S7—200系列PLC基本知识

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系统基本构成
系统基本构成 1. 硬件 （1）基本单元 （2）扩展单元 （3）特殊功能模块 （4）相关设备 2. 工业软件 工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发 的与之相配套的程序、文档及其规则的总和，它主要 由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几大 类构成。
输入 1
CPU 扫描周 n 输入刷新
允许脉冲捕捉
输入 2
允许脉冲捕捉
输入 3
允许脉冲捕捉
CPU 扫描周期 n+1 输入刷新
图2.7 脉冲捕捉波形图
表2.7 22X主机主要技术指标
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2.2.5 主机性能指标
S7-200 22X各主机的主要技术性能指标如下表 2.7所示。
2.3 S7-200的内部资源
第二章 S7-200可编程序控制器
2.1 PLC发展概述 2.2 S7-200 PLC系统组成 2.3 S7-200的内部资源 2.4 编址方式 2.5 可编程序控制器的指令系统 2.6 可编程序控制器的程序结构 2.7 PLC的几个特性
本章学习目的
本章以西门子公司生产的S7-200系列 小型可编程序控制器为例，介绍具体型号 的PLC，内容包括：
系统基本构成 主机结构 扫描周期及工作方式 输入输出扩展 主机性能指标
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。
2.3 S7-200的内部资源
4. 内部标志位存储器（中间继电器）M
内部标志位存储器，用来保存控制继电器的中 间操作状态，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。
2.3 S7-200的内部资源
（2）输入映像寄存器的地址分配
S7-200输入映像寄存器区域有IB0～IB15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2×8=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IB3～IB15，则 可作为内部标志位（M）使用。
（3）存储安全 1）主机CPU模块内部配备的EEPROM，上装程序时，可自
动装入并永久保存用户程序、数据和CPU的组态数据。 2）用户可以用程序将存储在RAM中的数据备份到EEPROM
存储器。 3）主机CPU提供一个超级电容器，可使RAM中的程序和数
据在断电后保持几天之久。 4）CPU提供一个可选的电池卡，可在断电后超级电容器
图2.4 CPU的扫描周期
1. 扫描周期
（1）输入处理 （2）执行程序 （3）处理通信请求 （4）执行CPU自诊断测试 （5）写数字输出
2. 工作方式
（1）STOP方式 （2）RUN方式
3. 改变CPU工作方式的方法
1）用PLC上的方式开关来手动切换，方式开关有 3个挡位 。
2）用STEP 7-Micro/Win32编程软件，应首先把 主机的方式开关置于TERM或RUN位置，然后在 此软件平台用鼠标单击STOP和RUN方式按钮即 可。
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2.2.2 主机结构
1. 各CPU介绍及I/O系统 （1）主机外形 SIMATIC S7-200系统CPU 22X系列PLC主机（CPU模块）
的外形如图4.2所示：
状态显示 存储器卡
通信口
顶部端子盖 电源及输出端子
前盖 方式开关 、 电位器、扩展I/O连接
底部端子盖 输入端子、传感器电源
图2.2 S7-200主机外形
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。
2.2.1 系统基本构成
SIMATIC S7-200系统由硬件和工业软件两大部分 构成，如图2.1所示。
（2）电流提供 各CPU所能提供的最大5VDC电流如表4.4所示。
（3）模块电流 CPU 22X可连接的各扩展模块消耗5VDC电
流如表2.5所示。
3. 输入输出及CPU组态
（1）I/O点数扩展和编址 （2）设置输入滤波 （3）设置脉冲捕捉 （4）输出表配置 （5）定义存储器保持范围
例如，某一控制系统选用CPU 224，系统所需的输入输出 点数各为：数字量输入24点、数字量输出20点、模拟量输 入6点、模拟量输出2点。 本系统可有多种不同模块的选取组合，表2.6所示为其中的 一种可行的系统输入输出组态状况。
（2）基本结构特点
输出信号类型 电源输出 基本I/O 存储安全 高速反应 模拟电位器 实时时钟 输入输出可扩展性
4种CPU各有晶体管输出和继电器输出两种类 型，具有不同电源电压和控制电压。各类型的型 号如表2.1所示。
表2.1 CPU型号
• SIMATIC S7-200系统CPU 22X系列PLC主机及 I/O特性如表2.2所示。
模块5
EM 235
AI4/A Q1 X12位
图2.6 扩展连接图
S7-200 CPU为每个主机数字量输入提供了脉冲捕捉功
能，它可以使主机能够捕捉小于一个扫描周期的短脉冲， 并将其保持到主机读到这个信号，但前提是只有通过滤 波器后，脉冲捕捉才有效。此外，在一个给定的扫描周 期内如果有不只一个脉冲，则只有第一个脉冲可以被捕 捉到，几种情况下的脉冲捕捉波形如图2.7所示。
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I0.0~I15.7。
2.3 S7-200的内部资源
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
“输出继电器”是用来将输出信号传送到负载 的接口，每一个“输出继电器”线圈都与相应的PLC 输出相连，并有无数对常开和常闭触点供编程时使 用。除此之外，还有一对常开触点与相应PLC输出端 相连（如输出继电器Q0.0有一对常开触点与PLC输出 端子0.0相连）用于驱动负载。输出继电器线圈的通 断状态只能在程序内部用指令驱动。
在1979年，微处理器技术被应用到可编程序控制 器中，产生了SIMATIC S5系列，取代了S3系列，之后 在20世纪末又推出了S7系列产品。
最新的SIMATIC产品为SIMATIC S7、M7和C7等几大 系列。
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2.2 S7-200 PLC系统组成
2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5
2.3 S7-200的内部资源
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V0.0~V2047.7共2KB存储容量， CPU224/226为V0.0~V5119.7共5KB存储容量。
中的电量完全耗尽时，继续为内部RAM存储器供电，以 延长数据所存的时间。 5）可选的存储器卡可使用户像使用计算机磁盘一样来方 便地备份和装载程序和数据。
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2.2.3 扫描周期及工作方式
1. 扫描周期 2. 工作方式 3. 改变CPU工作方式的方法
写输出
一个扫描周期
读输入
执行 CPU 自诊断
执行程序 处理通信请求
2.3 S7-200的内部资源
（2）输出映像寄存器的地址分配
S7-200输出映像寄存器区域有QB0～QB15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 2×8=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Q0.0~Q15.7。
若按表2.6的扩展方式，各模块在I/O链中 的位置排列方式也可以有多种，图2.6所示为 其中的一种模块连接形式。
主机 CPU224
模块1 EM 221 DI8X DC24V
模块2 EM 222 DO 8X DC24V
模块3
EM 235 AI4/A Q1
X12位
模块4
EM 223 DI4/D Q4 XD C24V /继电器
表2.2 主机及I/O特性
2. 存储系统 （1）存储系统 （2）存储器及使用 （3）存储安全
个人计算机
CPU
用户程序
CPU 组态 V 存储器 M 存储器
EPROM
用户程序
CPU 组态 V 存储器 M 存储器
定时器和计 数器当前值
RAM
存储器卡
图2.3 存储系统
表2.3 存储容量
（2）存储器及使用 上装和下装用户程序 定义存储器保持范围 用程序永久保存数据 存储器卡的使用
1 输入映像寄存器 I（输入继电器）
（1）输入映像寄存器的工作原理 输入继电器是PLC用来接收用户设备输入信号的接口。
PLC中的“继电器”与继电器控制系统中的继电器有本质性 的差别，是“软继电器”，它实质是存储单元。每一个“ 输入继电器”线圈都与相应的PLC输入端相连（如“输入继 电器” I0.0的线圈与PLC的输入端子0.0相连），当外部开 关信号闭合，则“输入继电器的线圈”得电，在程序中其 常开触点闭合，常闭触点断开。由于存储单元可以无限次 的读取，所以有无数对常开、常闭触点供编程时使用。编 程时应注意，“输入继电器”的线圈只能有外部信号来驱 动，不能在程序内部用指令来驱动，因此，在用户编制的 梯形图中只应出现“输入继电器”的触点，而不应出现“ 输入继电器”的线圈。
S系列PLC发展概述 S7-200 PLC系统组成 S7-200的内部资源 编址方式 可编程序控制器的指令系统 可编程序控制器的程序结构 PLC的几个特性
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2.1 S系列PLC发展概述
德国的西门子（SIEMENS）公司是欧洲最大的电 子和电气设备制造商，生产的SIMATIC可编程序控制器 在欧洲处于领先地位。其第一代可编程序控制器是 1975年投放市场的SIMATIC S3系列的控制系统。
2.3 S7-200的内部资源
常用的特殊存储器的用途如下：
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。
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M0.0~M31.7共32个字节。256个
2.3 S7-200的内部资源
5. 特殊标志位存储器SM
PLC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SM0.0~SM179.7共180个字节。其中 SM0.0～SM29.7的30个字节为只读型区域。
3）在用户程序中用指令由RUN方式转换到STOP方 式，前提是程序逻辑允许中断程序的执行。
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2.2.4 输入输出扩展
1. 设备连接 2. 最大I/O配置的预算 3. 输入输出及CPU组态
1. 设备连接
图2.5 I/O扩展示意图
2. 最大I/O配置的预算
（1）映像寄存器数量 （2）电流提供 （3）模块电流 （4）电流预算规则
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。