2 PLC硬件結(jié)構(gòu)與軟件資源分析

第2單元:S7-200PLC

硬件結(jié)構(gòu)與軟件資源分析

學(xué)習(xí)要點(diǎn)：

了解S7-200PLC硬件結(jié)構(gòu)及基本功能；掌握S7-200PLC的接線；

掌握S7-200PLC的工作原理；

理解S7-200PLC內(nèi)存結(jié)構(gòu)及尋址方法；

PLC的產(chǎn)生

在可編程控制器問(wèn)世以前，人們利用電磁繼電器來(lái)控制順序型的設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，在一定范圍內(nèi)能滿(mǎn)足控制要求，因而在工業(yè)控制領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。但是繼電器控制系統(tǒng)也存在明顯的缺點(diǎn)，如設(shè)備體積過(guò)大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制，并且通用性和靈活性也較差等。

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1968年，美國(guó)最大的汽車(chē)制造商——通用汽車(chē)公司(GM)為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，開(kāi)始尋求一種比繼電器更可靠、功能更完善、響應(yīng)速度更高的新型工業(yè)控制器。第2單元:S7-200PLC

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1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制第一臺(tái)可編程控制器，在美國(guó)通用汽車(chē)公司的生產(chǎn)線試用成功，PLC由此誕生。國(guó)際電工委員會(huì)定義：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入/輸出，控制各種類(lèi)型機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。目前主要PLC生產(chǎn)廠家有三菱、歐姆龍、西門(mén)子、ABB等公司。本書(shū)所講PLC主要采用西門(mén)子公司生產(chǎn)的小型機(jī)S7－200。第2單元:S7-200PLC

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工業(yè)控制單板機(jī)（計(jì)算機(jī)）繼電器控制系統(tǒng)先進(jìn)控制裝置第2單元:S7-200PLC

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PLC本質(zhì)項(xiàng)目1：S7－200PLC硬件結(jié)構(gòu)分析

項(xiàng)目2：S7-200PLC軟件資源分析第2單元:S7-200PLC

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項(xiàng)目目標(biāo)相關(guān)知識(shí)項(xiàng)目1：S7-200PLC硬件結(jié)構(gòu)分析

項(xiàng)目分析實(shí)施步驟知識(shí)擴(kuò)展項(xiàng)目目標(biāo)1、了解PLC的分類(lèi)方法；2、掌握S7－200PLC硬件結(jié)構(gòu)及基本功能；3、掌握S7－200PLC的接線方法；4、掌握PLC的循環(huán)掃描的工作方式；5、理解PLC控制與其它控制方式的區(qū)別。項(xiàng)目1：S7－200硬件結(jié)構(gòu)分析

項(xiàng)目分析項(xiàng)目1：S7－200硬件結(jié)構(gòu)分析

項(xiàng)目分析

PLC的硬件結(jié)構(gòu)主要由中央處理器CPU、存儲(chǔ)器、輸入接口、輸出接口、通信接口、擴(kuò)展接口、電源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，負(fù)責(zé)完成控制系統(tǒng)邏輯控制、數(shù)字運(yùn)算等；輸入接口與輸出接口連接現(xiàn)場(chǎng)輸入/輸出設(shè)備，負(fù)責(zé)外部信息的輸入和驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行元件；通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接。

項(xiàng)目1：S7－200硬件結(jié)構(gòu)分析

1、按PLC的硬件結(jié)構(gòu)類(lèi)型分類(lèi)根據(jù)PLC硬件結(jié)構(gòu)形式不同，PLC主要可分為整體式和模塊式兩類(lèi)。相關(guān)知識(shí)項(xiàng)目1：S7－200硬件結(jié)構(gòu)分析

一、PLC的分類(lèi)2、按PLC的I/O點(diǎn)數(shù)容量分類(lèi)小型機(jī)，I/O點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)以?xún)?nèi)，用戶(hù)程序內(nèi)存在4KB以下，以開(kāi)關(guān)量邏輯處理為主；中型機(jī)，I/O點(diǎn)數(shù)在256~2048點(diǎn)，用戶(hù)程序內(nèi)存在8KB以下，具有很強(qiáng)的數(shù)字計(jì)算處理功能。大型機(jī)，I/O點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，用戶(hù)程序可達(dá)10MB，性能與工業(yè)計(jì)算機(jī)相當(dāng)。相關(guān)知識(shí)項(xiàng)目1：S7－200硬件結(jié)構(gòu)分析

一、PLC的分類(lèi)相關(guān)知識(shí)二、S7-200PLC硬件結(jié)構(gòu)1、S7-200PLC的外形相關(guān)知識(shí)二、S7-200PLC硬件結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)2、S7-200PLC的基本組成

S7-200PLC將一個(gè)微處理器、一個(gè)集成電源和數(shù)字量I/O口集成在一個(gè)緊湊的封裝中，從而形成了一個(gè)功能強(qiáng)大的微型PLC，如圖相關(guān)知識(shí)接口介紹

相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí)三、S7-200PLC的接線方法

PLC的外端子是PLC外電源、輸入和輸出的連接端子。型號(hào)規(guī)格中用斜線分割的三部分分別表示CPU電源的類(lèi)型，輸入接口電路的類(lèi)型及輸出接口電路的類(lèi)型。其中輸出接口類(lèi)型中，RLY為繼電器輸出，DC為晶體管輸出。如CPU224AC/DC/RLY，其中AC代表為CPU由220V交流電源供電，DC代表24V直流輸入，RLY代表負(fù)載采用了繼電器驅(qū)動(dòng)，所以既可以選用直流電為負(fù)載供電，也可以采用交流電為負(fù)載供電。相關(guān)知識(shí)三、S7-200PLC的接線方法CPU模塊供電接線圖PLC輸入接線示意圖相關(guān)知識(shí)三、S7-200PLC的接線方法PLC輸出接線示意圖相關(guān)知識(shí)三、S7-200PLC的接線方法CPU224XPDC/DC/DC為晶體管輸出電路，PLC由24V直流供電，負(fù)載采用了MOSFET功率驅(qū)動(dòng)器件，所以只能采用直流為負(fù)載供電。輸出端將數(shù)字量輸出分為兩組，每組有一個(gè)公共端，共有1L，2L兩個(gè)公共端，可接入不同電壓等級(jí)的負(fù)載電源。相關(guān)知識(shí)三、S7-200PLC的接線方法

CPU224XPAC/DC/RLY為繼電器輸出電路，數(shù)字量輸出分為三組，每組的公共端為本組的電源供給端，Q0.0～Q0.3共用1L，Q0.4～Q0.6共用2L，Q0.7～Q1.1共用3L，各組之間可接入不同電壓等級(jí)、不同電壓性質(zhì)的負(fù)載電源。相關(guān)知識(shí)四、S7-200PLC的擴(kuò)展1、擴(kuò)展模塊的連接相關(guān)知識(shí)四、S7-200PLC的擴(kuò)展2、擴(kuò)展模塊編址（1）同類(lèi)型輸入或輸出點(diǎn)按順序進(jìn)行編址。（2）對(duì)于數(shù)字量，輸入/輸出映像寄存器的單位長(zhǎng)度為8位，本模塊高位實(shí)際位數(shù)未滿(mǎn)８位的，未用位不能分配給后面的模塊，后續(xù)地址必須從下個(gè)字節(jié)開(kāi)始編排。（3）模擬量的數(shù)據(jù)格式為一個(gè)字長(zhǎng)，所以地址必須從偶數(shù)字節(jié)開(kāi)始。輸入/輸出以?xún)蓚€(gè)通道（兩個(gè)字）遞增方式分配空間，本模塊中未使用的通道地址不能被后續(xù)的同類(lèi)繼續(xù)模塊使用，后續(xù)地址必須從新的兩個(gè)字開(kāi)始。

類(lèi)型CPU224EM221EM222EM235EM223EM235I/O點(diǎn)數(shù)DI14/DO10DI8DO8AI4/AO1DI4/DO4AI4/AO1地址分配I0.0Q0.0I2.0Q2.0AIW0AQW0I3.0Q3.0AIW8AQW4I0.1Q0.1I2.1Q2.1AIW2I3.1Q3.1AIW10I0.2Q0.2I2.2Q2.2AIW4I3.2Q3.2AIW12I0.3Q0.3I2.3Q2.3AIW6I3.3Q3.3AIW14I0.4Q0.4I2.4Q2.4I0.5Q0.5I2.5Q2.5I0.6Q0.6I2.6Q2.6I0.7Q0.7I2.7Q2.7I1.0Q1.0I1.1Q1.1I1.2I1.3I1.4I1.5例2-1：某一控制系統(tǒng)選用CPU224PLC，系統(tǒng)所需的輸入輸出點(diǎn)數(shù)分別為：數(shù)字量輸入24點(diǎn)、數(shù)字量輸出20點(diǎn)、模擬量輸入6點(diǎn)、模擬量輸出2點(diǎn)，試進(jìn)行地址分配。

相關(guān)知識(shí)五、S7-200PLC工作原理1、PLC循環(huán)掃描的工作過(guò)程PLC的一個(gè)工作過(guò)程一般有內(nèi)部處理、通信處理、輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新等5個(gè)階段。PLC運(yùn)行時(shí)，這個(gè)5個(gè)階段周而復(fù)始的不斷的循環(huán)。執(zhí)行一個(gè)循環(huán)掃描過(guò)程的時(shí)間稱(chēng)為一個(gè)掃描周期。其中輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新階段是PLC執(zhí)行用戶(hù)程序的主要階段。

相關(guān)知識(shí)五、S7-200PLC工作原理例2-2：以圖2-18為例，分析PLC循環(huán)掃描工作過(guò)程。

相關(guān)知識(shí)五、S7-200PLC工作原理2、PLC的工作模式（1）RUN模式：上電自動(dòng)運(yùn)行，可由上位系統(tǒng)控制其停止，此時(shí)不能對(duì)其編寫(xiě)程序，循環(huán)往復(fù)的執(zhí)行掃描工作，每個(gè)工作過(guò)程完成5個(gè)階段，當(dāng)程序中插入STOP指令也可停止PLC運(yùn)行。（2）TERM模式：上電不運(yùn)行，工作模式STIP或RUN可以由上位系統(tǒng)控制其是否運(yùn)行，同時(shí)還可以監(jiān)視程序運(yùn)行的狀態(tài)，進(jìn)行特殊的端口調(diào)試，多用于聯(lián)網(wǎng)的PLC或現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)使用。（3）STOP模式：上電不運(yùn)行，上位系統(tǒng)也沒(méi)辦法讓其運(yùn)行起來(lái)，但PLC仍完成內(nèi)部處理和通信處理兩階段的內(nèi)容，可以對(duì)PLC編寫(xiě)程序、數(shù)據(jù)、系統(tǒng)設(shè)置等。實(shí)施步驟一、熟悉S7-200PLC的硬件結(jié)構(gòu)。實(shí)施步驟一、熟悉S7-200PLC的硬件結(jié)構(gòu)。實(shí)施步驟二、連接編址

CPU224PLC+EM223+EM235知識(shí)擴(kuò)展PLC控制系統(tǒng)與其它控制系統(tǒng)的區(qū)別1、PLC控制系統(tǒng)與繼電器接觸器控制系統(tǒng)的區(qū)別（1）元件不同（2）元件觸點(diǎn)數(shù)量的不同（3）工作方式不同（4）控制電路實(shí)施方式不同2、PLC控制系統(tǒng)與單片機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別單片機(jī)控制系統(tǒng)是基于芯片級(jí)的系統(tǒng)，而PLC控制系統(tǒng)是基于板級(jí)或模塊級(jí)的系統(tǒng)。項(xiàng)目目標(biāo)相關(guān)知識(shí)項(xiàng)目2：S7-200PLC軟件資源分析項(xiàng)目分析實(shí)施步驟項(xiàng)目目標(biāo)理解軟元件的概念，熟悉S7-200系列PLC的各類(lèi)軟元件；了解S7-200系列PLC的數(shù)據(jù)類(lèi)型，掌握其的尋址方式；熟悉S7-200系列PLC系統(tǒng)編程語(yǔ)言和程序結(jié)構(gòu)。項(xiàng)目2：S7-200PLC軟件資源分析

項(xiàng)目分析項(xiàng)目2：S7-200PLC軟件資源分析

項(xiàng)目分析S7-200系列PLC的軟件資源是指完成邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作過(guò)程中所涉及到的存儲(chǔ)資源。S7-200系列PLC的軟件資源分布如圖所示，主要由CPU的累加器、系統(tǒng)的存儲(chǔ)器和各類(lèi)軟元件（也稱(chēng)軟繼電器）組成，累加器完成數(shù)字或邏輯運(yùn)算，存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)程序、用戶(hù)程序以及工作數(shù)據(jù)。相關(guān)知識(shí)一、PLC軟元件用戶(hù)使用的PLC中的每一個(gè)輸入/輸出、內(nèi)部存儲(chǔ)單元、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等都叫軟元件，也可稱(chēng)為軟繼電器。軟元件有其不同的功能，有固定的地址。

軟元件的實(shí)質(zhì)就是系統(tǒng)存儲(chǔ)器的某個(gè)單元或某部分單元。

用戶(hù)使用的PLC中的每一個(gè)輸入/輸出、內(nèi)部存儲(chǔ)器單元、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等都稱(chēng)為軟繼電器。軟元件是與實(shí)際的各種繼電器相對(duì)應(yīng)的，它具有各種實(shí)際繼電器的功能，但是沒(méi)有機(jī)械觸點(diǎn)。相關(guān)知識(shí)1.輸入繼電器（I） 輸入繼電器一般都有一個(gè)PLC的輸入端子與之對(duì)應(yīng)，它用于接收外部開(kāi)關(guān)信號(hào)。外部的開(kāi)關(guān)信號(hào)閉合，則輸入繼電器的線圈得電，在程序中其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。只能由外部信號(hào)驅(qū)動(dòng)，不能由程序驅(qū)動(dòng)。一、PLC軟元件相關(guān)知識(shí)2.輸出繼電器（Q）輸出繼電器一般有一個(gè)PLC上的輸出端子與之對(duì)應(yīng)。當(dāng)通過(guò)程序使輸出繼電器線圈得電時(shí)，PLC上的輸出端開(kāi)關(guān)閉合，它可以作為控制外部負(fù)載的開(kāi)關(guān)信號(hào)，同時(shí)在程序中其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。用來(lái)將PLC的輸出信號(hào)傳遞給負(fù)載，只能由程序指令驅(qū)動(dòng)一、PLC軟元件3.位存儲(chǔ)器（通用寄存器）M：M0.0-M31.7，用于存儲(chǔ)中間操作數(shù)或其他控制信息，線圈不直接受輸入信號(hào)的控制，觸點(diǎn)也不能驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。4.特殊標(biāo)志位存儲(chǔ)器SM：用戶(hù)可以通過(guò)特殊標(biāo)志來(lái)溝通PLC與被控對(duì)象之間的信息。5.順序控制繼電器S：使用順序控制和步進(jìn)控制時(shí)使用6.定時(shí)器T：共有三種時(shí)基：1ms、10ms、100ms7.計(jì)數(shù)器：用于累計(jì)輸入脈沖個(gè)數(shù)相關(guān)知識(shí)一、PLC軟元件8.變量存儲(chǔ)器V：用來(lái)存儲(chǔ)變量，全局有效。9.局部變量存儲(chǔ)器（L）：用來(lái)存儲(chǔ)變量，局部有效。10.模擬量輸入/輸出映像寄存器（AI/AQ）：模擬量輸入電路是用于實(shí)現(xiàn)模擬量/數(shù)字量（A/D）之間的轉(zhuǎn)換，而模擬量輸出是用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字量/模擬量（D/A）之間的轉(zhuǎn)換，PLC處理的是其中的數(shù)字量。模擬量的長(zhǎng)度：1字長(zhǎng)（16位），編址方法：從偶數(shù)號(hào)字節(jié)進(jìn)行編址，如0，2，4，6等編址內(nèi)容：元件名稱(chēng)、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和起始字節(jié)地址，入AIW6。相關(guān)知識(shí)一、PLC軟元件11.高速計(jì)數(shù)器（HC）：用來(lái)累計(jì)比主機(jī)掃描速度更快的高速脈沖。高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值位雙字長(zhǎng)32位，位只讀型。12.累加器（AC）：用來(lái)存放數(shù)據(jù)，也可用來(lái)向子程序傳遞參數(shù)，或從子程序返回參數(shù)。相關(guān)知識(shí)一、PLC軟元件相關(guān)知識(shí)PLC支持?jǐn)?shù)據(jù)長(zhǎng)度有字節(jié)、字、雙字一、PLC軟元件（1）數(shù)據(jù)類(lèi)型及范圍基本數(shù)據(jù)類(lèi)型無(wú)符號(hào)整數(shù)表示范圍基本數(shù)據(jù)類(lèi)型有符號(hào)整數(shù)表示范圍十進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制十六進(jìn)制字節(jié)（8位）0~2550~FF字節(jié)（8位）-128~12780~7F字（16位）0~655350~FFFF字（16位）-32768~327678000~7FFF雙字（32位）0~42949672950~FFFFFFFF雙字（32位）-2147483648~214748364780000000~7FFFFFFFBOOL（1位）0~1實(shí)數(shù)（32位）-1038~1038相關(guān)知識(shí)二、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（2）常數(shù)

常數(shù)的書(shū)寫(xiě)可以用二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制、ASCII碼或?qū)崝?shù)等多種形式。相關(guān)知識(shí)二、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)制書(shū)寫(xiě)格式舉例十進(jìn)制十進(jìn)制數(shù)值5288十六進(jìn)制16#十六進(jìn)制16#2E6F二進(jìn)制2#二進(jìn)數(shù)值2#1110011111011101ASCⅡ碼“ASCⅡ碼文本”“Word”實(shí)數(shù)ANSI/IEEE754-1985標(biāo)準(zhǔn)（正數(shù)）+1.175495E-38到+3.402823E+38（負(fù)數(shù)）+1.175495E-38到+3.402823E+38相關(guān)知識(shí)1、位編址（bit）位編址的指定方式為：（區(qū)域標(biāo)志符）字節(jié)號(hào).位號(hào)，如I0.0；Q0.0；I1.2。2、字節(jié)編址（byte）字節(jié)編址的指定方式為：（區(qū)域標(biāo)志符）B（字節(jié)號(hào)），如IB0表示由I0.0～I(xiàn)0.7這8位組成的字節(jié)。三、尋址方式相關(guān)知識(shí)3、字編址（word）字編址的指定方式為：（區(qū)域標(biāo)志符）W（起始字節(jié)號(hào)），且最高有效字節(jié)為起始字節(jié)。例如VW0表示由VB0和VB1這2字節(jié)組成的字。4、雙字編址（doubleword）雙字編址的指定方式為：（區(qū)域標(biāo)志符）D（起始字節(jié)號(hào)），且最高有效字節(jié)為起始字節(jié)。例如VD0表示由VB0到VB3這4字節(jié)組成的雙字。三、尋址方式相關(guān)知識(shí)三、PLC尋址方式----直接尋址指令直接給出元件地址的尋址方式稱(chēng)為直接尋址。操作數(shù)的地址應(yīng)該按規(guī)定的格式表示。指令中數(shù)據(jù)類(lèi)型應(yīng)與指令標(biāo)識(shí)符相匹配AX.Y元件名稱(chēng)字節(jié)地址字節(jié)內(nèi)的位址ATX元件名稱(chēng)數(shù)據(jù)類(lèi)型字節(jié)地址I3.4存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)有一些元件是有一定功能的器件，由于數(shù)量較少，所以不用指出它的地址字節(jié)，而是直接寫(xiě)出其編號(hào)，如T、C、HC、AC相關(guān)知識(shí)三、PLC尋址方式----直接尋址還可以按字節(jié)編制的形式直接訪問(wèn)字節(jié)、字和雙字?jǐn)?shù)據(jù)。要指明元件名稱(chēng)、數(shù)據(jù)類(lèi)型、存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)的首字節(jié)地址。相關(guān)知識(shí)三、PLC尋址方式----直接尋址間接尋址：指存儲(chǔ)單元中放的是一個(gè)數(shù)據(jù)的地址。方法：利用指針來(lái)訪問(wèn)存儲(chǔ)區(qū)數(shù)據(jù)。指針以雙字的形式存儲(chǔ)其他存儲(chǔ)區(qū)的地址。指針：V存儲(chǔ)器、L存儲(chǔ)器、累加器（AC1、AC2、AC3）相關(guān)知識(shí)三、PLC尋址方式----間接尋址1建立指針必須采用雙字傳送指令（MOVD）將要間接尋址的那個(gè)內(nèi)存的某個(gè)地址移入指針中，以生成地址指針。MOVD&VB100，VD204MOVD&VB10,AC2MOVD&C2,LD16地址符號(hào)直接地址編號(hào)，不是物理地址相關(guān)知識(shí)三、PLC尋址方式----間接尋址2用指針來(lái)存取數(shù)據(jù)在指針前面加“*”表示該操作數(shù)為指針。指令中的&VB200如果改為&VW200或&VD200效果完全相同。因?yàn)榫唧w的尋址范圍取決于隨后的間接存取指令類(lèi)型。相關(guān)知識(shí)三、PLC尋址方式----間接尋址3修改指令