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S7-200PLC基础教程--- 1、2章


S7-200 PLC基础教程
第2版

第1章 概述
1.1 PLC的基本概念与基本结构

1.1.1 PLC的基本概念
可编程序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、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式、模拟式的输 入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备, 都应按易于使工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。

1.1.2

PLC的基本结构

图1-1 PLC控制系统示意图

1.2 PLC的特点与应用领域
1.2.1 PLC的特点
1. 编程方法简单易学? 2. 功能强,性能价格比高 3. 硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强 4. 可靠性高,抗干扰能力强 5. 系统的设计、安装、调试工作量少 6. 维修工作量小,维修方便? 7. 体积小,能耗低 1.2.2 PLC的应用领域 1. 开关量逻辑控制 2. 运动控制 3. 闭环过程控制 4. 数据处理 5. 通信联网

第2章 PLC的硬件与工作原理
2.1 PLC的硬件 2.1.1 PLC的物理结构
PLC的物理结构:整体式、模块式
I/O LED 状态LED 系统错误/诊断 (SF/DIAG) RUN( 运行) STOP( 停止) 可选卡插槽 存储器卡 时钟卡 电池卡 前盖下面有 模式选择开关(RUN/STOP) 模拟电位器 扩展端口

用 及应 程 LC编 P 用
PL 及应 C编程

接线端子排

通信口

用于在DIN导轨 上安装的卡子

图2-1 S7-200 CPU模块的外形图

2.1.2 CPU模块中的存储器 存储器分类与特点:RAM、ROM、EPROM、EEPROM 2.1.3 I/O模块

图2-3 输入电路

图2-4 继电器输出电路

图2-5 场效应管输出电路

2.2 PLC的工作原理
2.2.1 用触点和线圈实现逻辑运算

图2-6 基本逻辑电路

图2-7 电机控制电路

2.2.2 PLC的操作模式 RUN模式执行用户程序,“RUN” LED亮。 STOP模式不执行用户程序,可将用户程序和硬件设置信息下载到PLC。 TERM(终端)模式与通信有关。 CPU模块上的模式开关在RUN位置时,上电自动进入RUN模式。 PC - PLC之间建立起通信连接后,若模式开关在RUN或TERM位置, 可用 编程软件中的命令改变CPU的工作模式。 2.2.3 PLC的工作原理

中断程序的处理与立即I/O指令可提高响应速度。

LD O AN = 图2-9 PLC外部接线图与梯形图

I0.1 Q0.0 I0.2 Q0.0

Q0.0? (I0.1? Q0.0)? I0.2

外部输入电路接通时, 对应的输入映像寄存器为ON(1状态), 梯形图中对 应的常开触点闭合,常闭触点断开。 梯形图中Q0.0的线圈“通电”,对应的硬件继电器的常开触点闭合,接 在标号为0.0的端子的外部负载工作。

2.3 S7-200系列PLC
西门子PLC的分类:S7、M7、C7、WinAC。

2.3.1 CPU模块 CPU 221/222/224/226 集成I/O点:10/14/24/40点;程序空间4096~24576B。 最大DI/DO 256/256点;最大AI/AO 35/32点;最多7个扩展模块。 定时器/计数器256/256点;高速计数器4/6点30kHz,2点20kHz高 速输出; 模拟电位器1/2个,实时钟,1/2个RS-485接口; 4点输入中断,2个定时中断 (1~255ms)。

CPU 224XP:2AI、1AO,2通信口,高速输入200kHz、高速输出100kHz。 PPI、MPI、自由通信口协议和PROFIBUS点对点协议; 使用STEP 7-Micro/WIN编程软件。 2.3.2 数字量扩展模块 数字量I/O:8DI、16DI、4DO、8DO、4/4、8/8、16/16、32/32DI/DO。 输入有24V DC和230V AC两种,输出有24V DC和继电器型。 2.3.3 模拟量扩展模块与热电偶热电阻扩展模块 模拟量模块的作用:A/D转换与D/A转换。 模拟量I/O:12位4AI、2AO、4AI/1AO;15位4路热电偶、2路热电阻模块。 模拟量输入模块有多种量程(与模块型号有关),用模块上的DIP开关设置量 程。

图2-10 模拟量输入数据字的格式

【例2-1】某发电机的电压互感器的电压比为10kV/100V(线电压),电流 互感器的电流比为1000A/5A,功率变送器的额定输入电压和额定输入电流分 别为AC 100V和5A,额定输出电压为 DC ?10V,模拟量输入模块将DC ?10V 输入信号转换为数字?32000 ~ +32000。设转换后得到的数字为N,求以kW为 单位的有功功率值。

解:根据互感器额定值计算的原边有功功率额定值为

3 ?10000?1000 ? 17321000(W) ? 17321

(kW)

互感器原边的有功功率与转换后的数字之间的关系为17321 kW /32000。 使用定点数运算时的计算公式为 P = N ? 17321 / 32000 (kW) 【例2-3】某压力变送器将?600 Pa~600 Pa的压力信号转换为DC 4~20mA 的输出信号,模拟量输入模块将0~20mA转换为数字0~32000,设转换后 得到的数字为N,试求以0.1Pa为单位的压力值。

P ? (?6000) 6000 ? (?6000) ? N ? 6400 32000 ? 6400
P? 12000 120 ( N ? 6400) ? 6000 ? ( N ? 6400) ? 6000 (0.1Pa) 25600 256
20mA +600Pa P

4mA 0mA

-600Pa 0 6400 N 32000

模拟量输出模块的量程有?10V和0~20mA两种:

图2-12 模拟量输出数据字的格式

2.4 I/O地址分配与外部接线
2.4.1 本机I/O与扩展I/O的地址分配

图2-13 CPU 224XP的本地和I/O地址分配举例

图2-14 交流电源系统的外部接线

图2-15 直流电源系统的外部接线

图2-16 感性输出电路的处理 2.1 填空 (1) PLC主要由 、 、 和 组成。 (2) 继电器的线圈“断电”时,其常开触点 ,常闭触点 。 (3) 外部输入电路接通时,对应的输入过程映像寄存器I为 状态,梯形图 中对应的常开触点 ,常闭触点____。 (4) 若梯形图中输出Q的线圈“断电”,对应的输出过程映像寄存器为 状 态,在修改输出阶段后,继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈 , 其常开触点 ,外部负载 。


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