PLC可编程控制器入门.pdf

目 录第一章 PLC的基础知识.1第一节 概述.1第二节PLC的由来.1第三节PLC的定义.2第四节PLC的工作原理.3一、循环扫描.3二、PLC与微机（MC）的区别.4三、PLC控制与继电器控制的区别.4第五节PLC的结构.5一、硬件组成.5二、软件基础.7第六节 现代PLC的发展趋势.8第二章S，20。的组成.10第一节 S7-200的技术指标.10第二节 I/O接口.12第三节 S7-200的配置.13第四节 S7-200系列PLC的编程软元件.14一、类型及功用.14二、寻址方式.16第三章PLC的编程软件.21第一节 编程软件的安装.21一、系统要求.21二、软件安装.22三、硬件连接.24四、参数设置.24五、在线联系.26六、建立修改PLC通信参数.27第二节 编程软件的功能.28一、基本功能.28二、界面.29三、各部分功能.29四、系统组态.32第三节软件的编程.32-1-一、程序文件操作.33二、编辑程序.35第四节调试及运行.45一、选择扫描次数.45二、状态图表监控.45三、运行模式下编辑.48四、程序监视.50第四章 PLC的基本指令及程序设计.53第一节概述.53第二节逻辑指令.54一、逻辑取和线圈驱动指令.54二、触点串联指令.57三、触点并联指令.58四、串联电路块的并联连接指令.58五、并联电路块的串联连接指令.58六、置位、复位指令.59七、RS触发器指令.60八、立即指令.60九、边沿脉冲指令.62十、逻辑堆栈操作指令.62十一、定时器.64十二、计数器.67十三%比较指令.70第三节程序控制指令.71一、结束及暂停指令.71二、看门狗指令.72三、跳转及标号指令.72四、循环指令.73五、子程序.74第五章 PLC控制系统设计.87第一节PLC控制系统软件设计.87一、系统设计的基本步骤.87二、PLC软件系统设计的方法.88第二节PLC硬件系统设计.90一、PLC的基本性能指标.90二、PLC的分类.91三、PLC的选型.91四、三种典型系列PLC简介.93-2-五、选型举例.94第三节 PLC软件编程实例.94一、电动机控制系统.94二、交通灯控制系统.100三、闪光报警系统.104四、混料罐控制.106五、造粒机摇振的控制.110六、包衣机系统编程.115第六章 SK2。系列PLC网络通信.143第一节 网络通信的基本概念.143一、自动化系统对PLC控制网络的要求.143二、PLC的通信功能.143三、西门子PLC网络系统.144第二节PLC的通信协议.144一、S7-200系列PLC支持的通信协议.144二、S7-200系歹U PLC组网的硬件.145三、通信接口的安装和设置.147四、参数的选择与修改.148第三节通信模式的配置.150一、PPI通信的配置.150二、自由口通信的配置.153参考文献.155-3-第一章 PLG的基础为物第一节穗 述从可编程控制器发展历史可知，可编程控制器功能不断变化，其名称演变经历了如下过 程：早期产品名称为“Programmable Logic Controller”(可编程逻辑控制器)，简称PLC,主 要替代传统的继电接触控制系统，随着微处理器技术的发展，可编程控制器的功能也不断地 增加，因而可编程逻辑控制器(PLC)已不能描述其多功能的特点。1980年，美国电气制造 商协会NEMA(National Electrical Manufacturers Association)给它一个新的名称“Programmable Controller,简称PC。然而PC这一简写名称在国内早已成为个人计算机(Personal Computer)的代名词，为了避免造成名词术语混乱，因此国内仍沿用早期的简写名称PLC表示可编程控 制器，但此PLC并不意味只具有逻辑功能。PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和 通信技术而形成的一代新型工业控制装置，其用途是取代继电器，执行逻辑、计时、计数等 顺序控制功能，建立柔性的程控系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料，在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。第二节 PLC的出来在PLC出现以前，继电器控制在工业控制领域占主导地位，由此构成的控制系统都是按 预先设定好的时间或条件顺序地工作,若要改变控制的顺序就必须改变控制系统的硬件接线，因此，其通用性和灵活性较差。20世纪60年代，计算机技术开始应用于工业控制领域，由于价格高、输入输出电路不 匹配、编程难度大以及难于适应恶劣工业环境等原因，未能在工业控制领域获得推广。1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM)为了适应生产工艺不断更新的 需要，要求寻找一种比继电器更可靠、功能更齐全、响应速度更快的新型工业控制器，并从用 户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件，立即弓I起了开发热潮。这十大条件主要是：编程方便，可现场修改程序；维修方便，采用插件式；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；数据可直接送入管理计算机；-1-成本与继电器控制柜相当；输入可为交流115 V；输出可为交流H5V、2A以上，可直接驱动接触器、电磁阀等；扩展时原系统改变最少；用户存储器大于4 KB。这些条件实际上提出将继电器控制的简单易懂、使用方便、价格低的优点与计算机的 功能完善、灵活性、通用性好的优点结合起来，将继电接触器控制的硬接线逻辑转变为计 算机的软件逻辑编程的设想。1969年，美国数字设备公司（DEC公司）研制出了第一台 PLC（PDP-14）,在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，并取得了满意的效果，PLC自 此诞生。PLC自问世以来，发展极为迅速。1971年，日本开始生产PLC。1973年，欧洲开始生 产PLC。我国从1974年也开始研制PLC,1977年开始工业应用。到现在，世界各国的一些 著名的电气工厂几乎都在生产PLC装置。PLC已作为一个独立的工业设备被列入生产中，成 为当代电控装置的主导。PLC从诞生到现在，经历了三次换代，如表1-1所示。表LI PLC的三次换代代 次器 件功 能应用范围第一代196919721位微处理器逻辑运算、定时、计数替代传统的继电控制第二代197319758位微处理器及存储器数据的传送和比较、模拟量的运算，产品系列化能同时完成逻辑控制、模拟量 控制第三代19761983高性能8位微处理器及位片式 微处理器处理速度提高，向多功能及联网通信 发展复杂控制系统及联网通信第四代1983至今16位、32位微处理器及高性能 位片式微处理器逻辑、运动、数据处理、联网功能的 名副其实的多功能分级网络控制系统第三节 PLC的定义美国电气制造商协会NEMA在1980年给PLC作了如下的定义:“可编程控制器是一个 数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆以存储指令，用来执行诸如逻辑、顺序、计 时、计数和演算等功能，并通过数字或模拟的输入和输出，以控制各种机械或生产过程。一部数字电子计算机若是用来执行PLC的功能，亦被视同为PLC,但不包括鼓式或机械式 顺序控制器J国际电工委员会（IEC）曾于1982年11月颁发了 PLC标准草案第一稿，1985年1月又 颁发了第二稿，1987年2月颁发了第三稿。草案中对PLC的定义是：“可编程控制器是一种 数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用了可编程序的存储器，用 来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通 过数字式或模拟式的输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外-2-围设备，都按易于工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计J此定义强调了 PLC是“数字运算操作的电子系统”，即它也是一种计算机。它是“专为 工业环境下应用而设计”的计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作，它还具有“数字量或模拟量的输入/输出控制”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。定义还强调了 PLC直接应用于工业环境，它需具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力 和应用范围。这也是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。应该强调的是，PLC与以往 所讲的鼓式、机械式的顺序控制器在“可编程”方面有质的区别。由于PLC引入了微处理器 及半导体存储器等新一代电子器件，并用规定的指令进行编程，能灵活地修改，即用软件方 式来实现“可编程”的目的。第田节 PLC的工行腐理一、循环扫描PLC采用循环扫描工作方式，这个工作过程一般包括5个阶段：内部处理、与编程器等 的通信处理、输入扫描、执行用户程序、输出处理，其工作过程如图1-1所示。图1-1中当 PLC方式开关置于RUN（运行）时，执行所有阶段；当方式开关置于STOP（停止）时，不 执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对PLC联机或离线编程。图1-1工作原理图PLC的输入处理、执行用户程序和输出处理过程的原理如图1-2所示。PLC执行的5 个阶段，称为一个扫描周期，PLC完成一个周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始 地进行。-3-图1-2程序执行原理图简而言之，PLC是采用周期循环扫描、集中输入与输出的工作方式。这种工作方法的显 著特点是：可靠性高、抗干扰能力强，但响应滞后、速度较慢。也就是说PLC以降低速度求 得高可靠性。二、PLC与微机（MC）的区别简而言之，MC是通用的专用机，而PLC则是专用的通用机。从微型计算机的应用范围来说，MC是通用机，而PLC是专用机。微型计算机是在以往 计算机与大规模集成电路的基础上发展起来的，其最大特征是运算速度快、功能强、应用范 围广。例如近代科学计算、科学管理和工业控制等都离不开它，所以说MC是通用计算机。而PLC是一种为适应工业控制环境而设计的专用计算机。但从工业控制角度来看，PLC则又 是一种通用机，选配对应的模块便可适用于各种工业控制系统，而用户只需改变用户程序即 可满足工业控制系统的具体控制要求。如果采用MC作为某一设备的控制器，就必须根据实 际需要考虑抗干扰问题和硬件软件设计，以适应设备控制的专门需要。这样，势必把通用的 MC转化成具有特殊功能的控制器，而成为一台专用机。PLC与MC的主要差异及各自的特点如下。PLC抗干扰性能比MC强；PLC编程比MC简单；PLC设计调试周期短；PLC的输入/输出响应速度慢，有较大的滞后现象（一般为ms级），而MC的响应速 度快（为厚级）;PLC易于操作，操作人员培训时间短，而MC则较难，操作人员培训时间长；PLC易于维修，MC则较困难。随着PLC越来越多地采用微机技术，其功能不断增强；同时MC也为了适应用户需要，向提高可靠性、耐用性与便于维修方向发展。两者相互间渗透，使PLC与MC的差异越来越 小，两者之间的界线也越来越模糊。今后PLC与MC将继续共存。在一个控制系统中，PLC集中在功能控制上，MC集中在 信息处理上，两者相辅相成，共同发展。三、PLC控制与继电器控制的区别在PLC的编程语蕾中，梯形图是最为广泛使用的语言。PLC的梯形图与继电器控制线路 图十分相似，主要原因是PLC梯形图的编写大致上沿用了继电器控制电路元件符号，仅个别 处有些不同。同时，信号的输入/输出形式及控制功能也是相同的，但PLC的控制与继电器-4-的控制也有不同之处，主要表现在以下几方面。1.组成器件不同继电器控制线路由许多真正的硬件继电器组成，而梯形图则由许多所谓“软继电器”组 成。这些“软继电器”实质上是存储器中的每一位触发器，可以置“0”或置“1”。硬件继电 器易磨损，而“软继电器”则无磨损现象。2.触点数量不同硬继电器的触点数量有限，用于控制的继电器的触点数一般只有48对；而梯形图中 每只“软继电器”供编程使用的触点数有无限对。因为在存储器中的触发器状态（电平）可取 用任意次数。3.实施控制的方法不同在继电器控制线路中，要实现某种控制是通过各种继电器之间硬接线解决的。由于其控 制功能已包含在固定线路之间，因此它的功能专一，不灵活。而PLC控制是通过梯形图即软 件编程解决的，所以其灵活多变。另外，在继电器控制线路中，为了达到某种控制目的，而又要安全可靠，同时还要节约 使用继电器接点，因此设置了许多制约关系的联锁电路；而在梯形图中，因它是扫描工作方 式，不存在几个支路并列同时动作的因素，同时在软件编程中也可将联锁条件编制进去，因 而PLC的电路控制设计比继电器控制设计大大简化了。4.工作方式不同在继电器控制线路中，当电源接通时，线路中各继电器都处于受制约状态，即该吸合的继 电器都同时吸合，不应吸合的继电器都因受某种条件限制不能吸合。这种工作方式有时称为并行 工作方式；而在梯形图的控制线路中，图中各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条 件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序。这种工作方式有时称为串行工作方式。第方苹 PLC的储构一、硬件组成一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种，但它们的组成是相同的。箱体式PLC中有CPU 板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，所有的电路都装入一个模块内，构成一个整体。可以按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。模块式PLC中有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，模块拼装起来后就成了一个整齐的长方体结构。无论哪种结构类型的PLC,都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与 组合。PLC的基本结构框图如图1-3所示。1.CPU的构成CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，费巨 每台PLC至少有一个CPU,它按PLC的系统 程序赋予的功能接收并存储用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态 或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断输入接口部件中央处理单元“PU板电源部件输出接口部件驱动受控元件图1-3 PLC的基本结构框图-5-电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行状态后，从用户程序 存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的 控制电路。与通用计算机一样，PLC中的CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联 系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由振 荡信号控制。CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也在控制器指挥下工作。CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电路 的高度集成，对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。CPU模块的外部表现就是它的工作状态的显示、各种接口及设定开关。一般讲，CPU模 块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也 有这些显示。它的总线接口，用于接I/O模板或底板；内存接口，用于安装内存；外设口，用于接外部设备；有的还有通信口，用于进行通信。CPU模块上还有许多设定开关，用于对 PLC进行设定，如设定起始工作方式、内存区等。2.I/O模块PLC主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数 限制。I/O模块集成了 PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出 锁存器状态。根据现场执行部件的不同需要，输出接口分为继电器型、晶闸管型和晶体管型3种类型：继电器型输出接口为有触点输出，外加负载电源既可以是交流的、也可以是直流的，响应时 间为ms量级；晶闸管型接口只能带交流负载，响应时间为四量级；晶体管型接口只能带直 流负载，响应时间最短，为ns量级。3.电源模块有些PLC中的电源是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各 模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24 V的工作电源。电源以其输 入类型分有：交流电源，常用的为220 V或110 V；直流电源，常用的为24 V。4.底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU 能访问底板上的所有模块；机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。5.PLC的外部设备外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有如下4大类。编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控 PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可 缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。监控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于存储用户数据，使用-6-户程序不丢失。输入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读入器、输入模拟量的电位 器、打印机等。6.PLC的通信联网PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设 备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产 品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。当然，PLC之间的通信网络是各厂家专用的，一些生产厂家在PLC与计算机之间的通信 上采用工业标准总线，并向标准通信协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机 之间可以方便地进行通信与联网。二、软件基础1.编程语言特点PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于一般高级语言，也不同于一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。目前，还没有 一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。如三菱公司的产品有它自己的编程语言，OMRON 公司的产品也有它自己的语言。但不管什么型号的PLC,其编程语言都具有以下特点。（1）形式指令结构程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。系统的软件开发 者已把工业控制中所需的独立运算功能编制成象征性图形，用户根据自己的需要把这些图形 进行组合，并填入适当的参数。在逻辑运算部分，几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制 电路的梯形图，很容易被接受。西门子公司还采用控制系统流程图，它沿用二进制逻辑元件 图形符号来表达控制关系，很直观易懂。较复杂的算术运算、定时计数等，一般也参照梯形 图或逻辑元件图来表示，虽然象征性不如逻辑运算部分，也受到用户欢迎。（2）明确的变量常数图形符号相当于操作码，规定了运算功能，操作数由用户填入，如：K400,T120 等。PLC中的变量和常数以及其取值范围有明确规定，由产品型号决定，可查阅产品目 录手册。（3）简化的程序结构PLC的程序结构通常很简单，典型的为块式结构，不同块完成不同的功能，使程序的调 试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念。（4）简化应用软件生成过程使用汇编语言和高级语言编写程序，要完成编辑、编译和连接3个过程；而使用编程语 言，只需要编辑一个过程，其余由系统软件自动完成，整个编辑过程都是在人机对话下进行 的，不要求用户有高深的软件设计能力。（5）强化调试手段无论是汇编程序还是高级语言程序调试，都是令编程人员头疼的事，而PLC的程序调试 为人们提供了完备的条件，使用编程器，利用编程器上的按键、显示和内部编辑、调试、监 控等功能，并在软件支持下，诊断和调试操作都很简单。-7-总之，PLC的编程语言是面向用户的，对使用者不要求具备高深的知识、不需要长时间 的专门训练。2.编程语言的形式本书采用最常用的两种编程语言：梯形图语言和助记符语言。采用梯形图编程，直观易 懂；采用助记符形式便于实验，因为它的编程输入只需要一台简易编程器，而不必用昂贵的 图形编程器或计算机来编程。虽然一些高档的PLC还具有与计算机兼容的C语言、BASIC 语言、专用的高级语言（如西门子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP）,还有用布尔逻 辑语言、通用计算机兼容的汇编语言等。不管怎么样，各厂家的编程语言都只能适用于本厂 的产品。梯形图是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在一起的连通图，用以表达所使用的 PLC指令及其前后顺序，它与电气原理图很相似。它的连线有两种：一种为母线，另一种为 内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从 装载（LD）指令开始，必要时再继以若干个输入指令，以建立逻辑条件，最后为输出类指令,实现输出控制或为数据控制、流程控制、通信处理、监控工作等指令，以进行相应的工作。母线是用来连接指令组的。助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，而梯形图的连线又可体现指令的顺序。一 般讲，其顺序为：先输入，后输出（含其他处理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形图就 可将其翻译成助记符程序。反之，根据助记符，也可画出与其对应的梯形图。如果仅考虑逻辑控制，梯形图与电气原理图也可建立起一定的对应关系。如梯形图的输 出指令，对应于继电器的线圈，而输入指令对应于接点。这样，原有的继电控制逻辑，经转 换即可变成梯形图，再进一步转换，即可变成助记符程序。有了这个对应关系，用PLC程序 代表继电逻辑是很容易的。这也是PLC技术对传统继电控制技术的继承。3.编程元件PLC内部的编程元件，也就是支持该机型编程语言的软元件，按通俗叫法分别称为继电 器、定时器、计数器等，但它们与真实元件有很大的差别，一般称它们为“软继电器”。这些 编程用的继电器，它的工作线圈没有工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题；触点没有 数量限制、没有机械磨损和电蚀等问题。它在不同的指令操作下，其工作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可以作脉冲数字元件使用。一般情况下，有输入继电器、输出继电器、辅 助继电器、专用辅助继电器、定时器、计数器、状态继电器、数据寄存器等。第六节混代PLC的或居超劣近年来，随着技术的发展和市场需求的增加，PLC的结构和功能正在不断改进，各个生 产厂家不断推出PLC新产品，平均35年更新换代一次，有些新型中小型PLC的功能甚至 达到或超过了过去大型PLC的功能。现代PLC有两个方面的发展趋势。发展微小型PLC,使其体积更小、速度更快、功能更强、价格更低、配置更加灵活。由于自动控制系统规模的不同，小型化、低成本的PLC将广泛应用于各行各业，其组成由整 体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，例如SIEMENS公司的S7-200的最小 配置为CPU221,主机有6DI/4DO（数字量输入/数字量输出），而CPU224主机可扩展7个-8-模块，最大达94DI/74DO,16AI/16 Ao（模拟量输入/模拟量输出），可满足比较复杂的控制 系统的要求。发展大型PLC,使其具有大型网络化、高可靠、多功能、兼容性好等特点。网络化 和强化通信能力是PLC发展的重要方面，向上与以太网、MAP网等相连，向下通过现场总 线（如PR0FIBUS）将多个PLC或远程I/O等相连，构成整个工厂的自动化控制系统。近年 来各公司陆续推出各种智能模块，大大增强了 PLC的控制功能。智能模块是以微处理器为基 础的功能部件，其CPU与PLC的CPU并行工作，能够独立完成某些控制功能，如通信控制、高速计数、模拟量输入输出等，使系统设计和调试时间减少，控制精度提高。好的兼容性是 PLC深层次应用的重要保证，SIEMENS公司的S7系列PLC与通用微机兼容，可运行 DOS/Windows程序，PLC的编程语言STEP7可运行在Windows环境下，提供了很强的梯形 图、助记符的编程、调试和诊断等功能，体现了现代PLC的特点。-9-第二章 S7-200的困成SIMATIC S7系列的PLC是德国SIEMENS公司1996年推出的产品，它包括小型PLC S7-200,中型PLC S7-300和大型PLC S7-400。S7系列PLC产品的性能和使用范围各不相同，但具有如下共同特点。CPU芯片已升级到Intel 80486,甚至采用Pentium处理器。采用模块化设计，能按搭积木方式进行系统配置，功能扩展灵活方便。有极快的处理速度，如S7-200和S7-300的扫描速度为0.37瞠/指令。有很强的网络功能，可用多个PLC连接成工业网络，构成完整的过程控制系统，既 可实现总线联网，也可实现点到点通信。允许使用相关的程序软件包及工业通信网络软件，编程工具更为开放，人机界面十 分友好。S7-200系列是一类小型PLC,由于其具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格和强 大的指令系统，使得它能近乎完美地满足小规模的控制要求。另外，丰富的CPU类型和电压 等级使其在解决用户的自动化问题时，具有很强的适应性。本章将主要介绍S7-200的组成、技术指标、I/O接口及S7-200的配置等内容。第一节 S7-200的技术族杼S7-200系列PLC是西门子公司推出的整体式小型可编程控制器，开始的产品称为CPU21X,其后的改进型称为CPU22X,21X及22X各有4、5个型号。由于其结构紧凑、功能强，并具有很高的性能价格比，在中小规模控制系统中应用广泛。一台S7-200小型PLC 的主要组成部分包括一个单独的S7-200CPU,还可带有各种各样可选择的扩展模块。其外观 图如图2-1所示。SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，还是相连成网络皆能实现复杂控制功能。S7-200系列出色表现在以下几个方面:极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性；强大的通信能力；丰富的扩展模块。图2-1 S7-200系列PLC外观图-10-S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥了其强大功能，使用范围可覆盖从替代继电器 的简单控制到更复杂的自动化控制。其应用领域极为广泛，覆盖了所有与自动检测、自动化 控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等,如：冲压机床、磨床、印刷机械、橡胶化工机械、中央空调、电梯控制、运动系统等。S7-200 CPU模块包括一个中央处理单元（CPU）、数字量I/O点及电源，它们都被集成 在一个紧凑独立的设备中。S7-200 CPU模块提供了一定数量的本机I/O,扩展模块提供了附加的输入输出点。S7-200系列包括多种CPU,每种S7-200 CPU的主要技术指标如表2-1所示。和一般微 机一样，中央处理器CPU是PLC的运算和控制核心，控制其他所有部件的运行，CPU由运 算器、控制器和寄存器等组成，通过地址总线、数据总线及控制总线与存储器、I/O接口电 路连接。CPU主要完成从存储器中读取指令、执行指令、处理中断及自诊断等功能。输入输 出I/O是系统的控制点，输入部分从现场设备（如传感器和开关）中采集信号，输出部分则 控制泵、电动机及工业过程中的其他设备；通信端口允许将S7-200 CPU同编程器或其他一 些设备连接起来；扩展模块可增加CPU的I/O点数（CPU221不可扩展）；电源向CPU及其 所连接的任何模块提供电能。表2-1 多种S7-200 CPU的主要技术指标S7-200 PLCCPU221CPU222CPU224CPU226集成数字量输入/输出6入/4出8入/6出14入/10出24 A/16 出可连接的扩展模块数量（最大）不可扩展2个7个7个最大可扩展的数字量输入/输出范围不可扩展78点168点248点最大可扩展的模拟量输入/输出范围不可扩展10点35点35点用户程序区4K4K8K8K数据存储区2K2K5K5K数据后备时间（电容）50 h50 h50 h50 h后备电池（选件）200 h200 h200 h200 h编程软件STEP 7-MicroAVINSTEP 7-MicroAVINSTEP 7-Micro/WINSTEP 7-Micro/WIN每条二进制语句执行时间0.37|lls0.37gs0.37|lls0.37gs标志寄存器/计数器/定时 器256/256/256256/256/256256/256/256256/256/256高速计数器4 个 30 kHz4 个 30 kHz6 个 30 kHz6 个 30 kHz高速脉冲输出2 个 20 kHz2 个 20 kHz2 个 20 kHz2 个 20 kHz通信接口1 个 RS-485 接口1 个 RS-485 接口1 个 RS-485 接口2 个 RS-485 接口外部硬件中断4444支持的通信协议PPL MPL 自由口PPL MPL 自由口，PROFIBUS DPPPI,MPI,自由口，PROFIBUS DPPPI,MPI,自由口，PROFIBUS DP模拟电位器1个8位分辨率1个8位分辨率2个8位分辨率2个8位分辨率实时时钟外置时钟卡（选件）外置时钟卡（选件）内置时钟卡内置时钟卡外形尺寸（WXHXD）mm90X80X6290X80X62120X80X62196X80X62其中，CPU221集成6输入/4输出共10个数字量I/O点，无I/O扩展能力。它包括6K-11-字节程序和数据存储空间，4个独立的30 kHz高速计数器,2路独立的20 kHz高速脉冲输出。它还有1个RS-485通信/编程口,具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力。CPU221非常适合于小点数控制的微型控制器。CPU222集成8输入/6输出共14个数字量I/O点，可连接2个扩展模块。它包括6 K字 节程序和数据存储空间，4个独立的30 kHz高速计数器，2路独立的20 kHz高速脉冲输出。它有1个RS-485通信/编程口，具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力。它 非常适合于小点数控制的微型控制器。CPU224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至 168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。它包括13 K字节程序和数据存储空间，6个独立 的30 kHz高速计数器，2路独立的20 kHz高速脉冲输出,具有PID控制器。它有1个RS-485 通信/编程口，具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力。其I/O端子排可很容 易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制器。CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至248 路数字量I/O点或35路模拟量I/O点o它包括13K字节程序和数据存储空间,6个独立的30 kHz 高速计数器，2路独立的20 kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。它有2个RS-485通信/编程 口，具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力。其I/O端子排可很容易地整体拆卸，可用于较高要求的控制系统，它具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速 度和功能更强的内部集成特殊功能，因此可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。S7-200系歹U的CPU技术指标还包括CPU电源规范、输入规范及输出规范等。其中CPU 的电源规范包括交直流输入电源的电压范围及电流额定值，还包括输入24 V传感电源的规 格。CPU输入及输出规范则包括输入输出口的电压及电流标准以及脉冲能力、机械寿命等。第二节 I/O才老cI/O接口是PLC主机与外部设备之间的连接电路，为提高抗干扰能力，一般输入输出接 口均有光电隔离电路。来自现场的检测元件信号及指令元件信号经输入接口进入PLC,检测元件指传感器、按 钮、寄存器的触点、行程开关等，由这些元件检测工业现场的压力、位置、电流、电压、温 度等物理量即为检测元件信号，而指令元件信号是指操作者在控制台或键盘上发出的信号，如启动、停止等。这些信号有的是开关量，有的是模拟量，有的是直流信号，有的是交流信 号，所以要根据输入信号的类型选择合适的输入接口。由PLC发出的各种控制信号经输出接口去控制和驱动负载，如控制电动机的启动、停止 和正反转，控制指示灯的亮和灭，控制电磁阀的开闭、继电器线圈的通断电等。控制负载的 输出信号形式不同，所以也要根据具体情况选择合适的输出接口。为了扩展PLC的功能，除了 I/O接口外，PLC还配置了其他一些接口，主要有：I/O扩展接口。用于扩展PLC的输入输出点数，它可将主机与I/O扩展单元连接起来。智能I/O接口。这种接口具有独立的微处理器和控制软件，用于适应和满足复杂控制 功能的要求，如：位置闭环控制模块、PID调节器的闭环控制模块、高速计数器模块（其计 数频率可达几十千赫以上）等。-12-通信接口。用于将PLC与计算机、打印机等外部设备相连，也可以构成集散型控制 系统或局域网。A/D和D/A接口。由于CPU只能处理数字信号，当输入输出信号为模拟量时，则需 要A/D和D/A接口进行信号转换。PLC各功能模块的选用，应根据系统控制的需要进行合理的配置。第三节 S7-200的艇置每种CPU的最大I/O配置必须服从以下限制。(1)模块的数量CPU221不能扩展，CPU222最多有2个扩展模块，CPU224、CPU226最多有7个扩展 模块，且7个模块中最多能有2个智能扩展模块(EM277PROFIBUSDP模块)。(2)数字量映像寄存器的大小每个CPU允许的数字量I/O的逻辑空间为128个输入和128个输出。由于该逻辑空间按 8点模块分配，因此有些物理点无法被寻址。一个特殊模块可能不能全部寻址8个点，例如 CPU224有10个输出点，但它占用逻辑输出区的16个点地址，而一个4输入/4输出模块占 用逻辑空间的8个输入点和8个输出点。(3)模拟量映像寄存器的大小模拟量I/O允许的逻辑空间为：CPU222：16输入和16输出；CPU224和CPU226：32输入和32输出。(4)5V电源预算S7-200系列CPU的最大I/O配置如表2-2所示。表2-2 S7-200系列CPU的最大I/O配置模块5V mA数字量输入数字量输出模拟量输入模拟量输出CPU221不能扩展CPU222CPU224最大数字输入/输出CPU340862XEM 223DI 16/DO16X24 VDC 或者-320或者32322XEM 223 DI 16/DO16 X 24 VDC/继电器-300总和二04038最大模拟量输入CPU340862XEM 235 AI 4/AQ1-6082总和二08682最大模拟量输出CPU340862XEM 232 AQ2-4004总和二08604-13-续表模 块5VmA数字量输入数字量输出模拟量输入模拟量输出最大数字量输入/继电器输出CPU66014104XEM 223 DI 16/DO16 X 24 VDC/继电器-60064642XEM 221 DI 8X24 VDC-6016总和二=09474最大数字量输入/DC输出CPU66014104XEM 223DI 16/DO16X24 VDC-6406464总和二07874数字量输入/最大继电器输出CPU66014104XEM 223 DI 16/DO16 X 24 VDC/继电器-60064641XEM 222 DO8X继电器-408总和二07882CPU 226最大数字量输入/继电器输出CPU100024166XEM 223 DI 16/DO16 X 24 VDC/继电器-90096961XEM 223 DI 8/DO8X24 VDC/继电器-8088总和二0128120最大数字量输入/DC输出CPU100024166XEM 223DI 16/DO16X24 VDC-96096961XEM 221 DI 8X24 VDC-308总和二0128112CPU 224 或 CPU 226最大模拟量输入CPU66014(24)10(16)7XEM 235 AI 4/AQ1-210287总和二014(24)10(16)287最大模拟量输出CPU66014