可编程序控制器原理及应用教案(主)

可编程序控制器原理及应用

S7-200PLC电子教案西安石油大学S7-2课程教学大纲:参见本课程的

教学大纲:参见本课程的教学大纲

1·考核方式:考试，闭卷

2·成绩考核

考试：占总成绩的70%

作业及平时成绩占

20%

实验：占总成绩的10%

缺勤：一次扣3分！？

三次取消考试资格!

3·教学计划：参阅本学期的《授课计划》

4·教学目的●熟练掌握PLC的内部资源（也就是编程所用的内部单元和外部的变量）●掌握基本的顺控指令●掌握基本的数据处理应用指令●理解程序控制类及特殊指令●拓宽工业自动化产品知识范围，了解并理解国外其它著名厂家的工业自动化产品尤其是PLC系统。●通过工程实例的学习，深刻认识自动化工程项目，均可以用PLC实现并且是高水平地实现完成。与工控机、DCS、单片机系统比较，掌握完成自动控制任务的基本方法。●了解电力系统、石油化工系统、水及污水处理系统、冶金系统自动化系统的基本方法。●能解决各种各样的自动化控制问题。再结合工业以太网：信息网络方面的知识、还能提供信息管理及调度等全厂信息管理系统。●课程特点是学习S7-200系列，以后应能理解或课后应逐渐领会S7-300/400及其它系列PLC的相关内容，为自己打下坚实的基础。

本课程授课的特点：以最新的SIEMENS公司2005/6年主推的S7-200/300/400自动化产品内容为基本内容要领，掌握课程内容的新型S7-200系列PLC中的CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226内容和编程软件、并以性价比最高的FX2N系列PLC(日本三菱公司)及其计算机编程软件为对比学习机型，融会贯通来实现各种各样的综合自动化系统，包括过程控制、实时控制、特殊任务控制的自动化系统，并以具体的案例加以说明。提示以下`，国内最大通讯及自动化集成制造公司深圳华为OEM的美国艾默生网络能源解决方案及EC20系列PLC，该系列机型完全仿制德国SIEMENS和日本三菱公司的技术路线。目前自动化控制行业最高水平应掌握的知识：

1、自动化系统集成设计（各种PLC系统、DCS系统、单片机智能控制仪器仪表及系统、其它特殊控制任务及其系统）

2、各种交、直流电机及控制电机的控制系统

3、特殊专用设备控制系统(含仪器仪表开发及智能系统开发、成套)4、人机界面（HMI）设计（包括:基础语言如DELPHI6·0开发，触摸屏TP或PT，组态用液晶显示设备，组态软件)

第一章电气控制基础第一节常用低压电器

电器的定义：电器是一种根据外界的信号（机械力、电动力和其它物理量），自动或手动接通和断开电路，从而断续或连续改变电路参数或状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节用的电气元件或设备。详细介绍工厂常用的低压电器如接触器、继电器、行程开关、熔断器等等的国标图形符号、标准代号及设计原理图的方法及注意事项等。第二节基本电气控制电路在掌握了常用的电气图中的图形符号及文字符号（SB、SA、SQ、FU、KM、KA、KT）的基础上，介绍继电-接触器电气控制电路的国标绘制方法，详细介绍常用的异步电动机的点动、正转、反转主电路和控制电路。本章节内容请参阅《可编程序控制器原理及应用》教案的《电气控制基础》电子教案部分。补充：电气控制系统的CAD制图及其国家标准符号的标识◎CADR14最成熟，现有AUTOCAD2002/4等，属于2维设计，还有三维立体设计、设计好三维后可以直接生成其它视图，只不过要求使用高的计算机的内存和速度。工程图语言：以A3为基本图纸，垂直分0~9公10个区、水平A~F公6个位，一张接一张的A3图可以想象出一个大系统的全部图纸。要提醒的是安装图也可以一张A0或A0加长的图纸来绘制，方便现场施工查看。电气控制系统的CAD制图项目代号：

=系统代号

+位置代号

-种类代号：接线端子的次序好以上四个种类代号是绘制和识别电气控制系统工程图纸最基本的要素，请记住并理解，有时间有兴趣的同学可以参考有关部门的国家标准及行业规范。第二章可编程序控制器概述第一节可编程序控制器的由来一、可编程序控制器(ProgrammableController)简称为PC(前些时候或教课书的提法)

可编程序逻辑控制器(ProgrammableLogicController),简称为PLC，只有美国A-B公司注册了PLC商标名(现工控行业常用的说法是PLC)

个人计算机(PersonalComputer)简称PC机以后不加说明讲课用PLC名称(也基本符合当今自动化控制行业说法)

1968年．美国最大的汽车制造厂家——通用汽车公司(GM)提出了研制可编程序控制器的基本设想，即

(1)能用于工业现场。

(2)能改变其控制“逻辑”，而不需要变动组成它的元件和修改内部接线。

(3)出现故障时易于诊断和维修。

1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上第一台PLC。我国1974年研制，77年应用，目前国际知名的中大型PLC几乎没有。二、可编程序控制器的定义

定义：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

补充1：一般的PLC的术语：

可编程序控制器（PLC）:一种采用微处理器技术的通用工业控制装置。采用循环扫描的工作方式，它接收外部发信装置的信号，按用户编制在用户存储器中的程序进行逻辑、定时、记数、移位、数据处理、控制转移等操作，并把结果输出到被控装置。

CPU:PLC的“大脑”，主要由中央处理器、系统存储器、用户存储器等组成，用来接收用户程序和对用户程序进行解释和控制执行。

输入模块:与外部发信装置相接的组件，用来接收外部信号并转换成CPU模块可接收的信号。

输出模块:与外部被控装置相接的组件，根据CPU模块的信号控制外部被控装置。

编程器:用来输入、检查、修改用户程序和监视工作情况及选择CPU工作方式的组件。

计算机编程软件包:用计算机输入、检查、修改用户程序和监视工作情况、选择CPU工作方式、保存用户程序、离线仿真、在线调试等的PC个人计算机编程软件。

用户程序或逻辑:由用户编制的，使PLC完成特定的控制要求的梯形图语句或助记符（命令语）语句。

梯形图语句:适用于一般电气技术人员使用的语言。其语句依据继电器逻辑原理编制。

自诊断监:视PLC自身工作情况并显示所发生的故障的性质和部件。

内部继电器:编程时用户作为逻辑处理中间状态使用的内存单元，其功能类似继电器逻辑控制线路中的中间继电器。

移位寄存器:一组按照用户需求，可以实现有规律地左右移动中间逻辑状态的内存单元。

定时器:可以按照用户需求对某一逻辑状态进行定时控制的内存单元。

记数器:可对某一逻辑状态变化次数进行记数，控制其它所需逻辑的内存单元。

停电记忆:供电电源恢复供电以后，这些内存单元可保持断电以前的逻辑状态。补充2：目前世界自动化产品（主要指的是PLC及其它控制系统、尤其是北美）排名

1、美国ALLEN-BRADLY公司PLC…水处理行业等，该公司注册了PLC的商标，自动化等产品行业第一。

2、MODICON（法国、美国合作的施耐德自动化）…电力行业

3、德国西门子公司…国内占有率较高，系统要求高，业界认为较难学，但类似汇编语言的模式，理解了反而容易掌握。

4、美国GE公司

5、日本三菱公司…亚洲最大，性价较高的自动化产品供应商，没有指定建议使用该系列机器。

6、日本OMRON公司

7、其它…新出的贝加莱PCC可编程计算机控制器第二节PLC的发展概况和发展趋势

一、PLC的发展概况

PLC的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通讯网络技术等高新技术的发展息息相关，这些高新技术的发展推动了PLC的发展，而PLC的发展有对这些高新技术提出了更高、更新的要求，促进了它们的发展。PLC的发展速度十分惊人，目前用PLC设计自动控制系统已经成为世界潮流。PLC的发展大致可分为以下四个阶段。（一）第一阶段

1969年第一台问世到1972年，是PLC的初创阶段。（二）第二阶段

1973年到1978年，是PLC的成熟阶段。（三）第三阶段

1978年到1984年，是PLC的大发展阶段。（四）第四阶段

1984年至今，是PLC的继续发展阶段。

PLC的编程语言除了传统的梯形图、流程图、语句表外，还能用高级语言如BASIC、PASCAL、C语言、数控语言等。

PLC编程的人机对话能力增强，使编程软件得以普及和简化。屏幕对话十分方便灵活，可以进行全屏幕编辑。用户程序在编辑过程中，不但排错、纠错能力加强，还可以进行在线仿真，加快了软件开发的周期。

二、PLC的发展趋势虽然PLC只有30多年的历史，但其发展势头迅猛，目前PLC的年生产增长率仍保持在30~40﹪的水平。成为当今增长速度最快的工业控制器，而且还会继续发展下去。PLC的发展将向两个方向发展：一方面向着大型化发展，另一方面向着小型化发展，以适应不同场合和不同要求的控制需求。（一）大型化

1．增强网络通讯功能。

2．发展智能模块

3.外部故障诊断功能

4．编程语言、编程工具标准化高级化。基于个人计算机的编程软件取代手持式编程器，除PLC特有的梯形图、语句表编程外，还可以用高级语言如BASIC、PASCAL、C语言，便于运算、通讯等较难程序的编制。

5．实现软件、硬件标准化

6．编程组态软件发展迅猛

7．可编程序控制器通信的易用化和“傻瓜化”

8．可编程序控制器的软件化与PC化

9．可编程序控制器与现场总线相结合（二）小型化小型、超小型、微小型PLC不仅便于机电液一体化，也是实现家庭自动化的理想控制器。如SIEMENSE的LOGO，三菱的∝PLC等。一、PLC的主要功能

1.开关量逻辑控制

2模拟量控制

3.闭环过程控制

4.定时控制

5.计数控制

6.顺序（步进）控制

7.数据处理

8.通讯和联网

9.运动控制以上几个方面看到适用于各种各样的自动化控制系统

第三节PLC的主要功能和特点二、PLC的特点

1.可靠性高、抗干扰能力强

2.通用性强、灵活性好、功能齐全

3.编程方法易学、使用方便

4.模块化结构（功能强、性能价格比高）

5.安装简便、调试方便

6.网络通讯

7.其它（PLC体积小、能耗低、便于机电液一体化）

8.硬件配套齐全、用户选择余地大、适应性强可适用于各种各样的自动化控制系统

评判一PLC系统性能的优劣主要看：I/O特殊模块、处理速度、网络通讯等指标。第四节PLC的分类一、按PLC的控制规模分类

1.小型机:I/O点数<256;S7-200和S7-300部分;

三菱:FX系列,A1S系列

部分,Q00J

2.中型机:I/O点数256~1024(2048);S7-300;

三菱:A1S系列部分,An/Q2A/Q系列部分

3.大型机:I/O点数>=1024(2048);S7-400;

三菱:An/Q2A/Q系列部分这种分类其实意义不大,因为没有明确的定义和界限。以后同学们可以把其它的公司的产品加进来同样方法比较。以扩大自己的知识面。

二、按PLC的结构形式分

1．整体式（单元式结构、大板结构）…微小型PLC2．模块式结构…中大型PLC第一：无底部框架板（底板），从小型发展第二：有底板，中大型PLC3．叠装式结构（特殊的）这种分类方法已无严格的定义，实际当中没有太多的意义。三、西门子

可编程序控制器的物理结构

1.整体式（S7—200）外观（图2-2）,这是我们本课程学习的内容。

2.模块式(s7—300和s7—400系列)(图2-3)。

3.S7-200系列可编程序控制器的外部接线

CPU222模块的外部接线图(图2-4)图2-4

CPU222模块的外部接线图第三章可编程序控制器的基本组成和工作原理

第一节可编程序控制器基本组成和工作原理一、PLC的基本组成组成：CPU模块、输入模块、输出模块、编程装置、电源等。可以看到与计算机控制系统十分相似，有的高校计算机控制技术主要学习的就是A-B公司的自动化及网络系统。二、PLC个部分的作用1CPU模块1）CPU

作用：在可编程序控制器控制系统中，CPU模块相当于人的大脑，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。早期的PLC芯片采用X86系列等，现大公司多采用高速位片式。一般不提具体芯片，只提CPU型号2）存储器：作用：存放系统程序，用户程序和数据。系统程序：决定PLC的基本性能，由厂家设计，并存入ROM、EEPROM。用户不能修改。用户程序：根据要求，用PLC的编程语言，编制的程序，用户用编程器写入RAM或EEPROM。类型

(1)随机存取存储器(RAM)用户可以用编程装置读出RAM中的内容，也可以将用户程序写入RAM，它是易失性的存储器，它的电源中断后，储存的信息将会丢失。

(2)只读存储器(ROM)ROM的内容只能读出，不能写入。它是非易失的，它的电源消失后，仍能保存储存的内容。ROM一般用来存放可编程序控制器的系统程序。

(3)可电擦除可编程的只读存储器(EEPROM或E2PROM)

它是非易失性的，但是可以用编程装置对它编程．兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点，但是将信息写入它所需的时间比RAM长得多。EEPROM用来存放用户程序和需长期保存的重要数据。

2I／0模块作用：是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。1）输入模块作用：接收和采集输入信号。输人电路：设有RC滤波电路和光电耦合器。

2）输出模块作用：控制输出设备，执行装置。输出电路：晶体管和场效应管、双向晶闸管，小型继电器。

3编程装置

作用：编程装置用来生成用户程序，并对它进行编辑、检查和修改。1）手持式编程器：不能直接输人和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。2）编程软件编程：用PC机或编程装置（也是PC）在屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的相互转换。

4电源可编程序控制器使用220V（或110V）交流电源或24V直流电源。该内部的电源为各CPU等各个模块提供DC5V、±12V、24V等直流电源。基本上是开关电源。

第二节PLC对继电器控制系统的仿真

一、模拟继电器控制系统的编程方法电气控制系统电路图中，根据电流的大小可分为主电路主电路和控制电路，实际使用中，主电路保持不变，对于控制电路有分为输入部分、逻辑控制部分、输出部分。这种硬接导线的逻辑控制部分更改非常麻烦，随着控制联锁及工艺保护等高要求这几乎不可能实现。在此举例广州630T快锻启动控制进行说明。从而控制电路用PLC及程序代替。对应电力和石化大机组的启动联锁控制尤其重要；也在此举例2006年吉林某石化厂苯泄露酿成的重大事故造成直接经济损失以亿来计算，说明了它的系统有关泄露检测保护方面有严重的缺陷。二、梯形图仿真继电器控制电路举例电动机的起动停止控制电路。梯形图是PLC模拟继电器控制系统的遍程方法。它是由左右母线、触点、线圈或功能方框等构成。课堂教学实战通过S7-200的编程软件和三菱的GPPW编程软件演示和进一步介绍左右母线、触点、线圈或功能方框等构成。第三节PLC的工作原理

一、可编程序控制器的工作方式工作状态：

STOP：停止方式，创建和编辑用户程序，设置PLC的硬件功能，并可下栽到PLC。

RUN:运行方式，执行用户程序实现控制功能。

扫描工作方式。也可下栽程序到PLC中。参阅下页图示。二、可编程序控制器的工作原理

一）循环扫描执行用户程序

1.读取输入

2.执行用户程序

3.通信处理

4.自诊断测试

5.修改输出

6.中断程序的处理

7.立即I／O处理

二）输人／输出滞后时间

是指可编程序控制器的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，一般几十毫秒。这里一般的执行机构最快的反应时间如电磁阀也在几十毫秒以上。

第四章S7-200可编程序控制器的系统配置（重点内容）

第一节S7-200PLC系统的基本构成

构成：S7-200基本单元（也称主机）、个人计算机PC或编程器、STEP7-Micro/WIN32编程软件、专用PC/PPI通讯电缆等。主机有CPU221：10点6I/4O(或6DI/4DO);I0.0~I0.5/Q0.0~Q0.3,CPU222：14点8I/6O;I0.0~I0.7/Q0.0~Q0.5CPU224：24点14I/10O;I0.0~I1.5/Q0.0~Q1.3CPU224XP：24点14I/10O,2AI/1AO；...AIW0,AIW2,AQW0CPU226：40点24I/16O;I0.0~I2.7/Q0.0~Q1.7CPU226XM：高性能的CPU226，24I/16O;I0.0~I2.7/Q0.0~Q1.7总结以上可以看出总的点数以6比4分配输入和输出。点也就是位依据8进制排列I/O点，其它详细指标参阅教材表4-1或系统手册。编程软件是基于Windows的应用软件，是美国人开发的，PC/PPI通讯电缆是专用与连接PC和PLC的。可课堂实战演示和讲解。第二节S7-200PLC的接口模块有数字量接口模块、模拟量接口模块、智能模块一、数字量扩展模块当CPUI／O点数不够时，必须使用扩展模块的I／O点数，有DCDI（直流数字输入），ACDI；DCDO（直流数字输出），ACDO，AC/DCDO；数字量输入输出模块（即有DI也有DO）。二、模拟量模块

1、模拟量输入模块A/D以后称AI(和S7-300一致)，型号EM231(4AI)；滤波→A/D→光偶合器→内部电路。

2、模拟量输出模块D/A称AO，型号EM232（2AO）

3、模拟量输入输出模块EM235(4AI/1AO)；

PLC内部电路→光偶合器→D/A→信号驱动模拟量在CPU中占一个字，最高位是符号位，0到±32000三、智能模块为了满足复杂的控制功能（例如：快速的检测、独立的运算及控制、通讯、网络等等），PLC还需要多种智能模块，以适应工业控制的多种需求。智能模块有处理器、输入输出单元、外部设备接口等组成；它有自身的处理器，是一个独立的自治系统，不依赖主机的运行方式而独立运行。主机PLC运行时，每个扫描周期都要与智能模块交换信息，以便综合处理。这样一来智能模块用来完成特定的任务，而PLC只是对智能模块的信息进行综合处理，PLC可以处理其它更多的工作。常见的智能模块有PID调节模块、高速计数器模块，热电偶、热电阻温度传感器模块，通信模块等。在此给同学们出一道高级的思考题，怎样运用学过的知识设计一智能模块或一套智能控制系统？第三节S7-200PLC的系统配置

一、允许主机所带扩展模块的数量

CPU221不允许带扩展模块

CPU222允许带2扩展模块

CPU224、226、226XM允许7带扩展模块且这7个扩展模块中最多只带2个智能模块

二、CPU输入输出映像区的大小本机I／O有固定的地址，扩展I／0点的地址由模块的类型和模块在同类I／O模块链中的位置来决定。规则（也可参阅系统手册或下一章内容）：

1）同类型输入或输出点的模块进行顺序编址。

2）数字量I／0模块的地址以字节(8位)为单位，未用的位不会分配给I／0链中的后续模块。I对应输入，Q对应输出。

3）模拟量扩展模块以2字节递增的方式来分配地址。AIW对应输入，AQW对应输出。地址分配以0,2,4,6,等开始偶数顺序排列，如AIW0，AIW2；AQW0，AQW2，AQW4等。模拟量的数字值（以一个字来表示）是：单极性：0~32000，双单极性：-32000~0~32000、其中D15位是符号位。

CPU22424点14DI/10DO的I／0地址分配举例。如下页图示：第四节可编程序控制器的安装

模块的安装与拆卸

1.确保与系统相联系的所有断开电源

2.模块的安装与拆卸

3.现场接线端子排与可拆卸的端子连接器。注：参见有关本章补充的硬件内容、硬件配置等。第五章S7-200可编程序控制器的指令系统

重点内容*

可编程序控制器的编程语言与程序结构*存储器的数据类型与寻址方式*顺控类指令:位逻辑指令、比较触点指令

定时器与计数器指令等。*数据类指令（也称功能指令）：传送、数学运算、逻辑运算、数据转换指令。*程序控制类及特殊应用类指令：子程序、

PID、中断指令等(可选)。第一节S7-200PLC编程的基本概念

一、编程语言

S7-200PLC有两种指令集：IECll31-3指令集和SIMATIC指令集。

IECll31-3指令集是国际标准，指令时间较长，用的较少。各PLC厂家有或用各自的编程体系，所以要分别学习。

SIMATIC指令集：是西门子公司专为S7-200PLC设计的编程语言，在该指令集中,大多数指令符合IECll31-3标准。有

(1)顺序功能图(SequentialFunctionChart)。

(2)梯形图(LadderDiagram)。

(3)功能块图(FunctionBlockDiagram)。

(4)语句表(STL)。

(5)结构文本(ST)

常用的是梯形图语言(LadderDiagram)和语句表(STL)，简要介绍如下：

1、梯形图(LAD)

组成：由触点(常开/常闭)、线圈和用方框表示的功能块。参阅图3-3，主要特点或要点有以下内容：1）称M0.0等为中间继电器这一名称，但不是真实继电器，而是软件中编程元件。2）假想的“能流”(PowerFlow)，从左向右流动。3）逻辑运算，从左至右，从上至下。4）线圈放在最右边，触点可无限次使用，线圈不要重复使用。也就是说触点所谓“取之不尽用之不竭”，线圈所谓“唯一控制功能”。2、语句表（STL）语句表（STL）是用助记符来表达PLC的各种控制功能。它类似于微机的汇编语言，但比汇编语言直观易学，编程思路也清晰，因此也是应用很广泛的一种汇编语言。这种汇编语言可以使用简易的编程器编程，但比较抽象，一般与梯形图语言配合使用，互为补充。对于S7系列PLC用梯形图语言难于设计的程序可以使用语句表来完成，尤其对复杂的程序设计显得更为重要。目前，大多数的PLC厂家都有语句表编程和梯形图语言编程功能，但各厂家的互不相同，所以不能兼容，需分别学习和掌握。通常梯形图程序和语句表程序可以互相转化。但是语句表来完成的复杂的程序设计不能转化。我们重点学习梯形图程序设计和部分语句表程序设计。3、功能块图(FBD)

4、结构文本(ST)

结构文本(ST)是为IECll31—3标准创建的一种专用的高级编程语言。与梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简洁和紧凑。

5、顺序功能图(SFC)

这是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序。顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，在顺序功能图中可以用别的语言嵌套编程。步、转换和动作是顺序功能图中的三种主要元件。可以用顺序功能图来描述系统的功能。二、数据类型（一）S7-200指令所用的基本数据类型（其它数据类型不予介绍，可以自看）：基本数据类型数据类型大小 说明 范围布尔

1位 布尔0至1字节

8位 不带符号的字节0至255字节

8位 带符号的字节（SIMATIC模式仅限用于SHRB指令） -128至+127字

16位 不带符号的整数 0至65,535整数

16位 带符号的整数 -32768至+32767双字

32位 不带符号的双整数 0至4294967295双整数

32位带符号的双整数-2147483648至+2147483647实数

32位IEEE32位浮点-10E38~+10E38三、存储器的区域

PLC的存储器分为程序区、系统区、数据区，程序区用于存放用户程序，系统区用于存放有关PLC配置结构的参数，数据区是S7-200CPU提供的存储器的特定区域，它包括I、Q、V、M、S、SM、L、T、C、AI、AQ、AC、HC。数据区空间是用户程序执行过程中的内部工作区域。数据区使CPU的运行更快、更有效。存储器为RAM和EEPROM。1、数据在存储器中存取的方式1位、字节、字和双字位(bit)：二进制数的1位只有O和1两种不同的取值。字节(Byte)：8位二进制数组成1个字节。字(Word)：两个字节。双字（DoubleWord）：两个字。

I、O、V、M、S、SM、L均可按位、字节、字和双字来存取。2、数据的存取方式

I3.2IB3(图3-5)。

VBl00VWl00VDl00。3、不同存储区的寻址（重点掌握内容）

1）输入映像寄存器(I)寻址输入映像寄存器的标识符为I(I0.0-I15.7)，在每个扫描周期的开始，CPU对输入点进行采样，并将采样值存于输入映像寄存器中。

2）输出映像寄存器(Q)寻址输出映像寄存器的标识符为Q(Q0.0～Q15.7)，在扫描周期的末尾，CPU将输出映像寄存器的数据传送给输出模块，再由后者驱动外部负载。3）变量存储器(V)寻址程序执行的过程中存放中间结果，或用来保存与工序或任务有关的其他数据。4）位存储器(M)区寻址内部存储器标志位(M０.0～M31.7)用来保存控制继电器的中间操作状态或其他控制信息。有的书也称中间继电器

5）特殊存储器(SM)标志位寻址特殊存储器用于CPU与用户之间交换信息如SM0.0、SM０.l、SM０.4和SM０.5

6）局部存储器(L)区寻址

S7-200有64个字节的局部存储器，其中60个可以作为暂时存储器，或给子程序传递参数。7）定时器存储器(T)区寻址S7-200有三种时基增量分别为1ms、10ms和100ms定时器。8）计数器存储器(C)区寻址计数器用来累计其计数输入端脉冲电平由低到高的次数，CPU提供加计数器、减计数器和加减计数器。9）顺序控制继电器(S)寻址顺序控制继电器(SCR)位用于组织机器的顺序操作，SCR提供控制程序的逻辑分段。10）模拟量输入(AI)寻址

S7-200将现实世界连续变化的模拟量(如温度、压力、电流、电压等)用A／D转换器转换为1个字长(16位)的数字量，用区域标识符AI、数据长度(w)和字节的起始地址来表示模拟量输入的地址。AIW0,AIW2…11）模拟量输出(AQ)寻址

S7-200将1个字长的数字用D／A转换器转换为现实世界的模拟量，用区域标识符AQ、数据长度(w)和字节的起始地址来表示存储模拟量输出的地址AQW0,AQW2…12）累加器(AC)寻址累加器是可以像存储器那样使用的读／写单元，例如可以用它向子程序传递参数，或从子程序返回参数，以及用来存放计算的中间值。CPU提供了4个32位累加器(AC0-AC3)，可以按字节、字和双字来存取累加器中的数据13）高速计数器(HC)寻址高速计数器用来累计比CPU的扫描速率更快的事件，其当前值和设定值为32位有符号整数，当前值为只读数据。HC0…HC414）常数的表示方法与范围常数值可以是字节、字或双字，CPU以二进制方式存储常数，常数也可以用十进制、十六进制、ASCII码或浮点数形式来四、寻址方式

S7-200有立即寻址、直接寻址、间接寻址

1、立即寻址指令直接给出操作数，操作数紧跟着操作码，在取出指令的同时也就取出了操作数，立即有操作数可用，所以称为立即操作数或立即寻址。立即寻址方式可用于提供常数，设置初始值等。指令中常常使用常数，常数值可分为字节、字、双字型等数据。CPU以二进制方式存储所有常数。指令中可用十进制、十六进制、ASCII码或浮点数形式来表示。十进制、十六进制、ASCII码及的表示格式举例如下：十进制常数：30112；十六进制常数：16#42F；

ASCII码常数：‘INPUT’；二进制常数：2#01011110

浮点数(或实数)常数：+1.11E-10，-1。328465-E102、直接寻址

在指令中直接给出操作数的地址的寻址方式，称为直接寻址。操作数的地址应按规定的格式表示。指令中，数据类型应与指令标识符匹配。不同数据长度的寻址方式举例如下：位寻址：ANDQ5.5

字节寻址:ORBVB33,LB21

字寻址:MOVWAC0,AQW2

双字寻址:MOVDAC0,VD200

注意:使用存储器或寄存器的元件名称和地址编号，直接查找数据，如VW790、VBl00。注意的是低字节存放的是高位的数据。3、间接寻址指令给出了存放操作数的地址的存储单元称为间接寻址,S7-200PLCCPU以变量存储器V,局部存储器L,累加器AC1、AC2、AC3的内容为地址进行间接寻址。可以间接寻址的存储器区域有：I、Q、V、M、S、T（仅当前值）、C（仅当前值）。不可以对独立的位或模拟值进行间接寻址。1）建立指针使用地址指针来存取存储器中的数据，使用前，首先将数据所在单元的内存地址放入地址指针寄存器中，然后根据此地址指针存取数据。只能用V、L或AC１、AC２和AC３作指针,

用

MOVD双字指令建立指针;例如：MOVD＆VB200，AC1

；把32位地址“VB200”送入AC1建立指针。

MOVD是双字指令

＆VB200是源操作数

AC1是目的操作数存放32位地址。又例如MOVD＆VD6，ＡC3MOVD＆MB4，LD8；说明以下“＆”号表示的是地址2）用指针来存取数据（图3-7V199为字节）

3）修改指针例：INCDAC1；用两次，将指针增加两 次，指向下一个字。

INCDAC1

MOVW＊AC1,AC0

；字的传送，

；将AC1所指向的字的数值送AC0其中＊号表示该操作数是指针五、用户程序的结构（参阅STEP7-Micro/WIN32编程软件界面及基本功能）

S7-200的用户程序分为程序分区：主程序、子程序（可选）、中断程序（可选）。主程序（OB1）：是用户程序的主体。CPU在每个扫描周期都要执行一次主程序指令。子程序：是程序的可选部分，只有当主程序调用时才能执行。合理的子程序，可以优化程序结构，减少扫描时间。中断程序：是程序的可选部分，只有当中断事件发生时才能执行。中断程序可以在主程序的任意点执行。六、编程的一般规约

（一）网络Netwok／级Stage／一个回路Circuit／一个行Line

（二）梯形图（三）允许输入端、允许输入端

EN：允许输入端Enable，允许输入端必须存在能流‘能流’， 才能执行功能框的内容。

ENO：允许输出端EnableOutput，允许输出端必须存在能流 ‘能流’，才能把能流传递到下一功能框。也就是说数 据处理时可以多个功能框连续使用。

参阅STEP7-Micro/WIN32编程软件界面及相关的基本功能。第二节S7-200的基本指令及编程方法

S7-200PLC的基本指令多用于开关量逻辑控制，本节着重介绍梯形图指令和语句表指令。编程时应注意各操作数的数据类型及数值范围。CPU对非法的操作数将生成编译错误代码，供查错用，在实际编程时，软件包将予以提示。有关S7-200CPU模块操作数的范围如表5-5所示。一、基本逻辑指令（一）标准触点指令

LD(Load装载)、A(And，与)和O(Or，或)。LDI0.0

;启动自保回路OQ0.0

;自保点AI0.1;停止点=Q0.0;输出路（二）输出指令

1输出=Q0.0M0.0

（三）置位与复位（S、R）

助记符程序LDI0.0S

Q0.0,1;1置位为个数LDI0.1RQ0.0,1;1复位为个数

二、立即I/O指令1、立即(Immediate)触点指令只能用于输入I，执行立即触点指令时，立即读人物理输人点的值，根据该值决定触点的接通／断开状态，但是并不更新该物理输人点对应的映像寄存器。2、立即输出(=I)

只能用于输出量(Q)，执行该指令时，将栈顶值立即写入指定的物理输出位和对应的输出映像寄存器。3、立即置位与立即复位（Sl、Rl）LDI0.0=IQ0.0;立即输出LDI0.1SIQ0.1,1;立即置位LDI0.2RIQ0.1,1;立即复位三、逻辑堆栈操作指令堆栈的基本概念

S7—200有1个9位的堆栈（S0~S8），是个位的存储单元，栈顶用来存储逻辑运算的结果．下面的8位用来存储中间运算结果。堆栈中的数据一般按“先进后出”的原则存取。

1、ALD(AndLoad)指令

并联电路块的串联连接。

OLD指令不需要地址，它相当于需并联的两块电路右端的一段垂直连线。

2、OLD(OrLoad)指令串联电路块的并联连接。

OLD指令不需要地址，它相当于需并联的两块电路右端的一段垂直连线。下图示意OLD后面的两条指令将两个触点并联。

(也可参阅原始西门子手册指令集的位指令部分内容)3、其他堆栈操作指令推入栈(LPS，LogicPush)（见图3-12）。读栈(LRD，LogicRead)弹出栈(LPP，LogicPop)装载（入）堆栈(LDSn，LoadStack，n=1~8)四、取非触点指令和空操作指令

1取反(NOT)3空操作指令五、

正负跳变触点指令正跳变Off-OnPositiveTransition

负跳变On-OffNegativeTransitionLDI0.0EU=Q0.0LDI0.0ED=Q0.0六、定时器与计数器指令

（一）、定时器指令分类：通电延时定时器(TON)

断电延时定时器(TOF)

保持型通电延时定时器(TONR)分辨率:1ms、l0ms和l00ms(也就是最小时间 单位)

1.通电延时定时器(TON)-重点内容LDI2.3TONT37,+4输入／输出 操作数 数据类型Txxx

常量(T0~T255) 字，从０开始记时间单位．IN(LAD) 功率流 布尔IN(FBD) I,Q,M,SM,T,C,V,S,L,功率流 布尔PT VW,IW,QW,MW,SW,SMW,LW,AIW,T,C, AC,常量,*VD,*LD,*AC;(最大32767)整数 （可以是－32768,但是当前值>=PT永远是成立, 延时就没有意义)。定时器类型分辨率最大值计时器号码TONR1毫秒32.767秒T0,T64 10毫秒327.67秒T1-T4,T65-T68 100毫秒3276.7秒T5-T31,T69-T95TON、TOF1毫秒32.767秒T32,T96 10毫秒327.67秒T33-T36,T97-T100

100毫秒3276.7秒T37-T63,T101-T255定时器号和分辨率注意:不能把一个定时器号同时用作TOF和TON,例如不能既有TONT32由有TOFT32！2.断电延时定时器(TOF)。LDI0.0TOFT33,+6;LDT33=Q0.03．保持型通电延时定时器(TONR)(图3-18)。

LDI2.1TONRT2,+10LDI0.3RT2,14．定时器当前值刷新的方法1)1ms定时器2)10ms定时器3)100ms定时器参考有关书籍的解释内容,关于这方面的具体情况在实际程序设计中只要通过上机实验就可以理解了。（二）、计数器指令1.加计数器CTU-重点内容。计数的当前值》=设定值时计数位被置1,同与TONLDI2.4LDI2.5CTUC4,+4（大于等于4后还计数直到32768）输入／输出 操作数 数据类型Cxxx

常量(C0~C255) 字CU(LAD) 功率流 布尔，加计数条件CU(FBD) I,Q,M,SM,T,C,V,S,L,功率流 布尔，加计数条件R(LAD) 功率流 布尔,复位条件R(FBD) I,Q,M,SM,T,C,V,S,L,功率流 布尔PV VW,IW,QW,MW,SMW,LW,AIW,AC,T,C,常量,*VD,*AC, *LD,SW;(最大32767)整数

2.减计数器CTD减计数器:LDI2.4LDI2.5 CTDC4,+43.加减计数器CTUD。

*七、位移位寄存器指令（非重点内容）

位移位寄存器指令SHRB把输入的DATA数值（BOOL型）移入移位寄存器，而该移位寄存器是由S_BIT和N决定的。其中，S_BIT（BOOL型）指定移位寄存器的最低位，N（BYTE行）指定移位寄存器的长度。该指令提供了一种排列和控制产品流或数据流的简单方法。在每个扫描周期，整个移位寄存器移动一位。该指令在实际编程实践中，用到不是很多，但好多教科书用的多，可以选择性的教学。指令的应用实例参阅下页所示。溢出位是SM1.1，每次在EN有效时把I0.3的值移入最低位（N是正值）。N是负值时从最高位移入。``DATA，S_BIT数据类型是BOOL型，取值范围0或多1N数据类型是BYTE型，最大长度64

八、梯形图的设计举例

经验设计法:在典型电路的基础上，根据对控制系统要求，不断地修改和完善梯形图。设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系，它可以用于较简单的梯形图(如手动程序)的设计。（一）梯形图的基本电路

1.启动保持和停止电路

2.延时接通/短开电路

3.闪烁电路（图4-4）。

（二）小车自动往返运动的梯形图设计九、根据继电器电路图设计梯形图的方法（一）概述用PLC的外部硬件接线和梯形图软件来实现继电器控制系统的功能。特点：不需要改动控制面板，操作人员不用改变长期形成的操作习惯。（二）基本方法

1)了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理。

2)确定可编程序控制器的输入信号和输出负载，对应的梯形图中的输入位和输出位的地址，画出可编程序控制器的外部接线图。

3)确定与继电器电路图的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的存储器位(M)和定时器(T)的地址。

4)根据上述对应关系画出梯形图。

例：是某三速异步电动机起动和自动加速的继电器控制电路图，图4-8、图4-9、图4-10。（三）注意事项遵守梯形图语言中的语法规定。置中间单元。

3)尽量减少可编程序控制器的输入信号和输出信号。4)外部联锁电路的设立。5)在串联电路中单个触点应放在右边，在并联电路中单个触点应放在下向。

6)外部负载的额定电压。十、顺序控制设计法与顺序功能图（一）顺序控制设计法

1．用经验设计法设计梯形图时，没有一套同定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性，对于不同的控制系统，没有一种通用的容易掌握的设计方法。梯形图往往很难阅读，系统的维修和改进困难。

2．定义：所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用F，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。

3.顺序控制设计法的基本思想：将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步(step)，并用编程元件(M和S)来代表各步。a.步的划分:根据输出量的状态,在任何一步之内，各输出量的ON／OFF状态不变，但是相邻两步输出量的状态是不同的。b.转换条件:使系统由当前步进入下一步的信号。（二）顺序功能图1．顺序功能图的由来功用：描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计可编程序控制器的顺序控制程序的有力工具。组成：步、有向连线、转换、转换条件、动作2.步

1）表示方法：用矩形方框，方框中可以用数字，编程元件的地址作为步的编号。图4-12是某组合机床动力头的进给运动示意图和输入输出信号时序图。

2）初始步：与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初始步用双线方框表示。

3）与步对应的动作或命令。

4）活动步：系统正处于某一步所在的阶段时．该步处于活动状态。3．有向连线与转换条件

1）有向连线：从上到下或从左至右箭头不标，反之标出。

2）转换：用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示，将相邻两步隔开。

3）转换条件：转换条件是与转换相关的逻辑命题，转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注在表示转换的短线的旁边。

4．基本结构1）单序列2）选择序列3）并列序列4）顺序功能图举例5．转换实现的基本规则

1）转换实现的条件

(1)该转换所有的前级步都是活动步。

(2)相应的转换条件得到满足。

2）转换实现应完成的操作

(1)使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步。

(2)使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步。6．注意事项

(1)两个步绝对不能直接相连必须用一个转换将它们隔开。

(2)两个转换也不能直接相连必须用一个步将它们隔开。

(3)初始步一般对应于系统等待起动的初始状态，始步是必不可少。

(4)自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程，一般应有由步和有向连线组成的闭环，即在完成一次工艺过程的全部操作之后，应从最后一步返回初始步，系统停留在初始状态(单周期，图4-12)，在连续循环工作方式时，将从最后一步返回下一工作周期开始运行的第一步(图4-17)。(5)只有当某一步的前级步是活动步时，该步才有可能变成活动步

定义:根据顺序功能图设计梯形图的方法。方法:使用起保停电路；以转换为中心；使用控制继电器。十一、顺序控制继电器指令

1.锅炉的鼓风机和引风机梯形图设计2.输出电路的设计方法。：

1）某一输出量仅在某一步中为ON，将它的线圈与对应步的存储器位（M0.2）的线圈并联。

2）某一输出在几步中都为ON，将代表各有关步的存储器位的常开触点并联后，驱动该输出的线圈。（M0.1～MO.3的常开触点并联驱动Q0.O的线圈）3.梯形图与顺序功能图的对应关系特点：这种设计方法特别有规律。在设计复杂的顺序功能图的梯形图时既容易掌握，又不容易出错。4.某组合机床的动力头控制系统梯形图设计（图5-8）注意：使用这种编程方法时，不能将输出位的线圈与置位指令和复位指令并联。5、使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法1）顺序控制继电器指令顺序控制继电器s专门用于编制顺序控制程序。

装载顺序控制继电器(LoadSequenceControlRelay)指令LSCRn：表示一个SCR段即顺序功能图中的步的开始。顺序控制继电器结束(sequenceControlRelayEnd)指令SCRE：表示SCR段的结束。顺序控制继电器转换(sequenceControlRelayTransition)指令SCRTn:表示SCR段之间的转换，即步的活动状态的转换。

使用SCR时有如下的限制：不能在不同的程序中使用相同的s位；不能在SCR段中使用JMP及LBL指令，即不允许用跳转的方法跳人或跳出SCR段；不能在SCR段中使用FOR、NEXT和END指令。2）编程方法某小车运动的梯形图设计。3）具有多种工作方式的系统的顺序控制梯形图设计方法

概述多种工作方式：手动和自动(包括连续、单周期、单步、自动返回初始状态等)手动程序比较简单，一般用经验法设计，复杂的自动程序一般根据系统的顺序功能图用顺序控制法设计。梯形图总体结构：选择手动工作方式时手动开关I2.0为1状态，将跳过自动程序，执行公用程序和手动程序。选择自动工作方式时I2.0为O状态，将跳过手动程序，执行公用程序和自动程序。

例：某机械手用来将工件从A点搬运到B点(图5-16)，控制面板（图5-17），外部接线图（图5-18）。4）使用起保停电路的编程方法

1公用程序功用：(见图5-19a)自动程序和手动程序相互切换的处理。2手动程序（图5-19b）3.自动程序顺序功能图（图5-20）梯形图（图5-21）4.自动回原点程序

第三节S7-200的功能指令概述为了满足工业控制的需要，PLC生产厂家为PLC增添了过程控制，数据处理和特殊功能指令，这些指令我们称为功能指令。类型：传送、移位及填充指令；算术运算及逻辑运算指令；数据转换指令；高速处理指令；通信指令；PID指令。重点掌握内容：传送，比较，算术运算及逻辑运算；数据转换；一、数据处理指令

SIMATIC数据传送指令1字节、字、双字和实数的传送将输人的数据(IN)传送到输出(OUT)，传送过程中不改变数的大小。

2字节、字、双字的块传送指令将从输入地址(JN)开始的N个数据传送到输出地址(OUT)开始的N个单-元，N=l255，N为字节变量字节、字、双字、实数传送及实数加法指令

LD

I0.0

MOVB2,MB0

AENO

MOVW+3000,VW10

AENO

MOVD+300,VD0

AENO

MOVR0.222,MD1

+R

1234.568,MD13字节交换指令字节交换SWAP(swapBytes)指令交换输人字(IN)的高字节与低字节。

4宇节立即读写指令字节立即读MOV—BIR(MoveByteImmediateRead)指令读取IN输入端给出的1个字节的物理输入点(IB)，并将结果写入OUT。

字节立即写MOVBIW(MoveByteImmediateWrite)指令将输入(IN)给出的1字节数值写入OUT端给出的物理输出点(0B)。两条指令的IN和OUT都是字节变量。二、数学运算指令1、四则运算指令1）加减法指令分为整数、双整数、实数加减法指令，参阅STEP7-Micro/WIN32的演示程序2）乘除法指令分为整数、双整数、实数乘除法指令，参阅STEP7-Micro/WIN32的演示程序3）加1与减1指令操作数可以是字节、字、双字，指令它影响特殊存储器位SM1.0(零),SM1.1(溢出),SM1.2(负)。

整数加、减、乘、除指令

LD

I0.0

+I

+111,VW0

AENO

-I

+1,VW0

AENO

MOVWVW0,AC0

AENO

*I

+1234,AC0

MOVWAC0,VW2

/I

+234,VW22、数学功能指令数学功能指令的操作数均为实数1）平方根指令参阅STEP7-Micro/WIN32的演示程序2）自然对数指令参阅STEP7-Micro/WIN32的演示程序3）自然指数指令参阅STEP7-Micro/WIN32的演示程序4）其它函数指令等，需用时查指令手册。VD0、MD0为实数，程序如下：LDI0.0SQRTMD0,AC0 ；平方根指令AENOLNMD0,AC1 ；自然对数指令AENOEXPMD0,AC2 ；自然指数指令LDI0.0SINVD0,VD4

；函数指令AENOCOSVD0,VD8AENOTANVD0,AC0三、SIMATIC逻辑运算指令

逻辑运算指令的操作数均为无符号数1、逻辑“与”指令操作数的数据类型可分为字节、字、双字2、逻辑“或”运算指令操作数的数据类型可分为字节、字、双字3、逻辑“异或”运算指令操作数的数据类型可分为字节、字、双字4、取反指令操作数的数据类型可分为字节、字、双字以上请参阅STEP7-Micro/WIN32的演示程序四、移位和循环移位指令移位和循环移位指令均为无符号数1、右移位右移N位操作数的数据类型可分为字节、字、双字

2、左移位指令左移N位操作数的数据类型可分为字节、字、双字

3、循环右移位指令循环右移N位操作数的数据类型可分为字节、字、双字

4、循环左移位指令循环左移N位操作数的数据类型可分为字节、字、双字五、数据转换功能指令1、BCD码与整数的转换BCDI和IBCDBCD码转为整数指令BCDI0~9999转为整数整数转为BCD码指令IBCD

输入的整数的范围是0~99992、双字整数与实数的转换双字整数转换为实数本DTR

实数转换为双字整数可分为四舍五入取整ROUND和舍去尾数取整TRUNC3、双字整数与整数的转换

4、字节与整数转换5、译码与编码指令译码DECO

编码ENCO6、段码指令（SEG）7、ASCII码与十六进制的转换指令8、补充：数码显示用日本和泉公司DD31数码管，它是用8421码四根数据线驱动显示的，再外加一个锁定线，可以分时多位传送。

六、表功能指令1、填表、查表指令2、先进先出、后进先出指令3、存储器填充指令参阅STEP7-Micro/WIN32的演示程序七、程序控制环指令1、有条件结束指令END

条件成立时结束主程序。无条件结束指令MEND在主程序结束时加上，STEP7-Micro/WIN32软件自动在主程序结束时加上MEND。2、暂停指令（STOP）3、监控定时器复位指令（WatchdogReset,WDR）4、跳转与标号指令

跳转指令JMP(Jump),标号LBL(Label)标号指令用来指示跳转指令的目的位置。JMP与LBL指令中的操作数n为常数0～255。5、循环指令

FOR指令表示循环的开始，NEXT指令表示循环的结束，注意事项：

(1)如果启动了FOR／NEXT循环，除非在循环内部修改了结束值，否则循环就一直进行，直到循环结束。

(2)再次启动循环时，