第四章 S7-200系列PLC的

第四章S7-200系列PLC的硬件系统及内部资源培训要求与内容了解S7-200系列PLC的内部元器件结构及性能特点;掌握S7-200系列PLC的元器件资源和寻址方式.4.1概述（S7系列PLC发展简介）4.2S7-200系列PLC的硬件系统4.3S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式第四章S7-200系列PLC的硬件系统及内部资源4.1概述S7-200PLC是德国西门子公司生产的一种小型PLC，其许多功能达到大、中型PLC的水平。特别是CPU22X系列，具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，易于组网和完成控制系统的设计更加简单。S7系列PLC还有S7-300和S7-400系列，它们分别为中大型PLC，S7系列PLC的编程语言均使用STEP7编程语言。4.2S7-200系列PLC的硬件系统S7-200系列是西门子公司前几年刚刚投入市场的小型PLC，可以单机运行，也可以进行输入/输出和功能模块的扩展。它价格低廉，结构小巧，可靠性高，运行速度快，有极丰富的指令集，性能价格比非常高，在各行各业中迅速推广，在规模不太大的控制领域是较为理想的控制设备。4.2S7-200系列PLC的硬件系统4.2.1硬件系统基本构成S7-200PLC硬件系统的配置方式采用整体式加积木式，即主机中包含一定数量的输入/输出（I/O）点，同时还可以扩展I/O模块和各种功能模块。一个完整的系统组成如图所示：（1）基本单元（主机）（2）扩展单元（3）特殊功能模块（4）相关设备（5）工业软件4.2S7-200系列PLC的硬件系统4.2S7-200系列PLC的硬件系统4.2.2主机结构及性能特点1.主机外形S7-200的CPU模块包括一个中央处理单元、电源以及数字I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序，输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则输出控制信号，驱动外部负载。4.2S7-200系列PLC的硬件系统4.2S7-200系列PLC的硬件系统2.CPU的主要特点和技术规范S7-200PLC的电源电压有(20.4~28.8)VDC和(85~264)VAC两种,主机上还集成了24V直流电源,可以直接用于传感器和执行机构.它的输出类型有晶体管(DC)、继电器（DC/AC）两种输出方式。它可以用普通端子捕捉比CPU扫描周期更快的脉冲信号，实现高速计数。2路最大可达20kHz的高频脉冲输出，可用以驱动步进电机和伺服电机以实现准确定位任务。可以用主机上的电位器来改变它对应的特殊寄存器中的数值，可以实时更改程序运行中的一些参数，如定时器/计数器的设定值、过程量的控制参数等。实时时钟可用于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。详细介绍见附录B。4.2S7-200系列PLC的硬件系统3.存储系统CPU模块内部配备一定容量的RAM和EEPROM，同时还支持EEPROM存储器卡。详细说明见附录B。4.输入/输出电路直流输入电路内部电路INCOMR1R2VL光电耦合CSB124VDC-++-4.2S7-200系列PLC的硬件系统交流输入电路SB1INR1内部电路CR2R3VLCOM光电耦合4.2S7-200系列PLC的硬件系统直流输出电路交流输出电路内部电路负载DC24VCOMOUT内部电路OUTCOMUCR2R1负载压敏电阻VL(ACSSR)4.2S7-200系列PLC的硬件系统继电器输出电路4-14KAR1LEDCCOMOUT负载内部电路R2U压敏电阻-+4.2S7-200系列PLC的硬件系统4.2.3输入/输出的扩展当主机的I/O点数不够用或需要进行特殊功能的控制时,就要进行I/O的扩展.1.I/O扩展模块典型的数字量输入/输出扩展模块有:输入扩展模块EM221有两种:8点DC输入、8点AC输入。输出扩展模块EM222有三种：8点DC晶体管输出，8点AC输出、8点继电器输出。输入/输出混合扩展模块EM223有六种：分别为4点（8点、16点）DC输入/4点（8点、16点）DC输出；4点（8点、16点）DC输入/4点（8点、16点）继电器输出。2.功能扩展模块典型的特殊功能模块有：（1）模拟量输入/输出扩展模块4.2S7-200系列PLC的硬件系统模拟量输入扩展模块EM231有三种：4路模拟量输入、2路热电阻输入和4路热电偶输入。模拟量输出扩展模块EM232具有2路模拟量输出。模拟量输入/输出扩展模块EM235具有4路模拟量输入/1路模拟量输出（占用2路输出地址）。（2）特殊功能模块功能模块有：EM253位置控制模块、EM277PROFIBUS-DP模块、EM241调制解调器模块、CP243-1以太网模块、CP243-2AS-i接口模块等。3.I/O点数扩展和编址CPU22X系列的每种主机所提供的本机I/O点的I/O地址是固定的，进行扩展时，可以在CPU右边连接多个扩展模块，每个扩展模块的组态地址编号取决于各模块的类型和该模块在I/O链中所处的位置。编址的方法是同种类型输入/输出的模块在链中按与主机的位置而递增，其他类型模块的有无以及所处的位置不影响本类型模块的编号。4.2S7-200系列PLC的硬件系统例如：某一控制系统选用CPU224（14入/10出），系统所需的输入输出点数各为：数字量输入24点、数字量输出20点、模拟量输入6点和模拟量输出2点。4.2S7-200系列PLC的硬件系统由此可见，S7-200系统扩展对输入/输出的组态规则为：①同类型输入或输出点的模块进行顺序编址。②对于数字量，输入/输出映像寄存器的单位长度为8位（1个字节），本模块高位实际位数未满8位的，未用位不能分配给I/O链的后续模块。③对于模拟量，输入/输出以2个字节（1个字）递增方式来分配空间。4.3S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式4.3.1软元件1.软元件（软继电器）用户使用的PLC中的每一个输入/输出、内部存储单元、定时器和计数器等都称为软元件。各元件有其不同的功能，有固定的地址。软元件的数量决定了可编程序控制器的规模和数据处理能力，每一种PLC的软元件是有限的。软元件PLC内部的具有一定功能的器件，这些器件实际上是由电子电路和寄存器及存储器单元等组成。例如，输入继电器是由输入电路和输入映像寄存器构成；输出继电器是由输出电路和输出映像寄存器构成；定时器和计数器也都是由特定功能的寄存器构成。它们都具有继电器特性，但没有机械性触点。为了把这种元器件与传统电气控制电路中的继电器区别开来，就把它们称为软元件或软继电器。这些软继电器的最大特点是其触点（包括常开触点和常闭触点）可以无限次使用，并且它们的寿命长。4.3S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式编程时，用户只需要记住软元件的地址即可。每一种软元件都有一个地址与之相对应，软元件的地址编排采用区域号加区域内编号的方式。例如：输入/输出继电器区、定时器区、计数器区、特殊继电器区等，分别用I、Q、T、C、SM等来表示。2.软元件介绍（1）输入继电器（I）输入继电器一般都有一个PLC的输入端子与之对应，它用于接收外部的开关信号。当外部的开关信号闭合，则输入继电器的线圈得电，在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。这些触点可以在编程时任意使用，使用次数不受限制。（2）输出继电器（Q）输出继电器一般都有一个PLC上的输出端子与之对应。当通过程序使得输出继电器线圈得电时，PLC上的输出端开关闭合，它可以作为控制外部负载的开关信号。同时在程序中，其常开触点闭合，常闭触点断开。这些触点可以在编程时任意使用，使用次数不受限制。4.3S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式（3）通用辅助继电器（M）通用辅助继电器的作用和继电器控制系统中的中间继电器相同，它在PLC中没有输入/输出端子与之对应，因此它的触点不能驱动外部负载。它主要起逻辑控制作用。（4）特殊继电器（SM）有些辅助继电器具有特殊功能或用来存储系统的状态变量、有关的控制参数和信息，称为特殊继电器。用户可以通过特殊标志来沟通PLC与被控对象之间的信息，如可以读取程序运行过程中的设备状态和运算结果信息，利用这些信息实现一定的控制动作。用户也可通过直接设置某些特殊继电器位来使设备实现某种功能。例如：SM0.1首次扫描为1，以后为0，常用来对程序进行初始化，属只读型；SM1.2当机器执行数学运算的结果为负时，该位被置为1，属只读型。SMB28和SMB29分别存储模拟调节器0和1的输入值，CPU每次扫描时更新该值，属只读型。常用特殊继电器的功能参见附录表B-6。4.3S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式（5）变量存储器（V）变量存储器用来存储变量。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他数据。在进行数据处理时，变量存储器会被经常使用。（6）局部变量存储器（L）局部变量存储器用来存储局部变量。局部变量与全局变量十分相似，主要区别在于全局变量是全局有效的，而局部变量是局部有效的。全局有效是指同一个变量可以被任何程序（包括主程序、子程序和中断程序）访问；而局部有效是指变量只和特定的程序相关联。S7-200PLC提供64个字节的局部存储器，其中60个可以作暂时存储器或给子程序传递参数。主程序、子程序和中断程序都有64个字节的局部存储器可以使用。不同程序的局部存储器不能互相访问。（7）顺序控制继电器（S）有些PLC中把顺序控制继电器称为状态器。顺序控制继电器用在顺序控制或步进控制中。将在第六章中详细讨论。4.3S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式（8）定时器（T）定时器是PLC中重要的编程元件，是累计时间增量的内部器件。电气自动控制的大部分领域都需要用定时器进行时间控制，灵活地使用定时器可以编制出复杂动作的控制程序。定时器的工作与继电器接触器控制系统的时间继电器基本相同，但它没有瞬动触触点。使用时要提前输入时间值。当定时器的输入条件满足时开始计时，当前值从0开始按一定的时间单位增加；当定时器的当前值达到预定值时，定时器触点动作，利用定时器的触点就可以得到控制所需的延时时间。(9)计数器（C）计数器用来累计输入脉冲的个数，经常用来对产品进行计数或进行特定功能的编程。使用时要提前输入它的设定值（计数的个数）。当输入触发条件满足时，计数器开始累计它的输入端脉冲电位上升沿（正跳变）的次数；当计数器计数达到预定的设定值时，其常开触点闭合，常闭触点断开。4.3S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式（10）模拟量输入映像寄存器（AI）、模拟量输出映像寄存器（AQ）模拟量输入电路用以实现模拟量/数字量（A/D）之间的转换，而模拟量输出电路用以实现数字量/模拟量（D/A）之间的转换。在模拟量输入/输出映像寄存器中，数字量的长度为1个字长（16位），且从偶数号字节进行编址来存取转换过的模拟量值，如0、2、4、6、8等。编址内容包括元件名称、数据长度和起始字节的地址，如：AIW6，AQW12等。PLC对这两种寄存器的存取方式不同，模拟量输入寄存器只能进行读取操作，而对模拟量输出寄存器只能进行写入操作。（11）高速计数器（HC）高速计数器的工作原理与普通计数器基本相同，它用来累计比主机扫描速度更快的高速输入脉冲。高速计数器的当前值是一个双字长（32位）的整数，切为只读值。高速计数器的数量少，编址时只用名称HC和编号，如：HC2。高速计数器的编程使用比较复杂，在第七章将详细介绍。4.3S7-200系列PLC的内部资源及寻址方式（12）累加器（AC）S7-200PLC提供了4个32位累加器，分别为AC0、AC1、AC2、AC3。累加器（AC）是用来暂存数据的寄存器。它可以用来存放数据如运算数据、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。使用时只表示出累加器的地址编号，如AC0。累加器可以进行读、写两种操作。累