S7-200可编程序控制器介绍

第2章S7-200可编程序控制器简介2.1S7-200PLC系统组成2.2编程相关知识S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第1页!本章学习目的本章以西门子公司生产的S7-200系列小型可编程序控制器为例，介绍具体型号的PLC，内容包括：l

S系列PLC发展概述l

S7-200可编程序控制器的系统组成l

编程元件及程序知识l

相关设备l

常用工业软件返回本章首页S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第2页!2.1S7-200PLC系统组成2.1.1S系列PLC发展概述2.1.2系统基本构成2.1.3主机结构2.1.4扫描周期及工作方式2.1.5输入输出扩展2.1.6主机性能指标返回本章首页S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第3页!2.1.1S系列PLC发展概述德国的西门子（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。其代可编程序控制器是1975年投放市场的SIMATICS3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SIMATICS5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SIMATICS7、M7和C7等几大系列。S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第4页!CPU221无扩展功能，适用于作小点数的微型控制器。CPU222有扩展功能，CPU224是具有较强控制功能的控制器。CPU226适用于复杂的中小型控制系统，可扩展到248点数字量和35路模拟量，有两个RS-485通讯接口。S7-200CPU的指令功能强，有传送、比较、移位、循环移位、调用子程序、跳转、数制转换、算术运算、字逻辑运算、开平方、三角函数和PID控制等指令。采用主程序、最多8级子程序和中断程序的程序结构。用户程序可以设4级口令保护。S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第5页!系统基本构成1.硬件（1）基本单元（电源、CPU、存储器和基本I/O）（2）扩展单元（3）特殊功能模块（4）相关设备（编程设备、人机界面、网络设备等）2.工业软件工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序、文档及其规则的总和，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几大类构成。返回本节S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第6页!S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第7页!4种CPU各有晶体管输出和继电器输出两种类型，具有不同电源电压和控制电压。各类型的型号如表2.1所示。PLC的继电器输出类型最为常用,输出接口可使用交流或直流两种电源,其输出信号的通断频率不能太高.2A输出。晶体管输出信号的的通断频率高,只能使用直流电源DC.0。75A的输出表2.1

CPU型号S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第8页!2.存储系统由RAM随机存取存储器和EEPRON可电擦除可编程的只读存储器两种类型的存储器构成

表2.3存储容量S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第9页!2.1.4s7-200扫描周期及工作方式

1.扫描周期2.工作方式（STOP、RUN）3.改变CPU工作方式的方法图2.4CPU的扫描周期S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第10页!2.工作方式

（1）STOP方式（2）RUN方式S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第11页!2.1.5输入输出扩展

1.扩展模块2.功能扩展模块3.I/O点数扩展和编址S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第12页!（1）数字量扩展模块可以选用8点、16点、32点和64点的数字量输入/输出模块，来满足控制要求。连接时CPU模块放在最左侧，扩展模块用扁平电缆与左侧的模块相连。数字量扩展模块主要有：EM221数字量输入模块，24V，8I输入。EM222数字量输出模块，24V，8O输出。EM223数字量混合模块，24V，（4I/4O、8I/8O、16I/16O）。S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第13页!A）PLC对模拟量的处理在工业控制中，某些输入量（例如：压力、温度、流量、转速等）是模拟量。某些执行机构（例如电动调节阀和变频器）要求PLC输出模拟信号，而PLC的CPU只能处理数字量。模拟量首先被传感器和变送器转换为标准量程的电流或电压，PLC用A/D转换器将它们转化成数字量。带正负号的电流或电压在A/D转换后用二进制补码表示。D/A转换器将PLC中的数字量转化为模拟电压或电流，再去控制执行机构．模拟量扩展模块的主要任务就是实现A/D转换和D/A转换。S7-200有５种模拟量扩展模块。S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第14页!（3）.热电偶、热电阻模块EM231为1.8W，15位，模拟量输入。4路输入热电偶模块EM231可以与J、K、E、N、S、T和R型热电偶配套使用，用模块上的PID开关来选择热电偶的类型。2路输入热电阻模块EM231可以通过PID开关来选择热电阻的类型、接线方式、测量单位和开路故障的方向。连接到同一个扩展模块上的热电阻必须是相同类型的。（4）.通信扩展模块EM277PROFIBUS-DP从站模块，用于PLC现场总线通信连接。波特率可从9600~12M波特。S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第15页!3.扩展I/O的编址

例如，某一控制系统选用CPU224，系统所需的输入输出点数各为：数字量输入24点、数字量输出20点、模拟量输入6点、模拟量输出2点。CPU224本机带有14输入和10输出本系统可有多种不同模块的选取组合，表2.5所示为其中的一种可行的系统输入输出组态状况。S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第16页!S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第17页!2.1.6主机性能指标

S7-20022X各主机的主要技术性能指标如下表2.6所示。返回本节表2.6

22X主机主要技术指标S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第18页!2.2编程相关知识

2.2.1编程元件及寻址2.2.2存储器的划分2.2.3

编程语言2.2.4程序结构返回本章首页S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第19页!1.软元件（1）软元件定义软元件是PLC内部的具有一定功能的器件，由电子电路和寄存器及存储单元等组成，它们都有继电器特性，但没有机械性的触点，称为软元件和软继电器。例如：PLC内部软元件输入/输出继电器是由输入/输出电路和输入/输出映像寄存器构成；定时器和计数器由特定功能寄存器构成；（2）软元件的地址PLC内部根据软元件的功能不同，分成许多区域，如输入/输出继电器区，定时器区、计数器区、特殊继电器区等，这些区分别用I、Q、T、C、SM等表示，软元件的地址编排可采用区域号加区域内编号的方式。如输入继电器可用I1.0(可表示为第2个模块的第1个通道)表示S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第20页!（4）物理接点与映像区的对应关系（a）本机I/O物理接点与映像寄存器有固定的对应关系，采用的是固定编址法，并且本机I/O总是占据从0开始的地址。（b）扩展模块I/O物理接点与映像寄存器的对应关系，是通过在CPU本机模块的右边连接I/O模块来增加I/O物理端口形成I/O链的，模块端口的地址由I/O端口的类型和它在I/O链中的位置来决定。S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第21页!（2）常数在编程中经常会使用常数。常数数据长度可为字节、字和双字，在机器内部的数据都以二进制存储，但常数的书写可以用二进制、十进制、十六进制、ASCII码或浮点数（实数）等多种形式。几种常数形式分别如表2.8所示。S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第22页!上表中：A:元件名称，即该数据在数据存储器中的区域地址，如I,Q,T等T:数据类型若为字节、字、双字，则T取值应该为B、W和DX：字节地址Y:字节内的位地址（1）位寻址的格式Ax.y（如I0.0、Q0.0）（2）特殊器件的寻址格式存储区内另有一些元件是具有一定功能的硬件，由于元件数量很少，所以不用指出元件所在存储区域的字节，而是直接指出它的编号，这类元件包括定时器（T)、计数器(C)、高速计数器(HC)和累加器（AC）.如T10,AC0数据寻址格式为：ATx（3）字节、字和双字的寻址格式需指明元件名称、数据类型和存储区域内的首字节地址。如VB100v-变量存储器B-访问一个字节100-字节地址VW100v-变量存储器W-访问一个字100-字节地址VD100v-变量存储器D-访问一个双字100-字节地址S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第23页!2.2.2存储器的划分1、存储器的划分1）系统存储器用来存放生产厂家编写的系统程序，用户不能直接更改。2）用户存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第24页!2）一般输入映像区中的位“继电器”与输入端子一一对应。当输入回路中有电流时，该输入位“继电器”为1，其常开触点“闭合”，常闭触点“断开”。当输入回路中没有电流时，该输入位“继电器”为0，其常开触点“断开”，常闭触点“闭合”。输出映像区中的位“继电器”与输出端子一一对应。当输出位“继电器”为1，其常开触点“闭合”，使输出回路导通。当输入位“继电器”为0，其常开触点“断开”，使输出回路断电。S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第25页!2.2.3编程语言

1.语句表2.梯形图3.功能块图4.其他编程语言S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第26页!2.梯形图（LAD）LAD(梯形图)语言是一种图形式的PLC编程语言,它沿用了电气工程师熟悉的继电器控制原理图的形式,如继电器的接点、线圈、串并联术语和图形符号等,同时还吸收了计算机的特点,加进了许多功能强而又使用灵活的指令,对电气工程师来说,梯形图形象、直观、编程容易.

S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第27页!梯形图的特点：（1）梯形图的“能流”只能严格地从左向右流动。（2）梯形图以软件逻辑代替硬件布线来实现逻辑控制和运算等功能，梯形图中流过的电流不是物理电流，而是概念“能流”。它是用户在程序执行过程中满足输出执行条件的形象表示方式。（3）梯形图中与I/O设备相连的输入触点和输出线圈不是物理触点和线圈，是软元件，用户程序的执行是根据PLC内的I/O状态寄存器的内容，与现场开关的实际状态有时并不相同。输入映像寄存器并不能完全看成现场所接的开关或按钮，特别是现场PLC输入端接常闭按钮时。梯形图是所有PLC编程语言的首选。S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第28页!4.其他编程语言

SIMATIC工业软件中（STEP7/WIN32、STEP7-Mini/WIN32、STEP7-Micro/WIN32）的工程工具中为大型或中型PLC提供了许多高级编程工具，以下简要其中的几种：（1）S7-SLC和M7-ProC/C++（2）S7-GRAPH（3）S7-HiGraph（4）CFCS7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第29页!如果编程使用的是手编器，主程序应安排到程序的最前面。其他部分的位置安排没有严格的顺序，但习惯上把子程序安排在中断程序的前面。如图2.15所示。图2.15程序结构返回本节S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第30页!

2.主要功能可以显示从CPU主机读出的信息（如读取指令、数据、当前值及状态）；可以调整运行中选定的程序变量；可以提供对输入输出点的强制功能；可以为实时时钟设置日期和时间；支持多种语言形式的菜单和提示并支持中文。返回本节S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第31页!作业1.简述S7-200系列PLC的系统基本构成。2.S7-200系列PLC数据类型有哪些？寻址方法有哪些？举例说明。S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第32页!从CPU模块的功能来看，SIMATICS7-200系列小型可编程序控制器发展至今，大致经历了两代：代产品其CPU模块为CPU21X，主机都可进行扩展，它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU212，CPU214，CPU215和CPU216，对代PLC产品不再作具体介绍。第二代产品其CPU模块为CPU22X，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：CPU221，CPU222，CPU224和CPU226。S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第33页!2.1.2系统基本构成

SIMATICS7-200系统由硬件和工业软件两大部分构成，如图2.1所示。图2.1S7-200PLC系统组成编程工具CPU主机人机界面通讯设备扩展模块功能模块S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第34页!2.1.3主机结构

1.各CPU介绍及I/O系统（1）主机外形SIMATICS7-200系统CPU22X系列PLC主机（CPU模块）的外形如图2.2所示：主机包括CPU、电源、基本I/O集成在一个独立设备中图2.2S7-200主机外形图S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第35页!（2）基本结构特点输出信号类型电源输出基本I/O高速反应输入输出可扩展性S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第36页!SIMATICS7-200系统CPU22X系列PLC主机及I/O特性如表2.2所示。表2.2主机及I/O特性2S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第37页!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。5）可选的存储器卡可使用户像使用计算机磁盘一样来方便地备份和装载程序和数据。返回本节S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第38页!1.扫描周期

（1）输入处理（2）执行程序（3）处理通信请求（4）执行CPU自诊断测试（5）写数字输出S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第39页!3.改变CPU工作方式的方法

1）用PLC上的方式开关来手动切换，方式开关有3个挡位。2）用STEP7-Micro/Win32编程软件，应首先把主机的方式开关置于TERM或RUN位置，然后在此软件平台用鼠标单击STOP和RUN方式按钮即可。3）在用户程序中用指令由RUN方式转换到STOP方式，前提是程序逻辑允许中断程序的执行。返回本节S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第40页!1.扩展模块CPU22X的各扩展模块如表2.4所示图2.5I/O扩展示意图S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第41页!（2）模拟量扩展模块模拟量扩展模块主要有：EM231：4模拟输入点EM232：2模拟输出点EM235：4模拟输入点，1模拟量输出点S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第42页!B)模拟量输入模块模拟量输入模块有多种量程，可以用模块上的DIP开关来设置。EM231模拟量输入模块有５挡量程，EM235模块的输入信号有16挡量程。C)将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理量转换时应考虑变送器的输入／输出量程和模拟量输入模块的量程，找出被测物理量与A/D转化后的数字值之间的比例关系。S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第43页!2.模块的连接与安装图2.5I/O扩展示意图S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第44页!若按表2.5的扩展方式，各模块在I/O链中的位置排列方式也可以有多种，图2.5所示为其中的一种模块连接形式。图2.5扩展连接图S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第45页!扩展模块编地址原则:(1)同类型输入或输出点的模块进行顺序编址(2)对于数字量输入/输出映像寄存器单位长度为8位(3)对于模拟量输入以2字节(1个字)递增方式分配空间S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第46页!返回本节S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第47页!2.2.1编程元件及寻址

1.编程元件(或称软元件)2.数据类型3.直接寻址方式S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第48页!（3）软元件介绍输入继电器（I）：一般都有一个PLC的输入端子与之对应，用于接受外部开关信号。当外部开关信号闭合，则输入继电器的线圈得电，在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。输出继电器（Q）：通用辅助继电器（M）：类似中间继电器，在PLC中无输入输出端子与之对应，不能驱动外部负载，起内部逻辑控制作用特殊标志继电器（SM）：PLC内部反映设备状态和运算结果信息。如SM1.2数学运算为负置1变量存储器（V）：存放中间结果局部变量存储器（L）：存放局部变量顺序控制继电器（S）：用在顺序控制或步进控制中定时器（T）：使用时提前输入设定值，当输入触发条件满足时开始计时，当计时满后，定时器触点动作。计数器（C）：使用时提前输入设定值，当输入触发条件满足时开始计数，当计数满后，计数器触点动作。模拟量输入映像寄存器（AI）、模拟量输出映像寄存器（AQ）(AIW0AQW2)高速计数器（HC）：累计高速脉冲累加器（AC）：提供4个累加器AC0-AC3，暂存数据的寄存器

S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第49页!2、数据类型（1）数据类型及范围SIMATICS7-200系列PLC数据类型可以是布尔型、整型和实型（浮点数）。实数采用32位单精度数来表示，其数值有较大的表示范围：正数为+1.175495E-38～+3.402823E+38；负数为-1.175495E~38～-3.402823E+38。不同长度的整数所表示的数值范如表2.7所示。S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第50页!S7-200将编程元件统一归为存储器单元，存储单元按字节进行编址，无论所寻址的是何种数据类型，通常应指出它在所在存储区域和在区域内的字节地址。每个单元都有惟一的地址，地址用名称和编号两部分组成，元件名称（区域地址符号）如表2.9所示。3、直接寻址方式S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第51页!

按位寻址的格式为：Ax.y必须指定元件名称、字节地址和位号，如图2.7所示。图2.7中MSB表示最高位，LSB表示最低位。图2.7位寻址格式S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第52页!2、数据区域的理解在PLC中把用户程序可以存取的区域称为数据区域。1）存储器的常用单位有位、字节、字、双字等。二进制数的一位称为一位，一位存储器有“0”或“1”两种状态，继电器也只有线圈“通电”或“断电”两种状态，因此可以将一位存储器看做是一个“软”继电器。如果，该位的状态为“0”，则认为该软继电器线圈“断点”常开触点断开。如位状态是“1”，则认为该软继电器线圈“通电”常开触点闭合。这样PLC的存储器就可以看成是很多的“继电器”S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第53页!3）将存储器的位看作内部继电器，用于在程序中作为条件执行，一般又称这些继电器为中间继电器，根据它们起的作用和使用方式的不同，给它们分别以定时器、保持继电器等名称进行形象命名。4）存储器中还有一类位“继电器”被称为标志位或控制位。标志位可以被PLC程序自动置“1”或“0”来反映PLC的特别操作运行状态，用户程序可以根据需要使用这些标志位。与标志位对应的是控制位。控制位由用户程序设置为“1”或“0”来影响PLC系统程序的运行，并产生特定的操作。S7-200可编程序控制器介绍共61页，您现在浏览的是第54页!1.语句表

语句表（STL）语言类似于计算机的汇编语言，特别适合于来自计算机领域的工程人员。用指令助记符创建用户程序，属于面向机器硬件的语言，STEP7Micro/Win32