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第八章一体化可编程序控制器8.1概述德国的西门子（SIEMENS）公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商，生产的SIMATIC可编程序控制器在欧洲处于领先地位。其第一代可编程序控制器是1975年投放市场的SIMATICS3系列的控制系统。在1979年，微处理器技术被应用到可编程序控制器中，产生了SIMATICS5系列，取代了S3系列，之后在20世纪末又推出了S7系列产品。最新的SIMATIC产品为SIMATICS7、M7和C7等几大系列。返回本章首页从CPU模块的功能来看，SIMATICS7-200系列小型可编程序控制器发展至今，大致经历了两代：第一代产品其CPU模块为CPU21X，主机都可进行扩展，它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU212，CPU214，CPU215和CPU216。第二代产品其CPU模块为CPU22X，是在21世纪初投放市场的，速度快，具有较强的通信能力。它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU221，CPU222，CPU224和CPU226，除CPU221之外，其他都可加扩展模块。8.1.1型号说明S7-200CPU1.硬件：基本单元、扩展单元、特殊功能模块、编程器、存储器卡、写入器、文本显示器等。2.工业软件工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序、文档及其规则的总和，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几大类构成。返回本节系统基本构成8.1.2机种及系统构成1.基本单元(S7-200CPU模块)基本单元（S7-200CPU模块）也称为主机，它包括一个中央处理单元（CPU）、电源、数字量输入输出单元。基本单元可以构成一个独立的控制系统。S7-200CPU模块组成CPU模块的顶部端子盖内：电源及输出端子底部端子盖内：输入端子及传感器电源中部右侧前盖内：CPU工作方式开关（RUN/STOP）、扩展I/O接口左侧：状态指示灯LED、存储卡、及通讯口状态指示灯——显示CPU的工作方式、本机I/O的状态、系统错误状态。存储卡（EEPOM卡）可以存储CPU程序。RS-485的串行通讯端口——PLC主机实现人一机对话、机—机对话的通道。实现PLC与上位计算机的连接，实现PLC与PLC、编程器、彩色图形显示器、打印机等外部设备的连接。扩展接口——PLC主机与输入、输出扩展模块的接口，作扩展系统之用。主机与扩展模块之间由导轨固定，并用扩展电缆连接。表3.1CPU型号主机及I/O特性2.扩展单元不能单独使用，只能和基本模块相连接使用。类型型号输入点输出点数字量扩展模块EM2218无EM222无8EM2234/8/164/8/16模拟量扩展模块EM2313无EM232无2EM235313.个人计算机（PC）或编程器个人计算机（PC）或编程器需装上STEP7-Micro/WIN32编程软件后，才可供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视等。要求个人计算机CPU为80586或更高的处理器，16M内存（最低要求为：CPU80486，8M内存）。4.存储系统个人计算机存储器卡用户程序CPU组态V存储器M存储器定时器和计数器当前值CPURAM用户程序EPROMCPU组态V存储器M存储器(1)存储容量（2）存储器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存储器卡的使用1）主机CPU模块内部配备的EEPROM，上装程序时，可自动装入并永久保存用户程序、数据和CPU的组态数据。2）用户可以用程序将存储在RAM中的数据备份到EEPROM存储器。3）主机CPU提供一个超级电容器，可使RAM中的程序和数据在断电后保持几天之久。4）CPU提供一个可选的电池卡，可在断电后超级电容器中的电量完全耗尽时，继续为内部RAM存储器供电，以延长数据所存的时间。5）可选的存储器卡可使用户像使用计算机磁盘一样来方便地备份和装载程序和数据。返回本节（3）存储安全（主机与扩展模块）5．通讯电缆通讯电缆是PLC用来与个人计算机（PC）实现通讯的。可以用PC/PPI电缆（RS232—RS485），也可用一个通讯处理器（CP）和多点接口（MPI）电缆，或者用一块MPI卡及随MPI卡提供的一根通讯电缆。6.文本显示器文本显示器TD200不仅是一个用于显示系统信息的显示器，还是操作控制单元，它可以在执行程序的过程中修改某个量的数值，也可以直接设置输入或输出量。文本信息的显示用选择/确认的方法，最多可显示80条信息，每条信息最多4个变量的状态，现实的文字可以在五种文字中任选一种。过程参数可以在显示器上显示，并随时修改。8.1.3技术性能技术性能分为：一般性能（见表8-3）功能性能（见表8-4）输入性能（见表8-5）输出性能（见表8-6）其他性能（见表8-7）8.2S7-200系列PLC内的元器件8.2.1S7-200的编址编址：就是对输入/输出模块上的I/O点进行编码，以便程序执行时可以唯一地识别每个I/O点。1．数字量I/O点的编址是以字长为单位，采用标志域（I或Q）、字节号和位号三部分的组成形式，在字节号和位号之间以点分隔，习惯上称做字节·位编址。每个I/O点就有了唯一的识别地址，数字量输入输出的字节和位编址都是从0开始，每个位都是0~7，共8位。Q1·5字节中位的编号（0_7）标志域数出Q、数入I）字节号和位号的分隔点字节地址2．模拟量I/O编址是以字长（16位）为单位。AI标志域（模出AQ、模入AI）W数据长度（字）8字节地址（0、2、4……）在读写模拟量信息时，模拟输入输出按字单位读写。模拟输入只能进行读操作，而模拟输出只能进行写操作，每个模拟输入输出都是一个模拟端口。一个模拟端口的地址由标志域（AI/AQ）、数据长度标志（W）以及字节地址（0~30之间的十进制偶数）组成。模拟端口的地址从0开始，以2递增（如：AIW0、AIW2、AIW4等），对模拟端口奇数编址是不允许的。地址的表示如图：3．扩展模块的编址扩展模块的编址由扩展模块I/O端口的类型及其在扩展I/O链中的位置决定。扩展模块的编址按照由左至右，地址编码依次排序。扩展模块的数字量I/O点编址以字节·位编址形式，扩展模块的模拟量I/O编址仍以字长（16位）为单位。PLC在运行时需要处理的数据，一般都根据数据的类型不同、数据的功能不同而把数据分成几类。这些不同类型的数据被存放在不同的存储空间，从而形成不同的数据区。S7-200的数据区可以分为：数字量输入和输出映象区、模拟量输入和输出映象区、变量存储器区、顺序控制继电器区、位存储器区、特殊存储器区、定时器存储器区、计数器存储器区、局部存储器区、高速计数器区和累加器区。8.2.2S7-200PLC的数据区8.2.2.1数据在存储器中存取的方式1．位、字节、字和双字二进制数的1位（bit）只有0和1两种不同的取值，可用来表示开关量（或称数字量）的两种不同的状态，如触点的断开和接通，线圈的通电和断电等。如果该位为1，则表示梯形图中对应的编程元件的线圈“得电”，其常开触点闭合、常闭触点断开，以后称该编程元件为1状态，或称该编程元件ON。反之亦反。8位二进制数组成1个字节（Byte），其中的第0位为最低位（LSB），第7位为最高位（MSB）。两个字节组成1个字（Word），两个字组成1个双字。2．数据的存取方式（1）“位”存取方式：位存储单元的地址由字节地址和位地址组成，如I3.2，其中的区域标识符“I”表示输入（Input），字节地址为3，位地址为2。这种存取方式称为“字节·位”寻址方式。（2）“字节”存取方式：输入字节IB3（Byte）由I3.0~I3.7这8位组成。（3）“字”存取方式：相邻的两个字节组成一个字，一个字中的两个字节的地址必须连续，且低位字节在一个字中应该是高8位，高位字节在一个字中应该是低8位。IW14表示由IB14和IB15组成的1个字，IW14中的I为区域标识符，W表示字（Word），14为起始字节的地址。IW14中的IB14应该是高8位，IB15应该是低8位。（4）“双字”存取方式：相邻的四个字节表示一个双字，四个字节的地址必须连续。最低位字节在一个双字中应该是最高8位。ID12表示由IB12~IB15组成的双字，I为区域标识符，D表示存取双字（DoubleWord），12为起始字节的地址。ID12中的IB12应该是最高8位，IB15应该是最低8位。如图：如：设电气041、042班各40人，每班分5个小组，每小组8人。则“位”方式：电气0411.1电气041班第一组1号同学“字节”方式：电气0411电气041班第一组“字”方式：电气041电气041班“双字”方式：电气04电气04年级8.2.2.2S7-200的数据区（一）数字量输入和输出映象区1．输入映象寄存器（数字量输入映象区）（I）数字量输入映象区是S7-200CPU为输入端信号状态开辟的一个存储区。输入映像寄存器的标识符为I，在每个扫描周期的开始，CPU对输入点进行采样，并将采样值存于输入映像寄存器中。输入映像寄存器是PLC接收外部输入的开关量信号的窗口。可以按位、字节、字、双字四种方式来存取。（1）按“位”方式：从I0.0~I15.7，共有128点（2）按“字节”方式：从IB0~IB15，共有16个字节（3）按“字”方式：从IW0~IW14，共有8个字（4）按“双字”方式：从ID0~ID12，共有4个双字2．输出映像寄存器（Q）数字量输出映象区是S7-200CPU为输出端信号状态开辟的一个存储区。输出映像寄存器的标识符为Q（从Q0.0~Q15.7，共有128点），在每个扫描周期的末尾，CPU将输出映像寄存器的数据传送给输出模块，再由后者驱动外部负载。可以按位、字节、字、双字四种方式来存取。（1）按“位”方式：从Q0.0~I15.7，共有128点（2）按“字节”方式：从QB0~QB15，共有16个字节（3）按“字”方式：从QW0~QW14，共有8个字（4）按“双字”方式：从QD0~QD12，共有4个双字说明：实际没有使用的输入端和输出端的映象区的存储单元可以作中间继电器用。（二）模拟量输入映象区和输出映象区1．模拟量输入映象区（AI区）模拟量输入映象区是S7-200CPU为模拟量输入端信号开辟的一个存储区。S7-200将测得的模拟量（如温度、压力）转换成1个字长（2个字节）的数字量，模拟量输入映像寄存器用标识符（AI）、数据长度（W）及字节的起始地址表示。从AIW0~AIW30，共有16个字，总共允许有16路模拟量输入。说明：模拟量输入值为只读数据。2．模拟量输出映象区（AQ区）模拟量输出映象区是S7-200CPU为模拟量输出端信号开辟的一个存储区。S7-200将1个字长（2个字节，16位）的数字量按比例转换为电流或电压。模拟量输出映像寄存器用标识符（AQ）、数据长度（W）及字节的起始地址表示。从AQW0~AQW30，共有16个字，总共允许有16路模拟量输出。（三）变量存储器（V）（相当于内辅继电器）PLC执行程序过程中，会存在一些控制过程的中间结果，这些中间数据也需要用存储器来保存。变量存储器就是根据这个实际的要求设计的。变量存储器是S7-200CPU为保存中间变量数据而建立的一个存储区，用V表示。可以按位、字节、字、双字四种方式来存取。（1）按“位”方式：从V0.0~V5119.7，共有40960点。CPU221、CPU222变量存储器只有2048个字节，其变量存储区只能到V2047.7位。（2）按“字节”方式：从VB0~VB5119,共有5120个字节（3）按“字”方式：从VW0~VW5118，共有2560个字（4）按“双字”方式：从VD0~VD5116,共有1280个双字（四）位存储器（M）区PLC执行程序过程中，可能会用到一些标志位，这些标志位也需要用存储器来寄存。位存储器就是根据这个要求设计的。位存储器是S7-200CPU为保存标志位数据而建立的一个存储区，用M表示。该区虽然叫位存储器，但是其中的数据不仅可以是位、还可以是字节、字或双字。（1）按“位”方式：从M0.