PLC基础与应用-S7-200

连接SIMATIC现场总线PROFIBUS-DP从站通信模块，
使用EM227可将S7-200 CPU作为现场总线PROFIBUS-DP
的从站街道网络中。
2､以太网通信处理器CP243-1 （选型手册72页）
二､S7-200的编程元件的寻址及CPU组态 (一)数据在存储器中的存取方式 1､用一位二进制数表示开关量
②、用户程序存储器：存放用户编写的程序。分两个区：
（3）输入单元 用于接收和采集输入信号 （4）输出单元
向被控对象的各种执行元件输出控制信号。PLC一
般采用继电器输出或可控硅和晶体管输出。
（5）电源部件
大都采用开关式稳压电源供电，用锂电池做停
电时的后备电源。
（二） PLC的基本工作原理 有两个显著的特点：一个是周期性顺序扫描；一个是集 中批处理。
。它
辑运算、顺序运算、计时、计算和算术运算等操作的指令
，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型
的机械或生产过程。
(一)､分类： 1､根据控制规模分类
（1）小型机
I/O点数在256点以下。
一般只有逻辑运算､定时､计数功能。适用于小规模的
开关量控制，有的还具有算术运算和模拟量处理功能。
第二部分
S7-200 PLC
S7-200概述 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。 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。
器､定时器､计数器､数据寄存器等。 1､输入继电器（I） 输入继电器-输入映像寄存器,接受外部输入的数字量的 CPU按“字节.位”的编址方式来读取一个继电器的状态，
窗口。S7-200的输入映像寄存器是以字节为单位的寄存器， 也可按字节或者按字来读取相邻一组继电器的状态。在梯
形图中可多次使用输入位的常开和常闭触点，输入端子上 未接入器件的输入继电器只能空着，不能挪作它用。 2､输出继电器（Q） 输出继电器-输出映像寄存器，与外部输出端子建立明 确的对应连接关系。 S7-200的输出映像寄存器是以字节
MSB I0 I1 I2 I3 I4 I5 LS B 7 6 5 4 3 2 1 0
1 状态ON；0 状态OFF。
S7-200存储单元的地址由
字节地址和位地址组成，如图，其中
图2-3-1 位数据存放
的区域标示符“I”表示输入(Input)，字节地址为3，位地
址为2。这种存取方式称为“字节,位”寻址方式。
为单位的寄存器，它每一位对应一个数字量的输出点，一 般采用“字节.位”的编制方式。 3､变量寄存器（V）
V寄存器在模拟量控制､数据运算､参数设置以及程序执
行过程中存放中间结果。 V寄存器可以位为单位使用，也
可按字节､字､双字为单位使用。CPU222为V0.0~V2047.7;
CPU224为V0.0~V5119.7；CPU226为V0.0~V5119.7。 4､辅助继电器（M） 辅助继电器与外部无任何联系，不可能驱动任何负载， 一般以位为单位用，采用“字节.位”编址方式，S7-22X 系列的辅助继电器的数量为256个。
接触器 电磁阀
存储器
行程开关
电源部分
指示灯
编程器或其他设备
（1） CPU：是PLC的核心。 接受用户编程器输入的用户程序和数据； 检查编程过程中的语法错误； 用扫描工作方式，接受来自现场的输入信号，并输入 到 输入映像寄存器和数据存储器中； 在进入运行方式后，从存储器中逐条读取并执行用户 程序，完成用程序中所规定的逻辑运算，算术运算及数 据处理等操作的；
PLC基础与应用
第一部分
PLC基础知识
一､概述：
可编程序逻辑控制器PLC（Programmable Logic
Controller）产生于1969年，最初只具备逻辑控制、定时
、计数等功能，主要是用来取代继电接触器控制。
1985年，国际电工委员会定义如下： PLC是一种专
门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置
（四）模拟量扩展单元模块（选型手册48页）
1､EM231 4路12位模拟量输入模块
差分输入，0~10V，0~5V， ± 2.5V, ± 5V，0~20mA. 2､EM232 2路12位模拟量输出 3､EM235 4路输入/1路输出。
（五）特殊模块 1､Profibus-DP从站模块EM227 （选型手册70页）
对输出继电器的扫描结果，也不是马上去驱动外部负载， 而是将其结果写入元件寄存器中的映像寄存器中，待输 出刷新阶段集中进行批处理，所以执行用户程序阶段也
是集中批处理阶段。
在这个阶段，除输入映像寄存器外，各元件寄存器的内
容是随着程序的执行而不断变化。
4､输出刷新扫描阶段 这是第三个集中批处理过程。 当CPU对全部用户程序扫描结束后，将元件映像寄存器 中个输出继电器的状态同时送到输出锁存器中，再由输 出锁存器经输出端子去驱动个输出继电器所带的负载。 在输出刷新结束后，CPU进入下一个扫描周期。
开 始
内部处理
通信处理
否
RUN 方式？ 是 输入扫描
执行用户程序
输出处理
1､公共处理扫描阶段 PLC自检､执行来自外设的命令､对监视定时器清零等。 在PLC内部设置一个监视定时器，监视PLC每次扫描的时
间，是否超过规定值，如果程序运行正常，则在每次扫描
周期的公共处理阶段对监视定时器清零(复位)，避免由于
PLC，根据控制的规模，可选相应的CPU主机，除
CPU221外，其他CPU可进行系统扩展。
（二）基本单元 1、硬件介绍： （选型手册3页）
2、主要技术数据（选型手册22页）
项目 CPU221 I/O点 6输入 /4输出 扩展能力 无 用户程序数据存储空 6KB 间 高速计数器 (30KHz) 4个 高速脉冲输出 (20KHz) 2路 PID控制器 无 RS-485通信 /编程口 1个 多点接口 MPI通信协议 有 点对点接口 PPI通信协议有 自有通信口 有 CPU222 8输入 /6输出 2个 6KB 4个 2路 有 1个 有 有 有 CPU224 CPU226 14输入 /10输出 24输入 /16输出 7个 7个 13KB 13KB 6个 6个 2路 2路 有 有 1个 2个 有 有 有 有 有 有
字节地址。
VD1 00
3 1 VB1 00
VB1 01
VB1 02
VB1 03
0
图2-3-2 对同一地址进行字节､字和双子村去操作比较
VD100是由VB100~VB103组成双字， V区域标示符，D
表示存取双字，100为起始字节地址。
(二)编程元件
PLC在其系统软件的管理下，将用户程序存储器划分 出若干个区，并将这些区赋予不同的功能，根据其功能， 分别称为输入继电器､输出继电器､辅助继电器､变量继电
根据需要选择合适的型号
3、接线（选型手册36页）
（三）数字量扩展模块（选型手册41页） S7-200提供三大类共九种数字量输入/输出扩展模块 1､EM221 数字量输入(DI)，8点DC，光耦合隔离。
2､EM222 数字量输出(DO)，8点24VDC输出；8点继
电器输出。
3､EM223 数字量混合输入/输出，有6种类型。
根据运算结果，更新标志位的状态，刷新输出映像寄
存器的内容，再经输出部件实现输出控制。
（2）存储器： ①、系统存储器：存放系统工作程序（监控程序）、模 块化应用功能子程序、命令 解释、功能子程序的调用管
理程序和系统参数。 程序存储区（存放通过编程器输入的程序）；
数据存储区（存储通过输入端子读取的输入信号，准备 通过输 出端子输出的信号）
5､特殊继电器（SM） 特殊继电器用来存储系统的状态变量及有关的控制参 数和信息。
S7-22X系列PLC的特殊继电器的数量SM0.0~SM299.7,
对SMB0：有8个状态位。在每个扫描周期的末尾，由
CPU更新这8个状态位。因此，这8个SM为只读型SM。
SM0.0：RUN监控，PLC运行状态时，SM0.0为ON。 SM0.1：初始脉冲， PLC由STOP转为RUN时， SM0.1 ON一个扫描周期。 SM0.2：当RAM中保存的数据丢失时， SM0.2 ON一个 扫描周期。
若程序用梯形图表示，则总是按先上后下，从左至右的
顺序进行扫描，每扫到一条指令，所需的输入信息状态
均从输入映像寄存器中去读取，而不是直接使用现场实
时输入的信号。对于其他信息(内部继电器)，则是从
PLC的元件映像寄存器中读取。
在执行用户程序中，每一次运算的中间结果都立即写入 元件映像寄存器中，这样该元素的状态马上可以被后面 将要扫描的指令所利用。
或整个工厂的控制系统。
能力强，可用于大规模的过程控制，构成分布式控制系统，
2､根据结构形式分类 （1）整体式； （2）模板式； （3）分散式；将CPU､电源､存储器集中放置在控制室， 而将各I/O分散放置在各工作站，由通信 接口进行通信连接，由CPU集中指挥。 3､根据生产厂家分类
西门子、AB、三菱、欧姆龙等
二､可编程控制器的特点及主要功能 （一）可编程控制器的一般特点
1､抗干扰能力强，可靠性极高
平均无故障时间在10万小时以上。
2､编程方便､使用方便､维护方便。
3､设计､施工､调试时间短。
4､易于实现机电一体化。
三､可编程控制器的结构和工作原理
（一）基本结构
按钮 继电器触点 输 入 单 元
CPU 输 出 单 元
入信号写入输入映像寄存器中。
在当前的扫描周期内，用户程序从映像寄存器中读取输
入信号的状态(ON或OFF)，而不管此时外部的输入信
号的状态是否改变。即使外部的输入信号发生了变化，
也只能在下一个扫描周期的输入采样扫描阶段去读取。 信号被采集的时间有先有后，但扫描周期很短，这个差 异对一般工程可忽略。
3､执行用户程序扫描阶段 这是第二个批处理过程。 CPU对用户程序按顺序进行扫描。
S7-200系列(SIEMENS)
小型机的特点是价格低，体积小，适用于自动控制的 单机设备。
（2）中型机 I/O点数在256~1024点之间。 可完成既有开关量又有模拟量的复杂控制，中型机的
软件比小型机丰富，一般具有PID调节器，整数/浮点运算
功能模块。
中型机的特点是功能强，配置灵活，适用于具有温度
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。
一､S7-200系统的组成 （一）S7-200系统基本构成 1）、基本单元
2）、扩展单元
3）、特殊功能模块
4）、相关设备
S7-200是整体式结构，具有很高的性价比的小型
PLC在执行程序的过程中进入死循环，或由于PLC执行非
预定程序而造成系统故障，从而导致系统瘫痪。若程序运 行进入死循环，则监视定时器未按时清零造成超时溢出， PLC报警并停止工作。
2､输入采样扫描阶段 这是第一个集中批处理过程。 在这个阶段中，PLC按顺序逐个采集所有输入端子上的
信号（不论输入端子是否接线）将所有采集到的一批输
2､字节､字与双字 两个字组成一个双字。
8位二进制数组成一个字节，相邻两个字节组成一个字，
VW100是由VB100 和VB101组成一个字， V区域标示符，W表
MS B LS B MS B LS B
VB1 00
7
VB1 00
0
VW 10 0 1 5 VB1 00
VB1 01
0
MS B
LS B
示存取字，100为起始
SM0.3: PLC上电进入到RUN状态时， SM0.3 ON一个 扫描周期。 SM0.4: 分时钟脉冲，占空比50%。
SM0.5: 秒时钟脉冲，占空比50%。
SM0.6: 扫描时钟，一个扫描周期为ON，下一个扫描周
､压力､流量 ､速度､ 角度､ 位置等模拟量控制和大量开关 量控制的复杂场合，以及连续生产过程控制场合。
（3）大型机 I/O点数在1024点以上。 大型机的PLC功能更加完善，具有数据运算､模拟调
节､联网通信､监视记录､打印等功能，能进行中断控制､智
能控制､远程控制等。
大型机的特点是I/O点数特别多､控制规模宏大､组网