可編程控制器原理及應(yīng)用PPT完整全套教學(xué)課件

目錄第1章可編程控制器概述第2章西門子S7-200PLC的硬件系統(tǒng)第3章S7-200PLC編程工具第4章S7-200PLC的基本指令及應(yīng)用第5章S7-200PLC步進(jìn)指令及應(yīng)用第6章S7-200PLC功能指令及應(yīng)用第7章PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第8章西門子其他型號(hào)PLC簡(jiǎn)介第9章可編程控制系統(tǒng)通信第1章可編程控制器概述1.1PLC的產(chǎn)生1.2PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用1.3PLC的分類及性能指標(biāo)1.4PLC與其他控制系統(tǒng)的比較1.5PLC的硬件組成1.6PLC的工作原理1.7PLC的編程語(yǔ)言

1.1PLC的產(chǎn)生

1.1.1PLC的由來(lái)1968年，美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司(GM)為了適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷翻新，想尋求一種新方法，用新的控制裝置取代原繼電器控制裝置，并將這個(gè)設(shè)想歸納成如下10個(gè)功能指標(biāo)，公開(kāi)招標(biāo)。

(1)編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；

(2)維護(hù)方便，最好是插件式；

(3)可靠性高于繼電器控制柜；

(4)體積小于繼電器控制柜；

(5)可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；

(6)在成本上可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)；

(7)輸入可以是交流115?V(即美國(guó)的電網(wǎng)電壓)；

(8)輸出為交流115?V、2?A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥；

(9)在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只需要很小的變更；

(10)用戶程序存儲(chǔ)器的容量至少能擴(kuò)展到4?KB。

1.1.2PLC的定義

可編程控制器早期叫作可編程邏輯控制器。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用早已超出了邏輯控制的范圍。目前人們把這種裝置稱作可編程控制器(ProgrammableController)。但為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(PersonalComputer)的簡(jiǎn)稱PC混淆，可編程控制器仍簡(jiǎn)稱為PLC。

從定義中可以看出，可編程控制器具有計(jì)算機(jī)的特征，而實(shí)際上，PLC從結(jié)構(gòu)、工作原理等方面看，實(shí)質(zhì)上就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用設(shè)計(jì)出來(lái)的計(jì)算機(jī)，所以其抗干擾能力非常強(qiáng)，能在高噪聲、強(qiáng)電磁干擾、強(qiáng)振動(dòng)及高溫高濕等情況下穩(wěn)定工作，這是一般個(gè)人計(jì)算機(jī)無(wú)法做到的。另外，它還易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能，所以具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性。

1.1.3PLC的發(fā)展?fàn)顩r

20世紀(jì)70年代中末期，可編程邏輯控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)被全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。

隨著PLC技術(shù)及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展和更新，PLC產(chǎn)品的性價(jià)比越來(lái)越高，PLC應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，其功能也越來(lái)越強(qiáng)。PLC的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)向超小型和極大型兩極發(fā)展。

(2)向通信網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

(3)向模塊化、智能化方向發(fā)展。

(4)向軟件標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。

1.2PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用1.2.1PLC的主要特點(diǎn)PLC的主要特點(diǎn)如下：(1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件一般都比較惡劣，如電磁干擾、電源波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、溫度和濕度的變化等都會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作造成影響。針對(duì)這些問(wèn)題，PLC從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件結(jié)構(gòu)和軟件等方面采取了多種抗干擾措施。從實(shí)際使用情況來(lái)看，PLC控制系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間一般可達(dá)幾萬(wàn)小時(shí)，故障修復(fù)時(shí)間短。

具體措施如下：

①硬件措施方面：為防止外界電磁干擾，對(duì)電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽；為消除或抑制高頻干擾，減少各種模塊之間的相互影響，對(duì)各輸入端及供電系統(tǒng)均采用濾波電路；為有效地隔離I/O接口與CPU之間、I/O接口與I/O接口之間電的聯(lián)系，I/O接口電路均采用光電隔離；為防止電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)CPU的影響，電源模塊采用性能良好的開(kāi)關(guān)電源并具備多級(jí)濾波和調(diào)整電路；采用模塊式結(jié)構(gòu)，以便在故障情況下短時(shí)修復(fù)。

②軟件措施方面：軟件定期檢測(cè)外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過(guò)低及強(qiáng)干擾信號(hào)等，實(shí)現(xiàn)自診斷功能；當(dāng)偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時(shí)，不破壞PLC內(nèi)部的信息，一旦故障條件消失，就可恢復(fù)正常，繼續(xù)原來(lái)的程序工作。所以，PLC在檢測(cè)到故障條件時(shí)，立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲(chǔ)器，軟件配合對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行封閉，禁止對(duì)存儲(chǔ)器的任何操作，以防存儲(chǔ)信息被沖掉，從而實(shí)現(xiàn)信息的保護(hù)和恢復(fù)。

(2)硬件接口豐富，功能齊全，通用性強(qiáng)。

PLC針對(duì)各種工業(yè)控制系統(tǒng)，都有與之相配套的各種硬件模塊。PLC的硬件模塊都是標(biāo)準(zhǔn)化的，功能模塊品種很多，可以靈活組成各種不同規(guī)模、不同功能的控制系統(tǒng)。在PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，PLC既能控制開(kāi)關(guān)量，又能控制模擬量。

(3)編程簡(jiǎn)單，容易掌握。

PLC的梯形圖編程語(yǔ)言來(lái)源于繼電器控制線路，這種圖形化的編程語(yǔ)言繼承了傳統(tǒng)繼電接觸控制線路的優(yōu)點(diǎn)，清楚直觀，沿用了繼電接觸控制系統(tǒng)的一些術(shù)語(yǔ)和設(shè)計(jì)方法，即使不具備專門的計(jì)算機(jī)編程知識(shí)的一般工程技術(shù)人員，也能讀懂和掌握，深受他們的歡迎。大多數(shù)PLC的編程均提供了常用的梯形圖方式和面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令方式。

(4)體積小，功耗小，性價(jià)比高。

PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固，體積小，重量輕，功耗低。PLC由于其強(qiáng)抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。以西門子公司的S7-200型PLC為例，其外形尺寸僅為120?mm?×?80?mm?×?62?mm，重量為360?g，功耗為7?W，具有很好的抗振動(dòng)、適應(yīng)環(huán)境溫濕度變化的能力。由于PLC的體積小，易于與機(jī)械設(shè)備相結(jié)合，因此它是機(jī)電一體化理想的控制設(shè)備。

(5)設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短。

設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的繼電接觸控制系統(tǒng)時(shí)，首先根據(jù)控制要求畫出電氣原理圖，然后畫出設(shè)備布置和接線圖，最后進(jìn)行安裝調(diào)試；而采用PLC控制，由于其靠軟件實(shí)現(xiàn)控制，硬件線路非常簡(jiǎn)潔，并為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，因此僅需按性能、容量(輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、內(nèi)存大小)等選用并組裝，大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進(jìn)行，從而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。

1.2.2PLC的應(yīng)用

1.開(kāi)關(guān)量邏輯控制

開(kāi)關(guān)量邏輯控制是PLC最基本的應(yīng)用，主要用于取代傳統(tǒng)的繼電接觸控制電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。

2.工業(yè)過(guò)程控制

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中存在一些連續(xù)變化的量(即模擬量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等)，PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來(lái)處理模擬量，完成閉環(huán)控制。

3.運(yùn)動(dòng)控制

PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制，一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種生產(chǎn)線、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。

4.數(shù)據(jù)處理

PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的容量也越來(lái)越大，在造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)中，利用PLC的數(shù)據(jù)處理功能完全能滿足系統(tǒng)的需求。

5.聯(lián)網(wǎng)及通信

現(xiàn)在PLC的通信及聯(lián)網(wǎng)能力很強(qiáng)，PLC與PLC之間、PLC與個(gè)人計(jì)算機(jī)之間及PLC與其他智能設(shè)備之間，都能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通信，完成信息交換。聯(lián)網(wǎng)、通信適應(yīng)了當(dāng)今工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求，使工業(yè)控制的智能化水平得到大大提升。

1.3PLC的分類及性能指標(biāo)

1.3.1PLC的分類1.按I/O點(diǎn)數(shù)分類按PLC的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的多少可將PLC分為小型機(jī)、中型機(jī)和大型機(jī)三類。(1)小型機(jī)。(2)中型機(jī)。(3)大型機(jī)。

2.按結(jié)構(gòu)形式分類

根據(jù)PLC結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式和模塊式兩類。

(1)整體式。整體式PLC把電源、CPU、I/O模塊等緊湊地安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的箱體中，構(gòu)成一個(gè)整體。圖1-1所示為西門子S7-200外觀結(jié)構(gòu)圖。整體式PLC的基本單元上設(shè)有擴(kuò)展接口，通過(guò)擴(kuò)展電纜與擴(kuò)展單元相連。圖1-1S7-200外觀結(jié)構(gòu)

(2)模塊式。模塊式PLC是由一些具有獨(dú)立功能的模塊單元(如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊和各種功能模塊等)構(gòu)成的，一般將這些模塊安裝在框架上的基板上即可(有些PLC沒(méi)有底板，模塊直接安裝在導(dǎo)軌上)。模塊式PLC的模塊功能是獨(dú)立的，外形尺寸是統(tǒng)一的，可根據(jù)需要靈活配置。目前大、中型PLC都采用這種方式。圖1-2所示為西門子S7-300外觀結(jié)構(gòu)圖。圖1-2S7-300的外觀結(jié)構(gòu)

3.按功能分類

按PLC的功能可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。

(1)低檔PLC。

(2)中檔PLC。

(3)高檔PLC。

4.按生產(chǎn)廠家分類

(1)德國(guó)系列。

(2)日本系列。

(3)美國(guó)系列。

(4)國(guó)內(nèi)系列。

1.3.2PLC的性能指標(biāo)

1.掃描速度

掃描速度是指PLC的CPU執(zhí)行指令的速度，即執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間。

2.輸入/輸出點(diǎn)數(shù)(I/O點(diǎn)數(shù))

輸入/輸出點(diǎn)數(shù)是指PLC外部輸入/輸出端子的總數(shù)及對(duì)多少路模擬進(jìn)行控制。

3.存儲(chǔ)容量

PLC的存儲(chǔ)容量指用戶可存儲(chǔ)的用戶程序區(qū)的容量。PLC的存儲(chǔ)容量一般從幾KB至一百多KB，以KB為單位來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

4.指令系統(tǒng)

PLC指令條數(shù)的多少和各條指令的功能也是PLC的重要指標(biāo)。

5.功能模塊

PLC的模塊種類多少也是反映其性能指標(biāo)高低的一個(gè)指標(biāo)。

1.4PLC與其他控制系統(tǒng)的比較

1.?PLC與繼電接觸控制系統(tǒng)的比較(1)從控制方式上看，繼電接觸控制系統(tǒng)采用邏輯控制，通過(guò)繼電器觸點(diǎn)串聯(lián)或并聯(lián)的硬件接線來(lái)實(shí)現(xiàn)。其連線多且復(fù)雜，體積大，功耗大，系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能較為困難。另外，繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量有限，所以該控制系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性受到很大限制。

(2)從工作方式上看，在繼電接觸控制系統(tǒng)中，當(dāng)電源接通時(shí)，電路中所有繼電器都處于受制約狀態(tài)，即該吸合的繼電器都同時(shí)吸合，不該吸合的繼電器受某種條件限制而不能吸合，這種工作方式稱為并行工作方式；而PLC的用戶程序按一定順序循環(huán)執(zhí)行，所以各軟繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通中，受同一條件制約的各個(gè)繼電器的動(dòng)作次序取決于程序掃描順序，這種工作方式稱為串行工作方式。

(3)從控制速度上看，繼電接觸控制系統(tǒng)依靠機(jī)械觸點(diǎn)的動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，機(jī)械觸點(diǎn)還會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問(wèn)題；而PLC是通過(guò)程序指令控制半導(dǎo)體電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的，速度快，程序指令執(zhí)行時(shí)間在微秒級(jí)，且不會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)問(wèn)題。

(4)從定時(shí)和計(jì)數(shù)控制上看，繼電接觸控制系統(tǒng)采用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作進(jìn)行時(shí)間控制，時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間易受環(huán)境溫度和溫度變化的影響，定時(shí)精度不高；而PLC采用半導(dǎo)體集成電路作定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，定時(shí)范圍寬，用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時(shí)值，修改方便，不受環(huán)境的影響。另外，PLC具有計(jì)數(shù)功能，而繼電接觸控制系統(tǒng)一般不具備計(jì)數(shù)功能。

(5)從可靠性和可維護(hù)性上看，由于繼電接觸控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，其存在機(jī)械磨損、電弧燒傷等風(fēng)險(xiǎn)，壽命短，系統(tǒng)的連線多，所以可靠性和可維護(hù)性較差；而PLC大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成，其壽命長(zhǎng)，可靠性高。PLC還具有自診斷功能，能查出自身的故障，隨時(shí)顯示給操作人員，并能動(dòng)態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)提供了方便。

2.PLC與單片機(jī)控制系統(tǒng)的比較

(1)?PLC是應(yīng)用單片機(jī)構(gòu)成的比較成熟的控制系統(tǒng)，是已經(jīng)調(diào)試成熟穩(wěn)定的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的產(chǎn)品，有較強(qiáng)的通用性；而單片機(jī)可以構(gòu)成各種各樣的應(yīng)用系統(tǒng)，使用范圍更廣。單就單片機(jī)而言，它只是一種集成電路，必須與其他元器件及軟件構(gòu)成系統(tǒng)才能應(yīng)用。

(2)對(duì)單項(xiàng)工程或重復(fù)數(shù)極少的項(xiàng)目，采用PLC快捷方便，成功率高，可靠性好，但成本較高。

(3)采用單片機(jī)系統(tǒng)具有成本低、效益高的優(yōu)點(diǎn)，但需要相當(dāng)?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)才能使系統(tǒng)穩(wěn)定。

(4)從本質(zhì)上說(shuō)，PLC其實(shí)就是一套已經(jīng)做好的單片機(jī)系統(tǒng)。

3.?PLC與微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較

(1)應(yīng)用范圍。

(2)工作環(huán)境。

(3)編程語(yǔ)言。

(4)工作方式。

(5)價(jià)格。

1.5PLC的硬件組成1.5.1PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC的生產(chǎn)廠家眾多，其型號(hào)、種類也多種多樣，但從其結(jié)構(gòu)上看主要分成整體式和模塊式兩種。雖然兩種PLC的結(jié)構(gòu)不同，但其工作原理和內(nèi)部組成基本相同，它們都包括中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入單元/輸出單元(I/O接口)、通信接口、擴(kuò)展接口、電源等部分。其中，CPU是PLC的核心，I/O接口是連接現(xiàn)場(chǎng)輸入/輸出設(shè)備與CPU的接口電路，擴(kuò)展接口用于連接擴(kuò)展單元，通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接。

圖1-3所示為整體式PLC的結(jié)構(gòu)圖，圖1-4為模塊式PLC的結(jié)構(gòu)圖。

圖1-3整體式PLC的結(jié)構(gòu)圖圖1-4模塊式PLC的結(jié)構(gòu)圖

1.5.2PLC各組成部分的功能

1.中央處理器(CPU)

同一般的計(jì)算機(jī)一樣，CPU是PLC的控制核心，由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成并集成在一個(gè)芯片內(nèi)。PLC中所配置的CPU隨機(jī)型不同而不同，常用的有三類：通用微處理器(如Z80、Z80A、8085、8086、80286等)、單片微處理器(如MCS8031、MCS8096等)和位片式微處理器(如AM2900、AM2901、AM2903、AMD29W等)。

在PLC中，CPU按系統(tǒng)程序賦予的功能，主要完成以下幾個(gè)方面的任務(wù)。

(1)接收與存儲(chǔ)用戶從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。

(2)診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。

(3)用掃描工作方式，通過(guò)輸入接口接收現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)，并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中。

(4)在PLC進(jìn)入運(yùn)行方式后，從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶程序指令，經(jīng)過(guò)解釋后執(zhí)行。

(5)根據(jù)執(zhí)行的結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)，刷新輸出映像寄存器的內(nèi)容，通過(guò)輸出單元實(shí)現(xiàn)輸出控制。有些PLC還具有制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。

2.存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器主要有兩種：一種是可進(jìn)行讀/寫操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM，另一種是只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。PLC的存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)程序是由PLC的制造廠家編寫的，由制造廠家直接固化在只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM或EPROM中，用戶不能訪問(wèn)和修改，主要完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運(yùn)算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能，提供PLC運(yùn)行的平臺(tái)。

3.輸入/輸出接口

輸入/輸出接口通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之間的連接通道。PLC通過(guò)輸入接口接收被控對(duì)象的各種檢測(cè)信號(hào)，并把這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC能接收和存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，存入相應(yīng)的輸入映像寄存器中；PLC運(yùn)行時(shí)，CPU從輸入映像寄存器中讀取所需要的輸入信息，根據(jù)用戶程序的運(yùn)行產(chǎn)生的控制結(jié)果存入相應(yīng)的輸出映像寄存器中，通過(guò)輸出接口將輸出映像寄存器中的處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成被控制對(duì)象能接收的信號(hào)送出去，以實(shí)現(xiàn)控制目的。

1)輸入接口

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)是模擬量還是數(shù)字量(開(kāi)關(guān)量)，輸入接口分為模擬量輸入接口和數(shù)字量輸入接口；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)是直流還是交流，輸入接口分為直流輸入接口和交流輸入接口。

常用的開(kāi)關(guān)量輸入接口按其使用的電源不同有三種類型：直流輸入接口、交流輸入接口和交/直流輸入接口。其基本原理電路如圖1-5所示。常用的模擬量輸入接口如圖1-6所示。圖1-5開(kāi)關(guān)量輸入接口圖1-6模擬量輸入接口

2)輸出接口

常用的開(kāi)關(guān)量輸出接口按輸出開(kāi)關(guān)器件不同有三種類型：繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出。其基本原理電路如圖1-7所示。繼電器輸出接口可驅(qū)動(dòng)交流或直流負(fù)載，但其響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)作頻率低；而晶體管輸出和雙向晶閘管輸出接口的響應(yīng)速度快，動(dòng)作頻率高，但前者只能用于驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載，后者只能用于交流負(fù)載。模擬量輸出接口如圖1-8所示。圖1-7開(kāi)關(guān)量輸出接口圖1-7開(kāi)關(guān)量輸出接口圖1-8模擬量輸出接口

4.通信接口

PLC配有各種通信接口，這些通信接口一般都帶有通信處理器。PLC通過(guò)這些通信接口可與監(jiān)視器、打印機(jī)、其他PLC、計(jì)算機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。PLC與打印機(jī)連接，可將過(guò)程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打?。慌c監(jiān)視器連接，可將控制過(guò)程圖像顯示出來(lái)；與其他PLC連接，可組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制；與計(jì)算機(jī)連接，可組成多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。

5.智能接口模塊

智能接口模塊是一個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲(chǔ)器以及與PLC系統(tǒng)總線相連的接口。它作為PLC系統(tǒng)的一個(gè)模塊，通過(guò)總線與PLC相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并在PLC的協(xié)調(diào)管理下獨(dú)立地進(jìn)行工作。PLC的智能接口模塊種類很多，如高速計(jì)數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、中斷控制模塊等。

6.編程裝置

編程裝置的作用是編輯、調(diào)試、輸入用戶程序，也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。它是開(kāi)發(fā)、應(yīng)用、維護(hù)PLC不可缺少的工具。編程裝置可以是專用編程器，也可以是配有專用編程軟件包的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。專用編程器是由PLC廠家生產(chǎn)的，專供該廠家生產(chǎn)的某些PLC產(chǎn)品使用，它主要由鍵盤、顯示器和外存儲(chǔ)器接插口等部件組成。專用編程器有簡(jiǎn)易編程器和智能編程器兩類。

7.電源

PLC配有開(kāi)關(guān)電源，以供內(nèi)部電路使用。與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值?±15%?的范圍內(nèi)波動(dòng)。許多PLC還向外提供直流24?V穩(wěn)壓電源，用于對(duì)外部傳感器供電。

8.其他外部設(shè)備

除了上述部件和設(shè)備外，PLC還有許多外部設(shè)備，如EPROM寫入器、外存儲(chǔ)器、人/機(jī)接口裝置等。

EPROM寫入器是用來(lái)將用戶程序固化到EPROM存儲(chǔ)器中的一種PLC外部設(shè)備。為了使調(diào)試好的用戶程序不易丟失，經(jīng)常用EPROM寫入器將PLC內(nèi)的RAM保存到EPROM中。

人/機(jī)接口裝置用來(lái)實(shí)現(xiàn)操作人員與PLC控制系統(tǒng)的對(duì)話。最簡(jiǎn)單、最普遍的人/機(jī)接口裝置由安裝在控制臺(tái)上的按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、撥碼開(kāi)關(guān)、指示燈、LED顯示器、聲光報(bào)警器等器件構(gòu)成。對(duì)于PLC系統(tǒng)，還可采用半智能型CRT人/機(jī)接口裝置和智能型終端人/機(jī)接口裝置。半智能型CRT人/機(jī)接口裝置可長(zhǎng)期安裝在控制臺(tái)上，通過(guò)通信接口接收來(lái)自PLC的信息并在CRT上顯示出來(lái)；智能型終端人/機(jī)接口裝置有自己的微處理器和存儲(chǔ)器，能夠與操作人員快速交換信息，并通過(guò)通信接口與PLC相連，也可作為獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)接入PLC網(wǎng)絡(luò)。

1.6PLC的工作原理

1.6.1PLC的工作原理PLC的結(jié)構(gòu)從實(shí)質(zhì)上看與計(jì)算機(jī)是一樣的，但其工作方式和計(jì)算機(jī)又不完全一樣。PLC在工作時(shí)，其CPU與計(jì)算機(jī)一樣是采用分時(shí)操作的，每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作，按照時(shí)間的延伸一個(gè)動(dòng)作接著一個(gè)動(dòng)作順序地進(jìn)行，執(zhí)行完最后一個(gè)動(dòng)作后就會(huì)重新從頭執(zhí)行。

PLC工作時(shí)的另一個(gè)特點(diǎn)就是集中輸入，集中輸出。由于PLC的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)較多，為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境下的控制要求，提高系統(tǒng)工作的可靠性，PLC對(duì)輸入和輸出信號(hào)采取集中處理的方式，即在特定的時(shí)間段集中完成輸入信號(hào)的采集和輸出信號(hào)的刷新。

一般地，一個(gè)完整的PLC掃描周期包括內(nèi)部處理、通信處理、輸入采用、程序執(zhí)行、輸出刷新幾個(gè)階段，如圖1-9所示，詳細(xì)工作過(guò)程參看圖1-10。PLC上電后基本上有兩種工作狀態(tài)，即運(yùn)行(RUN)狀態(tài)與停止(STOP)狀態(tài)。在停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，一般在前兩段循環(huán)，在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)以一個(gè)完整的掃描周期進(jìn)行循環(huán)。根據(jù)圖1-9所示，PLC的工作過(guò)程分為5個(gè)階段。圖1-9PLC工作流程圖1-10PLC詳細(xì)工作流程

1.公共處理掃描階段

此階段包括內(nèi)部處理和通信處理兩部分，主要完成PLC的自檢、通信服務(wù)及看門狗監(jiān)視定時(shí)器清零等工作。自檢主要檢測(cè)PLC各部件的狀態(tài)是否正常，如出現(xiàn)異常，通過(guò)診斷后給出故障信號(hào)或相應(yīng)的處理，提高系統(tǒng)工作的可靠性。自檢結(jié)束后要處理是否有外部設(shè)備的通信要求，是否需要進(jìn)入通信服務(wù)程序，是否需要起動(dòng)外部設(shè)備等。

監(jiān)視定時(shí)器是為了監(jiān)視PLC的每次掃描時(shí)間而設(shè)定的，它預(yù)先設(shè)定好規(guī)定的時(shí)間，每個(gè)掃描周期都要監(jiān)視掃描時(shí)間是否超過(guò)規(guī)定值。如果程序運(yùn)行正常，則在每次掃描周期的公共處理階段對(duì)定時(shí)器進(jìn)行清零，避免PLC在執(zhí)行程序中進(jìn)入死循環(huán)。如果程序運(yùn)行失常進(jìn)入死循環(huán)，則監(jiān)視定時(shí)器不能按時(shí)清零而造成溢出，將給出報(bào)警信號(hào)或停止PLC運(yùn)行。

2.輸入采樣階段

輸入采樣階段是一個(gè)集中批處理階段，這個(gè)階段PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入端子的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入輸入映像區(qū)中相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，輸入映像區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變，所以在這個(gè)周期內(nèi)程序執(zhí)行過(guò)程中用到的輸入信號(hào)，是從輸入映像區(qū)中讀取。

3.用戶程序執(zhí)行階段

輸入采樣階段結(jié)束后進(jìn)入用戶程序執(zhí)行階段，PLC對(duì)用戶程序(梯形圖)的執(zhí)行總是按由上而下的順序依次地掃描。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)，或者刷新該輸出線圈在I/O映像區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)，或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。

4.輸出刷新階段

輸出刷新階段也是一個(gè)集中批處理階段，當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。PLC的CPU直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，程序的執(zhí)行結(jié)果先存放在輸出映像寄存器中，等到程序執(zhí)行完畢，進(jìn)入輸出刷新階段，CPU按照輸出映像寄存器對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存器，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外部負(fù)載，這才是可編程邏輯控制器的真正輸出。

輸出刷新階段結(jié)束后，PLC進(jìn)入下一個(gè)掃描周期。

PLC一個(gè)完整的輸入/輸出過(guò)程參看圖1-11。圖1-11PLC的輸入/輸出過(guò)程

1.6.2PLC輸入/輸出的滯后問(wèn)題

PLC的I/O滯后時(shí)間又稱為系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指可編程控制器外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻起至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的間隔。

PLC是根據(jù)輸入的情況以及程序的內(nèi)容，來(lái)決定輸出。從PLC的輸入信號(hào)發(fā)生變化到PLC輸出端對(duì)該輸入變化作出反應(yīng)，需要一段時(shí)間，PLC的這種輸入/輸出響應(yīng)滯后主要的產(chǎn)生原因是：循環(huán)掃描的工作方式；PLC硬件中的輸入濾波電路和輸出繼電器觸點(diǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)；程序編寫的不當(dāng)。

圖1-12所示為PLC輸入/輸出滯后的一個(gè)示例。圖1-12PLC輸入/輸出滯后示例

1.7PLC的編程語(yǔ)言

1.梯形圖語(yǔ)言梯形圖語(yǔ)言是PLC程序設(shè)計(jì)中最常用的編程語(yǔ)言，也是一種圖形語(yǔ)言，與繼電器線路類似的一種編程語(yǔ)言。不同品牌的PLC有不同的梯形圖語(yǔ)言，但所有PLC的梯形圖都來(lái)源于一般的繼電接觸控制電路。因此，理解梯形圖的前提是對(duì)繼電接觸控制電路有較好的理解。

梯形圖(LAD)主要有以下特點(diǎn)：

(1)梯形圖編程語(yǔ)言與電氣原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性，與原有繼電器控制相一致，易于電氣技術(shù)人員掌握。

(2)圖形表示易于理解，而且各種型號(hào)，不同廠家生產(chǎn)的PLC都有梯形圖編程語(yǔ)言。

(3)可以使用語(yǔ)句表(STL)顯示所有LAD程序。

(4)梯形圖中的能流不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，觸點(diǎn)也不是真實(shí)存在的觸點(diǎn)，應(yīng)用時(shí)需要與原有繼電器控制的概念區(qū)別對(duì)待。

圖1-13為電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行的繼電接觸控制電路原理圖和梯形圖。圖1-13電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行的繼電接觸控制電路原理圖和梯形圖

2.語(yǔ)句表語(yǔ)言

語(yǔ)句表編程語(yǔ)言是與匯編語(yǔ)言類似的一種助記符編程語(yǔ)言，和匯編語(yǔ)言一樣由操作碼和操作數(shù)組成。在無(wú)計(jì)算機(jī)的情況下，適合采用PLC手持編程器對(duì)用戶程序進(jìn)行編制。同時(shí)，語(yǔ)句表編程語(yǔ)言與梯形圖編程語(yǔ)言一一對(duì)應(yīng)，在PLC編程軟件下一般可以相互轉(zhuǎn)換。與圖1-13梯形圖對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句指令表如下：

LDI0.0

OQ0.0

ANI0.1

=Q0.0

語(yǔ)句表編程語(yǔ)言的特點(diǎn)是：采用助記符來(lái)表示操作功能，容易書寫，但不夠形象，不容易掌握；在手持編程器的鍵盤上采用助記符表示，便于操作，可在無(wú)計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合用手持編程器進(jìn)行編程設(shè)計(jì)；語(yǔ)句表與梯形圖有對(duì)應(yīng)關(guān)系。語(yǔ)言表的使用需要較長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn)和練習(xí)，但有時(shí)可以實(shí)現(xiàn)某些梯形圖不能實(shí)現(xiàn)的功能。

3.功能塊圖語(yǔ)言

功能塊圖語(yǔ)言是與數(shù)字邏輯電路類似的一種PLC編程語(yǔ)言。功能塊圖使用類似于布爾代數(shù)的圖形邏輯符號(hào)來(lái)表示控制邏輯，一些復(fù)雜的功能用指令框表示，適合于有數(shù)字電路基礎(chǔ)的編程人員使用。功能塊圖用類似于與門、或門的框圖來(lái)表示邏輯運(yùn)算關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量，輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運(yùn)算，方框用“導(dǎo)線”連在一起，信號(hào)自左向右。采用功能塊圖的形式來(lái)表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能。

功能模塊圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的特點(diǎn)是：以功能模塊為單位，分析理解控制方案簡(jiǎn)單容易；功能模塊是用圖形的形式表達(dá)功能，直觀性強(qiáng)，對(duì)于具有數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)人員很容易掌握編程；對(duì)規(guī)模大、控制邏輯關(guān)系復(fù)雜的控制系統(tǒng)，由于功能模塊圖能夠清楚表達(dá)功能關(guān)系，使編程調(diào)試時(shí)間大大減少。圖1-14所示為與圖1-13對(duì)應(yīng)的功能塊圖語(yǔ)言。圖1-14功能塊圖

4.順序功能圖語(yǔ)言

順序功能流程圖語(yǔ)言是為了滿足順序邏輯控制而設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言。編程時(shí)將順序流程動(dòng)作的過(guò)程分成步和轉(zhuǎn)換條件，根據(jù)轉(zhuǎn)換條件對(duì)控制系統(tǒng)的功能流程順序進(jìn)行分配，一步一步地按照順序動(dòng)作。每一步代表一個(gè)控制功能任務(wù)，用方框表示。在方框內(nèi)含有用于完成相應(yīng)控制功能任務(wù)的梯形圖邏輯。這種編程語(yǔ)言使程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀及維護(hù)，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調(diào)試時(shí)間，用于系統(tǒng)規(guī)模較大，程序關(guān)系較復(fù)雜的場(chǎng)合。圖1-15是一個(gè)簡(jiǎn)單的順序功能流程圖編程語(yǔ)言的示意圖。圖1-15順序功能流程圖編程語(yǔ)言

5.結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言

結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言是用結(jié)構(gòu)化的描述文本來(lái)描述程序的一種編程語(yǔ)言。它是類似于高級(jí)語(yǔ)言的一種編程語(yǔ)言，常采用結(jié)構(gòu)化文本來(lái)描述控制系統(tǒng)中各個(gè)變量的關(guān)系，主要用于其他編程語(yǔ)言較難實(shí)現(xiàn)的用戶程序編制。

大多數(shù)PLC制造商采用的結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言與BASIC語(yǔ)言、PASCAL語(yǔ)言或C語(yǔ)言等高級(jí)語(yǔ)言相類似，但為了應(yīng)用方便，在語(yǔ)句的表達(dá)方法及語(yǔ)句的種類等方面都進(jìn)行了簡(jiǎn)化。

結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言的特點(diǎn)：采用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行編程，可以完成較復(fù)雜的控制運(yùn)算；需要有一定的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言的知識(shí)和編程技巧，對(duì)工程設(shè)計(jì)人員要求較高；直觀性和操作性較差。

一個(gè)起保停梯形圖，用語(yǔ)句表表示如下：

LDSTART

OLAMP

ANSTOP

=LAMP

用ST(結(jié)構(gòu)化文本)表示就是：

LAMP:=(STARTORLAMP)ANDNOT(LAMP)第2章西門子S7-200PLC的硬件系統(tǒng)2.1西門子PLC簡(jiǎn)介2.2S7-200系統(tǒng)的基本構(gòu)成2.3S7-200PLC的編程元件及尋址方式

2.1西門子PLC簡(jiǎn)介

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，是世界上著名的研發(fā)和制造PLC的公司。該公司在1973年就研制成功了歐洲第一臺(tái)PLC。第一代SIMATICS3系列PLC控制系統(tǒng)于1975年成功投放市場(chǎng)。1979年，微處理器技術(shù)被應(yīng)用到可編程控制器中，產(chǎn)生了SIMATICS5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。

西門子公司的PLC系列產(chǎn)品以其可靠性高，功能強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)在我國(guó)得到了十分廣泛的應(yīng)用。無(wú)論是單機(jī)控制還是復(fù)雜系統(tǒng)的控制，在各個(gè)行業(yè)中，都能從西門子系列PLC產(chǎn)品中選到滿足生產(chǎn)需求或符合自動(dòng)控制要求的型號(hào)。另外，近年來(lái)隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，西門子公司的PLC產(chǎn)品在功能模板、人機(jī)界面、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、軟件應(yīng)用等方面也迅速發(fā)展，使PLC控制系統(tǒng)的智能化越來(lái)越高，設(shè)計(jì)和操作越來(lái)越簡(jiǎn)單。

最新的SIMATIC產(chǎn)品為SIMATICS7、M7和C7等幾大系列。SIMATICS7-200系列屬于小型可編程控制器，發(fā)展至今，大致經(jīng)歷了兩代。第一代產(chǎn)品的CPU模塊為CPU21X，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：CPU212，CPU214，CPU215和CPU216，本書對(duì)第一代PLC產(chǎn)品不作具體介紹。第二代產(chǎn)品的CPU模塊為CPU22X，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：CPU221，CPU222，CPU224和CPU226。其中，除CPU221之外，其他都可加擴(kuò)展模塊。

2.2S7-200系統(tǒng)的基本構(gòu)成西門子S7-200是一款整體結(jié)構(gòu)式小型PLC，具有性能價(jià)格比高、功能豐富的特點(diǎn)，可以根據(jù)控制規(guī)模大小選擇主機(jī)CPU的型號(hào)。主機(jī)本身包含一定數(shù)量的I/O端口，當(dāng)主機(jī)功能不夠用時(shí)還可以進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展模塊包括數(shù)字量擴(kuò)展模塊、模擬量擴(kuò)展模塊、通信模塊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模塊、人機(jī)界面等。圖2-1所示為S7-200的基本構(gòu)成。S7-200系列PLC主機(jī)可以單機(jī)運(yùn)行，也可以連接擴(kuò)展功能模塊后運(yùn)行，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)也可以組成上下位機(jī)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。圖2-1S7-200的基本構(gòu)成

S7-200的CPU單元包括中央處理器、存儲(chǔ)器、集成電源和輸入/輸出(I/O)點(diǎn)等，它們被封裝在一個(gè)緊湊的外殼內(nèi)，如圖2-2所示。

圖2-2S7-200外觀示意圖

圖2-2中，頂部端子蓋內(nèi)是電源及輸出端子；底部端子蓋內(nèi)是輸入端子及直流24?V電源；中部右側(cè)前蓋內(nèi)是模式選擇開(kāi)關(guān)(RUN/STOP)、模擬調(diào)節(jié)電位器和擴(kuò)展I/O接口(PLC主機(jī)與輸入、輸出擴(kuò)展模塊的接口，用于擴(kuò)展系統(tǒng)，主機(jī)與擴(kuò)展模塊之間由導(dǎo)軌固定，并用擴(kuò)展電纜連接，如圖2-3所示)；左側(cè)是運(yùn)行狀態(tài)指示燈LED(顯示CPU的工作方式、本機(jī)I/O的狀態(tài)、系統(tǒng)錯(cuò)誤狀態(tài))、存儲(chǔ)卡及通信接口(PLC主機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話、機(jī)機(jī)對(duì)話的通道，實(shí)現(xiàn)PLC與上位計(jì)算機(jī)的連接，以及PLC與PLC、編程器、彩色圖形顯示器、打印機(jī)等外部設(shè)備的連接)。

圖2-3擴(kuò)展單元安裝

2.2.1主機(jī)單元

西門子CPU模塊為CPU22X，有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元：CPU221、CPU222、CPU224和CPU226。除CPU221之外，其他都可加擴(kuò)展模塊。圖2-4所示為CPU224主機(jī)單元外形。圖2-4CPU224主機(jī)單元外形

1.主機(jī)簡(jiǎn)介

(1)?CPU221：主機(jī)集成6輸入/4輸出共10點(diǎn)數(shù)字量I/O，無(wú)I/O擴(kuò)展能力；具有6?KB程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，4個(gè)獨(dú)立的30?kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20?kHz高速脈沖輸出；1個(gè)RS485通信/編程口；具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力。CPU221適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。

(2)?CPU222：主機(jī)集成8輸入/6輸出共14個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接2個(gè)擴(kuò)展模塊；具有6?KB程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，4個(gè)獨(dú)立的30?kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20?kHz高速脈沖輸出，1個(gè)RS485通信/編程口；具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力。它非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。

(3)?CPU224：主機(jī)集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)；具有13?KB程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的30?kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20?kHz高速脈沖輸出，PID控制器，1個(gè)RS485通信/編程口；具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力；I/O端子排可很容易地整體拆卸。它是具有較強(qiáng)控制能力的控制器。

(4)?CPU224XP：主機(jī)集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，2輸入/1輸出共3個(gè)模擬量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或38路模擬量I/O點(diǎn)；具有20?KB程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的高速計(jì)數(shù)器(100?kHz)，2個(gè)100?kHz的高速脈沖輸出，2個(gè)RS485通信/編程口；具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力；新增了多種功能，如內(nèi)置模擬量I/O，位控特性，自整定PID功能，線性斜坡脈沖指令，診斷LED，數(shù)據(jù)記錄及配方功能等。它是具有模擬量I/O和強(qiáng)大控制能力的新型CPU。

(5)?CPU226：主機(jī)集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)；具有13?KB程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的30?kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20?kHz高速脈沖輸出，PID控制器，2個(gè)RS485通信/編程口；具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力；I/O端子排可很容易地整體拆卸。CPU226用于有較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)、更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力、更快的運(yùn)行速度和更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能，適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。

2.性能指標(biāo)

S7-200的性能指標(biāo)主要包括外形、功耗、輸入/輸出特性、指令系統(tǒng)、執(zhí)行速度、存儲(chǔ)容量等，具體參見(jiàn)表2-1，訂貨號(hào)參見(jiàn)表2-2。

3.輸入/輸出端子接線

數(shù)字量輸入與直流電源的接線如圖2-5所示。圖2-5中，1M為輸入的公共端，輸入信號(hào)可以與電源正相接，也可以與電源負(fù)相接。圖2-5數(shù)字量輸入與電源之間的接線

輸出端子和負(fù)載電源之間的連接與輸出模塊的類型有關(guān)。圖2-6為晶體管類型輸出模塊端子接線，電源極性只能按圖中那樣接線，不能更改。圖2-7為CPU224XPSi晶體管類型的接線圖，輸出的為負(fù)極，電源極性不能相反。圖2-8為繼電器類型輸出模塊端子接線，交直流電源都可以，其電源極性與端子連接時(shí)沒(méi)有要求，采用直流電源時(shí)可以正極連接，也可以負(fù)極連接。圖2-6晶體管類型輸出模塊端子接線圖2-7CPU224XPSi晶體管類型輸出模塊端子接線圖2-8繼電器類型輸出模塊端子接線

圖2-9為CPU224端子接線圖，圖2-10為CPU226端子接線圖。下面以圖2-10為例介紹端子接線情況。圖2-9CPU224端子接線圖圖2-10CPU226端子接線圖

2.2.2擴(kuò)展模塊

S7-200系列PLC可以連接的擴(kuò)展模塊(除CPU221外)主要有數(shù)字量輸入/輸出(DI/DO)模塊、模擬量輸入/輸出(AI/AO)模塊、通信模塊和特殊功能模塊等4類。擴(kuò)展單元沒(méi)有CPU，作為基本單元輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)充，只能與基本單元連接使用，不能單獨(dú)使用。連接時(shí)CPU模塊放在最左側(cè)，擴(kuò)展模塊用扁平電纜與左側(cè)的模塊相連。用戶可根據(jù)不同的控制需求選用具有不同功能的擴(kuò)展模塊。CPU221不能連接擴(kuò)展模

1.擴(kuò)展模塊(DI/DO)

數(shù)字量擴(kuò)展模塊主要有數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊EM221、數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊EM222和數(shù)字量輸入/輸出擴(kuò)展模塊EM223，如表2-3所示。

數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊EM221有3種：8點(diǎn)直流數(shù)字量24?V輸入，16點(diǎn)直流數(shù)字量24?V輸入，8點(diǎn)交直流通用輸入。直流輸入時(shí)電源可接24?V，交流輸入時(shí)電源可直接接220?V。圖2-11(a)所示為8數(shù)字量直流輸入端子接線圖。圖中8個(gè)數(shù)字量輸入端子分成2組，1M、2M分別是2組輸入點(diǎn)內(nèi)部電路的公共端，每組需用戶提供一個(gè)24?VDC電源。圖2-11(b)所示為16數(shù)字量直流輸入端子接線圖。圖2-11(c)所示為8交流量輸入模塊端子接線圖，圖中有8個(gè)分隔式數(shù)字量輸入端子，每個(gè)輸入點(diǎn)都占用2個(gè)接線端子，它們各自使用1個(gè)獨(dú)立的交流電源(由用戶提供)，這些交流電源的電壓等級(jí)可以不同。圖2-11EM221端子接線圖

數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊EM222有5種，即4點(diǎn)直流24?V數(shù)字量輸出，4點(diǎn)繼電器輸出，8點(diǎn)直流24?V數(shù)字量輸出，8點(diǎn)繼電器輸出，8點(diǎn)光電隔離晶閘管輸出，其接線圖如圖2-12所示。圖2-12EM222端子接線圖

數(shù)字量輸入/輸出模塊EM223有6種，即4點(diǎn)、8點(diǎn)、16點(diǎn)直流數(shù)字量24?V輸入/4點(diǎn)、8點(diǎn)、16點(diǎn)直流數(shù)字量24?V輸出，4點(diǎn)、8點(diǎn)、16點(diǎn)直流數(shù)字量24?V輸入/4點(diǎn)、8點(diǎn)、16點(diǎn)繼電器輸出，如圖2-13所示。圖2-13EM223端子接線圖圖2-13EM223端子接線圖(c)?8點(diǎn)直流數(shù)字量24?V輸入/8點(diǎn)直流數(shù)字量24?V輸出數(shù)字量端子接線圖圖2-13EM223端子接線圖(d)?8點(diǎn)直流數(shù)字量24?V輸入/8點(diǎn)繼電器輸出端子接線圖圖2-13EM223端子接線圖(e)?16點(diǎn)直流數(shù)字量24?V輸入/16點(diǎn)直流數(shù)字量24?V輸出數(shù)字量端子接線圖圖2-13EM223端子接線圖(f)?16點(diǎn)直流數(shù)字量24?V輸入/16點(diǎn)繼電器輸出端子接線圖

2.模擬量擴(kuò)展模塊

當(dāng)被控對(duì)象是模擬量時(shí)，如溫度、壓力、流量、液位等，就需要將模擬量采集后通過(guò)PLC的模擬量擴(kuò)展模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送給PLC，PLC處理后的結(jié)果再通過(guò)模擬量擴(kuò)展模塊將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量送給控制對(duì)象。模擬量擴(kuò)展模塊主要有：模擬輸入模塊EM231、模擬量輸出模塊EM232和模擬量輸入/輸出模塊EM235。

1)模擬量擴(kuò)展模塊的地址和技術(shù)參數(shù)

PLC主機(jī)單元的I/O地址是固定的，進(jìn)行擴(kuò)展后擴(kuò)展模塊I/O地址由擴(kuò)展模塊在主機(jī)單元右側(cè)的位置決定。模擬量擴(kuò)展模塊是按偶數(shù)分配地址。

模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊的技術(shù)參數(shù)參見(jiàn)表2-4和表2-5。

2)模擬量輸入模塊

模擬輸入模塊EM231有3種類型：4點(diǎn)12位模擬量輸入，輸入量程可以是電流4～20?mA、電壓0～5?V、0～10?V、±5?V、±10?V等；2點(diǎn)12位熱電阻輸入，4點(diǎn)12位熱電偶輸入。

(1)模擬量輸入模塊數(shù)據(jù)格式。模擬量輸入模塊的輸入信號(hào)經(jīng)模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量數(shù)據(jù)值是12位二進(jìn)制數(shù)。數(shù)據(jù)值的12位在CPU中的存放格式如圖2-14所示。圖2-14模擬量輸入數(shù)據(jù)格式

(2)?EM231模擬量輸入模塊。EM231端子接線圖如圖2-15所示，上部輸入端子共有12個(gè)，每3個(gè)點(diǎn)為一組，共4組。每組可作為一路模擬量的輸入通道(電壓信號(hào)或電流信號(hào))，電壓信號(hào)用兩個(gè)端子(A+、A-)，電流信號(hào)用3個(gè)端子(RC，C+，C-)，其中RC與C+端子短接。未用的輸入通道應(yīng)短接(B+、B-)。圖2-15EM231端子接線圖

(3)?EM231熱電偶輸入模塊。EM231熱電偶模塊提供了7種連接和使用方便且?guī)Ц綦x的熱電偶接口，可接熱電偶類型有J、K、E、N、S、T和R。它可以使S7-200能連接低電平模擬信號(hào)，測(cè)量范圍為?±80?mV。所有連接到該模塊的熱電偶都必須是同一類型的。熱電偶輸入模塊接線如圖2-16所示。圖2-16熱電偶輸入端子接線圖

(4)?EM231熱電阻輸入模塊。EM231熱電阻模塊為S7-200連接各種型號(hào)的熱電阻提供了接口，它允許S7-200測(cè)量三個(gè)不同的電阻范圍，連接的熱電阻有4種類型(Pt、Cu、Ni、和電阻)，但連接到模塊的熱電阻必須是相同的類型。為了達(dá)到最大的測(cè)量精度和重復(fù)性，西門子公司建議，S7-200RTD模塊要安裝在環(huán)境溫度穩(wěn)定的地方。熱電阻輸入模塊接線如圖2-17所示。

EM231熱電阻模塊使用DIP開(kāi)關(guān)，可以選擇熱電阻的類型、接線方式、溫度測(cè)量范圍。DIP開(kāi)關(guān)位于模塊底部，如圖2-17所示。圖2-17熱電阻輸入模塊接線圖

3)模擬量輸出模塊

模擬輸出模塊EM232是2點(diǎn)12位模擬量輸出，輸出電壓為0～10?V，電流為0～20?mA。模擬量輸出模塊數(shù)據(jù)格式如圖2-18所示，端子接線圖如圖2-19所示。圖2-18模擬量輸出數(shù)據(jù)格式圖2-19EM232端子接線圖

4)模擬量輸入/輸出模塊

模擬輸入/模擬量輸出EM235有4點(diǎn)模擬輸入，1點(diǎn)模擬量輸出。輸入電壓量程為0～1?V、0～5?V、0～10?V、0～500?mV、0～100?mV、0～50?mV、±25?mV、±50?mV、±100?mV、±500?mV、±1?V、±2.5?V、±5?V、±10?V等，輸入電流量程為0～20?mA。模擬量輸出電壓0～10?V，電流0～20?mA。圖2-20所示為EM235結(jié)構(gòu)示意圖，圖2-21為EM235端子接線圖。EM235的DIP設(shè)置開(kāi)關(guān)作用是選擇模擬量量程和精度。圖2-20EM235結(jié)構(gòu)示意圖圖2-21EM235端子接線圖

3.其他特殊功能模塊

(1)調(diào)制解調(diào)器EM241模塊。

(2)?PROFIBUS-DPEM277模塊。

(3)工業(yè)以太網(wǎng)模塊CP243-1。

(4)位置控制模塊EM253。

2.3S7-200PLC的編程元件及尋址方式2.3.1編程元件編程元件是從編程的角度對(duì)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行表述，PLC中編程元件沿用了傳統(tǒng)繼電接觸控制系統(tǒng)中繼電器的稱謂，并根據(jù)其功能分成輸入繼電器(輸入映像)I、輸出繼電器(輸出映像)Q、中間繼電器M、定時(shí)器T、計(jì)數(shù)器C、局部數(shù)據(jù)L和累加器AC等，其中S7-200PLC還有全局變量存儲(chǔ)器V、特殊中間繼電器SM、模擬量輸入輸出AWI與AWQ。雖然編程元件的稱謂是繼電器，編程應(yīng)用時(shí)比較直觀，但實(shí)質(zhì)上它們是PLC存儲(chǔ)區(qū)中的存儲(chǔ)單元，是一種“軟”器件。

1.輸入繼電器(I)

每個(gè)輸入繼電器對(duì)應(yīng)PLC輸入映像寄存器的一位，也對(duì)應(yīng)一個(gè)輸入端子，用來(lái)接收開(kāi)關(guān)量信號(hào)。圖2-22所示圖2-22輸入繼電器等效示意圖

2.輸出繼電器(Q)

每個(gè)輸出繼電器對(duì)應(yīng)PLC輸出映像寄存器的一位，也對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出端子，用來(lái)把PLC程序的執(zhí)行結(jié)果送到輸出端，來(lái)達(dá)到控制外部負(fù)載的目的。圖2-23為輸出繼電器等效示意圖，圖中輸出繼電器Q0.0的線圈受程序執(zhí)行結(jié)果的驅(qū)動(dòng)，當(dāng)Q0.0線圈帶電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)打開(kāi)，這些觸點(diǎn)不能驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，只能在程序中使用，使用次數(shù)沒(méi)有限制。圖2-23輸出繼電器等效示意圖

3.通用輔助繼電器(M)

通用輔助繼電器(中間繼電器)又稱內(nèi)部位存儲(chǔ)器，相當(dāng)于繼電接觸控制系統(tǒng)中的中間繼電器。通用輔助繼電器的線圈的通斷電只能根據(jù)程序指令執(zhí)行結(jié)果來(lái)決定，線圈帶電后，其觸點(diǎn)動(dòng)作，觸點(diǎn)有無(wú)數(shù)對(duì)可以使用，但其觸點(diǎn)不能驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。通用輔助繼電器與PLC位存儲(chǔ)區(qū)中的寄存器對(duì)應(yīng)，一般按“字節(jié).位”的編址方式來(lái)讀取繼電器的狀態(tài)，但也能以字節(jié)、字、雙字為單位使用。中間繼電器在程序中常常作為中間變量，也可以定義或組態(tài)為標(biāo)志位。

4.特殊輔助繼電器(SM)

特殊輔助繼電器是具有特殊功能或用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)的狀態(tài)變量和有關(guān)控制信息的輔助繼電器，特殊輔助繼電器能以位、字節(jié)、字或雙字來(lái)存取，常用的特殊存儲(chǔ)器的用途如下。

5.定時(shí)器(T)

定時(shí)器類似于繼電器接觸控制系統(tǒng)中的時(shí)間繼電器，但它的精度更高，定時(shí)精度(時(shí)基增量)分為1?ms、10?ms和100?ms三種。定時(shí)器的類型有接通延時(shí)、斷開(kāi)延時(shí)和保持型通電延時(shí)等，每個(gè)定時(shí)器可提供無(wú)數(shù)對(duì)常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)供編程使用。與定時(shí)器相關(guān)的有兩個(gè)變量，一個(gè)是定時(shí)器的位，一個(gè)是定時(shí)器的當(dāng)前值(長(zhǎng)度為字)。定時(shí)器在工作前需要提前輸入設(shè)定值，工作時(shí)當(dāng)前值從0按照一定的時(shí)間單位增加，當(dāng)當(dāng)前值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，定時(shí)器的位被置“1”，定時(shí)器的觸點(diǎn)動(dòng)作。定時(shí)器的當(dāng)前值和位是通過(guò)定時(shí)器號(hào)(地址)來(lái)進(jìn)行存取的，如圖2-24所示。圖2-24定時(shí)器

6.計(jì)數(shù)器(C)

計(jì)數(shù)器用來(lái)對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖的有效沿是脈沖的上升沿，計(jì)數(shù)的方式有加計(jì)數(shù)、減計(jì)數(shù)和加/減計(jì)數(shù)3種方式，每個(gè)計(jì)數(shù)器也可提供無(wú)數(shù)對(duì)常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)供編程使用。和定時(shí)器一樣，與計(jì)數(shù)器相關(guān)的有兩個(gè)變量，一個(gè)是計(jì)數(shù)器的位，一個(gè)是計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值(長(zhǎng)度為字)。計(jì)數(shù)器在工作前需要提前輸入設(shè)定值，工作時(shí)當(dāng)前值從0按照脈沖上升沿的個(gè)數(shù)進(jìn)行累計(jì)，當(dāng)當(dāng)前值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，定時(shí)器的位被置“1”，計(jì)數(shù)器的觸點(diǎn)動(dòng)作。計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值和位是通過(guò)計(jì)數(shù)器號(hào)(地址)來(lái)進(jìn)行存取的，如圖2-25所示。圖2-25計(jì)數(shù)器

7.全局變量存儲(chǔ)器(V)

全局變量存儲(chǔ)器是S7-200獨(dú)有的存儲(chǔ)空間，經(jīng)常用來(lái)保存邏輯操作的中間結(jié)果。所有的V存儲(chǔ)區(qū)域都是斷電保持的。有時(shí)會(huì)用V區(qū)的部分空間存放一些系統(tǒng)參數(shù)，這時(shí)用戶程序就不能再訪問(wèn)那些空間。在V區(qū)還可以創(chuàng)建數(shù)據(jù)塊DB。數(shù)據(jù)塊DB是用戶自定義的變量，存放程序數(shù)據(jù)信息，可分為共享數(shù)據(jù)塊DB(可被所有邏輯塊公用)或背景數(shù)據(jù)塊DI(被功能塊特定占用)?？梢园次?、字節(jié)、字、雙字來(lái)存取V存儲(chǔ)器。

8.局部變量存儲(chǔ)器(L)

局部變量存儲(chǔ)器是在塊或子程序運(yùn)行時(shí)使用的臨時(shí)變量。局部變量使用前需要在塊或子程序的變量聲明表中聲明。局部變量為塊或子程序提供傳送參數(shù)和存放中間結(jié)果的臨時(shí)存儲(chǔ)空間。塊或子程序執(zhí)行結(jié)束后，局部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間將可以重新分配，用于作為其他塊或子程序的臨時(shí)變量。

9.順序控制繼電器(S)

順序控制繼電器是使用步進(jìn)順序控制指令編程時(shí)的重要狀態(tài)元件，通常與步進(jìn)指令一起使用以實(shí)現(xiàn)順序功能流程圖的編程。順序控制繼電器一般按“字節(jié).位”的編址方式來(lái)讀取繼電器的狀態(tài)，也可以按字節(jié)、字或雙字來(lái)存取。順序控制繼電器的地址編號(hào)范圍為S0.0～S31.7。

10.累加器(AC)

累加器是程序運(yùn)行中重要的寄存器，用它可把參數(shù)傳給子程序或任何帶參數(shù)的指令和指令塊，以及用來(lái)存儲(chǔ)計(jì)算的中間值。此外，PLC在響應(yīng)外部或內(nèi)部的中斷請(qǐng)求而調(diào)用中斷服務(wù)程序時(shí)，累加器中的數(shù)據(jù)是不會(huì)丟失的，即PLC會(huì)將其中的內(nèi)容壓入堆棧。但應(yīng)注意，不能利用累加器進(jìn)行主程序和中斷服務(wù)子程序之間的參數(shù)傳遞。CPU提供了4個(gè)32位累加器(AC0、AC1、AC2、AC3)，可以按字節(jié)、字或雙字來(lái)存取累加器中的數(shù)值。按字節(jié)、字來(lái)存取累加器只能使用存于存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)的低8位或低16位，按雙字來(lái)存取累加器可以使用全部32位，存取數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度由所用指令決定。

11.高速計(jì)數(shù)器(HC)

高速計(jì)數(shù)器與一般計(jì)數(shù)器不同，一般計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率受掃描周期的影響，不能太高，而高速計(jì)數(shù)器可用來(lái)累計(jì)比CPU的掃描速度更快的頻率。高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值是一個(gè)雙字長(zhǎng)(32位)的整數(shù)，且為只讀值。高速計(jì)數(shù)器的地址編號(hào)范圍根據(jù)CPU的型號(hào)有所不同，CPU221/222各有4個(gè)高速計(jì)數(shù)器，CPU224/226各有6個(gè)高速計(jì)數(shù)器，編號(hào)為HC0～HC5。

12.模擬量輸入寄存器(AI)/模擬量輸出(AQ)

S7-200將實(shí)際系統(tǒng)中的模擬量輸入值(如溫度或電壓)轉(zhuǎn)換成1個(gè)字長(zhǎng)(16位)的數(shù)字量，存入模擬量輸入映像寄存器區(qū)域?？梢杂脜^(qū)域標(biāo)識(shí)符(AI)、及數(shù)據(jù)長(zhǎng)度(W)及字節(jié)的起始地址來(lái)存取這些值。在PLC內(nèi)的數(shù)字量字長(zhǎng)為16位，即兩個(gè)字節(jié)，由于模擬輸入量為1個(gè)字長(zhǎng)，所以必須用偶數(shù)字節(jié)地址(如AIW0、AIW2、AIW4)來(lái)存取這些值，模擬量輸入值為只讀數(shù)據(jù)。

S7-200內(nèi)部可編程元件的點(diǎn)數(shù)如表2-7所示。

2.3.2尋址方式

1.數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)范圍

S7-200支持的數(shù)據(jù)類型主要有布爾型、字節(jié)型、字型、雙字型、整型、雙整型和實(shí)數(shù)型等幾種。

1)布爾型(BOOL)

布爾型數(shù)據(jù)也稱為位數(shù)據(jù)(bit，b)，數(shù)據(jù)范圍只有兩個(gè)值：0或1。例如，I0.0、Q0.1、M0.0、V0.1等都代表位數(shù)據(jù)，它們的狀態(tài)只有0和1兩種。

2)字節(jié)型(Byte)

一個(gè)字節(jié)(Byte，B)等于8位(bit)，其中0位為最低位，7位為最高位，如IB0(包括I0.0～I(xiàn)0.7位)、QB0(包括Q0.0～Q0.7位)、MB0、VB0等。數(shù)據(jù)范圍為00～FF(十進(jìn)制的0～255)。

3)字型(Word)

相鄰的兩字節(jié)(Byte)組成一個(gè)字(Word，W)，來(lái)表示一個(gè)無(wú)符號(hào)數(shù)，字長(zhǎng)為16位。例如，MW0是由MB0和MB1組成的，其中M是存儲(chǔ)區(qū)域標(biāo)識(shí)符，W表示字，0是字的起始字節(jié)。需要注意的是，字的起始字節(jié)(如上例中的“0”)一般是偶數(shù)。字的數(shù)據(jù)范圍為十六進(jìn)制的0000～FFFF(即十進(jìn)制的0～65?536)。在編程時(shí)要注意，如果已經(jīng)用了MW0，如再用M0.0等數(shù)據(jù)要特別注意它們的關(guān)系。

4)雙字型(DoubleWord)

相鄰的兩個(gè)字(Word)組成一個(gè)雙字(DoubleWord，DW)，來(lái)表示一個(gè)無(wú)符號(hào)數(shù)，雙字長(zhǎng)為32位。如：MD100是由MW100和MW102組成的，其中M是區(qū)域標(biāo)識(shí)符，D表示雙字，100是雙字的起始字節(jié)。需要注意的是，雙字的起始字節(jié)(如上例中的“100”)和字一樣，一般是偶數(shù)。雙字的范圍為十六進(jìn)制的0～FFFFFFFF(即十進(jìn)制的0～4?294?967?295)。在編程時(shí)，如果已經(jīng)用了MD100，如再用MW100或MW102要特別加以注意。字節(jié)、字、雙字的格式如圖2-26所示。圖2-26字節(jié)、字、雙字的格式

5)?16位整數(shù)型(Integer，INT)

整型數(shù)據(jù)為有符號(hào)數(shù)，最高位為符號(hào)位，1表示負(fù)數(shù)，0表示正數(shù)。數(shù)據(jù)范圍為?-32?768～32?767。

6)?32位整數(shù)型(DoubleInteger，DINT)

32位整數(shù)型和16位整數(shù)型數(shù)據(jù)一樣，為有符號(hào)數(shù)，最高位為符號(hào)位，1表示負(fù)數(shù)，0表示正數(shù)。數(shù)據(jù)范圍為?-2?147?483?648～2?147?483?647。

7)浮點(diǎn)數(shù)型(Real，R)

浮點(diǎn)數(shù)型也稱為實(shí)數(shù)型，是一個(gè)32位數(shù)據(jù)，可以用來(lái)表示小數(shù)?？梢员硎緸?.m??2E，標(biāo)準(zhǔn)格式的浮點(diǎn)數(shù)的最高位為符號(hào)位，指數(shù)e?=?E?+?127為8位正整數(shù)。第0～22位是尾數(shù)的小數(shù)部分m，第23～30位是指數(shù)部分e。在編程軟件中，用小數(shù)表示浮點(diǎn)數(shù)，浮點(diǎn)數(shù)的精度相當(dāng)于7位十進(jìn)制數(shù)。浮點(diǎn)數(shù)格式如圖2-27所示。圖2-27浮點(diǎn)數(shù)格式

2.常數(shù)

S7-200的許多指令中常會(huì)使用常數(shù)。常數(shù)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可以是字節(jié)、字或雙字。CPU以二進(jìn)制的形式存儲(chǔ)常數(shù)，書寫常數(shù)可以用二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制、ASCII碼或?qū)崝?shù)等多種形式。

3.編址方式

PLC訪問(wèn)編程元件時(shí)，實(shí)質(zhì)上是訪問(wèn)存儲(chǔ)器中的某個(gè)存儲(chǔ)單元，S7-200中每個(gè)編程元件都有一個(gè)固定的存儲(chǔ)單元與之對(duì)應(yīng)，存儲(chǔ)單元的地址編號(hào)是固定的，存儲(chǔ)單元的編址方式一般為：區(qū)域標(biāo)志符.數(shù)據(jù)類型.字節(jié)號(hào).位號(hào)。

4.尋址方式

S7-200中尋址是指找到數(shù)據(jù)存放的存儲(chǔ)單元的地址，根據(jù)存取方式一般分為直接尋址和間接尋址。

1)直接尋址

直接給出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)對(duì)象的區(qū)域符(I、Q、M、V、T、C等)及器件的序號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)的方式稱為數(shù)據(jù)的直接尋址，即在程序中直接使用編程元件的名稱和地址，根據(jù)變量名直接獲取數(shù)據(jù)。S7-200中編程元件的信息存取大多都是直接尋址，根據(jù)編程元件的編制方式不同，直接尋址中又可分為位尋址、字節(jié)尋址、字尋址和雙字尋址等，如圖2-28所示。圖2-28不同位數(shù)的數(shù)據(jù)尋址方式

2)間接尋址

尋址時(shí)不是直接使用編程元件名稱和地址，而是在指令中給出地址指針，通過(guò)地址指針間接地訪問(wèn)想要訪問(wèn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或者數(shù)據(jù)對(duì)象區(qū)，這就是間接尋址。間接尋址方式可尋址的區(qū)域有：輸入映像存儲(chǔ)區(qū)I、輸出映像存儲(chǔ)區(qū)Q、輔助繼電器區(qū)M、全局變量存儲(chǔ)區(qū)V、定時(shí)器區(qū)(當(dāng)前值)T、計(jì)數(shù)器區(qū)(當(dāng)前值)C和數(shù)據(jù)塊D，對(duì)獨(dú)立的位值和模擬量數(shù)據(jù)不能進(jìn)行間接尋址。

間接尋址的過(guò)程如下所述。

(1)建立指針。

為了生成指針，必須使用雙字傳送指令(MOVD)，將存儲(chǔ)器某個(gè)位置的地址移入另一存儲(chǔ)器或累加器作為指針。在S7-200中指令的輸入操作數(shù)必須使用“&”符號(hào)表示某一位值的地址，而不是它的值，把從指針處取出的數(shù)值傳送到指令輸出操作數(shù)標(biāo)識(shí)的位置。

(2)使用指針來(lái)存取數(shù)據(jù)。在操作數(shù)前面加“*”號(hào)來(lái)表示該操作數(shù)為一個(gè)指針。如圖2-29所示，AC1為一個(gè)字長(zhǎng)的指針，存放VW200的起始地址。AC1作為指針指向的數(shù)據(jù)，取出后存放在AC0中。圖2-29使用指針間接尋址

(3)修改指針。進(jìn)行連續(xù)數(shù)據(jù)的存取時(shí)，可以改變指針的值，方便地存取相鄰的數(shù)據(jù)。由于指針為32位的值，所以使用雙字指令來(lái)修改指針值。簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算指令，如加法或自增指令，可用于修改指針值。修改指針時(shí)要注意調(diào)整存取的數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度：當(dāng)存取字節(jié)時(shí)，指針值最少加1；當(dāng)存取一個(gè)字、定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值時(shí)，指針值最少加2；當(dāng)存取雙字時(shí)，指針值最少加4，如圖2-30所示。圖2-30修改指針間接尋址

2.3.3擴(kuò)展模塊的尋址

1.輸入/輸出接點(diǎn)的擴(kuò)展規(guī)則

(1)基本模塊所連接的擴(kuò)展模塊數(shù)量不能超過(guò)其所允許連接的擴(kuò)展模塊數(shù)。

(2)連接的所有擴(kuò)展模塊消耗的總電流不能超過(guò)基本模塊在直流5?V下提供的最大擴(kuò)展電流。

(3)擴(kuò)展后總的輸入/輸出接點(diǎn)數(shù)不能超出基本模塊輸入/輸出映像寄存器的尋址范圍。輸入/輸出模塊按照安裝的順序進(jìn)行順序編址。

(4)數(shù)字量輸入/輸出模塊必須按照字節(jié)進(jìn)行編址，即按8點(diǎn)來(lái)分配地址。

(5)模擬量輸入/輸出模塊則按照字進(jìn)行編址，以2點(diǎn)或2個(gè)通道(2個(gè)字)遞增方式來(lái)分配空間，本模塊中未使用的通道地址不能被后續(xù)的同類模塊繼續(xù)使用，后續(xù)的地址排序必須從新的2個(gè)字以后的地址開(kāi)始。

表2-8為S7-200CPU22X系列PLC主機(jī)單元能擴(kuò)展的模塊數(shù)量和擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)。主機(jī)電源提供的最大電流和擴(kuò)展模塊電流消耗參見(jiàn)表2-9(DC5?V電源為主機(jī)和擴(kuò)展模塊提供工作電源，擴(kuò)展模塊通過(guò)總線連接器與主機(jī)相連獲取所需的工作電源)。．

2.?S7-200輸入/輸出接點(diǎn)擴(kuò)展實(shí)例

某控制系統(tǒng)基本單元模塊采用CPU224，系統(tǒng)所需的輸入輸出點(diǎn)數(shù)各為：數(shù)字量輸入24點(diǎn)、數(shù)字量輸出20點(diǎn)、模擬量輸入6點(diǎn)、模擬量輸出2點(diǎn)，選擇合適的擴(kuò)展模塊，寫出各模塊的輸入/輸出地址分配表。

本系統(tǒng)可有多種不同模塊的選取組合，如果按照?qǐng)D2-31所示進(jìn)行擴(kuò)展模塊配置和連接，則系統(tǒng)輸入/輸出地址分配表見(jiàn)表2-10。

圖2-31擴(kuò)展模塊位置第3章S7-200PLC編程工具3.1STEP7-Micro/WIN編程系統(tǒng)概述3.2STEP7-Micro/WIN軟件介紹3.3程序編輯、調(diào)試及運(yùn)行3.4西門子S7-200仿真軟件的應(yīng)用

3.1STEP7-Micro/WIN編程系統(tǒng)概述

3.1.1系統(tǒng)硬件連接為了實(shí)現(xiàn)S7-200PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信，西門子公司為用戶提供了兩種硬件連接方式：一種是通過(guò)PC/PPI電纜或PPI多主站電纜直接連接，其價(jià)格便宜，用得最多；另一種是通過(guò)個(gè)人計(jì)算機(jī)中的通信處理器(CP卡)和MPI(多點(diǎn)接口)電纜同PLC進(jìn)行通信連接。

典型的單主機(jī)與PLC直接連接如圖3-1所示。圖3-1典型的單主機(jī)與PLC直接連接

3.1.2PLC編程軟件的安裝

1.系統(tǒng)要求

STEP7-Micro/WIN軟件安裝包是基于Windows的應(yīng)用軟件，4.0版本的軟件安裝與運(yùn)行需要Windows2000/SP3或WindowsXP操作系統(tǒng)。目前SP9的軟件包已經(jīng)完全能夠支持WIN7操作系統(tǒng)的運(yùn)行要求。

2.軟件安裝

STEP7-Micro/WIN軟件的安裝很簡(jiǎn)單，關(guān)閉PC中的所有應(yīng)用程序，并將光盤插入光盤驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入安裝向?qū)?或在光盤目錄里雙擊setup，則進(jìn)入安裝向?qū)?，按照安裝向?qū)瓿绍浖陌惭b。軟件程序安裝路徑可使用默認(rèn)子目錄，也可以點(diǎn)擊“瀏覽”按鈕，在彈出的對(duì)話框中任意選擇或新建一個(gè)新子目錄。

首次運(yùn)行STEP7-Micro/WIN軟件時(shí)系統(tǒng)默認(rèn)語(yǔ)言為英語(yǔ)，可根據(jù)需要修改編程語(yǔ)言。如將英語(yǔ)改為中文，其具體操作如下：運(yùn)行STEP7-Micro/WIN編程軟件，在主界面執(zhí)行菜單Tools→Options→General選項(xiàng)，然后在彈出的對(duì)話框中選擇Chinese即可將英語(yǔ)改為中文，再次起動(dòng)該軟件后中文環(huán)境立即生效。

3.2STEP7-Micro/WIN軟件介紹

3.2.1軟件的基本功能STEP7-Micro/WIN的基本功能可以簡(jiǎn)單地概括為：通過(guò)Windows平臺(tái)用戶自己編制應(yīng)用程序。它的功能可以總結(jié)如下：(1)STEP7-Micro/WIN是在Windows平臺(tái)上運(yùn)行的SIMATICS7-200PLC編程軟件，簡(jiǎn)單、易學(xué)，能夠解決復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)。

(2)適用于所有SIMATICS7-200PLC機(jī)型的軟件編程。

(3)支持梯形圖(LAD)、指令表(STL)和功能塊圖(FBD)等三種編程語(yǔ)言，可以在三者之間隨時(shí)切換。

(4)具有密碼保護(hù)功能。

(5)?STEP7-Micro/WIN提供軟件工具幫助用戶調(diào)試和測(cè)試程序。

(6)指令向?qū)Чδ馨ǎ篜ID自整定界面；PLC內(nèi)置脈沖串輸出(PTO)和脈寬調(diào)制(PWM)指令向?qū)?；?shù)據(jù)記錄向?qū)?；配方向?qū)А?/p>

(7)支持TD200和TD200C文本顯示界面(TD200向?qū)?。

在線與離線的主要區(qū)別是：

(1)聯(lián)機(jī)方式下可直接針對(duì)相連的PLC設(shè)備進(jìn)行操作，如上傳和下載用戶程序和組態(tài)數(shù)據(jù)等。

(2)離線方式下不直接與PLC設(shè)備聯(lián)系，所有程序和參數(shù)都暫時(shí)存放在計(jì)算機(jī)硬盤文件里，待聯(lián)機(jī)后再下載到PLC設(shè)備中。

3.2.2項(xiàng)目及其組件

西門子公司的STEP7-Micro/WIN把每個(gè)實(shí)際的S7-200系統(tǒng)的用戶程序、系統(tǒng)設(shè)置等內(nèi)容保存在一個(gè)項(xiàng)目(Project)文件中，擴(kuò)展名為.mwp。用戶打開(kāi)具有該擴(kuò)展名的文件亦即打開(kāi)了相應(yīng)的工程項(xiàng)目。

起動(dòng)STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件，其主界面外觀如圖3-2所示。圖3-2STEP7-Micro/WINV4.0軟件主界面

1.菜單欄

菜單欄包括文件、編輯、查看、PLC、調(diào)試、工具、窗口、幫助8個(gè)主菜單項(xiàng)。

為了便于讀者充分了解編程軟件功能，更好完成用戶程序開(kāi)發(fā)任務(wù)，下面介紹編程軟件主界面各主菜單的功能及其選項(xiàng)內(nèi)容如下：

(1)文件。(2)編輯。

(3)查看。(4)?PLC。

(5)調(diào)試。(6)工具。

(7)窗口。(8)幫助。

2.工具欄

工具欄提供簡(jiǎn)便的鼠標(biāo)操作，它將最常用的STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件操作以按鈕形式設(shè)定到工具欄。可執(zhí)行菜單“查看”→“工具欄”選項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)顯示或隱藏標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)試、公用和指令工具欄。工具欄及其選項(xiàng)如圖3-3所示。圖3-3工具欄

工具欄可劃分為4個(gè)區(qū)域，下面按區(qū)域介紹各按鈕選項(xiàng)的操作功能。

1)標(biāo)準(zhǔn)工具欄

標(biāo)準(zhǔn)工具欄各快捷按鈕選項(xiàng)如圖3-4所示。圖3-4標(biāo)準(zhǔn)工具欄

2)調(diào)試工具欄

調(diào)試工具欄各快捷按鈕選項(xiàng)如圖3-5所示。圖3-5調(diào)試工具欄

3)公用工具欄

公用工具欄各快捷按鈕選項(xiàng)如圖3-6所示。圖3-6公用工具欄

4)指令工具欄

指令工具欄各快捷按鈕選項(xiàng)如圖3-7所示。圖3-7LAD指令工具欄

3.指令樹(shù)

指令樹(shù)以樹(shù)形結(jié)構(gòu)提供項(xiàng)目對(duì)象和當(dāng)前編輯器的所有指令。雙擊指令樹(shù)中的指令符，能自動(dòng)在梯形圖顯示區(qū)光標(biāo)位置插入所選的梯形圖指令。項(xiàng)目對(duì)象的操作可以雙擊項(xiàng)目選項(xiàng)文件夾，然后雙擊打開(kāi)需要的配置頁(yè)。指令樹(shù)可用執(zhí)行菜單“查看”→“指令樹(shù)”選項(xiàng)來(lái)選擇是否打開(kāi)。

4.瀏覽欄

瀏覽欄可為編程提供按鈕控制的快速窗口切換功能。單擊瀏覽欄的任意選項(xiàng)按鈕，則主窗口切換成此按鈕對(duì)應(yīng)的窗口。瀏覽欄可劃分為8個(gè)窗口組件，下面按窗口組件介紹各窗口按鈕選項(xiàng)的操作功能。

1)程序塊

程序塊用于完成程序的編輯以及相關(guān)注釋。程序包括主程序(MAIN)、子程序(SBR)和中斷程序(INT)。單擊瀏覽欄的“程序塊”按鈕，進(jìn)入程序塊編輯窗口。程序塊編輯窗口如圖3-8所示。圖3-8程序塊編輯窗口

2)符號(hào)表

符號(hào)表是允許用戶使用符號(hào)編址的一種工具。實(shí)際編程時(shí)為了增加程序的可讀性，可用帶有實(shí)際含義的符號(hào)作為編程元件代號(hào)，而不是直接使用元件在主機(jī)中的直接地址。單擊瀏覽欄的“符號(hào)表”按鈕，進(jìn)入符號(hào)表編輯窗口。

3)狀態(tài)表

狀態(tài)表用于聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)監(jiān)控各變量的值和狀態(tài)。在PLC運(yùn)行方式下，可以打開(kāi)狀態(tài)表窗口，在程序掃描執(zhí)行時(shí)，能夠連續(xù)、自動(dòng)地更新?tīng)顟B(tài)表的數(shù)值和狀態(tài)。單擊瀏覽欄的“狀態(tài)表”按鈕，進(jìn)入狀態(tài)表編輯窗口。

4)數(shù)據(jù)塊

數(shù)據(jù)塊用于設(shè)置和修改變量存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)各種類型存儲(chǔ)區(qū)的一個(gè)或多個(gè)變量值，并加注必要的注釋說(shuō)明，下載后可以使用狀態(tài)表監(jiān)控存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)?？梢允褂孟铝兄环椒ㄔL問(wèn)數(shù)據(jù)塊：

(1)單擊瀏覽條的“數(shù)據(jù)塊”按鈕。

(2)執(zhí)行菜單“查看”→“組件”→“數(shù)據(jù)塊”。

(3)雙擊指令樹(shù)的“數(shù)據(jù)塊”，然后雙擊用戶定義1圖標(biāo)。

5)系統(tǒng)塊

系統(tǒng)塊可配置S7-200用于CPU的參數(shù)，使用下列方法能夠查看和編輯系統(tǒng)塊，設(shè)置CPU參數(shù)?？梢允褂孟旅嬷环绞竭M(jìn)入“系統(tǒng)塊”編輯：

(1)單擊瀏覽欄的“系統(tǒng)塊”按鈕。

(2)執(zhí)行菜單“查看”→“組件”→“系統(tǒng)塊”。

(3)雙擊指令樹(shù)中的“系統(tǒng)塊”文件夾，然后雙擊打開(kāi)需要的配置頁(yè)。

系統(tǒng)塊的配置包括數(shù)字量輸入濾波，模擬量輸入濾波，脈沖截取(捕捉)，數(shù)字輸出表，通信端口，密碼設(shè)置、保持范圍，背景時(shí)間等。在完成系統(tǒng)塊的內(nèi)容設(shè)定后，必須將系統(tǒng)塊的修改信息下載到PLC，為PLC提供新的系統(tǒng)配置。當(dāng)項(xiàng)目的CPU類型和版本能夠支持特定選項(xiàng)時(shí)，這些系統(tǒng)塊配置選項(xiàng)將被啟用。系統(tǒng)塊編輯窗口如圖3-9所示。圖3-9系統(tǒng)塊編輯窗口

6)交叉引用

交叉引用提供用戶程序所用的PLC信息資源，包括3個(gè)方面的引用信息，即交叉引用信息、字節(jié)使用情況信息和位使用情況信息，使編程所用的PLC資源一目了然。交叉引用及用法信息不會(huì)下載到PLC。單擊瀏覽欄“交叉引用”按鈕，進(jìn)入交叉引用編輯窗口?！敖徊嬉谩本庉嫶翱谌鐖D3-10所示。圖3-10“交叉引用”編輯窗口

7)通信

網(wǎng)絡(luò)地址是用戶為網(wǎng)絡(luò)上每臺(tái)設(shè)備指定的一個(gè)獨(dú)特號(hào)碼。該獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)地址確保將數(shù)據(jù)傳送至正確的設(shè)備，并從正確的設(shè)備檢索數(shù)據(jù)。S7-200PLC支持0至126的網(wǎng)絡(luò)地址。

數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳送速度稱為波特率。波特率測(cè)量在某一特定時(shí)間內(nèi)傳送的數(shù)據(jù)量。S7-200CPU的默認(rèn)傳輸速率為9.6?kb/s，默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)地址為2。單擊瀏覽欄的“通信”按鈕，進(jìn)入通信設(shè)置窗口。“通信”設(shè)置窗口如圖3-11所示。圖3-11“通信”設(shè)置窗口

8)設(shè)置PG/PC

單擊瀏覽欄的“設(shè)置PG/PC接口”按鈕，進(jìn)入PG/PC接口參數(shù)設(shè)置窗口，“設(shè)置PG/P