第2章S7-200系列PLC硬件

及編程資源

2.1S7-200系列PLC及升級版

S7-200PLC設(shè)計緊湊，使用方便、應(yīng)用靈活、性價比高，具有良好的可擴(kuò)展性及強(qiáng)大的指令集，能夠比較完美地滿足多種場合中的檢測、監(jiān)測及小規(guī)模控制系統(tǒng)的需求，可以作為獨立的控制器模塊廣泛應(yīng)用在各類自動控制及集散化控制系統(tǒng)中。

S7-200SMARTPLC是西門子公司推出的S7-200PLC的升級產(chǎn)品，其指令系統(tǒng)與S7-200PLC基本相同，但其編程資源和功能大大增加，集成了強(qiáng)大的以太網(wǎng)功能，可以覆蓋所有與自動檢測、自動控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域。

S7-1200PLC是S7-200的新一代升級產(chǎn)品，涵蓋了S7-200的原有功能并增加了許多特殊功能，可以提供多種智能模塊，具有非常強(qiáng)大的通信功能，可以滿足比較復(fù)雜及更廣泛控制領(lǐng)域的應(yīng)用。

2.2硬件系統(tǒng)配置

2.2.1.硬件系統(tǒng)

1.主要包括：

CPU主機(jī)

擴(kuò)展模塊、功能模塊

相關(guān)設(shè)備以及編程工具。

S7-200PLC系統(tǒng)組成圖2.S7-200主要性能特點

1）用戶可以在程序中立即讀寫I/O點，而不受PLC循環(huán)掃描工作方式的影響。

2）S7-200具有集成的高速計數(shù)功能，能夠?qū)ν獠扛咚偈录嫈?shù)而不會影響S7-200的性能。這些高速

3）對數(shù)字量輸入加濾波器。

4）對模擬量輸入加濾波器，濾波值是多個模擬量輸入采樣值的平均值。

5）設(shè)置掉電保護(hù)存儲區(qū)等。

2.2.2.S7-200CPU模塊和技術(shù)指標(biāo)1．CPU模塊結(jié)構(gòu)S7-200的CPU包括一個中央處理器、RAM、EEPROM、集成電源和輸入/輸出（I/O）點等，它們被封裝在一個緊湊的外殼內(nèi),如下圖：S7-200CN系列CPU實物圖片

CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行程序；輸入點用于從現(xiàn)場設(shè)備中采集信號；輸出點則負(fù)責(zé)輸出控制信號，用于驅(qū)動外部負(fù)載；有RUN和STOP兩種工作模式；可由模式選擇開關(guān)選擇。當(dāng)模式選擇開關(guān)處于STOP位置時，不執(zhí)行程序但可以對其編寫程序；當(dāng)開關(guān)處于RUN位置時，PLC處于運行狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)處于TERM監(jiān)控狀態(tài)時，可以運行程序也可以進(jìn)行讀/寫操作。擴(kuò)展端口：用于連接擴(kuò)展模塊，實現(xiàn)I/O擴(kuò)展。

2．模塊功能

CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226五種不同結(jié)構(gòu)配制的CPU單元。例如，CPU224CNPLC集成了14輸入/10輸出數(shù)字量I/O點；16KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間間；6個獨立的30kHz高速計數(shù)器、2路獨立的20kHz高速脈沖輸出；具有實現(xiàn)PID運算控制功能，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)；

1個RS485通信編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊功能。

CPU224CNPLC具有較強(qiáng)的控制功能。

CPU224CNPLC可以連接7個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展為168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O端口，CPU224CNPLC是具有較強(qiáng)控制能力的控制器。

3.S7-200CPU技術(shù)指標(biāo)以CPU224XP為例：用戶程序長度運行模式下：12288字節(jié)數(shù)據(jù)存儲區(qū)：10240字節(jié)掉電保護(hù)時間：100小時本機(jī)I/O數(shù)字量（點）：14入/10出模擬量：2入/1出擴(kuò)展模塊數(shù)量：7個模塊高速計數(shù)器單相：4路30kHz2路200kHz2.2.3數(shù)字量輸入輸出（I/O）擴(kuò)展模塊

數(shù)字量擴(kuò)展模塊：S7-200PLC提供了多種類型的數(shù)字量擴(kuò)展模塊，用戶可選用8點、16點和32點的數(shù)字量輸入/輸出模塊。如：數(shù)字量輸入/輸出模塊EM223。

CPU擴(kuò)展模塊2.2.4模擬量輸入輸出（I/O）擴(kuò)展模塊

模擬量擴(kuò)展模塊：4路模擬量輸入EM2312路模擬量輸出EM2324路輸入、1路輸出EM235

如：EM235模擬量輸入、輸出模塊可以實現(xiàn)4路模擬量輸入/1路模擬量輸出，輸入模擬量量程檔位多，方便用戶選擇，適合在一般單閉環(huán)控制系統(tǒng)中使用。

2.2.5熱電偶、熱電阻輸入擴(kuò)展模塊

熱電阻擴(kuò)展模塊：

EM231熱電阻輸入擴(kuò)展模塊提供了與多種熱電阻的連接口，通過DIP開關(guān)來選擇熱電阻的類型、接線方式、測量單位和開路故障的方向可以實現(xiàn)2路熱電阻輸入。熱電偶擴(kuò)展模塊：如EM231熱電偶模塊直接以熱電偶輸出的電勢作為輸入信號，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后輸入給PLC，可用于J、K、E、N、S和R型熱電偶；2.2.6網(wǎng)絡(luò)通信及其他模塊1）網(wǎng)絡(luò)通信模塊有EM277PROFIBUS-DP從站通信模塊、工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊243-1、調(diào)制解調(diào)器模塊EM241（通過模擬電話線實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信）等。2）位置控制模塊EM253用于S7-200PLC定位控制系統(tǒng)，它能夠產(chǎn)生脈沖序列，實現(xiàn)對電動機(jī)速度及位置的開環(huán)控制。3）稱重模塊SIWAREXMS可以實現(xiàn)多用途電子稱重，如軌道衡、吊稱及力矩的測量。4）S7-200文本顯示器TD產(chǎn)品包括TD200、TD400C，使用方便，具有良好的信息交互功能。5）S7-200系統(tǒng)有多種觸摸屏，以實現(xiàn)更為完善的人機(jī)界面，如TP070、TP170A等。2.3I/O編址及外部端口接線2.3.1模塊I/O端口編址

CPU必須通過編程實現(xiàn)從輸入端口獲取外部設(shè)備信息、從輸出端口對外部設(shè)備的控制功能。CPU是通過系統(tǒng)分配給各端口相應(yīng)的編址來訪問輸入輸出端口的。I/O端口按類型分為：（1）數(shù)字量輸入端口

CPU分配給數(shù)字量輸入端口地址以字節(jié)（8位）為單位，一個字節(jié)八個數(shù)字量輸入點，起始地址為I0.0（輸入端口0字節(jié)第0位）。（2）數(shù)字量輸出端口

CPU分配給數(shù)字量輸出端口地址以字節(jié)（8位）為單位，一個字節(jié)八個數(shù)字量輸出點，起始地址為Q0.0（輸出端口0字節(jié)第0位）。（3）模擬量輸入輸出端口

CPU分配給模擬量輸入端口地址以字（16位）為單位，一個字一個模擬量輸入端口，起始地址為AIW0。

CPU分配給模擬量輸出端口地址以雙字（32位）為單位，一個雙字一個模擬量輸出端口，起始地址為AQW0。

（4）擴(kuò)展模塊編址

CPU分配給CPU22x系列的每種主機(jī)所提供的本機(jī)I/O點的I/O地址是固定的，在進(jìn)行I/O擴(kuò)展時，可以在CPU右邊連接多個擴(kuò)展模塊，每個擴(kuò)展模塊的組態(tài)地址編號取決于各模塊的類型和該模塊在I/O鏈中所處的位置。編址時同種類型輸入或輸出點的模塊在鏈中按與主機(jī)的位置遞增。

S7-200系統(tǒng)擴(kuò)展對輸入/輸出端口編址的組態(tài)規(guī)則為：

1）對于同類型輸入或輸出點的模塊按I/O鏈中順序進(jìn)行編址，而不受其位置是否連續(xù)。

2）對于數(shù)字量，輸入/輸出映像寄存器的單位長度為8位（1個字節(jié)），本模塊實際I/O位數(shù)按字節(jié)未滿8位的，未用位不能分配給I/O鏈的后續(xù)模塊（即后續(xù)模塊編址必須從又一連續(xù)字節(jié)開始）。

3）對于模擬量輸入，以2個字節(jié)（1個字）遞增方式來分配地址空間。

4）對于模擬量輸出，以2個字遞增方式來分配地址空間。例如，某系統(tǒng)所需的數(shù)字量輸入24點、數(shù)字量輸出點為20點、模擬量輸入6點、模擬量輸出2點。如果系統(tǒng)選用主機(jī)CPU224，為滿足系統(tǒng)需要可以有多種不同擴(kuò)展模塊的選取組合，并且各模塊在I/O鏈中的位置排列方式也可能有多種。擴(kuò)展I/O模塊鏈及編址如下。。2.3.2S7-200PLC模塊外部接線

1.輸入端口接線

PLC是通過I/O點與外界建立聯(lián)系的，用戶必須靈活掌握I/O點與外部設(shè)備的連接關(guān)系和配電要求。

2.輸出端口接線CPU224模塊外圍接線圖

3.CPU224模塊外圍接線圖：

CPU224集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點。注意：在實際應(yīng)用中，用戶應(yīng)參考相應(yīng)PLC的CPU用戶手冊，正確進(jìn)行I/O連接及配電要求（電源的正/負(fù)極和電壓值）。2.4S7-200PLC內(nèi)部編程資源2.4.1S7-200PLC編程軟元件

編程軟元件是PLC內(nèi)部具有不同功能的存儲器單元，每個單元都有唯一的地址，在編程時，用戶只需記住軟元件的符號地址即可。為了方便不同的編程功能需要，存儲器單元作了分區(qū)，即PLC內(nèi)部根據(jù)軟元件的功能不同，分成了許多區(qū)域，如輸入寄存器、輸出寄存器、位存儲器、定時器、計數(shù)器、通用寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及特殊功能存儲器等。2.4.2軟元件類型及功能

1.輸入繼電器（I）

輸入繼電器又稱輸入過程映象寄存器，它和PLC的輸入端子相連，用于接收外部開關(guān)信號的控制。

輸入繼電器外接控制開關(guān)及內(nèi)部等效電路圖

2．輸出繼電器（Q）

輸出繼電器又稱輸出過程映象寄存器，它和PLC的輸出端子相連，可以作為負(fù)載的控制信號。輸出繼電器類似與繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器。輸出繼電器外接控制及內(nèi)部等效電路圖

3．特殊繼電器（SM）

特殊繼電器的某些位（特殊標(biāo)志位）具有特殊功能或用來存儲系統(tǒng)的狀態(tài)變量、控制參數(shù)和信息。其中：

SM0.0：PLC運行（RUN）指示位，該位在PLC運行時始終為1。

SM0.1：該位在PLC由STOP轉(zhuǎn)入RUN時，該位為ON一個掃描周期，常用作調(diào)用初始化子程序。

SM0.2：若保持?jǐn)?shù)據(jù)丟失，則該位在一個掃描周期中為1。

SM0.3：開機(jī)后進(jìn)入RUN方式，該位將ON一個掃描周期。

SM0.4：該位提供了一個周期為一分鐘、占空比為0.5的時鐘脈沖，可作為簡單延時使用。

SM0.5：該位提供了一個周期為一秒鐘、占空比為0.5的時鐘脈沖。

在每個掃描周期的末尾，由S7-200更新這些位。

4．通用輔助繼電器（M）通用輔助繼電器（又稱位存儲區(qū)或內(nèi)部標(biāo)志位）在PLC中沒有輸入/輸出端子與之對應(yīng)。5．變量存儲器（V）變量存儲器用來存儲變量，存放程序執(zhí)行過程中數(shù)據(jù)處理的中間結(jié)果。6．局部變量存儲器（L）局部變量存儲器用來存放局部變量。

7．順序控制繼電器（S）順序控制繼電器稱為狀態(tài)器或狀態(tài)元件，是順控繼電器指令的重要元件。8．定時器（T）定時器是PLC中常用的編程軟元件，主要用于累計時間的增量。定時器的工作過程與繼電器控制系統(tǒng)的時間繼電器類同，如T24

。9．計數(shù)器（C）計數(shù)器是用來累計輸入脈沖的個數(shù)，如C24。

。

10．累加器（AC）

累加器是用來暫存數(shù)據(jù)的寄存器。S7-200提供了4個32位的累加器：AC0、AC1、AC2、AC3。11．模擬量輸入/輸出映像寄存器（AI/AQ）

模擬量輸入映像寄存器用以存放A/D轉(zhuǎn)換后輸入的16位的數(shù)字量，如：AIW2；模擬量輸出映像寄存器用以存放需要進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換的16位的數(shù)字量，如：AQW2。12．高速計數(shù)器（HC）

高速計數(shù)器可累計比CPU的掃描速度更快的事件。2.5S7-200SMARTPLC系統(tǒng)配置

西門子S7-200SMARTPLC（簡稱S7-200SMART）是在保留S7-200諸多優(yōu)點的基礎(chǔ)上，增加了CPU的I/O點數(shù)，網(wǎng)絡(luò)接口和通信功能更加強(qiáng)大，CPU執(zhí)行速度等性能優(yōu)勢明顯提高，編程軟件界面與S7-200幾乎一樣，但操作更加方便，指令系統(tǒng)與S7-200基本相同。2.5.1S7-200SMART的功能特點1）CPU配置更加靈活。2）速度提高。3）強(qiáng)大的通信功能。4）CPU集成了MicroSD槽口，支持通用的MicroSD卡6）編程軟件友好、功能強(qiáng)大、使用方便。5）內(nèi)部集成了可達(dá)3路晶體管輸出的高速脈沖輸出，脈沖頻率可以達(dá)到100kHz，支持PWM/PTO輸出方式以及多種運行模式。6）編程軟件友好、功能強(qiáng)大、使用方便。S7-200SMART編程軟件（Step7MicrowinSMART）的窗口可以浮動，可以方便的布置工作臺、支持分屏工作，方便的程序注釋功能等。2.5.2S7-200SMARTCPU模塊

S7-200SMARTCPU有6種模塊，配備標(biāo)準(zhǔn)型和經(jīng)濟(jì)型供用戶選擇，其中經(jīng)濟(jì)型CPUCR40模塊價格低，無擴(kuò)展功能，可以直接通過單機(jī)本體滿足一般控制系統(tǒng)需求。其余的均為標(biāo)準(zhǔn)型，具有可擴(kuò)展功能，可滿足對I/O規(guī)模有較大需求。1.CPU模塊2.CPU技術(shù)規(guī)范（1）經(jīng)濟(jì)型CPUCR40S7-200SMARTCPUCR40為經(jīng)濟(jì)型CPU模塊，繼電器輸出，220VAC供電，數(shù)字量輸入/輸出點數(shù)為24DI/16DO（輸出點每點額定電流最大2.0A，每個公共端額定電流最大10.0A），用戶程序區(qū)12KB，用戶數(shù)據(jù)區(qū)8KB，一個以太網(wǎng)端口，一個RS485串口，無擴(kuò)展功能，高速計數(shù)器頻率最高30kHz。（2）標(biāo)準(zhǔn)型CPU-SR20/SR40/SR60其主要技術(shù)規(guī)范如下。1）CPU數(shù)字量輸入/輸出點數(shù)分別為12DI/8DO、24DI/16DO和36DI/24DO。2）最大數(shù)字量I/O點數(shù)分別為148、168、188點。3）可擴(kuò)展4個模塊。4）最大可擴(kuò)展模擬量點數(shù)24點。5）用戶程序區(qū)分別為12KB、24KB和30KB，用戶數(shù)據(jù)區(qū)分別為8KB、16KB和20KB，可以內(nèi)置一個信號板。6）一個以太網(wǎng)端口、一個RS485串口、一個附加串口。7）高速計數(shù)器頻率最高可達(dá)60kHz。（3）標(biāo)準(zhǔn)型CPU-ST40/ST60

其主要技術(shù)規(guī)范同如下。1）CPU數(shù)字量輸入/輸出點數(shù)分別為24DI/16DO和36DI/24DO。2）最大數(shù)字量I/O點數(shù)分別為148、168、188點。3）可擴(kuò)展4個模塊。4）最大可擴(kuò)展模擬量點數(shù)24點5）用戶程序區(qū)分別為12KB、24KB和30KB，用戶數(shù)據(jù)區(qū)分別為8KB、16KB和20KB，可以內(nèi)置一個信號板。6）高速計數(shù)器頻率最高可達(dá)60kHz。2.5.3S7-200SMART擴(kuò)展模塊1.信號板S7-200SMART信號板可以直接安裝在CPU本機(jī)上，安裝拆卸方便。2.數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊輸入輸出模塊EMDR16,輸入點數(shù)8，輸出點數(shù)8。3.模擬量擴(kuò)展模塊常用的模擬量I/O擴(kuò)展模塊如下。1）模擬量輸入模塊EMAI04，模擬量輸入4路，0～2