第2章 PLC内外部结构及编程.ppt

1、普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 学习内容 S7-200系列PLC的外部结构 S7-200系列PLC的性能 S7-200系列PLC的内存结构 S7-200系列PLC指令系统的类型 STEP7-Micro/WIN编程软件简介 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 了解S7-200系列PLC的外部结构、各部 件的作用及CPU性能和输入输出性能。 了解STEP7-Micro/WIN编程软件的界面 及使用。 理解

2、S7-200系列PLC内部存储器的种类、 作用及指令系统的类型。 掌握S7-200系列PLC的输入输出接线及 指令寻址方式。 学习目标： 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 2.1 S72.1 S7- -200200系列系列PLCPLC的外部结构的外部结构 (b) S7-22X系列 (a) S7-21X系列 图2-1 SIMATIC S7-200系列PLC外部结构实物图 输出接线端子 CPU状态指示 输出状态指示 输出接线端子 扩展接口 输出状态指示 输入状态指示 CPU 状 态 指示 通讯端口 通

3、讯端口 输入接线端子 扩展接口 输 入 状 态 指 示 输入接线端子 存储器卡 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 2.1.12.1.1各部件的作用各部件的作用 1输入接线端子：用于连接外部控制信号。在底部端子 盖下是输入接线端子和为传感器提供的24V直流电源。 2输出接线端子：用于连接被控设备。在顶部端子盖下 是输出接线端子和PLC的工作电源。 3CPU状态指示：CPU状态指示灯有SF、STOP、RUN 4输入状态指示：用于显示是否有控制信号（如控制按 钮、行程开关、接近开关、光电开关等数字量信息

4、）接 入PLC； 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 2.1.12.1.1各部件的作用各部件的作用 5输出状态指示：用于显示PLC是否有信号输出到执行设 备（如接触器、电磁阀、指示灯等）； 6扩展接口：通过扁平电缆线，连接数字量I/O扩展模块、 模拟量I/O扩展模块、热电偶模块、通信模块等。 7 通信接口：支持PPI、MPI通信协议，有自由口通信能力。 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。 8模拟电位器：模拟电位器用来改变特殊寄存器（SM28、 SM29）中的

5、数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、 计数器的预置值，过程量的控制参数等。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 1 1输入接线输入接线 图2-4 CPU224输入电路接线图 2.1.22.1.2输入输出接线输入输出接线 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 2 2输出接线输出接线 晶体管输出电路接线图 图2-5 CPU224晶体管输出电路接线图 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电

6、类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 2 2输出接线输出接线 继电器输出电路接线图 图2-6 CPU224继电器输出电路的接线图 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 表表2 2- -2 CPU22X2 CPU22X模块主要技术指标模块主要技术指标 型 号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU224XP CPU226 用户数据存储器类型 EEPROM EEPROM EEPROM EEPROM EEPROM 程序空间（永久保存） 2048字 2048字 4

7、096字 6144字 8192字 用户数据存储器 1024字 1024字 2560字 5120字 5120字 数据后备（超级电容）典型值/H 50 50 100 100 100 主机I/O点数 6/4 8/6 14/10 14/10 24/16 可扩展模块 无 2 7 7 7 24V传感器电源最大电流/电流限 制(mA) 180/600 180/600 280/600 400/约 1500 400/约 1500 模拟量I/O映像区 无 16/16 28/7或14 32/32 32/32 2.2.1 CPU性能性能 PLC的CPU性能主要描述PLC的存储器能力、指令运行时间及各种特殊功能等。 2

8、.2 S72.2 S7- -200200系列系列PLCPLC的性能的性能 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 表表2 2- -2 CPU22X2 CPU22X模块主要技术指标（续）模块主要技术指标（续） 240V AC电源CPU输入电流/最大负载电 流(mA) 25/180 25/180 35/220 40/160 40/160 24V DC电源CPU输入电流/最大负载(mA) 70/600 70/600 120/900 150/1050 150/1050 为扩展模块提供的DC5V电源的输出电流 -

9、 最大340mA 最大 660m A 最大1000mA 最大 1000m A 内置高速计数器 4（30KHz） 4（30KHz） 6（30KHz） 4（30KHz） 2（100KHz ） 6（30KHz） 定时器/计数器 256 256 256 256 256 高速脉冲输出 2（20KHz） 2（20KHz） 2（20KHz） 2（100KHz） 2（20KHz） 布尔指令执行时间 0.22s 0.22s 0.22s 0.22s 0.22s 模拟量调节电位器 1个 1个 2个 2个 2个 实时时钟 有（时钟卡） 有（时钟卡） 有（内置） 有（内置） 有（内置） RS-485通信口 1 1 1

10、2 2 2.2.1 CPU性能性能 PLC的CPU性能主要描述PLC的存储器能力、指令运行时间及各种特殊功能等。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 2.2.2 I/O性能性能 PLC的I/O特性主要描述I/O接口电路的电气性能，诸如电压电流大小、 通断时间、隔离方式等等。 表表2-3 CPU22X系列机型的输入特性系列机型的输入特性 项目 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 输入类型 汇型/源型 汇型/源型 源型/汇型 漏型/源型 输入点数 6 8 14 24 输入电压 24V

11、DC 24VDC 24VDC 24VDC 输入电流 4mA 4mA 4mA 4mA 逻辑1信号 1535V 1535V 1535V 1535V 逻辑0信号 05V 05V 05V 05V 输入延迟时间 0.212.8ms 0.212.8ms 0.212.8ms 0.212.8ms 高速输入频率 30KHz 30KHz 30KHz 2030KHz 隔离方式 光电 光电 光电 光电 隔离组数 2/4 4 6/8 11/13 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 表表2-4 CPU22X系列系列PLC机型的

12、输出特性机型的输出特性 项 目 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 输出类型 晶体管 继电器 晶体管 继电器 晶体管 继电器 晶体管 继电器 输出点数 4 4 6 6 10 10 16 16 负载电压 20.4 28.8 VD C 5 30 DC /5 250 VA C 20.4 28. 8V DC 530DC /5 250 VA C 20.4 28.8 VDC 530DC /5 250V AC 20.4 28.8 VDC 530DC /5 250V AC 输出 电流 1信号 0.75A 2A 0.75A 2A 0.75A 2A 0.75A 2A 0信号 10mA 10 m

13、A 10A 10A 公共端输出 电流总合 3.02A 6.0A 4.5A 6.0A 3.75A 8.0A 6A 10A 接通 延时 标准 脉冲 15s 10ms 15s 10ms 15s 10ms 15s 10ms 2s 2s 2s 2s 关断 延时 标准 脉冲 100s 10ms 100s 10ms 100s 10ms 100s 10ms 10s 10s 10s 10s 隔离方式 光电 电磁 光电 电磁 光电 电磁 光电 电磁 隔离组数 4 1/3 6 3 5 3/4 8 4/5/7 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件

14、的使用 PLC应用技术 2.3 S72.3 S7- -200200系列系列PLCPLC的内存结构及寻址方法的内存结构及寻址方法 PLC的内存分为程序存储区和数 据存储区两大部分。 程序存储区用于存放用户程序， 它由机器自动按顺序存储程序 。 数据存储区用于存放输入输出状 态及各种各样的中间运行结果 。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 2.3.1 2.3.1 内存结构内存结构 S7-200系列PLC的数据存储区按存储器存储数据的 长短可划分为字节存储器、字存储器和双字存储器三类。 7个字节存储器

15、输入映像寄存器I 输出映像寄存器Q 变量存储器V 内部位存储器M 特殊存储器SM 顺序控制状态寄存器S 局部变量存储器L 4个字存储器 定时器T 计数器C 模拟量输入寄存器AI 模拟量输出寄存器AQ； 2个双字存储器 累加器AC 高速计数器HC。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 2.3.2 2.3.2 指令寻址方式指令寻址方式 1.编址方式编址方式 1)位编址位编址： 寄存器标识符+字节地址.位地址，如I0.0、M0.1、Q0.2等。 2)字节编址字节编址： 寄存器标识符+字节长度B+字节号，如

16、IB1、VB20、QB2等。 3)字编址字编址： 寄存器标识符+字长度W+起始字节号，如VW20表示 VB20和VB21这2个字节组成的字。 4)双字编址：双字编址： 寄存器标识符+双字长度D+起始字节号，如VD20表示从 VB20到VB21这4个字节组成的双字。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 1)立即数寻址立即数寻址 对立即数直接进行读写操作的寻址称为立即数寻址。 立即数寻址的数据在指令中以常数形式出现。常数的大 小由数据的长度（二进制数的位数）决定。 在S7-200系列PLC中，常数值可为

17、字节、字或双字。 存储器以二进制方式存储所有常数。指令中可用二进制、 十进制、十六进制或ASCII码形式来表示常数。 2)直接寻址方式直接寻址方式 直接寻址方式是指在指令中直接使用存储器或寄存 器的地址编号，直接到指定的区域读取或写入数据，如 I0.0、MB20、VW100等。 2.寻址方式寻址方式 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 2.3.2 2.3.2 指令寻址方式指令寻址方式 3)间接寻址间接寻址 间接寻址时操作数不提供直接数据位置，而是通 过使用地址指针来存取存储器中的数据。在S7-200

18、系 列PLC中允许使用指针对I、Q、M、V、S、T（仅当前 值）、C（仅当前值）寄存器进行间接寻址。 使用间接寻址之前，要先创建一个指向该位置的 指针，指针为双字值，用来存放一个存储器的地址， 只能用V、L或AC做指针。例如：MOVW *AC1，AC0， 表示将AC1中的内容为起始地址的一个字长的数据（即 VB202，VB203的内容）送到累加器AC0中 。指针建立 好了之后，利用指针存取数据。用指针存取数据时， 操作数前加“*”号，表示该操作数为一个指针。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 2.

19、3.2 2.3.2 指令寻址方式指令寻址方式 3)间接寻址间接寻址 12 34 56 78 A6 C3 2F 89 V200 V201 V202 V203 V204 V205 V206 V207 VB202的 地址 AC1 MOVD &VB202,AC1 /VB202的地址送入AC1， 建立指针 5678 AC0 MOVW *AC1，AC0 /指针AC1所指的值传 送到AC0 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 2.4 S72.4 S7- -200200系列系列PLCPLC指令系统的类型指令系统的类

20、型 梯形图梯形图Ladder Logic Program(LAD)程序指令程序指令 梯形图程序指令的基本逻辑元素是触点、线圈、功 能框和地址符。 语句表语句表Statemen List Program(STL)程序指令程序指令 语句表程序指令由操作码和操作数组成，类似于计 算机的汇编语言，它的图形显示形式即为梯形图程序指 令，语句表程序指令则显示为文本格式。 功能块图功能块图Fanction Block Diagram Program(FBD)程序指令程序指令 功能块图程序指令由功能框元素表示。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构

21、及编程软件的使用 PLC应用技术 2.4 S72.4 S7- -200200系列系列PLCPLC指令系统的类型指令系统的类型 三种程序指令的类型可以相互转换 图2-9 同一功能的梯形图、语句表、功能块图程序指令 a）梯形图LAD b）语句表STL c）功能块图FBD 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 2.5 STEP72.5 STEP7- -Micro/WINMicro/WIN编程软件介绍编程软件介绍 输出窗口 状态条 程序编辑器 局部变量表 浏览条 指令树 交叉引用 数据块 状态图 符号表 图2

22、-10 STEP7- Micro/ WIN编 程软件 的主界 面 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 2.5.2 STEP72.5.2 STEP7- -Mirco/WINMirco/WIN主要编程功能主要编程功能 1.编程元素及项目组件编程元素及项目组件 STEP7-MircoWIN的一个基本项目包括程序块、 数据块、系统块、符号表、状态表、交叉引用表。程 序块、数据块、系统块须下载到PLC，而符号表、状 态表、交叉引用表不下载到PLC。 程序块由可执行代码和注释组成，可执行代码由 一个主程序和可选

23、子程序或中断程序组成。程序代码 被编译并下载到PLC，程序注释被忽略。在“指令树” 中 右击“程序块”图标可以插入子程序和中断程序。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 数据块由数据（包括初始内存值和常数值）和注 释两部分组成。数据被编译后，下载到PLC，注释被忽 略。 系统块用来设置系统的参数，包括通信口配置信息、 保存范围、模拟和数字输入过滤器、背景时间、密码 表、脉冲截取位和输出表等选项。单击“浏览栏”上 的“系统块”按钮，或者单击“指令树”内的“系统 块”图标，可查看并编辑系统块。系统块的信

24、息须下 载到PLC，为PLC提供新的系统配置。 2.5.2 STEP72.5.2 STEP7- -Mirco/WINMirco/WIN主要编程功能主要编程功能 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 2.5.2 STEP72.5.2 STEP7- -Mirco/WINMirco/WIN主要编程功能主要编程功能 2.梯形图程序的输入梯形图程序的输入 （1） 建立项目 通过菜单命令“文件” “新建”或单击工具栏中 “新建”快捷按钮，可新建一个项目。此时，程序编辑 器将自动打开。 （2） 输入程序 在程序编辑

25、器中使用的梯形图元素主要有触点、线 圈和功能块，梯形图的每个网络必须从触点开始，以线 圈或没有ENO输出的功能块结束。线圈不允许串联使用。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 2.5.2 STEP72.5.2 STEP7- -Mirco/WINMirco/WIN主要编程功能主要编程功能 （3）编辑程序 剪切、复制、粘贴或删除多个网络剪切、复制、粘贴或删除多个网络 通过用SHIFT键+鼠标单击，可以选择多个相邻的 网络，进行剪切、复制、粘贴或删除等操作。注意： 不能选择网络中的一部分，只能选择整个网络

26、。 编辑单元格、指令、地址和网络编辑单元格、指令、地址和网络 用光标选中需要进行编辑的单元，单击右键，弹 出快捷菜单，可以进行插入或删除行、列、垂直线或 水平线的操作。删除垂直线时把方框放在垂直线左边 单元上，删除时选“行”，或按“DEL”键。进行插入 编辑时，先将方框移至欲插入的位置，然后选“列”。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 2.5.2 STEP72.5.2 STEP7- -Mirco/WINMirco/WIN主要编程功能主要编程功能 （4）程序的编译 程序编译操作用于检查程序块、数据块

27、及系 统块是否存在错误。程序经过编译后，方可下载 到PLC。 单 击 “ 编 译 ” 按 钮 或 选 择 菜 单 命 令 “PLC”“编译”，编译当前被激活的窗口中的 程序块或数据块； 单击“全部编译”按钮或选择菜单命令 “PLC”“全部编译”，编译全部项目元件（程 序块、数据块和系统块）。使用“全部编译”， 与哪一个窗口是活动窗口无关。编译的结果显示 在主窗口下方的输出窗口中。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 2.5.2 STEP72.5.2 STEP7- -Mirco/WINMirco/WI

28、N主要编程功能主要编程功能 3.程序的上传下载 （1） 下载 如果已经成功地在运行STEP 7-Micro/WIN的个人计 算机和PLC之间建立了通讯，就可以将编译好的程序下 载至该PLC。如果PLC中已经有内容将被覆盖。单击工具 条中的“下载”按钮，或用菜单命令“文件”“下 载”。出现“下载”对话框。根据默认值，在初次发出 下载命令时，“程序代码块”、“数据块”和“CPU配 置”（系统块）复选框都被选中。如果不需要下载某个 块，可以清除该复选框。单击“确定”，开始下载程序。 如果下载成功，将出现一个确认框会显示以下信息：下 载成功。下载成功后，单击工具条中的“运行”按钮， 或“PLC” “运

29、行”，PLC进入RUN（运行）工作方式。 注意：下载程序时PLC必须处于停止状态，可根据提示 进行操作。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 (2)上传 可用下面的几种方法从PLC将项目文件上传 到STEP 7-MicroWIN程序编辑器：单击“上载” 按钮；选择菜单命令“文件”“上载”；按快 捷键组合Ctrl+U。执行的步骤与下载基本相同， 选择需上传的块（程序块、数据块或系统块）， 单击“上传”按钮，上传的程序将从PLC复制到 当前打开的项目中，随后即可保存上传的程序。 3.程序的上传下载 2.

30、5.2 STEP72.5.2 STEP7- -Mirco/WINMirco/WIN主要编程功能主要编程功能 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 4 选择工作方式 PLC有运行和停止两种工作方式。单击工具栏 中的“运行”按钮或“停止”按钮可以进入相应的 工作方式。 2.5.2 STEP72.5.2 STEP7- -Mirco/WINMirco/WIN主要编程功能主要编程功能 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技

31、术 2.5.2 STEP72.5.2 STEP7- -Mirco/WINMirco/WIN主要编程功能主要编程功能 5程序的调试与监控 在STEP7-MicroWIN编程设备和PLC之间建立通信并 向PLC下载程序后，可使PLC进入运行状态，进行程序的 调试和监控。 （1）程序状态监控 在程序编辑器窗口，显示希望测试的部分程序和网 络，将PLC置于RUN工作方式，单击工具栏中“程序状态” 按钮或用菜单命令“调试”“程序状态”，将进入梯 形图监控状态。在梯形图监控状态，用高亮显示位操作 数的线圈得电或触点通断状态。触点或线圈通电时，该 触点或线圈高亮显示。运行中梯形图内的各元件状态将 随程序执行

32、过程连续更新变换。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 （2）状态表监控）状态表监控 单击浏览条上的“状态表”按钮或使用菜单命 令“检视”“元件” “状态表”，可打开状 态表编辑器，在状态表地址栏输入要监控的数字量 地址或数据量地址，点击工具栏中的“状态表”按 钮，可进入“状态表” 监控状态。在此状态，可通 过工具栏强制I/O点的操作，观察程序的运行情况， 也可通过工具栏对内部位及内部存储器进行“写” 操作来改变其状态，进而观察程序的运行情况。 。 2.5.2 STEP72.5.2 STEP7- -

33、Mirco/WINMirco/WIN主要编程功能主要编程功能 5程序的调试与监控 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 第2章 PLC内外部结构及编程软件的使用 PLC应用技术 本章小结 1S7-200系列PLC外部结构主要由输入输出接线端子、状态指示灯、通 信接口和扩展接口等组成。 2S7-200系列PLC的CPU性能描述存储容量、扫描速度、I/O点数、指 令系统、可扩展性、通信功能等。输入输出性能描述输入输出的额 定电压、电流等电气性能。 3S7-200系列PLC的内部存储器分为输入映像寄存器I、输出映像寄存 器Q、变量存储器V、内部位存储器M、定时器T

34、、计数器C、高速计 数器HC、累加器AC、特殊存储器SM、局部变量存储器L、模拟量输 入输出存储器AI/AQ、顺序控制继电器S等。 4S7-200系列PLC指令系统有三种表现形式：梯形图、语句表和功能块 图，它们之间可相互转换。 5S7-200系列PLC对于字节、字和双字的寻址由（区域标识符）+（数 据长度）+（字节地址）组成，对于位的寻址由（区域标识符）+ （字节地址）+（.）+（位地址）组成。其寻址方式有立即数寻址、 直接寻址和间接寻址三大类。间接寻址要创建地址指针，利用指针 存取数据。 6STEP7-Mirco/WIN是S7-200系列PLC程序的开发软件。利用这个软件 可以实现程序的编辑、调试以及PLC运行过程的监控等工作。