S7-200西门子PLC基础教程 王淑英 第2章 PLC的结构及编程软件的使用新

1、第第2 2章章 PLCPLC的结构的结构及编程软件的使用及编程软件的使用 S7-200系列系列PLC的外部结构的外部结构2.1 S7-200系列系列PLC的性能的性能2.2 PLC的编程语言与程序结构的编程语言与程序结构2.3 S7-200系列系列PLC的内存结构及寻址方式的内存结构及寻址方式2.4 2.1.1 PLC各部件的功能 S7-200系列系列PLC有有CPU 21X和和CPU 22X两代产品，外部结构如图两代产品，外部结构如图2-1所示。它所示。它是整体式是整体式PLC，它将输入，它将输入/输出模块、输出模块、CPU模块、电源模块均装在一个机壳内，当系模块、电源模块均装在一个机壳内，

2、当系统需要扩展时，可选用需要的扩展模块与统需要扩展时，可选用需要的扩展模块与基本单元（主机）连接。基本单元（主机）连接。图图2-1 S7-200系列系列PLC外部结构外部结构 2.1.2 输入/输出接线 输入输入/输出模块电路是输出模块电路是PLC与被控设备与被控设备间传递输入间传递输入/输出信号的接口部件。各输入输出信号的接口部件。各输入/输出点的通输出点的通/断状态用断状态用LED显示，外部接线显示，外部接线就接在就接在PLC输入输入/输出接线端子上。输出接线端子上。 S7-200系列系列CPU 22X主机的输入回路主机的输入回路为直流双向光耦合输入电路，输出有继电为直流双向光耦合输入电路

3、，输出有继电器和场效应晶体管两种类型，用户可根据器和场效应晶体管两种类型，用户可根据需要选用。需要选用。 1输入接线输入接线 CPU 224的主机共有的主机共有14个输入点个输入点（I0.0I0.7、I1.0I1.5）和）和10个输出点个输出点（Q0.0Q0.7、Q1.0Q1.1）。）。 2输出接线输出接线 CPU 224的输出电路有场效应晶体管的输出电路有场效应晶体管输出电路和继电器输出电路两种供用户选输出电路和继电器输出电路两种供用户选用。在场效应晶体管输出电路中，用。在场效应晶体管输出电路中，PLC由由24 V直流电源供电，负载采用了直流电源供电，负载采用了MOSFET功率器件，所以只能

4、用直流电源为负载供功率器件，所以只能用直流电源为负载供电。电。 输出端分成两组，每一组有输出端分成两组，每一组有1个公共端，个公共端，共有共有1L、2L两个公共端，可接入不同电压两个公共端，可接入不同电压等级的负载电源。输入等级的负载电源。输入/输出接线图如图输出接线图如图2-2所示。所示。图图2-2 CPU 224输入输入/输出接线图输出接线图 2.2.1 CPU模块性能 PLC的的CPU性能主要描述性能主要描述PLC的存储的存储器能力、指令运行时间、各种特殊功能等。器能力、指令运行时间、各种特殊功能等。这些技术性指标是选用这些技术性指标是选用PLC的依据，的依据，S7-200 PLC的的C

5、PU的主要技术指标如表的主要技术指标如表2-1所所示。示。 2.2.2 I/O模块性能 PLC的的I/O模块性能主要是描述模块性能主要是描述I/O模模块电路的电气性能，如电流、电压的大小，块电路的电气性能，如电流、电压的大小，通断时间，隔离方式等。通断时间，隔离方式等。CPU 22X系列系列PLC的输入特性如表的输入特性如表2-2所示，输出特性如所示，输出特性如表表2-3所示。所示。 2.3.1 PLC的编程语言 IEC 61131-3详细地说明了下述详细地说明了下述5种编种编程语言，如图程语言，如图2-3所示。所示。 图图2-3 PLC的编程语言的编程语言 1顺序功能图顺序功能图 这是一种位

6、于其他编程语言之上的图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，步、能图提供了一种组织程序的图形方法，步、转换和动作是顺序功能图中的转换和动作是顺序功能图中的3种主要组件。种主要组件。 2梯形图梯形图 梯形图是使用最多的梯形图是使用最多的PLC图形编程语图形编程语言。梯形图与继电器言。梯形图与继电器接触器控制系统的接触器控制系统的电路图相似，具有直观易懂的优点。电路图相似，具有直观易懂的优点。 梯形图由触点、线圈和用方框表示的梯形图由触点、线圈和用方框表示的功能块组成。触点代表逻辑输入条件，如功能块

7、组成。触点代表逻辑输入条件，如外部的开关、按钮、内部条件等。线圈通外部的开关、按钮、内部条件等。线圈通常代表逻辑输出结果，用来控制外部的指常代表逻辑输出结果，用来控制外部的指示灯、接触器、内部的输出条件等。功能示灯、接触器、内部的输出条件等。功能块用来表示定时器、计数器或数学运算等块用来表示定时器、计数器或数学运算等指令。指令。 图图2-4中的中的I0.0或或M0.0的触点接通时，的触点接通时，有一个假想的有一个假想的“能流能流”流过流过Q0.0线圈。利线圈。利用能流这一概念，可以帮助我们更好的理用能流这一概念，可以帮助我们更好的理解和分析梯形图，而能流只能是从左向右解和分析梯形图，而能流只能

8、是从左向右流动。流动。图图2-4 梯形图梯形图 3功能块图功能块图 功能块图是一种类似于数字逻辑电路功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，该编程语言用类似与门、或的编程语言，该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示量，输入、输出端的小圆圈表示“非非”运运算，方框用导线连接在一起，能流就从左算，方框用导线连接在一起，能流就从左向右流动。图向右流动。图2-5中的控制逻辑与图中的控制逻辑与图2-4中中的控制逻辑完全相同。的控制逻辑完全相同。

9、图图2-5 功能块图功能块图 4指令表指令表 S7系列系列PLC将指令表又称为语句表。将指令表又称为语句表。语句表是一种与计算机的汇编语言中的指语句表是一种与计算机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，由指令组成语句令相似的助记符表达式，由指令组成语句表程序。表程序。 5结构文本结构文本 结构文本是一种专用的高级编程语言，结构文本是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，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。编写的程序非常简洁和紧凑。 6编程语言的相互转换和选用编程语言的相互转换和选用 在在S7-200 PLC编程软件中，用户常选编程软件中，用户

10、常选用梯形图和语句表编程，编程软件可以自用梯形图和语句表编程，编程软件可以自动切换用户程序使用的编程语言。动切换用户程序使用的编程语言。 2.3.2 S7-200的程序结构 S7-200系列系列PLC，CPU的控制程序由的控制程序由主程序、子程序和中断程序组成。主程序、子程序和中断程序组成。 1主程序主程序 主程序是程序的主体，每一个项目都主程序是程序的主体，每一个项目都必须并且只能有一个主程序。在主程序中必须并且只能有一个主程序。在主程序中可以调用子程序和中断程序。可以调用子程序和中断程序。 主程序通过指令控制整个应用程序的主程序通过指令控制整个应用程序的执行，每个扫描周期都要执行一次主程序

11、。执行，每个扫描周期都要执行一次主程序。因为各个程序都存放在独立的程序块中，因为各个程序都存放在独立的程序块中，各程序结束时不需要加入无条件结束指令各程序结束时不需要加入无条件结束指令或无条件返回指令。或无条件返回指令。 2子程序子程序 子程序仅在被其他程序调用时执行。子程序仅在被其他程序调用时执行。同一个子程序可以在不同的地方被多次调同一个子程序可以在不同的地方被多次调用。使用子程序可以简化程序代码和减少用。使用子程序可以简化程序代码和减少扫描时间。扫描时间。 3中断程序中断程序 中断程序用来及时处理与用户程序的中断程序用来及时处理与用户程序的执行时序无关的操作，或者不能事先预测执行时序无关

12、的操作，或者不能事先预测何时发生的中断事件。中断程序不是由用何时发生的中断事件。中断程序不是由用户程序调用，而是在中断事件发生时由操户程序调用，而是在中断事件发生时由操作系统调用。中断程序是用户编写的。作系统调用。中断程序是用户编写的。 2.4.1 内存结构 S7-200系列系列PLC的数据存储区按存储的数据存储区按存储器存储数据的长短可划分为字节存储器、器存储数据的长短可划分为字节存储器、字存储器和双字存储器字存储器和双字存储器3类。类。 字节存储器有字节存储器有7个，如输入映像寄存器个，如输入映像寄存器（I）、输出映像寄存器（）、输出映像寄存器（Q）、变量存储）、变量存储器（器（V）、位存

13、储器（）、位存储器（M）、特殊存储器）、特殊存储器（SM）、顺序控制继电器（）、顺序控制继电器（S）、局部变）、局部变量存储器（量存储器（L）；字存储器有）；字存储器有4个，如定时个，如定时器（器（T）、计数器（）、计数器（C）、模拟量输入映像）、模拟量输入映像寄存器（寄存器（AI）和模拟量输出映像寄存器）和模拟量输出映像寄存器（AQ）；双字存储器有）；双字存储器有2个，如累加器个，如累加器（AC）和高速计数器（）和高速计数器（HC）。）。 1输入映像寄存器输入映像寄存器 输入映像寄存器是输入映像寄存器是PLC用来接收用户用来接收用户设备发来的输入信号。输入映像寄存器与设备发来的输入信号。输入

14、映像寄存器与PLC的输入点相连，如图的输入点相连，如图2-6（a）所示。）所示。编程时应注意，输入映像寄存器的线圈必编程时应注意，输入映像寄存器的线圈必须由外部信号来驱动，不能在程序内部用须由外部信号来驱动，不能在程序内部用指令来驱动。因此，在程序中输入映像寄指令来驱动。因此，在程序中输入映像寄存器只有触点，而没有线圈。存器只有触点，而没有线圈。图图2-6 输入输入/输出映像寄存器示意图输出映像寄存器示意图 输入映像寄存器地址的编号范围为输入映像寄存器地址的编号范围为I0.0I15.7。 I、Q、V、M、SM、L均可以按字节、均可以按字节、字、双字存取。字、双字存取。 2输出映像寄存器输出映像

15、寄存器 输出映像寄存器用来存放输出映像寄存器用来存放CPU执行程执行程序的数据结果，并在输出扫描阶段，将输序的数据结果，并在输出扫描阶段，将输出映像寄存器的数据结果传送给输出模块，出映像寄存器的数据结果传送给输出模块，再由输出模块驱动外部的负载，如图再由输出模块驱动外部的负载，如图2-6（b）所示。）所示。 若梯形图中若梯形图中Q0.0的线圈通电，对应的的线圈通电，对应的硬件继电器的常开触点闭合，使接在标号硬件继电器的常开触点闭合，使接在标号Q0.0端子的外部负载通电，反之则外部负端子的外部负载通电，反之则外部负载断电。载断电。 在梯形图中每一个输出映像寄存器常在梯形图中每一个输出映像寄存器常

16、开和常闭触点可以多次使用。开和常闭触点可以多次使用。 3变量存储器变量存储器 变量存储器用来在程序执行过程中存变量存储器用来在程序执行过程中存放中间结果，或者用来保存与工序或任务放中间结果，或者用来保存与工序或任务有关的其他数据。有关的其他数据。 4位存储器位存储器 位存储器（位存储器（M0.0M31.7）类似于继）类似于继电器电器接触器控制系统中的中间继电器，接触器控制系统中的中间继电器，用来存放中间操作状态或其他控制信息。用来存放中间操作状态或其他控制信息。虽然名为虽然名为“位存储器位存储器”，但是也可以按字，但是也可以按字节、字、双字来存取。节、字、双字来存取。 S7-200系列系列PL

17、C的的M存储区只有存储区只有32个个字节（即字节（即MB0MB29）。如果不够用可）。如果不够用可以用以用V存储区来代替存储区来代替M存储区。可以按位、存储区。可以按位、字节、字、双字来存取字节、字、双字来存取V存储区的数据，存储区的数据，如如V10.1、VB0、VW100、VD200等。等。 5特殊存储器特殊存储器 特殊存储器用于特殊存储器用于CPU与用户之间交换与用户之间交换信息，例如信息，例如SM0.0一直为一直为1状态，状态，SM0.1仅仅在执行用户程序的第一个扫描周期为在执行用户程序的第一个扫描周期为1状态。状态。SM0.4和和SM0.5分别提供周期为分别提供周期为1 min和和1

18、s的时钟脉冲。的时钟脉冲。SM1.0、SM1.1和和SM1.2分别分别为零标志位、溢出标志和负数标志，各特为零标志位、溢出标志和负数标志，各特殊存储器的功能见附表殊存储器的功能见附表1。 6顺序控制继电器顺序控制继电器 顺序控制继电器又称状态组件，与顺顺序控制继电器又称状态组件，与顺序控制继电器指令配合使用，用于组织设序控制继电器指令配合使用，用于组织设备的顺序操作，以实现顺序控制和步进控备的顺序操作，以实现顺序控制和步进控制。可以按位、字节、字或双字来取制。可以按位、字节、字或双字来取S位，位，编址范围编址范围S0.0S31.7。 7局部变量存储器局部变量存储器 S7-200 PLC有有64

19、个字节的局部变量存个字节的局部变量存储器，编址范围为储器，编址范围为LB0.0LB63.7，其中，其中60个字节可以用作暂时存储器或者给子程个字节可以用作暂时存储器或者给子程序传递参数。序传递参数。 局部变量存储器和变量存储器很相似，局部变量存储器和变量存储器很相似，主要区别在于局部变量存储器是局部有效主要区别在于局部变量存储器是局部有效的，变量存储器则是全局有效。全局有效的，变量存储器则是全局有效。全局有效是指同一个存储器可以被任何程序（如主是指同一个存储器可以被任何程序（如主程序、中断程序或子程序）存取，局部有程序、中断程序或子程序）存取，局部有效是指存储区和特定的程序相关联。效是指存储区

20、和特定的程序相关联。 8定时器定时器 PLC中定时器相当于继电器系统中的中定时器相当于继电器系统中的时间继电器，用于延时控制。时间继电器，用于延时控制。S7-200 PLC有有3种定时器，它们的时基增量分别为种定时器，它们的时基增量分别为1 ms、10 ms和和100 ms，定时器的当前值寄存器是，定时器的当前值寄存器是16位有符号的整数，用于存储定时器累计位有符号的整数，用于存储定时器累计的时基增量值（的时基增量值（132 767）。）。 定时器的地址编号范围为定时器的地址编号范围为T0T255，它们的分辨率和定时范围各不相同，用户它们的分辨率和定时范围各不相同，用户应根据所用应根据所用CP

21、U型号及时基，正确选用定型号及时基，正确选用定时器编号。时器编号。 9计数器计数器 计数器主要用来累计输入脉冲个数，计数器主要用来累计输入脉冲个数，其结构与定时器相似，其设定值在程序中其结构与定时器相似，其设定值在程序中赋予。赋予。CPU提供了提供了3种类型的计数器，各为种类型的计数器，各为加计数器、减计数器和加加计数器、减计数器和加/减计数器。计数减计数器。计数器的当前值为器的当前值为16位有符号整数，用来存放位有符号整数，用来存放累计的脉冲数（累计的脉冲数（132 767）。计数器的地）。计数器的地址编号范围为址编号范围为C0C255。 10累加器累加器 累加器是用来暂存数据的寄存器，可累

22、加器是用来暂存数据的寄存器，可以同子程序之间传递参数，以及存储计算以同子程序之间传递参数，以及存储计算结果的中间值。结果的中间值。S7-200 CPU中提供了中提供了4个个32位累加器位累加器AC0AC3。累加器支持以字。累加器支持以字节、字和双字的存取。按字节或字为单位节、字和双字的存取。按字节或字为单位存取时，累加器只使用低存取时，累加器只使用低8位或低位或低16位，数位，数据存储长度由所用指令决定。据存储长度由所用指令决定。 11高速计数器高速计数器 CPU 224 PLC提供了提供了6个高速计数器个高速计数器（每个计数器最高频率为（每个计数器最高频率为30 kHz）用来累）用来累计比计

23、比CPU扫描速率更快的事件。高速计数扫描速率更快的事件。高速计数器的当前值为双字长的符号整数，且为只器的当前值为双字长的符号整数，且为只读值。高速计数器的地址由符号读值。高速计数器的地址由符号HC和编号和编号组成，如组成，如HC0、HC1HC5。 12模拟量输入映像寄存器模拟量输入映像寄存器 模拟量输入映像寄存器用于接收模拟模拟量输入映像寄存器用于接收模拟量输入模块转换后的量输入模块转换后的16位数字量，其地址位数字量，其地址编号为编号为AIW0、AIW2模拟量输入映像寄模拟量输入映像寄存器存器AI为只读数据。为只读数据。 13模拟量输出映像寄存器模拟量输出映像寄存器 模拟量输出映像寄存器用于

24、暂存模拟模拟量输出映像寄存器用于暂存模拟量输出模块的输入值，该值经过模拟量输量输出模块的输入值，该值经过模拟量输出模块（出模块（D/A）转换为现场所需要的标准）转换为现场所需要的标准电压或电流信号，其地址编号以偶数表示，电压或电流信号，其地址编号以偶数表示，如如AQW0、AQW2模拟量输出值是只写模拟量输出值是只写数据，用户不能读取模拟量输出值。数据，用户不能读取模拟量输出值。 2.4.2 寻址方式寻址方式 1编址方式编址方式 在计算机中使用的数据均为二进制数，在计算机中使用的数据均为二进制数，二进制数的基本单位是二进制数的基本单位是1个二进制位，个二进制位，8个个二进制位组成二进制位组成1个

25、字节，个字节，2个字节组成一个个字节组成一个字，字，2个字组成一个双字。个字组成一个双字。 存储器的单位可以是位、字节、字、存储器的单位可以是位、字节、字、双字，编址方式也可以是位、字节、字、双字，编址方式也可以是位、字节、字、双字。存储单元的地址由区域标识符、字双字。存储单元的地址由区域标识符、字节地址和位地址组成。节地址和位地址组成。 位编址：寄存器标识符位编址：寄存器标识符+字节地址字节地址+位位地址，如地址，如I0.1、M0.0、Q0.3等。等。 字节编址：寄存器标识符字节编址：寄存器标识符+字节长度字节长度（B）+字节号，如字节号，如IB0、VB10、QB0等。等。 字编址：寄存器标

26、识符字编址：寄存器标识符+字长度（字长度（W）+起始字节号，如起始字节号，如VW0表示表示VB0、VB1这两这两个字节组成的字。个字节组成的字。 双字编址：寄存器标识符双字编址：寄存器标识符+双字长度双字长度（D）+起始字节号，如起始字节号，如VD20表示由表示由VW20、VW21这两个字组成的双字或由这两个字组成的双字或由VB20、VB21、VB22、VB23这这4个字节组成的双个字节组成的双字。字。 字节、字、双字的编址方式如图字节、字、双字的编址方式如图2-7所所示。示。图图2-7 字节、字、双字的编址方式字节、字、双字的编址方式 2寻址方式寻址方式 S7-200系列系列LPC指令系统的

27、寻址方式指令系统的寻址方式有立即寻址、直接寻址和间接寻址。有立即寻址、直接寻址和间接寻址。（1）立即寻址）立即寻址 对立即数直接进行读写操作的寻址方对立即数直接进行读写操作的寻址方式称为立即寻址。立即数寻址的数据在指式称为立即寻址。立即数寻址的数据在指令中以常数形式出现，常数的大小由数据令中以常数形式出现，常数的大小由数据的长度（二进制数的位数）决定。不同数的长度（二进制数的位数）决定。不同数据的取值范围如表据的取值范围如表2-4所示。所示。 S7-200系列系列LPC中，常数值可为字节、中，常数值可为字节、字、双字，存储器以二进制方式存储所有字、双字，存储器以二进制方式存储所有常数。指令中可用二进制、十进制、十六常数。指令中可用二进制、十进制、十六进制或进制或ASCII码形式来表示常数，其具体码形式来表示常数，其具体格式为。格式为。 二进制格式：在二进制数前加二进制格式：在二进制数前加2#表示，表示，如如2#1010。 十进制格式：直接用十进制数表示如十进制格式：直接用十进制数表示如12345。 十六进制格式：在十六进制数前加十六进制格式：在十六进制数前加16#表示，如表示，如16#4E4F。 ASCII码格式：用单引号码格式：用单引号ASCII码文本码文本表示，如表示，如good by。（2）直接寻址）直接寻址 直接寻址是指在指令中直接使