南京江宁鑫元自动化西门子LC培训-LC的认知初步

1.1可编程序控制器概述西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的认知初步模块1PLC的认知初步

1.2S7-200系列PLC介绍1.3STEP-Micr/WIN4.0编程软件的使用

西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的认知初步1.1可编程序控制器概述

1.1.1PLC的由来

1968年，美国通用汽车公司(GM公司)为了在每次汽车改型或改变工艺流程时不改动原有继电器柜内的接线，以便降低生产成本，缩短新产品的开发周期，而提出了研制新型逻辑顺序控制装置，并提出了该装置的研制指标要求，即10项招标技术指标，这10指标实际上就是当今可编程序控制器最基本的功能。将它们归纳一下，其核心为以下四点：(1)用计算机代替继电器控制盘。(2)用程序代替硬件接线。(3)输入/输出电平可与外部装置直接连接。(4)结构易于扩展

美国数字设备公司（DEC）中标并于1969年研出了世界上第一台可编程序控制器，并应用于通用汽车公司的生产线上。当时叫可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。紧接着，美国MODICON公司也开发出同名的控制器，1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制成了日本第一台可编程控制器。1973年，西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的认知初步

西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的认知初步1.1.2可编程序控制器的定义、分类及特点

1.可编程序控制器的定义由于PLC在不断发展，因此，对它进行确切的定义是比较困难的。1982年，国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee，IEC)颁布了PLC标准草案，1985年提交了第2版，并在1987年的第3版中对PLC作了如下的定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的进行数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输的输入和输出。控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体和易于扩展其功能的原则而设计。

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控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体和易于扩展其功能的原则而设计。上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，是以微处理器为基础，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术，用面向控制过程、面向用户的“自然语言”编程的一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。2.可编程序控制器的分类（1）PLC硬件结构的类型可编程序控制器发展很快，目前，全世界有几百家工厂正在生产几千种不同型号的PLC。为了便于在工业现场安装，便于扩展，方便接线，其结构与普通计算机有很大区别。通常从组成结构形式上将这些PLC分为两类：一类是一体化整体式PLC，另一类是结构化模块式PLC。

西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的认知初步（2）PLC的分类

为了适应不同工业生产过程的应用要求，可编程序控制器能够处理的输入/输出信号数是不一样的。一般将一路信号叫做一个点，将输入点数和输出点数的总和称为机器的点。按照I/O点数的多少，可将PLC分为超小(微)、小、中、大、超大等五种类型。如表1-1所示。

表1-1按I/O点数分类

按功能分类可分为低档机、中档机、高档机。如表1-2所示表1-2按功能分类

西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的认知初步表1-2按功能分类3.可编程序控制器的特点PLC能如此迅速发展的原因，除了工业自动化的客观需要外，还有许多独特的优点。它较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。其主要特点如下：（1）编程方法简单易学

西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的认知初步（2）功能强，性能价格比高（3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强.（4）可靠性高，抗干扰能力强（5）系统的设计、安装、调试工作量少（6）维修工作量小，维修方便（7）体积小，能耗低

西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的认知初步1.1.3可编程序控制器的功能和应用

1.开关逻辑和顺序控制这是PLC应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种简单或十分复杂的控制要求。2.模拟控制在工业生产过程中，许多连续变化的需要进行控制的物理量，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。为了实现工业领域对模拟量控制的广泛要求，目前大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能。特别是当系统中模拟量控制点数不多，同时混有较多的开关量时，PLC具有其他控制装置所无法比拟的优势。另外，某些PLC产品还提供了典型控制策略模块，如PID模块，从而可实现对系统的PID等反馈或其他模拟量的控制运算。

西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的认知初步3.定时控制PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时器与计数器。如果需要对频率较高的信号进行计数，则可以选择高速计数器。4.数据处理

新型PLC它不仅具有算术运算、数据传送的能力，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等功能，有的PLC还可以进行浮点运算和函数运算。5.通信联网把PLC作为下位机，与上位机或同级的可编程序控制器进行通信，可完成数据的处理和信息的交换，实现对整个生产过程的信息控制和管理，因此PLC是实现工厂自动化的理想工业控制器。6.信号联锁系统信号联锁是安全生产所必需的。西门子子s7-200系列列PLC应用技技术模块1PLC的的认知知初步步1.1.4可编编程序序控制制器的的发展展趋势势1．增增强网网络通通信功功能2．发发展智智能模模块3．外外部诊诊断功功能4．编编程语语言、、编程程工具具标准准化、、高级级化5．软软件、、硬件件的标标准化化6．组组态软软件的的迅速速发展展西门子子s7-200系列列PLC应用技技术模块1PLC的的认知知初步步的的组成成与基基本结结构工业控控制计计算机机，其其硬件件系统统都大大体相相同，，主要要由中中央处处理器器模块块、存存储器器模块块、输输入输输出模模块、、编程程器和和电源源等几几部分分构成成，如如图1-1所示示。西门子子s7-200系列列PLC应用技技术模块1PLC的的认知知初步步1．中中央处处理器器（CPU）CPU是PLC的核核心部部件，，主要要用来来运行行用户户程序序、监监控输输入/输出出接口口状态态以及及进行行逻辑辑判断断和数数据处处理。。CPU用用扫描描的方方式读读取输输入装装置的的状态态或数数据，，从内内存逐逐条读读取用用户程程序，，通过过解释释后按按指令令的规规定产产生控控制信信号，，然后后分时时、分分渠道道地执执行数数据的的存取取、传传送、、比较较和变变换等等处理理过程程，完完成用用户程程序所所设计计的逻逻辑或或算术术运算算任务务，并并根据据运算算结果果控制制输出出设备备响应应外部部设备备的请请求以以及进进行各各种内内部诊诊断。。2．存存储器器可编程程控制制器的的存储储器由由只读读存储储器ROM、随随机存存储器器RAM和和可电电擦写写的存存储器器EEPROM三大大部分分构成成，只只读存存储器器ROM用用以存存放系系统程程序，，可编编程控控制器器在生生产过过程中中将系系统程程序固固化在在ROM中中的。。用户户程序序和中中间运运算数数据存存放的的随机机存储储器RAM中，，RAM存存储器器是一一种高高密度度、低低功耗耗、价价格便便宜的的半导导体存存储器器，可可用锂锂电池池做备备用电电源。。西门子子s7-200系列列PLC应用技技术模块1PLC的的认知知初步步3．电电源PLC的电电源是是指为为CPU、、存储储器和和I/O接接口等等内部部电子子电路路工作作所配配备的的直流流开关关电源源。电电源的的交流流输入入端一一般都都有脉脉冲吸吸收电电路，，交流流输入入电压压范围围一般般都比比较宽宽，抗抗干扰扰能力力比较较强。。电源源的直直流输输电压压多为为直流流5V和直直流24V。直直流5V电电源供供PLC内内部使使用，，直流流24V电电源除除供内内部使使用外外还可可以供供输入入/输输出单单元和和各种种传感感器使使用。。4．输输入/输出出接口口PLC内部部输入入电路路作用用是将将PLC外外部电电路（（如行行程开开关、、按钮钮、传传感器器等））提供供的符符合PLC输入入电路路要求求的电电压信信号，，通过过光电电耦合合电路路送至至PLC内内部电电路。。输入入电路路有直直流输输入电电路、、交流流输入入电路路和交交直流流输入入电路路。输输入电电路通通常以以光电电隔离离和阻阻容滤滤波的的方式式提高高抗干干扰能能力，，根据据输入入信号号形式式的不不同，，可分分为模模拟量量I/O单单元、、数字字量I/O单元元两大大类。。根据据输入入单元元形式式的不不同，，可分分为基基本I/O单元元、扩扩展I/O单元元两大大类。。西门子子s7-200系列列PLC应用技技术模块1PLC的的认知知初步步PLC内部部输出出电路路作用用是将将输出出映像像寄存存器的的结果果通过过输出出接口口电路路驱动动外部部的负负载（（如接接触器器线圈圈、电电磁阀阀、指指示灯灯等））。输输出电电路用用于把把用户户程序序的逻逻辑运运算结结果输输出到到PLC外外部，，输出出电路路具有有隔离离PLC内内部电电路和和外部部执行行元件件的作作用，，还具具有功功率放放大的的作用用。输输出电电路有有晶体体管输输出型型、可可控硅硅输出出型和和继电电器输输出型型三种种。功功能模模块是是一些些智能能化的的输入入/输输出电电路。。如温温度检检测模模块、、位置置检测测模块块、位位置控控制模模块和和PID控控制模模块等等。（1））输输入接接口电电路由于生生产过过程中中使用用的各各种开开关、、按钮钮、传传感器器等输输入器器件直直接接接到PLC输入入接口口电路路上，，为防防止由由于触触点抖抖动或或干扰扰脉冲冲引起起错误误的输输入信信号，，输入入接口口电路路必须须有很很强的的抗干干扰能能力。。以直直流输输入电电路为为例，，如图图1-2所所示，，输入入接口口电路路提高高抗干干扰能能力的的方法法主要要有利利用光光电耦耦合器器提高高抗干干扰能能力和和利用用滤波波电路路提高高抗干干扰能能力。。西门子子s7-200系列列PLC应用技技术模块1PLC的的认知知初步步图1-2直直流输输入电电路（2））输出出接口口电路路根据驱驱动负负载元元件不不同可可将输输出接接口电电路分分为3种：：①小型型继电电器输输出形形式。。如图图1-3所所示。。这种种输出出形式既可可驱动动交流流负载载，又又可驱驱动直直流负负载。。驱动动负载载的能能力在在2A左右右。图图1-3所所示电电路工工作原原理是是：当当内部部电路路的状状态为为1时时，使使继电电器K的线线圈通通电，，产生生电磁磁吸力力，触触点闭闭合，，则负负载得得电，，同时时点亮亮LED，，表示示该路路输出出点有有输出出。当当内部部电路路的状状态为为0时时，使使继电电器K的线线圈无无电流流，触触点断断开，，则负负载断断电，，同时时LED熄熄灭，，表示示该路路输出出点无无输出出。西门子子s7-200系列列PLC应用技技术模块1PLC的的认知知初步步图1-3小小型继继电器器输出出形式式电路路西门子子s7-200系列列PLC应用技技术模块1PLC的的认知知初步步②大功功率晶晶体管管或场场效应应管输输出形形式。。如图图1-4所所示。。这种种输出出形式式只可可驱动动直流流负载载。驱驱动负负载的的能力力：每每一个个输出出点为为零点点几安安培左左右。。它的的优点点是可可靠性性强，，执行行速度度快，，寿命命长。。缺点点是过过载能能力差差。适适合在在直流流供电电、输输出量量变化化快的的场合合选用用。图图1-4所所示电电路工工作原原理是是：当当内部部电路路的状状态为为1时时，光光电耦耦合器器T1导通通，使使大功功率晶晶体管管VT饱和和导通通，则则负载载得电电，同同时点点亮LED，表表示该该路输输出点点有输输出。。当内内部电电路的的状态态为0时，，光电电耦合合器T1断断开，，大功功率晶晶体管管VT截止止，则则负载载失电电，LED熄灭灭，表表示该该路输输出点点无输输出。。VD为保保护二二极管管，可可防止止负载载电压压极性性接反反或高高电压压、交交流电电压损损坏晶晶体管管。FU的的作用用是：：防止止负载载短路路时损损坏PLC。当当负载载为电电感性性负载载，VT关关断时时会产产生较较高的的反电电势所所以必必须给给负载载并联联续流流二极极管，，为其其提供供放电电回路路，避避免VT承承受过过电压压。西门子子s7-200系列列PLC应用技技术模块1PLC的的认知知初步步图1-4大大功率率晶体体管输输出形形式电电路西门子子s7-200系列列PLC应用技技术模块1PLC的的认知知初步步③双向向晶闸闸管输输出形形式。。如图图1-5所所示。。这种种输出出形式式适合合驱动动交流流负载载。由由于双双向可可控硅硅和大大功率率晶体体管同同属于于半导导体材材料元元件，，所以以优缺缺点与与大功功率晶晶体管管或场场效应应管输输出形形式的的相似似，适适合在在交流流供电电、输输出量量变化化快的的场合合选用用。图图1-5所所示电电路工工作原原理是是：当当内部部电路路的状状态为为1时时，发发光二二极管管导通通发光光，相相当于于双向向晶闸闸管施施加了了触发发信号号，无无论外外接电电源极极性图1-5双双向可可控硅硅输出出形式式电路路西门子子s7-200系列列PLC应用技技术模块1PLC的的认知知初步步如何，，双向向晶闸闸管T均导导通，，负载载得电电，同同时输输出指指示LED点亮亮，表表示该该输出出点接接通；；当对对应T的内内部继继电器器的状状态为为0时时，双双向晶晶闸管管施加加了触触发信信号，，双向向晶闸闸管关关断，，此时时LED不不亮，，负载载失电电。这这种输输出接接口电电路驱驱动负负载的的能力力为1A左左右。。（3））I/O电电路的的常见见问题题①用三三极管管等有有源元元件作作为无无触点点开关关的输输出设设备，，与PLC输入入单元元的连连接时时，由由于三三极管管自身身有漏漏电流流存在在，或或者电电路不不能保保证三三极管管可靠靠截止止而处处于放放大状状态，，就可可能引引起PLC输入入电路路发生生误动动作。。可在在PLC输输入端端并联联一个个旁路路电阻阻来分分漏流流，使使流入入PLC的的电流流小于于1.3mA。。②应在输出出回路串联联保险丝，，避免负载载电流过大大，会损坏坏输出元件件或电路板板。③由于于晶体管、、双向晶闸闸管型输出出端子漏电电流和残余余电压的存存在，当驱驱动不同类类型的负载载时，需要要考虑电平平匹配和误误动等问题题。西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的的认知初步步5．外部设设备接口外设接口电电路用于连连接编程器器或其他图图形编程器器、文本显显示器、触触摸屏、变变频器等并并能通过外外设接口组组成PLC的控制网网络。PLC通过PC/PPI电缆或或使用MPI卡通过过RS-485接口口与计算机机连接，可可以实现编编程、监控控、连网等等功能。6．I/O扩展接口口扩展接口用用于扩展输输入/输出出单元，它它使PLC的控制规规模配置更更加灵活，，这种扩展展接口实际际上为总线线形式，可可以配置开开关量的I/O单元元，也可配配置模拟量量和高速计计数等特殊殊I/O单单元及通信信适配器等等。7.编程程器编程器是PLC的重重要外围设设备。利用用编程器将将用户程序序送入PLC的存储储器，还可可以用编程程器检查程程序，修改改程序，监监视PLC的工作状状态。现在在手持式编编程器已逐逐渐被笔记记本取代。。（4）感性性负载断电电时产生很很高的反电电势，对输输出单元电电路产生冲冲击，对于于大电感或或频繁关断断的感性负负载应使用用外部抑制制电路，一一般采用阻阻容吸收电电路或二极极管吸收电电路。西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的的认知初步步1.2S7-200系列列PLC介介绍1.2.1S7-200系系列PLC系统德国的西门门子公司是是欧洲最大大的电子和和电气设备备制造商，，生产的SIMATIC可编编程序控制制器在欧洲洲处于领先先地位。最最新的SIMATIC产品为为SIMATICS7、M7和C7等几大系系列。SIMATICS7系列产品品分为通用用逻辑模块块（LOGO!）、、微型PLC（S7-200系列）、、中小型PLC（S7-300系列））和大中型型PLC（（S7-400系列列）4个产产品系列。。从CPU模块的功功能来看，，SIMATICS7-200系列列微型PLC发展至至今大致经经历了两代代。第一代代产品（21版），，其CPU模块为CPU21X，主主机都可进进行扩展；；第二代产产品（22版），其其CPU模模块为CPU22X，是在在21世纪纪初投放市市场的，速速度快，具具有较强的的通信能力力。西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的的认知初步步S7-200系列PLC的硬硬件主要包包括CPU和扩展模模块。扩展展模块则包包括模拟量量I/O扩扩展模块、、数字量I/O扩展展模块、温温度测量扩扩展模块、、特殊功能能模块（如如定位模块块）和通信信模块等。。外部结构构如图1-6所示。。它是整体体式PLC，它将输输入/输出出模块、CPU模块块、电源模模块均装在在一个机壳壳内，当系系统需要扩扩展时，可可选用需要要的扩展模模块与基本本单元（主主机）连接接。１.S7-200系列PLC的外外部结构图1-6S7-200系系列PLC外部结构构西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的的认知初步步（１）CPU模块S7-200系列的的CPU的的中央处理理器是16位的，其其参数见下下表1-3所示。西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的的认知初步步1）CPU的工作方方式CPU的前前面板即存存储卡插槽槽的上部，，有3盏指指示灯显示示当前工作作方式。CPU前面面板上用两两个发光二二极管显示示当前工作作方式，绿绿色指示灯灯亮，表示示为RUN运行状态态，红色指指示灯亮，，表示为STOP停停止状态，，在标有SF指示灯灯亮时表示示系统故障障，PLC停止工作作。西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的的认知初步步2）改变CPU工作作方式的方方法①用工作方方式开关改改变工作方方式。工作作方式开关关有3个挡挡位：STOP、TERM（（Terminal）、RUN。把方方式开关切切到STOP位，可可以停止程程序的执行行；把方式式开关切到到RUN位位，可以起起动程序的的执行；把把方式开切切到TERM（暂态态）或RUN位，允允许STEP7-Micro/WIN32软软件设置CPU工作作状态。设置为RUN时，电电源上电时时，CPU自动进入入RUN工工作状态。。②用编程软软件改变工工作方式。。把方式开开关切换到到TERM（暂态）），可以使使用STEP7-Micro/WIN32编编程软件设设置工作方方式。③在程序中中用指令改改变CPU的工作方方式。在程程序中插入入一个STOP指令令，CPU可由RUN方式进进入STOP工作方方式。西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的的认知初步步（２）存储储系统S7-200系列PLC的CPU模块块内部配备备了一定容容量的RAM（RandomAccessMemory)和和EEPROM(ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory)，，两种类型型的存储器器构成了PLC的存存储系统，，如图1-7所示。。主机CPU模块内内部配备的的EEPROM，上上装程序时时，可自动动装入并永永久保存用用户程序、、数据和CPU的组组态数据，，用户可以以用程序将将存储在RAM中的的数据备份份到EEPROM存存储器，主主机CPU提供一个个超级电容容器，可使使RAM中中的程序和和数据在断断电后保持持几天之久久。CPU提供一个个可选的电电池卡，可可在断电后后超级电容容器中的电电量完全耗耗尽时，继继续为内部部RAM存存储器供电电，以延长长数据所存存的时间，，可选的存存储器卡可可使用户像像使用计算算机磁盘一一样来方便便地备份和和装载程序序和数据。。西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的的认知初步步图1-7存存储系系统西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的的认知初步步（３）输入入/输出端端子输入/输出出模块电路路是PLC与被控设设备间传递递输入/输输出信号的的接口部件件。各输入入/输出点点的通/断断状态用LED显示示，外部接接线就接在在PLC输输入/输出出接线端子子上。S7-200系列CPU22X主机的的输入和输输入有两种种类型：一一种是CPU22XAC/DC/继电器，，AC表示示供电为交交流输入电电源220V，DC表示输输入端的电电源电压为为直流24V，提提供24V直流电源源给外部元元件（如传传感器、开开关）等，，“继电器器”表示输输出为继电电器输出(驱动交、、直流负载载);另另一种是CPU22XDC/DC/DC，，DC表示示供电电源源电压为直直流24V，第二二个DC表表示输入端端的电源电电压为直流流24V，，提供24V直流流给外部元元件（如传传感器、开开关等），，第三个DC表示输输出端子的的电源为直直流24V，场效应应晶体管输输出（驱动动直流负载载），用户户可根据需需要选用。。西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的的认知初步步（１）CPU224型PLC输入端子子接线CPU224的主机机共有14个输入点点（I0.0～I0.7、I1.0～～I1.5）和10个输出点点（Q0.0～Q0.7，Q1.0～～Q1.1），在编编写端子代代码时采用用八进制，，没有0.8和0.9。CPU224输入端子子的接线如如下图1-8和1-9所示，，它采用了了双向光电电耦合器，，24V直直流极性可可任意选择择，L+和和M端子分分别是模块块提供24V直流电电源的正极极和负极，，它可以作作为输入电电路的电源源，也可作作为外部传传感器、开开关的电源源。系统设设置1M为为输入端子子（I0.0～I0.7）公公共端，2M为（I1.0～～I1.5）输入端端子内部电电路的公共共端。西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的的认知初步步图1-8输输入端端子的接线线（PNP）图1-9输输入端端子的接线线（NPN）西门子s7-200系列PLC应用技术模块1PLC的的认知初步步【例1-1】】有一一台S7-224CPU，，输入端端有一只只三线PNP接接近开关关和一只只二线PNP接接近开关关，应如如何接线线？【解】对于S7-224CPU，，公共端端接电源源的负极极。而对对于三线线PNP接近开开关，只只要将其其正、负负极分别别与电源源的正、、负极相相连，将将信号线线与PLC的““I0.0”相相连即可可；而对对于二线线PNP接近开开关，只只要将电电源的正正极分别别与其正正极相连连，将信信号线与与PLC的“I0.1”相连连即可，，如图1-10为例1-1输输入端子子的接线线示意图图。２）CPU224型PLC输输出端子子接线CPU224的输出出电路有有场效应应晶体管管输出电电路和继继电器输输出电路路两种供供用户选选用，其其用法前前面已叙叙述，具具体接法法如图1-11和1-12所所示。西门子s7-200系系列PLC应用技术术模块1PLC的认认知初步步图1-11晶晶体管管输出（（直流输输出）图1-12继继电器输输出西门子s7-200系系列PLC应用技术术模块1PLC的认认知初步步【例1-2】有一台S7-224CPU，控制制一只24VDC的的电磁阀阀和一只只220VAC电磁磁阀，输输出端应应如何接接线？【解】因为两个个电磁阀阀的线圈圈电压不不同，而而且有直直流和交交流两种种电压，，所以如如果不经经过转换换，只能能用继电电器输出出的CPU，而而且两个个电磁阀阀分别在在两个组组中。其其接线如如图1-13所所示。图1-13例例1-2接线线图西门子s7-200系系列PLC应用技术术模块1PLC的认认知初步步（４）电电源模块块外部提供供给PLC的电电源，有有24VDC、、220VAC两种，，根据型型号不同同有所变变化，电电源的技技术指标标见表1-4。。S7-200的CPU单元元有一个个内部电电源模块块，S7-200小型型PLC的电源源模块与与CPU封装在在一起，，通过连连接总线线为CPU模块块、扩展展模块提提供5V的直流流电源，，如果容容量许可可，还可可提供给给外部24V直直流的电电源，供供本机输输入点和和扩展模模块继电电器线圈圈使用。。应根据据下面的的原则来来确定I/O电电源的配配置。图1-13例例1-2接线线图表1-4电电源的技技术指标标西门子s7-200系系列PLC应用技术术模块1PLC的认认知初步步1）有扩扩展模块块连接时时如果扩展展模块对对5VDC电源源的需求求超过CPU的的5V电电源模块块的容量量，则必必须减少少扩展模模块的数数量。2）当+24V直流电电源的容容量不满满足要求求时可以增加加一个外外部24V直流流电源给给扩展模模块供电电。此时时外部电电源不能能与S7-200的传传感器电电源并联联使用，，但两个个电源的的公共端端（M））应连接接在一起起。（５）扩扩展功能能模块扩展单元元作为基基本单元元输入/输出点点数的扩扩充，只只能与基基本单元元连接使使用。不不能单独独使用。。S7-200的扩展展单元包包括数字字量扩展展单元，，模拟量量扩展单单元，热热电偶、、热电阻阻扩展模模块，PROFIBUS-DP通信信模块。。有不同同功能的的扩展模模块，可可以满足足不同的的控制需需要，节节约投资资费用。。连接时时CPU模块放放在最左左侧，扩扩展模块块用扁平平电缆与与左侧的的模块相相连，如如图1-14所所示。CPU222最最多连接接两个扩扩展模块块，CPU224/CPU226最最多连接接7个扩扩展模块块。西门子s7-200系系列PLC应用技术术模块1PLC的认认知初步步1）数字字量I/O扩展展模块S7-200PLC提供供了多种种类型的的数字量量扩展模模块，用用户可选选用8点点、16点和32点的的数字量量输入/输出模模块。数数字量I/O扩扩展模块块规格如如表1-5所示示。西门子s7-200系系列PLC应用技术术模块1PLC的认认知初步步2）模拟拟量I/O扩展展模块模拟量扩扩展模块块提供了了模拟输输入量（（如压力力、温度度、流量量、转速速等）和和某些执执行机构构（如晶晶闸管调调速装置置、电动动调节阀阀和变频频器等））输出模模拟量的的功能，，模拟量量I/O扩展模模块规格格如表1-6所所示。西门子s7-200系系列PLC应用技术术模块1PLC的认认知初步步3）热电电偶、热热电阻扩扩展模块块EM231热电电偶、热热电阻扩扩展模块块是为S7-200CPU222CPU224和CPU226/226XM设设计的模模拟量扩扩展模块块，EM231热电偶偶模块具具有特殊殊的冷端端补偿电电路，该该电路测测量模块块连接器器上的温温度，并并适当改改变测量量值，以以补偿参参考温度度与模块块温度之之间的温温度差，，如果在在EM231热热电偶模模块安装装区域的的环境温温度迅速速地变化化，则会会产生额额外的误误差，要要想达到到最大的的精度和和重复性性，热电电阻和热热电偶模模块应安安装在稳稳定的环环境温度度中。4）通信信模块PROFIBUS-DPS7-200系系列的CPU要要接入PROFIBUS-DP网，，则必须须配置通通信模块块EM277模块，，EM277作为DP从站站，EM277模块块接收来来自主站站的多种种不同的的I/O组态，，向主站站发送和和接收数数据。5）定位位模块EM253西门子s7-200系系列PLC应用技术术模块1PLC的认认知初步步1.用用触点点和线圈圈实现逻逻辑运算算在数字量量控制系系统中，，变量仅仅有两种种相反的的工作状状态，如如高电平平和低电电平、继继电器线线圈的通通电和断断电、触触点的接接通和断断开，可可用逻辑辑代数中中的1和和0来表表示它们们。在波波形图中中，用高高电平表表示1状状态，用用低电子子表示0状态。。“与”、、“或””、“非非”逻辑辑运算的的输入／／输出关关系如表表1-7所示，，用继电电器电路路或类似似于继电电器接触触器电气气控制电电路的PLC编编程软件件梯形图图可以实实现“与与”、““或”、、“非””逻辑运运算(见见图1-15)。用多多个触点点的串、、并联电电路可以以实现复复杂的逻逻辑运算算，例如如图1-16中中的继电电器电路路。可可编程程序控制制器的工工作原理理西门子s7-200系系列PLC应用技术术模块1PLC的认认知初步步实现的逻逻辑运算算可用逻逻辑代数数式表示示为：表1-7逻辑辑运算关关系表上式左边边的KM与图中中的线圈圈相对应应，右边边的KM与KM的常开开触点相相对应，，与与SB2的的常闭触触点相对对应。在在继电器器电路图图和梯形形图中，，线圈的的状态是是输出量量或被控控量，触触点的\状态是是输入量量。继电电器的线线圈通电电时，其其常开触触点接通通，常闭闭触点断断开，线圈断电电时西门子s7-200系系列PLC应用技术术模块1PLC的认认知初步步其常开触触点断开开，常闭闭触点闭闭合。梯梯形图中中的位操操作元件件(如可可编程序序控制器器的输出出Q0.0的触触点和线线圈也有有类似的的关系。。接触器器的结构构和工作作原理与与继电器器的基本本相同，，区别仅仅在于继继电器触触点的额额定电流流较小(如几几十毫安安)，而而接触器器是用来来控制大大电流负负载的，，例如它它可以控控制额定定电流为为几十安安培至上上千安培培的异步步电动机机。图1-16是用用交流接接触器控控制异步步电动机机的主电电路、控控制电路路和有关关的波形形图。按按下起动动按钮SBl，，它的常常开触点点接通，，电流经经过SBl的常常开触点点和停止止按钮SB2的的常闭触触点，流流过交流流接触器器KM的的线圈、、接触器器的衔铁铁被吸合合，使主主电路中中KM的的3对常常开触点点闭合，，异步电电动机M的三相相电源接接通，电电动机开开始运行行，控制制电路中中接触器器KM的的辅助常常开触点点同时接接通。放放开起动动按钮后后，SBl的常常开触点点断开，，电流经经KM的的辅助常常开触点点和SB2的常常闭触点点流过KM的线线圈，电电动机继继续运行行。西门子s7-200系系列PLC应用技术术模块1PLC的认认知初步步KM的辅辅助常开开触点实实现的这这种功能能称为““自锁””或“自自保持””，它使使继电器器电路具具有类似似于R-S触发发器的记记忆功能能。图1-16异步步电动机机控制电电路西门子s7-200系系列PLC应用技术术模块1PLC的认认知初步步在电动机机运行时时按停止止按钮SB2，，它的常常闭触点点断开，，使KM的线圈圈失电，，KM的的主触点点断开、、异步电电动机的的三相电电源被切切断，电电动机停停止运行行，同时时控制电电路中KM的辅辅助常开开触点断断开。当当停止按按钮SB2被放放开，其其常闭触触点闭合合后，KM的线线圈仍然然失电，，电动机机继续保保持停止止运行状状态。图图1-9（c））给出了了有关信信号的波波形图，，图中用用高电平平表示1状态（（线圈通通电、按按钮被按按下)，，用低电电平表示示0状态态(线圈圈断电、、按钮被被放开)。图中的热热继电器器FR用用于过载载保护，，电动机机过载时时，经过过一段时时间后，，FR的的常闭触触点断开开，使KM的线线圈断电电，电动动机停转转。2．可可编程程序控制制器的工工作原理理众所周知知，继电电器控制制系统是是一种““硬件逻逻辑系统统”，它它所采用用的是并并行工作作方式，，也就是是条件一一旦西门子s7-200系系列PLC应用技术术模块1PLC的认认知初步步形成，多多条支路路可以同同时动作作。PLC是在在继电器器控制系系统逻辑辑关系基基础上发发展演变变的。而而PLC是一种种专用的的工业控控制计算算机，其其工作原原理是建建立在计计算机工工作原理理基础上上的。为为了可靠靠地应用用在工业业环境下下，便于于现场电电气技术术人员的的使用和和维护，，应有大大量的接接口器件件、特定定的监控控软件和和专用的的编程器器件。这这样一来来，不但但其外观观不像计计算机，，其操作作使用方方法、编编程语言言及工作作过程与与计算机机控制系系统也是是有区别别的。实现的工作原原理是通过执执行反映控制制要求的用户户程序，PLC的CPU是以分时操操作方式来处处理各项任务务的。计算机机在每一瞬间间只能做一件件事，所以，，程序的执行行是按程序顺顺序依次完成成相应段落上上的动作，所所以，它属于于串行工作方方式。西门子s7-200系列列PLC应用技术模块1PLC的认知知初步1）PLC控控制系统的等等效工作电路路PLC控制系系统的等效工工作电路可以以由输入部分分、内部控制制电路和输出出部分组成。。输入部分就就是采集输入入信号，输出出部分就是系系统的执行部部件。这两部部分与继电器器控制电路相相同，内部控控制电路就是是用户所编写写的程序，可可以实现控制制逻辑，用软软件编程代替替继电器电路路的功能。其其等效工作电电路如图1-17所示，，它是工作台台前进、到位位后停车并有有工作指示灯灯的控制电路路。西门子s7-200系列列PLC应用技术模块1PLC的认知知初步图1-17PLC的的等效工作电电路西门子s7-200系列列PLC应用技术模块1PLC的认知知初步①输入部分。。输入部分由由外部输入电电路、PLC输入接线端端子和输入继继电器组成。。外部输入信信号经PLC输入接线端端子去驱动输输入继电器线线圈。每个输输入端子与其其相同编号的的输入继电器器有着唯一确确定的对应关关系。如当外外部的输入元元件（前进按按钮SB1））处于接通状状态时，对应应的输入继电电器线圈（I0.0）““得电”。这这个输入继电电器（I0.0）是PLC内部的软软继电器，实实际上这里不不存在真正的的物理上的继继电器，它只只是存储器(I0)中的的某一位(I0.0)，，它可以提供供任意多个的的动合触点或或动断触点。。这里所说的的“触点”实实际上也是不不存在的，还还是为了向早早期的继电器器线路图靠拢拢，便于大家家理解。“触触点”实际上上就是存储器器位的状态，，这样一来就就可以任意取取用了。为使输入继电电器的线圈““得电”，即即让外部输入入元件的接通通状态写入其其对应的存储储单元中去，，输入回路要要有电流，这这个电源可以以用PLC自自己提供的24V直流电电源，也可以以由PLC外外部的独立的的交流或直流流电源供电。。西门子s7-200系列列PLC应用技术模块1PLC的认知知初步②内部控制电电路。内部控控制电路是由由用户程序形形成的用“软软继电器”来来替代硬继电电器的控制逻逻辑。它的作作用是按照用用户编写的程程序所规定的的逻辑关系，，处理输入信信号和输出信信号。一般用户程序序是用梯形图图语言编制的的，看上去很很像继电器控控制线路图，，这也是PLC设计者所所追求的。在在前面已经提提到过，即使使PLC的梯梯形图与继电电器控制线路路图完全相同同，最后的输输出结果不一一定相同，这这是因为处理理信号的过程程是不一样的的。继电器控控制线路图中中的继电器线线圈都是并联联关系，机会会相等，只要要条件允许可可以，同时动动作。而PLC的梯形图图程序的工作作特点是周期期性逐行扫描描的。这样一一来最后的输输出结果就难难免不一样了了。除了输人人信号和输出出信号，在PLC中还提提供了计时器器、计数器、、辅助继电器器(相当于继继电器控制线线路中的中间间继电器)及及某些特殊功功能的继电器器。为了实现现控制要求，，在编程时可可根据需要选选用继电器；；西门子s7-200系列列PLC应用技术模块1PLC的认知知初步但这些器件只只能在PLC的内部控制制电路中使用用，在PLC的I/O点点处是看不到到它们的。③③输出部分(以数字量继继电器输出型型PLC为例例)。输出部部分是由在PLC内部且且与内部控制制电路隔离的的输出继电器器的外部动合合触点、输出出接线端子和和外部驱动电电路组成，用用来驱动外部部负载。每每个输出继电电器除了有为为内部控制电电路提供编程程用的任意多多个动合、动动断触点外，，还为外部输输出电路提供供了一个实际际的动合触点点与输出接线线端子相连。。需要特别指指出的是输出出继电器是PLC中唯一一存在的实际际物理器件，，打开PLC可发现在输输出侧放置的的那些微型继继电器。2）PLC的的工作原理PLC虽然具具有许多微型型计算机的特特点，但它的的工作方式却却与微型计算算机有很多不不同点，这主主要是各自的的操作系统和和系统软件的的不同造成的的。PLC的工作作方式有两个个显著特点：：一个是周期期性顺序扫描描，一个是信信号集中批处处理。西门子s7-200系列列PLC应用技术模块1PLC的认知知初步PLC通电后后，需要对软软硬件都做一一些初始化的的工作。为了了使PLC的的输出及时地地响应各种输输入信号，初初始化后反复复不停地分步步处理各种不不同的任务，，这种周而复复始的循环工工作方式称为为周期性顺序序扫描工作方方式。PLC在运行行过程中，总总是处在不断断循环的顺序序扫描过程中中，每次扫描描所用的时间间称为扫描时时间，又称为为扫描周期或或工作周期。。由于PLC的的I/O点数数较多，采用用集中批处理理的方法，可可简化操作过过程便于控制制，提高系统统可靠性。因因此，PLC的另一个主主要特点就是是对输入采样样、执行用户户程序、输出出刷新实施集集中批处理。。上面提到过PLC通电后后，首先要进进行的就是初初始化工作，，这一过程包包括对工作内内存的初始化化，复位所有有的定时器，，将输入/输输出继电器清清零，检查I/O单元是是否完好，如如有异常则发发出报警信号号。初始化之之后，就进入入周期性扫描描过程。PLC的运行过过程如图1-18所示。。西门子s7-200系列列PLC应用技术模块1PLC的认知知初步图1-18PLC的的工作过程流流程图西门子s7-200系列列PLC应用技术模块1PLC的认知知初步PLC的工作作流程即扫描描过程主要有有“输入采样样”，“执行行用户程序””和“输出刷刷新”三个阶阶段了。这三三个阶段是PLC工作过过程的中心内内容(见图1-19)，，理解透PLC工作过程程的这三个阶阶段是学习好好PLC的基基础。下面就就详细分析这这三个阶段：：①输入采样扫扫描阶段在在PLC的的存储器中，，设置了一片片区域来存放放输入信号和和输出信号的的状态，它们们分别称为输输入过程映像像寄存器和输输出过程映像像寄存器。CPU以字节节(8位)为为单位来读写写输入/输出出过程映像寄寄存器。西门子s7-200系列列PLC应用技术模块1PLC的认知知初步图1-19PLC的的扫描工作过过程西门子s7-200系列列PLC应用技术模块1PLC的认知知初步这是第一个集集中批处理过过程，在这个个阶段中，PLC首先按按顺序扫描所所有输入端子子，并将各输输入状态存人人相对应的输输入映像寄存存器中。此时时，输入映像像存储器被刷刷新，在当前前的扫描周期期内，用户程程序依据的输输入信号的状状态(ON或或OFF)，，均从输入映映像寄存器中中去读取，而而不管此时外外部输入信号号的状态是否否变化。在此此程序执行阶阶段和接下来来的输出刷新新阶段，输入入映像寄存器器与外界隔离离，即使此时时外部输入信信号的状态发发生变化，也也只能在下一一个扫描周期期的输入采样样阶段去读取取。一般来说说，输入信号号的宽度要大大于一个扫描描周期，否则则很可能造成成信号的丢失失。如当SB1按钮按下下后，外部输输入信号I0.0为ON状态（1状状态），输入入映像寄存器器中的位寄存存器I0.0中的结果为为1。西门子子s7-200系列列PLC应用技技术模块1PLC的的认知知初步步②执行行用户户程序序的扫扫描阶阶段PLC的用用户程程序由由若干干条指指令组组成，，指令令在存存储器器中按按照顺顺序排排列。。在RUN工作作模式式的程程序执执行阶阶段，，在没没有跳跳转指指令时时，CPU从第第一条条指令令开始始，逐逐条顺顺序地地执行行用户户程序序。在执行行指令令时，，从I/O映像像寄存存器或或别的的位元元件的的映像像寄存存器读读取其其ON/OFF状态态，并并根据据指令令的要要求执执行相相应的的逻辑辑运算算，运运算的的结果果写入入到相相应的的映像像寄存存器中中。因因此，，除了了输入入过程程映像像寄存存器属属于只只读的的之外外，各各映像像寄存存器的的内容容随着着程序序的执执行而而变化化。这是第第二个个集中中批处处理过过程，，在此此阶段段PLC的的工作作过程程是这这样的的：CPU对用用户程程序按按顺序序进行行扫描描，如如果程程序用用梯形形图表表示，，则总总是按按先上上再下下，从从左至至右的的顺序序进行行扫描描，每每扫描描到一一条指指令，，所需需要的的输入入信息息的状状态就就要从从输入入映像像寄存存器中中去读读取，，西门子子s7-200系列列PLC应用技技术模块1PLC的的认知知初步步而不是是直接接使用用现场场的即即时输输入信信息。。因为为第一一个批批处理理过程程(取取输人人信号号状态态)已已经结结束，，“大大门””已经经关闭闭，现现场即即时信信号此此刻是是进不不来的的。对对于其其他信信息，，则是是从PLC的元元件映映像寄寄存器器中读读取，，在这这个过过程顺顺序扫扫描中中，每每一次次运算算的中中间结结果都都立即即写入入元件件映像像寄存存器中中，这这样该该元素素的状状态马马上就就可以以被后后面将将要扫扫描到到的指指令所所利用用，所所以在在编程程时指指令的的先后后位置置将决决定最最后的的输出出结果果。对对输出出继电电器的的扫描描结果果，也也不是是马上上去驱驱动外外部负负载，，而是是将其其结果果写入入元件件映像像寄存存器中中的输输出映映像寄寄存器器中，，同样样该元元素的的状态态也马马上就就可以以被后后面将将要扫扫描到到的指指令所所利用用，待待整个个用户户程序序扫描描阶段段结束束后，，进入入输出出刷新新扫描描阶段段时，，成批批将输输出信信号状状态送送出去去。图图1-19中梯梯形图图程序序的逻逻辑运运行为为：西门子子s7-200系列列PLC应用技技术模块1PLC的的认知知初步步执行第第一条条指令令时，，从输输入映映像寄寄存器器I0.0中取取出二二进制制数1并存存入堆堆栈的的栈顶顶，梯梯形图图中对对应的的常开开触点点闭合合，常常闭触触点断断开。。执行第第二条条指令令时，，从输输出映映像寄寄存器器Q0.0中取取出二二进制制数0，并并与栈栈顶中中的二二进制制数1相““或””（触触点的的并联联对应应“或或”运运算）），运运算结结果1存入入堆栈栈的栈栈顶。。执行第第三条条指令令时，，从输输入映映像寄寄存器器I0.1中取取出二二进制制数0，梯梯形图图中对对应的的常开开触点点断开开，常常闭触触点闭闭合，，即对对应的的触点点不动动作。。由于于是常常闭触触点，，取反反后与与前面面的运运算结结果相相“与与”（（触点点的串串联对对应““与””运算算），，然后后结果果1存存入堆堆栈的的栈顶顶。执行第第四条条指令令时，，从输输入映映像寄寄存器器I0.4中取取出二二进制制数0，梯梯形图图中对对应的的常开开触点点断开开，常常闭触触点闭闭合，，即对对应的的触点点不动动作。。由于于是常常闭触触点，，取反反后与与前面面的运运算结结果相相“与与”（（触点点的串串联对对应““与””运算算），，然后后结果果1存存入堆堆栈的的栈顶顶。西门子子s7-200系列列PLC应用技技术模块1PLC的的认知知初步步执行第第五条条指令令时，，将堆堆栈的的栈顶顶中的的二进进制数数1送送入输输出映映像寄寄存器器Q0.0。执执行行第六六条指指令时时，从从输出出映像像寄存存器Q0.0中中取出出二进进制数数1，，存入入堆栈栈的栈栈顶，，然后后再将将1送送入输输出映映像寄寄存器器Q0.4中。。③③输出出刷新新扫描描阶段段CPU执执行完完用户户程序序后，，将输输出过过程映映像寄寄存器器的(ON/OFF)如如Q0.0的1状态态传送送到输输出模模块并并锁存存起来来，梯梯形图图中某某一输输出位位的线线圈““得电电”时时，对对应的的输出出映像像寄存存器为为1状状态。。信号号经输输出模模块隔隔离和和功率率放大大后，，继电电器型型输出出模块块中对对应的的硬件件继电电器(确实实存在在的物物理器器件)的线线圈如如KM得电电，它它对应应的主主电路路中的的常开开触点点闭合合，使使外部部负载载如工工作台台通电电工作作。到到此，，一个个周期期扫描描过程程中的的三个个主要要过程程就结结束了了，CPU又进进入了了下一一个扫扫描周周期。。西门子子s7-200系列列PLC应用技技术模块1PLC的的认知知初步步1.3STEP7-Micro/WIN编程程软件件的使使用STEP7-Micro/WIN编程程软件件是基基于Windows的应应用软软件，，它是是西门门子公公司专专门为为S7-200系列列PLC而而设计计开发发的，，是S7-200系系列PLC必不不可少少的开开发工工具。。这里里主要要介绍绍STEP7-Micro/WIN4.0版本本的使使用。。编编程软软件介介绍1.软软件安安装将STEP7-Micro/WINV4.0的安安装光光盘插插入PC机机的CD-ROM中中，安安装向向导程程序将将自动动启动动并引引导用用户完完成整整个安安装过过程。。用户户还可可以在在安装装目录录中双双击setup.exe图标标，进进入安安装向向导，，按照照安装装向导导完成成软件件的安安装。。其步步骤如如下：：（1））选择择安装装程序序界面面的语语言，，系统统默认认使用用英语语；；（2））按照照安装装向导导提示示，接接受License条款款，单单击““Next”按按钮继继续；；西门子子s7-200系列列PLC应用技技术模块1PLC的的认知知初步步（3））为STEP7-Micro/WINV4.0选选择安安装目目录文文件夹夹，单单击““Next”按按钮继继续。。（4））在STEP7-Micro/WINV4.0安安装过过程中中，必必须为为STEP7-Micro/WINV4.0配置置波特特率和和站