S7-200可编程序控制器教材

第3章S7-200可编程序控制器3.1S系列PLC发展概述3.2S7-200PLC系统组成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。返回本章首页3.2

S7-200PLC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3.2.4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，SIMATICS7-200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，对第一代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，除CPU221之外，其他都可加扩展模块。3.2.1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3.1所示。图3.1S7-200PLC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

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3.2所示：图3.2S7-200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。表3.1

CPU型号SIMATICS7-200系统CPU22X系列PLC主机及及I/O特性如如表3.2所示。。表3.2主机及及I/O特性2.存储系系统（1）存储储系统统（2）存储储器及及使用用（3）存储储安全全图3.3存储系系统表3.3存储容容量（2）存储储器及及使用用上装和和下装装用户户程序序定义存存储器器保持持范围围用程序序永久久保存存数据据存储器器卡的的使用用（3）存储储安全全1）主机机CPU模块内内部配配备的的EEPROM，上装程程序时时，可可自动动装入入并永永久保保存用用户程程序、、数据据和CPU的组态态数据据。2）用户户可以以用程程序将将存储储在RAM中的数数据备备份到到EEPROM存储器器。3）主机机CPU提供一一个超超级电电容器器，可可使RAM中的程程序和和数据据在断断电后后保持持几天天之久久。4）CPU提供一一个可可选的的电池池卡，，可在在断电电后超超级电电容器器中的的电量量完全全耗尽尽时，，继续续为内内部RAM存储器器供电电，以以延长长数据据所存存的时时间。。5）可选选的存存储器器卡可可使用用户像像使用用计算算机磁磁盘一一样来来方便便地备备份和和装载载程序序和数数据。。返回本本节3.2.3扫描周周期及及工作作方式式1.扫描周周期2.工作方方式3.改变CPU工作方方式的的方法法图3.4CPU的扫描描周期期1.扫描周周期（1）输入入处理理（2）执行程序序（3）处理通信信请求（4）执行CPU自诊断测试试（5）写数字输输出2.工作方式（1）STOP方式（2）RUN方式3.改变CPU工作方式的的方法1）用PLC上的方式开开关来手动动切换，方方式开关有有3个挡位。。2）用STEP7-Micro/Win32编程软件，，应首先把把主机的方方式开关置置于TERM或RUN位置，然后后在此软件件平台用鼠鼠标单击STOP和RUN方式按钮即即可。3）在用户程程序中用指指令由RUN方式转换到到STOP方式，前提提是程序逻逻辑允许中中断程序的的执行。返回本节3.2.4输入输出扩展展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3.5I/O扩展示意图2.最大I/O配置的预算（1）映像寄存器器数量（2）电流提供（3）模块电流（4）电流预算规规则（2）电流提供各CPU所能提供的最最大5VDC电流如表3.4所示。（3）模块电流CPU22X可连接的各扩扩展模块消耗耗5VDC电流如表3.5所示。3.输入输出及CPU组态（1）I/O点数扩展和编编址（2）设置输入滤滤波（3）设置脉冲捕捕捉（4）输出表配置置（5）定义存储器器保持范围例如，某一控控制系统选用用CPU224，系统所需的输输入输出点数数各为：数字字量输入24点、数字量输输出20点、模拟量输输入6点、模拟量输输出2点。本系统可有多多种不同模块块的选取组合合，表3.6所示为其中的的一种可行的的系统输入输输出组态状况况。若按表3.6的扩展方式，，各模块在I/O链中的位置排排列方式也可可以有多种，，图3.6所示为其中的的一种模块连连接形式。图3.6扩展连接图S7-200CPU为每个主机数数字量输入提提供了脉冲捕捕捉功能，它它可以使主机机能够捕捉小小于一个扫描描周期的短脉脉冲，并将其其保持到主机机读到这个信信号，但前提提是只有通过过滤波器后，，脉冲捕捉才才有效。此外外，在一个给给定的扫描周周期内如果有有不只一个脉脉冲，则只有有第一个脉冲冲可以被捕捉捉到，几种情情况下的脉冲冲捕捉波形如如图3.7所示。图3.7脉冲捕捉波形形图表3.722X主机主要技术术指标返回本节3.2.5主机性能指标标S7-20022X各主机的主要要技术性能指指标如下表3.7所示。返回本节3.3编程元件及程程序知识3.3.1编程元件及寻寻址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页3.3.1编程元件及寻寻址1.数据类型2.直接寻址方式式3．间接寻址方方式1.数据类型（1）数据类型及及范围SIMATICS7-200系列PLC数据类型可以以是布尔型、、整型和实型型（浮点数））。实数采用用32位单精度数来来表示，其数数值有较大的的表示范围：：正数为+1.175495E-38～+3.402823E+38；负数为-1.175495E~38～-3.402823E+38。不同长度的整整数所表示的的数值范如表表3.8所示。（2）常数在编程中经常常会使用常数数。常数数据据长度可为字字节、字和双双字，在机器器内部的数据据都以二进制制存储，但常常数的书写可可以用二进制制、十进制、、十六进制、、ASCII码或浮点数（（实数）等多多种形式。几几种常数形式式分别如表3.9所示。2.直接寻址方式式（1）编址形式按位寻址的格格式为：Ax.y存储区内另有有一些元件是是具有一定功功能的硬件，，由于元件数数量很少，所所以不用指出出元件所在存存储区域的字字节，而是直直接指出它的的编号。其寻寻址格式为：：Ay数据寻址格式式为：ATx（2）各元件介绍绍输入继电器（（I）输出继电器（（Q）通用辅助继电电器（M）特殊标志继电电器（SM）变量存储器（（V）局部变量存储储器（L）顺序控制继电电器（S）定时器（T）计数器（C）模拟量输入映映像寄存器（（AI）、模拟量输出映映像寄存器（（AQ）高速计数器（（HC）累加器（AC）S7-200将编程元件统统一归为存储储器单元，存存储单元按字字节进行编址址，无论所寻寻址的是何种种数据类型，，通常应指出出它在所在存存储区域和在在区域内的字字节地址。每每个单元都有有惟一的地址址，地址用名名称和编号两两部分组成，，元件名称（（区域地址符符号）如表3.10所示。按位寻址的格格式为：Ax.y必须指定元件件名称、字节节地址和位号号，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．间接寻址方方式间接寻址方式式是，数据存存放在存储器器或寄存器中中，在指令中中只出现所需需数据所在单单元的内存地地址的地址。。存储单元地地址的地址又又称为地址指指针。这种间间接寻址方式式与计算机的的间接寻址方方式相同。间间接寻址在处处理内存连续续地址中的数数据时非常方方便，而且可可以缩短程序序所生成的代代码的长度，，使编程更加加灵活。用间接寻址方方式存取数据据需要作的工工作有3种：建立指针针、间接存取取和修改指针针。（1）建立指针建立指针必须须用双字传送送指令（MOVD），将存储器所要要访问的单元元的地址装入入用来作为指指针的存储器器单元或寄存存器，装入的的是地址而不不是数据本身身，格式如下下：例：MOVD&VB200,VD302MOVD&MB10,AC2MOVD&C2,LD14注意：建立指针用MOVD指令。（2）间接存取指令中在操作作数的前面加加“*”表示示该操作数为为一个指针。。下面两条指令令是建立指针针和间接存取取的应用方法法：MOVD&VB200，AC0MOVW*AC0，AC1若存储区的地地址及单元中中所存的数据据如下所示执行过程如下下：（3）修改指针下面的两条指指令可以修改改指针的用法法：INCDAC0INCDAC0MOVW*AC0，AC1返回本节3.3.2指令系统S7-200系列PLC主机中有两类类基本指令集集：SIMATIC指令集和IEC1131-3指令集，程序序员可以任选选一种。提供供了许多类型型的指令以完完成广泛的自自动化任务。。SIMATIC指令集：是为为S7-200系列PLC设计的，本指指令通常执行行时间短，而而且可以用LAD、STL和FBD三种编程语言言。IEC1131-3指令集是不同同PLC厂家的指令标标准，它不能能使用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.其他编程语言言1.语句表语句表（STL）语言类似于计计算机的汇编编语言，特别别适合于来自自计算机领域域的工程人员员。用指令助助记符创建用用户程序，属属于面向机器器硬件的语言言，STEP7Micro/Win32的语句表如图图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）的图形结构与与数字电子电电路的结构极极为相似，如如下图3.11所示。4.其他编程语言言SIMATIC工业软件中的的工程工具中中为大型或中中型PLC提供了许多高高级编程工具具，以下简要要其中的几种种：（1）S7-SLC和M7-ProC/C++（2）S7-GRAPH（3）S7-HiGraph（4）CFC（1）S7-SLC和M7-ProC/C++图3.12SLC语言S7-SLC的语言与PASCAL非常相似，，如图3.12所示。（2）S7-GRAPH图3.13顺序流程图图（3）S7-HiGraph它借助于状状态图来描描述异步过过程。用于于装置和过过程，以及及可能的转转移状态的的图形描述述。本工具可基基于系统框框图和流程程图直接进进行编程，，程序结构构和过程清清晰。S7-HiGraph如图3.14所示。图3.14状态图（4）CFCCFC（连续功能图图）是在原原来的CSF（控制制系系统统流流程程图图））的的基基础础上上发发展展起起来来的的，，它它通通过过绘绘制制过过程程控控制制流流程程图图，，将将各各程程序序块块在在版版面面上上布布置置，，然然后后将将它它们们相相互互连连接接即即可可。。控制制系系统统流流程程图图如如图图3.15所示示。。返回回本本节节图3.15连续续功功能能图图3.3.4程序序结结构构1.用户户程程序序（1）主主程程序序（2）子子程程序序（3）中中断断处处理理程程序序2.数据据块块3.参数数块块如果果编编程程使使用用的的是是手手编编器器，，主主程程序序应应安安排排到到程程序序的的最最前前面面。。其其他他部部分分的的位位置置安安排排没没有有严严格格的的顺顺序序，，但但习习惯惯上上把把子子程程序序安安排排在在中中断断程程序序的的前前面面。。如如图图3.16所示示。。图3.16程序序结结构构返回回本本节节3.4相关关设设备备3.4.1手编编器器3.4.2计算算机机3.4.3人机机界界面面3.4.4特殊殊功功能能模模块块返回回本本章章首首页页3.4.1手编编器器工业业上上用用的的各各厂厂商商的的可可编编程程序序控控制制器器的的使使用用中中，，手手编编器器曾曾是是主主要要编编程程设设备备，，后后来来出出现现了了图图形形输输入入设设备备，，又又出出现现了了计计算算机机编编程程软软件件。。通通过过通通信信设设备备，，使使PLC和计计算算机机相相连连，，用用编编程程软软件件可可直直接接在在计计算算机机上上编编程程，，由由于于计计算算机机的的显显示示器器屏屏幕幕较较大大，，对对程程序序的的编编制制和和修修更更加加方方便便高高效效。。但但即即使使是是现现在在，，手手编编器器的的使使用用仍仍十十分分广广泛泛，，特特别别是是用用小小型型和和微微型型PLC实现现的的小小规规模模系系统统。。返回回本本节节3.4.2计算算机机计算机包包括个人人计算机机和工业业计算机机，在可可编程序序控制器器系统的的工业应应用中发发挥着越越来越重重要的作作用，几几乎PLC系统从工工程项目目开发、、编程、、调试到到系统的的运行和和维护，，计算机机越来越越成了不不可缺少少的工具具。返回本节节3.4.3人机界面面1.构造特点点文本显示示区：可可显示两两行信息息（每行行20个字符））的液晶晶显示LCD。按键：共共有9个键。。通信：通通过TD/CPU电缆（通通用RS232接口）可可以提供供可编程程序控制制器与TD200的通信，，同时可可以提供供TD的电源，，而不必必再另接接电源。。电源：如如果不用用TD/CPU通信电缆缆，可以以通过面面板右侧侧的电源源接口连连接外部部电源。。2.主要功能能可以显示示从CPU主机读出出的信息息（如读读取指令令、数据据、当前前值及状状态）；；可以调调整运行行中选定定的程序序变量；；可以提提供对输输入输出出点的强强制功能能；可以以为实时时时钟设设置日期期和时间间；支持持多种语语言形式式的菜单单和提示示并支持持中文。。返回本节节3.4.4特殊功能能模块1.数字量扩扩展模块块2.模拟量扩扩展模块块3.热电偶、、热电阻阻模块4.通信扩展展模块5.现场设备备接口模模块1.数字量扩扩展模块块数字量扩扩展模块块主要有有：EM221数字量输输入模块块，24V，8输入。EM222数字量输输出模块块，24V，8输出。EM223数字量混混合模块块，24V。2.模拟量扩扩展模块块模拟量扩扩展模块块主要有有：EM231：4模拟输入入点，2W，12位。EM232：2模拟输出出点，2W，12位。EM235：4模拟输入入点，1模拟量输输出点，，2W，12位。3.热电偶、、热电阻阻模块EM231为1.8W，15位，模拟拟量输入入。4.通信扩展展模块EM277PROFIBUS-DP模块用于于PLC现场总线线通信连连接。波波特率可可从9600~12M波特。5.现场设备备接口模模块CP243-2通信处理理器是AS-I主站连接接部件，，专门用用于S7-200CPU22x，连接的同同时显著著增加了了S7-20