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文檔簡介
1、S7-200原理及編程,劉華波 ,內(nèi)容安排,S7-200硬件介紹 PLC工作原理 S7-200存儲器和尋址 Micro/Win軟件簡單使用 塊編輯與編程語言 基本指令 練習(xí)(經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法) 調(diào)試工具 模擬量處理 程序設(shè)計(jì)方法 使用向?qū)гO(shè)置PID控制,S7-200 家族產(chǎn)品的定位,SIMATIC S7-200 CPU家族,S7-200 CN CPU家族性能指標(biāo),內(nèi)部:- 電源- 超級電容- 時(shí)鐘(224(XP),226),S7 224XP CPU面板結(jié)構(gòu)圖,簡單實(shí)用的安裝方式,安裝方式 墻面安裝 導(dǎo)軌安裝,接線端子可自由拆卸給 您的設(shè)備更新與維護(hù)帶 來極大的方便,扁平電纜連接,外部存儲卡,運(yùn)行/T
2、erm/停止開關(guān) 擴(kuò)展I/O連接口 外部電位器 (SMB28,SMB29 0-255),時(shí)鐘精度: 2 分鐘/月 25 攝氏度 7分鐘/月 55 攝氏度,外插存儲器 全面?zhèn)浞菽某绦?、用戶?shù)據(jù)和組態(tài)信息 外插電池 當(dāng)內(nèi)部保持電容耗盡時(shí)可保持您的數(shù)據(jù)和內(nèi)置時(shí)鐘長達(dá)200天 外插日期/時(shí)鐘 作為CPU 221和CPU222的可選部件,同時(shí)集成備份電池可保護(hù)您的數(shù)據(jù)長達(dá)200天,S7-200 外 部 插 件,強(qiáng)大CPU功能,高速處理能力(每條二進(jìn)制指令執(zhí)行速度0.22S) 強(qiáng)大靈活的通訊功能(PPI,MPI,自由口,以太網(wǎng), Modem, Profibus-DP, 和As-I) CPU內(nèi)置最多六路高
3、速計(jì)數(shù)器(30kHz) CPU 224XP CN高達(dá)100kHz CPU內(nèi)置兩 路高速脈沖輸出(20kHz) CPU 224XP CN高達(dá)100kHz CPU內(nèi)置脈沖捕捉功能 立即輸入/輸出功能 高速中斷響應(yīng)(中斷觸發(fā)后200S) 8路 PID回 路控制 配方功能 數(shù)據(jù)記錄功能 自整定的PID回路,NEW,NEW,NEW,NEW,NEW,PPI 協(xié)議 PPI 是主從協(xié)議 S722X既可作主站又可作從站 通訊速率為9.6K,19.2K和187.5K 波特率 MPI 協(xié)議 用于S7300和S7400與S7200之間的通訊 通訊速率為19.2和187.5K波特率 自由口通訊 通訊速率從 1.2kbp
4、s to 9.6k, 19.2k 或 115.2 Kbps 用戶可使用自定義的通訊協(xié)議與所用的智能設(shè)備通訊 Profibus DP協(xié)議 AS-I 接口協(xié)議 Modem通訊-PPI或Modbus協(xié)議 Ethernet,S7-200的通訊能力:靈活而強(qiáng)大,PPI 網(wǎng) 絡(luò) 擴(kuò) 展 連 接,一個(gè)網(wǎng)段 一個(gè)網(wǎng)段 一個(gè)網(wǎng)段,50米 最多1000米 50米,中繼器,中繼器,PPI 網(wǎng) 絡(luò): 每個(gè)網(wǎng)段32個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 每個(gè)網(wǎng)段長50 米(不用中繼器) 可通過中繼器擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò) 最多9 個(gè)中繼器 網(wǎng)絡(luò)可包含127節(jié)點(diǎn) 網(wǎng)絡(luò)可包含32個(gè)主站 網(wǎng)絡(luò)總長9600 米,實(shí) 際 應(yīng) 用 的 PPI 網(wǎng) 絡(luò),WinCC,TD40
5、0C,TD400C,STEP7 MicroWin,簡單快速的模塊擴(kuò)展方式,扁平電纜的連接方式,提高抗震動性能 更簡單,更可靠 可擴(kuò)展多種模塊,無槽位限制,擴(kuò)展電纜:0.8m,現(xiàn)場使用的S7-200擴(kuò)展模塊,S7-200 豐富的擴(kuò)展模塊,I/O擴(kuò)展模塊: 數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊(EM221、EM222、EM223) 模擬量I/O模塊(EM231、EM232、EM235) 通信模塊 EM277: PROFIBUS-DP/MPI通信模塊。 EM241: 模擬音頻調(diào)制解調(diào)器(Modem)模塊。 CP243-1: 以太網(wǎng)模塊。 CP243-1IT: 帶因特網(wǎng)功能的以太網(wǎng)模塊。 CP243-2: AS-In
6、terface(執(zhí)行器傳感器接口)主站模塊。 MD720: GPRS通訊模塊。 功能模塊 EM253 定位模塊。 SIWAREX MS 稱重模塊。,通訊擴(kuò)展模塊,以太網(wǎng),模擬電話網(wǎng),PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)(從站),AS-Interface 現(xiàn)場總線,PPI/MPI 網(wǎng)絡(luò),l 自由口通訊(RS485),CP 243-2,EM 277,CP 243-1,EM 241,CP 243-1 IT,+ Email + HTML + FTP,S7-22X,影響S7-200的最大I/O能力的幾個(gè)因素 S7-200 CPU電源設(shè)計(jì)和電源耗能計(jì)算 最大IO的擴(kuò)展能力 特殊模塊最大連接個(gè)數(shù),CPU的擴(kuò)展能力,影響S
7、7-200的最大I/O能力的幾個(gè)因素,CPU 的輸入/輸出過程變量映像區(qū)大小: 128 DI/128 DO;32 AI/32 AO CPU本體的I/O點(diǎn)數(shù): CPU221(6DI/4DO);CPU222(8DI/6DO) CPU224/224XP(14DI/10DO); CPU226(24DI/16D); CPU帶擴(kuò)展模塊的數(shù)目: CPU221-無;CPU222-2; CPU224/224XP-7; CPU226-7; CPU所帶智能模塊對I/O地址的占用 CPU的5VDC電源是否滿足所有擴(kuò)展模塊的需要,SIMATIC - S7200 CPU電源設(shè)計(jì),S7-200 CPU的擴(kuò)展模塊數(shù)量應(yīng)該考慮
8、S7-200 CPU的電源設(shè)計(jì)內(nèi)容:,S7-200本機(jī)單元有一個(gè)內(nèi)部電源,為本機(jī)單元、擴(kuò)展模塊以及 24VDC傳感器電源供電;,每個(gè)S7-200 CPU模塊提供5VDC和24VDC電源:,每個(gè)CPU模塊都有一個(gè)24VDC傳感器電源,為本機(jī)輸入點(diǎn)和擴(kuò)展模塊繼電器線圈提供24VDC,如果電源要求超出了CPU模塊24VDC電源的定額,可以增加一個(gè)外部24VDC電源來供給擴(kuò)展模塊的24VDC;,當(dāng)有擴(kuò)展模塊連接時(shí)CPU模塊也為其提供5V電源,如果擴(kuò)展模塊的5V電源要求超出了CPU模塊的電源定額,必須去掉擴(kuò)展模塊,直到需求在電源預(yù)定值之內(nèi)才行;,結(jié)論:S7-200 CPU擴(kuò)展模塊最主要考慮的是CPU集成
9、電源提供的5VDC電源,24VDC電源可以通過外部的直流電源來提供,而不一定使用CPU提供的集成24VDC電源。,CPU已經(jīng)為集成的輸出提供了需要的電源,在計(jì)算時(shí)無需計(jì)算集成輸出的電源要求。,SIMATIC - S7200 CPU及擴(kuò)展模塊電源一覽表,各CPU提供的內(nèi)部電源設(shè)計(jì)一覽表:,各數(shù)字量擴(kuò)展模塊需要的內(nèi)部電源一覽表:,SIMATIC S7-200 CPU電源耗能計(jì)算,舉例說明:如何考慮S7-200 CPU的擴(kuò)展能力。,假設(shè)有一個(gè)S7-200 系統(tǒng)包括如下模塊:,CPU 224 AC/DC/RLY,3個(gè)EM2238數(shù)字量輸入/8繼電器輸出,1個(gè)EM2218數(shù)字量輸入,得到如下的電源計(jì)算實(shí)
10、例:,SIMATIC - S7200 最大IO擴(kuò)展能力,CPU 222 CN:40入/38出=78數(shù)字量 模擬量 8入或4出或 8入/2出,CPU 224/XP CN:94入/74出=168 數(shù)字量 模擬量 28入或14出或 28入/7出,CPU 226 CN:128入/120出=248數(shù)字量 模擬量 28入或14出或 28入/7出,最大2個(gè)模塊,CPU集成:數(shù)字量 8入/6出 2個(gè)16入16出 DI: 8+2*16=40 DO: 6+2*16=38,S7-200 CPU集成電源提供的5V背板電源足夠的情況下:,CPU集成:14入/10出+ 2*32入/32出+ 1*16入/16出 DI: 1
11、4+2*32+1*16=94 DO: 10+2*32+1*16=74,CPU集成:24入/16出+ 3*32入/32出+1*8入/8出 DI: 24+3*32+8=128 DO: 16+3*32+8=120,SIMATIC - S7200 智能擴(kuò)展模塊連接個(gè)數(shù),RUN模式下,S7-200 PLC按序循環(huán)執(zhí)行下述任務(wù): 讀輸入:S7-200將物理輸入點(diǎn)上的狀態(tài)復(fù)制到輸入過程映象寄存器中。 執(zhí)行邏輯控制程序:S7-200執(zhí)行程序指令并將數(shù)據(jù)存儲在各種存儲區(qū)中。 3. 處理通訊請求:S7-200執(zhí)行通訊任務(wù)。 執(zhí)行CPU自診斷:S7-200檢查固件、程序存儲器和擴(kuò)展模塊是否工作正常。 5. 寫輸出:
12、在輸出過程映象寄存器中存儲的數(shù)據(jù)被刷新。,循環(huán)掃描工作方式,STOP模式下,除用戶程序不執(zhí)行外,其余任務(wù)依然執(zhí)行。在此狀態(tài)下,可下載用戶程序及設(shè)置系統(tǒng)。 上述的任務(wù)序列稱為PLC的一個(gè)掃描周期,PLC工作原理,輸入采樣階段 依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù),并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元內(nèi)。 輸入采樣結(jié)束后,轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中,即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化,I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。 因此,如果輸入是脈沖信號,則該脈沖信號的寬度必須大于一個(gè)掃描周期,才能保證在任何情況下,該輸入均能被讀入。,一個(gè)掃描周期中與用戶有關(guān)的三階段,用戶程序執(zhí)行階段,P
13、LC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序。在掃描每一條梯形圖時(shí),并按先左后右、先上后下的順序進(jìn)行邏輯運(yùn)算,邏輯運(yùn)算的結(jié)果存于映象區(qū)。 上面的邏輯運(yùn)算其運(yùn)算結(jié)果會對下面的邏輯運(yùn)算起作用;相反,下面的邏輯運(yùn)算其運(yùn)算結(jié)果只能到下一個(gè)掃描周期才能對上面的邏輯運(yùn)算起作用。,輸出刷新階段,當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后,PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間,CPU按照存在I/O映象區(qū)的運(yùn)算結(jié)果,刷新所有對應(yīng)的輸出鎖存電路,再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí),才是PLC的真正輸出。,PLC的工作特點(diǎn),所有輸入信號在程序處理前統(tǒng)一讀入,并在程序處理過程中不再變化。而程序處理的結(jié)果也是在掃描周期的最后時(shí)段統(tǒng)一輸出。其工作特
14、點(diǎn)是將一個(gè)連續(xù)的過程分解成若干靜止的狀態(tài),極類似放映電影的原理。 PLC僅在掃描周期的起始時(shí)段讀取外部輸入狀態(tài),該時(shí)段相對較短,抗輸入信號串入的干擾極為有利。 這種方式對于高速變化的過程可能漏掉變化的信號,也會帶來系統(tǒng)響應(yīng)的滯后。為克服上述問題,可利用立即輸入輸出、脈沖捕獲、高速計(jì)數(shù)器或中斷技術(shù)。,掃描工作方式對程序執(zhí)行的影響,I0.1代表外部的按紐,當(dāng)按紐動作后,左面的程序只需要一個(gè)掃描周期就可完成對M0.4的刷新,而右面的程序要經(jīng)過四個(gè)掃描周期才能完成對M0.4的刷新。 在掃描周期極為短的情況下(100ms),無時(shí)序配合要求,感覺不到這兩段程序執(zhí)行的的差異。 在有時(shí)序配合的情況下,這種差異
15、要引起注意。,思考,S7-200 PLC存儲器的 組織結(jié)構(gòu)、地址分配 及尋址方式,S7-200存儲器組織結(jié)構(gòu),存儲器是用戶與CPU打交道的必要的界面,應(yīng)了解其管理方法。 S7系列PLC的存儲器分成三類 內(nèi)置EEPROM 區(qū) 內(nèi)置RAM區(qū) 外插EEPROM匣(選件),S7-200 PLC的數(shù)據(jù)存儲器,與實(shí)際輸入/輸出信號相關(guān)的輸入/輸出映象區(qū): 輸入映象寄存器: I區(qū),如I0.0 輸出映象寄存器: Q區(qū),如Q0.0 模 擬 量 輸 入: AI,如AIW4 模 擬 量 輸 出: AQ,如AQW2,內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲區(qū) 變 量 存 儲 區(qū): V區(qū),如VB0 位 存 儲 區(qū): M區(qū),如MW0 定時(shí)器存 儲
16、區(qū): T區(qū),如T33 計(jì)數(shù)器存 儲 區(qū): C,如C3,16位,其它 高 速 計(jì) 數(shù) 器: HC,如HC0,32位 累 加 器: AC,如AC0,32位 特 殊 存 儲 器: SM,如SMB0 局 部 存 儲 器: L,如L0.0 順控繼電器存儲器: S,如S3.1,數(shù)據(jù)存儲區(qū)的分類(1),輸入映像寄存器(I區(qū))在掃描周期的開始階段,PLC采樣外部的數(shù)字輸入,并將對應(yīng)的狀態(tài)存入該區(qū)域。 輸出映像寄存器(Q區(qū))在掃描周期的程序處理階段存放計(jì)算出的輸出狀態(tài),并在掃描周期的結(jié)束階段將其存放的結(jié)果拷貝至物理的輸出裝置。 變量存儲區(qū)(V區(qū))用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果或與程序相關(guān)的變量。 位存儲區(qū)(M區(qū))用于存
17、放運(yùn)算的中間狀態(tài)或控制信息。用“位”來表述重在強(qiáng)調(diào)其中存放的內(nèi)容以位為單位。 順序控制繼電器(S區(qū))與順序控制指令配合,專用于組織順序控制(步進(jìn)控制)程序段。 特殊存儲區(qū)(SM區(qū))其作用類似熟知的標(biāo)志寄存器。它以位的形式實(shí)現(xiàn)CPU與用戶程序間的通信。如是否第一個(gè)掃描周期、運(yùn)算是否溢出等。 局域變量區(qū)(L區(qū))用于暫存中間結(jié)果或在子程序中作為形式參數(shù)。在用法上與V區(qū)的差別是該區(qū)具有局域的概念,而V區(qū)是全局概念。 以上各區(qū)的存放數(shù)據(jù)可按位、字節(jié)、字或雙字存取。,數(shù)據(jù)存儲區(qū)的分類(2),模擬量輸入存儲區(qū)(AI) : 每個(gè)模擬量占16位(一個(gè)字)。 低字節(jié)構(gòu)成高8位,高字節(jié)構(gòu)成低8位。,數(shù)據(jù)存儲區(qū)的分類
18、(3),模擬量輸出存儲區(qū)(AQ): 每個(gè)模擬量占16位(一個(gè)字)。 低字節(jié)構(gòu)成高8位,高字節(jié)構(gòu)成低8位。,數(shù)據(jù)存儲區(qū)的分類(4),定時(shí)器(T區(qū)) S7-200在RAM區(qū)中設(shè)置了若干的定時(shí)器。用于計(jì)數(shù)時(shí)標(biāo)(1ms、10ms或100ms)。 每個(gè)定時(shí)器占據(jù)兩個(gè)數(shù)據(jù)單元,一個(gè)16位的存儲器用于計(jì)時(shí),另一個(gè)用于表征定時(shí)器的狀態(tài),占用一位。,數(shù)據(jù)存儲區(qū)的分類(5),計(jì)數(shù)器(C區(qū)) S7-200同時(shí)在RAM區(qū)中還設(shè)置了若干的計(jì)數(shù)器。用于計(jì)數(shù)外部事件。 每個(gè)計(jì)數(shù)器占據(jù)兩個(gè)數(shù)據(jù)單元,一個(gè)16位的存儲器用于計(jì)數(shù),另一個(gè)用于表征計(jì)數(shù)器的狀態(tài),占用一位。,數(shù)據(jù)存儲區(qū)的分類(6),高速計(jì)數(shù)器(HC) 用以計(jì)數(shù)外部高速
19、事件,計(jì)數(shù)的頻率不受掃描周期的限制。 計(jì)數(shù)單元雙字長,只能讀,不能寫。不存在相應(yīng)的狀態(tài)單元。,數(shù)據(jù)存儲區(qū)的分類(7),累加器區(qū)(AC): 共有四個(gè)32位的累加器(AC0、AC1、AC2、AC3)。 可用于存放中間運(yùn)算結(jié)果,也可用于程序間的數(shù)據(jù)傳遞。 數(shù)據(jù)可按字節(jié)、字或雙字存取。,S7-200 PLC數(shù)據(jù)存儲區(qū)的尋址方式,位數(shù)據(jù)讀取,包括I,Q,M,V,S,SM,L,2) 字節(jié)、字、雙字?jǐn)?shù)據(jù)讀取,包括I,Q,M,V,AC,SM,L,AI,SW,直接尋址,兩個(gè)字節(jié)組成1個(gè)字(Word),兩個(gè)字組成1個(gè)雙字(Double Word) 。一般用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示有符號數(shù),其最高位為符號位,最高位為0時(shí)為正
20、數(shù),為1時(shí)為負(fù)數(shù),最大的16位正數(shù)為7FFFH,H表示十六進(jìn)制數(shù)。,8位二進(jìn)制數(shù)組成1個(gè)字節(jié)(Byte),其中的第0位為最低位(LSB)、第7位為最高位(MSB)。,模擬輸入尋址示例,模擬輸出尋址示例,S7-200 PLC數(shù)據(jù)讀取功能對象的尋址,T、C、HC 和 AC按功能對象尋址 被訪問的單元地址由兩部分組成: 區(qū)域的標(biāo)識符 對象的編號 表示成: area identifier device number 如:T37、HC1、AC0 等,定時(shí)器尋址示例,計(jì)數(shù)器尋址示例,累加器尋址示例,高速計(jì)數(shù)器尋址示例,間接尋址,能間接尋址的區(qū)域有I、Q、V、M、S、T、C 間接尋址單元不能按位進(jìn)行存取數(shù)據(jù)(也就是說位單元不能間接尋址) 只能用V、L區(qū)的雙字長的存儲單元以及AC1、AC2、AC3作指針。指針內(nèi)存尋址單元的地址。,本地和擴(kuò)展I/O的地址分配方法,本地和擴(kuò)展I/O的地址分配是要解決I/O映像區(qū)的單元與物理測控點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系。 在擴(kuò)展的鏈條中,各模塊可隨意放在任意位置。在分配地址時(shí),各模塊的位置按各自的類型進(jìn)行排隊(duì)。即數(shù)字量與模擬
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