第2章 西门子S7-200系列可编程控制器介绍 本章要点 西门子S7-200 CPU224可编程控制器的结构、性能指标 扩展模块介绍 S7-200系列可编程控制器编址、寻址方式 可编程控制器元件功能及地址分配

2.1 S7-200系列PLC概述 西门子S7系列可编程控制器分为S7-400、S7-300、S7-200三个系列，分别为S7系列的大、中、小型可编程控制器系统。S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号。

（1）集成的24V电源 可直接连接到传感器和变送器执行器，CPU 221和CPU222具有180mA 输出。CPU224输出280mA，CPU 226、CPU 226XM输出400mA 可用作负载电源。

（2）高速脉冲输出 具有2 路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达20KHz，用于控制步进电机或伺服电机，实现定位任务。

（3）通信口 CPU 221、CPU222和CPU224具有1个RS-485通信口。CPU 226、CPU 226XM具有2个RS-485通信口。支持PPI、MPI通信协议，有自由口通信能力。

（4）模拟电位器 CPU221/222有1个模拟电位器，CPU224/226/226XM有2个模拟电位器。模拟电位器用来改变特殊寄存器（SMB28，SMB29）中的数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。

（5）中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。 （6）EEPROM 存储器模块 可作为修改与拷贝程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作 。

（7）电池模块 用户数据（如标志位状态、数据块、定时器、计数器）可通过内部的超级电容存储大约5 天。选用电池模块能延长存储时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。

（8）不同的设备类型 CPU 221~226 各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。

（9）数字量输入/输出点 CPU 221具有6个输入点和4个输出点；CPU 222具有8个输入点和6个输出点；CPU 224 具有14个输入点和10个输出点；CPU226/226XM 具有24个输入点和16个输出点。CPU22X主机的输入点为24V直流双向光电耦合输入电路，输出有继电器和直流（MOS型）两种类型。

（10）高速计数器 CPU 221/222有4个30KHz高速计数器，CPU224/226/226XM有6个30KHz的高速计数器，用于捕捉比CPU扫描频率更快的脉冲信号。

2.2 S7-200系列CPU224型PLC的结构

2.2.1 CPU224型PLC外型及端子介绍 CPU224型，其输入、输出、CPU、电源模块均装设在一个基本单元的机壳内，是典型的整体式结构。当系统需要扩展时，选用需要的扩展模块与基本单元连接。如图所示

2. CPU224型PLC端子介绍 （1）基本输入端子CPU224输入电路参见下图 注：1实际元件值可能有变 2可接受极性 3接地可选

（2）基本输出端子 输出端子 24V直流电源 PLC晶体管输出输出端子

（3）高速反应性 （4）模拟电位器模拟电位器用来改变特殊寄存器（SM28，SM29）中的数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。 （5）存储卡该卡位可以选择安装扩展卡。扩展卡有EEPROM存储卡，电池和时钟卡等模块。存储卡用于用户程序的拷贝复制

2.2.2 CPU224型PLC的结构及性能指标 CPU224型可编程控制器主要由CPU、存储器、基本I/O接口电路、外设接口、编程装置、电源等组成。

2.2.3 PLC的CPU的工作方式 1. CPU的工作方式 CPU前面板上用两个发光二极管显示当前工作方式，绿色指示灯亮，表示为运行状态，红色指示灯亮，表示为停止状态，在标有SF指示灯亮时表示系统故障，PLC停止工作。 （1）STOP（停止） （2）RUN（运行）

2. 改变工作方式的方法 （1）用工作方式开关改变工作方式 工作方式开关有3个挡位：STOP、TERM（Terminal）、RUN。 3把方式开切到TERM（暂态）或RUN位，允许STEP7- Micro/WIN32软件设置CPU工作状态。 如果工作方式开关设为STOP或TERM，电源上电时，CPU自动进入STOP工作状态。设置为RUN时，电源上电时，CPU自动进入RUN工作状态。

（2）用编程软件改变工作方式。 把方式开关切换到TERM（暂态），可以使用STEP 7-Micro/WIN32编程软件设置工作方式。

（3）在程序中用指令改变工作方式 在程序中插入一个STOP指令，CPU可由RUN方式进入STOP工作方式。

2.3 扩展功能模块 2.3.1 扩展单元及电源模块

1. 扩展单元 扩展单元没有CPU，作为基本单元输入/输出点数的扩充，只能与基本单元连接使用。不能单独使用。S7-200的扩展单元包括数字量扩展单元，模拟量扩展单元，热电偶、热电阻扩展模块，PROFIBUS-DP通信模块。

2. 电源模块 外部提供给PLC的电源，有24VDC、220VAC两种，根据型号不同有所变化。 （1）有扩展模块连接时，如果扩展模块对5VDC电源的需求超过CPU的5V电源模块的容量，则必须减少扩展模块的数量。 （2）当+24V直流电源的容量不满足要求时，可以增加一个外部24V直流电源。具体参数可以参看下表。

型号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 CPU226MX 用户数据存储器类型 EEPROM 程序空间（永久保存） 2048字 4096 4096字 8192字 用户数据存储器 1024字 2560字 5120字 数据后备（超级电容）典型值/H 50 190 主机I/O点数 6/4 8/6 14/10 24/16 可扩展模块 无 2 7 24V传感器电源最大电流/电流限制(mA) 180/600 280/600 400/约1500 最大模拟量输入/输出 16/16 28/7或14 32/32 240V AC电源CPU输入电流/最大负载电流(mA) 25/180 35/220 40/160 24V DC电源CPU输入电流/最大负载(mA) 70/600 120/900 150/1050 为扩展模块提供的DC5V电源的输出电流 - 最大340mA 最大660mA 最大1000mA 内置高速计数器 4（30KHz） 6（30KHz） 高速脉冲输出 2（20KHz） 模拟量调节电位器 1个 2个 实时时钟 有（时钟卡） 有（内置） RS-485通信口 1 各组输入点数 4,2 4,4 8,6 13,11 各组输出点数 4（DC电源） 1,3（AC电源） 6（DC电源） 3,3（AC电源） 5,5（DC电源） 4,3,3（AC电源） 8,8（DC电源） 4,5,7（AC电源）

电源的技术指标 特性 24V电源 AC电源 电压允许范围 20.4～28.8V 85～264V，47～63Hz 冲击电流 10A，28.8V 内部熔断器（用户不能更换） 3A，250V慢速熔断 2A，250V慢速熔断

数字量输入技术指标 项目 指标 输入类型 漏型/源型 输入电压额定值 24V DC “1”信号 15～35V，最大4mA “0”信号 0～5V 光电隔离 500V AC，1min 非屏蔽电缆长度 300m 屏蔽电缆长度 500m

数字量输出技术指标 特性 24V DC输出 继电器型输出 电压允许范围 20.4～28.8V —— 逻辑1信号最大电流 0.75A（电阻负载） 2A（电阻负载） 逻辑0信号最大电流 10μA 灯负载 5W 30W DC/200W AC 非屏蔽电缆长度 150m 屏蔽电缆长度 500m 触点机械寿命 10 000 000次 额定负载时触点寿命 100 000次

2.3.2 常用扩展模块介绍 1.数字量扩展模块 S7-200PLC系列目前总共可以提供3大类共9种数字量输入输出扩展模块，见下表。 类型 型号 各组输入点数 各组输出点数 输入扩展模块 EM221 EM221 24V DC输入 4，4 —— EM221 230V AC输入 8点相互独立 输出扩展模块 EM222 EM222 24V DC输出 EM222 继电器输出 EM222 230V AC双向晶闸管输出 输入/输出 扩展模块 EM223 EM223 24V DC输入/继电器输出 4 EM223 24V DC输入/24VDC输出 8，8 4，4，8 4，4，4，4

2. 模拟量扩展模块模拟量扩展模块提供了模拟量输入/输出的功能 1最佳适应性 2灵活性模拟量扩展模块的数据如表所示。 EM231 EM232 EM235 点数 4路模拟量输入 2路模拟量输出 4路输入，1路输出

3. 热电偶、热电阻扩展模块 EM231热电偶模块用于七种热电偶类型J 、K、 E、N、 S、 T 和R 型。用户必须用DIP 开关来选择热电偶的类型，连到同模块上的热电偶必须是相同类型。外型如图所示。

4. PROFIBUS-DP通信模块

2.4 S7-200系列PLC内部元器件 2.4.1 数据存储类型

1. 数据的长度 在计算机中使用的都是二进制数，其最基本的存储单位是位(bit)，8位二进制数组成1个字节(Byte)，其中的第0位为最低位(LSB)，第7位为最高位(MSB)，如图2-7所示。两个字节（16位）组成1个字(Word)，两个字（32位）组成1个双字（Double word），如图2-7所示。把位、字节、字和双字占用的连续位数称为长度。 如图所示

2. 数据类型及数据范围 S7-200系列PLC的数据类型可以是字符串、布尔型（0或1）、整数型和实数型（浮点数）。布尔型数据指字节型无符号整数；整数型数包括16位符号整数（INT）和32位符号整数（DINT）。实数型数据采用32位单精度数来表示。数据类型、长度及数据范围如下表所示。

数据类型、长度及数据范围 数据的长度、类型 无符号整数范围 符号整数范围 十进制 十六进制 字节B（8位） 0～255 0～FF -128～127 80～7F 字W（16位） 0～65 535 0～FFFF -32 768～32 767 8000～7FFF 双字D（32位） 0～4 294 967 295 0～FFFFFFFF -2 147 483 648～ 2 147 483 647 80000000～7FFFFFFF 位（BOOL） 0、1 实数 -1038～1038 字符串 每个字符串以字节形式存储，最大长度为255个字节，第一个字节中定义该字符串的长度

3. 常数 S7-200的许多指令中常会使用常数。常数的数据长度可以是字节、字和双字。CPU以二进制的形式存储常数，书写常数可以用二进制、十进制、十六进制、ASCII码或实数等多种形式。书写格式如下： 十进制常数：1234 ； 十六进制常数：16#3AC6 ；二进制常数：2#1010 0001 1110 0000 ASCII码：“Show”；实数（浮点数）：+1.175495E-38（正数）， -1.175495E-38（负数）

2.4.2 编址方式 1. 位编址位编址的指定方式为：（区域标志符）字节号·位号，如I0.0；Q0.0；I1.2。 2. 字节编址字节编址的指定方式为：（区域标志符）B（字节号），如IB0表示由I0.0～I0.7这8位组成的字节。 3. 字编址字编址的指定方式为：（区域标志符）W（起始字节号），且最高有效字节为起始字节。例如VW0表示由VB0和VB1这2字节组成的字。 4. 双字编址双字编址的指定方式为：（区域标志符）D（起始字节号），且最高有效字节为起始字节。例如VD0表示由VB0到VB3这4字节组成的双字。

2.4.3 寻址方式 1. 直接寻址直接寻址是在指令中直接使用存储器或寄存器的元件名称（区域标志）和地址编号，直接到指定的区域读取或写入数据。有按位、字节、字、双字的寻址方式，如下图所示 数据类型、长度及数据范围 数据的长度、类型 无符号整数范围 符号整数范围 十进制 十六进制 字节B（8位） 0～255 0～FF -128～127 80～7F 字W（16位） 0～65 535 0～FFFF -32 768～32 767 8000～7FFF 双字D（32位） 0～4 294 967 295 0～FFFFFFFF -2 147 483 648～ 2 147 483 647 80000000～7FFFFFFF 位（BOOL） 0、1 实数 -1038～1038 字符串 每个字符串以字节形式存储，最大长度为255个字节，第一个字节中定义该字符串的长度

2. 间接寻址间接寻址时操作数并不提供直接数据位置，而是通过使用地址指针来存取存储器中的数据。在S7-200中允许使用指针对I、Q、M、V、S、T、C（仅当前值）存储区进行间接寻址（1）使用间接寻址前，要先创建一指向该位置的指针。 （2）指针建立好后，利用指针存取数据。如图所示。

2.4.4 元件功能及地址分配

1. 输入映像寄存器（输入继电器） （1）输入映像寄存器的工作原理输入继电器是PLC用来接收用户设备输入信号的接口。PLC中的“继电器”与继电器控制系统中的继电器有本质性的差别，是“软继电器”，它实质是存储单元 （2）输入映像寄存器的地址分配S7-200输入映像寄存器区域有IB0～IB15共16个字节的存储单元。系统对输入映像寄存器是以字节（8位）为单位进行地址分配的

2. 输出映像寄存器（输出继电器） （1）输出映像寄存器的工作原理 ,“输出继电器”是用来将输出信号传送到负载的接口，每一个“输出继电器”线圈都与相应的PLC输出相连，并有无数对常开和常闭触点供编程时使用 （2）输出映像寄存器的地址分配,S7-200输出映像寄存器区域有QB0～QB15共16个字节的存储单元。系统对输出映像寄存器也是以字节（8位）为单位进行地址分配的

3. 变量存储器V 变量存储器主要用于存储变量。可以存放数据运算的中间运算结果或设置参数，在进行数据处理时，变量存储器会被经常使用。变量存储器可以是位寻址，也可按字节、字、双字为单位寻址，其位存取的编号范围根据CPU的型号有所不同，CPU221/222为V0.0~V2047.7共2KB存储容量，CPU224/226为V0.0~V5119.7共5KB存储容量。

4. 内部标志位存储器（中间继电器）M 内部标志位存储器，用来保存控制继电器的中间操作状态，其作用相当于继电器控制中的中间继电器，内部标志位存储器在PLC中没有输入/输出端与之对应，其线圈的通断状态只能在程序内部用指令驱动，其触点不能直接驱动外部负载，只能在程序内部驱动输出继电器的线圈，再用输出继电器的触点去驱动外部负载。

5. 特殊标志位存储器SM PLC中还有若干特殊标志位存储器, 特殊标志位存储器位提供大量的状态和控制功能，用来在CPU和用户程序之间交换信息，特殊标志位存储器能以位、字节、字或双字来存取，CPU224的SM的位地址编号范围为SM0.0~SM179.7共180个字节。其中SM0.0～SM29.7的30个字节为只读型区域。

6. 局部变量存储器L 　 局部变量存储器L用来存放局部变量，局部变量存储器L和变量存储器V十分相似，主要区别在于全局变量是全局有效，即同一个变量可以被任何程序（主程序、子程序和中断程序）访问。而局部变量只是局部有效，即变量只和特定的程序相关联。

7. 定时器T PLC所提供的定时器作用相当于继电器控制系统中的时间继电器。每个定时器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用。其设定时间由程序设置。

8. 计数器C 计数器用于累计计数输入端接收到的由断开到接通的脉冲个数。计数器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用，其设定值由程序赋予。

9. 高速计数器HC 一般计数器的计数频率受扫描周期的影响，不能太高。而高速计数器可用来累计比CPU 的扫描速度更快的事件。高速计数器的当前值是一个双字长（32位）的整数，且为只读值。

10. 累加器AC 累加器是用来暂存数据的寄存器，它可以用来存放运算数据、中间数据和结果。CPU提供了4个 32位的累加器，其地址编号为AC0~AC3。累加器的可用长度为32位，可采用字节、字、双字的存取方式，按字节、字只能存取累加器的低8位或低16位，双字可以存取累加器全部的32 位。

11. 顺序控制继电器S（状态元件） 顺序控制继电器是使用步进顺序控制指令编程时的重要状态元件，通常与步进指令一起使用以实现顺序功能流程图的编程。

12. 模拟量输入/输出映像寄存器（AI/AQ） S7-200的模拟量输入电路是将外部输入的模拟量信号转换成1个字长的数字量存入模拟量输入映像寄存器区域，区域标志符为AI。

2.5 习题 1. S7-200系列PLC有哪些编址方式？ 2. S7-200系列CPU224 PLC有哪些寻址方式？ 6. 常见的扩展模块有几类？扩展模块的具体作用是什么？ 7. PLC需要几个外电源？说明各自的作用？