1、可編程序控制器本章學(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，介紹具體型號的PLC，內(nèi)容包括：S系列PLC發(fā)展概述 S7-200 可編程序控制器的系統(tǒng)組成編程元件及程序知識(shí)相關(guān)設(shè)備 常用工業(yè)軟件返回本章首頁2第2章S7-200系列PLC系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) S系列PLC發(fā)展概述2.1S7-200系列PLC基本單元2.2S7-200系列PLC擴(kuò)展模塊32.3相關(guān)設(shè)備2.4工業(yè)軟件 32.532.1S系列PLC發(fā)展概述 德國的西門子（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

2、市場的SIMATIC S3系列的控制系統(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、 SIMATIC M7和SIMATIC C7等幾大系列。返回本章首頁4 從CPU模塊的功能來看，SIMATIC S7-200系列小型可編程序控制器發(fā)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，CPU 215和CPU 216，對第一代PLC產(chǎn)品不再作具體介紹。第二代

3、產(chǎn)品其CPU模塊為CPU 22X，是在21世紀(jì)初投放市場的，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。5 4種CPU各有晶體管輸出和繼電器輸出 ，具有不同電源電壓和控制電壓。各類型型號如表2.1所示表2.1CPU型號6SIMATIC S7-200系統(tǒng)CPU 22X系列PLC主機(jī)及I/O特性如表2.2所示。表2.2主機(jī)及I/O特性7圖2.1S7-200基本構(gòu)成SIMATIC S7-200系統(tǒng)由硬件和工業(yè)軟件兩大部分構(gòu)成，如圖2.1所示。8系統(tǒng)基本構(gòu)成1. 硬件 （1）基

4、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)備而開發(fā)的與之相配套的程序、文檔及其規(guī)則的總和，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。92.2S7-200 PLC系統(tǒng)組成 2.2.1基本單元特點(diǎn) 2.2.2基本單元I/O 2.2.3CPU工作方式 2.2.4基本單元工作電源 2.2.5基本單元模擬電位器2.2.6 基本單元通信接口 返回本章首頁102.2.1基本單元特點(diǎn) S7-200系列PLC在硬件上采用固定式結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展式結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式。固定式結(jié)構(gòu)的硬件即基本單元，擴(kuò)展式結(jié)構(gòu)的硬件即基本單元擴(kuò)展的模塊。 SI

5、MATIC S7-200系統(tǒng)CPU 22X系列PLC主機(jī)（CPU模塊）的外形如圖2.2所示：圖2.2基本單元物理結(jié)構(gòu) CPU狀態(tài)顯示通信口頂部端子蓋電源及輸出端子前蓋 方式開關(guān)、電位器、擴(kuò)展I/O連接底部端子蓋輸入端子、傳感器電源存儲(chǔ)器卡11LED指示燈顯示CPU工作模式（運(yùn)行或停機(jī)）、本機(jī)I/O口的當(dāng)前狀態(tài)及CPU系統(tǒng)是否出錯(cuò)。存儲(chǔ)卡：EEPROM卡，可存儲(chǔ)CPU程序，也可將一個(gè)CPU中的程序傳送到另一個(gè)CPU中。通信口：是S7-200CPU同編程器或其他輔助設(shè)備連接的接口，CPU通過它可和其他輔助設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。電源端子：接受外部電源。為CPU及所連接任何擴(kuò)展模塊提供電源輸出端子：輸出控

6、制信號，控制被控對象。RUN/STOP為PLC工作方式選擇開關(guān)。擴(kuò)展I/O連接：是基本單元那與擴(kuò)展模塊的接口，通過它可增加CPU的I/O點(diǎn)數(shù)。輸入端子：接收來自控制系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備的輸入信號。傳感器電源端子：作為傳感器的電源使用，也可輸出24v直流電源供控制系統(tǒng)使用。CPU22x基本單元特性見P25表2.1。12PLC的輸入點(diǎn)接收來自現(xiàn)場設(shè)備信號，輸出點(diǎn)輸出控制信號給被控對象。每種CPU最多可加的擴(kuò)展模塊數(shù)是不同的，所以最大I/O點(diǎn)數(shù)也不等。每種CPU基本單元允許的數(shù)字量I/O邏輯空間（映像寄存器個(gè)數(shù)）都是128個(gè)輸入位和128個(gè)輸出位，它們與CPU實(shí)際允許的最大I/O點(diǎn)數(shù)是不等的。每種CPU的基

7、本單元允許的模擬量I/O邏輯空間（模擬量映像寄存器個(gè)數(shù)）與它們實(shí)際允許的最大模擬量I/O點(diǎn)數(shù)也是不等的。2.2.2基本單元的I/O13 輸入分為直流輸入和交流輸入直流輸入：NPN型晶體管輸入和PNP型晶體管輸入交流輸入；120V交流信號 輸出分為直流24v晶體管輸出、直流/交流繼電器輸出 和交流可控硅輸出 數(shù)字量輸出接口按照輸出開關(guān)器件的種類不同，可分為：晶體管輸出方式（只能帶直流負(fù)載，屬直流輸出）可控硅輸出方式（只能帶交流負(fù)載，屬交流輸出）繼電器輸出方式（交直流負(fù)載都可，屬交/直流輸出） 按照負(fù)載使用的電源不同，分為直流輸出交流輸出交/直流輸出141、輸入接口（1）直流輸入接口：PNP接收負(fù)

8、信號，NPN接收正信號。24V DC PNP型24V DC NPN型15（2）交流輸入接口：120V AC輸入接口162、輸出接口：為數(shù)字量，將PLC內(nèi)部的電平信號轉(zhuǎn)換為外部所需電平，輸出給外部負(fù)載。 （1）晶體管輸出晶體管輸出原理電路圖17(2) 可控硅輸出 (3) 繼電輸出 可控硅輸出原理電路圖繼電器輸出原理電路圖183、I/O擴(kuò)展 擴(kuò)展模塊I/O點(diǎn)的地址由I/O類型及模塊在I/O鏈中的位置決定。數(shù)字量擴(kuò)展模塊以一個(gè)字節(jié)（8位）地址遞增方式保留映像寄存器空間。模擬量擴(kuò)展模塊是以兩個(gè)字節(jié)遞增方式來分配空間。如果映像寄存器保留空間字節(jié)的某些位沒有擴(kuò)展模塊實(shí)際物理點(diǎn)與其對應(yīng)，這些未用的位就不會(huì)分

9、配給I/O鏈中的后續(xù)模塊。對于輸入模塊，由于每次輸入刷新時(shí)都把保留字節(jié)的未用位清0，所以這些未用位不能用作內(nèi)部存儲(chǔ)器的標(biāo)志位。對于輸出模塊，保留字節(jié)中的未用位可象內(nèi)部存儲(chǔ)器的標(biāo)志位那樣使用。19例如，某一控制系統(tǒng)選用CPU 224，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)。本系統(tǒng)可有多種不同模塊的選取組合，表3.6所示為其中的一種可行的系統(tǒng)輸入輸出組態(tài)狀況。20若按表3.6的擴(kuò)展方式，各模塊在I/O鏈中的位置排列方式也可以有多種，圖2.3所示為其中的一種模塊連接形式。圖2.3擴(kuò)展連接圖21工作方式選擇S7-200 CPU有RUN模式和STO

10、P模式。（1）STOP模式：CPU處于停機(jī)方式，不執(zhí)行用戶程序，但可以向CPU裝載程序配置CPU參數(shù)。 （2）RUN模式： 運(yùn)行方式，CPU執(zhí)行用戶程序。（3）TERM（終端）模式：由編程設(shè)備決定工作方式（4）在基本單元上有SF、RUN、STOP3個(gè)指示燈，分別用于顯示CPU的工作狀態(tài)。SF紅色指示燈亮表示系統(tǒng)故障，PLC停止運(yùn)行RUN綠色指示燈亮表示CPU處于運(yùn)行狀態(tài)STOP黃色指示燈表示CPU處于停機(jī)狀態(tài)2.2.3CPU工作方式 返回本章222.工作過程描述S7-200CPU以循環(huán)掃描方式連續(xù)執(zhí)行用戶程序，在一個(gè)掃描周期中，CPU主要進(jìn)行信號讀入、程序執(zhí)行（包括通信處理、自診斷測試）、對外

11、輸出等操作。（1）信號讀入： （2）執(zhí)行程序：若使用直接I/O指令，則允許控制控制程序?qū)斎胼敵鳇c(diǎn)直接存取和輸出。中斷程序通信請求CPU進(jìn)行自診斷測試（3）對外輸出23圖2.4CPU的掃描周期242.2.4 基本單元工作電源 S7-200基本單元使用24VDC或120V230V AC兩種供電電源。頻率可變化范圍47-63Hz。1、電源設(shè)計(jì)基本單元內(nèi)部采用開關(guān)電源，并輸出24V直流傳感器電源和5V直流電源供基本單元I/O點(diǎn)和擴(kuò)展模塊使用。各CPU所能提供的最大5VDC電流如表3.4所示。25CPU 22X可連接的各擴(kuò)展模塊消耗5VDC電流如表3.5所示。262、控制系統(tǒng)電源計(jì)算該系統(tǒng)要求采用CP

12、U224AC/DC/繼電器基本單元，配置3個(gè)EM223（DI8/DO8繼電器）和一個(gè)EM221(DI8),共4個(gè)擴(kuò)展模塊。CPU224有DI14/DO10，因此系統(tǒng)共配置DI46/DO34。CPU224基本單元所能提供的5V直流電源的額定電流是660mA，24V直流電源的額定電流是280mA一塊EM223需5V直流電源的電流是80mA一塊EM221需5V直流電源的電流是30mA系統(tǒng)需5V直流電源的電流總和是80X3+30=270mA，即基本單元提供的5V直流電源能滿足系統(tǒng)要求。27CPU224基本單元、EM223和EM221每個(gè)輸入點(diǎn)需吸入24V直流電源的電流為4mAEM223每個(gè)輸出點(diǎn)繼電器

13、線圈需要所需24V直流電源的驅(qū)動(dòng)電流為9mA系統(tǒng)需24V直流電源的電流總和為46X4+24X9=400mA基本單元提供的280mA的 24V直流電源不能滿足系統(tǒng)要求，系統(tǒng)需提供額外的120mA的24V直流電源。注意：基本單元的24V直流電源與外部24V直流電源并聯(lián)使用時(shí)會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)電源競爭而影響它們的各自的輸出，使PLC產(chǎn)生不正確的操作。因此，使用外部24V直流電源時(shí)，應(yīng)使S7-200基本單元的24V直流電源與外部24V直流電源在不同點(diǎn)上供電，但要有相同的參考地。282、輸出端點(diǎn)電源保護(hù)晶體管輸出保護(hù)電路繼電器DC輸出保護(hù)電路繼電器AC輸出保護(hù)電路292.2.5 基本單元模擬電位器 PLC不同型

14、號的基本單元所具有的模擬電位器的個(gè)數(shù)不同，但分辨率都是8位，數(shù)值范圍為0256。CPU221、CPU222個(gè)有一個(gè)，對應(yīng)特殊標(biāo)志寄存器SMB28，CPU224、CPU226個(gè)有兩個(gè)，對應(yīng)于SMB228、SMB229。調(diào)節(jié)模擬電位器的旋鈕直接修改特殊標(biāo)志寄存器的數(shù)值，SMB228中的值代表模擬電位器0所提供的電壓大小，SMB229中的值代表模擬電位器1所提供的電壓的大小。302.2.6 基本單元通信接口S7-200系列PLC基本單元都帶有RS-485通信接口。1、點(diǎn)對點(diǎn)通信方式：單主站連接一個(gè)或多個(gè)從站的通信方式。 通信波特率固定為9600bps。將PC或TD200作為主機(jī)，可最多對連接在公共線

15、上的31臺(tái)PLC基本單元進(jìn)行操作和控制，但兩臺(tái)PLC之間不能通過PPI接口方式直接通信。2、多點(diǎn)接口通信方式：包括單主站連接一個(gè)或多個(gè)從站和單主站連接一個(gè)或多個(gè)主站的兩種通信方式。多點(diǎn)通信總是在兩個(gè)相互獨(dú)立的通信設(shè)備之間建立聯(lián)系。另一個(gè)主站不能干擾兩個(gè)設(shè)備之間已建立號的連接。3、自由口通信方式：由用戶通過程序來自由選擇S7-200CPU通信協(xié)議的一種通信方式。（PPI協(xié)議、MPI協(xié)議、PROFIBUS協(xié)議）312.3S7-200系列PLC 擴(kuò)展模塊 2.3.1. 擴(kuò)展模塊 2.3.2 擴(kuò)展模塊工作電源 322.3.1 擴(kuò)展模塊 圖2.5I/O擴(kuò)展示意圖331.數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊（1）映像寄存

16、器數(shù)量（2）電流提供 （3）模塊電流 （4）電流預(yù)算規(guī)則 2.模擬量I/O擴(kuò)展模塊3.現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP擴(kuò)展模塊4.執(zhí)行器/傳感器接口CP243-2具體擴(kuò)展模塊參考教材P37表2.4342.4 S7-200系列PLC輔助設(shè)備 1. 編程器 PG702簡易型手持式編程器 微型計(jì)算機(jī)編程器 2. 文本顯示器 TD200 353. 程序存儲(chǔ)卡（1）存儲(chǔ)系統(tǒng)圖2.6存儲(chǔ)系統(tǒng)36表2.3存儲(chǔ)容量37（2）存儲(chǔ)器及使用 若PLC通電后再插入程序存儲(chǔ)卡，可將PLC中的內(nèi)容復(fù)制到卡上；若先插卡再通電，則卡上的數(shù)據(jù)自動(dòng)復(fù)制到PLC中。高型號CPU可讀出低型號CPU的程序存儲(chǔ)卡，反之不能。 （3）存儲(chǔ)安全 1）主機(jī)CPU模塊內(nèi)部配備的EEP