PLC應(yīng)用技術(shù)（S7-200 SMART） 課件 項(xiàng)目1 任務(wù)1 S7-200SMART PLC的硬件結(jié)構(gòu)及性能認(rèn)知

項(xiàng)目1

任務(wù)1S7-200SMARTPLC的硬件

結(jié)構(gòu)及性能認(rèn)知任務(wù)描述任務(wù)1S7-200SMARTPLC的硬件結(jié)構(gòu)及性能認(rèn)知本任務(wù)從S7-200SMARTPLC的硬件結(jié)構(gòu)及性能入手，分析S7-200SMARTPLC的原理、結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)，為完成后續(xù)各項(xiàng)任務(wù)打下基礎(chǔ)。了解S7-200SMARTPLC的硬件結(jié)構(gòu)及各部件的作用。熟悉S7-200SMARTPLC端子接線。任務(wù)目標(biāo)任務(wù)1S7-200SMARTPLC的硬件結(jié)構(gòu)及性能認(rèn)知S7-200SMARTPLC主要由CPU模塊、擴(kuò)展模塊、信號(hào)板和編程軟件組成。基礎(chǔ)知識(shí)1硬件結(jié)構(gòu)組成（1）結(jié)構(gòu)組成圖1-1PLC控制系統(tǒng)示意圖

CPU主要由微處理器、電源和集成的輸入電路、輸出電路組成。在PLC控制系統(tǒng)中，微處理器相當(dāng)于人的大腦和心臟，它不斷地采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。（2）CPU模塊基礎(chǔ)知識(shí)1硬件結(jié)構(gòu)組成圖1-2CPU模塊（2）CPU模塊基礎(chǔ)知識(shí)1硬件結(jié)構(gòu)組成輸入接線端子：用于連接外部控制信號(hào)。在底部端子蓋下是輸入接線端子和為傳感器提供的24V直流電源。輸出接線端子：用于連接被控設(shè)備。在頂部端子蓋下是輸出接線端子和PLC的工作電源。CPU狀態(tài)指示：CPU狀態(tài)指示燈有ERROR、STOP、RUN3個(gè)。名稱狀態(tài)及作用ERROR系統(tǒng)故障亮嚴(yán)重的出錯(cuò)或硬件故障STOP停止?fàn)顟B(tài)亮不執(zhí)行用戶程序，可以通過編程裝置向PLC裝載程序或進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置RUN運(yùn)行狀態(tài)亮執(zhí)行用戶程序表1-1CPU狀態(tài)指示燈的作用

圖1-2CPU模塊（2）CPU模塊基礎(chǔ)知識(shí)1硬件結(jié)構(gòu)組成圖1-2CPU模塊輸入狀態(tài)指示：用于顯示是否有控制信號(hào)（如控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)等數(shù)字量信息）接入PLC。輸出狀態(tài)指示：用于顯示PLC是否有信號(hào)輸出到執(zhí)行設(shè)備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。通信端口：支持PPI、MPI通信協(xié)議，有自由口通信能力。用以連接編程器（手持式或PC機(jī)）、文本/圖形顯示器以及PLC網(wǎng)絡(luò)等外部設(shè)備。基礎(chǔ)知識(shí)1硬件結(jié)構(gòu)組成（3）擴(kuò)展模塊和信號(hào)板擴(kuò)展模塊（I/O模塊）：輸入模塊和輸出模塊。輸入模塊數(shù)字量輸入用來接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)和壓力繼電器等提供的數(shù)字量輸入信號(hào)；模擬量輸入用來接收各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量信號(hào)。輸出模塊數(shù)字量輸出用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等輸出設(shè)備；模擬量輸出用來控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。圖1-3PLC檢測與控制的對(duì)象示意圖基礎(chǔ)知識(shí)1硬件結(jié)構(gòu)組成（3）擴(kuò)展模塊和信號(hào)板在輸入/輸出電路中，用光耦合器、光電晶閘管或小型繼電器等器件來隔離PLC的內(nèi)部電路和外部電路，I/O模塊除了傳遞信號(hào)外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。圖1-3PLC檢測與控制的對(duì)象示意圖基礎(chǔ)知識(shí)1硬件結(jié)構(gòu)組成（4）編程軟件

使用編程軟件可以直接生成和編輯梯形圖或者指令表程序，以實(shí)現(xiàn)不同編程語言之間的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到PLC，可以將PLC中的程序上傳到計(jì)算機(jī)，還可以用編程軟件監(jiān)控PLC。標(biāo)準(zhǔn)型CPU有集成的以太網(wǎng)端口，下載和監(jiān)控時(shí)只需要一根普通的網(wǎng)線，下載的速度極快?；A(chǔ)知識(shí)1硬件結(jié)構(gòu)組成（5）電源

S7-200SMARTPLC使用AC220V電源或DC24V電源。CPU可以為輸入電路和外部的電子傳感器（例如接近開關(guān)）提供DC24V電源，驅(qū)動(dòng)PLC負(fù)載的直流電源一般由用戶提供。（1）CPU的共同特性基礎(chǔ)知識(shí)2CPU模塊過程映像輸入（I）過程映像輸出（Q）位存儲(chǔ)器（M）順序控制器（S）256256256256主程序、子程序和中斷程序的臨時(shí)局部存儲(chǔ)器64B2個(gè)分辨率1ms循環(huán)中斷4個(gè)上升沿中斷4個(gè)下降沿中斷8個(gè)PID回路布爾運(yùn)算指令執(zhí)行時(shí)間為0.15實(shí)數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算指令執(zhí)行時(shí)間為3.6128個(gè)子程序和中斷程序4個(gè)32位的累加器256個(gè)定時(shí)器256個(gè)計(jì)數(shù)器圖1-4CPUSR40表1-2CPU共同特性（2）緊湊型CPU基礎(chǔ)知識(shí)2CPU模塊特征CPUCR20sCPUCR30sCPUCR40sCPUCR60s本機(jī)數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)12DI/8DQ繼電器18DI/12DQ繼電器24DI/16DQ繼電器36DI/24DQ繼電器尺寸/mm×mm×mm90×100×81110×100×81125×100×81

175×100×81表1-3緊湊型CPU簡要技術(shù)規(guī)范無以太網(wǎng)端口，用RS-485端口和USB-PPI電纜編程不能擴(kuò)展信號(hào)板和擴(kuò)展模塊，不支持?jǐn)?shù)據(jù)記錄，僅支持4個(gè)有PROFIBUS/RS-485功能的HMI無高速脈沖輸出、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和microSD讀卡器無基于以太網(wǎng)端口的S7通信和開放式用戶通信功能無實(shí)時(shí)時(shí)鐘和運(yùn)動(dòng)控制功能輸入點(diǎn)無脈沖捕捉功能CPU最多提供4個(gè)高速計(jì)數(shù)器，單相100KHz的4個(gè)，A/B相50KHz的兩個(gè)緊湊型CPU有12KB程序存儲(chǔ)器和8KB用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，保持性存儲(chǔ)器為2KBS7-200SMART的老產(chǎn)品還有兩款帶以太網(wǎng)端口和RS-485端口的經(jīng)濟(jì)型CPU（CPUCR40/60），無有高速脈沖輸出和硬件擴(kuò)展功能。（3）標(biāo)準(zhǔn)型CPU基礎(chǔ)知識(shí)2CPU模塊表1-4標(biāo)準(zhǔn)型CPU簡要技術(shù)規(guī)范特性CPUSR20CPUST20CPUSR30CPUST30CPUSR40CPUST40CPUSR60CPUST60板載數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)12DI/8DQ18DI/12DQ24DI/16DQ36DI/24DQ用戶程序存儲(chǔ)器12KB18KB24KB30KB用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8KB12KB16KB20KB尺寸/mm×mm×mm90×100×81110×100×81125×100×81175×100×81高速計(jì)數(shù)器共6個(gè)單相4個(gè)200kHz2個(gè)30kHz5個(gè)200kHz1個(gè)30kHz4個(gè)200kHz2個(gè)30kHz4個(gè)200kHz2個(gè)30kHzA/B相2個(gè)100kHz2個(gè)20kHz3個(gè)100kHz1個(gè)20kHz2個(gè)100kHz2個(gè)20kHz2個(gè)100kHz2個(gè)20kHz100kHz脈沖輸出2個(gè)（僅CPUST20）3個(gè)（僅CPUST30）3個(gè)（僅CPUST40）3個(gè)（僅CPUST60）脈沖捕捉輸入12個(gè)12個(gè)14個(gè)14個(gè)基礎(chǔ)知識(shí)2CPU模塊標(biāo)準(zhǔn)型CPU有一個(gè)以太網(wǎng)端口，一個(gè)RS-485端口，可以用可選的RS232/485信號(hào)板擴(kuò)展一個(gè)串行端口。以太網(wǎng)端口的傳輸速率為10M/100Mbit/s，采用變壓器隔離。提供一個(gè)編程設(shè)備連接和8個(gè)HMI連接，支持使用PUT/GET指令的S7通信（8個(gè)客戶端連接和8個(gè)服務(wù)器連接）和開放式用戶通信（8個(gè)主動(dòng)連接和8個(gè)被動(dòng)連接）。每個(gè)串行端口提供一個(gè)編程設(shè)備連接和4個(gè)HMI連接。通過PCAccessSMART，操作人員可以通過上位機(jī)讀寫S7-200SMART的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控或者進(jìn)行數(shù)據(jù)存檔管理。（3）標(biāo)準(zhǔn)型CPU（4）CPU模塊中的存儲(chǔ)器基礎(chǔ)知識(shí)2CPU模塊操作系統(tǒng)使PLC具有基本的智能，能夠完成PLC設(shè)計(jì)者規(guī)定的各種工作；操作系統(tǒng)由PLC生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)并固化在ROM（只讀存儲(chǔ)器）中，用戶不能讀取。用戶程序由用戶設(shè)計(jì)，它使PLC能完成用戶要求的特定功能；用戶程序存儲(chǔ)器的容量以字節(jié)為單位?；A(chǔ)知識(shí)2CPU模塊隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）RAM是易失性的存儲(chǔ)器，RAM芯片的電源中斷后，它存儲(chǔ)的信息將會(huì)丟失。用戶程序和編程軟件可以讀出RAM中的數(shù)據(jù)，也可以改寫RAM中的數(shù)據(jù)。RAM的工作速度高、價(jià)格便宜、改寫方便。只讀存儲(chǔ)器（ROM）ROM是非易失性的存儲(chǔ)器，ROM芯片的電源中斷后，它存儲(chǔ)的信息不會(huì)丟失。用戶程序和編程軟件只能讀出，不能寫入。ROM用來存放PLC的操作系統(tǒng)程序。可電擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）EEPROM是非易失性的存儲(chǔ)器，掉電后它保存的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。PLC可以讀寫它，兼有ROM的非易失性和RAM的隨機(jī)存取的優(yōu)點(diǎn)，但是寫入數(shù)據(jù)所需的時(shí)間比RAM長得多，改寫的次數(shù)有限制。S7-200SMART用EEPROM來存儲(chǔ)用戶程序和需要長期保存的重要數(shù)據(jù)。（4）CPU模塊中的存儲(chǔ)器（1）I/O模塊的地址分配基礎(chǔ)知識(shí)3I/O地址分配與外部接線S7-200SMARTCPU有一定數(shù)量的本機(jī)I/O，本機(jī)I/O有固定的地址。CPU分配給數(shù)字量I/O模塊的地址以字節(jié)為單位，一個(gè)字節(jié)由8點(diǎn)數(shù)字量I/O組成?？梢杂脭U(kuò)展I/O模塊和信號(hào)板來增加I/O點(diǎn)數(shù)，最多可以擴(kuò)展6塊擴(kuò)展模塊。用系統(tǒng)塊組態(tài)硬件時(shí)，STEP7自動(dòng)地分配各模塊和信號(hào)板的地址。CPU信號(hào)板信號(hào)模塊0信號(hào)模塊1信號(hào)模塊2信號(hào)模塊3信號(hào)模塊4信號(hào)模塊5I0.0Q0.0——I7.0Q7.0AIQ12AQW12I8.0Q8.0AIQ16AQW16I12.0Q12.0AIQ32AQW32I16.0Q16.0AIQ48AQW48I20.0Q20.0AIQ64AQW64I24.0Q24.0AIQ80AQW80I28.0Q28.0AIQ96AQW96表1-5模塊和信號(hào)板的起始I/O地址基礎(chǔ)知識(shí)3I/O地址分配與外部接線（1）I/O模塊的地址分配S7-200系列PLC的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)按存儲(chǔ)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的長短可劃分為：

輸入映像寄存器I輸出映像寄存器Q變量存儲(chǔ)器V內(nèi)部位存儲(chǔ)器M特殊存儲(chǔ)器SM順序控制狀態(tài)寄存器S局部變量存儲(chǔ)器L1.字節(jié)存儲(chǔ)器

2.字存儲(chǔ)器3.雙字存儲(chǔ)器定時(shí)器T計(jì)數(shù)器C模擬量輸入寄存器AI模擬量輸出寄存器AQ累加器AC高速計(jì)數(shù)器HC基礎(chǔ)知識(shí)3I/O地址分配與外部接線（1）I/O模塊的地址分配表1-6PLC存儲(chǔ)器范圍及特性（2）現(xiàn)場接線要求基礎(chǔ)知識(shí)3I/O地址分配與外部接線S7-200SMART采用0.5~1.5的導(dǎo)線，導(dǎo)線要盡量成對(duì)使用，應(yīng)將交流線、電流大且變化迅速的直流線與弱電信號(hào)線分隔開，干擾較嚴(yán)重時(shí)應(yīng)設(shè)置浪涌抑制設(shè)備。（3）PLC外部接線基礎(chǔ)知識(shí)3I/O地址分配與外部接線輸入端：PLC的交流電源接在L1（相線）和N（零線）端，此外還有保護(hù)接地端子。12個(gè)輸入點(diǎn)I0.0~I0.7，I1.0~I0.3用同一個(gè)電源供電；輸出端：①是DC24V傳感器電源輸出，L+和M端子分別是CPU模塊提供的DC24V電源的正極和負(fù)極。8個(gè)輸出點(diǎn)Q0.0~Q0.7分為兩組，1L和2L分別是兩組輸出點(diǎn)內(nèi)部電路的公共端。可將1L和2L短接，將兩組輸出合并為一組。圖1-5CPUCR20的外部電路注：DC/DC/DC型的CPU的接線與圖1-5的基本上相同，只是整機(jī)電源和輸出回路的電源都是直流電源。

1.

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

1.

PLC控制系統(tǒng)的等效電路拓展知識(shí)輸入部分（采集輸入信號(hào)）輸出部分（系統(tǒng)的執(zhí)行部件）內(nèi)部控制電路（用戶所編寫的程序，實(shí)現(xiàn)控制邏輯）

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步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

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PLC控制系統(tǒng)的等效電路拓展知識(shí)①輸入部分：由外部輸入電路、PLC輸入接線端子和輸入繼電器組成。當(dāng)外部的輸入元件處于接通狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入繼電器線圈（PLC內(nèi)部的軟繼電器）得電，為使輸入繼電器的線圈得電，即讓外部輸入元件的接通狀態(tài)寫入其對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元中去，輸入回路中要有電流，這個(gè)電源可以用PLC自己提供的24V直流電源，也可以由PLC外部的獨(dú)立的交流電源或直流電源供電。

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步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

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PLC控制系統(tǒng)的等效電路拓展知識(shí)②內(nèi)部控制電路部分：由用戶程序形成的用軟繼電器來替代硬繼電器的控制邏輯。