第4章硬件系统及内部资源.ppt
2023/11/18,本章内容,4.1 概述4.2 硬件系统4.3 内部资源4.4 寻址方式4.5 指令系统4.6 程序结构4.7 S7-200 PLC的几个特性,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.1 概述,学习PLC时，对对象的选择绝大多数PLC是相似的；为以后学习IEC61131-3打下基础。为什么要讲S7-200 PLC?市场占有率高和现场总线的发展方向一致S7-200 PLC的发展,S7-200 PLC基础知识,从CPU模块的功能来看，SIMATIC S7-200系列小型可编程序控制器发展至今，大致经历了两代：第一代产品其CPU模块为CPU 21X，主机都可进行扩展，它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU 212，CPU 214，CPU 215和CPU 216，对第一代PLC产品不再作具体介绍。第二代产品其CPU模块为CPU 22X，是在21世纪初投放市场的，速度快，具有较强的通信能力。它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU 221，CPU 222，CPU 224和CPU 226，除CPU 221之外，其他都可加扩展模块。,S7-200 PLC的发展,2023/11/18,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,硬件系统的基本构成基本单元：基本单元或CPU模块扩展单元特殊功能模块相关设备软件,S7-200 PLC基础知识,4.2 基本单元(S7-200 CPU模块),基本单元（S7-200CPU模块）也称为主机，它包括一个中央处理单元（CPU）、电源、数字量输入输出单元。基本单元可以构成一个独立的控制系统。,1.主机外形,CPU模块的顶部端子盖内：电源及输出端子底部端子盖内：输入端子及传感器电源 中部右侧前盖内：CPU工作方式开关（RUN/STOP）、模拟调 节电位器和扩展I/O接口 左侧：状态指示灯LED、存储卡、及通讯口,状态指示灯 显示CPU的工作方式、本机 I/O的状态、系统错误状态。RS-485的串行通讯端口 PLC主机实现人一机对话、机机对话的通道。实现PLC与上位计算机的连接，实现PLC与PLC、编程器、彩色图形显示器、打印机等外部设备的连接。扩展接口 PLC主机与输入、输出扩展模块的接口，作扩展系统之用。主机与扩展模块之间由导轨固定，并用扩展电缆连接。,存储卡（EEPOM卡）：可以存储CPU程序。该卡位也可安装时钟卡和电池卡（可使用户数据的存储时间延长至200天）。,模拟电位器：可以及时更改程序运行中的一些参数，如定时和计数的设定值、过程量的控制等,RUN/STOP开关：用改变PLC的工作方式（RUN，STOP，TERM）,最简单的系统构成,2023/11/18,CPU 224外部电路接线电路图,CPU 224外部电路接线电路图,输入电路采用了双向光电耦合器，24V DC极性可任意选择，1M、2M为输入端子的公共端。1L、2L为输出公共端。CPU224另有24V、280mA电源供PLC输入点使用。,2023/11/18,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,4.2.2主机结构及性能特点 1、主机模块 编程软件STEP7-Micro/WIN,新的CPU模块才支持新的STEP7-Micro/WIN4.0 CPU型号CPU221：6+4 无扩展。有一定高速计算和通信功能CPU222：8+6 可扩展2个模块，有一定高速计算和通信功能CPU224 14+10可扩展7个模块，有更强的模拟量处理及高速计算能力，使用最多。,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,4.2.2主机结构及性能特点 1、主机模块CPU224XP 同CPU224一样 14+10 可扩展7个模块，有更强的模拟量处理及高速计算能力，增加了2输入/1输出怕模拟量单元和一个通信口CPU226 24+16 可扩展7个模块，有两个通信口,S7-200 PLC基础知识,S7-200 CPU,2023/11/18,2023/11/18,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,主机结构及性能特点CPU的主要特点和技术规范供电电压：直流24V和交流220V两种供电电源电压输出方式：主是晶体管（DC）和继电器（DC/AC）集成电源：集成24V直流电源，可直接供电给传感器和执行机构高速计数：200KHZ（CPU224XP）脉冲输出：2路可达100KHZ（CPU224XP）高频脉冲输出，可以驱动步进电机和伺服电机以实现定位任务。集成模拟电位器：实现实时更改运行中的一些参数实时时钟存储系统保持型数据存储器：对变量V、中间继电器M、定时器T、计数器C的存储器进行了组态成掉电保持型的存储器，掉电时电容可保存50100小时，电池永久型存储器：可维持200天。注意组态M存储器（MB0MB13）为永久型存储器要慎用存储卡,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,I/O的扩展和功能的扩展为什么要进行I/O扩展？I/O扩展模块：开关输入型EM221、开关输出型EM222、开关输入输出型EM223；模拟量输入型EM231、模拟量输出型EM232、模拟量输入输出型EM235,S7-200 PLC基础知识,1.数字量扩展模块数字量扩展模块主要有：EM221 数字量输入模块，24V，8输入。EM222数字量输出模块，24V，8输出。EM223数字量混合模块，24V。(如DI4/DO4直流24V)2.模拟量扩展模块模拟量扩展模块主要有：EM231：4模拟输入点，2W，12位。EM232：2模拟输出点，2W，12位。EM235：4模拟输入点，1模拟量输出点，2W，12位。3.热电偶、热电阻模块 EM231为1.8W，15位，模拟量输入。,2023/11/18,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,I/O的扩展和功能的扩展功能扩展模块：P128I/O点的扩展编址原则同类型输入或输出点的模块进行顺序编址。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。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。HMI,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,I/O的扩展I/O点的扩展举例,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.2 S7-200 PLC的硬件系统,I/O的扩展I/O点的扩展举例,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.3 S7-200 PLC的内部资源,软元件什么是软元件？特点没有物理触点，且其触点可以无限次地使用；体积小、功耗低、寿命长。软元件介绍输入继电器（I）：输入映像寄存器,又称输入继电器（该区域可以按位操作）.输入继电器线圈由外部信号驱动，常开触点和常闭触点供用户编程使用有外部输入端子，各16B S7-200 PLC输入映像寄存器编址范围:I0.0I15.7。或:IB0IB15，或:IW0IW14，或:ID0ID12。输出继电器（O）：输出映像寄存器（又称输出继电器）是用来将PLC的输出信号传递给负载，线圈用程序指令驱动。有外部输出端子编址范围（Q0.0Q15.7）PLC的每一个I/O点都是一个确定的物理点。CPU 224主机有I0.0I0.7，I1.0I1.5共14个数字量输入端点，Q0.0Q0.7、Q1.0、Q1.1共10个数字量输出端点。,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.3 S7-200 PLC的内部资源,软元件通用辅助继电器（中间继电器（M）：M作为控制继电器（又称中间继电器），用来存储中间操作数或其它控制信息。S7-200 PLC编址范围M0.0M31.7，可以按位、字节、字或双字来存取存储区的数据。特殊继电器（SM）：特殊标志位（SM）存储器：180B。有特殊功能或用来系统的状态变量、有关信息的控制参数和信息。CPU 224编址范围SM0.0 SM179.7，共180个字节。其中SM0.0SM29.7的30个字节为只读型区域变量存储器（V）：用以存储运算的中间结果和其它数据CPU 224有VB0.0VB5119.7的5K存储字节。可以是“1”或“0”这样的位逻辑。可按位、字节、字或双字使用。V：5.2KB,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.3 S7-200 PLC的内部资源,软元件局部变量存储器（L）：局部变量L与变量V存储器相似，V 是全局有效的，而L是局部有效，即V是同一变量可以被任何程序（主程序、了程序、中断程序）访问，而L是和特定程序相关联。S7-200有64个字节的局部存储器，编址范围LB0.0LB63.7，其中60个字节可以用作暂时存储器或者给子程序传递参数，最后4个字节为系统保留字节。不同程序的局部存储器不能互相访问。使用局部变量存储器最多的场合是带参数的子程序调用过程中。顺序控制继电器（S）存储区：32BS又称状态元件，以实现顺序控制和步进控制。如果没有被顺序控制中，可以作为一般的中间继电器使用。S7-200 PLC编址范围S0.0S31.7，可以按位、字节、字或双字来存取数据。,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.3 S7-200 PLC的内部资源,软元件定时器（T）S7-200 CPU中的定时器是对内部时钟累计时间增量的设备，用于时间控制。当定时器的当前值达到预设值时，定时器触点动作。编址范围T0T255（22X）；T0T127(21X)。计数器（C）计数器主要用来累计输入脉冲个数。有16位预置值和当前值寄存器各一个，以及1位状态位，当前值寄存器用以累计脉冲个数，计数器当前值大于或等于预置值时，状态位置1。S7-200 CPU提供有三种类型的计数器，增计数、减计数、增减计数。编址范围C0C255（22X），C0C127（21X）。,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.3 S7-200 PLC的内部资源,软元件模拟量输入寄存器（AI）/模拟量输出寄存（AO）S7-200的模拟量输入电路将外部输入的模拟量（如温度、电压）等转换成1个字长（16位）的数字量，存入模拟量输入映像寄存器区域。AI编址范围AIW0，AIW2，AIW62，起始地址定义为偶数字节地址，共有32个模拟量输入点。S7-200模拟量输出电路用来将模拟量输出映像寄存器区域的1个字长（16位）数字值转换为模拟电流或电压输输出。AQ编址范围AQW0，AQW2，AQW62，起始地址也采用偶数字节地址，共有32个模拟量输出点。,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.3 S7-200 PLC的内部资源,软元件高速计数器（HC）：6个CPU与普通计数器相同，只不过用来累计比主机扫描速率更快的高速脉冲22X提供了6个高速计数器HC0、HC1HC5（每个计数器最高频率为30KHz）用来累计比CPU扫描速率更快的事件。高速计数器的当前值为双字长的符号整数。,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.3 S7-200 PLC的内部资源,软元件累加器（AC）：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。可进行读、写两种操作。提供了4个32位累加器AC0AC3。累加器支持以字节（B）、字（W）和双字（D）的存取。,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.3 S7-200 PLC的内部资源,软元件累加器（AC）：,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,数据类型数据类型及范围：字符串、布尔型（0或1）、整型和实型（浮点数）见书中表格P134常数长度：字节、字、双字表示：二进制、十进制、十六进制、ASCII、浮点数等,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,直接寻址直接寻址的编址格式,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,CPU存储区域的直接寻址直接寻址直接寻址的编址格式A：元件名称，即该数据在数据存储器中的区域地址，可以是上表中的符号；T：数据类型，若为位寻址，则无该项；若为字节、字或双字寻址，则T的取值应分别为B、W和D；X：字节地址；Y：字节内的位地址，只有位寻址才有该项。,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,CPU存储区域的直接寻址直接寻址位寻址：Ax.y 可以进行位寻址的编程元件有：I、Q、M、SM、L、V、S等。,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,直接寻址特殊元件的寻址格式T、C、HC、AC等，不用写出它们的字节地址，而是直接写出其编号即可。T、C的地址编号有2个含义：位和当前值。AC的特殊性：字节、字、双字。使用时只表示出累加器的地址编号即可，如AC0，数据长度取决于进出AC0的数据类型。,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,直接寻址字节、字、双字的寻址格式,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,CPU存储区域的间接寻址什么是间接寻址？间接寻址方式是，数据存放在存储器或寄存器中，在指令中只出现所需数据所在单元的内存地址的地址。存储单元地址的地址又称为地址指针。这种间接寻址方式与计算机的间接寻址方式相同。间接寻址在处理内存连续地址中的数据时非常方便，而且可以缩短程序所生成的代码的长度，使编程更加灵活。用间接寻址方式存取数据需要作的工作有3种：建立指针、间接存取和修改指针。可以用指针进行间接寻址的存储区：I、Q、M、V、S、T、C。而T和C只能是当前值，而对独立存取数据方法和模拟量不能进行间接寻址。,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,CPU存储区域的间接寻址建立指针使用间接寻址对某个存储器单元读、写时，首先要建立地址指针。指针为双字长，是所要访问的存储单元的32位的物理地址。可作为指针的存储区有：变量存储器（V）、局部变量存储器（L）和累加器（AC1、AC2、AC3）。必须用双字传送指令（MOVD），将存储器所要访问单元的地址装入用来作为指针的存储器单元或寄存器，装入的是地址而不是数据本身，格式如下：例：MOVD&VB100，VD204 MOVD&VB10，AC2 MOVD&C2，LD16其中：“&”为地址符号，它与单元编号结合使用表示所对应单元的32位物理地址；VB100只是一个直接地址编号，并不是它的物理地址。指令中的第二个地址数据长度必须是双字长，如：VD、LD和AC等。,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,CPU存储区域的间接寻址间接寻址的步骤用指针来存取数据在操作数的前面加“*”表示该操作数为一个指针。修改指针连续存储数据时，可以通过修改指针很容易存取其紧挨的数据。简单的数学运算指令，如加法、减法、自增和自减等指令可以用来修改指针。在修改指针时，要记住访问数据的长度：存取字节时，指针加1；存取字时，指针加2；存取双字时，指针加4。,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.4 S7-200 PLC的寻址方式,CPU存储区域的间接寻址举例 大家想一想：开始对指针进行操作后，还用再操心具体的地址吗？,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.5 S7-200 PLC的指令系统,编程语言新旧CPU版本的不同所造成的影响梯形图 语句表功能块图功能图IEC61131-3,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.5 S7-200 PLC的指令系统,几个概念梯形图输出表示形式：输出线圈（Q和M）和指令盒（C和T以及大部分的指令功能）。,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.5 S7-200 PLC的指令系统,几个概念网络块什么是网络块？是S7-200PLC编程软件中一个特殊的标记，是一个独立的逻辑块。整个梯形图程序由许多网络块组成的，每个网络块均起始于母线，对每个网络块进行注释，便于阅读。,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.5 S7-200 PLC的指令系统,几个概念网络块什么是网络块？是S7-200PLC编程软件中一个特殊的标记，是一个独立的逻辑块。整个梯形图程序由许多网络块组成的，每个网络块均起始于母线，对每个网络块进行注释，便于阅读。,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.5 S7-200 PLC的指令系统,几个概念网络块,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.6 S7-200 PLC的程序结构,用户程序主程序子程序中断程序数据块：存放控制程序运行所要的数据。参数块：存放CPU的组态数据，如未设定，则自动配置。,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.7 S7-200 PLC的几个特性,定义掉电保护区：允许用户定义掉电保持区的地址范围，包括V、M、C、T。被定义的区间，可以在停电后仍保持储区中的数据。只有保持型定时器（TONR），可以设为掉电保持的，对计时器和定时器，只有当前值可以保持，默认下M前14个字节是非保持型。立即读写I/O：可以直接访问真正的输入/输出点，而不必使用映像寄存器。设置停止模式下的输出值：为安全等原因，在STOP模式下输入状态。对输入信号增加滤波器：允许为CPU模块上的输入点设置滤波器，时间为0.2m s 12.8ms可选，对于模拟量输入信号来说，可以对每一路模拟量输入通道选择软件滤波器。滤波是多少模拟量采样的平均值，,S7-200 PLC基础知识,2023/11/18,4.7 S7-200 PLC的几个特性,5、捕捉窄脉冲：当一个输入点设置了脉冲捕捉功能后，输入点的状态变化被锁存并一直保持到下一个扫描采样阶段。模拟电位器：标定为0250，如SMB28和SMB29高速I/O：,S7-200 PLC基础知识,
