实例1 初识PLC

实例控制要求

如图1-2所示是德国西门子公司的S7-200PLC（CPU224XP）的主机外形。要求通过本实例的学习认识并充分掌握可编程控制器的基本知识。

基本知识

可编程控制器（PLC）是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则来设计。”

可编程控制器（PLC）是继电器控制系统的替代者，它具有可靠性高、抗干扰能力强、体积小、重量轻、能耗低、易于扩展、使用和维护方便等优点，正被越来越广泛地应用到各类生产控制系统中。要想学好、用好PLC，首先需对PLC有个感性认识，了解它的基本知识，然后再真正走向PLC的学习之路。

1）S7-200系列PLC的内部资源

（1）S7-200系列PLC的基本数据类型

在S7-200系列PLC的编程语言中，大多数指令数据有不同的数据类型，而不同的数据类型有不同的数值和格式以供选择。在程序中可指定一种数据类型，但需要确定数据类型的数据大小和数据位结构。如表1-1所示是S7-200系列PLC的基本数据类型和范围。

（2）编程元件

可编程控制器在其系统软件的管理下，将用户程序存储器（即装载存储区）划分出若干个区，并赋予这些区不同的功能。它们分别叫做输入继电器、输出继电器、变量寄存器、辅助继电器、特殊继电器、定时器、计数器、状态（顺序控制）继电器等。

说明：在PLC内部，并不真正存在这些实际的物理器件，与其对应的只是存储器中的某些存储单元。

①输入继电器I。输入继电器就是PLC存储系统中的输入映像寄存器。通过输入继电器可以给PLC的存储系统与外部输入端子建立明确的关系，且一般应按“字节.位”的编址方式来读取一个继电器的状态。S7-200PLC（CPU224XP）提供了128个输入映像寄存器，其编址范围为I0.0～I15.7。

② 输出继电器Q。输出继电器就是PLC存储系统中的输出映像寄存器。通过输出继电器可以给PLC的存储系统与外部输出端子建立明确的关系，且一般应按“字节.位”的编址方式来读取一个继电器的状态。S7-200PLC（CPU 224XP）提供了128个输出映像寄存器，其编址范围为Q0.0～Q15.7。

③变量寄存器V。S7-200PLC中有大量的变量寄存器，用于模拟量的控制、数据的运算、参数的设置、程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果的存放。其数量与CPU型号有关。在CPU222中，其编址范围为V0.0～V2047.7，在CPU 224中为V0.0～V5119.7，在CPU226中为V0.0～V5119.7。

④ 辅助继电器M。辅助继电器的功能与传统的继电器控制线路中的中间继电器相同。借助于辅助继电器的编程，可在输入与输出之间建立复杂的逻辑关系和联锁关系，以满足不同的控制要求。在S7-200PLC（CPU224XP）中，辅助继电器M的个数为256个，编址范围为M0.0～M31.7。

⑤特殊继电器SM。特殊继电器用来存储系统的状态变量及有关的控制参数和信息。用户可以通过特殊继电器向PLC反映对操作的特殊要求，以及沟通PLC与被控对象之间的信息。PLC通过特殊继电器向用户提供一些特殊的控制功能和系统信息。在 S7-200PLC （CPU224XP）中提供了2400个特殊继电器，为SM0.0～SM299.7。它们分为只读型和读写型两类，其中只读型的30个特殊继电器为SM0.0～SM29.7。举例说明如下。

SM0.0：运行监控。当PLC处在运行状态时，SM0.0总为ON。

SM0.1：初始脉冲。当PLC由STOP转为RUN时，接通（ON）一个扫描周期。

SM0.3：当PLC上电进入运行状态时，接通（ON）一个扫描周期。

SM0.4：分时钟脉冲，即占空比为50%，周期为1min的脉冲串。

SM0.5：秒时钟脉冲，即占空比为50%，周期为1s的脉冲串。

SM0.6：扫描时钟，一个周期为ON，下一个周期为OFF，交替循环。

SMB28和SMB29：分别对应模拟电位器0和1的当前值，数值范围为0～255。

⑥ 定时器T。定时器是PLC的重要的编程元件，它的作用与继电器控制电路中的时间继电器基本相似，用来实现按照时间原则进行控制的目的。定时器的设定值是通过程序预先输入的。当满足定时器的工作条件时，定时器开始定时，当前值从0开始增加；当当前值达到设定值后，定时器动作，其动合触点和动断触点动作。

S7-200PLC（CPU224XP）中的定时器数量为256个，其范围为T0～T255。它分为3种类型：接通延时定时器TON、断开延时定时器TOF及保持型接通延时定时器TONR。如表1-2所示为定时器的精度及编号。

⑦ 计数器C。计数器的作用是对编程元件状态脉冲的上升进行积累计数，从而实现计数操作。当条件满足时，计数器开始计数。等到当前值达到设定值后，计数器的动合触点和动断触点动作，实现计数操作。

S7-200PLC（CPU224XP）中的计数器数量为256个，其范围为C0～C255。它分为3种类型，即递增计数、递减计数和增/减计数。

⑧ 状态（顺序控制）继电器S。状态继电器是使用步进控制指令编程时的重要编程元件。在S7-200PLC（CPU224XP）中提供了256个状态继电器，其范围为S0.0～S31.7。

2）S7-200系列PLC的性能指标

S7-200系列PLC的主机型号和规格较多，可以适应不同的需求场合，目前该系列中主流的主机模块有CPU221，CPU222，CPU224/CPU224XP，CPU226等。该系列的主要性能指标如表1-3所示。

实例解决方案

S7系列PLC又分为S7-400、S7-300和S7-200等大、中、小型PLC及微型PLC。S7-200系列PLC主要由主机（基本单元）、I/O扩展单元、功能单元（模块）和外部设备（文本/图形显示器、编程器）等组成。如图1-2所示是S7-200（CPU224XP）PLC的主机外形图，其主要组成部分及作用说明如下。

（1）通信接口

两个RS-485通信/编程口，用于S7-200可编程控制器与个人计算机或手持编程器的通信连接。

（2）开关工作模式

S7-200系统PLC（CPU 224XP）用三挡开关来选择RUN、TERM、STOP三个工作状态。当开关拨到RUN时，CPU运行；当开关拨到STOP时，CPU停止；当开关拨到TERM时，允许使用编程软件STEP7-Micro/Win32来控制CPU的工作方式。其工作状态用LED灯显示，当STOP指示灯亮时，表示停止状态；当RUN指示灯亮时，表示运行状态；当SF/DIAG指示灯亮时，表示系统有故障。

（3）输入/输出端子

输入/输出端子通过具体的输入/输出接口电路在PLC与被控对象之间传递输入和输出信号。

（4）模拟电位器

S7-200可编程控制器有两个模拟电位器0和1。通过调整模拟电位器，可将0～255之间的数值分别存入特殊寄存器SMB28和SMB29中，从而随时改变某些定时器/计数器的设定值或某些过程控制参数，并且不占用PLC的输入点。

（5）扩展接口

S7-200系列CPU提供有固定数量的I/O点。在主机I/O点数不够的情况下，可以通过该接口进行扩展，如图1-3所示。