西门子S7-200系列可编程控制器介绍

第2章西门子S7-200系列可编程控制器介绍本章要点西门子S7-200CPU224可编程控制器的结构、性能指标西门子S7-200CPU224可编程控制器工作方式扩展模块介绍S7-200系列可编程控制器编址、寻址方式可编程控制器元件功能及地址分配2.1S7-200系列PLC概述西门子S7系列可编程控制器分为S7-400、S7-300、S7-200三个系列，分别为S7系列的大、中、小型可编程控制器系统。S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号。（1）集成的24V电源可直接连接到传感器和变送器执行器，CPU221和CPU222具有180mA输出。CPU224输出280mA，CPU226、CPU226XM输出400mA可用作负载电源。（2）高速脉冲输出具有2路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达20KHz，用于控制步进电机或伺服电机，实现定位任务。（3）通信口CPU221、CPU222和CPU224具有1个RS-485通信口。CPU226、CPU226XM具有2个RS-485通信口。支持PPI、MPI通信协议，有自由口通信能力。（4）模拟电位器CPU221/222有1个模拟电位器，CPU224/226/226XM有2个模拟电位器。模拟电位器用来改变特殊寄存器（SMB28，SMB29）中的数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。（5）中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。（6）EEPROM存储器模块可作为修改与拷贝程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作。（7）电池模块用户数据（如标志位状态、数据块、定时器、计数器）可通过内部的超级电容存储大约5天。选用电池模块能延长存储时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。（8）不同的设备类型CPU221~226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。（9）数字量输入/输出点CPU221具有6个输入点和4个输出点；CPU222具有8个输入点和6个输出点；CPU224具有14个输入点和10个输出点；CPU226/226XM具有24个输入点和16个输出点。CPU22X主机的输入点为24V直流双向光电耦合输入电路，输出有继电器和直流（MOS型）两种类型。（10）高速计数器CPU221/222有4个30KHz高速计数器，CPU224/226/226XM有6个30KHz的高速计数器，用于捕捉比CPU扫描频率更快的脉冲信号。2.2S7-200系列CPU224型PLC的结构2.2.1CPU224型PLC外型及端子介绍CPU224型，其输入、输出、CPU、电源模块均装设在一个基本单元的机壳内，是典型的整体式结构。当系统需要扩展时，选用需要的扩展模块与基本单元连接。如图2-1所示第二章\图2.doc2.CPU224型PLC端子介绍（1）基本输入端子CPU224输入电路参见图2-2第二章\图21.doc，（2）基本输出端子第二章\图22.doc（3）高速反应性（4）模拟电位器模拟电位器用来改变特殊寄存器（SM28，SM29）中的数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。（5）存储卡该卡位可以选择安装扩展卡。扩展卡有EEPROM存储卡，电池和时钟卡等模块。存储卡用于用户程序的拷贝复制2.2.2CPU224型PLC的结构及性能指标CPU224型可编程控制器主要由CPU、存储器、基本I/O接口电路、外设接口、编程装置、电源等组成（见图2-5）。第二章\图23.doc2.2.3PLC的CPU的工作方式1.CPU的工作方式CPU前面板上用两个发光二极管显示当前工作方式，绿色指示灯亮，表示为运行状态，红色指示灯亮，表示为停止状态，在标有SF指示灯亮时表示系统故障，PLC停止工作。（1）STOP（停止）（2）RUN（运行）2.改变工作方式的方法（1）用工作方式开关改变工作方式。工作方式开关有3个挡位：STOP、TERM（Terminal）、RUN。1把方式开关切到STOP位，可以停止程序的执行。2把方式开关切到RUN位，可以起动程序的执行。3把方式开切到TERM（暂态）或RUN位，允许STEP7-Micro/WIN32软件设置CPU工作状态。如果工作方式开关设为STOP或TERM，电源上电时，CPU自动进入STOP工作状态。设置为RUN时，电源上电时，CPU自动进入RUN工作状态。（2）用编程软件改变工作方式。把方式开关切换到TERM（暂态），可以使用STEP7-Micro/WIN32编程软件设置工作方式。（3）在程序中用指令改变工作方式。在程序中插入一个STOP指令，CPU可由RUN方式进入STOP工作方式。2.3扩展功能模块2.3.1扩展单元及电源模块1.扩展单元扩展单元没有CPU，作为基本单元输入/输出点数的扩充，只能与基本单元连接使用。不能单独使用。S7-200的扩展单元包括数字量扩展单元，模拟量扩展单元，热电偶、热电阻扩展模块，PROFIBUS-DP通信模块。2.电源模块外部提供给PLC的电源，有24VDC、220VAC两种，根据型号不同有所变化。（1）有扩展模块连接时，如果扩展模块对5VDC电源的需求超过CPU的5V电源模块的容量，则必须减少扩展模块的数量。（2）当+24V直流电源的容量不满足要求时，可以增加一个外部24V直流电源。具体参数可以参看表2-1～表2-4。第二章\24.doc2.3.2常用扩展模块介绍1.数字量扩展模块S7-200PLC系列目前总共可以提供3大类共9种数字量输入输出扩展模块，见表2-5。第二章\25.doc2.模拟量扩展模块模拟量扩展模块提供了模拟量输入/输出的功能1最佳适应性2灵活性模拟量扩展模块的数据如表2-6所示。第二章\26.doc3.热电偶、热电阻扩展模块EM231热电偶模块用于七种热电偶类型J、K、E、N、S、T和R型。用户必须用DIP开关来选择热电偶的类型，连到同模块上的热电偶必须是相同类型。外型如图2-6所示。第二章\27.doc4.PROFIBUS-DP通信模块2.4S7-200系列PLC内部元器件2.4.1数据存储类型1.数据的长度在计算机中使用的都是二进制数，其最基本的存储单位是位(bit)，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)，如图2-7所示。两个字节（16位）组成1个字(Word)，两个字（32位）组成1个双字（Doubleword），如图2-7所示。把位、字节、字和双字占用的连续位数称为长度。如图2-7所示第二章\28.doc2.数据类型及数据范围S7-200系列PLC的数据类型可以是字符串、布尔型（0或1）、整数型和实数型（浮点数）。布尔型数据指字节型无符号整数；整数型数包括16位符号整数（INT）和32位符号整数。（DINT）。实数型数据采用32位单精度数来表示。数据类型、长度及数据范围如表2-7所示。第二章\29.doc3.常数S7-200的许多指令中常会使用常数。常数的数据长度可以是字节、字和双字。CPU以二进制的形式存储常数，书写常数可以用二进制、十进制、十六进制、ASCII码或实数等多种形式。书写格式如下：十进制常数：1234；十六进制常数：16#3AC6；二进制常数：2#1010000111100000ASCII码：“Show”；实数（浮点数）：+1.175495E-38（正数），-1.175495E-38（负数）。2.4.2编址方式1.位编址位编址的指定方式为：（区域标志符）字节号·位号，如I0.0；Q0.0；I1.2。2.字节编址字节编址的指定方式为：（区域标志符）B（字节号），如IB0表示由I0.0～I0.7这8位组成的字节。3.字编址字编址的指定方式为：（区域标志符）W（起始字节号），且最高有效字节为起始字节。例如VW0表示由VB0和VB1这2字节组成的字。4.双字编址双字编址的指定方式为：（区域标志符）D（起始字节号），且最高有效字节为起始字节。例如VD0表示由VB0到VB3这4字节组成的双字。2.4.3寻址方式1.直接寻：址直接寻址是在指令中直接使用存储器或寄存器的元件名称（区域标志）和地址编号，直接到指定的区域读取或写入数据。有按位、字节、字、双字的寻址方式，如图2-8所示第二章\30.doc。2.间接寻址：间接寻址时操作数并不提供直接数据位置，而是通过使用地址指针来存取存储器中的数据。在S7-200中允许使用指针对I、Q、M、V、S、T、C（仅当前值）存储区进行间接寻址（1）使用间接寻址前，要先创建一指向该位置的指针。（2）指针建立好后，利用指针存取数据。如图2-9所示第二章\31.doc。2.4.4元件功能及地址分配1.输入映像寄存器（输入继电器）（1）输入映像寄存器的工作原理输入继电器是PLC用来接收用户设备输入信号的接口。PLC中的“继电器”与继电器控制系统中的继电器有本质性的差别，是“软继电器”，它实质是存储单元。（2）输入映像寄存器的地址分配S7-200输入映像寄存器区域有IB0～IB15共16个字节的存储单元。系统对输入映像寄存器是以字节（8位）为单位进行地址分配的。2.输出映像寄存器（输出继电器）（1）输出映像寄存器的工作原理,“输出继电器”是用来将输出信号传送到负载的接口，每一个“输出继电器”线圈都与相应的PLC输出相连，并有无数对常开和常闭触点供编程时使用。（2）输出映像寄存器的地址分配,S7-200输出映像寄存器区域有QB0～QB15共16个字节的存储单元。系统对输出映像寄存器也是以字节（8位）为单位进行地址分配的。3.变量存储器V变量存储器主要用于存储变量。可以存放数据运算的中间运算结果或设置参数，在进行数据处理时，变量存储器会被经常使用。变量存储器可以是位寻址，也可按字节、字、双字为单位寻址，其位存取的编号范围根据CPU的型号有所不同，CPU221/222为V0.0~V2047.7共2KB存储容量，CPU224/226为V0.0~V5119.7共5KB存储容量。4.内部标志位存储器（中间继电器）M内部标志位存储器，用来保存控制继电器的中间操作状态，其作用相当于继电器控制中的中间继电器，内部标志位存储器在PLC中没有输入/输出端与之对应，其线圈的通断状态只能在程序内部用指令驱动，其触点不能直接驱动外部负载，只能在程序内部驱动输出继电器的线圈，再用输出继电器的触点去驱动外部负载。5.特殊标志位存储器SMPLC中还有若干特殊标志位存储器,特殊标志位存储器位提供大量的状态和控制功能，用来在CPU和用户程序之间交换信息，特殊标志位存储器能以位、字节、字或双字来存取，CPU224的SM的位地址编号范围为SM0.0~SM179.7共180个字节。其中SM0.0～SM29.7的30个字节为只读型区域。6.局部变量存储器L局部变量存储器L用来存放局部变量，局部变量存储器L和变量存储器V十分相似，主要区别在于全局变量是全局有效，即同一个变量可以被任何程序（主程序、子程序和中断程序）访问。而局部变量只是局部有效，即变量只和特定的程序相关联。7.定时器TPLC所提供的定时器作用相当于继电器控制系统中的时间继电器。每个定时器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用。其设定时间由程序设置。8.计数器C计数器用于累计计数输入端接收到的由断开到接通的脉冲个数。计数器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用，其设定值由程序赋予。9.高速计数器HC一般计数器的计数频率受扫描周期的影响，不能太高。而高速计数器可用来累计比CPU的扫描速度更快的事件。高速计数器的当前值是一个双字长（32位）的整数，且为只读值。10.累加器AC累加器是用来暂存数据的寄存器，它可以用来存放运算数据、中间数据和结果。CPU提供了4个3