S7-200PLC内部资源和系统配置应用

1、S7-200PLC内部资源和系统配置应用 德国的西门子（SIEMENS）公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商，生产的SIMATIC可编程序控制器在欧洲处于领先地位。其第一代可编程序控制器是1975年投放市场的SIMATIC S3系列的控制系统。 在1979年，微处理器技术被应用到可编程序控制器中，产生了SIMATIC S5系列，取代了S3系列，之后在20世纪末又推出了S7系列产品。 最新的SIMATIC产品为SIMATIC S7、M7和C7等几大系列。 第一节 概述 从CPU模块的功能来看，SIMATIC S7-200系列小型可编程序控制器发展至今，大致经历了两代：第一代产品其CPU模块为CP

2、U 21X，主机都可进行扩展，它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU 212，CPU 214，CPU 215和CPU 216，对第一代PLC产品不再作具体介绍。第二代产品其CPU模块为CPU 22X，是在21世纪初投放市场的，速度快，具有较强的通信能力。它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU 221，CPU 222，CPU 224和CPU 226，除CPU 221之外，其他都可加扩展模块。一 基本单元（S7-200CPU模块） 基本单元（S7-200CPU模块）也称为主机，它包括中央处理单元（CPU）、存储器、电源及数字量输入/输出单元。基本单元可以构成一个独立的控制系统。组成CPU模

3、块的顶部端子盖内 ：电源及输出端子；底部端子盖内 ：输入端子及输出直流电源 ；中部右侧前盖内 ：CPU工作方式选择开关、模拟调 节电位器和扩展I/O接口 ；左侧 ：状态LED指示灯、外接存储卡接口及通讯口。 状态指示灯 显示CPU的工作方式、本机I/O的状态、系统错误状态。存储卡（EEPOM卡）可以存储CPU程序。RS-485的串行通讯端口 PLC主机实现人机对话、机机对话的通道。实现PLC与上位计算机的连接，实现PLC与PLC、编程器、彩色图形显示器、打印机等外部设备的连接。 扩展接口 PLC主机与输入、输出扩展模块的接口，作扩展系统之用。主机与扩展模块之间由导轨固定，并用扩展电缆连接。主机

4、与扩展模块外形 二编程器或个人计算机（PC） 编程器或装有STEP7-Micro/WIN40编程软件的个人计算机（PC），可供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视等。三 STEP7-Micro/WIN40编程软件 STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能是创建、编辑、调试用户程序、组态系统等。 编程软件的使用环境：支持Windows的应用软件。四通信电缆 通信电缆是PLC用来与个人计算机（PC）实现通信的。可PC/PPI电缆（RS232RS485），也可用一个通讯处理器（CP）和多点接口（MPI）电缆，或者用一块MPI卡及随MPI卡提供的一根通讯电缆。五 人机界面 人机界面主要指专

5、用操作员界面，例如操作员面板、触摸屏、文本显示器等，这些设备可以使用户通过友好的操作界面轻松地完成各种调整和控制的任务。 S7-200 CPU22X系列产品：CPU221模块、CPU222模块、CPU224模块、 CPU224XP模块、CPU226模块、CUP226XM模块。 CPU226模块I/O总点数为40点（24/ 16点），可带7个扩展模块。 内置6个30KHz高速计数器，具有PID控制的功能； 有2个高速脉冲输出端和2个RS-485通讯口； 具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由口协议的通讯能力。第二节 S7-200PLC主机资源介绍CPU特性CPU221CPU222CPU224C

6、PU226本机输入6DI8DI14DI24DI本机输出4DO6DO10DO16DO高速计数器4个，32位各30KHz4个，32位各30KHz6个，32位各30KHz6个，32位各30KHz高速脉冲输出2个 20KHz脉宽可调2个 20KHz脉宽可调2个 20KHz脉宽可调2个20KHz脉宽可调模拟电位器1个，8位1个，8位2个，8位2个，8位定时中断2个2个2个2个外部硬中断4个4个4个4个输入滤波时间0.212.8ms0.212.8ms0.212.8ms0.212.8ms表 S7-200主要技术性能指标CPU特性CPU221CPU222CPU224CPU226程序存储器4KB4KB8KB16

7、KB数据存储器2KB2KB8KB10KB扩展模板数无2个7个7个最大数字量(I/O)6/448/46114/110128/128最大模拟量(I/O)无16/832/2832/28内部继电器(M)256256256256定时器 T计数器 C256/256256/256256/256256/256顺序控制继电器256256256256布尔指令执行速度0.22s0.22s0.22s0.22s通信接口数量1个1个1个2个通信接口类型RS485RS485RS485RS485PPI/MPI通信波特率9.6/19.2Kbps9.6/19.2Kbps9.6/19.2Kbps9.6/19.2Kbps自由口通信波

8、特率0.3/38.40.3/38.40.3/38.40.3/38.4一 S7-200 PLC的硬件接线1 供电电源 对于继电器输出方式，既可带直流负载，也可带交流负载。负载的激励源由负载性质确定。输出端子排的右端N、L1端子是供电电源120/240VAC输入端。该电源电压允许范围为85264VAC。2输出直流电源 由于是直流输入模块，所以采用直流电源作为检测各输入接点状态的电源（用户提供）。M、L+两个端子提供24VDC/400mA传感器电源，可以为传感器提供电源，也可以作为输入端的检测电源使用。二 CPU输入输出映象区 主机提供的数字量I/O映象区区域为： 128个输入映象寄存器（）和128

9、个输出映象寄存器（），最大I/O配置不能超出此区域。1 数字量I/O映像区 主机提供的模拟量I/O映象区区域为：CPU222模块，16输入通道/16输出通道；CPU224模块、CPU226模块等，32入/32出。模拟量的最大I/O配置不能超出此区域。2 模拟量I/O映像区三 输入输出端子 数字量输入信号电压要求均为24VDC。“1”信号为1535V，“0”信号为05V，经过光电耦合器隔离后进入PLC。1 输入特性CPU输入滤波中断输入高速计数输入每组点数 电缆长度2210.212.8msI0.0I0.3I0.0I0.52，4非屏蔽输入300m屏蔽输入500m2224，42248，622613，

10、11输出控制信号有两种类型：AC输出、DC输出。2 输出特性CPU类型电源电压输出电压输出点数每组点数输出电流CPU221晶体管24VDC24VDC440.75A继电器85264VACDC/AC41/32ACPU222晶体管24VDC24VDC660.75A继电器85264VACDC/AC63/32ACPU224晶体管24VDC24VDC105/50.75A继电器85264VACDC/AC104/3/32ACPU226晶体管24VDC24VDC168/80.75A继电器85264VACDC/AC164/5/72A四 存储系统 S7-200 PLC的程序结构一般由三部分组成：用户程序、数据块和参

11、数块。用户程序是必不可少的，是程序的主体，数据块是用户程序在执行过程中所用到的和生成的数据，参数块是指CPU 的组态数据。数据块和参数块是程序的可选部分。1 存储系统的使用 存储系统的使用主要有以下几方面： （1）设置保持数据的存储区 为防止系统运行时突然断电导致重要数据丢失，可在设置CPU组态参数时定义要保持数据的存储区。包括变量存储器、通用辅助继电器、计数器和定时器等。 （2）永久保存数据 通过对S7-200中的特殊标志存储器字节SMB31和存储器字SMW32的设置，实现将存储在RAM中变量存储器区任意位置的字节、字、双字数据备份到EEPROM存储器。 （3）存储器卡的使用 存储卡的作用类

12、似于计算机的软磁盘，可以将PLC中的CPU的组态参数、用户程序和存储在EEPROM中的变量存储器永久的数据进行备份。2 存储安全（1）主机CPU模块内部配备的EEPROM，上装程序时，可自动装入并永久保存用户程序、数据和CPU的组态数据。（2）用户可以用程序将存储在RAM中的数据备份到EEPROM存储器。（3）主机CPU提供一个超级电容器，可使RAM中的程序和数据在断电后保持几天之久。（4） CPU提供一个可选的电池卡，可在断电后超级电容器中的电量完全耗尽时，继续为内部RAM存储器供电，以延长数据所存的时间。五 S7-200的编程元件及寻址1 基本数据类型基本数据类型位数说明布尔型 BOOL1

13、位 范围：0，1字节型 BYTE8字节 范围：0255字型 WORD16字 范围：065535双字型 DWORD32双字 范围：0 （232-1）整型 INT16整数 范围：-32768+32767双整形 DINT32双字整数 范围：-231（231-1）实数型 REAL32IEEE浮点数 所有数据在PLC中都是以二进制形式表示的，数据的长度和表示方式称为数据格式。S7-200的指令对数据格式有一定的要求，指令与数据之间的格式一致才能正常工作。2 数据格式 （1）用1位二进制数表示开关量 二进制的一位只有0和1这两种不同的取值，可以用来表示开关量的两种不同状态。如果该位为1，对应的编程元件的线

14、圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开；若该位为0，以上状态相反。 （2）多位二进制数 可以用多位二进制来表示数字，S7-200默认数值为十进制，二进制的表示方式是在数值前加“2#”，例如：2#11011010。 （3）十六进制数 多位二进制的读写多有不便，可用十六进制数来表示，S7-200用数字前面的“16#”来表示十六进制数，例如：16#AE75。 （4）字节、字与双字 8为二进制数组成一个字节（BYTE），相邻的两个字节组成一个字，如VW100是由VB100和VB101组成的一个字，其中VB100是高字节；相邻的4个字节（两个字）组成一个双字，VD100是由VB100VB103组成的双

15、字，三者的关系如下：70MSBLSBVB10015 VB100VB101 0MSBLSBVW10031 VB100VB101VB102VB103 0MSBLSBVD1003、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，分别称为：输入继电器、输出继电器、辅助继电器、变量继电器、定时器、计数器、数据寄存器等。 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 PLC存储系统中输入映像寄存器。一般按“字节.位”的编址方式来读取一个继电器的状态。（2）输出继电器Q 就是

16、PLC存储系统中的输出映像寄存器。一般按“字节.位”的编址方式来读取一个继电器的状态。 注：输出继电器与其它内部器件的不同在于它有一个，且仅有一个实实在在的物理动合触点，用来接通负载。（3）变量寄存器V用于存放中间结果。其数量与CPU型号有关：CPU222为； CPU224为；CPU226为。（4）辅助继电器M 其功能与传统的继电器控制线路中的中间继电器相同。S7-200的M个数为256个。（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。 S7-200PLC的特殊继电器数量为：。：运行监控，PLC在运行状态时，总为ON。例如：初始脉冲，PLC由STOP转为RUN时

17、， 一个扫描周期。：PLC上电进入运行状态时，一个扫描周期。：分时钟脉冲，占空比为50%，周期为1min的脉冲串。：秒时钟脉冲，占空比为50%，周期为1s的脉冲串。：扫描时钟，一个周期ON，下个周期为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0255。SMB30和SMB130 ：分别为自由口0和1的通信控制寄存器。例如：SMB34和SMB35 ： 用于存储定时中断间隔时间。SMB36 SMB65 ：监视和控制高速计数器HSC0, HSC1 , HSC2的操作。SMB131 SMB165 ：监视和控制高速计数器HSC3, HSC4 , HSC5的操作

18、。（6）定时器T（T0T255） 定时器号包含两方面信息，定时器当前值（16位）寄存器和定时器状态位。定时器类型定时精度(ms) 最大当前值(s)定时器号TONTOF132.767T32，T9610327.67T33 T36 ，T97 T1001003276.7T37 T63 ，T101 T255TONR132.767T0，T6410327.67T1 T4 ，T65 T681003276.7T5 T31 ，T69 T95（7）计数器C（C0C255） 计数器包含3种方式，递增计数、递减计数和增减计数。（8）高速计数器HSC 普通计数器的计数频率受扫描周期的制约，在需要高频计数的情况下，可使用高

19、速计数器。高速计数器对应的数据，只有一个高速计数器的当前值，是一个带符号的32位的双字型数据。（9）累加器AC S7-200共有4个32位的累加器：AC0AC3。（10）状态（顺序控制）继电器S（11）局部变量存储器L 状态继电器是使用步进控制指令编程时的重要编程元件。 局部变量存储器用于存储局部变量。S7-200中有64个局部变量存储器，其中60个可以用做暂时存储器或者给子程序传递参数。 局部变量存储器与存储全局变量的变量寄存器很相似，主要区别是变量寄存器是全局有效的，而局部变量存储器是局部有效的。（12）模拟量输入AIW/输出AQW寄存器 PLC对这两种寄存器的处理方式不同，对模拟量输入寄

20、存器只能作读取操作，而对模拟量输出寄存器只能作写入操作。 由于PLC处理的是数字量，其数据长度是16位，因此要以偶数号字节进行编址，从而存取这些数据。第三节 S7-200PLC接口模块 S7-200 PLC的接口模块有数字量模块、模拟量模块、智能模块等。一 数字量模块1数字量输入模块分为直流输入模块和交流输入模块。每一个输入点可接收一个来自用户设备的离散信号。输入设备：按钮、限位开关、选择开关、继电器触点等。 （1）直流输入模块 直流输入模块（EM221 824VDC）有8个数字量输入端子。8个数字量输入点分成2组。1M、2M分别是2组输入点内部电路的公共端，每组需用户提供一个24VDC电源。

21、（2）直流输入电路： 现场开关通/断状态，对应输入映象寄存器的1/0状态，即当现场开关闭合时，对应的输入映象寄存器为“1”；当现场开关断开时，对应的输入映象寄存器为“0”。当输入端的发光二极管VL点亮，即指示现场开关闭合。外部直流电源可用于检测输入点的状态，其极性可以任意接入。 电阻R2和电容C 的作用？ 双向光电耦合器 的作用？（3）交流输入模块有8个分隔式数字量输入端子，每个输入点都占用二个接线端子。 它们各自使用1个独立的交流电源（由用户提供）。这些交流电源可以不同相。（交流I/O都是分隔式的）（4）交流输入电路2数字量输出模块 分为直流输出模块、交流输出模块、交直流输出模块三种（晶体管

22、、晶闸管、继电器输出方式）。 数字量输出模块的每一个输出点能控制一个用户的离散型（ON/OFF）负载。典型的负载包括：继电器线圈，接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等 每一个输出点与一个且仅与一个输出电路相连，输出电路把CPU运算处理的结果转换成能够驱动现场执行机构的各种大功率的开关信号。PLC的输出端子是PLC向外部负载发出控制命令的窗口。（1）直流输出模块 直流输出模块（EM222 824VDC），有8个数字量输出点，接线图中8个数字量输出点分成2组。1L+、2L+分别是两组输出点内部电路的公共端，每组需用户提供一个DC24V的电流。（2）直流输出电路O 映像区 O端子 输出映象寄存器为“1”

23、状态时负载在外部电源激励下通电工作 ；输出映象寄存器为 “0”状态时 外部负载断电，停止工作 。（3）交流输出模块 交流输出模块（EM222 8120V230VAC），有8个分隔式数字量输出点，每个输出点占用二个接线端子，且它们各自都由用户提供一个独立的交流电源，这些交流电源可以不同相。（4）交流输出电路 交流输出模块是可控硅（晶闸管）输出方式。其特点是输出启动电流大。当PLC有信号输出时，光电二极管导通，通过光电耦合使双向可控硅（晶闸管）导通，交流负载在外部交流电源的激励下得电。发光二极管VL点亮，指示输出有效。（5）交、直流输出模块（ 继电器输出方式） 交直流输出模块（EM222 8继电器

24、）有8个输出点，分成2组，1L、2L是每组输出点的公共端。每组需用户提供一个外部电源（可以是直流或交流电源）。（6）继电器输出电路： 输出电流大（可达2A4A），可带交流、直流负载，适应性强，但响应速度慢。继电器输出方式的特点 3数字量输入输出模块组合模块或输入输出模块 ：在一块模块上既有数字量输入点又有数字量输出点 。特点：使系统配置更加灵活。例如：若有CPU 226：主机I/O 24/16； 欲扩展至27/19； 缺 3/3； 配 I/O 4/4。 数字量输入输出模块的输入电路及输出电路的类型与上述介绍的相同。在同一块模块上，输入、输出电路类型的组合有多种多样，用户可根据控制需求选用。（E

25、M223：有六种类型。） 24VDC输入4点/输出4点 24VDC输入4点/继电器输出4点 24VDC输入8点/输出8点 24VDC输入8点/继电器输出8点 24VDC输入16点/输出16点 24VDC输入16点/继电器输出16点二 模拟量模块 模拟量模块有模拟量输入模块、模拟量输出模块、模拟量输入输出模块。 作用：PLC只能接收数字量信号，模拟量信号是一种连续变化的物理量。为实现模拟量控制，必须先对模拟量进行模/数（A/D）转换，将模拟信号转换成PLC所能接受的数字信号。模拟量输入模块的功能就是实现模/数（A/D）转换。1模拟量输入模块（A/D）EM231（1）组成 由滤波、模数转换A/D，

26、光电耦合等部分组成 。光电耦合器起防止电磁干扰的作用 。对多通道的模拟量输入单元，通常设置多路转换开关进行通道的切换，且在输出端设置信号寄存器。（2）使用及特性 一般先用信号变送器把它们变换成统一的标准信号（如4-20mA的直流电流信号，1-5V的直流电压信号等），然后再送入模拟量输入模块 。模拟量输入模块（EM231）具有4个模拟量输入通道。 （3）外部接线图 模块上部共有12个端子，每3个点为一组，共4组。 每组可作为一路模拟量的输入通道（电压信号或电流信号），电压信号用两个端子（A+、A），电流信号用3个端子（RC，C+，C），其中RC与C+端子短接。未用的输入通道应短接（B+、B）。

27、该模块需要直流24V供电（M、L+端）。可由CPU模块的传感器电源24VDC/400mA供电，也可由用户提供外部电源。右端分别是校准电位器和配置DIP设定开关。（4）模拟量输入模块的特性EM231的电压输入范围：单极性010V，05V；双极性5V，2.5V 电流输入范围 ：020mA 模拟量到数字量的最大转换时间 ：250s 每个通道占用存储器AI区域2个字节。该模块模拟量的输入值为只读数据。 模拟量输入模块（EM231）的输入信号经模数（A/D）转换后的数字量数据值是12位二进制数。数据格式是左端对齐的，数据值的12位在CPU中存放格式如下图所示。最高有效位是符号位：0表示正值数据，1表示负

28、值数据。012为数据值000MSB15LSB0单极性AIWxx12为数据值0000MSB15LSB0双极性AIWxx 单极性数据格式（010V、05V） 2个字节的存储单元的低3位均为0，数据值12位（单极性数据）是存放在第3 14位区域。这12位数据的最大值应为32760。单极性数据格式的全量程范围设置为032000。差值32760-32000=760则用于偏置/增益，由系统完成。由于第15位为0，表示是正值数据。 双极性数据格式（5V、） 2个字节存储单元的低4位均为0，数据值12位（双极性数据）是存放在第415位区域。最高有效位是符号位，双极性数据格式的全量程范围设置为32000+320

29、00。模拟量输入模块的分辨率通常以A/D转换后的二进制数数字量的位数来表示（12/11位）。2模拟量输出模块（D/A）EM232 模拟量输出模块由光电耦合器、数模转换器D/A和信号驱动等环节组成。光电耦合器防止电磁干扰。（1）外部接线图 左端起的每3个点为一组，共二组。每组可作为一路模拟量输出（电压或电流信号）。 第一组V0端接电压负载、I0端接电流负载，M0为公共端。第二组的接法与第一组类同。该模块需要直流24V供电。（2）模拟量输出模块的特性输出信号的范围：电压输出为10V，电流输出为0-20mA。电压输出的设置时间为100s，电流输出的设置时间为2ms。每个输出通道占用存储器AQ区域2个

30、字节。用户程序无法读取模拟量输出值。PLC运算处理后的12位数字量信号（BIN数）在CPU中存放格式，最高有效位是符号位：0表示是正值，1表示是负值。（3） 电流输出数据格式 2个字节的存储单元的低3位均为0，数据值12位数据是存放在第314位区域。电流输出数据字格式为0+32000。第15位为0，表示是正值数据。（4） 电压输出数据格式 2个字节的存储单元的低4位均为0，数据值的12位是存放在第415位区域。电压输出数据格式为-32000 +32000。模拟量输出模块的分辨率通常以D/A转换前待转换的二进制数数字量的位数表示。3模拟量输入输出模块EM235EM235具有4个模拟量输入通道、1

31、个模拟量输出通道 。模拟量输入功能同EM231，技术参数基本相同 。电压输入范围有所不同，单极性为010V、05V、01V、0500mv、0100mv、050mv。双极性为10V、5V、1V、500mV、250mv、100mv、50mv、25mv。该模块的模拟量输出功能同EM232，技术参数也基本相同。该模块需要直流24V供电。可由CPU模块的传感器电源24VDC/400mA供电。也可由用户提供外部电源。第四节 S7-200PLC扩展应用扩展时要考虑以下几个因素：（1）主机模板所能连接的扩展模数量；（2）主机模板的映像寄存器的数量；（3）主机模板在5VDC下提供的最大扩展电流；一主机允许带扩展

32、模块的数量各类主机可带扩展模块的数量是不同的：CPU221模块不允许带扩展模块；CPU222模块最多可带2个扩展模块；CPU224模块、CPU226模块、CPU226XM模块最多可带7个扩展模块，且7个扩展模块中最多只能带2个智能扩展模块。二 CPU输入输出映象寄存器的限制 PLC系统配置时，要对各模块的输入、输出点进行编址。主机提供的I/O具有固定的I/O地址。扩展模块的地址由I/O模块类型及模块在I/O链中的位置决定。编址时，按同类型的模块对各输入点（或输出点）顺序编址。 数字量输入、输出映象区的逻辑空间是以8位（1个字节）为递增的。编址时，对数字量模块物理点的分配也是按8点来分配地址的。

33、即使有些模块的端子数不是8的整数倍，但仍以8点来分配地址。例如4入/4出模块占用8个输入点和8个输出点的地址。 那些未用的物理点地址不能分配给I/O链中的后续模块。那些与未用物理点相对应的I/O映象区的空间就会丢失。对于输出模块，这些丢失的空间可用来作内部标志位存储器（内部线圈）；对于输入模块却不可，因为每次输入更新时，CPU都对这些空间清零。 主机提供的模拟量I/O映象区区域为：CPU222模块，16输入通道/16输出通道；CPU224模块、CPU226模块、CPU226XM模块，32入/32出。 模拟量的最大I/O配置不能超出此区域。模拟量扩展模块总是以2个字节递增方式来分配空间。三 PL

34、C内部5VDC电源的负载能力 主机和扩展模块正常工作时，需要5VDC工作电源。主机内部电源单元提供的5VDC电源为主机和扩展模块提供了工作电源。 系统配置后，必须对主机内部的5VDC电源的负载能力进行校验。S7-200 PLC主机扩展能力：CPU最多扩展模板映像寄存器数量最大扩展电流2210数字128/128模拟0入/0出02222数字128/128模拟16入/16出340mA2247数字128/128模拟32入/32出660mA2267数字128/128模拟32入/32出1000mAS7-200 PLC扩展模块消耗电流：序 号型 号功 能耗电(mA)1EM221数字量输入：8点，晶体管输入302EM222数字量输出：8点，晶体管输出503EM222数字量输出：8点，继电器输出404EM223数字量输入：4点；输出：4点，晶体管输出405EM223数字量输入：4点；输出：4点，继电器输出406EM223数字量输入：8点；输出：8点，晶体管输出807EM223数字量输入：8点；输出：8点，继电器输出808EM2