中南大学plc 第二章S7-200硬件系统及内部资源

可编程序控制器(PLC)第二章廖国华

中南大学信息学院自动化系第二章S7－２00系列PLC硬件系统及内部资源一、S系列PLC发展概述德国西门子公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商，生产的SIMATIC可编程序控制在欧洲处于领先地位。１９７５年，其第一代PLC（SIMATIC

S３系列）投放市场；１９７９年，采用微处理技术的SIMATIC

S５系列问世，取代了S３系列，不久便升级为U系列和H系列，如S５－１１５U系列，很多至今还在广泛使用。２０世纪末推出了S７系列产品，它包括：S７－２００系列、S７－３００系列、S７－４００系列 S７－２００系列是小型PLC，经历了两代：第一代产品：CPU模块为CPU２１X，有四种不同结构配置的CPU单元；第二代产品：CPU模块为CPU２２X，２１世纪初投放市场CPU２１XCPU212CPU214CPU215CPU216CPU２２XCPU221CPU222CPU224CPU226CPU226XMCPU221不能扩展CPU224XP二、硬件系统1.系统基本构成 硬件系统的配置采用整体式加积木式，即主机中包含一定数量的I/O，和还可扩展各种功能模块基本单元：CPU模块，存储器，基本I/O点和电源；扩展单元：输入输出扩展的设备；特殊功能模块：与主机相连为完成特殊控制任务的模块；相关设备：编程设备，人机操作界面，网络设备；工业软件：为更好管理和使用该设备而开发的与之配套的的程序，文档及规则的总和，主要由标准工具，工程工具，运行软件和人机接口等几大类组成。扩展模块编程工具CPU主机人机界面扩展模块通讯设备图2.1S7－200PLC组成三、主机结构1.主机外形图2.2S7－200主机外形2.基本结构特点S7-200PLC只有晶体管和继电器输出两种类型,有不同的电源电压和控制电压表2.1CPU型号CPU型号类型电源电压I/O点数输入电压输出电压扩展模块输出电流CPU221DC入/DC出24VDC或85~264VAC6/424VDC24VDC无0.75A晶体管CPU222DC入/继电器输出85~264VAC8/624VDC24VDC/24~230VAC22A继电器CPU224DC输出24VDC14/1024VDC24VDC70.75A晶体管CPU224XPDC输出24VDC14/1024VDC24VDC70.75A晶体管CPU226CPU226XM继电器输出85~264VAC24/1624VDC24VDC/24~230VAC72A继电器主机上集成24V电源,可连接传感器和执行机构;具有存储数据安全:主机内部有EEPROM,可永久保存用户程序数据和CPU的组态数据;具有超级电容和电池,可长时间保存RAM的数据;可选的存储卡;高速反应:脉冲捕促功能,中断输入,高速计数器,脉冲输出;两个模拟电位器:可改变对应的特殊寄存器SMB28和SMB29的数值;实时时钟:对信息加注时间标记,记录机器运行时间,或对过程进行时间控制;输入输出可扩展3.

存储系统 存储系统的类型是RAM和EEPROM，存储系统如图2.3所示：CPU型号CPU221CPU222CPU224CPU226CPU226XM用户存储器2048字2048字4096字4096字8192字数据存储器1024字1024字2560字2560字2560字EEPROMRAM图2.3存储系统S7－200程序组成：用户程序：组织块，必选数据块：执行时用到和生成的数据参数块：CPU的组态数据存储系统的使用：上装和下装用户程序定义存储器保持范围用程序永久保存数据可选表2.3存储器容量四、输入输出扩展1.输入输出连接方法扩展方法：面板安装和标准导轨安装CPU模块I/O模块I/O模块a)面板安装CPU模块I/O模块I/O模块I/O模块I/O模块b)导轨安装1：输入（DI）：8DI24V2：输出（DO）：8DO24V3：DI／DO：4DI／4DO，8DI／8DO，16DI/16DO1：输入（AI）：4AI2W12位；2AI热电阻；4AI热电偶15位2：输出（AO）：2AO2W12位5：AI／AO：4AI／1AO，2W12位EM22X数字量EM23X模拟量EM241：MODEM模块CP243－1：工业以太网模块CP243－2：AS－i模块 EM253：定位模块EM277：PROFIBUS－DP通讯模块扩展模块2.最大I/O配置的预算型号输入／输入点数可扩展模块数最大扩展电流（mA）CPU2216/4无0CPU2228/62340CPU22414/107660CPU22624/1671000表2.3主机及扩展模块指标影响扩展的因素：映像寄存器的数量；CPU为扩展模块所能提供的最大电流；每种扩展模块所消耗的电流。电流预算规则：在一个控制系统中所有扩展模块消耗的电流不能超过CPU所提供的电流。3.I/O点数扩展与编址编址方法同种类型输入输出点的模块在链中按与主机的位置而递增，其它类型的模块的有无以及所处位置不影响本类型模块的编号。例1某控制系统选用CPU224，系统所需的输入输出点数各为：数字量输入为24点、数字量输出为20点、模拟量输入6点和模拟量输出为2点。其中一种模块的连接形式：主机CPU224EM3EM235AI4/AO1DC24VEM2EM222D08DC24VEM1EM221DI8DC24VEM4EM223DI4/DO4DC24VEM5EM235AI4/AO1DC24V660mA30mA40mA30mA40mA30mADI:14+8+4=26;DO:10+8+4=22;AI:4+4=8;AO:1+1=2;各模块消耗电流：30＋40＋30＋40＋30＝170mA<660mA;3.I/O点数扩展与编址各模块地址：主机CPUI/O：I0.0~I1.5，Q0.0~Q1.1(八进制）；EM1： I2.0~I2.7；EM2： Q2.0~Q2.7；EM3： AIW0～AIW6，AQW0；EM4： I3.0~I3.3,Q3.0~Q3.3；EM5： AIW8～AIW14，AQW4；组态规则：同类型输入或输出点的模块进行顺序编址；对于数字量，输入或输出映像寄存器的单位长度为8位（一个字节），本模块高度未满8位的，未用位不能分配给I/O链的后续模块；对于模拟量，输入输出以2个字节（一个字）递增方式来分配空间。注：EM2354AI/1AO的模拟量输出尽管只有一个输出，但占用2个通道，其中一个通道空着。图中是一个特定的硬件配置中的I/O地址。地址间隙（用灰色斜体文字表示）无法在程序中使用4.主机性能指标五、S7－200系列PLC的内部资源软元件（软继电器） 它是由电子电路、寄存器及存储器单元等组成的具有一定功能的器件，如用户使用的每一个输入输出、内部存储单元、定时器和计数器等都称为软元件。为与传统的继电器相区别，也可称之为软继电器。软继电器的最大特点是其触点可无限次使用。 各软元件功能不同，但地址固定，软元件的数量是有限的，其量的多少决定了PLC的规模和数据处理能力。 每种器件用一定的字母来表示，同类器件用编号区分，位地址编号采用八进制数码。 如I：输入继电器 Q：输出继电器 T：定时器

C：计数器 AC：累加器 SM：特殊标志继电器2、各软元件介绍（1）输入继电器I（I0.0～I15.7)输入继电器I是PLC中专门用来接收从外部开关元件发来的信号，它与PLC的输入端子相连，可以提供许多（无限次）常开常闭触点，供编程时使用。输入继电器I与输入映像区相对应，CPU22X系列的输入映像区为128，即IB0～IB15，实际的输入I不能超过这个数量，未用的输入映像区可作为其它编程来使用，如当通用辅助继电器M使用。其输入继电器的等效电路图如下：I0.0I0.0I0.0I0.0SB注意：输入继电器只能由外部信号所驱动，而不能由程序内部指令来驱动，其触点也不能直接输出带动负载。（2）输出继电器Q（Q0.0~Q15.7) PLC输出继电器的外部输出触点接到输出端子，对外部负载进行控制。 其输出继电器的等效电路如下：I0.0I0.1Q0.0Q0.0Q0.0Q0.0内部常开触点内部常闭触点PLC0.0COM～(3)通用辅助继电器M（M0.0~M31.7)通用辅助继电器如同接触控制系统中的中间继电器，不直接驱动外部负载，只起到中间状态的暂存作用。（4）变量存储器V

用来存储变量。它可以存放程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果，也可以使用变量存储器来保存与工序或任务相关的其它数据。 存储变量的容量与CPU型号相关CPU221CPU222CPU224CPU226V0.0~V2047.7V0.0~V2047.7V0.0~V5119.7V0.0~V5119.7(5)特殊标志继电器SM（SM0.0~SM179.7)用来存储系统的状态变量和有关的控制参数和信息。SM提供了大量的状态和控制功能，并能起到在CPU和用户程序之间交换信息的作用。只读型：SM0.0~SM29.7可写型：其它SM分为如：SM0.0:该位始终为1SM0.1:初始化脉冲，首次扫描为1，以后为0，只读型；

SM0.2:当RAM中保存的数据丢失时，SM0.2ON一个扫描周期；SM0.3:PLC上电进入RUN状态时，SM0.3ON一个扫描周期；

SM0.4:分脉冲，占空比为50％，周期为1MIN的脉冲串；

SM0.5:秒脉冲，占空比为50％，周期为1S的脉冲串；

SM0.6:扫描时钟，一个扫描周期为ON，下一个周期为OFF，交替循环；

SM0.7:指示CPU上MODE开关的位置，TERM(0),RUN(1);SMB28:模拟调节器0（0～255）；SMB29:模拟调节器1（0～255）。(6)顺序控制继电器S（S0.0~S31.7)主要用在顺序控制和步进控制中，用与组织机器操作或者等效程序段的步。（7）局域变量存储器L（L0.0~L63.7)

用来存储局域变量，局域变量与全局变量的区别是一个是局域有效，一个是全局有效。S7－200PLC提供了64个字节的局域存储器，其中60个可用作暂态存储器或 给子程序传递参数。（8）定时器T（T0~T255） 定时器用来累积时间的增量的内部器件，自动控制中的大部分领域都需要用定时器进行延时控制。 定时器有Ton,TONR,TOF三种，定时精度有1MS，10MS，100MS。 （9）计数器C（C0～C255） 用来累计输入脉冲的个数，也是应用非常广的编程元件；计数器有累加计数器、累减计数器、增／减计数器。

（10）模拟量输入映像寄存器AI，模拟量输出映像寄存器AQ

（AIW0～AIW30，AQW0～AQW30）模拟量输入电路用以实现模拟量／数字量（A/D)之间的转换，模拟量输出电路用以实现数字量／模拟量（D/A)之间的转换；PLC处理的是数字量，数字量的长度是一个字，且从偶数号字节进行编址如，0、2、4、6、8等；AI只能读，AQ只能写。（11）高速计数器HC或HSC（HC0～HC5）

用来累计比主机的扫描速度更快的高速脉冲，其当前值值为32位（双字长）的符号整数，且为只读值；

CPU221，CPU222：HC0、HC3、HC4、HC5；

CPU224，CPU226：HC0~HC5

（12）累加器AC（AC0～AC3）用来暂存数据的寄存器，可存放运算数据、中间数据和结果数据，也可用来向子程序传递参数或从子程序返回参数。六、数据类型及寻址方式1数据类型及范围

PLC数据类型可为布尔型、整形和实型（浮点数），实数采用32位单精度数来表示数值范围如下：常数可用二进制、十进制、十六进制、ASCII码或浮点数等多种形式表示表常数表示方法2.寻址方式

分为直接寻址和间接寻址（1）直接寻址直接指出元件名称的寻址方式，称为直接寻址。其基本格式为：ATX.Y字节内的位地址（0～7）字节地址数据类型，若为位寻址，则无该项，否则为B,W,D元件名称，I，Q，M，SM，S，V，L例如存储器中数据表示方法如下：存储器内另有一些具有一定功能的器件，由于数量很少，所以不用指出它们的字节，而是直接写出其编号。其寻址格式为：序号0、1、2……功能器件的名称T、C、HC、AC、AIW、AQW例如T3、C4、AIW0、AIW4、AQW2、AQW4、HC0、AC0注意：对于AIW和AQW的序号是以2递增且必须为偶数An字节3字节2字节1字节0LSBMSBHC25678LSBMSB125678LSBMSB34AC1AC1MOVWAC1，VB200；（VB200)＝56