26676S7200PLC原理及应用电子教案.ppt

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1、第1章 可编程控制器的概述,本章要点 可编程控制器的产生、特点、分类与发展 可编程控制器的定义和基本含义 可编程控制器的基本组成及各部分的作用 可编程控制器的工作原理 可编程控制器的技术指标,1.1 可编程控制器的产生,1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程序控制器，并应用于通用汽车公司的生产线上。当时叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。紧接着，美国MODICON公司也开发出同名的控制器，1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制成了日本第一台可编

2、程控制器。1973年，西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。我国从1974年也开始研制可编程序控制器，1977年开始工业应用。,1.2 可编程控制器的定义,1987年2月颁发了第三稿。该草案中对可编程控制器的定义是：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”定义强调了可编程控制器是“数字运算操作的电子系统”，是

3、一种计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序控制、定时计数和算术操作，它还具有“数字量和模拟量输入输出控制”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。定义还强调了可编程控制器应直接应用于工业环境，它须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。这也是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。,1.3 可编程控制器的基本组成,1.3.1 控制组件可编程控制器主要由CPU、存储器、基本I/O接口电路、外设接口、编程装置、电源等组成。,1.CPU单元CPU是可编程控制器的控制中枢。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。CPU的功能有：

4、它在系统监控程序的控制下工作，通过扫描方式，将外部输入信号的状态写入输入映象寄存区域，PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，按指令规定的任务进行数据的传送、逻辑运算、算术运算等，然后将结果送到输出映像寄存区域。简单地说，CPU的功能就是读输入、执行程序、写输出。CPU常用的微处理器有通用型微处理器、单片机和位片式计算机等。通用型微处理器常见的如Intel公司的8086、80186、到Pentium系列芯片，单片机型的微处理器如Intel公司的MCS-96系列单片机，位片式微处理器如AMD 2900系列的微处理器。小型PLC 的CPU多采用单片机或专用CPU，中型PLC的CPU大多采用

5、16位微处理器或单片机，大型PLC的CPU多用高速位片式处理器，具有高速处理能力。,2.存储器可编程控制器的存储器由只读存储器ROM、随机存储器RAM和可电擦写的存储器EEPROM三大部分构成，主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。只读存储器ROM用以存放系统程序，可编程控制器在生产过程中将系统程序固化在ROM中，用户是不可改变的。用户程序和中间运算数据存放的随机存储器RAM中，RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。它存储的内容是易失的，掉电后内容丢失；当系统掉电时，用户程序可以保存在只读存储器EEPROM或由高能电池支持的RAM中。EEPROM兼

6、有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点，用来存放需要长期保存的重要数据。,3.I/O单元及I/O扩展接口（1）I/O单元（输入/输出接口电路）。PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路（如行程开关、按钮、传感器等）提供的符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光电耦合电路送至PLC内部电路。输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力，输入响应时间一般在0.115ms之间。根据输入信号形式的不同，可分为模拟量I/O单元、数字量I/O单元两大类。根据输入单元形式的不同，可分为基本I/O单元、扩展I/O单元两大类。PLC内部输出电路作用是将输出映像寄存器的结果通过输出接口电路驱动外部的负载

7、（如接触器线圈、电磁阀、指示灯等）。（2）I/O扩展接口。可编程控制器利用I/O扩展接口使I/O扩展单元与PLC的基本单元实现连接，当基本I/O单元的输入或输出点数不够使用时，可以用I/O扩展单元来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。,4.外设接口外设接口电路用于连接编程器或其他图形编程器、文本显示器、触摸屏、变频器等并能通过外设接口组成PLC的控制网络。PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过RS-485接口与计算机连接，可以实现编程、监控、连网等功能。5.电源电源单元的作用是把外部电源（220V的交流电源）转换成内部工作电压。外部连接的电源，通过PLC内部配有的一个专用开关式

8、稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源（直流5伏、12伏、24伏），并为外部输入元件（如接近开关、）提供24V直流电源（仅供输入端点使用），而驱动PLC负载的电源由用户提供。,1.3.2 输入输出接口电路,1.输入接口电路由于生产过程中使用的各种开关、按钮、传感器等输入器件直接接到PLC输入接口电路上，为防止由于触点抖动或干扰脉冲引起错误的输入信号，输入接口电路必须有很强的抗干扰能力。如图1-2所示，输入接口电路提高抗干扰能力的方法主要有：（1）利用光电耦合器提高抗干扰能力。（2）利用滤波电路提高抗干扰能力。,图1-2 可编程控制器输入电路,2.输出接口电路根据驱动负

9、载元件不同可将输出接口电路分为3种：（1）小型继电器输出形式，如图1-3所示。这种输出形式既可驱动交流负载，又可驱动直流负载。驱动负载的能力在2A左右。它的优点是适用电压范围比较宽，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力强。缺点是动作速度较慢，动作次数（寿命）有一定的限制。建议在输出量变化不频繁时优先选用，不能用于高速脉冲的输出。图1-3所示电路工作原理是：当内部电路的状态为1时，使继电器K的线圈通电，产生电磁吸力，触点闭合，则负载得电，同时点亮LED，表示该路输出点有输出。当内部电路的状态为0时，使继电器K的线圈无电流，触点断开，则负载断电，同时LED熄灭，表示该路输出点无输出。,图1-3

10、 小型继电器输出形式电路,（2）大功率晶体管或场效应管输出形式，如图1-4所示。这种输出形式只可驱动直流负载。驱动负载的能力：每一个输出点为零点几安培左右。它的优点是可靠性强，执行速度快，寿命长。缺点是过载能力差。适合在直流供电、输出量变化快的场合选用。图1-4所示电路工作原理是：当内部电路的状态为1时，光电耦合器T1导通，使大功率晶体管VT饱和导通，则负载得电，同时点亮LED，表示该路输出点有输出。当内部电路的状态为0时，光电耦合器T1断开，大功率晶体管VT截止，则负载失电，LED熄灭，表示该路输出点无输出。VD为保护二极管，可防止负载电压极性接反或高电压、交流电压损坏晶体管。FU的作用是：

11、防止负载短路时损坏PLC。当负载为电感性负载，VT关断时会产生较高的反电势所以必须给负载并联续流二极管，为其提供放电回路，避免VT承受过电压,图1-4 大功率晶体管输出形式电路,（3）双向晶闸管输出形式，如图1-5所示。这种输出形式适合驱动交流负载。由于双向可控硅和大功率晶体管同属于半导体材料元件，所以优缺点与大功率晶体管或场效应管输出形式的相似，适合在交流供电、输出量变化快的场合选用。图1-5 双向可控硅输出形式电路图1-4 大功率晶体管输出形式电路图1-5所示电路工作原理是：当内部电路的状态为1时，发光二极管导通发光，相当于双向晶闸管施加了触发信号，无论外接电源极性如何，双向晶闸管T均导通

12、，负载得电，同时输出指示灯LED点亮，表示该输出点接通；当对应T的内部继电器的状态为0时，双向晶闸管施加了触发信号，双向晶闸管关断，此时LED不亮，负载失电。这种输出接口电路驱动负载的能力为1A左右。,图1-5 双向可控硅输出形式电路,3.I/O电路的常见问题（1）用三极管等有源元件作为无触点开关的输出设备，与PLC输入单元的连接时，由于三极管自身有漏电流存在，或者电路不能保证三极管可靠截止而处于放大状态，使得即使在截止时，仍会有一个小的漏电流流过，当该电流值大于1.3mA时，就可能引起PLC输入电路发生误动作。可在PLC输入端并联一个旁路电阻来分流，使流入PLC的电流小于1.3mA。（2）应

13、在输出回路串联保险丝，避免负载电流过大，会损坏输出元件或电路板。（3）由于晶体管、双向晶闸管型输出端子漏电流和残余电压的存在，当驱动不同类型的负载时，需要考虑电平匹配和误动等问题。（4）感性负载断电时产生很高的反电势，对输出单元电路产生冲击，对于大电感或频繁关断的感性负载应使用外部抑制电路，一般采用阻容吸收电路或二极管吸收电路。,1.3.3 编程器编程器是PLC的重要外围设备。利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。常见的给PLC编程的装置有手持式编程器和计算机编程方式。,1.4 可编程控制器的工作原理及主要技术指标,1.4.1 可编程控

14、制器的工作原理PLC是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。CPU对用户程序的执行过程是CPU的循环扫描，并用周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的。一个扫描周期主要可分为：（1）读输入阶段。（2）执行程序阶段。（3）处理通信请求阶段。（4）执行CPU自诊断测试阶段。（5）写输出阶段。,1.4.2 可编程控制器主要技术指标1.输入/输出点数可编程控制器的I/O点数指外部输入、输出端子数量的总和。它是描述的PLC大小的一个重要的参数。2.存储容量PLC的存储器由系统程序存储器，用户程序存储器和数据存储器三部分组成。PLC存储容量通常指用户程序存储器和数据存

15、储器容量之和，表征系统提供给用户的可用资源，是系统性能的一项重要技术指标。3.扫描速度可编程控制器采用循环扫描方式工作，完成1次扫描所需的时间叫做扫描周期。影响扫描速度的主要因素有用户程序的长度和PLC产品的类型。PLC中CPU的类型、机器字长等直接影响PLC运算精度和运行速度。4.指令系统指令系统是指PLC所有指令的总和。5.通信功能通信有PLC之间的通信和PLC与其他设备之间的通信。通信主要涉及通信模块，通信接口，通信协议和通信指令等内容。PLC的组网和通信能力也已成为PLC产品水平的重要衡量指标之一。,1.5 可编程控制器的分类、特点、应用及发展,1.5.1 可编程控制器的分类1.按I/

16、O点数和功能分类:由I/O点数的多少可将PLC的I/O点数分成小型、中型和大型。2.按结构形式分类:PLC可分为整体式结构和模块式结构两大类。,1.5.2 可编程控制器的特点,（1）编程简单，使用方便。（2）控制灵活，程序可变，具有很好的柔性。（3）功能强，扩充方便，性能价格比高。（4）控制系统设计及施工的工作量少，维修方便。（5）可靠性高，抗干扰能力强。（6）体积小、重量轻、能耗低，是“机电一体化”特有的产品。,1.5.3 可编程控制器的应用,1.逻辑控制2.运动控制 3.过程控制4.数据处理5.构建网络控制,第2章 西门子S7-200系列可编程控制器介绍,本章要点 西门子S7-200 CP

17、U224可编程控制器的结构、性能指标 西门子S7-200 CPU224可编程控制器工作方式 扩展模块介绍 S7-200系列可编程控制器编址、寻址方式 可编程控制器元件功能及地址分配,2.1 S7-200系列PLC概述,西门子S7系列可编程控制器分为S7-400、S7-300、S7-200三个系列，分别为S7系列的大、中、小型可编程控制器系统。S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号。四种型号的PLC具有下列特点：（1）集成的24V电源。可直

18、接连接到传感器和变送器执行器，CPU 221和CPU222具有180mA 输出。CPU224输出280mA，CPU 226、CPU 226XM输出400mA 可用作负载电源。（2）高速脉冲输出。具有2 路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达20KHz，用于控制步进电机或伺服电机，实现定位任务。（3）通信口。CPU 221、CPU222和CPU224具有1个RS-485通信口。CPU 226、CPU 226XM具有2个RS-485通信口。支持PPI、MPI通信协议，有自由口通信能力。,（4）模拟电位器。CPU221/222有1个模拟电位器，CPU224/226/226XM有2个模拟电位器。模拟电位器

19、用来改变特殊寄存器（SMB28，SMB29）中的数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。（5）中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。（6）EEPROM 存储器模块（选件）。可作为修改与拷贝程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作。（7）电池模块。用户数据（如标志位状态、数据块、定时器、计数器）可通过内部的超级电容存储大约5 天。选用电池模块能延长存储时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。,（8）不同的设备类型。CPU 221226 各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。（9）数字量输入/输出点。CPU

20、 221具有6个输入点和4个输出点；CPU 222具有8个输入点和6个输出点；CPU 224 具有14个输入点和10个输出点；CPU226/226XM 具有24个输入点和16个输出点。CPU22X主机的输入点为24V直流双向光电耦合输入电路，输出有继电器和直流（MOS型）两种类型。（10）高速计数器。CPU 221/222有4个30KHz高速计数器，CPU224/226/226XM有6个30KHz的高速计数器，用于捕捉比CPU扫描频率更快的脉冲信号。,2.2 S7-200系列CPU224型PLC的结构,2.2.1 CPU224型PLC外型及端子介绍,2.CPU224型PLC端子介绍,（1）基本

21、输入端子。CPU224的主机共有14个输入点（I0.0I0.7、I1.0I1.5）和10个输出点（Q0.0Q0.7，Q1.0Q1.1），在编写端子代码时采用八进制，没有0.8和0.9。CPU224输入电路参见图2-2，它采用了双向光电耦合器，24V直流极性可任意选择，系统设置1M为输入端子（I0.0I0.7）的公共端，2M为（I1.0I1.5）输入端子的公共端。,（2）基本输出端子。,图2-3 PLC晶体管输出输出端子,继电器输出形式PLC输出端子,（3）高速反应性。CPU224 PLC有6个高速计数脉冲输入端（I0.0I0.5），最快的响应速度为30KHz用于捕捉比CPU扫描周期更快的脉冲信

22、号.CPU224 PLC 有2个高速脉冲输出端（Q0.0，Q0.1），输出频率可达20KHz，用于PTO（高速脉冲束）和PWM（宽度可变脉冲输出）高速脉冲输出。（4）模拟电位器。模拟电位器用来改变特殊寄存器（SMB28，SMB29）中的数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。,（5）可选卡插槽。该卡位可以选择安装扩展卡。扩展卡有EEPROM存储卡，电池和时钟卡等模块。存储卡用于用户程序的拷贝复制。在PLC通电后插此卡，通过操作可将PLC中的程序装载到存储卡。当卡已经插在基本单元上，PLC通电后不需任何操作，卡上的用户程序数据会自动拷贝在PLC中。利用这一功能，

23、可对无数台实现同样控制功能的CPU22X系列进行程序写入。注意：每次通电就写入一次，所以在PLC运行时，不要插入此卡。电池模块用于长时间保存数据，使用CPU224内部存储电容数据存储时间达190小时，而使用电池模块数据存储时间可达200天。,2.2.2 CPU224型PLC的结构及性能指标,CPU224型可编程控制器主要由CPU、存储器、基本I/O接口电路、外设接口、编程装置、电源等组成,CPU224型可编程控制器有两种，一种是CPU 224 AC/DC/继电器，交流输入电源，提供24V直流给外部元件（如传感器等），继电器方式输出，14点输入，10点输出；一种是CPU 224 DC/DC/DC

24、，直流24V输入电源，提供24V直流给外部元件（如传感器等），半导体元件直流方式输出，14点输入，10点输出。用户可根据需要选用。,2.2.3 PLC的CPU的工作方式,1.CPU的工作方式CPU前面板上用两个发光二极管显示当前工作方式，绿色指示灯亮，表示为运行状态，红色指示灯亮，表示为停止状态，在标有SF指示灯亮时表示系统故障，PLC停止工作。（1）STOP（停止）。CPU在停止工作方式时，不执行程序，此时可以通过编程装置向PLC装载程序或进行系统设置，在程序编辑、上下载等处理过程中，必须把CPU置于STOP方式。（2）RUN（运行）。CPU在RUN工作方式下，PLC按照自己的工作方式运行用

25、户程序。,2.改变工作方式的方法（1）用工作方式开关改变工作方式。工作方式开关有3个挡位：STOP、TERM（Terminal）、RUN。1把方式开关切到STOP位，可以停止程序的执行。2把方式开关切到RUN位，可以起动程序的执行。3把方式开切到TERM（暂态）或RUN位，允许STEP7-Micro/WIN32软件设置CPU工作状态。如果工作方式开关设为STOP或TERM，电源上电时，CPU自动进入STOP工作状态。设置为RUN时，电源上电时，CPU自动进入RUN工作状态。（2）用编程软件改变工作方式。把方式开关切换到TERM（暂态），可以使用STEP 7-Micro/WIN32编程软件设置工

26、作方式。（3）在程序中用指令改变工作方式。在程序中插入一个STOP指令，CPU可由RUN方式进入STOP工作方式。,2.3 扩展功能模块,1.扩展单元扩展单元没有CPU，作为基本单元输入/输出点数的扩充，只能与基本单元连接使用。不能单独使用。S7-200的扩展单元包括数字量扩展单元，模拟量扩展单元，热电偶、热电阻扩展模块，PROFIBUS-DP通信模块。用户选用具有不同功能的扩展模块，可以满足不同的控制需要，节约投资费用。连接时CPU模块放在最左侧，扩展模块用扁平电缆与左侧的模块相连，如图2-6所示。CPU222最多连接两个扩展模块，CPU224/CPU226最多连接7个扩展模块。,2.电源模

27、块外部提供给PLC的电源，有24VDC、220VAC两种，根据型号不同有所变化。S7-200的CPU单元有一个内部电源模块，S7-200小型PLC的电源模块与CPU封装在一起，通过连接总线为CPU模块、扩展模块提供5V的直流电源，如果容量许可，还可提供给外部24V直流的电源，供本机输入点和扩展模块继电器线圈使用。应根据下面的原则来确定I/O电源的配置。（1）有扩展模块连接时，如果扩展模块对5VDC电源的需求超过CPU的5V电源模块的容量，则必须减少扩展模块的数量。（2）当+24V直流电源的容量不满足要求时，可以增加一个外部24V直流电源给扩展模块供电。此时外部电源不能与S7-200的传感器电源

28、并联使用，但两个电源的公共端（M）应连接在一起。,2.3.2 常用扩展模块介绍,1.数字量扩展模块,2.模拟量扩展模块,3.热电偶、热电阻扩展模块,EM231热电偶、热电阻扩展模块是为S7-200 CPU222 CPU224和CPU226/226XM设计的模拟量扩展模块，EM231热电偶模块具有特殊的冷端补偿电路，该电路测量模块连接器上的温度，并适当改变测量值，以补偿参考温度与模块温度之间的温度差，如果在EM231热电偶模块安装区域的环境温度迅速地变化，则会产生额外的误差，要想达到最大的精度和重复性，热电阻和热电偶模块应安装在稳定的环境温度中。,4.PROFIBUS-DP通信模块通过EM 27

29、7 PROFIBUS-DP扩展从站模块，可将S7-200CPU作为DP从站连接到ROFIBUS-DP网络，如图2-9所示。EM 277 经过串行I/O总线连接到S7-200 CPU，PROFIBUS 网络经过其DP通信端口，连接到EM 277 PROFIBUS-DP 模块。EM 277 PROFIBUS-DP模块的DP端口可连接到网络上的一个DP主站上，但仍能作为一个MPI从站，与同一网络上如SIMATIC编程器或S7-300/S7-400 CPU等其它主站进行通信。,图2-9通过EM 277 PROFIBUS-DP扩展从站模块将S7-200CPU连接到ROFIBUS-DP网络,2.4 S7-

30、200系列PLC内部元器件2.4.1 数据存储类型1.数据的长度,二进制数的“位”只有 0和1两种的取值，开关量(或数字量)也只有两种不同的状态，如触点的断开和接通，线圈的失电和得电等。在S7-200梯形图中，可用“位”描述它们，如果该位为1则表示对应的线圈为得电状态，触点为转换状态(常开触点闭合、常闭触点断开)；如果该位为0，则表示对应线圈，触点的状态与前者相反。在数据长度为字或双字时，起始字节均放在高位上。,2.数据类型及数据范围S7-200系列PLC的数据类型可以是字符串、布尔型（0或1）、整数型和实数型（浮点数）。布尔型数据指字节型无符号整数；整数型数包括16位符号整数（INT）和32

31、位符号整数（DINT）。实数型数据采用32位单精度数来表示。,3.常数 S7-200的许多指令中常会使用常数。常数的数据长度可以是字节、字和双字。CPU以二进制的形式存储常数，书写常数可以用二进制、十进制、十六进制、ASCII码或实数等多种形式。书写格式如下：十进制常数：1234；十六进制常数：16#3AC6；二进制常数：2#1010 0001 1110 0000 ASCII码：“Show”；实数（浮点数）：+1.175495E-38（正数），-1.175495E-38（负数）,2.4.2 编址方式,数字量输入写入输入映象寄存器（区标志符为I），数字量输出写入输出映象寄存器（区标志符为Q），模

32、拟量输入写入模拟量输入映象寄存器（区标志符为AI），模拟量输出写入模拟量输出映象寄存器（区标志符为AQ）。除了输入输出外，PLC还有其他元件，V表示变量存储器；M表示内部标志位存储器；SM表示特殊标志位存储器；L表示局部存储器；T表示定时器；C表示计数器；HC表示高速计数器；S表示顺序控制存储器；AC表示累加器。,1.存储区的划分,（1）位编址位编址的指定方式为：（区域标志符）字节号位号，如I0.0；Q0.0；I1.2。（2）字节编址字节编址的指定方式为：（区域标志符）B（字节号），如IB0表示由I0.0I0.7这8位组成的字节。（3）字编址字编址的指定方式为：（区域标志符）W（起始字节号），

33、且最高有效字节为起始字节。例如VW0表示由VB0和VB1这2字节组成的字。（4）双字编址双字编址的指定方式为：（区域标志符）D（起始字节号），且最高有效字节为起始字节。例如VD0表示由VB0到VB3这4字节组成的双字。,2.编址,2.4.3 寻址方式1.直接寻址直接寻址是在指令中直接使用存储器或寄存器的元件名称（区域标志）和地址编号，直接到指定的区域读取或写入数据。有按位、字节、字、双字的寻址方式。,2.间接寻址（1）使用间接寻址前，要先创建一指向该位置的指针。指针为双字（32位），存放的是另一存储器的地址，只能用V、L或累加器AC作指针。生成指针时，要使用双字传送指令（MOVD），将数据所在

34、单元的内存地址送入指针，双字传送指令的输入操作数开始处加&符号，表示某存储器的地址，而不是存储器内部的值。指令输出操作数是指针地址。例如：MOVD&VB200，AC1指令就是将VB200的地址送入累加器AC1中。,（2）指针建立好后，利用指针存取数据。在使用地址指针存取数据的指令中，操作数前加“*”号表示该操作数为地址指针。例如：MOVW*AC1 AC0/MOVW表示字传送指令，指令将AC1中的内容为起始地址的一个字长的数据（即VB200，VB201内部数据）送入AC0内。如图2-13所示。,2.4.4 元件功能及地址分配,1.输入映像寄存器（输入继电器）（1）输入映像寄存器的工作原理。（2）

35、输入映像寄存器的地址分配。S7-200输入映像寄存器区域有IB0IB15共16个字节的存储单元。系统对输入映像寄存器是以字节（8位）为单位进行地址分配的。输入映像寄存器可以按位进行操作，每一位对应一个数字量的输入点。如CPU224的基本单元输入为14点，需占用28=16位，即占用IB0和IB1两个字节。而I1.6、I1.7因没有实际输入而未使用，用户程序中不可使用。但如果整个字节未使用如IB3IB15，则可作为内部标志位（M）使用。输入继电器可采用位，字节，字或双字来存取。输入继电器位存取的地址编号范围为I0.0I15.7。,2.输出映像寄存器（输出继电器）（1）输出映像寄存器的工作原理。（2

36、）输出映像寄存器的地址分配。S7-200输出映像寄存器区域有QB0QB15共16个字节的存储单元。系统对输出映像寄存器也是以字节（8位）为单位进行地址分配的。输出映像寄存器可以按位进行操作，每一位对应一个数字量的输出点。如CPU224的基本单元输出为10点，需占用28=16位，即占用QB0和QB1两个字节。但未使用的位和字节均可在用户程序中作为内部标志位使用。输出继电器可采用位，字节，字或双字来存取。输出继电器位存取的地址编号范围为Q0.0Q15.7。以上介绍输入映像寄存器、输出映像寄存器和输入、输出设备是有联系的，因而是PLC 与外部联系的窗口。下面所介绍的存储器则是与外部设备没有联系的。它

37、们既不能用来接收输入信号，也不能用来驱动外部负载，只是在编程时使用。,3.变量存储器V变量存储器主要用于存储变量。可以存放数据运算的中间运算结果或设置参数，在进行数据处理时，变量存储器会被经常使用。变量存储器可以是位寻址，也可按字节、字、双字为单位寻址，其位存取的编号范围根据CPU的型号有所不同，CPU221/222为V0.0V2047.7共2KB存储容量，CPU224/226为V0.0V5119.7共5KB存储容量。4.内部标志位存储器（中间继电器）M内部标志位存储器，用来保存中间操作状态和控制信息，其作用相当于继电器控制中的中间继电器。内部标志位存储器在PLC中没有输入/输出端与之对应，其

38、线圈的通断状态只能在程序内部用指令驱动，其触点不能直接驱动外部负载，只能在程序内部驱动输出继电器的线圈，再用输出继电器的触点去驱动外部负载。内部标志位存储器可采用位、字节、字或双字来存取。内部标志位存储器位存取的地址编号范围为M0.0M31.7共32个字节。,5.特殊标志位存储器SMPLC中还有若干特殊标志位存储器,特殊标志位存储器位提供大量的状态和控制功能，用来在CPU和用户程序之间交换信息，特殊标志位存储器能以位、字节、字或双字来存取，CPU224的SM的位地址编号范围为SM0.0SM179.7共180个字节。其中SM0.0SM29.7的30个字节为只读型区域。常用的特殊存储器的用途如下：

39、SM0.0：运行监视。SM0.0始终为“1”状态。当PLC运行时可以利用其触点驱动输出继电器，在外部显示程序是否处于运行状态。SM0.1：初始化脉冲。每当PLC的程序开始运行时，SM0.1线圈接通一个扫描周期，因此SM0.1的触点常用于调用初使化程序等。,SM0.3：开机进入RUN时，接通一个扫描周期，可用在启动操作之前，给设备提前预热。SM0.4、SM0.5：占空比为50%的时钟脉冲。当PLC处于运行状态时，SM0.4产生周期为1min的时钟脉冲，SM0.5产生周期为1s的时钟脉冲。若将时钟脉冲信号送入计数器作为计数信号，可起到定时器的作用。SM0.6：扫描时钟，1个扫描周期闭合，另一个为O

40、FF，循环交替。SM0.7：工作方式开关位置指示，开关放置在RUN位置时为1。SM1.0：零标志位，运算结果=0时，该位置1。SM1.1：溢出标志位，结果溢出或非法值时，该位置1。SM1.2：负数标志位，运算结果为负数时，该位置1。SM1.3：被0除标志位。其他特殊存储器的用途可查阅相关手册。,6.局部变量存储器L 局部变量存储器L用来存放局部变量，局部变量存储器L和变量存储器V十分相似，主要区别在于全局变量是全局有效，即同一个变量可以被任何程序（主程序、子程序和中断程序）访问。而局部变量只是局部有效，即变量只和特定的程序相关联。L也可以作为地址指针。S7-200有64个字节的局部变量存储器，

41、其中60个字节可以作为暂时存储器，或给子程序传递参数。后4个字节作为系统的保留字节。局部存储器可以按位、字节、字、双字直接寻址，其位存取的地址编号范围为L0.0L63.7。,7.定时器TPLC所提供的定时器作用相当于继电器控制系统中的时间继电器。每个定时器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用。其设定时间由程序设置。每个定时器有一个16位的当前值寄存器，用于存储定时器累计的时基增量值(132767)，另有一个状态位表示定时器的状态。若当前值寄存器累计的时基增量值大于等于设定值时，定时器的状态位被置“1”，该定时器的常开触点闭合。定时器的定时精度分别为1ms、10ms和100ms三种，CPU222

42、、CPU224及CPU226的定时器地址编号范围为T0T255，它们分辨率、定时范围并不相同，用户应根据所用CPU型号及时基，正确选用定时器的编号。,8.计数器C计数器用于累计计数输入端接收到的由断开到接通的脉冲个数。计数器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用，其设定值由程序赋予。计数器的结构与定时器基本相同，每个计数器有一个16位的当前值寄存器用于存储计数器累计的脉冲数，另有一个状态位表示计数器的状态，若当前值寄存器累计的脉冲数大于等于设定值时，计数器的状态位被置“1”，该计数器的常开触点闭合。计数器的地址编号范围为C0C255。9.高速计数器HC一般计数器的计数频率受扫描周期的影响，不能太

43、高。而高速计数器可用来累计比CPU 的扫描速度更快的事件。高速计数器的当前值是一个双字长（32位）的整数，且为只读值。高速计数器的地址编号范围根据CPU的型号有所不同，CPU221/222各有4个高速计数器，CPU224/226各有6个高速计数器，编号为HC0HC5。,10.累加器AC累加器是用来暂存数据的寄存器，它可以用来存放运算数据、中间数据和结果。CPU提供了4个 32位的累加器，其地址编号为AC0AC3。累加器的可用长度为32位，可采用字节、字、双字的存取方式，按字节、字只能存取累加器的低8位或低16位，双字可以存取累加器全部的32 位。11.顺序控制继电器S（状态元件）顺序控制继电器

44、是使用步进顺序控制指令编程时的重要状态元件，通常与步进指令一起使用以实现顺序功能流程图的编程。顺序控制继电器的地址编号范围为S0.0S31.7。,12.模拟量输入/输出映像寄存器（AI/AQ）S7-200的模拟量输入电路是将外部输入的模拟量信号转换成1个字长的数字量存入模拟量输入映像寄存器区域，区域标志符为AI。模拟量输出电路是将模拟量输出映像寄存器区域的1个字长（16位）数值转换为模拟电流或电压输出，区域标志符为AQ。在PLC内的数字量字长为16位，即两个字节，故其地址均以偶数表示，如 AIW0、AIW2.；AQW0、AQW2.。对模拟量输入/输出是以2个字（W）为单位分配地址，每路模拟量输

45、入/输出占用1个字（2个字节）。如有3路模拟量输入，需分配4个字（AIW0、AIW2、AIW4、AIW6），其中没有被使用的字AIW6，不可被占用或分配给后续模块。如果有1路模拟量输出，需分配2个字（AQW0、AQW2），其中没有被使用的字AQW2，不可被占用或分配给后续模块。模拟量输入/输出的地址编号范围根据CPU的型号的不同有所不同，CPU222为AIW0AIW30/AQW0AQW30；CPU224/226为AIW0AIW62/AQW0AQW62。,【例2-1】给表2-8所示的硬件组态配置I/O地址。表2-8 硬件组态及I/O地址,第3章 PLC程序设计基础,3.1 PLC的编程语言与程序

46、结构3.1.1 PLC编程语言的国际标准,IEC 61131-3标准的5种编程语言：1)顺序功能图(Sequential Function Chart)；2)梯形图(Ladder Diagram)；3)功能块图(Function Block Diagram)；4)指令表(Instruction List)；5)结构文本(Structured Text)。,图3-1 PLC的编程语言,图3-2梯形图与语句表 图3-3 功能块图,“能流”(Power Flow)只能从左向右流动。1个网络（Network）中只能放1块独立电路。功能块图（FBD）类似于数字逻辑门电路，“LOGO！”使用FBD。STE

47、P 7-Micro/WIN的IEC 61131-3指令集只提供梯形图、功能块图。3.1.2 S7-200的程序结构S7-200的程序由主程序、子程序和中断程序组成。1主程序：每次扫描都要执行主程序。每个项目都必须且只能有一个主程序（OB1）。2子程序：可以多次调用，简化程序代码、减少扫描时间、容易移植到别的项目。3中断程序：在中断事件发生时由PLC的操作系统调用。,3.2 存储器的数据类型与寻址方式3.2.1 数据在存储器中存取的方式 1用1位二进制数表示开关量。I3.2：“字节.位”寻址方式。,2多位二进制数：2#101012302212102010。3十六进制数：用于简化二进制数的表示方法

48、，“逢16进1”，用09和AF来表示16个数，16#2F对应的十进制数为21611516047。4字节、字与双字,图3-5 字节、字与双字,以起始字节的地址作为字和双字的地址。起始字节为最高位的字节。I、Q、V、M、S、SM、L均可按位、字节、字和双字来存取。5负数的表示方法用二进制补码表示有符号数，最高位为符号位，最大的16位正数为16#7FFF（32767）。6BCD码BCD码用4位二进制数来表示1位十进制数。十进制数23对应的BCD码为16#23。BCD码用于输入输出设备。3.2.2 CPU的存储区1输入过程映像寄存器（I）2输出过程映像寄存器（Q）3变量存储区V是全局存储器，可以被所有

49、的POU存取。4位存储区（M）5定时器存储区（T）6计数器存储区（C）7高速计数器（HC）,832位累加器（AC0AC3）可以按字节、字和双字来存取。按字节、字只能存取累加器的低8位或低16位。9特殊存储器（SM）特殊存储器（SM）标志位：SM0.0一直为1状态；SM0.1仅在执行用户程序的第一个扫描周期为1状态。SM0.4和SM0.5分别提供周期为1分钟和1秒的时钟脉冲。SM1.0、SM1.1和SM1.2分别为零标志、溢出标志和负数标志。10局部存储器L作为暂时存储器，或给子程序传递参数。11模拟量输入字(AI)从偶数字节地址开始（例如AIW2），为只读数据。12模拟量输出字(AQ)从偶数字

50、节地址开始（例如AQW2），用户不能读取。13顺序控制继电器（S）：顺序控制编程用。14常数的表示方法与范围,15实数（浮点数）：在编程软件中，用小数表示浮点数。,16字符串的格式,I0.0为绝对地址，%I0.0是IEC编辑器中的地址。#INPUT1：局部变量符号地址；“INPUT1”：全局符号地址。“#”号和双引号是编程软件自动添加的。3.2.3 直接寻址与间接寻址 直接寻址指定了存储器的区域、长度和位置，例如VB200。,图3-8 使用指针的间接寻址,【例3-1】某发电机在计划发电时每个小时有一个有功功率给定值，从0时开始，这些给定值依次存放在VW100VW146中，共24个字。从实时时钟