電氣控制與PLC應用技術范國偉安徽工業大學3/9/20231電氣傳動的發展第七章西門子S7-200PLC西門子公司的S7-200PLC是一種疊裝式結構的小型PLC。它指令豐富、功能強大、可靠性高、適應性好、結構緊湊、便于擴展、性能價格比高。S7-200PLC包含了一個單獨的S7-200CPU和各種可選擇的擴展模塊，可以十分方便地組成不同規模的控制器。其控制規模可以從幾點上到幾百點。S7-200PLC可以方便地組成PLC-PLC網絡和微機-PLC網絡，從而完成規模更大的工程。3/9/20232電氣傳動的發展7.1S7-200PLC系統的基本構成S7-200PLC的基本開發環境是由基本單元(S7-200CPU模塊)、個人計算機（PC）或編程器、STEP7-Micro/WIN32編程軟件以及通信電纜等構成，如圖7-1所示。同時，可根據系統的要求，有選擇地增加附加功能模塊。3/9/20233電氣傳動的發展基本單元（S7-200CPU模塊）

基本單元（S7-200CPU模塊）也稱為主機，由中央處理單元（CPU）、電源以及數字量輸入/輸出單元組成。這些都被緊湊地安裝在一個獨立的裝置中。基本單元可以構成一個獨立的控制系統。3/9/20234電氣傳動的發展（1）交流電源輸入端子輸出端子排的右端N、N1端子是供電電源AC120V/240V輸入端。該電源電壓的允許范圍為AC85~264V。（2）24V直流輸出電源M、L+兩個端子提供DC24V/400mA傳感器電源，可以作為傳感器的電源輸出，也可以作為輸入端的檢測電源使用。（3）輸入接線端子輸入端子是PLC與外部輸入信號聯系的窗口。輸入端子的運行狀態可以由底部端子蓋上方的一排指示燈顯示，“ON”狀態對應指示燈亮。3/9/20235電氣傳動的發展7.2S7-200PLC的系統配置S7-200PLC任一型號的主機都可單獨構成基本配置，作為一個獨立的控制系統。S7-200PLC各型號主機的I/O配置是固定的，它們具有固定的I/O地址。可以采用主機帶擴展模塊的方法擴展S7-200PLC的系統配置。采用數字量模塊或模擬量模塊可擴展系統的控制規模；采用智能模塊可擴展系統的控制功能。S7-200主機帶擴展模塊進行擴展配置時應注意以下幾點。3/9/20236電氣傳動的發展主機所帶擴展模塊的數量各類主機可帶擴展模塊的數量是不同的。CPU221模塊不允許帶擴展模塊；CPU222模塊最多可帶2個擴展模塊；CPU224模塊、CPU226模塊和CPU226XM模塊最多可帶7個擴展模塊，且7個擴展模塊中最多只能帶2個只能擴展模塊。3/9/20237電氣傳動的發展CPU輸入、輸出映像區的大小⑴數字量I/O映像區的大小S7-200PLC各類主機提供的數字量I/O映像區區域為128個輸入映像寄存器（I0.0~I15.7）和128個輸出映像寄存器（Q0.0~Q15.7），最大I/O配置不能超出此區域。⑵模擬量I/O映像區的大小主機CPU226模塊、CPU226XM模塊提供的模擬量I/O映像區區域為32入/32出，模擬量的最大I/O配置不能超出此區域。模擬量擴展模塊總是以2個通道遞增的方式來分配空間。3/9/20238電氣傳動的發展內部電源的負載能力⑴PLC內部DC+5V電源的負載能力CPU模塊和擴展模塊正常工作時，需要DC+5V工作電源。S7-200PLC內部電源單元提供的DC+5V電源為CPU模塊和擴展模塊提供了工作電源。⑵PLC內部DC+24V電源的負載能力S7-200主機的內部電源單元除了提供DC+5V電源外，還提供DC+24V電源，它可以作為CPU模塊和擴展模塊用于檢測直流信號輸入點狀態的DC+24VDC+24V電源，如果用戶使用傳感器的話，也可作為傳感器的電源。3/9/20239電氣傳動的發展7.3CPUS7-200系列PLC的存儲器區域S7-200的存儲器分為用戶程序空間、CPU組態空間和數據區空間。用戶程序空間用于存放用戶程序，存儲器為EEPROM。CPU組態空間用于存放有關PLC配置結構參數，如PLC主機及擴展模塊的I/O配置和編址、配置PLC站地址、設置保護口令、停電記憶保持區和軟件濾波功能等，存儲器為EEPROM。3/9/202310電氣傳動的發展7.3.1數據區空間存儲器的地址表示格式存儲器是由許多存儲單元組成的，每個存儲單元都有唯一的地址，可以依據存儲器地址來存取數據。數據區空間存儲器地址的表示格式有位、字節、字和雙字地址。在S7-200系統中，可以按位、字節、字和雙字對存儲單元尋址。尋址時，數據地址以代表存儲區類型的字母開始，隨后是表示數據長度的標記，最后是存儲單元編號。對于二進制位尋址，還需要在一個小數點分隔符后指定位編號。3/9/202311電氣傳動的發展7.3.2數據區空間存儲器區域1、輸入映像寄存器（I）PLC的輸入端子是從外部接收輸入信號的窗口，沒一個輸入端子與輸入映像寄存器（I）的相應位相對應。輸入點的狀態在每次掃描周期開始（或結束）時進行采樣，并將采樣值存于輸入映像寄存器，作為程序處理時輸入點狀態的依據。輸入映像寄存器的狀態只能由外部輸入信號驅動，而不能在內部由程序指令來改變。3/9/202312電氣傳動的發展2.輸出映像寄存器（Q）每一個輸出模塊端子與輸出映像寄存器的相應位相對應。CPU將輸出判斷結果存放在輸出映像寄存器中。在掃描周期的結尾，CPU以批處理方式將輸出映像寄存器的數值負值到相應的輸出端子上，通過輸出模塊將輸出信號傳送給外部負載。可見，PLC的輸出端子是PLC向外部負載發出控制命令的窗口。3/9/202313電氣傳動的發展7.4S7-200系列PLC的基本指令及編程S7-200系列PLC同三菱PLC指令一樣也有3種表達形式，即梯形圖（LAD）、語句表（STL）和功能塊圖（FBD）。在實際應用中，一般采用梯形圖和語句表編寫PLC程序。3/9/202314電氣傳動的發展7.4.1用戶程序的結構S7-200程序有3種，即主程序OB1、子程序SBR0～SBR63和中斷程序INT0～INT127.主程序（OB1）只有一個，是用戶程序的主體，CPU在每個掃描周期都要執行一次主程序指令。子程序是程序的可選部分，只有當主程序調用時才能夠執行。子程序最多可以有64個。一般在主程序里調用子程序，當然也可以在子程序或中斷程序里面調用子程序。3/9/202315電氣傳動的發展7.4.3西門子S7-200PLC的基本指令西門子S7-200PLC與三菱PLC的基本指令有很多相似之處三菱PLC取常開觸點指令取常閉觸點指令驅動線圈指令與指令(串聯常開觸點與反指令(串聯常閉觸點或指令并聯常開觸點或反指令并聯常閉觸點求反指令LDLDIOUTANDANIORORIINV西門子PLCLDLDI＝AANOONNOT裝載常開觸點指令裝載常閉觸點指令輸出線圈指令與常開觸點指令與常開觸點指令或常開觸點指令或常閉觸點指令觸點取非指令三菱PLC置位指令復位指令微分指令電路塊與指令電路塊或指令進棧指令讀棧指令出棧指令SETRSTPLSANBORBMPSMRDMPP西門子PLCSREUALDOLDLPSLRDLPP置位指令復位指令上微分操作棧轉載與指令棧轉載或指令邏輯進棧指令邏輯讀棧指令邏輯出棧指令3/9/202316電氣傳動的發展7.4.4位邏輯指令基本邏輯指令又稱位邏輯指令，主要包括觸點指令、線圈指令、邏輯堆棧指令、RS觸發器指令，它們都是與位邏輯運算和位操作相關的輸入輸出指令。3/9/202317電氣傳動的發展標準觸點指令標準觸點指令包括常開觸點和常閉觸點指令。標準觸點指令從存儲器中得到參考值（如果主標識符是I或Q，則從過程映像寄存器中得到參考值）。這些指令在邏輯堆棧中對存儲器地址位進行操作。當常開觸點對應的存儲器地址位（bit）為1時，表示該觸點閉合；當常閉觸點對應的存儲器地址位（bit）為0時，表示該觸點閉合。3/9/202318電氣傳動的發展（1）裝載常開觸點指令在LAD中，常開觸點的表示符號如圖7-12所示，每個從左母線開始的單一邏輯行、每個程序塊（邏輯梯級）的開始、指令盒（功能框）的輸入端都必須使用LD和LDN這兩條指令。以常開觸點開始時用LD指令。本指令對各類內部內部編程的常開觸點都適用。指令格式：LDbit

例：LDI0.23/9/202319電氣傳動的發展（2）裝載常閉觸點指令每個以常開觸點開始的邏輯行都使用該指令，該指令對各類內部編程元件的常閉觸點都適用。在LAD中，常閉觸點的表示符號如圖7-12所示。指令格式：LDNbit

例：LDNI0.13/9/202320電氣傳動的發展（3）與常開觸點指令即串聯一個常開觸點指令。指令格式：Abit

例：AM2.43/9/202321電氣傳動的發展（4）與常閉觸點指令即串聯一個常閉觸點的指令。指令格式：ANbit例：ANM2.4（5）或常開觸點指令3/9/202322電氣傳動的發展（5）或常開觸點指令即并聯一個常開觸點指令。指令格式：Obit

例：OM2.63/9/202323電氣傳動的發展（6）或常閉觸點指令即并聯一個常閉觸點指令。指令格式：ONbit

例：ONM2.63/9/202324電氣傳動的發展立即觸點指令立即觸點的刷新并不依賴CPU的掃描周期，它會立即刷新。在程序執行過程中，常開立即觸點指令（LDI、AI和OI）與常閉立即觸點指令（LDNI、ANI和ONI）立即得到物理輸入值，但過程映像寄存器并不刷新，指令中“I”表示立即之意。注意：只有輸入繼電器I和輸出繼電器Q可以使用立即指令。3/9/202325電氣傳動的發展取反指令（NOT）取反指令在梯形圖中用來改變“能流”輸入的狀態，也就是說，它將棧頂值由0變為1，由1變為0。指令格式：NOT（NOT指令無操作數）3/9/202326電氣傳動的發展正、負跳變指令（EU，ED）正、負跳變指令在梯形圖中以觸點形式使用，用于檢測脈沖的正跳變（上升沿）或負跳變（下降沿），利用跳變讓“能流”接通一個掃描周期，即可以產生一個掃描周期的脈沖。3/9/202327電氣傳動的發展（1）正跳變觸點指令（EU）當指令檢測到每一次正跳變（由0到1），讓“能流”接通一個掃描周期。對于正跳變指令，一旦發現有正跳變發生，該棧頂值被置為1，否則置0。指令格式：EU（無操作數）在LAD中，正跳變觸點的表示符號如圖7-12(f)所示3/9/202328電氣傳動的發展（2）負跳變觸點指令（ED）當指令檢測到每一次負跳變（由1到0），讓“能流”接通一個掃描周期。對于負跳變指令，一旦發現有負跳變發生，該棧頂值被置為1，否則置0。指令格式：ED（無操作數）在LAD中，負跳變觸點的表示符號如圖7-23(g)所示3/9/202329電氣傳動的發展7.4.5線圈指令標準輸出線圈指令（＝）標準輸出線圈指令是將新值寫入輸出點的過程映像寄存器。當輸出指令執行時，輸出過程映像寄存器中的位被接通或者斷開。在LAD中，指定點的值等于“能流”。在STL中，棧頂的值復制到指定值。指令格式：＝bit

例：＝Q2.63/9/202330電氣傳動的發展立即輸出線圈指令（＝I）當指令執行時，立即輸出線圈指令是將新值同時寫到物理輸出點和相應的過程映像寄存器中。這一點不同于標準輸出線圈指令，只把新值寫入過程映像寄存器。當立即輸出指令執行時，物理輸出點立即被置位為“能流”值。立即指令將棧頂的值立即復制到物理輸出點的指定位上。指令格式：＝Ibit

例：＝IQ0.23/9/202331電氣傳動的發展置位線圈指令（S）和復位線圈指令（R）執行置位和復位線圈指令時，將從指定地址開始的N個點置位或者復位。可以一次置位或者復位1～255個點。如果復位指令指定的是定時器（T）或者計數器（C），指令不但復位定時器或者計數器，而且清除定時器或者計數器的當前值。置位線圈指令格式：Sbit，N

例：SQ0.0，1復位線圈指令格式：Rbit，N

例：RQ0.2，33/9/202332電氣傳動的發展立即置位線圈指令和立即復位線圈指令立即置位和立即復位線圈指令將從指定地址開始的N個物理輸出點立即置位或者立即復位，指令可以一次立即置位或立即復位1～128個點。“I”表示立即，當指令執行時，新值會同時被寫到物理輸出點和相應的過程映像寄存器。這一點不同于非立即指令，只把新值寫入過程映像寄存器。立即置位線圈指令格式：SIbit，N

例：SIQ0.0，2立即復位線圈指令格式：RIbit，N

例：RIQ0.0，13/9/202333電氣傳動的發展7.4.6RS觸發器指令1、RS觸發器指令RS觸發器梯形圖方塊指令表示如表7-5所示。方框圖中標有一個置位輸入端（S），一個復位輸入端（R），輸出端標為OUT。觸發器可以用在邏輯串最右端，結束一個邏輯串，也可用在邏輯串中，影響右邊的邏輯操作結果。3/9/202334電氣傳動的發展7.4.7邏輯堆棧指令前述的位邏輯指令涉及PLC的觸點和線圈簡單連接，不能表達在LAD中觸點的復雜連接結構。邏輯堆棧指令主要用來描述對觸點進行的復雜連接，同時，它們對邏輯堆棧也可以實現非常復雜的操作。本類指令包括ALD、OLD、LPS、LPP、LRD和LDS，這些指令中除LDS外，其余指令都無操作數。3/9/202335電氣傳動的發展7.4.8定時器指令S7-200系列PLC定時器有3種：接通延時定時器（TON）、斷開延時定時器（TOF）和記憶接通延時定時器（TONR）。3/9/202336電氣傳動的發展7.4.9計數器指令計數器指令是用來累計輸入脈沖的次數，在實際應用中經常用來對產品進行計數或完成一些復雜的邏輯控制。計數器與定時器的結構和使用基本相似，編程時輸入它的預設值PV（計數的次數），計數器累計它的脈沖輸入端脈沖上升沿（正跳變）的個數，當計數器達到于設值PV時，計數器動作，以便完成相應的處理。3/9