1、PLC原理及应用技术PLC的内部资源电气学院昆明冶金高等专科学校一、 S7-200系列 PLC的 系统配置 西门子 S7系列可编程控制器分为 S7-400、 S7-300、 S7-200三个系列,分别为 S7系列的大、中、小型可编程控制器系统。 S7-200系列可编程控制器有两个系列 CPU21X系列 :CPU212, CPU214, CPU215和 CPU216 CPU22X系列 :CPU221, CPU222, CPU224和 CPU226四种基本型号。 CPU前面板上用两个发光二极管显示当前工作方式,绿色指示灯亮,表示为运行状态,红色指示灯亮,表示为停止状态,在标有 SF指示灯亮时表示系
2、统故障, PLC停止工作。 STOP( 停止) RUN( 运行) 工作方式开关有 3个挡位: STOP、 TERM( Terminal)、RUN。 把 方式 开关 切到 STOP位,可以停止程序的 执行,此时可以对 PLC写程序。 把 方式 开关 切到 RUN位,可以起动程序的 执行,但不能对PLC写程序。 把 方式 开关 切 到 TERM( 暂态)或 RUN位,允许 STEP7- Micro/WIN32软件设置 CPU工作状态。数字 量输入 /输出点 CPU 221具有 6个输入点和 4个输出点 ;Input地址:地址: I0.0、 I0.1、 I0.5Output地址:地址: Q0.0、
3、Q0.1、 Q0.2 、Q0.3 CPU 222具有 8个输入点和 6个输出点;Input地址:地址: I0.0、 I0.1、 I0.7Output地址:地址: Q0.0、 Q0.1、 Q0.5 CPU 224 具有 14个输入点和 10个输出点;Input地址:地址: I0.0、 I0.1、 I0.7I1.0、 I1.1、 I1.5Output地址:地址: Q0.0、 Q0.1、 Q0.7 Q1.0、 Q1.1 CPU226/226XM 具有 24个输入点和 16个输出点。CPU22X主机的输入点为 24V直流双向光电耦合输入电路,输出有继电器和直流( MOS型)两种类型。Input地址:地
4、址: I0.0、 I0.1、 I0.7I1.0、 I1.1、 I1.7I2.0、 I2.1、 I2.7Output地址:地址: Q0.0、 Q0.1、 Q0.7 Q1.0、 Q1.1、 Q1.7扩展 配置 扩展单元没有 CPU, 作为基本单元输入 /输出点数的扩充,只能与基本单元连接使用。不能单独使用 。 S7-200的扩展单元包括数字量扩展单元,模拟量扩展单元,热电偶、热电阻扩展模块,PROFIBUS-DP通信模块 。 CPU221不可扩展。常用 扩展模块介绍 1.数字量扩展模块 S7-200PLC系列目前总共可以提供 3大类共 9种数字量输入输出扩展 模块。类型 型号 各组输入点数 各组输
5、出点数输入扩展模块EM221EM221 24V DC输入 4, 4 EM221 230V AC输入 8点相互独立 输出扩展模块EM222EM222 24V DC输出 4, 4EM222 继电器输出 4, 4EM222 230V AC双向晶闸管输出 8点相互独立输入 /输出扩展模块EM223EM223 24V DC输入 /继电器输出 4 4EM223 24V DC输入 /24VDC输出 4, 4 4, 4EM223 24V DC输入 /24VDC输出 8, 8 4, 4, 8EM223 24V DC输入 /继电器输出 8, 8 4, 4, 4, 42. 模拟量扩展模块模拟量扩展模块提供了模拟量输
6、入 /输出的功能 : 最佳适应性 、 灵活性。模块 EM231 EM232 EM235点数4路 ( 12位) 模拟 量 输入 (热电偶 4路、热电阻 4路)2路 ( 12位) 模拟 量输出4路输入, 1路输出 ( 12位)用户必须用 DIP 开关来选择热电偶的类型,连到同模块上的热电偶必须是相同类型。3. PROFIBUS-DP通信模块 模块 EM227数据 的长度 在计算机中使用的都是二进制数,其最基本的存储单位是 位 (bit), 8位二进制数组成 1个 字节(Byte), 其中的第 0位为最低位 (LSB), 第 7位为最高位 (MSB), 两 个字节( 16位)组成 1个 字(Word
7、), 两个字( 32位)组成 1个双字( Double word) 。 把位、字节、字和双字占用的 连续位数称为长度 。数据类型 及数据范围 S7-200系列 PLC的数据类型可以是字符串、布尔型( 0或 1)、整数型和实数型(浮点数)。布尔型数据指字节型无符号整数;整数型数包括 16位符号整数( INT) 和 32位符号 整数( DINT)。 实数型数据采用 32位单精度数来表示 。数据的长度、类型无符号整数范围 符号整数范围十进制 十六进制 十进制 十六进制字节 B( 8位) 0 255 0 FF -128 127 80 7F字 W ( 16位) 0 65 535 0 FFFF -32 7
8、68 32 767 8000 7FFF双字 D( 32位) 0 4 294 967 2950FFFFFFFF-2 147 483 6482 147 483 647 80000000 7FFFFFFF位( BOOL) 0、 1实数 -1038 1038字符串 每个字符串以字节形式存储,最大长度为 255个字节,第一个字节中定义该字符串的长度常数 S7-200的许多指令中常会使用常数。常数的数据长度可以是字节、字和双字。 CPU以二进制的形式存储常数,书写常数可以用二进制、十进制、十六进制、 ASCII码或实数等多种形式。书写格式如下:十 进 制 常 数 : 1234 ; 十六进制 常数: 16#
9、3AC6 ;二 进 制 常 数 : 2#1010 0001 1110 0000 ASCII 码 : “Show”;实数 (浮点数 ): +1.175495E-38( 正数 ),-1.175495E-38( 负数)。 编址 方式 位 编址 :如 I0.0; Q0.0; I1.2。 字节编址 :如 IB0表示由 I0.0 I0.7这 8位组成的字节。 字编址 : (区域标志符) W( 起始字节号),且最高有效字节为起始字节 。例如 VW0表示由 VB0和 VB1这 2字节组成的字。 双 字 编址 : (区域标志符) D( 起始字节号),且最高有效字节为起始字节 。例如 VD0表示由 VB0到 VB
10、3这 4字节组成的双字。寻址方式 址直接寻址 :在 指令中直接使用存储器或寄存器的元件名称(区域标志)和地址编号,直接到指定的区域读取或写入数据。有按位、字节、字、双字的 寻址方式 。 间接寻址:操作数并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中允许使用指针对 I、 Q、 M、 V、 S、 T、 C(仅当前值)存储区进行间接寻址 使用间接寻址前,要先创建一指向该位置的指针。 指针建立好后,利用指针存取数据。二、 元件 功能及地址分配 PLC的元件就是 PLC 的内部编程元件,这些元件沿用了继电器控制中的继电器名称:1. 输入继电器2. 输出继电器3. 辅助
11、继电器4. 变量继电器5. 定时器6. 计数器7. 数据寄存器 输入 映像寄存器(输入继电器 ) I 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 。 地址分配S7-200输入映像 寄存器是以字节为单位的寄存器。 CPU一般以 字节 .位 方式来读取继电器状态。 如:如: I0.0输出 映像寄存器(输出继电器 ) Q 工作 原理 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。 地址分配: C
12、PU一般以 字节 .位 方式来输出继电器状态。 注意: 输出继电器有一个物理动合触点来接通负载; 输出继电器 Q不能直接与梯形图的母线连接,只可通过特殊继电器 SM0.0的动合触点实现。如:如:Q0.0变量 存储器 V 变量存储器主要用于存储变量 。 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 V0.0V2047.7共2KB存储容量, CPU224/226为 V0.0V5119.7共5KB存储容量。辅助继电器 M 用来 保存
13、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 ,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 。特殊继电器 SM 用来 在 CPU和用户程序之间交换 信息。 能 以位、字节、字或双字来 存取。 CPU224的 SM的位地址编号范围为SM0.0SM179.7共 180个字节。其中 SM0.0SM29.7的 30个字节为只读型区域。定时器 T PLC所提供的定时器作用相当于继电器控制系统中的时间继电器。每个定时器可提供无数对常开和常闭触点供编程
14、使用,设定 时间由程序设置 。 定时精度分为: 1ms、 10ms、 100ms 类型:类 型名称 文字符号 定 时 精度 功能接通延 时 定 时 器 TON 1ms 10ms100ms计时 到,常开触点复位断开延 时继电 器 TOF 计时 到,常开触点 闭 合保持型接通延 时定 时 器TONR 1ms 10ms100ms累 积计时 到,常开触点复位 定时器的三种相关变量 时间设定值 PT设定时间 =PT*时基增量 当前时间值 SV计时时间 =SV*时基增量 输出状态( 0/1)计数器 C 计数器用于累计计数输入端接收到的由断开到接通的脉冲个数。计数器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用,其设
15、定值由程序赋予 。类 型名称 文字符号 功能递 增 计 数器 CTU 计 数到, 计 数器 动 作递 减 计 数器 CTD 计 数 值为 0, 计 数器 动 作增 /减 计 数器 CTUD 等于 /大于 设 定 值 , 计 数器 动 作高速 计数器 HSC 一般计数器的计数频率受扫描周期的影响,不能太高。而高速计数器可用来累计比 CPU 的扫描速度更快的事件。高速计数器的当前值是一个双字长( 32位)的整数,且为只读值 。 S7-200提供 6个高速计数器: HSC0-HSC5 CPU221和 CPU222仅有 4个: HSC0、 HSC3-HSC5累加器 AC 累加器是用来暂存数据的寄存器,它可以用来存放运算数据、中间数据和结果 。 CPU提供了 4个 32位的累加器,其地址编号为AC0AC3。 累加器的可用长度为 32位,可采用字节、字、双字的存取方式,按字节、字只能存取累加器的低 8位或低 16位,双字可以存取累加器全部的 32 位。