《可編程控制器(PLC)教程 S7-200可編

1、第3章S7-200可編程序控制器 3.1S系列PLC開(kāi)展概述 3.2S7-200 PLC系統(tǒng)組成 3.3 編程元件及程序知識(shí) 3.4相關(guān)設(shè)備 3.5工業(yè)軟件 本章學(xué)習(xí)目的本章以西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列小型可編程序控制器為例，介紹具體型號(hào)的PLC，內(nèi)容包括：lS系列PLC開(kāi)展概述lS7-200 可編程序控制器的系統(tǒng)組成l編程元件及程序知識(shí)l相關(guān)設(shè)備l常用工業(yè)軟件返回本章首頁(yè)3.1S系列PLC開(kāi)展概述 德國(guó)的西門子SIEMENS公司是歐洲最大的電子和電氣設(shè)備制造商，生產(chǎn)的SIMATIC可編程序控制器在歐洲處于領(lǐng)先地位。其第一代可編程序控制器是1975年投放市場(chǎng)的SIMATIC S3系列的控

2、制系統(tǒng)。 在1979年，微處理器技術(shù)被應(yīng)用到可編程序控制器中，產(chǎn)生了SIMATIC S5系列，取代了S3系列，之后在20世紀(jì)末又推出了S7系列產(chǎn)品。最新的SIMATIC產(chǎn)品為SIMATIC S7、M7和C7等幾大系列。 返回本章首頁(yè)3.2S7-200 PLC系統(tǒng)組成 系統(tǒng)根本構(gòu)成 主機(jī)結(jié)構(gòu) 工作方式 特殊功能模塊3.2.5 輸入輸出擴(kuò)展 輸入輸出組態(tài)配置 返回本章首頁(yè)從CPU模塊的功能來(lái)看，SIMATIC S7-200系列小型可編程序控制器開(kāi)展至今，大致經(jīng)歷了兩代：第一代產(chǎn)品其CPU模塊為CPU 21X，主機(jī)都可進(jìn)行擴(kuò)展，它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元：CPU 212，CPU 214，CP

3、U 215和CPU 216，對(duì)第一代PLC產(chǎn)品不再作具體介紹。第二代產(chǎn)品其CPU模塊為CPU 22X，是在21世紀(jì)初投放市場(chǎng)的，速度快，具有較強(qiáng)的通信能力。它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元：CPU 221，CPU 222，CPU 224和CPU 226，除CPU 221之外，其他都可加擴(kuò)展模塊。系統(tǒng)根本構(gòu)成 SIMATIC S7-200系統(tǒng)由硬件和工業(yè)軟件兩大局部構(gòu)成，如圖3.1所示。圖3.1S7-200 PLC系統(tǒng)組成系統(tǒng)根本構(gòu)成1. 硬件1根本單元 2擴(kuò)展單元 3特殊功能模塊 4相關(guān)設(shè)備 2. 工業(yè)軟件 工業(yè)軟件是為更好地管理和使用這些設(shè)備而開(kāi)發(fā)的與之相配套的程序、文檔及其規(guī)那么的總和，

4、它主要由標(biāo)準(zhǔn)工具、工程工具、運(yùn)行軟件和人機(jī)接口等幾大類構(gòu)成。返回本節(jié)主機(jī)結(jié)構(gòu) 1. 各CPU介紹及I/O系統(tǒng)1主機(jī)外形SIMATIC S7-200系統(tǒng)CPU 22X系列PLC主機(jī)CPU模塊的外形如圖3.2所示：圖3.2S7-200主機(jī)外形2根本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)輸出信號(hào)類型電源輸出 根本I/O 存儲(chǔ)平安 高速反響 模擬電位器 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 輸入輸出可擴(kuò)展性 4種CPU各有晶體管輸出和8繼電器輸出兩種類型，具有不同電源電壓和控制電壓。各類型的型號(hào)如表3.2所示。 表3.2CPU型號(hào)2. 存儲(chǔ)系統(tǒng)1存儲(chǔ)系統(tǒng)2存儲(chǔ)器及使用3存儲(chǔ)平安 圖3.3存儲(chǔ)系統(tǒng)表3.3存儲(chǔ)容量2存儲(chǔ)器及使用 上裝和下裝用戶程序 定義存儲(chǔ)器保

5、持范圍 用程序永久保存數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器卡的使用 3存儲(chǔ)平安1主機(jī)CPU模塊內(nèi)部配備的EEPROM，上裝程序時(shí)，可自動(dòng)裝入并永久保存用戶程序、數(shù)據(jù)和CPU的組態(tài)數(shù)據(jù)。2用戶可以用程序?qū)⒋鎯?chǔ)在RAM中的數(shù)據(jù)備份到EEPROM存儲(chǔ)器。3主機(jī)CPU提供一個(gè)超級(jí)電容器，可使RAM中的程序和數(shù)據(jù)在斷電后保持幾天之久。4CPU提供一個(gè)可選的電池卡，可在斷電后超級(jí)電容器中的電量完全耗盡時(shí)，繼續(xù)為內(nèi)部RAM存儲(chǔ)器供電，以延長(zhǎng)數(shù)據(jù)所存的時(shí)間。5可選的存儲(chǔ)器卡可使用戶像使用計(jì)算機(jī)磁盤一樣來(lái)方便地備份和裝載程序和數(shù)據(jù)。返回本節(jié)3.2.3 工作方式 工作方式1STOP方式 2RUN方式 改變CPU工作方式的方法1用PLC上

6、的方式開(kāi)關(guān)來(lái)手動(dòng)切換，方式開(kāi)關(guān)有3個(gè)擋位 。2用STEP 7-Micro/Win32編程軟件，應(yīng)首先把主機(jī)的方式開(kāi)關(guān)置于TERM或RUN位置，然后在此軟件平臺(tái)用鼠標(biāo)單擊STOP和RUN方式按鈕即可。3在用戶程序中用指令由RUN方式轉(zhuǎn)換到STOP方式，前提是程序邏輯允許中斷程序的執(zhí)行。3.2.4 特殊功能模塊1數(shù)字量擴(kuò)展模塊2模擬量擴(kuò)展模塊3熱電偶、熱電阻模塊4通信擴(kuò)展模塊1. 設(shè)備連接 圖3.7I/O擴(kuò)展示意圖輸入輸出擴(kuò)展 輸入輸出擴(kuò)展 實(shí)例1輸入輸出擴(kuò)展方案設(shè)計(jì)1擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)計(jì)算。CPU 224主機(jī)有14點(diǎn)數(shù)字輸入，10點(diǎn)數(shù)字?jǐn)?shù)出，沒(méi)有模擬量輸入和數(shù)出點(diǎn)。因此：需要擴(kuò)展的數(shù)字輸入點(diǎn)數(shù) 24-14

7、10需要擴(kuò)展的數(shù)字輸出點(diǎn)數(shù) 20-1010需要擴(kuò)展的模擬輸入點(diǎn)數(shù) 6-06需要擴(kuò)展的模擬輸出點(diǎn)數(shù) 2-022硬件組態(tài)方案設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)可有多種不同模塊的選取組合，以下是可能應(yīng)用的兩種方案。方案1：EM221(8I)2； EM222(8O)2； EM231(4AI)2； EM232(2AO)1方案2：EM221(8I)1； EM222(8O)1； EM223(4I4O)1； EM235(4AI1AO)22方案驗(yàn)證PLC的擴(kuò)展能力是有限的，限制PLC擴(kuò)展能力的因素包括：CPU允許的最多擴(kuò)展模塊數(shù)。映像存放器的數(shù)量。CPU為擴(kuò)展模塊所能提供的最大電流和每種擴(kuò)展模塊消耗的電流。即PLC主機(jī)連接的擴(kuò)展模塊

8、的數(shù)量不能超過(guò)該主機(jī)允許的擴(kuò)展模塊數(shù)量；擴(kuò)展模塊點(diǎn)數(shù)之和不能超過(guò)主機(jī)輸入和輸出映像存放器的總數(shù)；所有擴(kuò)展模塊消耗的電流不能超過(guò)CPU所能提供的電流。在根據(jù)需要擴(kuò)展的輸入輸出點(diǎn)確定了擴(kuò)展模塊組合方案后，必須對(duì)方案進(jìn)行驗(yàn)證，以確保擴(kuò)展方案不會(huì)超出PLC主機(jī)的擴(kuò)展能力。下面以方案2為例介紹驗(yàn)證方法。CPU 224可以擴(kuò)展7個(gè)模塊，方案2中的擴(kuò)展模塊的總數(shù)為5個(gè)，符合要求。CPU 224有數(shù)字量映像存放器數(shù)量為256，輸入模擬量映像存放器為32，輸出模擬量映像存放器為32，方案2中擴(kuò)展模塊點(diǎn)數(shù)之和遠(yuǎn)小于主機(jī)輸入輸出映像存放器之和，符合要求。CPU 22X可連接的各擴(kuò)展模塊消耗5VDC電流如表3.7所示

9、。擴(kuò)展模塊編號(hào)擴(kuò)展模塊型號(hào)模塊消耗電流（mA）1EM 221 DI8DC24V302EM 222 DO8DC24V503EM 222 DO8繼電器404EM 223 DI4/DO4DC24V405EM 223 DI4/DO4DC24V/繼電器406EM 223 DI8/DO8DC24V807EM 223 DI8/DO8DC24V/繼電器808EM 223 DI16/DO16DC24V1609EM 223 DI16/DO16DC24V/繼電器15010EM 231 AI412位2011EM 231 AI4熱電耦6012EM 231 AI4RTD6013EM 232 AQ212位2014EM 23

10、5 AI4/AQ1123015EM 277 PROFIBUS-DP150各CPU所能提供的最大5VDC電流如表3.6所示。CPU型號(hào)221222224226最大擴(kuò)展電流(mA)03406601000表3.6 CPU提供的電流方案2中擴(kuò)展模塊消耗的電流之和301+501+401 +302 180mA，沒(méi)有超過(guò)CPU 224允許的660mA驅(qū)動(dòng)電流，滿足要求。3擴(kuò)展設(shè)備的連接進(jìn)行I/O擴(kuò)展時(shí)，可以在CPU右邊依次連接多個(gè)擴(kuò)展模塊，在不同模塊組合方案中，各模塊在I/O鏈中的位置排列方式也可以有多種，圖3.8所示為方案2的一種模塊連接形式。4本機(jī)I/O和擴(kuò)展I/O的編址S7-200 CPU有一定數(shù)量的

11、本機(jī)I/O，本機(jī)I/O的地址是固定的。擴(kuò)展模塊的地址編號(hào)那么取決于各模塊的類型和該模塊在I/O鏈中所處的位置。S7-200系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)輸入輸出模塊的編址需要遵循以下規(guī)那么：1CPU 22X每種主機(jī)所提供的本機(jī)I/O點(diǎn)的I/O地址是固定的。2同種類型輸入或輸出點(diǎn)的模塊在鏈中按與主機(jī)的位置而遞增。3其他類型模塊的有無(wú)以及所處的位置不影響本類型模塊的編號(hào)。4對(duì)于數(shù)字量，輸入輸出映像存放器單位長(zhǎng)度為8位1個(gè)字節(jié)，本模塊高位實(shí)際位數(shù)未滿8位的，未用位不能分配給I/O鏈的后續(xù)模塊。5對(duì)于模擬量，輸入輸出以2字節(jié)1個(gè)字遞增方式來(lái)分配空間。 根據(jù)輸入輸出模塊的編址規(guī)那么，圖3.8所示的擴(kuò)展方案中各模塊的編址如表

12、3.8所示。表3.8 各模塊編址主機(jī)I/O模塊1 I/O模塊2 I/O模塊3 I/O模塊4 I/O模塊5 I/OI0.0 Q0.0I0.1 Q0.1I0.2 Q0.2I0.3 Q0.3I0.4 Q0.4I0.5 Q0.5I0.6 Q0.6I0.7 Q0.7I1.0 Q1.0I1.1 Q1.1I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I2.6I2.7Q2.0Q2.1Q2.2Q2.3Q2.4Q2.5Q2.6Q2.7AIW0 AQW0AIW2AIW4AIW6I3.0 Q3.0I3.1 Q3.1I3.2 Q3.2I3.3 Q3.3AIW8 AQW2AIW1

13、0AIW12AIW143.2.6 CPU的輸入輸出組態(tài)設(shè)置1設(shè)置輸入濾波 2設(shè)置脈沖捕捉 3輸出表配置 4定義存儲(chǔ)器保持范圍 3.3 編程元件及程序知識(shí) 編程元件及尋址 指令系統(tǒng) 編程語(yǔ)言 3.3.4 程序結(jié)構(gòu) 返回本章首頁(yè)編程元件及尋址 1. 數(shù)據(jù)類型2. 直接尋址方式 3間接尋址方式 1. 數(shù)據(jù)類型1數(shù)據(jù)類型及范圍SIMATIC S7-200系列PLC數(shù)據(jù)類型可以是布爾型、整型和實(shí)型浮點(diǎn)數(shù)。實(shí)數(shù)采用32位單精度數(shù)來(lái)表示，其數(shù)值有較大的表示范圍：正數(shù)為+1.175495E-38+3.402823E+38；負(fù)數(shù)為-1.175495E38-3.402823E+38。2常數(shù)在編程中經(jīng)常會(huì)使用常數(shù)。

14、常數(shù)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可為字節(jié)、字和雙字，在機(jī)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制存儲(chǔ)，但常數(shù)的書寫可以用二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制、ASCII碼或浮點(diǎn)數(shù)實(shí)數(shù)等多種形式。輸入繼電器I輸出繼電器Q 通用輔助繼電器M 特殊標(biāo)志繼電器SM 變量存儲(chǔ)器V 局部變量存儲(chǔ)器L 順序控制繼電器S 3.3.2 編程元件介紹定時(shí)器T 計(jì)數(shù)器C 模擬量輸入映像存放器AI模擬量輸出映像存放器AQ 高速計(jì)數(shù)器HC累加器AC 3.3.3 編程元件尋址S7-200將編程元件統(tǒng)一歸為存儲(chǔ)器單元，存儲(chǔ)單元按字節(jié)進(jìn)行編址，無(wú)論所尋址的是何種數(shù)據(jù)類型，通常應(yīng)指出它在所在存儲(chǔ)區(qū)域和在區(qū)域內(nèi)的字節(jié)地址。每個(gè)單元都有惟一的地址，地址用名稱和編號(hào)兩局部組成.1.

15、 直接尋址方式 1編址形式按位尋址的格式為：Ax.y 存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)另有一些元件是具有一定功能的硬件，由于元件數(shù)量很少，所以不用指出元件所在存儲(chǔ)區(qū)域的字節(jié)，而是直接指出它的編號(hào)。其尋址格式為：Ay數(shù)據(jù)尋址格式為：ATx 按位尋址的格式為：Ax.y必須指定元件名稱、字節(jié)地址和位號(hào)，如圖3.10 所示。圖3.8中MSB表示最高位，LSB表示最低位。 圖3.10位尋址格式2間接尋址方式 間接尋址方式是，數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)器或存放器中，在指令中只出現(xiàn)所需數(shù)據(jù)所在單元的內(nèi)存地址的地址。存儲(chǔ)單元地址的地址又稱為地址指針。這種間接尋址方式與計(jì)算機(jī)的間接尋址方式相同。間接尋址在處理內(nèi)存連續(xù)地址中的數(shù)據(jù)時(shí)非常方便，而且可

16、以縮短程序所生成的代碼的長(zhǎng)度，使編程更加靈活。用間接尋址方式存取數(shù)據(jù)需要作的工作有3種：建立指針、間接存取和修改指針。 1建立指針 建立指針必須用雙字傳送指令MOVD，將存儲(chǔ)器所要訪問(wèn)的單元的地址裝入用來(lái)作為指針的存儲(chǔ)器單元或存放器，裝入的是地址而不是數(shù)據(jù)本身，格式如下：例：MOVD&VB200,VD302MOVD&MB10,AC2MOVD&C2,LD14注意：建立指針用MOVD指令。2間接存取 指令中在操作數(shù)的前面加“*表示該操作數(shù)為一個(gè)指針。下面兩條指令是建立指針和間接存取的應(yīng)用方法：MOVD&VB200，AC0MOVW*AC0，AC1假設(shè)存儲(chǔ)區(qū)的地址及單元中所存的數(shù)據(jù)如下所示 執(zhí)行過(guò)程如

17、下：3修改指針 下面的兩條指令可以修改指針的用法：INCDAC0INCDAC0MOVW*AC0，AC1返回本節(jié)指令系統(tǒng) 和編程語(yǔ)言S7-200 系列PLC主機(jī)中有兩類根本指令集：SIMATIC指令集和IEC 1131-3指令集，程序員可以任選一種。提供了許多類型的指令以完成廣泛的自動(dòng)化任務(wù)。SIMATIC指令集：是為S7-200系列PLC設(shè)計(jì)的，本指令通常執(zhí)行時(shí)間短，而且可以用LAD、STL和FBD三種編程語(yǔ)言。IEC 1131-3指令集是不同PLC廠家的指令標(biāo)準(zhǔn)，它不能使用STL編程語(yǔ)言。 返回本節(jié)1、指令系統(tǒng)2編程語(yǔ)言 1. 語(yǔ)句表 2. 梯形圖 3. 功能塊圖 4. 其他編程語(yǔ)言 1.

18、語(yǔ)句表 語(yǔ)句表STL語(yǔ)言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，特別適合于來(lái)自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員。用指令助記符創(chuàng)立用戶程序，屬于面向機(jī)器硬件的語(yǔ)言，STEP 7 Micro/Win32的語(yǔ)句表如圖3.11所示。圖3.11語(yǔ)句表舉例2. 梯形圖 圖3.12梯形圖舉例3. 功能塊圖 功能塊圖FBD的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電子電路的結(jié)構(gòu)極為相似，如以下圖3.13所示。 4. 其他編程語(yǔ)言 SIMATIC工業(yè)軟件中的工程工具中為大型或中型PLC提供了許多高級(jí)編程工具，以下簡(jiǎn)要其中的幾種：1S7-SLC和 M7-Pro C/C+2S7-GRAPH 3S7-HiGraph 4CFC 1S7-SLC和 M7-Pro C/C+圖3

19、.14SLC語(yǔ)言S7-SLC的語(yǔ)言與PASCAL非常相似，如圖3.12所示。 2S7-GRAPH 圖3.15順序流程圖3S7-HiGraph 它借助于狀態(tài)圖來(lái)描述異步過(guò)程。用于裝置和過(guò)程，以及可能的轉(zhuǎn)移狀態(tài)的圖形描述。本工具可基于系統(tǒng)框圖和流程圖直接進(jìn)行編程，程序結(jié)構(gòu)和過(guò)程清晰。 S7-HiGraph如圖3.14所示。圖3.16 狀態(tài)圖4CFC CFC連續(xù)功能圖是在原來(lái)的CSF控制系統(tǒng)流程圖的根底上開(kāi)展起來(lái)的，它通過(guò)繪制過(guò)程控制流程圖，將各程序塊在版面上布置，然后將它們相互連接即可。 控制系統(tǒng)流程圖如圖3.17所示。返回本節(jié)圖3.17 連續(xù)功能圖 3.3.5 程序結(jié)構(gòu) 1. 用戶程序 1主程序

20、 2子程序 3中斷處理程序 2. 數(shù)據(jù)塊 3. 參數(shù)塊 如果編程使用的是手編器，主程序應(yīng)安排到程序的最前面。其他局部的位置安排沒(méi)有嚴(yán)格的順序，但習(xí)慣上把子程序安排在中斷程序的前面。如圖3.18所示。圖3.18程序結(jié)構(gòu) 返回本節(jié)3.4相關(guān)設(shè)備 手編器 計(jì)算機(jī) 人機(jī)界面 返回本章首頁(yè)手編器 工業(yè)上用的各廠商的可編程序控制器的使用中，手編器曾是主要編程設(shè)備，后來(lái)出現(xiàn)了圖形輸入設(shè)備，又出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)編程軟件。通過(guò)通信設(shè)備，使PLC和計(jì)算機(jī)相連，用編程軟件可直接在計(jì)算機(jī)上編程，由于計(jì)算機(jī)的顯示器屏幕較大，對(duì)程序的編制和修更加方便高效。但即使是現(xiàn)在，手編器的使用仍十分廣泛，特別是用小型和微型PLC實(shí)現(xiàn)的小規(guī)模系統(tǒng)。 返回本節(jié)計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī)包括個(gè)人計(jì)算機(jī)和工業(yè)計(jì)算機(jī)，在可編程序控制器系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，幾乎PLC系統(tǒng)從工程工程開(kāi)發(fā)、編程、調(diào)試到系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)，計(jì)算機(jī)越來(lái)越成了不可缺少的工具。返回本節(jié)人機(jī)界面 1. 構(gòu)造特點(diǎn) 文本顯示區(qū)：可顯示兩行信息每行20個(gè)字符的液晶顯示LCD 。按鍵：共有9個(gè)鍵 。通信：通過(guò)TD/CPU電纜通用RS232接口可以提供可編程序控制器與TD 200的通信，同時(shí)可以提供TD的電源，而不必再另接電源。 電源：如果不用TD/CPU通信電纜，可以通過(guò)面板右側(cè)的電源接口連接外部電源