1、第3章S7-200可編程序控制器 3.1S系列PLC發展概述 3.2S7-200 PLC系統組成 3.3 編程元件及程序知識 3.4相關設備 3.5工業軟件 本章學習目的本章以西門子公司生產的S7-200系列小型可編程序控制器為例，介紹具體型號的PLC，內容包括：lS系列PLC發展概述lS7-200 可編程序控制器的系統組成l編程元件及程序知識l相關設備l常用工業軟件返回本章首頁3.1S系列PLC發展概述 德國的西門子（SIEMENS）公司是歐洲最大的電子和電氣設備制造商，生產的SIMATIC可編程序控制器在歐洲處于領先地位。其第一代可編程序控制器是1975年投放市場的SIMATIC S3系列

2、的控制系統。 在1979年，微處理器技術被應用到可編程序控制器中，產生了SIMATIC S5系列，取代了S3系列，之后在20世紀末又推出了S7系列產品。最新的SIMATIC產品為SIMATIC S7、M7和C7等幾大系列。 返回本章首頁3.2S7-200 PLC系統組成 3.2.1系統基本構成 3.2.2主機結構 3.2.3掃描周期及工作方式 3.2.4輸入輸出擴展 3.2.5主機性能指標 返回本章首頁從CPU模塊的功能來看，SIMATIC S7-200系列小型可編程序控制器發展至今，大致經歷了兩代：第一代產品其CPU模塊為CPU 21X，主機都可進行擴展，它具有四種不同結構配置的CPU單元：

3、CPU 212，CPU 214，CPU 215和CPU 216，對第一代PLC產品不再作具體介紹。第二代產品其CPU模塊為CPU 22X，是在21世紀初投放市場的，速度快，具有較強的通信能力。它具有四種不同結構配置的CPU單元：CPU 221，CPU 222，CPU 224和CPU 226，除CPU 221之外，其他都可加擴展模塊。3.2.1系統基本構成 SIMATIC S7-200系統由硬件和工業軟件兩大部分構成，如圖3.1所示。圖3.1S7-200 PLC系統組成系統基本構成1. 硬件（1）基本單元 （2）擴展單元 （3）特殊功能模塊 （4）相關設備 2. 工業軟件 工業軟件是為更好地管理

4、和使用這些設備而開發的與之相配套的程序、文檔及其規則的總和，它主要由標準工具、工程工具、運行軟件和人機接口等幾大類構成。返回本節3.2.2主機結構 1. 各CPU介紹及I/O系統（1）主機外形SIMATIC S7-200系統CPU 22X系列PLC主機（CPU模塊）的外形如圖3.2所示：圖3.2S7-200主機外形（2）基本結構特點輸出信號類型電源輸出 基本I/O 存儲安全 高速反應 模擬電位器 實時時鐘 輸入輸出可擴展性 4種CPU各有晶體管輸出和8繼電器輸出兩種類型，具有不同電源電壓和控制電壓。各類型的型號如表3.1所示。 表3.1CPU型號SIMATIC S7-200系統CPU 22X系

5、列PLC主機及I/O特性如表3.2所示。表3.2主機及I/O特性2. 存儲系統（1）存儲系統（2）存儲器及使用（3）存儲安全 圖3.3存儲系統表3.3存儲容量（2）存儲器及使用 上裝和下裝用戶程序 定義存儲器保持范圍 用程序永久保存數據 存儲器卡的使用 （3）存儲安全1）主機CPU模塊內部配備的EEPROM，上裝程序時，可自動裝入并永久保存用戶程序、數據和CPU的組態數據。2）用戶可以用程序將存儲在RAM中的數據備份到EEPROM存儲器。3）主機CPU提供一個超級電容器，可使RAM中的程序和數據在斷電后保持幾天之久。4）CPU提供一個可選的電池卡，可在斷電后超級電容器中的電量完全耗盡時，繼續為

6、內部RAM存儲器供電，以延長數據所存的時間。5）可選的存儲器卡可使用戶像使用計算機磁盤一樣來方便地備份和裝載程序和數據。返回本節3.2.3掃描周期及工作方式 1. 掃描周期 2. 工作方式 3. 改變CPU工作方式的方法 圖3.4CPU的掃描周期1. 掃描周期 （1）輸入處理 （2）執行程序 （3）處理通信請求 （4）執行CPU自診斷測試 （5）寫數字輸出 2. 工作方式 （1）STOP方式 （2）RUN方式 3. 改變CPU工作方式的方法 1）用PLC上的方式開關來手動切換，方式開關有3個擋位 。2）用STEP 7-Micro/Win32編程軟件，應首先把主機的方式開關置于TERM或RUN位

7、置，然后在此軟件平臺用鼠標單擊STOP和RUN方式按鈕即可。3）在用戶程序中用指令由RUN方式轉換到STOP方式，前提是程序邏輯允許中斷程序的執行。返回本節3.2.4輸入輸出擴展 1. 設備連接 2. 最大I/O配置的預算 3. 輸入輸出及CPU組態 1. 設備連接 圖3.5I/O擴展示意圖2. 最大I/O配置的預算 （1）映像寄存器數量（2）電流提供 （3）模塊電流 （4）電流預算規則 （2）電流提供各CPU所能提供的最大5VDC電流如表3.4所示。（3）模塊電流CPU 22X可連接的各擴展模塊消耗5VDC電流如表3.5所示。3. 輸入輸出及CPU組態 （1）I/O點數擴展和編址 （2）設置

8、輸入濾波 （3）設置脈沖捕捉 （4）輸出表配置 （5）定義存儲器保持范圍 例如，某一控制系統選用CPU 224，系統所需的輸入輸出點數各為：數字量輸入24點、數字量輸出20點、模擬量輸入6點、模擬量輸出2點。本系統可有多種不同模塊的選取組合，表3.6所示為其中的一種可行的系統輸入輸出組態狀況。若按表3.6的擴展方式，各模塊在I/O鏈中的位置排列方式也可以有多種，圖3.6所示為其中的一種模塊連接形式。圖3.6擴展連接圖S7-200 CPU為每個主機數字量輸入提供了脈沖捕捉功能，它可以使主機能夠捕捉小于一個掃描周期的短脈沖，并將其保持到主機讀到這個信號，但前提是只有通過濾波器后，脈沖捕捉才有效。此

9、外，在一個給定的掃描周期內如果有不只一個脈沖，則只有第一個脈沖可以被捕捉到，幾種情況下的脈沖捕捉波形如圖3.7所示。圖3.7脈沖捕捉波形圖表3.722X主機主要技術指標返回本節3.2.5主機性能指標 S7-200 22X各主機的主要技術性能指標如下表3.7所示。返回本節3.3 編程元件及程序知識 3.3.1編程元件及尋址 3.3.2指令系統 3.3.3編程語言 3.3.4 程序結構 返回本章首頁3.3.1編程元件及尋址 1. 數據類型2. 直接尋址方式 3間接尋址方式 1. 數據類型（1）數據類型及范圍SIMATIC S7-200系列PLC數據類型可以是布爾型、整型和實型（浮點數）。實數采用3

10、2位單精度數來表示，其數值有較大的表示范圍：正數為+1.175495E-38+3.402823E+38；負數為-1.175495E38-3.402823E+38。不同長度的整數所表示的數值范如表3.8所示。（2）常數在編程中經常會使用常數。常數數據長度可為字節、字和雙字，在機器內部的數據都以二進制存儲，但常數的書寫可以用二進制、十進制、十六進制、ASCII碼或浮點數（實數）等多種形式。幾種常數形式分別如表3.9所示。2. 直接尋址方式 （1）編址形式按位尋址的格式為：Ax.y 存儲區內另有一些元件是具有一定功能的硬件，由于元件數量很少，所以不用指出元件所在存儲區域的字節，而是直接指出它的編號。

11、其尋址格式為：Ay數據尋址格式為：ATx（2）各元件介紹輸入繼電器（I）輸出繼電器（Q） 通用輔助繼電器（M） 特殊標志繼電器（SM） 變量存儲器（V） 局部變量存儲器（L） 順序控制繼電器（S） 定時器（T） 計數器（C） 模擬量輸入映像寄存器（AI）、模擬量輸出映像寄存器（AQ） 高速計數器（HC）累加器（AC） S7-200將編程元件統一歸為存儲器單元，存儲單元按字節進行編址，無論所尋址的是何種數據類型，通常應指出它在所在存儲區域和在區域內的字節地址。每個單元都有惟一的地址，地址用名稱和編號兩部分組成，元件名稱（區域地址符號）如表3.10所示。 按位尋址的格式為：Ax.y必須指定元件名稱

12、、字節地址和位號，如圖3.8 所示。圖3.8中MSB表示最高位，LSB表示最低位。 圖3.8位尋址格式3間接尋址方式 間接尋址方式是，數據存放在存儲器或寄存器中，在指令中只出現所需數據所在單元的內存地址的地址。存儲單元地址的地址又稱為地址指針。這種間接尋址方式與計算機的間接尋址方式相同。間接尋址在處理內存連續地址中的數據時非常方便，而且可以縮短程序所生成的代碼的長度，使編程更加靈活。用間接尋址方式存取數據需要作的工作有3種：建立指針、間接存取和修改指針。 （1）建立指針 建立指針必須用雙字傳送指令（MOVD），將存儲器所要訪問的單元的地址裝入用來作為指針的存儲器單元或寄存器，裝入的是地址而不是

13、數據本身，格式如下：例：MOVD&VB200,VD302MOVD&MB10,AC2MOVD&C2,LD14注意：建立指針用MOVD指令。（2）間接存取 指令中在操作數的前面加“*”表示該操作數為一個指針。下面兩條指令是建立指針和間接存取的應用方法：MOVD&VB200，AC0MOVW*AC0，AC1若存儲區的地址及單元中所存的數據如下所示 執行過程如下：（3）修改指針 下面的兩條指令可以修改指針的用法：INCDAC0INCDAC0MOVW*AC0，AC1返回本節3.3.2指令系統 S7-200 系列PLC主機中有兩類基本指令集：SIMATIC指令集和IEC 1131-3指令集，程序員可以任選一

14、種。提供了許多類型的指令以完成廣泛的自動化任務。SIMATIC指令集：是為S7-200系列PLC設計的，本指令通常執行時間短，而且可以用LAD、STL和FBD三種編程語言。IEC 1131-3指令集是不同PLC廠家的指令標準，它不能使用STL編程語言。 返回本節3.3.3編程語言 1. 語句表 2. 梯形圖 3. 功能塊圖 4. 其他編程語言 1. 語句表 語句表（STL）語言類似于計算機的匯編語言，特別適合于來自計算機領域的工程人員。用指令助記符創建用戶程序，屬于面向機器硬件的語言，STEP 7 Micro/Win32的語句表如圖3.9所示。圖3.9語句表舉例2. 梯形圖 圖3.10梯形圖舉

15、例3. 功能塊圖 功能塊圖（FBD）的圖形結構與數字電子電路的結構極為相似，如下圖3.11所示。 4. 其他編程語言 SIMATIC工業軟件中的工程工具中為大型或中型PLC提供了許多高級編程工具，以下簡要其中的幾種：（1）S7-SLC和 M7-Pro C/C+（2）S7-GRAPH （3）S7-HiGraph （4）CFC （1）S7-SLC和 M7-Pro C/C+圖3.12SLC語言S7-SLC的語言與PASCAL非常相似，如圖3.12所示。 （2）S7-GRAPH 圖3.13順序流程圖（3）S7-HiGraph 它借助于狀態圖來描述異步過程。用于裝置和過程，以及可能的轉移狀態的圖形描述。

16、本工具可基于系統框圖和流程圖直接進行編程，程序結構和過程清晰。 S7-HiGraph如圖3.14所示。圖3.14 狀態圖（4）CFC CFC（連續功能圖）是在原來的CSF（控制系統流程圖）的基礎上發展起來的，它通過繪制過程控制流程圖，將各程序塊在版面上布置，然后將它們相互連接即可。 控制系統流程圖如圖3.15所示。返回本節圖3.15 連續功能圖 3.3.4 程序結構 1. 用戶程序 （1）主程序 （2）子程序 （3）中斷處理程序 2. 數據塊 3. 參數塊 如果編程使用的是手編器，主程序應安排到程序的最前面。其他部分的位置安排沒有嚴格的順序，但習慣上把子程序安排在中斷程序的前面。如圖3.16所

17、示。圖3.16程序結構 返回本節3.4相關設備 3.4.1手編器 3.4.2計算機 3.4.3人機界面 3.4.4特殊功能模塊 返回本章首頁3.4.1手編器 工業上用的各廠商的可編程序控制器的使用中，手編器曾是主要編程設備，后來出現了圖形輸入設備，又出現了計算機編程軟件。通過通信設備，使PLC和計算機相連，用編程軟件可直接在計算機上編程，由于計算機的顯示器屏幕較大，對程序的編制和修更加方便高效。但即使是現在，手編器的使用仍十分廣泛，特別是用小型和微型PLC實現的小規模系統。 返回本節3.4.2計算機 計算機包括個人計算機和工業計算機，在可編程序控制器系統的工業應用中發揮著越來越重要的作用，幾乎

18、PLC系統從工程項目開發、編程、調試到系統的運行和維護，計算機越來越成了不可缺少的工具。返回本節3.4.3人機界面 1. 構造特點 文本顯示區：可顯示兩行信息（每行20個字符）的液晶顯示LCD 。按鍵：共有9個鍵 。通信：通過TD/CPU電纜（通用RS232接口）可以提供可編程序控制器與TD 200的通信，同時可以提供TD的電源，而不必再另接電源。 電源：如果不用TD/CPU通信電纜，可以通過面板右側的電源接口連接外部電源。2. 主要功能可以顯示從CPU主機讀出的信息（如讀取指令、數據、當前值及狀態）；可以調整運行中選定的程序變量；可以提供對輸入輸出點的強制功能；可以為實時時鐘設置日期和時間；

19、支持多種語言形式的菜單和提示并支持中文。返回本節3.4.4特殊功能模塊 1. 數字量擴展模塊 2. 模擬量擴展模塊 3. 熱電偶、熱電阻模塊4. 通信擴展模塊 5. 現場設備接口模塊 1. 數字量擴展模塊數字量擴展模塊主要有：EM221 數字量輸入模塊，24V，8輸入。 EM222數字量輸出模塊，24V，8輸出。 EM223數字量混合模塊，24V。 2. 模擬量擴展模塊模擬量擴展模塊主要有：EM231：4模擬輸入點，2W，12位。EM232：2模擬輸出點，2W，12位。EM235：4模擬輸入點，1模擬量輸出點，2W，12位。3. 熱電偶、熱電阻模塊 EM231為1.8W，15位，模擬量輸入。 4. 通信擴展模塊EM277 PROFIBUS-DP模塊用于PLC現場總線通信連接。波特率可從960012M波特。5. 現場設備接口模塊CP 243-2通信處理器是AS-I主站連接部件，專門用于S