第3章 S7-200可编程序控制器 3.1 S系列PLC发展概述 3.2 S7-200 PLC系统组成 3.3 编程元件及程序知识 3.3 编程元件及程序知识 3.4　相关设备 3.5　工业软件

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 返回本章首页

3.1　S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。 返回本章首页

3.2 S7-200 PLC系统组成 3.2.1 系统基本构成 3.2.2 主机结构 3.2.3 扫描周期及工作方式 3.2.1　系统基本构成 3.2.2　主机结构 3.2.3　扫描周期及工作方式 3.2.4　输入输出扩展 3.2.5　主机性能指标 返回本章首页

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CPU 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。

3.2.1 系统基本构成 SIMATIC S7-200系统由硬件和工业软件两大部分构成，如图3.1所示。 3.2.1　系统基本构成 SIMATIC S7-200系统由硬件和工业软件两大部分构成，如图3.1所示。 图3.1　S7-200 PLC系统组成

系统基本构成 1. 硬件 （1）基本单元 （2）扩展单元 （3）特殊功能模块 （4）相关设备 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

3.2.2 主机结构 图3.2 S7-200主机外形 1. 各CPU介绍及I/O系统 （1）主机外形 3.2.2　主机结构 1. 各CPU介绍及I/O系统 （1）主机外形 SIMATIC S7-200系统CPU 22X系列PLC主机（CPU模块）的外形如图3.2所示： 图3.2　S7-200主机外形

（2）基本结构特点 输出信号类型 电源输出 基本I/O 存储安全 高速反应 模拟电位器 实时时钟 输入输出可扩展性

4种CPU各有晶体管输出和8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3.1所示。

SIMATIC S7-200系统CPU 22X系列PLC主机及I/O特性如表3.2所示。

2. 存储系统 （1）存储系统 （2）存储器及使用 （3）存储安全

图3.3　存储系统

表3.3　存储容量

（2）存储器及使用 上装和下装用户程序 定义存储器保持范围 用程序永久保存数据 存储器卡的使用

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。 （3）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。 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

3.2.3　扫描周期及工作方式 1. 扫描周期 2. 工作方式 3. 改变CPU工作方式的方法 图3.4　CPU的扫描周期

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

2. 工作方式 （1）STOP方式 （2）RUN方式

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STEP 7-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

3.2.4　输入输出扩展 1. 设备连接 2. 最大I/O配置的预算 3. 输入输出及CPU组态

1. 设备连接 图3.5　I/O扩展示意图

2. 最大I/O配置的预算 （1）映像寄存器数量 （2）电流提供 （3）模块电流 （4）电流预算规则

（2）电流提供 各CPU所能提供的最大5VDC电流如表3.4所示。

（3）模块电流 CPU 22X可连接的各扩展模块消耗5VDC电流如表3.5所示。

3. 输入输出及CPU组态 （1）I/O点数扩展和编址 （2）设置输入滤波 （3）设置脉冲捕捉 （4）输出表配置 （5）定义存储器保持范围

例如，某一控制系统选用CPU 224，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。 本系统可有多种不同模块的选取组合，表3.6所示为其中的一种可行的系统输入输出组态状况。

若按表3.6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3.6所示为其中的一种模块连接形式。 图3.6　扩展连接图

S7-200 CPU为每个主机数字量输入提供了脉冲捕捉功能，它可以使主机能够捕捉小于一个扫描周期的短脉冲，并将其保持到主机读到这个信号，但前提是只有通过滤波器后，脉冲捕捉才有效。此外，在一个给定的扫描周期内如果有不只一个脉冲，则只有第一个脉冲可以被捕捉到，几种情况下的脉冲捕捉波形如图3.7所示。 图3.7　脉冲捕捉波形图

表3.7　22X主机主要技术指标 返回本节

3.2.5　主机性能指标 S7-200 22X各主机的主要技术性能指标如下表3.7所示。 返回本节

3.3 编程元件及程序知识 3.3.1　编程元件及寻址 3.3.2　指令系统 3.3.3　编程语言 3.3.4 程序结构 返回本章首页

3.3.1　编程元件及寻址 1. 数据类型 2. 直接寻址方式 3．间接寻址方式

1. 数据类型 （1）数据类型及范围 SIMATIC S7-200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3.8所示。

（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3.9所示。

2. 直接寻址方式 （1）编址形式 按位寻址的格式为：Ax.y 2. 直接寻址方式 （1）编址形式 按位寻址的格式为：Ax.y 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。其寻址格式为：Ay 数据寻址格式为：ATx

（2）各元件介绍 输入继电器（I） 输出继电器（Q） 通用辅助继电器（M） 特殊标志继电器（SM） 变量存储器（V） 局部变量存储器（L） 顺序控制继电器（S）

定时器（T） 计数器（C） 模拟量输入映像寄存器（AI）、模拟量输出映像寄存器（AQ） 高速计数器（HC） 累加器（AC）

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3.10所示。

      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3.8 所示。图3.8中MSB表示最高位，LSB表示最低位。 图3.8　位寻址格式

3．间接寻址方式 间接寻址方式是，数据存放在存储器或寄存器中，在指令中只出现所需数据所在单元的内存地址的地址。存储单元地址的地址又称为地址指针。这种间接寻址方式与计算机的间接寻址方式相同。间接寻址在处理内存连续地址中的数据时非常方便，而且可以缩短程序所生成的代码的长度，使编程更加灵活。 用间接寻址方式存取数据需要作的工作有3种：建立指针、间接存取和修改指针。

（1）建立指针 建立指针必须用双字传送指令（MOVD），将存储器所要访问的单元的地址装入用来作为指针的存储器单元或寄存器，装入的是地址而不是数据本身，格式如下： 例： MOVD &VB200,VD302 MOVD &MB10,AC2 MOVD &C2,LD14 注意：建立指针用MOVD指令。

（2）间接存取 指令中在操作数的前面加“*”表示该操作数为一个指针。 下面两条指令是建立指针和间接存取的应用方法： MOVD &VB200，AC0 MOVW *AC0，AC1 若存储区的地址及单元中所存的数据如下所示 执行过程如下：

（3）修改指针 下面的两条指令可以修改指针的用法： INCD AC0 MOVW *AC0，AC1 返回本节

3.3.2　指令系统 S7-200 系列PLC主机中有两类基本指令集：SIMATIC指令集和IEC 1131-3指令集，程序员可以任选一种。提供了许多类型的指令以完成广泛的自动化任务。 SIMATIC指令集：是为S7-200系列PLC设计的，本指令通常执行时间短，而且可以用LAD、STL和FBD三种编程语言。 IEC 1131-3指令集是不同PLC厂家的指令标准，它不能使用STL编程语言。 返回本节

3.3.3　编程语言 1. 语句表 2. 梯形图 3. 功能块图 4. 其他编程语言

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，STEP 7 Micro/Win32的语句表如图3.9所示。 图3.9　语句表举例

2. 梯形图 图3.10　梯形图举例

3. 功能块图 功能块图（FBD）的图形结构与数字电子电路的结构极为相似，如下图3.11所示。

4. 其他编程语言 SIMATIC工业软件中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-Pro C/C++ （2）S7-GRAPH （3）S7-HiGraph （4）CFC

（1）S7-SLC和 M7-Pro C/C++ S7-SLC的语言与PASCAL非常相似，如图3.12所示。 图3.12　SLC语言

（2）S7-GRAPH 图3.13　顺序流程图

（3）S7-HiGraph 它借助于状态图来描述异步过程。用于装置和过程，以及可能的转移状态的图形描述。

图3.14 状态图

（4）CFC CFC（连续功能图）是在原来的CSF（控制系统流程图）的基础上发展起来的，它通过绘制过程控制流程图，将各程序块在版面上布置，然后将它们相互连接即可。 控制系统流程图如图3.15所示。 返回本节

图3.15 连续功能图

3.3.4 程序结构 1. 用户程序 （1）主程序 （2）子程序 （3）中断处理程序 2. 数据块 3. 参数块

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3 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3.16所示。 图3.16　程序结构 返回本节

3.4　相关设备 3.4.1　手编器 3.4.2　计算机 3.4.3　人机界面 3.4.4　特殊功能模块 返回本章首页

3.4.1　手编器 工业上用的各厂商的可编程序控制器的使用中，手编器曾是主要编程设备，后来出现了图形输入设备，又出现了计算机编程软件。通过通信设备，使PLC和计算机相连，用编程软件可直接在计算机上编程，由于计算机的显示器屏幕较大，对程序的编制和修更加方便高效。但即使是现在，手编器的使用仍十分广泛，特别是用小型和微型PLC实现的小规模系统。 返回本节

3.4.2　计算机 计算机包括个人计算机和工业计算机，在可编程序控制器系统的工业应用中发挥着越来越重要的作用，几乎PLC系统从工程项目开发、编程、调试到系统的运行和维护，计算机越来越成了不可缺少的工具。 返回本节

3.4.3 人机界面 1. 构造特点 文本显示区：可显示两行信息（每行20个字符）的液晶显示LCD 。 按键：共有9个键 。 3.4.3　人机界面 1. 构造特点 文本显示区：可显示两行信息（每行20个字符）的液晶显示LCD 。 按键：共有9个键 。 通信：通过TD/CPU电缆（通用RS232接口）可以提供可编程序控制器与TD 200的通信，同时可以提供TD的电源，而不必再另接电源。 电源：如果不用TD/CPU通信电缆，可以通过面板右侧的电源接口连接外部电源。

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

3.4.4　特殊功能模块 1. 数字量扩展模块 2. 模拟量扩展模块 3. 热电偶、热电阻模块 4. 通信扩展模块 5. 现场设备接口模块

1. 数字量扩展模块 数字量扩展模块主要有： EM221 数字量输入模块，24V，8输入。 EM222　数字量输出模块，24V，8输出。 EM223　数字量混合模块，24V。 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，2W，12位。 EM232：2模拟输出点，2W，12位。 EM235：4模拟输入点，1模拟量输出点，2W，12位。 3. 热电偶、热电阻模块 EM231为1.8W，15位，模拟量输入。

EM277 PROFIBUS-DP模块用于PLC现场总线通信连接。波特率可从9600~12M波特。 4. 通信扩展模块 EM277 PROFIBUS-DP模块用于PLC现场总线通信连接。波特率可从9600~12M波特。 5. 现场设备接口模块 CP 243-2通信处理器是AS-I主站连接部件，专门用于S7-200 CPU 22x，连接的同时显著增加了S7-200可利用的I/O点数。 返回本节

3.5　工业软件 3.5.1　应用和特点 3.5.2 工业软件的类型 返回本章首页

3.5.1　应用和特点 1. 应用 它为自动化工程项目的所有阶段提供如下方便使用的功能：硬件和通信的规划、配置和参数的赋值；用户编程；文件编制；系统测试、起动、服务；过程控制；归档。

2. 特点 采用多种标准 共享数据管理 工具系统集成化 开放化的系统 可重用的程序段 集成的诊断功能 返回本节

3.5.2 工业软件的类型 1. 标准工具 标准工具是SIMATIC S7/M7/C7自动化系统进行编程的基础，SIMATIC系列标准工具及其适用范围如表3.12所示。

2. 工程工具 工程工具主要包括： 编程员用的高级语言； 技术专家用的图形语言； 诊断、仿真、远程维护和工厂文件编制等用的辅助软件。

3. 运行软件 运行软件种类很多，以下是几个常用的运行软件： 1）SIMATIC S7的控制，例如：标准控制、模块化和模糊控制系列软件； 2）将自动化系统连接到Windows应用程序的程序接口工具； 3）SIMATIC M7的实时操作系统。

操作员面板和系统组态用的软件，如Protool和Protool/Life等； 4. 人机接口 人机接口包括： 操作员面板和系统组态用的软件，如Protool和Protool/Life等； 用于过程诊断的可选软件包ProAgent； Windows 95/NT用的高性能可视化工具系统WinCC。 返回本节

THANK YOU VERY MUCH ！ 本章到此结束， 谢谢您的光临！ 结 束 返回本章首页