A-s7-200(PLC概述及基本寄存器)詳解

PLC概述及s7-200基本寄存器PLC定義“可編程限制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它接受可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、依次限制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，限制各種類型的機械或生產過程?？删幊滔拗破骷捌溆嘘P外圍設備，都應按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計”。PLC的產生世界上公認的第一臺PLC是1969年美國數(shù)字設備公司（DEC）研制的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣限制裝置的要求，其次年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術的限制裝置，首次接受程序化的手段應用于電氣限制，這就是第一代可編程限制器。隨后日本、德國先后研制出自己的可編程限制器。1968年，GM公司提出十項設計標準（GM十條）編程簡潔，可在現(xiàn)場修改程序；維護便利，接受插件式結構；牢靠性高于繼電器限制柜；體積小于繼電器限制柜；成本可與繼電器限制柜競爭；可將數(shù)據(jù)干脆送入計算機；可干脆運用115V溝通輸入電壓；輸出接受115V溝通電壓，能干脆驅動電磁閥、溝通接觸器等；通用性強，擴展便利;能存儲程序，存儲器容量可以擴展到4KB。PLC的特點1.高牢靠性高牢靠性是PLC最突出的特點之一。PLC接受微電子技術，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，另外還實行了屏蔽、濾波、隔離等抗干擾措施。它的平均故障間隔時間為3~5萬小時以上。2.靈敏性過去，電氣工程師必需為每套設備配置專用限制裝置。有了可編程限制器，只需編寫不同應用軟件即可，而且可以用一臺可編程限制器限制幾臺操作方式完全不同的設備。3.便于改進和修正相對傳統(tǒng)的電氣限制線路，可編程限制器為改進和修訂原設計供應了極其便利的手段。以前或許要花費幾周的時間，而用可編程限制器或許只用幾分鐘就可以完成。4.節(jié)點利用率提高傳統(tǒng)電路中一個繼電器只能供應幾個節(jié)點用于連鎖，在可編程限制器中，一個輸入中的開關量或程序中的一個“線圈”可供應用戶所須要的隨意個連鎖節(jié)點，節(jié)點在程序中可不受限制地運用。5.豐富的I/0接口PLC除了具有計算機的基本部分如CPU、存儲器等以外，還有豐富的I/0接口模塊。對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號(如溝通、直流、電壓、電流、開關量、模擬量、脈沖等)，都有相應的I/0模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件。另外有些PLC還有通信模塊、特殊功能模塊等。6.模擬調試可編程限制器能對所控功能在試驗室內進行模擬調試，縮短現(xiàn)場的調試時間。7.快速動作傳統(tǒng)繼電器節(jié)點的響應時間一般須要幾百毫秒，而可編程限制器里的節(jié)點反應很快，內部是微秒級的，外部是毫秒級的。8.梯形圖及布爾代數(shù)并用可編程限制器的程序編制可接受電氣技術人員熟悉的梯形圖方式，也可以接受程序員熟悉的布爾代數(shù)圖形方式。9.對現(xiàn)場進行微觀監(jiān)視操作人員能通過顯示器上的編程軟件可以觀測到所控每一個節(jié)點的運行狀況，隨時監(jiān)視事故發(fā)生點。10.體積小、質量輕、功耗低由于接受半導體集成電路，與傳統(tǒng)限制系統(tǒng)相比較，其體積小、質量輕、功耗低。11.編程簡潔、運用便利PLC接受面對限制過程、面對問題的“自然語言”編程，簡潔駕馭。例如目前PLC大多數(shù)接受梯形圖語言編程方式，它繼承了傳統(tǒng)限制線路的清晰直觀感，很簡潔被技術人員所接受，易于編程，程序變更時也易于修改。PLC與繼電器限制系統(tǒng)的區(qū)分繼電器控制系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)邏輯控制硬接線邏輯：接線多而復雜、體積大，故障率高，改變系統(tǒng)很困難；觸點有限，靈活性、擴展性差。存儲器邏輯（軟接線）：改變控制邏輯只需改變程序；觸點數(shù)目眾多，靈活性、擴展性好。工作方式并行串行可靠性和可維護性差。機械觸點多，接線多；觸點開閉受電弧損傷并有機械磨損，壽命短。好。開關動作由無觸點的半導體電路完成，可靠性高；自身配有自檢和監(jiān)督功能，可維護性高。控制速度依靠觸點的機械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，還會出現(xiàn)抖動問題。程序指令控制半導體電路實現(xiàn)控制，屬于無觸點控制，速度極快。定時控制時間繼電器定時精度不高，定時范圍窄，易受外部環(huán)境影響，調整時間困難。時基脈沖由晶體振蕩器產生，精度高；定時時間不受環(huán)境影響，定時范圍最小可為0.001s設計和施工設計、施工、調試必須依次進行，周期長且修改困難。系統(tǒng)設計完成后，現(xiàn)場施工和控制邏輯的設計（包括梯形圖）可同時進行，周期短，調試修改方便。PLC的分類一、按I/O點數(shù)和程序容量分：（1）超小型機：I/O點數(shù)為64點以內，內存容量為256～1000字節(jié)；（2）小型機：I/O點數(shù)為64～256，內存容量為1～3.6K字節(jié)；（3）中型機：I/O點數(shù)為256～1024，內存容量為3.6～13K字節(jié)；（4）大型機：I/O點數(shù)為1024以上，內存容量為13K字節(jié)以上；二、按結構形式分（1)整體式結構一般的小型及超小型PLC多為整體式結構，這種可編程序限制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及與編程器或EPROM寫入器相連的接口、輸入/輸出端子、電源、指示燈等都裝配在一起的整體裝置。西門子公司的S7-200系列PLC為整體式結構。（2)模塊式結構模塊式結構又叫積木式。這種結構形式的特點是把PLC的每個工作單元都制成獨立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、通信模塊等。常見產品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西門子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。PLC的分類圖1-7整體式PLC圖1-8模塊式PLC三.按功能分類（1）低檔PLC：具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能。有的還增設模擬量處理、算術運算、數(shù)據(jù)傳送等功能。（2）中檔PLC：除具有低檔機的功能外，還具有較強的模擬量輸入、輸出、算術運算、數(shù)據(jù)傳送等功能．可完成既有開關量又有模擬量限制的任務。（3）高檔PLC：增設有帶符號算術運算及矩陣運算等，使運算實力更強。還具有模擬調整、聯(lián)網通信、監(jiān)視、記錄和打印等功能，使PLC的功能更多更強。能進行遠程限制，構成分布式限制系統(tǒng)，成為整個工廠的自動化網絡。PLC的發(fā)展趨勢

一方面對著大型化的方向發(fā)展，一方面則向著小型化的方向發(fā)展。PLC向大型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在大中型PLC高功能、大容量、智能化、網絡化發(fā)展，使之能與計算機組成集成限制系統(tǒng)，對大規(guī)模、困難系統(tǒng)進行綜合的自動限制。PLC向小型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在下列幾個方面：為了減小體積、降低成本，向高性能的整體型發(fā)展；在提高系統(tǒng)牢靠性的基礎上，產品的體積越來越小，功能越來越強；應用的專業(yè)性，使得限制質量大大提高。PLC的系統(tǒng)組成PLC專為工業(yè)場合設計，接受了典型的計算機結構，主要是由CPU、電源、存儲器和特地設計的輸入輸出接口電路等組成。下圖為一典型PLC結構簡圖。中心處理單元（CPU）一般由限制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片上。CPU的主要功能：(1)診斷PLC電源、內部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯誤。(2)采集現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送人PLC的寄存器中。(3)逐條讀取指令，完成各種運算和操作。(4)將處理結果送至輸出端。(5)響應各種外部設備的工作懇求中心處理單元CPUPLC的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器1.系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)程序由PLC的制造企業(yè)編制，固化在ROM或EPROM中，安裝在PLC上，隨產品供應應用戶。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)管理程序、用戶指令說明程序和供系統(tǒng)調用的標準程序模塊等。2.用戶存儲器用戶存儲器包括用戶程序存儲器和用戶數(shù)據(jù)存儲器。用戶程序存儲器用來存放用戶針對具體限制任務用規(guī)定的PLC編程語言編寫的應用程序。用戶數(shù)據(jù)存儲器可以用來存放用戶程序中所運用器件的ON/OFF狀態(tài)和數(shù)值、數(shù)據(jù)等。用戶存儲器的大小關系到用戶程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指標之一。輸入/輸出單元輸入單元：接受來自用戶設備的各種限制信號，如限位開關、操作按鈕、選擇開關、行程開關以及其他一些傳感器信號。輸出單元：限制、驅動實際的物理負載，如電動機、電磁閥、電磁吸盤、指示燈、照明燈等PLC輸入類型：直流、溝通或交直流。PLC輸出類型：繼電器輸出型，晶體管輸出型和晶閘管輸出型。輸入和輸出端靠光信號耦合，電氣上完全隔離，具極強的抗干擾實力。PLC簡潔工作原理PLC實現(xiàn)限制的過程一般是可分為輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段，如下圖所示：PLC的一般工作過程1.輸入采樣階段PLC以掃描工作方式，輸入電路時刻監(jiān)視著輸入狀況，并將其暫存于輸入暫存器中。在整個工作周期內，這個采樣結果的內容不會變更，而且這個采樣結果將在PLC執(zhí)行程序時被運用。2.程序執(zhí)行階段PLC按依次對程序進行掃描，并分別從輸入映像區(qū)和輸出映像區(qū)中獲得所需的數(shù)據(jù)進行運算、處理，再將程序執(zhí)行的結果寫入寄存執(zhí)行結果的輸出映像區(qū)中保存。這個結果在程序執(zhí)行期間可能發(fā)生變更，但在整個程序未執(zhí)行完畢之前不會送到輸出端口。3.輸出刷新階段在執(zhí)行完用戶全部程序后，PLC將輸出映像區(qū)中的內容送到寄存輸出狀態(tài)的輸出鎖存器中，這一過程稱為輸出刷新。輸出電路要把輸出鎖存器的信息傳送給輸出點，再去驅動用戶設備。PLC的簡潔工作原理特點：PLC工作的主要特點是循環(huán)掃描執(zhí)行輸入輸出采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新“串行”工作方式，這樣既可避開繼電器、接觸器限制系統(tǒng)因“并行”工作方式存在的觸點競爭，又可提高PLC的運算速度，這是PLC系統(tǒng)牢靠性高、響應快的緣由。但是，也導致輸出對輸入在時間上的滯后。為此，PLC的工作速度要快。速度快、執(zhí)行指令時間短，是PLC實現(xiàn)限制的基礎。事實上，PLC的速度是很快的，執(zhí)行一條指令，多的幾微秒、幾十微秒，少的才零點幾，或零點零幾微秒。而且這個速度還在不斷提中學。上圖所示的過程是簡化的過程，實際的PLC工作流程還要困難些。除了I/O刷新及運行用戶程序，還要做些公共處理工作。公共處理工作有：循環(huán)時間監(jiān)控、外設服務及通訊處理等。PLC的開機流程要經過上電初始化、系統(tǒng)自檢、運行程序、循環(huán)時間計算、I/O刷新、外設及通訊服務等幾個階段，如下圖所示。PLC的具體工作原理PLC的工作流程

PLC的編程語言與程序結構PLC編程語言的國際標準IEC61131-3是由IEC（國際電工委員會）制定的世界上第一個，也是至今為止惟一的工業(yè)限制系統(tǒng)的編程語言標準依次功能圖梯形圖功能塊圖指令表結構文本依次功能圖是一種位于其他編程語言之上的圖形語言，用來編制依次限制程序，步、轉換和動作是依次功能圖中的三種主要元件。梯形圖是在原繼電器—接觸器限制系統(tǒng)的繼電器梯形圖基礎上演化而來的一種圖形語言，很簡潔被工廠熟悉繼電氣限制的技術人員駕馭，特殊適用于數(shù)字量邏輯限制。它是目前用得最多的PLC編程語言。功能塊圖運用類似數(shù)字電路中的各種門電路，加上輸入，輸出，通過確定的邏輯連接方式來完成限制邏輯。也可以將函數(shù)和功能塊連接到電路中，完成各種困難的功能和計算。有數(shù)字電路基礎的人很簡潔駕馭。指令表又稱語句表。PLC的指令是一種與微機的匯編語言中的指令相像的助記符表達式，由指令組成指令表程序或語句表程序。語句表比較適合熟悉PLC和程序設計的閱歷豐富的程序員運用。結構文本是為IEC61131-3標準創(chuàng)建的一種專用的高級編程語言，與梯形圖相比，它能實現(xiàn)困難的數(shù)學運算，編寫的程序特殊簡潔和緊湊。1.梯形圖語言（LAD）梯形圖語言是PLC程序設計中最常用的編程語言。它是與繼電器線路類似的一種編程語言。由于電氣設計人員對繼電器限制較為熟悉，因此，梯形圖編程語言得到了廣泛的歡迎和應用。圖1是典型的溝通異步電動機干脆啟動的繼電器限制電路圖。圖2是接受PLC限制的程序梯形圖。圖1溝通異步電動機干脆啟動電路圖圖2PLC梯形圖2.指令表語言（STL）指令表編程語言是與匯編語言類似的一種助記符編程語言，和匯編語言一樣由操作碼和操作數(shù)組成。圖3就是與圖2PLC梯形圖對應的指令表。圖3指令表3.功能塊圖語言（FBD）功能塊圖語言是與數(shù)字邏輯電路類似的一種PLC編程語言。圖4是對應圖1溝通異步電動機干脆啟動的功能模塊圖編程語言的表達方式。圖4功能塊圖S7200PLCCPU模塊的外形圖S7200PLC（CPU224XP）模塊的外形圖各I/O點的通/斷有LED指示。與外部的連接運用接線端子。S7300PLCS7400PLCS7-200系列PLCS7-200的特點1、功能強2、先進的程序結構3、靈敏便利的尋址方法4、功能強大、運用便利的編程軟件5、簡化困難編程任務的向導功能6、強大的通信功能7、品種豐富的配套人機界面8、有競爭力的價格9、完善的網上技術支持CPU模塊數(shù)字量擴展模塊STEP7-Micro/WIN編程軟件供應SIMATIC指令集與IEC61131-3指令集SIMATIC指令集----由西門子公司供應，有三種編程語言：梯形圖，功能塊圖和語句表語言。IEC61131-3指令集----標準的指令集，只有梯形圖和功能塊圖s7-200的編程語言S7-200的程序結構主程序（OB1）----一個項目都必需并且只能有一個主程序，由操作系統(tǒng)調用。每個掃描周期都要執(zhí)行一次主程序。子程序----由主程序和其它子程序調用，子程序結束時無需返回指令和結束指令。運用子程序可以簡化程序代碼和削減掃描時間。中斷程序----用來剛好處理與用戶程序的執(zhí)行時序無關的操作，或者不能事先預料何時發(fā)生的中斷事務。在發(fā)生事務時由操作系統(tǒng)調用。存儲器的數(shù)據(jù)類型與尋址方式數(shù)據(jù)在存儲器中存取的方式數(shù)據(jù)長度和表示方式稱為數(shù)據(jù)格式1、1位二進制（開關量）----數(shù)據(jù)類型為布爾型I3.2區(qū)域標識符字節(jié)地址位地址由字節(jié)地址和位地址組成西門子PLC的位存儲單元2、多位二進制數(shù)2#10101010第0位第1位第2位第3位3、十六進制數(shù)十進制數(shù)十六進制數(shù)二進制數(shù)BCD碼十進制數(shù)十六進制數(shù)二進制數(shù)BCD碼00000000000000099010010000100111000010000000110A010100001000022000100000001011B010110001000133000110000001112C011000001001044001000000010013D011010001001155001010000010114E011100001010066001100000011015F01111000101017700111000001111610100000001011088010000000100017111000100010111十六進制數(shù)：AE75H在PLC中表示：16#AE75二進制數(shù)：1010111001110101AE754、字節(jié)、字與雙字76543210IB0IB1IB2IB3IB4IB5I3.2位數(shù)據(jù)的存放MSBLSB1個字節(jié)=8位二進制1個字=2個字節(jié)=16位二進制1個雙字=2個字=4個字節(jié)=32位二進制31IB0IB1IB2

IB3015IB087IB107IB00高有效字節(jié)低有效字節(jié)最高有效字節(jié)最低有效字節(jié)IW0IDW0IB05、負數(shù)的表示方法數(shù)據(jù)的位數(shù)無符號整數(shù)有符號整數(shù)十進制十六進制十進制十六進制B（字節(jié)）8位值0~2550~FF-128~12780~7FW（字）16位值0~655350~FFFF-32768~327678000~7FFFD（雙字）32位值0~42949672950~FFFFFFFF-2147483648~214748364780000000~7FFFFFFFPLC一般用二進制補碼來表示有符號數(shù)，其最高位為符號位，最高位為0時為正數(shù)，為1時為負數(shù)。正數(shù)的補碼是它本身，將正數(shù)的補碼逐位取反后加1，得到確定值與它相同的負數(shù)的補碼。數(shù)據(jù)的位數(shù)與取值范圍6、BCD碼BCD碼：用4位二進制表示一位十進制數(shù)用于撥盤開關的輸入、輸出數(shù)碼管顯示等十進制數(shù)十六進制數(shù)二進制數(shù)BCD碼十進制數(shù)十六進制數(shù)二進制數(shù)BCD碼00000000000000099010010000100111000010000000110A010100001000022000100000001011B010110001000133000110000001112C011000001001044001000000010013D011010001001155001010000010114E011100001010066001100000011015F01111000101017700111000001111610100000001011088010000000100017111000100010111CPU的存儲區(qū)1、輸入過程映像寄存器（I）在每個掃描周期起先，將現(xiàn)場信號采集送I，用戶程序中運用到的現(xiàn)場信號都從I中取。2、輸出過程映像寄存器（Q）在用戶程序指令執(zhí)行過程中，每次對Q的操作結果都存放在Q中。在掃描周期的末尾，將Q中的數(shù)據(jù)送達輸出模塊。3、變量存儲區(qū)（V）變量存儲區(qū)用于存放程序執(zhí)行過程中的中間結果。CPU226可運用VB0-VB102394、位存儲區(qū)（M）位存儲區(qū)用于存放程序執(zhí)行過程中的中間結果。S7200可運用MB0-MB315、定時器存儲區(qū)（T）定時器的作用相當于繼電器系統(tǒng)中的時間繼電器。S7200中可運用T0-T255在該區(qū)域中存放定時器當前的定時值和定時器的狀態(tài)6、計數(shù)器存儲區(qū)（C）S7200中可運用C0-C255在該區(qū)域中存放計數(shù)器當前的計數(shù)值和計數(shù)器的狀態(tài)7、高速計數(shù)器（HC）CPU224XP中可運用2個200KHZ，4個30KHZ。用來累計比CPU掃描時間更快的事務，計數(shù)過程與掃描周期無關。CPU226中可運用6個30KHZ。8、累加器（AC）CPU226中可運用4個32位的累加器，AC0-AC3可以作為存儲單元，在做數(shù)值運算時存放中間結果。9、特殊存儲器（SM）用于CPU與用戶之間交換信息。SMB0特殊存儲器