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1、,西门子公司生产的SIMATIC可编程控制器主要有S5和S7两大系列。目前，早期的S5系列PLC产品已被新研制生产的S7系列所替代。S7系列以结构紧凑、可靠性高、功能全等优点，在自动控制领域占有重要地位。,SIMATIC S7系列PLC又分为S7-400、S7-300和S7-200 共3个子系列，分别为S7系列的大、中、小（微）型PLC系统。SIMATIC S7-200系列PLC是西门子公司生产的具有高性价比的小型可编程控制器，由于它结构小巧，运行速度高，价格较低，因此在工业生产中得到广泛应用。,6.1 S7200系列PLC系统的构成,S7-200系列 PLC系统由主机（基本单元）、I/O扩展
2、单元、功能单元（模块）和外部设备等组成。S7-200 PLC主机（基本单元）的结构形式为整体式结构。,图6-1 S7-200系列 CPU结构,6.1.1 CPU224型PLC的结构,主机（基本单元）是PLC系统的控制核心，也是一个最简单的PLC控制系统。S7-200系列的主机型号都是以CPU开头的。S7-200系列PLC有CPU 21X和CPU 22X两代产品，其中CPU 22X型PLC有CPU 221，CPU 222，CPU 224和CPU 226四种基本型号。,6.1.1 CPU224型PLC的结构,1.整体式PLC的结构分析,CPU 224主机可独立工作，完成简单的控制功能。主机箱体内部
3、有以微处理器为内核的PLC主板，具有完全意义的控制、运算、存储功能。另外，外部设有RS-485通讯接口，用以连接编程器（手持式或PC机）、文本图形显示器、PLC网络等外部设备；还设有工作方式开关，模拟电位器，I/O扩展接口，工作状态指示和用户程序存储卡，I/O接线端子排及发光指示等。,2.CPU224型PLC的结构特点,(1)基本单元I/O,CPU 22X型PLC，具有两种不同的电源供电电压，输出电路分为继电器输出和晶体管DC输出两大类。CPU 22X系列PLC可提供4个不同型号的多种基本单元供用户选用，其类型及参数如表6-1所示。,(2)高速反应性,CPU 22X PLC可以处理和输出高速脉
4、冲，可以处理普通I/O端口无法处理的高速信号，这使PLC系统的功能大大加强。,CPU 224 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号。,CPU 224 PLC有2个高速脉冲输出端（Q0.0、Q0.1），输出脉冲频率可达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。,S7-200 CPU存储器系统由RAM和EEPROM两种存储器构成，用以存储用户程序、CPU组态（配置）、程序数据等。当执行程序下载操作时，用户程序、CPU组态（配置）、程序数据等由编程器送入RAM存储器区，并自动拷贝到E
5、EPROM区，永久保存。系统还具有完善的数据保护功能。系统掉电时，系统自动将RAM中M存储器的内容保存到EEPROM存储器。上电恢复时，用户程序及CPU组态（配置）自动从EEPROM的永久保存区读取到RAM中，如果V和M存储区内容丢失时，EEPROM永久保存区的数据会复制到RAM中去。,(3)存储系统,模拟电位器用来改变特殊寄存器（SM32、SM33）中的数值，以改变程序运行时的参数，如定时、计数器的预置值，过程量的控制参数等。,CPU 224 PLC还支持外扩存储卡，存储卡是用来扩展PLC的数据存储资源的器件，也称扩展卡。扩展卡有EEPROM存储卡、电池和时钟卡等模块。EEPROM存储模块，
6、用于用户程序的拷贝复制。电池模块，用于长时间保存数据，使用CPU 224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。,(4)模拟电位器,(5)存储卡,6.2 S7200系列PLC的内部元器件,6.2.1 PLC的内部元器件,PLC是以微处理器为核心的电子设备。PLC内部设计了编程使用的各种元器件，PLC与继电器控制的根本区别在于PLC采用的是软器件，以程序实现各器件之间的连接。下面从元器件的功能、存储空间、存储方式、寻址方式等角度，叙述各种元器件的使用方法。,1.内部元件的功能,CPU 22X 系列PLC内部的元器件有很多，它们在功能是相互独立的。在数据存储区
7、为每一种元器件分配一个存储区域。每一种元器件用一组字母表示器件类型，字母加数字表示数据的存储地址。如I表示输入映像寄存器（又称输入继电器）；Q表示输出映像寄存器（输出继电器）；M表示内部标志位存储器；SM表示特殊标志位存储器；S表示顺序控制存储器（又称状态元件）；V表示变量存储器；L表示局部存储器；T表示定时器；C表示计数器；AI表示模拟量输入映像寄存器，AQ表示模拟量输出映像寄存器；AC表示累加器；HC表示高速计数器等。下面分别介绍这些内部器件的定义、功能和使用方法。,(1)输入/输出映像寄存器（I/Q）,输入/输出映像寄存器包括输入映像寄存器I和输出映像寄存器Q。输入/输出映像寄存器都是以
8、字节为单位的寄存器，可以按位操作，它们的每1位对应一个数字量输入/输出接点。不同型号主机的输入/输出映像寄存器区域大小和I/O点数参考主机技术性能指标。扩展后的实际I/O点数不能超过I/O映像寄存器区域的大小，I/O映像寄存器区域未用的部分可当作内部标志位M或数据存储器（以字节为单位）使用。输入映像寄存器（输入继电器）的等效电路如图6-3所示，输出映像寄存器（输出继电器）的等效电路如图6-4所示。,图6-3 输入映像寄存器（输入继电器）的等效电路图,图6-4 输出映像寄存器（输出继电器）的等效电路图,(2)内部标志位（M）,顺序控制继电器S又称状态元件，用来组织机器操作或进入等效程序段工步，以
9、实现顺序控制和步进控制。可以按位、字节、字或双字来存取存储区的数据。编址范围S0.0S31.7。,内部标志位（M）可以按位使用，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。也可以按字节、字或双字来存取存储区的数据。编址范围M0.0M31.7。,(3)顺序控制继电器（S）,(4)变量存储器（V）,变量存储器V用以存储运算的中间结果，也可以用来保存工序或任务相关的其它数据，如模拟量控制，数据运算，设置参数等。变量存储器可按位使用，也可按字节、字或双字使用。变量存储器存储空间较大，CPU 224和CPU226有VB0.0VB5119.7共5K字节的存储空间。,局部存储器（L）
10、和变量存储器（V）很相似，主要区别在于局部存储器（L）是局部有效的，变量存储器（V）则是全局有效。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。S7-200 PLC根据需要分配局部存储器。当主程序执行时，64个字节的局部存储器分配给主程序；当中断或调用子程序时，将局部存储器重新分配给相应程序。局部存储器在分配时，PLC不进行初始化，初始值是任意的。可以用直接寻址方式按字节、字或双字来访问局部存储器，也可以把局部存储器作为间接寻址的指针，但不能作为间接寻址的存储区域。,(5)局部存储器（L）
11、,PLC中定时器相当于时间继电器，用于延时控制。S7-200 CPU中的定时器是对内部时钟累计时间增量的设备。定时器用符号T和地址编号表示，编址范围T0T255（22X）；T0T127(21X)。定时器的主要参数有定时器预置值，当前计时值和状态位。,(6)定时器（T）,计数器主要用来累计输入脉冲个数。其结构与定时器相似，其设定值（预置值）在程序中赋予，有1个16位的当前值寄存器和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，一种增计数；一种减计数；另一种增/减计数。计数器用符号C和地址编号表示。,(7)计数器（
12、C）,(8)模拟量输入/输出映像寄存器（AI/AQ）,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，可以用区域标志符（AI），数据长度（W）及字节的起始地址来存取这些值。因为模拟量为1个字长，起始地址定义为偶数字节地址，如AIW0，AIW2，AIW62，共有32个模拟量输入点。模拟量输入值为只读数据。,S7-200模拟量输出电路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。可以用标识符（AQ）、数据长度（W）及起始字节地址来设置。,因为模拟量输出数据长度为16位，起始地址也采用偶
13、数字节地址，如AQW0，AQW2，AQW62，共有32个模拟量输出点。用户程序只能给输出映像寄存器区域置数，而不能读取。,图6-7 存取模拟量输出值,(9)累加器（AC）,累加器是用来暂存数据的寄存器，可以同子程序之间传递参数，以及存储计算结果的中间值。S7-200 CPU中提供了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。按字节或字为单位存取时，累加器只使用低8位或低16位，数据存储长度由所用指令决定。累加器操作见图6-8。,(10)高速计数器（HC）,CPU 22X PLC提供了6个高速计数器（每个计数器最高频率为30KHz）用来累计比CPU扫描速率更
14、快的事件。高速计数器的当前值为双字长的符号整数，且为只读值。高速计数器的地址由符号HC和编号组成，如HC0、HC1HC5。,(11)特殊标志位存储器（SM）,SM存储器提供了CPU与用户程序之间信息传递的方法，用户可以使用这些特殊标志位提供的信息，SM控制S7-200 CPU的一些特殊功能。特殊标志位可以分为只读区和读写区两大部分。CPU 224的SM编址范围为SM0.0 SM179.7共180个字节，CPU 214为SM0.0 SM85.7共86个字节。其中SM0.0SM29.7的30个字节为只读型区域。,可编程控制器的硬件结构是软件编程的基础，S7-200 PLC各编程元器件及操作数的有效
15、编程范围如表6-3和表6-4所示。,2.各种元件的编程范围,1.数据存储器的分配,PLC具有强大的数据存储能力，数据存储区为每一种元器件分配一个存储区域。,6.2.2 PLC的数据存储,S7-200按元器件的种类将数据存储器分成若干个存储区域，每个区域的存储单元按字节编址，每个字节由8位组成。可以进行位操作的存储单元，每1位都可以看成是有0、1状态的逻辑器件。,2.数值表示方式,(1)数值类型及范围,S7-200系列在存储单元所存放的数据类型有布尔型（BOOL）、整数型（INT）和实数型（REAL）三种。表6-5给出了不同长度数值所能表示的整数范围。,布尔型数据指字节型无符号整数。常用的整型数
16、据包括单字长（16位）和双字长（32位）符号整数两类。实数（浮点数）采用32位单精度数表示，数据范围是正数：1.175495E-38到+3.402823E+38；负数：-1.175495E-38到-3.042823E-38。,(2)常数,6.2.2 PLC的数据存储,在S7-200的许多指令中使用常数，常数值的长度可以是字节、字或双字。CPU以二进制方式存储常数，可以采用十进制，十六进制，ASC码或浮点数形式书写常数。下面是上述常用格式书写常数的例子：,S7-200将信息存于不同的存储单元，每个单元有一个唯一的地址，系统允许用户以字节、字、双字为单位存、取信息。提供参与操作的数据地址的方法，称
17、为寻址方式。S7-200数据寻址方式有立即寻址、直接寻址和间接寻址三大类。立即寻址的数据在指令中以常数形式出现，直接寻址和间接寻址方式有位、字节、字和双字4中寻址格式，下面对直接寻址和间接寻址方式加以说明。,6.2.3 寻址方式,1.直接寻址方式,6.2.3 寻址方式,直接寻址方式是指在指令中直接使用存储器或寄存器的元件名称和地址编号，直接查找数据。数据直接寻址指的是，在指令中明确指出了存取数据的存储器地址，允许用户程序直接存取信息。数据直接地址表示方法如图6-9所示。,图6-9 数据地址表示方法,2.间接寻址方式,6.2.3 寻址方式,间接寻址是指使用地址指针来存取存储器中的数据。使用前，首
18、先将数据所在单元的内存地址放入地址指针寄存器中，然后根据此地址存取数据。S7200 CPU中允许使用指针进行间接寻址的存储区域有I、Q、V、M、S、T、C。建立内存地址的指针为双字长度（32位），故可以使用V、L、AC作为地址指针。必须采用双字传送指令（MOVD）将内存的某个地址移入到指针当中，以生成地址指针。指令中的操作数（内存地址）必须使用“&”符号表示内存某一位置的地址（32位）。例如：MOV&VB200，AC1/将VB200地址值送AC1。VB200是直接地址编号，&为地址符号，将本指令中&VB200改为&VW200或VD200，指令功能不变。,间接寻址（用指针存取数据）：在使用指针存
19、取数据的指令中，操作数前加有“*”时表示该操作数为地址指针。例如：MOVW*AC1，AC0/将AC1作为内存地址指针，W规定了传送数据长度，本指令把以AC1中内容为起始地址的内存单元的16位数据送到累加器AC0中，操作过程见图6-12。,6.2.3 寻址方式,S7-200系列PLC主机基本单元的最大输入输出点数为40（CPU 226为24输入，16输出）。PLC内部映像寄存器资源的最大数字量I/O映像区的输入点I0I15为16个字节，输出点Q0Q15也为16个字节，共32个字节256点（328）。最大模拟量I/O为64点，AIW0AIW62共32个输入点，AQW0AQW62共32个输出点（偶数
20、递增）。S7-200系统最多可扩展7个模块。,6.3 输入、输出及扩展,PLC扩展模块的使用，除了增加I/O点数的需要外，还增加了PLC许多控制功能。S7-200 PLC系列目前总共可以提供3大类共9种数字量I/O模块；3大类共5种模拟量I/O模块，2种通讯处理模块。扩展模块的种类见表6-6。,CPU本机的I/O点具有固定的I/O地址，可以把扩展的I/O模块接至主机右侧来增加I/O点数，扩展模块I/O地址由扩展模块在I/O链中的位置决定。输入与输出模块的地址不会冲突，模拟量控制模块地址也不会影响数字量控制模块。例如以CPU 224为主机，扩展五块数字、模拟I/O模块，其I/O链的控制连接如图6
21、-13所示。,6.3.1 本机及扩展I/O编址,表6-7 模块对应I/O地址表,6.3.1 本机及扩展I/O编址,S7-200 PLC扩展模块具有与基本单元相同的设计特点，固定方式与CPU主机相同，主机及I/O扩展模块有导轨安装和直接安装两种方法，典型安装方式如图6-14所示。,6.3.2 扩展模块的安装与连接,导轨安装方式是在DIN标准导轨上的安装，I/O扩展模块装在紧靠CPU右侧的导轨上，具有安装方便、拆卸灵活等优点。,直接安装是将螺钉通过安装固定螺孔将模块固定在配电盘上，具有安装可靠，防震性好的特点。当需要扩展的模块较多时，可以使用扩展连接电缆重叠排布（分行安装）。扩展模块除了自身需要24V供电电源外，还要从I/O总线上产生5VDC的电源损耗，必要时，需校参照表6-8校验主机5V DC的电流驱动能力。,6.3.2 扩展模块的安装与连接,系统块是PLC系统模块的简称，系统模块可以通过软件设置其功能。如对数字量和模拟量输入信号的滤波，脉冲截取（捕捉），输出表等配置等。另外还有通讯口，保存范围，背景时间及密码等设置。系统模块的设置在编程软件STEP7-Micro/WIN中完成。,6.3.3 S7-200系统块配置,
