第4章S7-200PLC的基础知识课件.ppt

1、1讲解内容：讲解内容：第四章第四章 S7-200PLC的基础知识的基础知识 4.1 概述概述 4.2 硬件系统成硬件系统成 4.3 内部资源内部资源 4.4 寻址方式寻址方式 4.5 指令系统指令系统 4.6 程序结构程序结构 学习说明学习说明：本讲是学习本讲是学习PLC控制器的基础知识。重点掌握：控制器的基础知识。重点掌握：S7-200PLC硬件组成、系统扩展、内部资源、寻址方硬件组成、系统扩展、内部资源、寻址方式、编程语言和程序结构。式、编程语言和程序结构。现代电器与现代电器与PLCPLC技术技术第四章第四章 24.1 4.1 概述概述德国西门子公司生产德国西门子公司生产S系列系列PLC的

2、发展概况的发展概况:第一代可编程序控制器第一代可编程序控制器:S3系列系列 第二代可编程序控制器第二代可编程序控制器:S5系列系列 第三代可编程序控制器第三代可编程序控制器:S7系列系列德国西门子公司生产的德国西门子公司生产的S7系列系列PLC的产品类的产品类型：型：S7 200系列系列（小型机）（小型机）S7 300系列（中型机）系列（中型机）S7 400系列（大型机）系列（大型机）3 从从CPUCPU模块的功能模块的功能来看，来看，SIMATIC S7-200SIMATIC S7-200系列小型可编系列小型可编程序控制器发展至今，大致经历了程序控制器发展至今，大致经历了两代：两代：第一代第

3、一代产品其产品其CPUCPU模块模块为为CPU 21XCPU 21X，它具有四种不同结它具有四种不同结构配置的构配置的CPUCPU单元：单元：CPU 212CPU 212，CPU 214CPU 214，CPU 215CPU 215和和CPU CPU 216216。第二代第二代产品其产品其CPUCPU模块模块为为CPU 22XCPU 22X，是在是在2121世纪初投放世纪初投放市场的，速度快，具有较强的通信能力。它具有市场的，速度快，具有较强的通信能力。它具有四种四种不同结构配置的不同结构配置的CPUCPU单元：单元：CPU 221CPU 221，CPU 222CPU 222，CPU CPU 2

4、24224、CPU224XPCPU224XP和和CPU 226CPU 226，除，除CPU 221CPU 221之外，其他都之外，其他都可加扩展模块。可加扩展模块。S7-200系列小型的发展概况系列小型的发展概况44.2.14.2.1硬件系统的基本构成硬件系统的基本构成 5（1 1）主机模块）主机模块CPUCPU模块（基本单元）模块（基本单元）主机模块的组成：主机模块的组成：CPUCPU、基本输入、基本输入/输出点、电源。主机模块可以单独完输出点、电源。主机模块可以单独完成一定的控制任务。成一定的控制任务。（2 2）扩展单元（）扩展单元（I/OI/O接口电路）接口电路）就是各种类型的输入就是各

5、种类型的输入/输出模块。例如：数字量输出模块。例如：数字量I/OI/O模块、模拟量模块、模拟量I/OI/O模模块。块。（3 3）特殊功能模块）特殊功能模块 是完成某种特殊控制任务的一些装置。例如：是完成某种特殊控制任务的一些装置。例如：PIDPID模块、定位控制模块模块、定位控制模块等。扩展单元和特殊功能模块不能单独完成一定的控制任必须和主机一起使等。扩展单元和特殊功能模块不能单独完成一定的控制任必须和主机一起使用。用。（4 4）人机界面：例如）人机界面：例如 ：编程器、文本显示器、操作员面板、触摸屏等。：编程器、文本显示器、操作员面板、触摸屏等。（5 5）软件：编程软件）软件：编程软件STE

6、P7-Micro/WINSTEP7-Micro/WIN，人机界面的组态软件，人机界面的组态软件 ProToolProTool、WinCC WinCC。64.2.2主机结构及性能特点主机结构及性能特点 主机模块主机模块SIMATIC S7-200系统系统CPU 22X系列系列PLC主机（主机（CPU块）块）的外形如图的外形如图4.2所示：所示：图图4.2S7-200系列主机外形图系列主机外形图状态显示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、传感器电源存储器卡72.CPU模块的主要特点和技术规范模块的主要特点和技术规范供电电压供电电压:直流直流24

7、V、交流、交流220V输出方式：晶体管（输出方式：晶体管（DC）、继电器输出（）、继电器输出（DC/AC）高速计数：捕捉比高速计数：捕捉比CPU扫描周期更快的脉冲，输入脉冲频率可达扫描周期更快的脉冲，输入脉冲频率可达200kHz(CPU224XP)。脉冲输出：脉冲输出：2路最大可达路最大可达100kHz（CPU224XP）高频脉冲输出。）高频脉冲输出。集成模拟电位器：利用模拟电位器可以改变相应存储器中的值。集成模拟电位器：利用模拟电位器可以改变相应存储器中的值。实时时钟实时时钟：对信息加注时间标记，记录机器的运行时间等。：对信息加注时间标记，记录机器的运行时间等。表表4.1输入、输出信号类型及

8、输入电源输入、输出信号类型及输入电源8存储系统的类型存储系统的类型:保持型数据存储器保持型数据存储器:部分存储区可定义为掉电部分存储区可定义为掉电保持型。保持型。永久存储器（永久存储器（EEPROM）存储卡：移动存储器，是否选择有用户决定存储卡：移动存储器，是否选择有用户决定,在用户程序的控制将指定值写入在用户程序的控制将指定值写入存储卡存储卡中，中，写入次数不得超过写入次数不得超过100万次。万次。3.存储系统存储系统9图图4-3下载程序到下载程序到S7-200下载用户程序：下载用户程序：10上载用户程序：上载用户程序：11定义掉电保持存储器的个数定义掉电保持存储器的个数:一次最多可以定义六

9、个掉电保持区一次最多可以定义六个掉电保持区.可定义掉电保持的存储单元可定义掉电保持的存储单元:V、M、T、C12134.2.3I/O的扩展及功能的扩展的扩展及功能的扩展 扩展模块扩展模块 设备连接设备连接 最大最大I/O配置的预算配置的预算 I/O点数扩展和编址点数扩展和编址141.扩展模块扩展模块 152.设备连接设备连接图图4-7I/O扩展示意图扩展示意图163.最大最大I/O配置的预算配置的预算 影响最大影响最大I/O配置的主要因素：配置的主要因素：映像寄存器数量、映像寄存器数量、CPU的的供电能力、模块电流等。供电能力、模块电流等。（1）映像寄存器数量）映像寄存器数量 CPU22X输入

10、输入/输出映像寄存器共有输出映像寄存器共有256个。个。（2）各）各CPU所能提供的最大所能提供的最大5VDC、24VDC电的电流值电的电流值见下表见下表4.3NoImage17（3）模块电流）模块电流CPU 22X可连接的各扩展模块消耗可连接的各扩展模块消耗5VDC电流如电流如表表4.4所示。所示。MSBI0LSB0I15I4I3I2I17654321I 4.5I 14.2字节的位，即位号元件名称（区域标志）字节地址位地址与字节地址之间的间隔DC18映像寄存器的数量映像寄存器的数量 扩展后扩展后I/O的总点数不能大于输入和输出映像寄存器的数量。的总点数不能大于输入和输出映像寄存器的数量。CP

11、U的供电能力的供电能力 同一同一PLC系统中所有扩展模块所消耗的电流总和不得超过系统中所有扩展模块所消耗的电流总和不得超过 CPU所能提供的电流值。所能提供的电流值。不同型号的不同型号的CPU提供提供5VDC和和24VDC电源的容量不同。电源的容量不同。最大最大I/O配制的预算原则配制的预算原则:19 1、编址前首先在主机的右端与扩展模块依次连接好、编址前首先在主机的右端与扩展模块依次连接好,连接顺序自己连接顺序自己决定。连接方法有两种，水平连接时主机在最左边，垂直连接主机在决定。连接方法有两种，水平连接时主机在最左边，垂直连接主机在最下边。最下边。2、编址的方法：、编址的方法：（1）主机）主

12、机I/O的编址；的编址；主机主机I/O的编址是固定的。的编址是固定的。PLC控制系统的编址控制系统的编址20 （2）扩展模块编址：）扩展模块编址：扩展模块的编址原则：扩展模块的编址原则：同类型的输入或输出点的模块进行顺序编址。同类型的输入或输出点的模块进行顺序编址。对于数字量，输入对于数字量，输入/输出映像寄存器的长度单位为输出映像寄存器的长度单位为8位位1 个字节，本模块高位未满个字节，本模块高位未满8位的，未用位不能分配给位的，未用位不能分配给I/O 链中后续的同类型的模块。链中后续的同类型的模块。对于模拟量，输入对于模拟量，输入/输出以输出以2个字节（个字节（1个字）递增方个字）递增方式

13、分配空间。本模块中未用位的通道地址不能被后续的式分配空间。本模块中未用位的通道地址不能被后续的同类模块继续使用，后续地址的编排须重新从一个新的同类模块继续使用，后续地址的编排须重新从一个新的连续字节开始。连续字节开始。PLC控制系统的编址控制系统的编址21 主机主机CPU224模块模块EM221DI8DC24V模块模块EM222DO8DC24V模块模块EM235AI4/AQ1模块模块EM223DI4/DO4模块模块EM235AI4/AQ1 例如：某一控制系统选用例如：某一控制系统选用CPU224，系统所需的输入，系统所需的输入输出点数各为：输出点数各为：数字量输数字量输 入入24点、数字量输出

14、点、数字量输出20点、点、模拟量输入模拟量输入6点和模拟量点和模拟量 输出输出2点。点。01234编址举例：编址举例：22主机及各模块编址主机及各模块编址主机主机I/O模块模块0I/O模块模块1I/O模块模块2 I/O模块模块3I/O模块模块4I/OI0.0 Q0.0I0.1 Q0.1I0.2 Q0.2I0.3 Q0.3I0.4 Q0.4I0.5 Q0.5I0.6 Q0.6I0.7 Q0.7I1.0 Q1.0I1.1 Q1.1I1.2 Q1.2I1.3 Q1.3I1.4 Q1.4I1.5 Q1.5I1.6 Q1.6I1.7 Q1.7I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I2.6I2.

15、7Q2.0Q2.1Q2.2Q2.3Q2.4Q2.5Q2.6Q2.7AIW0 AQW0AIW2 AQW2AIW4AIW6I3.0 Q3.0I3.1 Q3.1I3.2 Q3.2I3.3 Q3.3I3.4 Q3.4I3.5 Q3.5I3.6 Q3.6I3.7 Q3.7AIW8 AQW4AIW10 AQW6AIW12AIW1423 4.3.1软元件（软继电器）软元件（软继电器）软元件：软元件：PLC内部具有一定功能的存储单元。内部具有一定功能的存储单元。软元件的组成：由电子电路和寄存器及存储单元组成。软元件的组成：由电子电路和寄存器及存储单元组成。软元件的特点：软元件的特点：（1）软元件看不见，摸不着

16、，也不存在物理性的触点；）软元件看不见，摸不着，也不存在物理性的触点；（2）每个软元件可提供无限多个常开触点和常闭触点，）每个软元件可提供无限多个常开触点和常闭触点，即它们的触点可以无限次的使用；即它们的触点可以无限次的使用；（3）体积小、功耗低、寿命长。）体积小、功耗低、寿命长。软元件地址：软元件地址：区域标识符区域标识符+区域内地址区域内地址 不同区域内的软元件用不同的字母表示这就是区域标不同区域内的软元件用不同的字母表示这就是区域标识符。识符。4.3 内部资源内部资源2425输入继电器的组成：输入继电器的组成：由输入电路和输入映像寄存器组成。一个输入继由输入电路和输入映像寄存器组成。一个

17、输入继电器对应输入映像寄存器中某一字节的某一位。电器对应输入映像寄存器中某一字节的某一位。输入继电器的作用：输入继电器的作用：接收外部的开关信号。用户设备上的所有控制信接收外部的开关信号。用户设备上的所有控制信号都接到号都接到PLC的输入端子上。的输入端子上。PLC的一个输入端子对应一个输入继电器，的一个输入端子对应一个输入继电器，当外部所接的开关处于闭合状态时，对应的输入继电器常开触点闭合，当外部所接的开关处于闭合状态时，对应的输入继电器常开触点闭合，常闭触点断开。常闭触点断开。输入继电器的寻址方式：输入继电器的寻址方式：I字节字节.位位26使用输入继电器的注意事项使用输入继电器的注意事项

18、27输出继电器的组成：输出继电器的组成：由输出电路和输出映像寄存器组成。由输出电路和输出映像寄存器组成。输出继电器的作用：输出继电器的作用：PLC通过输出继电器向外部负载通过输出继电器向外部负载 发出控制命令。发出控制命令。PLC的每一个输出端子都与一个输出继电器相对应。的每一个输出端子都与一个输出继电器相对应。输出继电器的编址方式：输出继电器的编址方式：Q字节字节.位位 282930NoImage使用通用辅助继电器注意事项：使用通用辅助继电器注意事项：通用辅助继电器不直接接受输入信号，它的触点也不能直接驱动负通用辅助继电器不直接接受输入信号，它的触点也不能直接驱动负载。没有与之对应的输入和输

19、出端子。它的常开和常闭触点可无数载。没有与之对应的输入和输出端子。它的常开和常闭触点可无数次使用。次使用。31 特殊继电器（特殊继电器（SM）：）：具有特殊功能或用来存储系统的状态具有特殊功能或用来存储系统的状态变量、有关的控制参数和信息的存储单元。变量、有关的控制参数和信息的存储单元。特殊继电器的作用：特殊继电器的作用：用户可以通过特殊继电器来沟通用户可以通过特殊继电器来沟通PLC与与被控对象之间的信息，利用这些信息实现一定的控制作用。用被控对象之间的信息，利用这些信息实现一定的控制作用。用户也可以通过设置某些特殊继电器位来使设备实现某些功能，户也可以通过设置某些特殊继电器位来使设备实现某些

20、功能，特殊继电器分只读区和可读可写区。特殊继电器分只读区和可读可写区。特殊继电器的数量：特殊继电器的数量：CPU221 SM0.0SM179.7 CPU222 SM0.0SM299.7 CPU224 SM0.0SM549.CPU226 SM0.0SM549.732 例如：例如：SM0.0 PLC运行时运行时SM0.0始终为始终为“1”SM0.1 PLC首次扫描首次扫描SM0.1ON一个扫描周期一个扫描周期 SM0.2 当当RAM存储器中保存数据丢失时，存储器中保存数据丢失时，SM0.2ON一个周期。一个周期。SM0.4该位提供了一个周期为一分钟、占空比为该位提供了一个周期为一分钟、占空比为0.

21、5的的时钟时钟 SM1.3两数相除两数相除,除数为零时置除数为零时置“1”SMB37、SMB47、SM B57、SMB137、SMB147、SMB157高速计数器的控制字节都是可读可写的。高速计数器的控制字节都是可读可写的。33 作用：用来存放程序执行过程中的中间结果作用：用来存放程序执行过程中的中间结果数据，也可以使用变量存储器来保存与工序数据，也可以使用变量存储器来保存与工序和程序有关的其他数据。和程序有关的其他数据。变量寄存器的数量：变量寄存器的数量：S7-200CPU221 V0.0V2047.7 S7-200CPU222 V0.0V2047.7 S7-200CPU224 V0.0V5

22、119.7 S7-200CPU226 V0.0V5119.734 局部变量存储器局部变量存储器 临时存储器，用来存储局部临时存储器，用来存储局部变量变量局部变量存储器与变量存储器的区别：局部变量存储器与变量存储器的区别：全局变量存储器全局有效，而局部变量存储器全局变量存储器全局有效，而局部变量存储器局部有效。局部有效。全局有效是指同一个变量存储器可以被任何程全局有效是指同一个变量存储器可以被任何程序（包括主程序、子程序、中断程序）访问；序（包括主程序、子程序、中断程序）访问；而局部有效是指变量只和特定的程序有关而局部有效是指变量只和特定的程序有关。局部变量存储器的个数：局部变量存储器的个数：6

23、4个字节个字节 35 36计数器：用来累计输入脉冲上升沿的个数。计数器：用来累计输入脉冲上升沿的个数。计数器类型：计数器类型：增计数器增计数器CUCU（Count UpCount Up）增减计数器增减计数器CUD Count Up/DownCUD Count Up/Down）减计数减计数CDCD（Count Down Count Down）每个计数器所占的存储单元为每个计数器所占的存储单元为:当前值：当前值：1616位有符号整数，存储累计值（计数部分）位有符号整数，存储累计值（计数部分）位：按当前值与设定值比较置位或复位。（触点）位：按当前值与设定值比较置位或复位。（触点）计数器的编址方式：区

24、域标识符计数器的编址方式：区域标识符C+C+计数器编号计数器编号37 S7200CPU提供了提供了256个定时器个定时器作用：累计时间增量作用：累计时间增量定时器类型：定时器类型：接通延时定时器接通延时定时器TON（On-Delay Timer）记忆接通延时定时器记忆接通延时定时器TONR（Retentive-On-Delay Timer）断开延时定时器断开延时定时器TOF（Off-Delay Timer）定时器的分辨率：定时器的分辨率：1ms、10ms、100ms定时器存储单元定时器存储单元:当前值：当前值：16位有符号整数，存储定时器所累计的时间增量位有符号整数，存储定时器所累计的时间增量

25、（计时部分（计时部分-计数部分）计数部分）位：按当前值与设定值的比较结果置位或复位。位：按当前值与设定值的比较结果置位或复位。（触点）（触点）定时器的编址方式：区域标识符定时器的编址方式：区域标识符T+定时器编号定时器编号 九、定时器九、定时器T(Timer)38 1、模拟量输入映像寄存器（、模拟量输入映像寄存器（Analog Input）：）：PLC通过通过模拟量输入电路实现模拟量输入电路实现A/D之间的转化，即将输入的模拟量之间的转化，即将输入的模拟量转化成转化成1个字长的数字量，模拟量输入映像寄存器存储这个字长的数字量，模拟量输入映像寄存器存储这些数字量。些数字量。模拟量输入映像寄存器的

26、编址方式：模拟量输入映像寄存器的编址方式：AIW 起始字节地址起始字节地址：其中：其中AI区域标识符、区域标识符、W数字长数字长度度例如：例如：AIW0 AIW4 AIW8 注：起始字节必须是偶数字节。模拟量输入映像寄存器只注：起始字节必须是偶数字节。模拟量输入映像寄存器只能进行读取操作能进行读取操作.十、十、模拟量输入映像寄存器模拟量输入映像寄存器AI、模拟量输出映像寄存器、模拟量输出映像寄存器AQ39 2、模拟量输出映像寄存器（、模拟量输出映像寄存器（Analog Output）：）：PLC通过通过模拟量输出电路实现模拟量输出电路实现D/A之间的转化，即将之间的转化，即将1个字长的数字个字

27、长的数字量，通过模拟量输出电路将这数字量按比例转换成模拟量。量，通过模拟量输出电路将这数字量按比例转换成模拟量。模拟量输出映像寄存器的编址方式：模拟量输出映像寄存器的编址方式：AQW 起始字节地址起始字节地址：其中：其中AQ区域标识符、区域标识符、W数字数字长度长度例如：例如：AQW0 AQW4 AQW8 注：起始字节必须是偶数字节。模拟量输出映像寄存器只注：起始字节必须是偶数字节。模拟量输出映像寄存器只能进行写入操作。能进行写入操作。十、十、模拟量输入映像寄存器、模拟量输出映像寄存器模拟量输入映像寄存器、模拟量输出映像寄存器40 高速计数器：用来累计比主机扫描速率更快的高速脉冲。高速计数器：

28、用来累计比主机扫描速率更快的高速脉冲。高速计数器编址方式：高速计数器编址方式：HC+高速计数器编号高速计数器编号 其中其中HC为高速计数器名称为高速计数器名称S7-200 CPU221、CPU222共有共有4个高速计数器分别为：个高速计数器分别为：HC0、HC3、HC4、HC5S7-200 CPU224、CPU226共有共有6个高速计数器分别为：个高速计数器分别为：HC0、HC1、HC2、HC3、HC4、HC5 注：高速计数器的当前值是一个注：高速计数器的当前值是一个32位的有符号的整数，是位的有符号的整数，是只读数据。只读数据。十一、高速计数器十一、高速计数器HC（Hight-speed C

29、ounter）41 累加器：是用来暂存数据的寄存器累加器：是用来暂存数据的寄存器累加器的编址方式：累加器的编址方式：AC累加器编号累加器编号S7-200累加器的数量：共有累加器的数量：共有4个分别为：个分别为：AC0、AC1、AC2、AC3，每个累加器共有，每个累加器共有32位。从累加器中读或写入累加器的位。从累加器中读或写入累加器的数字长度：字节、字、双字，被操作的数字长度：字节、字、双字，被操作的数据长度取决于访问累加器时所用的指令。数据长度取决于访问累加器时所用的指令。例如：例如：十二、累加器十二、累加器AC（Accumulator）424.4 寻址方式寻址方式 直接寻址：直接指出元件名

30、称和存储单元的地址直接寻址：直接指出元件名称和存储单元的地址（1）编址格式）编址格式 按位寻址的格式为：按位寻址的格式为：Ax.y 特殊元件的寻址特殊元件的寻址:直接指出区域标识符和它的编号。直接指出区域标识符和它的编号。字节、字、双字寻址格式为：字节、字、双字寻址格式为：ATx A:元件名称元件名称 T:数据类型数据类型 X:字节地址字节地址 Y:位地址位地址431）按位寻址的格式为：）按位寻址的格式为：Ax.yA：元件名称：元件名称X：字节地址：字节地址y：字节内的位地址：字节内的位地址图图4.8位寻址格式位寻址格式NoImage44 2）按字节、字或双字的寻址格式：直接指出元件名称、数字

31、类型和存储）按字节、字或双字的寻址格式：直接指出元件名称、数字类型和存储区域的首字节地址。区域的首字节地址。ATx A：元件名称：元件名称 T：数据类型：数据类型 X：首字节地址：首字节地址 例如例如:VB100 VW100（即访问（即访问 VB100和和 VB101 两个字节，其中两个字节，其中VB100为最为最高有效字节，高有效字节，VB101为最低有效字节。为最低有效字节。）VD100（即访问（即访问VB100、VB101、VB102和和VB103四个字节四个字节 其中其中VB100为最高有效字节，为最高有效字节，VB103为最低效字节）为最低效字节）3）特殊器件的寻址格式）特殊器件的寻址格式:直接指出元件名称和编号直接指出元件名称和编号 Ax A：元件名称：元件名称 X：元件编号：元件编号 454.4 寻址方式（续）寻址方式（续）46 4-1.PLC有哪些编程资源？有哪些编程资源？4-2.PLC梯形图要素？梯形图要素？