，以下簡要要其中的幾種種：（1）S7-SLC和M7-ProC/C++（2）S7-GRAPH（3）S7-HiGraph（4）CFC（1）S7-SLC和M7-ProC/C++圖3.12SLC語言S7-SLC的語言與PASCAL非常相似，，如圖3.12所示。（2）S7-GRAPH圖3.13順序流程圖圖（3）S7-HiGraph它借助于狀狀態(tài)圖來描描述異步過過程。用于于裝置和過過程，以及及可能的轉轉移狀態(tài)的的圖形描述述。本工具可基基于系統(tǒng)框框圖和流程程圖直接進進行編程，，程序結構構和過程清清晰。S7-HiGraph如圖3.14所示。圖3.14狀態(tài)圖（4）CFCCFC（連續(xù)功能圖圖）是在原原來的CSF（控制制系系統(tǒng)統(tǒng)流流程程圖圖））的的基基礎礎上上發(fā)發(fā)展展起起來來的的，，它它通通過過繪繪制制過過程程控控制制流流程程圖圖，，將將各各程程序序塊塊在在版版面面上上布布置置，，然然后后將將它它們們相相互互連連接接即即可可。?？刂浦葡迪到y(tǒng)統(tǒng)流流程程圖圖如如圖圖3.15所示示。。返回回本本節(jié)節(jié)圖3.15連續(xù)續(xù)功功能能圖圖3.3.4程序序結結構構1.用戶戶程程序序（1）主主程程序序（2）子子程程序序（3）中中斷斷處處理理程程序序2.數(shù)據(jù)據(jù)塊塊3.參數(shù)數(shù)塊塊如果果編編程程使使用用的的是是手手編編器器，，主主程程序序應應安安排排到到程程序序的的最最前前面面。。其其他他部部分分的的位位置置安安排排沒沒有有嚴嚴格格的的順順序序，，但但習習慣慣上上把把子子程程序序安安排排在在中中斷斷程程序序的的前前面面。。如如圖圖3.16所示示。。圖3.16程序序結結構構返回回本本節(jié)節(jié)3.4相關關設設備備3.4.1手編編器器3.4.2計算算機機3.4.3人機機界界面面3.4.4特殊殊功功能能模模塊塊返回回本本章章首首頁頁3.4.1手編編器器工業(yè)業(yè)上上用用的的各各廠廠商商的的可可編編程程序序控控制制器器的的使使用用中中，，手手編編器器曾曾是是主主要要編編程程設設備備，，后后來來出出現(xiàn)現(xiàn)了了圖圖形形輸輸入入設設備備，，又又出出現(xiàn)現(xiàn)了了計計算算機機編編程程軟軟件件。。通通過過通通信信設設備備，，使使PLC和計計算算機機相相連連，，用用編編程程軟軟件件可可直直接接在在計計算算機機上上編編程程，，由由于于計計算算機機的的顯顯示示器器屏屏幕幕較較大大，，對對程程序序的的編編制制和和修修更更加加方方便便高高效效。。但但即即使使是是現(xiàn)現(xiàn)在在，，手手編編器器的的使使用用仍仍十十分分廣廣泛泛，，特特別別是是用用小小型型和和微微型型PLC實現(xiàn)現(xiàn)的的小小規(guī)規(guī)模模系系統(tǒng)統(tǒng)。。返回回本本節(jié)節(jié)3.4.2計算算機機計算機包包括個人人計算機機和工業(yè)業(yè)計算機機，在可可編程序序控制器器系統(tǒng)的的工業(yè)應應用中發(fā)發(fā)揮著越越來越重重要的作作用，幾幾乎PLC系統(tǒng)從工工程項目目開發(fā)、、編程、、調試到到系統(tǒng)的的運行和和維護，，計算機機越來越越成了不不可缺少少的工具具。返回本節(jié)節(jié)3.4.3人機界面面1.構造特點點文本顯示示區(qū)：可可顯示兩兩行信息息（每行行20個字符））的液晶晶顯示LCD。按鍵：共共有9個鍵。。通信：通通過TD/CPU電纜（通通用RS232接口）可可以提供供可編程程序控制制器與TD200的通信，，同時可可以提供供TD的電源，，而不必必再另接接電源。。電源：如如果不用用TD/CPU通信電纜纜，可以以通過面面板右側側的電源源接口連連接外部部電源。。2.主要功能能可以顯示示從CPU主機讀出出的信息息（如讀讀取指令令、數(shù)據(jù)據(jù)、當前前值及狀狀態(tài)）；；可以調調整運行行中選定定的程序序變量；；可以提提供對輸輸入輸出出點的強強制功能能；可以以為實時時時鐘設設置日期期和時間間；支持持多種語語言形式式的菜單單和提示示并支持持中文。。返回本節(jié)節(jié)3.4.4特殊功能能模塊1.數(shù)字量擴擴展模塊塊2.模擬量擴擴展模塊塊3.熱電偶、、熱電阻阻模塊4.通信擴展展模塊5.現(xiàn)場設備備接口模模塊1.數(shù)字量擴擴展模塊塊數(shù)字量擴擴展模塊塊主要有有：EM221數(shù)字量輸輸入模塊塊，24V，8輸入。EM222數(shù)字量輸輸出模塊塊，24V，8輸出。EM223數(shù)字量混混合模塊塊，24V。2.模擬量擴擴展模塊塊模擬量擴擴展模塊塊主要有有：EM231：4模擬輸入入點，2W，12位。EM232：2模擬輸出出點，2W，12位。EM235：4模擬輸入入點，1模擬量輸輸出點，，2W，12位。3.熱電偶、、熱電阻阻模塊EM231為1.8W，15位，模擬擬量輸入入。4.通信擴展展模塊EM277PROFIBUS-DP模塊用于于PLC現(xiàn)場總線線通信連連接。波波特率可可從9600~12M波特。5.現(xiàn)場設備備接口模模塊CP243-2通信處理理器是AS-I主站連接接部件，，專門用用于S7-200CPU22x，連接的同同時顯著著增加了了S7-20