西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)課件

1.1可編程序控制器概述西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初步模塊1PLC的認(rèn)知初步

1.2S7-200系列PLC介紹1.3STEP-Micr/WIN4.0編程軟件的使用西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初1

西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初步1.1可編程序控制器概述

1.1.1PLC的由來(lái)

1968年，美國(guó)通用汽車公司(GM公司)為了在每次汽車改型或改變工藝流程時(shí)不改動(dòng)原有繼電器柜內(nèi)的接線，以便降低生產(chǎn)成本，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，而提出了研制新型邏輯順序控制裝置，并提出了該裝置的研制指標(biāo)要求，即10項(xiàng)招標(biāo)技術(shù)指標(biāo)，這10指標(biāo)實(shí)際上就是當(dāng)今可編程序控制器最基本的功能。將它們歸納一下，其核心為以下四點(diǎn)：(1)用計(jì)算機(jī)代替繼電器控制盤。(2)用程序代替硬件接線。(3)輸入/輸出電平可與外部裝置直接連接。(4)結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展

西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初2美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）中標(biāo)并于1969年研出了世界上第一臺(tái)可編程序控制器，并應(yīng)用于通用汽車公司的生產(chǎn)線上。當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器PLC（ProgrammableLogicController），目的是用來(lái)取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。緊接著，美國(guó)MODICON公司也開發(fā)出同名的控制器，1971年，日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制成了日本第一臺(tái)可編程控制器。1973年，西歐國(guó)家也研制出他們的第一臺(tái)可編程控制器。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初步美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）中標(biāo)并于1969年研出了世界3

西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初步1.1.2可編程序控制器的定義、分類及特點(diǎn)

1.可編程序控制器的定義由于PLC在不斷發(fā)展，因此，對(duì)它進(jìn)行確切的定義是比較困難的。1982年，國(guó)際電工委員會(huì)(InternationalElectricalCommittee，IEC)頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)草案，1985年提交了第2版，并在1987年的第3版中對(duì)PLC作了如下的定義：PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸?shù)妮斎牒洼敵??？刂聘鞣N類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體和易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初4

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控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體和易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。上述的定義表明，PLC是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，是以微處理器為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)，用面向控制過程、面向用戶的“自然語(yǔ)言”編程的一種簡(jiǎn)單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。2.可編程序控制器的分類（1）PLC硬件結(jié)構(gòu)的類型可編程序控制器發(fā)展很快，目前，全世界有幾百家工廠正在生產(chǎn)幾千種不同型號(hào)的PLC。為了便于在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝，便于擴(kuò)展，方便接線，其結(jié)構(gòu)與普通計(jì)算機(jī)有很大區(qū)別。通常從組成結(jié)構(gòu)形式上將這些PLC分為兩類：一類是一體化整體式PLC，另一類是結(jié)構(gòu)化模塊式PLC。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初5

西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初步（2）PLC的分類

為了適應(yīng)不同工業(yè)生產(chǎn)過程的應(yīng)用要求，可編程序控制器能夠處理的輸入/輸出信號(hào)數(shù)是不一樣的。一般將一路信號(hào)叫做一個(gè)點(diǎn)，將輸入點(diǎn)數(shù)和輸出點(diǎn)數(shù)的總和稱為機(jī)器的點(diǎn)。按照I/O點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為超小(微)、小、中、大、超大等五種類型。如表1-1所示。

表1-1按I/O點(diǎn)數(shù)分類

按功能分類可分為低檔機(jī)、中檔機(jī)、高檔機(jī)。如表1-2所示表1-2按功能分類

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西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初步表1-2按功能分類3.可編程序控制器的特點(diǎn)PLC能如此迅速發(fā)展的原因，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需要外，還有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。其主要特點(diǎn)如下：（1）編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初7

西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初步（2）功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高（3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng).（4）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)（5）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少（6）維修工作量小，維修方便（7）體積小，能耗低西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初8

西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初步1.1.3可編程序控制器的功能和應(yīng)用

1.開關(guān)邏輯和順序控制這是PLC應(yīng)用最廣泛、最基本的場(chǎng)合。它的主要功能是完成開關(guān)邏輯運(yùn)算和進(jìn)行順序邏輯控制，從而可以實(shí)現(xiàn)各種簡(jiǎn)單或十分復(fù)雜的控制要求。2.模擬控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中，許多連續(xù)變化的需要進(jìn)行控制的物理量，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域?qū)δM量控制的廣泛要求，目前大部分PLC產(chǎn)品都具備處理這類模擬量的功能。特別是當(dāng)系統(tǒng)中模擬量控制點(diǎn)數(shù)不多，同時(shí)混有較多的開關(guān)量時(shí)，PLC具有其他控制裝置所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。另外，某些PLC產(chǎn)品還提供了典型控制策略模塊，如PID模塊，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的PID等反饋或其他模擬量的控制運(yùn)算。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初9

西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初步3.定時(shí)控制PLC具有很強(qiáng)的定時(shí)、計(jì)數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個(gè)定時(shí)器與計(jì)數(shù)器。如果需要對(duì)頻率較高的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，則可以選擇高速計(jì)數(shù)器。4.數(shù)據(jù)處理

新型PLC它不僅具有算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送的能力，而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等功能，有的PLC還可以進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算和函數(shù)運(yùn)算。5.通信聯(lián)網(wǎng)把PLC作為下位機(jī)，與上位機(jī)或同級(jí)的可編程序控制器進(jìn)行通信，可完成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程的信息控制和管理，因此PLC是實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化的理想工業(yè)控制器。6.信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)信號(hào)聯(lián)鎖是安全生產(chǎn)所必需的。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初10

西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初步1.1.4可編程序控制器的發(fā)展趨勢(shì)1．增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)通信功能2．發(fā)展智能模塊3．外部診斷功能4．編程語(yǔ)言、編程工具標(biāo)準(zhǔn)化、高級(jí)化5．軟件、硬件的標(biāo)準(zhǔn)化6．組態(tài)軟件的迅速發(fā)展西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初11

西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初步1.1.5PLC的組成與基本結(jié)構(gòu)

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其硬件系統(tǒng)都大體相同，主要由中央處理器模塊、存儲(chǔ)器模塊、輸入輸出模塊、編程器和電源等幾部分構(gòu)成，如圖1-1所示。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初12

西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初步1．中央處理器（CPU）CPU是PLC的核心部件，主要用來(lái)運(yùn)行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)以及進(jìn)行邏輯判斷和數(shù)據(jù)處理。CPU用掃描的方式讀取輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，從內(nèi)存逐條讀取用戶程序，通過解釋后按指令的規(guī)定產(chǎn)生控制信號(hào)，然后分時(shí)、分渠道地執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、比較和變換等處理過程，完成用戶程序所設(shè)計(jì)的邏輯或算術(shù)運(yùn)算任務(wù)，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果控制輸出設(shè)備響應(yīng)外部設(shè)備的請(qǐng)求以及進(jìn)行各種內(nèi)部診斷。2．存儲(chǔ)器可編程控制器的存儲(chǔ)器由只讀存儲(chǔ)器ROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM和可電擦寫的存儲(chǔ)器EEPROM三大部分構(gòu)成，只讀存儲(chǔ)器ROM用以存放系統(tǒng)程序，可編程控制器在生產(chǎn)過程中將系統(tǒng)程序固化在ROM中的。用戶程序和中間運(yùn)算數(shù)據(jù)存放的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM中，RAM存儲(chǔ)器是一種高密度、低功耗、價(jià)格便宜的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，可用鋰電池做備用電源。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初13

西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初步3．電源PLC的電源是指為CPU、存儲(chǔ)器和I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配備的直流開關(guān)電源。電源的交流輸入端一般都有脈沖吸收電路，交流輸入電壓范圍一般都比較寬，抗干擾能力比較強(qiáng)。電源的直流輸電壓多為直流5V和直流24V。直流5V電源供PLC內(nèi)部使用，直流24V電源除供內(nèi)部使用外還可以供輸入/輸出單元和各種傳感器使用。4．輸入/輸出接口PLC內(nèi)部輸入電路作用是將PLC外部電路（如行程開關(guān)、按鈕、傳感器等）提供的符合PLC輸入電路要求的電壓信號(hào)，通過光電耦合電路送至PLC內(nèi)部電路。輸入電路有直流輸入電路、交流輸入電路和交直流輸入電路。輸入電路通常以光電隔離和阻容濾波的方式提高抗干擾能力，根據(jù)輸入信號(hào)形式的不同，可分為模擬量I/O單元、數(shù)字量I/O單元兩大類。根據(jù)輸入單元形式的不同，可分為基本I/O單元、擴(kuò)展I/O單元兩大類。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初14

西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初步PLC內(nèi)部輸出電路作用是將輸出映像寄存器的結(jié)果通過輸出接口電路驅(qū)動(dòng)外部的負(fù)載（如接觸器線圈、電磁閥、指示燈等）。輸出電路用于把用戶程序的邏輯運(yùn)算結(jié)果輸出到PLC外部，輸出電路具有隔離PLC內(nèi)部電路和外部執(zhí)行元件的作用，還具有功率放大的作用。輸出電路有晶體管輸出型、可控硅輸出型和繼電器輸出型三種。功能模塊是一些智能化的輸入/輸出電路。如溫度檢測(cè)模塊、位置檢測(cè)模塊、位置控制模塊和PID控制模塊等。（1）輸入接口電路由于生產(chǎn)過程中使用的各種開關(guān)、按鈕、傳感器等輸入器件直接接到PLC輸入接口電路上，為防止由于觸點(diǎn)抖動(dòng)或干擾脈沖引起錯(cuò)誤的輸入信號(hào)，輸入接口電路必須有很強(qiáng)的抗干擾能力。以直流輸入電路為例，如圖1-2所示，輸入接口電路提高抗干擾能力的方法主要有利用光電耦合器提高抗干擾能力和利用濾波電路提高抗干擾能力。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初15

西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初步圖1-2直流輸入電路

（2）輸出接口電路根據(jù)驅(qū)動(dòng)負(fù)載元件不同可將輸出接口電路分為3種：①小型繼電器輸出形式。如圖1-3所示。這種輸出形西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初16式既可驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，又可驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載。驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力在2A左右。圖1-3所示電路工作原理是：當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為1時(shí)，使繼電器K的線圈通電，產(chǎn)生電磁吸力，觸點(diǎn)閉合，則負(fù)載得電，同時(shí)點(diǎn)亮LED，表示該路輸出點(diǎn)有輸出。當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為0時(shí)，使繼電器K的線圈無(wú)電流，觸點(diǎn)斷開，則負(fù)載斷電，同時(shí)LED熄滅，表示該路輸出點(diǎn)無(wú)輸出。

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圖1-3小型繼電器輸出形式電路式既可驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，又可驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載。驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力在17

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②大功率晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管輸出形式。如圖1-4所示。這種輸出形式只可驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載。驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力：每一個(gè)輸出點(diǎn)為零點(diǎn)幾安培左右。它的優(yōu)點(diǎn)是可靠性強(qiáng)，執(zhí)行速度快，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是過載能力差。適合在直流供電、輸出量變化快的場(chǎng)合選用。圖1-4所示電路工作原理是：當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為1時(shí)，光電耦合器T1導(dǎo)通，使大功率晶體管VT飽和導(dǎo)通，則負(fù)載得電，同時(shí)點(diǎn)亮LED，表示該路輸出點(diǎn)有輸出。當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為0時(shí)，光電耦合器T1斷開，大功率晶體管VT截止，則負(fù)載失電，LED熄滅，表示該路輸出點(diǎn)無(wú)輸出。VD為保護(hù)二極管，可防止負(fù)載電壓極性接反或高電壓、交流電壓損壞晶體管。FU的作用是：防止負(fù)載短路時(shí)損壞PLC。當(dāng)負(fù)載為電感性負(fù)載，VT關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生較高的反電勢(shì)所以必須給負(fù)載并聯(lián)續(xù)流二極管，為其提供放電回路，避免VT承受過電壓。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的18

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圖1-4大功率晶體管輸出形式電路

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③雙向晶閘管輸出形式。如圖1-5所示。這種輸出形式適合驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載。由于雙向可控硅和大功率晶體管同屬于半導(dǎo)體材料元件，所以優(yōu)缺點(diǎn)與大功率晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管輸出形式的相似，適合在交流供電、輸出量變化快的場(chǎng)合選用。圖1-5所示電路工作原理是：當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為1時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，相當(dāng)于雙向晶閘管施加了觸發(fā)信號(hào)，無(wú)論外接電源極性圖1-5雙向可控硅輸出形式電路西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的20

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如何，雙向晶閘管T均導(dǎo)通，負(fù)載得電，同時(shí)輸出指示LED點(diǎn)亮，表示該輸出點(diǎn)接通；當(dāng)對(duì)應(yīng)T的內(nèi)部繼電器的狀態(tài)為0時(shí)，雙向晶閘管施加了觸發(fā)信號(hào)，雙向晶閘管關(guān)斷，此時(shí)LED不亮，負(fù)載失電。這種輸出接口電路驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力為1A左右。（3）I/O電路的常見問題①用三極管等有源元件作為無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)的輸出設(shè)備，與PLC輸入單元的連接時(shí)，由于三極管自身有漏電流存在，或者電路不能保證三極管可靠截止而處于放大狀態(tài)，就可能引起PLC輸入電路發(fā)生誤動(dòng)作?？稍赑LC輸入端并聯(lián)一個(gè)旁路電阻來(lái)分漏流，使流入PLC的電流小于1.3mA。②應(yīng)在輸出回路串聯(lián)保險(xiǎn)絲，避免負(fù)載電流過大，會(huì)損壞輸出元件或電路板。③由于晶體管、雙向晶閘管型輸出端子漏電流和殘余電壓的存在，當(dāng)驅(qū)動(dòng)不同類型的負(fù)載時(shí)，需要考慮電平匹配和誤動(dòng)等問題。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的21

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5．外部設(shè)備接口外設(shè)接口電路用于連接編程器或其他圖形編程器、文本顯示器、觸摸屏、變頻器等并能通過外設(shè)接口組成PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。PLC通過PC/PPI電纜或使用MPI卡通過RS-485接口與計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)編程、監(jiān)控、連網(wǎng)等功能。6．I/O擴(kuò)展接口擴(kuò)展接口用于擴(kuò)展輸入/輸出單元，它使PLC的控制規(guī)模配置更加靈活，這種擴(kuò)展接口實(shí)際上為總線形式，可以配置開關(guān)量的I/O單元，也可配置模擬量和高速計(jì)數(shù)等特殊I/O單元及通信適配器等。7.編程器編程器是PLC的重要外圍設(shè)備。利用編程器將用戶程序送入PLC的存儲(chǔ)器，還可以用編程器檢查程序，修改程序，監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。現(xiàn)在手持式編程器已逐漸被筆記本取代。

（4）感性負(fù)載斷電時(shí)產(chǎn)生很高的反電勢(shì)，對(duì)輸出單元電路產(chǎn)生沖擊，對(duì)于大電感或頻繁關(guān)斷的感性負(fù)載應(yīng)使用外部抑制電路，一般采用阻容吸收電路或二極管吸收電路。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的22

西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初步1.2S7-200系列PLC介紹

1.2.1S7-200系列PLC系統(tǒng)德國(guó)的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可編程序控制器在歐洲處于領(lǐng)先地位。最新的SIMATIC產(chǎn)品為SIMATICS7、M7和C7等幾大系列。SIMATICS7系列產(chǎn)品分為通用邏輯模塊（LOGO!）、微型PLC（S7-200系列）、中小型PLC（S7-300系列）和大中型PLC（S7-400系列）4個(gè)產(chǎn)品系列。從CPU模塊的功能來(lái)看，SIMATICS7-200系列微型PLC發(fā)展至今大致經(jīng)歷了兩代。第一代產(chǎn)品（21版），其CPU模塊為CPU21X，主機(jī)都可進(jìn)行擴(kuò)展；第二代產(chǎn)品（22版），其CPU模塊為CPU22X，是在21世紀(jì)初投放市場(chǎng)的，速度快，具有較強(qiáng)的通信能力。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初23

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S7-200系列PLC的硬件主要包括CPU和擴(kuò)展模塊。擴(kuò)展模塊則包括模擬量I/O擴(kuò)展模塊、數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊、溫度測(cè)量擴(kuò)展模塊、特殊功能模塊（如定位模塊）和通信模塊等。外部結(jié)構(gòu)如圖1-6所示。它是整體式PLC，它將輸入/輸出模塊、CPU模塊、電源模塊均裝在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)需要擴(kuò)展時(shí)，可選用需要的擴(kuò)展模塊與基本單元（主機(jī)）連接。

１.S7-200系列PLC的外部結(jié)構(gòu)圖1-6S7-200系列PLC外部結(jié)構(gòu)西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的24

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（１）CPU模塊S7-200系列的CPU的中央處理器是16位的，其參數(shù)見下表1-3所示。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的25

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1）CPU的工作方式CPU的前面板即存儲(chǔ)卡插槽的上部，有3盞指示燈顯示當(dāng)前工作方式。CPU前面板上用兩個(gè)發(fā)光二極管顯示當(dāng)前工作方式，綠色指示燈亮，表示為RUN運(yùn)行狀態(tài)，紅色指示燈亮，表示為STOP停止?fàn)顟B(tài)，在標(biāo)有SF指示燈亮?xí)r表示系統(tǒng)故障，PLC停止工作。

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2）改變CPU工作方式的方法①用工作方式開關(guān)改變工作方式。工作方式開關(guān)有3個(gè)擋位：STOP、TERM（Terminal）、RUN。把方式開關(guān)切到STOP位，可以停止程序的執(zhí)行；把方式開關(guān)切到RUN位，可以起動(dòng)程序的執(zhí)行；把方式開切到TERM（暫態(tài)）或RUN位，允許STEP7-Micro/WIN32軟件設(shè)置CPU工作狀態(tài)。設(shè)置為RUN時(shí)，電源上電時(shí)，CPU自動(dòng)進(jìn)入RUN工作狀態(tài)。②用編程軟件改變工作方式。把方式開關(guān)切換到TERM（暫態(tài)），可以使用STEP7-Micro/WIN32編程軟件設(shè)置工作方式。③在程序中用指令改變CPU的工作方式。在程序中插入一個(gè)STOP指令，CPU可由RUN方式進(jìn)入STOP工作方式。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的27

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（２）存儲(chǔ)系統(tǒng)S7-200系列PLC的CPU模塊內(nèi)部配備了一定容量的RAM（RandomAccessMemory)和EEPROM(ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory)，兩種類型的存儲(chǔ)器構(gòu)成了PLC的存儲(chǔ)系統(tǒng)，如圖1-7所示。主機(jī)CPU模塊內(nèi)部配備的EEPROM，上裝程序時(shí)，可自動(dòng)裝入并永久保存用戶程序、數(shù)據(jù)和CPU的組態(tài)數(shù)據(jù)，用戶可以用程序?qū)⒋鎯?chǔ)在RAM中的數(shù)據(jù)備份到EEPROM存儲(chǔ)器，主機(jī)CPU提供一個(gè)超級(jí)電容器，可使RAM中的程序和數(shù)據(jù)在斷電后保持幾天之久。CPU提供一個(gè)可選的電池卡，可在斷電后超級(jí)電容器中的電量完全耗盡時(shí)，繼續(xù)為內(nèi)部RAM存儲(chǔ)器供電，以延長(zhǎng)數(shù)據(jù)所存的時(shí)間，可選的存儲(chǔ)器卡可使用戶像使用計(jì)算機(jī)磁盤一樣來(lái)方便地備份和裝載程序和數(shù)據(jù)。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的28

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圖1-7存儲(chǔ)系統(tǒng)西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的29

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（３）輸入/輸出端子

輸入/輸出模塊電路是PLC與被控設(shè)備間傳遞輸入/輸出信號(hào)的接口部件。各輸入/輸出點(diǎn)的通/斷狀態(tài)用LED顯示，外部接線就接在PLC輸入/輸出接線端子上。S7-200系列CPU22X主機(jī)的輸入和輸入有兩種類型：一種是CPU22XAC/DC/繼電器，AC表示供電為交流輸入電源220V，DC表示輸入端的電源電壓為直流24V，提供24V直流電源給外部元件（如傳感器、開關(guān)）等，“繼電器”表示輸出為繼電器輸出(驅(qū)動(dòng)交、直流負(fù)載);另一種是CPU22XDC/DC/DC，DC表示供電電源電壓為直流24V，第二個(gè)DC表示輸入端的電源電壓為直流24V，提供24V直流給外部元件（如傳感器、開關(guān)等），第三個(gè)DC表示輸出端子的電源為直流24V，場(chǎng)效應(yīng)晶體管輸出（驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載），用戶可根據(jù)需要選用。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的30

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（１）CPU224型PLC輸入端子接線CPU224的主機(jī)共有14個(gè)輸入點(diǎn)（I0.0～I(xiàn)0.7、I1.0～I(xiàn)1.5）和10個(gè)輸出點(diǎn)（Q0.0～Q0.7，Q1.0～Q1.1），在編寫端子代碼時(shí)采用八進(jìn)制，沒有0.8和0.9。CPU224輸入端子的接線如下圖1-8和1-9所示，它采用了雙向光電耦合器，24V直流極性可任意選擇，L+和M端子分別是模塊提供24V直流電源的正極和負(fù)極，它可以作為輸入電路的電源，也可作為外部傳感器、開關(guān)的電源。系統(tǒng)設(shè)置1M為輸入端子（I0.0～I(xiàn)0.7）公共端，2M為（I1.0～I(xiàn)1.5）輸入端子內(nèi)部電路的公共端。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的31

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圖1-8輸入端子的接線（PNP）圖1-9輸入端子的接線（NPN）西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的32

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【例1-1】有一臺(tái)S7-224CPU，輸入端有一只三線PNP接近開關(guān)和一只二線PNP接近開關(guān)，應(yīng)如何接線？

【解】對(duì)于S7-224CPU，公共端接電源的負(fù)極。而對(duì)于三線PNP接近開關(guān)，只要將其正、負(fù)極分別與電源的正、負(fù)極相連，將信號(hào)線與PLC的“I0.0”相連即可；而對(duì)于二線PNP接近開關(guān)，只要將電源的正極分別與其正極相連，將信號(hào)線與PLC的“I0.1”相連即可，如圖1-10為例1-1輸入端子的接線示意圖。２）CPU224型PLC輸出端子接線CPU224的輸出電路有場(chǎng)效應(yīng)晶體管輸出電路和繼電器輸出電路兩種供用戶選用，其用法前面已敘述，具體接法如圖1-11和1-12所示。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的33

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圖1-11晶體管輸出（直流輸出）圖1-12繼電器輸出西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的34

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【例1-2】有一臺(tái)S7-224CPU，控制一只24VDC的電磁閥和一只220VAC電磁閥，輸出端應(yīng)如何接線？【解】因?yàn)閮蓚€(gè)電磁閥的線圈電壓不同，而且有直流和交流兩種電壓，所以如果不經(jīng)過轉(zhuǎn)換，只能用繼電器輸出的CPU，而且兩個(gè)電磁閥分別在兩個(gè)組中。其接線如圖1-13所示。圖1-13例1-2接線圖西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的35

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（４）電源模塊外部提供給PLC的電源，有24VDC、220VAC兩種，根據(jù)型號(hào)不同有所變化，電源的技術(shù)指標(biāo)見表1-4。S7-200的CPU單元有一個(gè)內(nèi)部電源模塊，S7-200小型PLC的電源模塊與CPU封裝在一起，通過連接總線為CPU模塊、擴(kuò)展模塊提供5V的直流電源，如果容量許可，還可提供給外部24V直流的電源，供本機(jī)輸入點(diǎn)和擴(kuò)展模塊繼電器線圈使用。應(yīng)根據(jù)下面的原則來(lái)確定I/O電源的配置。圖1-13例1-2接線圖表1-4電源的技術(shù)指標(biāo)西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的36

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1）有擴(kuò)展模塊連接時(shí)如果擴(kuò)展模塊對(duì)5VDC電源的需求超過CPU的5V電源模塊的容量，則必須減少擴(kuò)展模塊的數(shù)量。2）當(dāng)+24V直流電源的容量不滿足要求時(shí)可以增加一個(gè)外部24V直流電源給擴(kuò)展模塊供電。此時(shí)外部電源不能與S7-200的傳感器電源并聯(lián)使用，但兩個(gè)電源的公共端（M）應(yīng)連接在一起。（５）擴(kuò)展功能模塊擴(kuò)展單元作為基本單元輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)充，只能與基本單元連接使用。不能單獨(dú)使用。S7-200的擴(kuò)展單元包括數(shù)字量擴(kuò)展單元，模擬量擴(kuò)展單元，熱電偶、熱電阻擴(kuò)展模塊，PROFIBUS-DP通信模塊。有不同功能的擴(kuò)展模塊，可以滿足不同的控制需要，節(jié)約投資費(fèi)用。連接時(shí)CPU模塊放在最左側(cè)，擴(kuò)展模塊用扁平電纜與左側(cè)的模塊相連，如圖1-14所示。CPU222最多連接兩個(gè)擴(kuò)展模塊，CPU224/CPU226最多連接7個(gè)擴(kuò)展模塊。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的37

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1）數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊S7-200PLC提供了多種類型的數(shù)字量擴(kuò)展模塊，用戶可選用8點(diǎn)、16點(diǎn)和32點(diǎn)的數(shù)字量輸入/輸出模塊。數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊規(guī)格如表1-5所示。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的38

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2）模擬量I/O擴(kuò)展模塊模擬量擴(kuò)展模塊提供了模擬輸入量（如壓力、溫度、流量、轉(zhuǎn)速等）和某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如晶閘管調(diào)速裝置、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和變頻器等）輸出模擬量的功能，模擬量I/O擴(kuò)展模塊規(guī)格如表1-6所示。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的39

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3）熱電偶、熱電阻擴(kuò)展模塊EM231熱電偶、熱電阻擴(kuò)展模塊是為S7-200CPU222CPU224和CPU226/226XM設(shè)計(jì)的模擬量擴(kuò)展模塊，EM231熱電偶模塊具有特殊的冷端補(bǔ)償電路，該電路測(cè)量模塊連接器上的溫度，并適當(dāng)改變測(cè)量值，以補(bǔ)償參考溫度與模塊溫度之間的溫度差，如果在EM231熱電偶模塊安裝區(qū)域的環(huán)境溫度迅速地變化，則會(huì)產(chǎn)生額外的誤差，要想達(dá)到最大的精度和重復(fù)性，熱電阻和熱電偶模塊應(yīng)安裝在穩(wěn)定的環(huán)境溫度中。4）通信模塊PROFIBUS-DPS7-200系列的CPU要接入PROFIBUS-DP網(wǎng)，則必須配置通信模塊EM277模塊，EM277作為DP從站，EM277模塊接收來(lái)自主站的多種不同的I/O組態(tài)，向主站發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。5）定位模塊EM253西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的40

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1.用觸點(diǎn)和線圈實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算在數(shù)字量控制系統(tǒng)中，變量?jī)H有兩種相反的工作狀態(tài)，如高電平和低電平、繼電器線圈的通電和斷電、觸點(diǎn)的接通和斷開，可用邏輯代數(shù)中的1和0來(lái)表示它們。在波形圖中，用高電平表示1狀態(tài)，用低電子表示0狀態(tài)?！芭c”、“或”、“非”邏輯運(yùn)算的輸入／輸出關(guān)系如表1-7所示，用繼電器電路或類似于繼電器接觸器電氣控制電路的PLC編程軟件梯形圖可以實(shí)現(xiàn)“與”、“或”、“非”邏輯運(yùn)算(見圖1-15)。用多個(gè)觸點(diǎn)的串、并聯(lián)電路可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯運(yùn)算，例如圖1-16中的繼電器電路。

1.2.2可編程序控制器的工作原理西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的41

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實(shí)現(xiàn)的邏輯運(yùn)算可用邏輯代數(shù)式表示為：表1-7邏輯運(yùn)算關(guān)系表上式左邊的KM與圖中的線圈相對(duì)應(yīng)，右邊的KM與KM的常開觸點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，與SB2的常閉觸點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。在繼電器電路圖和梯形圖中，線圈的狀態(tài)是輸出量或被控量，觸點(diǎn)的\狀態(tài)是輸入量。繼電器的線圈通電時(shí)，其常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開，線圈斷電時(shí)西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的42

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其常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合。梯形圖中的位操作元件(如可編程序控制器的輸出Q0.0的觸點(diǎn)和線圈也有類似的關(guān)系。接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理與繼電器的基本相同，區(qū)別僅在于繼電器觸點(diǎn)的額定電流較小(如幾十毫安)，而接觸器是用來(lái)控制大電流負(fù)載的，例如它可以控制額定電流為幾十安培至上千安培的異步電動(dòng)機(jī)。圖1-16是用交流接觸器控制異步電動(dòng)機(jī)的主電路、控制電路和有關(guān)的波形圖。按下起動(dòng)按鈕SBl，它的常開觸點(diǎn)接通，電流經(jīng)過SBl的常開觸點(diǎn)和停止按鈕SB2的常閉觸點(diǎn)，流過交流接觸器KM的線圈、接觸器的銜鐵被吸合，使主電路中KM的3對(duì)常開觸點(diǎn)閉合，異步電動(dòng)機(jī)M的三相電源接通，電動(dòng)機(jī)開始運(yùn)行，控制電路中接觸器KM的輔助常開觸點(diǎn)同時(shí)接通。放開起動(dòng)按鈕后，SBl的常開觸點(diǎn)斷開，電流經(jīng)KM的輔助常開觸點(diǎn)和SB2的常閉觸點(diǎn)流過KM的線圈，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的43

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KM的輔助常開觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的這種功能稱為“自鎖”或“自保持”，它使繼電器電路具有類似于R-S觸發(fā)器的記憶功能。圖1-16異步電動(dòng)機(jī)控制電路西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的44

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在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)按停止按鈕SB2，它的常閉觸點(diǎn)斷開，使KM的線圈失電，KM的主觸點(diǎn)斷開、異步電動(dòng)機(jī)的三相電源被切斷，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，同時(shí)控制電路中KM的輔助常開觸點(diǎn)斷開。當(dāng)停止按鈕SB2被放開，其常閉觸點(diǎn)閉合后，KM的線圈仍然失電，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)保持停止運(yùn)行狀態(tài)。圖1-9（c）給出了有關(guān)信號(hào)的波形圖，圖中用高電平表示1狀態(tài)（線圈通電、按鈕被按下)，用低電平表示0狀態(tài)(線圈斷電、按鈕被放開)。圖中的熱繼電器FR用于過載保護(hù)，電動(dòng)機(jī)過載時(shí)，經(jīng)過一段時(shí)間后，F(xiàn)R的常閉觸點(diǎn)斷開，使KM的線圈斷電，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。2．可編程序控制器的工作原理眾所周知，繼電器控制系統(tǒng)是一種“硬件邏輯系統(tǒng)”，它所采用的是并行工作方式，也就是條件一旦西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的45

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形成，多條支路可以同時(shí)動(dòng)作。PLC是在繼電器控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系基礎(chǔ)上發(fā)展演變的。而PLC是一種專用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其工作原理是建立在計(jì)算機(jī)工作原理基礎(chǔ)上的。為了可靠地應(yīng)用在工業(yè)環(huán)境下，便于現(xiàn)場(chǎng)電氣技術(shù)人員的使用和維護(hù)，應(yīng)有大量的接口器件、特定的監(jiān)控軟件和專用的編程器件。這樣一來(lái)，不但其外觀不像計(jì)算機(jī)，其操作使用方法、編程語(yǔ)言及工作過程與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也是有區(qū)別的。實(shí)現(xiàn)的工作原理是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序，PLC的CPU是以分時(shí)操作方式來(lái)處理各項(xiàng)任務(wù)的。計(jì)算機(jī)在每一瞬間只能做一件事，所以，程序的執(zhí)行是按程序順序依次完成相應(yīng)段落上的動(dòng)作，所以，它屬于串行工作方式。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的46

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1）PLC控制系統(tǒng)的等效工作電路PLC控制系統(tǒng)的等效工作電路可以由輸入部分、內(nèi)部控制電路和輸出部分組成。輸入部分就是采集輸入信號(hào)，輸出部分就是系統(tǒng)的執(zhí)行部件。這兩部分與繼電器控制電路相同，內(nèi)部控制電路就是用戶所編寫的程序，可以實(shí)現(xiàn)控制邏輯，用軟件編程代替繼電器電路的功能。其等效工作電路如圖1-17所示，它是工作臺(tái)前進(jìn)、到位后停車并有工作指示燈的控制電路。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的47

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圖1-17PLC的等效工作電路西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的48

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①輸入部分。輸入部分由外部輸入電路、PLC輸入接線端子和輸入繼電器組成。外部輸入信號(hào)經(jīng)PLC輸入接線端子去驅(qū)動(dòng)輸入繼電器線圈。每個(gè)輸入端子與其相同編號(hào)的輸入繼電器有著唯一確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如當(dāng)外部的輸入元件（前進(jìn)按鈕SB1）處于接通狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入繼電器線圈（I0.0）“得電”。這個(gè)輸入繼電器（I0.0）是PLC內(nèi)部的軟繼電器，實(shí)際上這里不存在真正的物理上的繼電器，它只是存儲(chǔ)器(I0)中的某一位(I0.0)，它可以提供任意多個(gè)的動(dòng)合觸點(diǎn)或動(dòng)斷觸點(diǎn)。這里所說的“觸點(diǎn)”實(shí)際上也是不存在的，還是為了向早期的繼電器線路圖靠攏，便于大家理解。“觸點(diǎn)”實(shí)際上就是存儲(chǔ)器位的狀態(tài)，這樣一來(lái)就可以任意取用了。為使輸入繼電器的線圈“得電”，即讓外部輸入元件的接通狀態(tài)寫入其對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元中去，輸入回路要有電流，這個(gè)電源可以用PLC自己提供的24V直流電源，也可以由PLC外部的獨(dú)立的交流或直流電源供電。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的49

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②內(nèi)部控制電路。內(nèi)部控制電路是由用戶程序形成的用“軟繼電器”來(lái)替代硬繼電器的控制邏輯。它的作用是按照用戶編寫的程序所規(guī)定的邏輯關(guān)系，處理輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。一般用戶程序是用梯形圖語(yǔ)言編制的，看上去很像繼電器控制線路圖，這也是PLC設(shè)計(jì)者所追求的。在前面已經(jīng)提到過，即使PLC的梯形圖與繼電器控制線路圖完全相同，最后的輸出結(jié)果不一定相同，這是因?yàn)樘幚硇盘?hào)的過程是不一樣的。繼電器控制線路圖中的繼電器線圈都是并聯(lián)關(guān)系，機(jī)會(huì)相等，只要條件允許可以，同時(shí)動(dòng)作。而PLC的梯形圖程序的工作特點(diǎn)是周期性逐行掃描的。這樣一來(lái)最后的輸出結(jié)果就難免不一樣了。除了輸人信號(hào)和輸出信號(hào)，在PLC中還提供了計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器(相當(dāng)于繼電器控制線路中的中間繼電器)及某些特殊功能的繼電器。為了實(shí)現(xiàn)控制要求，在編程時(shí)可根據(jù)需要選用繼電器；西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的50

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但這些器件只能在PLC的內(nèi)部控制電路中使用，在PLC的I/O點(diǎn)處是看不到它們的。③輸出部分(以數(shù)字量繼電器輸出型PLC為例)。輸出部分是由在PLC內(nèi)部且與內(nèi)部控制電路隔離的輸出繼電器的外部動(dòng)合觸點(diǎn)、輸出接線端子和外部驅(qū)動(dòng)電路組成，用來(lái)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。每個(gè)輸出繼電器除了有為內(nèi)部控制電路提供編程用的任意多個(gè)動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)外，還為外部輸出電路提供了一個(gè)實(shí)際的動(dòng)合觸點(diǎn)與輸出接線端子相連。需要特別指出的是輸出繼電器是PLC中唯一存在的實(shí)際物理器件，打開PLC可發(fā)現(xiàn)在輸出側(cè)放置的那些微型繼電器。2）PLC的工作原理PLC雖然具有許多微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微型計(jì)算機(jī)有很多不同點(diǎn)，這主要是各自的操作系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件的不同造成的。PLC的工作方式有兩個(gè)顯著特點(diǎn)：一個(gè)是周期性順序掃描，一個(gè)是信號(hào)集中批處理。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的51

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PLC通電后，需要對(duì)軟硬件都做一些初始化的工作。為了使PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)各種輸入信號(hào)，初始化后反復(fù)不停地分步處理各種不同的任務(wù)，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為周期性順序掃描工作方式。PLC在運(yùn)行過程中，總是處在不斷循環(huán)的順序掃描過程中，每次掃描所用的時(shí)間稱為掃描時(shí)間，又稱為掃描周期或工作周期。由于PLC的I/O點(diǎn)數(shù)較多，采用集中批處理的方法，可簡(jiǎn)化操作過程便于控制，提高系統(tǒng)可靠性。因此，PLC的另一個(gè)主要特點(diǎn)就是對(duì)輸入采樣、執(zhí)行用戶程序、輸出刷新實(shí)施集中批處理。上面提到過PLC通電后，首先要進(jìn)行的就是初始化工作，這一過程包括對(duì)工作內(nèi)存的初始化，復(fù)位所有的定時(shí)器，將輸入/輸出繼電器清零，檢查I/O單元是否完好，如有異常則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。初始化之后，就進(jìn)入周期性掃描過程。PLC的運(yùn)行過程如圖1-18所示。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的52

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圖1-18PLC的工作過程流程圖西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的53

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PLC的工作流程即掃描過程主要有“輸入采樣”，“執(zhí)行用戶程序”和“輸出刷新”三個(gè)階段了。這三個(gè)階段是PLC工作過程的中心內(nèi)容(見圖1-19)，理解透PLC工作過程的這三個(gè)階段是學(xué)習(xí)好PLC的基礎(chǔ)。下面就詳細(xì)分析這三個(gè)階段：①輸入采樣掃描階段在PLC的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域來(lái)存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入過程映像寄存器和輸出過程映像寄存器。CPU以字節(jié)(8位)為單位來(lái)讀寫輸入/輸出過程映像寄存器。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的54

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圖1-19PLC的掃描工作過程西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的55

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這是第一個(gè)集中批處理過程，在這個(gè)階段中，PLC首先按順序掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存人相對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時(shí)，輸入映像存儲(chǔ)器被刷新，在當(dāng)前的掃描周期內(nèi)，用戶程序依據(jù)的輸入信號(hào)的狀態(tài)(ON或OFF)，均從輸入映像寄存器中去讀取，而不管此時(shí)外部輸入信號(hào)的狀態(tài)是否變化。在此程序執(zhí)行階段和接下來(lái)的輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，即使此時(shí)外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生變化，也只能在下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段去讀取。一般來(lái)說，輸入信號(hào)的寬度要大于一個(gè)掃描周期，否則很可能造成信號(hào)的丟失。如當(dāng)SB1按鈕按下后，外部輸入信號(hào)I0.0為ON狀態(tài)（1狀態(tài)），輸入映像寄存器中的位寄存器I0.0中的結(jié)果為1。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的56

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②執(zhí)行用戶程序的掃描階段PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按照順序排列。在RUN工作模式的程序執(zhí)行階段，在沒有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序。在執(zhí)行指令時(shí)，從I/O映像寄存器或別的位元件的映像寄存器讀取其ON/OFF狀態(tài)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果寫入到相應(yīng)的映像寄存器中。因此，除了輸入過程映像寄存器屬于只讀的之外，各映像寄存器的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。這是第二個(gè)集中批處理過程，在此階段PLC的工作過程是這樣的：CPU對(duì)用戶程序按順序進(jìn)行掃描，如果程序用梯形圖表示，則總是按先上再下，從左至右的順序進(jìn)行掃描，每掃描到一條指令，所需要的輸入信息的狀態(tài)就要從輸入映像寄存器中去讀取，西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的57

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而不是直接使用現(xiàn)場(chǎng)的即時(shí)輸入信息。因?yàn)榈谝粋€(gè)批處理過程(取輸人信號(hào)狀態(tài))已經(jīng)結(jié)束，“大門”已經(jīng)關(guān)閉，現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)信號(hào)此刻是進(jìn)不來(lái)的。對(duì)于其他信息，則是從PLC的元件映像寄存器中讀取，在這個(gè)過程順序掃描中，每一次運(yùn)算的中間結(jié)果都立即寫入元件映像寄存器中，這樣該元素的狀態(tài)馬上就可以被后面將要掃描到的指令所利用，所以在編程時(shí)指令的先后位置將決定最后的輸出結(jié)果。對(duì)輸出繼電器的掃描結(jié)果，也不是馬上去驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，而是將其結(jié)果寫入元件映像寄存器中的輸出映像寄存器中，同樣該元素的狀態(tài)也馬上就可以被后面將要掃描到的指令所利用，待整個(gè)用戶程序掃描階段結(jié)束后，進(jìn)入輸出刷新掃描階段時(shí)，成批將輸出信號(hào)狀態(tài)送出去。圖1-19中梯形圖程序的邏輯運(yùn)行為：西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的58

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執(zhí)行第一條指令時(shí)，從輸入映像寄存器I0.0中取出二進(jìn)制數(shù)1并存入堆棧的棧頂，梯形圖中對(duì)應(yīng)的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。執(zhí)行第二條指令時(shí)，從輸出映像寄存器Q0.0中取出二進(jìn)制數(shù)0，并與棧頂中的二進(jìn)制數(shù)1相“或”（觸點(diǎn)的并聯(lián)對(duì)應(yīng)“或”運(yùn)算），運(yùn)算結(jié)果1存入堆棧的棧頂。執(zhí)行第三條指令時(shí)，從輸入映像寄存器I0.1中取出二進(jìn)制數(shù)0，梯形圖中對(duì)應(yīng)的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合，即對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)不動(dòng)作。由于是常閉觸點(diǎn)，取反后與前面的運(yùn)算結(jié)果相“與”（觸點(diǎn)的串聯(lián)對(duì)應(yīng)“與”運(yùn)算），然后結(jié)果1存入堆棧的棧頂。執(zhí)行第四條指令時(shí)，從輸入映像寄存器I0.4中取出二進(jìn)制數(shù)0，梯形圖中對(duì)應(yīng)的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合，即對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)不動(dòng)作。由于是常閉觸點(diǎn)，取反后與前面的運(yùn)算結(jié)果相“與”（觸點(diǎn)的串聯(lián)對(duì)應(yīng)“與”運(yùn)算），然后結(jié)果1存入堆棧的棧頂。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的59

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執(zhí)行第五條指令時(shí)，將堆棧的棧頂中的二進(jìn)制數(shù)1送入輸出映像寄存器Q0.0。執(zhí)行第六條指令時(shí)，從輸出映像寄存器Q0.0中取出二進(jìn)制數(shù)1，存入堆棧的棧頂，然后再將1送入輸出映像寄存器Q0.4中。

③輸出刷新掃描階段CPU執(zhí)行完用戶程序后，將輸出過程映像寄存器的(ON/OFF)如Q0.0的1狀態(tài)傳送到輸出模塊并鎖存起來(lái)，梯形圖中某一輸出位的線圈“得電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為1狀態(tài)。信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器(確實(shí)存在的物理器件)的線圈如KM得電，它對(duì)應(yīng)的主電路中的常開觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載如工作臺(tái)通電工作。到此，一個(gè)周期掃描過程中的三個(gè)主要過程就結(jié)束了，CPU又進(jìn)入了下一個(gè)掃描周期。

西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的60西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初步1.3STEP7-Micro/WIN編程軟件的使用

STEP7-Micro/WIN編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，它是西門子公司專門為S7-200系列PLC而設(shè)計(jì)開發(fā)的，是S7-200系列PLC必不可少的開發(fā)工具。這里主要介紹STEP7-Micro/WIN4.0版本的使用。

1.3.1STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件介紹1.軟件安裝將STEP7-Micro/WINV4.0的安裝光盤插入PC機(jī)的CD-ROM中，安裝向?qū)С绦驅(qū)⒆詣?dòng)啟動(dòng)并引導(dǎo)用戶完成整個(gè)安裝過程。用戶還可以在安裝目錄中雙擊setup.exe圖標(biāo)，進(jìn)入安裝向?qū)?，按照安裝向?qū)瓿绍浖陌惭b。其步驟如下：（1）選擇安裝程序界面的語(yǔ)言，系統(tǒng)默認(rèn)使用英語(yǔ)；（2）按照安裝向?qū)崾荆邮躄icense條款，單擊“Next”按鈕繼續(xù)；西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的認(rèn)知初61

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（3）為STEP7-Micro/WINV4.0選擇安裝目錄文件夾，單擊“Next”按鈕繼續(xù)。（4）在STEP7-Micro/WINV4.0安裝過程中，必須為STEP7-Micro/WINV4.0配置波特率和站地址，其波特率必須與網(wǎng)絡(luò)上的其它設(shè)備的波特率一致，而且站地址必須唯一。（5）STEP7-Micro/WINV4.0SP3安裝完成后，重新啟動(dòng)PC機(jī)，單擊“Finish”按鈕完成軟件的安裝；（6）初次運(yùn)行STEP7-Micro/WINV4.0為英文界面，如果用戶想要使用中文界面，必須進(jìn)行設(shè)置。在主菜單中，選擇“Tools”中的“Options”選項(xiàng)。在彈出的Options選項(xiàng)對(duì)話框中，選擇“General”（常規(guī)），對(duì)話框右半部分會(huì)顯示“Language”選項(xiàng)，選擇“Chinese”，單擊“OK”按鈕，保存退出，重新啟動(dòng)STEP7-Micro/WINV4.0后即為中文操作界面。

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2.在線連接順利完成硬件連接和軟件安裝后，就可建立PC機(jī)與S7-200CPU的在線聯(lián)系了，步驟如下：（1）在STEP7-Micro/WINV4.0主操作界面下，單擊操作欄中的“通信”圖標(biāo)或選擇主菜單中的“查看→組件→通信”選項(xiàng)，則會(huì)出現(xiàn)一個(gè)通信建立結(jié)果對(duì)話框，顯示是否連接了CPU主機(jī)；（2）雙擊“雙擊刷新”圖標(biāo)，STEP7-Micro/WINV4.0將檢查連接的所有S7-200CPU站，并為每個(gè)站建立一個(gè)CPU圖標(biāo)。（3）雙擊要進(jìn)行通信的站，在通信建立對(duì)話框中可以顯示所選站的通信參數(shù)。此時(shí)，可以建立與S7-200CPU的在線聯(lián)系，如進(jìn)行主機(jī)組態(tài)、上傳和下載用戶程序等操作。3.編程軟件基本功能

STEP7-Micro/WINV4.0SP3編程軟件的主要功能有：（1）在離線（脫機(jī)）方式下可以實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的編輯、編譯、調(diào)試和系統(tǒng)組態(tài)。（2）在線方式下可通過聯(lián)機(jī)通信的方式上傳和下載用戶程序及組態(tài)數(shù)據(jù)，編輯和修改用戶程序。（3）支持STL、LAD、FBD三種編程語(yǔ)言，并且可以在三者之間任意切換。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的63

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（4）在編輯過程中具有簡(jiǎn)單的語(yǔ)法檢查功能，能夠在程序錯(cuò)誤行處加上紅色曲線進(jìn)行標(biāo)注。（5）具有文檔管理和密碼保護(hù)等功能。（6）提供軟件工具，能幫助用戶調(diào)試和監(jiān)控程序。（7）提供設(shè)計(jì)復(fù)雜程序的向?qū)Чδ?，如指令向?qū)Чδ?、PID自整定界面、配方向?qū)У?。?）支持TD200和TD200C文本顯示界面（TD200向?qū)В?.窗口組件及功能

STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件采用了標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，熟悉Windows的用戶可以輕松掌握。主要界面外觀如圖1-20所示。主界面一般可分為以下6個(gè)區(qū)域：菜單欄（包含8個(gè)主菜單項(xiàng)）、工具欄（快捷按鈕）、瀏覽欄（快捷操作窗口）、指令樹（快捷操作窗口）、輸出窗口和用戶窗口（可同時(shí)或分別打開圖中的5個(gè)用戶窗口）。除菜單欄外，用戶可根據(jù)需要決定其他窗口的取舍和樣式的設(shè)置。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的64

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如圖1-20STEP7-Micro/WIN編程軟件的主界面西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的65

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STEP7-Micro/WIN4.0編程軟件具有編程和程序調(diào)試等多種功能，下面通過一個(gè)簡(jiǎn)單的程序示例，介紹編程軟件的基本使用。STEP7-Micro/WIN4.0編程軟件的基本使用示例如圖1-21所示。1.編程的準(zhǔn)備（1）創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目或打開一個(gè)已有的項(xiàng)目。在進(jìn)行控制程序編程之前，首先應(yīng)創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目。單擊菜單“文件”→“新建”選項(xiàng)或單擊工具欄的新建按鈕，可以生成一個(gè)新的項(xiàng)目。單擊菜單“文件”→“打開”選項(xiàng)或單擊工具欄的的打開按鈕，可以打開已有的項(xiàng)目。項(xiàng)目以擴(kuò)展名為.mwp的文件格式保存。（2）設(shè)置與讀取PLC的型號(hào)。在對(duì)PLC編程之前，應(yīng)正確設(shè)置其型號(hào)，以防止發(fā)生編輯錯(cuò)誤，設(shè)置和讀取PLC的型號(hào)有兩種方法：

1.3.2STEP7-Micro/WIN4.0主要編程功能西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的66

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（2）設(shè)置與讀取PLC的型號(hào)。在對(duì)PLC編程之前，應(yīng)正確設(shè)置其型號(hào)，以防止發(fā)生編輯錯(cuò)誤，設(shè)置和讀取PLC的型號(hào)有兩種方法：方法一：?jiǎn)螕舨藛巍癙LC”→“類型”選項(xiàng)，在彈出的對(duì)話框中，可以選擇PLC型號(hào)和CPU版本如圖1-22所示。方法二：雙擊指令樹的“項(xiàng)目1”，然后雙擊PLC型號(hào)和CPU版本選項(xiàng)，在彈出的對(duì)話框中進(jìn)行設(shè)置即可。如果已經(jīng)成功地建立通信連接，那么單擊對(duì)話框中的“讀取PLC”按鈕，便可以通過通信讀出PLC的信號(hào)與硬件版本號(hào)。（3）選擇編程語(yǔ)言和指令集。

S7-200系列PLC支持的指令集有SIMATIC和IEC1131-3兩種。SIMATIC編程模式選擇，可以單擊菜單“工具”→“選項(xiàng)”→“常規(guī)”→SIMATIC選項(xiàng)來(lái)確定。

編程軟件可實(shí)現(xiàn)3種編程語(yǔ)言（編程器）之間的任意切換，單擊菜單“查看”→“梯形圖”或STL或FBD選項(xiàng)便可進(jìn)入相應(yīng)的編程環(huán)境。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的67

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圖1-21示例梯形圖

圖1-22設(shè)置PLC的型號(hào)（4）確定程序的結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單的數(shù)字量控制程序一般只有主程序，而系統(tǒng)較大、功能復(fù)雜的程序除了主程序外，還可能有子程序、中斷程序。編程時(shí)可以單擊編輯窗口下方的選項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)切換以完成不同程序結(jié)構(gòu)的程序編輯。用戶程序結(jié)構(gòu)選擇編輯窗口如圖1-23所示。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的68

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圖1-23用戶程序結(jié)構(gòu)選擇編輯窗口主程序在每個(gè)掃描周期內(nèi)均被順序執(zhí)行一次。子程序的指令放在獨(dú)立的程序塊中，僅在被程序調(diào)用時(shí)才執(zhí)行。中斷程序的指令也放在獨(dú)立的程序塊中，用來(lái)處理預(yù)先規(guī)定的中斷事件，在中斷事件發(fā)生時(shí)操作系統(tǒng)調(diào)用程序。2.梯形圖的編輯在梯形圖的編輯窗口中，梯形圖程序被劃分為若干個(gè)網(wǎng)絡(luò)，且一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只能有一個(gè)獨(dú)立的電路塊。如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中有兩個(gè)獨(dú)立的電路塊，那么在編譯時(shí)輸出窗口將顯示“1個(gè)錯(cuò)誤”，待錯(cuò)誤修正后方可繼續(xù)。當(dāng)然，也可對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的程序或者某個(gè)編程元件進(jìn)行編輯，執(zhí)行刪除、復(fù)制或粘貼操作。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的69

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（1）首先打開STEP7—Micro/WIN4.0編程軟件，進(jìn)入主界面，如圖1-24所示。（2）單擊瀏覽欄的“程序塊”按鈕，進(jìn)入梯形圖編輯窗口。（3）在編輯窗口中，把光標(biāo)定位到將要輸入編程元件的地方。（4）可直接在指令工具欄中單擊常開觸點(diǎn)按鈕，選取觸點(diǎn)如圖1-25所示。在彈出的位邏輯指令中單擊圖標(biāo)選項(xiàng)，選擇常開觸點(diǎn)如圖1-26所示。輸入的常開觸點(diǎn)符號(hào)會(huì)自動(dòng)寫入到光標(biāo)所在位置。輸入常開觸點(diǎn)如圖1-27所示。也可以在指令樹中雙擊位邏輯選項(xiàng)，然后雙擊常開觸點(diǎn)輸入。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的70

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圖1-24

STEP7—Micro/WIN4.0編程軟件主面西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的71

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圖1-24

STEP7—Micro/WIN4.0編程軟件主面圖1-25選取觸點(diǎn)圖1-26選擇常開觸點(diǎn)圖1-27輸入常開觸點(diǎn)西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的72

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5）在？？.？中輸入操作數(shù)I0.1，如圖1-281所示，然后光標(biāo)自動(dòng)移到下一列。（6）用同樣的方法在光標(biāo)位置輸入和，并填寫對(duì)應(yīng)地址。I0.0和M0.0的編輯結(jié)果如圖1-29所示。（7）將光標(biāo)定位到I0.1下方，按照I0.1的輸入辦法輸入M0.0，編輯結(jié)果如圖1-30所示。（8）將光標(biāo)移到要合并的觸點(diǎn)處，單擊指令工具欄中的向上連線按鈕，將M0.0和I0.1并聯(lián)連接，如圖1-31所示。圖1-28輸入操作數(shù)I0.0圖1-29I0.0和M0.0的編輯結(jié)果西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的73

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圖1-30M0.0的編輯結(jié)果圖1-31M0.0和I0.1并聯(lián)連接（9）將光標(biāo)定位到網(wǎng)絡(luò)2，按照I0.1的輸入方法編寫M0.0和Q0.0，將光標(biāo)移到要M0.0的觸點(diǎn)處，單擊指令工具欄中的向下連線按鈕

（10）將光標(biāo)定位到定時(shí)器輸入位置，雙擊指令樹的“定時(shí)器”選項(xiàng)，然后在展開的選項(xiàng)中雙擊接通延時(shí)定時(shí)器圖標(biāo)（如圖1-32所示），這時(shí)在光標(biāo)位置即可輸入接通延時(shí)定時(shí)器。在定時(shí)器指令上面的????處輸入定時(shí)器編號(hào)T37，在左側(cè)????處輸入定時(shí)器的預(yù)置值50，編輯結(jié)果如圖1-33所示。經(jīng)過上述操作過程，編程軟件使用示例的梯形圖就編輯完成了。如果需要進(jìn)行語(yǔ)句表和功能圖編輯，可按下面的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的74

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語(yǔ)句表的編輯：?jiǎn)螕舨藛巍安榭础薄癝TL”選項(xiàng)，可以直接進(jìn)行語(yǔ)句表的編輯。如圖1-34所示。圖1-32選擇定時(shí)器圖1-33輸入定時(shí)器圖1-34語(yǔ)句表的編輯西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的75

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1.3.3程序的狀態(tài)監(jiān)控與調(diào)試1.編譯程序單擊菜單“PLC”→“編譯”或“全部編譯”選項(xiàng)，或單擊工具欄的或按鈕，可以分別編譯當(dāng)前打開的程序或全部程序。編譯后在輸出窗口中顯示程序的編譯結(jié)果，必須修正程序中的所有錯(cuò)誤，編譯無(wú)錯(cuò)誤后，才能下載程序。若沒有對(duì)程序進(jìn)行編譯，在下載之前編程軟件會(huì)自動(dòng)對(duì)程序進(jìn)行編譯。2.下載與上載程序下載是將當(dāng)前編程器中的程序?qū)懭氲絇LC的存儲(chǔ)器中。下載操作可單擊菜單“文件”→“下載”選項(xiàng)，或單擊工具欄的按鈕。上載是將PLC中未加密的程序向上傳送到編程器中。上載操作可單擊菜單“文件”→“上載”選項(xiàng)，或單擊工具欄的按鈕。

3.PLC的工作方式西門子s7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)模塊1PLC的76

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PLC有兩種工作方式，即運(yùn)行和停止。在不同的工作方式PLC進(jìn)行調(diào)試操作的方法不同?？梢酝ㄟ^單擊菜單PLC→“運(yùn)行”或“停止”的選項(xiàng)來(lái)選擇，也可以再PLC面板上的工作方式開關(guān)操作來(lái)選擇。PLC只有在運(yùn)行工作方式下才能啟動(dòng)程序的狀態(tài)監(jiān)視。4.程序的調(diào)試與運(yùn)行程序的調(diào)試及運(yùn)行監(jiān)控是程序開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，很少有程序一經(jīng)編制就是完整的，只有經(jīng)過調(diào)試運(yùn)行甚至現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行后才能發(fā)現(xiàn)程序中不合理的地方，從而進(jìn)行修改。STEP7－Micro/WIN4.0編程軟件提供了一系列工具，可使用戶直接在軟件環(huán)境下調(diào)試并監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行。5.程序的運(yùn)行單擊工具欄的按鈕，或單擊菜單PLC→“