PLC應(yīng)用技術(shù)（S7-200 SMART） 課件 項目1 任務(wù)1 S7-200SMART PLC的硬件結(jié)構(gòu)及性能認(rèn)知

項目1

任務(wù)1S7-200SMARTPLC的硬件

結(jié)構(gòu)及性能認(rèn)知任務(wù)描述任務(wù)1S7-200SMARTPLC的硬件結(jié)構(gòu)及性能認(rèn)知本任務(wù)從S7-200SMARTPLC的硬件結(jié)構(gòu)及性能入手，分析S7-200SMARTPLC的原理、結(jié)構(gòu)及性能特點，為完成后續(xù)各項任務(wù)打下基礎(chǔ)。了解S7-200SMARTPLC的硬件結(jié)構(gòu)及各部件的作用。熟悉S7-200SMARTPLC端子接線。任務(wù)目標(biāo)任務(wù)1S7-200SMARTPLC的硬件結(jié)構(gòu)及性能認(rèn)知S7-200SMARTPLC主要由CPU模塊、擴展模塊、信號板和編程軟件組成?；A(chǔ)知識1硬件結(jié)構(gòu)組成（1）結(jié)構(gòu)組成圖1-1PLC控制系統(tǒng)示意圖

CPU主要由微處理器、電源和集成的輸入電路、輸出電路組成。在PLC控制系統(tǒng)中，微處理器相當(dāng)于人的大腦和心臟，它不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲器用來存儲程序和數(shù)據(jù)。（2）CPU模塊基礎(chǔ)知識1硬件結(jié)構(gòu)組成圖1-2CPU模塊（2）CPU模塊基礎(chǔ)知識1硬件結(jié)構(gòu)組成輸入接線端子：用于連接外部控制信號。在底部端子蓋下是輸入接線端子和為傳感器提供的24V直流電源。輸出接線端子：用于連接被控設(shè)備。在頂部端子蓋下是輸出接線端子和PLC的工作電源。CPU狀態(tài)指示：CPU狀態(tài)指示燈有ERROR、STOP、RUN3個。名稱狀態(tài)及作用ERROR系統(tǒng)故障亮嚴(yán)重的出錯或硬件故障STOP停止?fàn)顟B(tài)亮不執(zhí)行用戶程序，可以通過編程裝置向PLC裝載程序或進行系統(tǒng)設(shè)置RUN運行狀態(tài)亮執(zhí)行用戶程序表1-1CPU狀態(tài)指示燈的作用

圖1-2CPU模塊（2）CPU模塊基礎(chǔ)知識1硬件結(jié)構(gòu)組成圖1-2CPU模塊輸入狀態(tài)指示：用于顯示是否有控制信號（如控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)等數(shù)字量信息）接入PLC。輸出狀態(tài)指示：用于顯示PLC是否有信號輸出到執(zhí)行設(shè)備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。通信端口：支持PPI、MPI通信協(xié)議，有自由口通信能力。用以連接編程器（手持式或PC機）、文本/圖形顯示器以及PLC網(wǎng)絡(luò)等外部設(shè)備?；A(chǔ)知識1硬件結(jié)構(gòu)組成（3）擴展模塊和信號板擴展模塊（I/O模塊）：輸入模塊和輸出模塊。輸入模塊數(shù)字量輸入用來接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)和壓力繼電器等提供的數(shù)字量輸入信號；模擬量輸入用來接收各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量信號。輸出模塊數(shù)字量輸出用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等輸出設(shè)備；模擬量輸出用來控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。圖1-3PLC檢測與控制的對象示意圖基礎(chǔ)知識1硬件結(jié)構(gòu)組成（3）擴展模塊和信號板在輸入/輸出電路中，用光耦合器、光電晶閘管或小型繼電器等器件來隔離PLC的內(nèi)部電路和外部電路，I/O模塊除了傳遞信號外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。圖1-3PLC檢測與控制的對象示意圖基礎(chǔ)知識1硬件結(jié)構(gòu)組成（4）編程軟件

使用編程軟件可以直接生成和編輯梯形圖或者指令表程序，以實現(xiàn)不同編程語言之間的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到PLC，可以將PLC中的程序上傳到計算機，還可以用編程軟件監(jiān)控PLC。標(biāo)準(zhǔn)型CPU有集成的以太網(wǎng)端口，下載和監(jiān)控時只需要一根普通的網(wǎng)線，下載的速度極快。基礎(chǔ)知識1硬件結(jié)構(gòu)組成（5）電源

S7-200SMARTPLC使用AC220V電源或DC24V電源。CPU可以為輸入電路和外部的電子傳感器（例如接近開關(guān)）提供DC24V電源，驅(qū)動PLC負(fù)載的直流電源一般由用戶提供。（1）CPU的共同特性基礎(chǔ)知識2CPU模塊過程映像輸入（I）過程映像輸出（Q）位存儲器（M）順序控制器（S）256256256256主程序、子程序和中斷程序的臨時局部存儲器64B2個分辨率1ms循環(huán)中斷4個上升沿中斷4個下降沿中斷8個PID回路布爾運算指令執(zhí)行時間為0.15實數(shù)數(shù)學(xué)運算指令執(zhí)行時間為3.6128個子程序和中斷程序4個32位的累加器256個定時器256個計數(shù)器圖1-4CPUSR40表1-2CPU共同特性（2）緊湊型CPU基礎(chǔ)知識2CPU模塊特征CPUCR20sCPUCR30sCPUCR40sCPUCR60s本機數(shù)字量I/O點數(shù)12DI/8DQ繼電器18DI/12DQ繼電器24DI/16DQ繼電器36DI/24DQ繼電器尺寸/mm×mm×mm90×100×81110×100×81125×100×81

175×100×81表1-3緊湊型CPU簡要技術(shù)規(guī)范無以太網(wǎng)端口，用RS-485端口和USB-PPI電纜編程不能擴展信號板和擴展模塊，不支持?jǐn)?shù)據(jù)記錄，僅支持4個有PROFIBUS/RS-485功能的HMI無高速脈沖輸出、實時時鐘和microSD讀卡器無基于以太網(wǎng)端口的S7通信和開放式用戶通信功能無實時時鐘和運動控制功能輸入點無脈沖捕捉功能CPU最多提供4個高速計數(shù)器，單相100KHz的4個，A/B相50KHz的兩個緊湊型CPU有12KB程序存儲器和8KB用戶數(shù)據(jù)存儲器，保持性存儲器為2KBS7-200SMART的老產(chǎn)品還有兩款帶以太網(wǎng)端口和RS-485端口的經(jīng)濟型CPU（CPUCR40/60），無有高速脈沖輸出和硬件擴展功能。（3）標(biāo)準(zhǔn)型CPU基礎(chǔ)知識2CPU模塊表1-4標(biāo)準(zhǔn)型CPU簡要技術(shù)規(guī)范特性CPUSR20CPUST20CPUSR30CPUST30CPUSR40CPUST40CPUSR60CPUST60板載數(shù)字量I/O點數(shù)12DI/8DQ18DI/12DQ24DI/16DQ36DI/24DQ用戶程序存儲器12KB18KB24KB30KB用戶數(shù)據(jù)存儲器8KB12KB16KB20KB尺寸/mm×mm×mm90×100×81110×100×81125×100×81175×100×81高速計數(shù)器共6個單相4個200kHz2個30kHz5個200kHz1個30kHz4個200kHz2個30kHz4個200kHz2個30kHzA/B相2個100kHz2個20kHz3個100kHz1個20kHz2個100kHz2個20kHz2個100kHz2個20kHz100kHz脈沖輸出2個（僅CPUST20）3個（僅CPUST30）3個（僅CPUST40）3個（僅CPUST60）脈沖捕捉輸入12個12個14個14個基礎(chǔ)知識2CPU模塊標(biāo)準(zhǔn)型CPU有一個以太網(wǎng)端口，一個RS-485端口，可以用可選的RS232/485信號板擴展一個串行端口。以太網(wǎng)端口的傳輸速率為10M/100Mbit/s，采用變壓器隔離。提供一個編程設(shè)備連接和8個HMI連接，支持使用PUT/GET指令的S7通信（8個客戶端連接和8個服務(wù)器連接）和開放式用戶通信（8個主動連接和8個被動連接）。每個串行端口提供一個編程設(shè)備連接和4個HMI連接。通過PCAccessSMART，操作人員可以通過上位機讀寫S7-200SMART的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控或者進行數(shù)據(jù)存檔管理。（3）標(biāo)準(zhǔn)型CPU（4）CPU模塊中的存儲器基礎(chǔ)知識2CPU模塊操作系統(tǒng)使PLC具有基本的智能，能夠完成PLC設(shè)計者規(guī)定的各種工作；操作系統(tǒng)由PLC生產(chǎn)廠家設(shè)計并固化在ROM（只讀存儲器）中，用戶不能讀取。用戶程序由用戶設(shè)計，它使PLC能完成用戶要求的特定功能；用戶程序存儲器的容量以字節(jié)為單位?；A(chǔ)知識2CPU模塊隨機存取存儲器（RAM）RAM是易失性的存儲器，RAM芯片的電源中斷后，它存儲的信息將會丟失。用戶程序和編程軟件可以讀出RAM中的數(shù)據(jù)，也可以改寫RAM中的數(shù)據(jù)。RAM的工作速度高、價格便宜、改寫方便。只讀存儲器（ROM）ROM是非易失性的存儲器，ROM芯片的電源中斷后，它存儲的信息不會丟失。用戶程序和編程軟件只能讀出，不能寫入。ROM用來存放PLC的操作系統(tǒng)程序。可電擦除可編程的只讀存儲器（EEPROM）EEPROM是非易失性的存儲器，掉電后它保存的數(shù)據(jù)不會丟失。PLC可以讀寫它，兼有ROM的非易失性和RAM的隨機存取的優(yōu)點，但是寫入數(shù)據(jù)所需的時間比RAM長得多，改寫的次數(shù)有限制。S7-200SMART用EEPROM來存儲用戶程序和需要長期保存的重要數(shù)據(jù)。（4）CPU模塊中的存儲器（1）I/O模塊的地址分配基礎(chǔ)知識3I/O地址分配與外部接線S7-200SMARTCPU有一定數(shù)量的本機I/O，本機I/O有固定的地址。CPU分配給數(shù)字量I/O模塊的地址以字節(jié)為單位，一個字節(jié)由8點數(shù)字量I/O組成?？梢杂脭U展I/O模塊和信號板來增加I/O點數(shù)，最多可以擴展6塊擴展模塊。用系統(tǒng)塊組態(tài)硬件時，STEP7自動地分配各模塊和信號板的地址。CPU信號板信號模塊0信號模塊1信號模塊2信號模塊3信號模塊4信號模塊5I0.0Q0.0——I7.0Q7.0AIQ12AQW12I8.0Q8.0AIQ16AQW16I12.0Q12.0AIQ32AQW32I16.0Q16.0AIQ48AQW48I20.0Q20.0AIQ64AQW64I24.0Q24.0AIQ80AQW80I28.0Q28.0AIQ96AQW96表1-5模塊和信號板的起始I/O地址基礎(chǔ)知識3I/O地址分配與外部接線（1）I/O模塊的地址分配S7-200系列PLC的數(shù)據(jù)存儲區(qū)按存儲器存儲數(shù)據(jù)的長短可劃分為：

輸入映像寄存器I輸出映像寄存器Q變量存儲器V內(nèi)部位存儲器M特殊存儲器SM順序控制狀態(tài)寄存器S局部變量存儲器L1.字節(jié)存儲器

2.字存儲器3.雙字存儲器定時器T計數(shù)器C模擬量輸入寄存器AI模擬量輸出寄存器AQ累加器AC高速計數(shù)器HC基礎(chǔ)知識3I/O地址分配與外部接線（1）I/O模塊的地址分配表1-6PLC存儲器范圍及特性（2）現(xiàn)場接線要求基礎(chǔ)知識3I/O地址分配與外部接線S7-200SMART采用0.5~1.5的導(dǎo)線，導(dǎo)線要盡量成對使用，應(yīng)將交流線、電流大且變化迅速的直流線與弱電信號線分隔開，干擾較嚴(yán)重時應(yīng)設(shè)置浪涌抑制設(shè)備。（3）PLC外部接線基礎(chǔ)知識3I/O地址分配與外部接線輸入端：PLC的交流電源接在L1（相線）和N（零線）端，此外還有保護接地端子。12個輸入點I0.0~I0.7，I1.0~I0.3用同一個電源供電；輸出端：①是DC24V傳感器電源輸出，L+和M端子分別是CPU模塊提供的DC24V電源的正極和負(fù)極。8個輸出點Q0.0~Q0.7分為兩組，1L和2L分別是兩組輸出點內(nèi)部電路的公共端?？蓪?L和2L短接，將兩組輸出合并為一組。圖1-5CPUCR20的外部電路注：DC/DC/DC型的CPU的接線與圖1-5的基本上相同，只是整機電源和輸出回路的電源都是直流電源。

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步進電機驅(qū)動控制系統(tǒng)

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PLC控制系統(tǒng)的等效電路拓展知識輸入部分（采集輸入信號）輸出部分（系統(tǒng)的執(zhí)行部件）內(nèi)部控制電路（用戶所編寫的程序，實現(xiàn)控制邏輯）

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步進電機驅(qū)動控制系統(tǒng)

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PLC控制系統(tǒng)的等效電路拓展知識①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。當(dāng)外部的輸入元件處于接通狀態(tài)時，對應(yīng)的輸入繼電器線圈（PLC內(nèi)部的軟繼電器）得電，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)寫入其對應(yīng)的存儲單元中去，輸入回路中要有電流，這個電源可以用PLC自己提供的24V直流電源，也可以由PLC外部的獨立的交流電源或直流電源供電。

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步進電機驅(qū)動控制系統(tǒng)

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PLC控制系統(tǒng)的等效電路拓展知識②內(nèi)部控制電路部分：由用戶程序形成的用軟繼電器來替代硬繼電器的控制邏輯。