第4章-S7-200-PLC的配置及基本指令

德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工业网络，HMI人机界面，工业软件等。西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。4.1概述SIMATICS7工业软件西门子的工业软件分为三个不同的种类：（1）编程和工程工具编程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于编程、组态、模拟和维护等控制所需的工具。STEP7标准软件包SIMATICS7是用于S7-300/400，C7PLC和SIMATICWinAC基于PC控制产品的组态编程和维护的项目管理工具，STEP7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的S7-200系列PLC的编程、在线仿真软件。（2）基于PC的控制软件基于PC的控制系统WinAC允许使用个人计算机作为可编程序控制器（PLC）运行用户的程序，运行在安装了WindowsNT4.0操作系统的SIMATIC工控机或其它任何商用机。WinAC提供两种PLC，一种是软件PLC，在用户计算机上作为视窗任务运行。另一种是插槽PLC（在用户计算机上安装一个PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC与SIMATICS7系列处理器完全兼容，其编程采用统一的SIMATIC编程工具（如STEP7），编制的程序既可运行在WinAC上，也可运行在S7系列处理器上。（3）人机界面软件人机界面软件为用户自动化项目提供人机界面（HMI）或SCADA系统，支持大范围的平台。人机界面软件有两种，一种是应用于机器级的ProTool，另一种是应用于监控级的WinCC。4.2S7-200系列PLC的硬件配置1．S7-200系列PLC的基本硬件组成S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。（1）．基本单元S7-200系列PLC中可提供4种不同的基本型号的8种CPU供选择使用，其输入输出点数的分配见表4-1：4.3S7-200系列PLC的编程元件4.3.1S7-200系列PLC的存储器空间S7-200PLC的存储器空间大致分为三个空间，即程序空间、数据空间和参数空间。1．程序空间该空间主要用于存放用户应用程序，程序空间容量在不同的CPU中是不同的。另外CPU中的RAM区与内置EEPROM上都有程序存储器，但它们互为映像，且空间大小一样。2．数据空间该空间的主要部分用于存放工作数据称为数据存储器，另外有一部分作寄存器使用称为数据对象。（1）数字量输入映象区和输出映象区输入映像寄存器是PLC接收外部输入的开关量信号的窗口,是S7-200CPU为输入端信号状态开辟的一个存储区。它的每一位对应于一个数字量输入结点。在每个扫描周期开始，PLC依次对各个输入结点采样，并把采样结果送入输入映象存储器。PLC在执行用户程序过程中，不再理会输入结点的状态，它所处理的数据为输入映象存储器中的值。输出映象存储器（Q）是S7-200CPU为输出端信号状态开辟的一个存储区，每一位对应于一个数字输出量结点。PLC在执行用户程序的过程中，并不把输出信号随时送到输出结点，而是送到输出映象存储器，只有到了每个扫描周期的末尾，才将输出映象寄存器的输出信号几乎同时送到各输出结点。使用映象寄存器优点：①同步地在扫描周期开始采样所有输入点，并在扫描的执行阶段冻结所有输入值；②在程序执行完后再从映象寄存器刷新所有输出点，使被控系统能获得更好稳定性；③存取映象寄存器的速度高于存取I/O速度，使程序执行的更快；④I/O点只能以位为单位存取，但映象寄存器则能以位、字节、双字进行存取。因此，映象寄存器提供了更高的灵活性。另外对控制系统中个别I/O点要求实时性较高的情况下，可用直接I/O指令直接存取输入/输出点。（2）模拟量输入映象区和输出映象区①模拟量输入映象区（AI区）S7-200的模拟量输入电路将外部输入的模拟量（如温度、电压）等转换成1个字长（16位）的数字量，存入模拟量输入映像寄存器区域。模拟量输入映象区是S7-200CPU为模拟量输入端信号开辟的一个存储区。S7-200将测得的模拟量（如温度、压力）转换成1个字长（2个字节）的数字量，模拟量输入映像寄存器用标识符（AI）、数据长度（W）及字节的起始地址表示。AI编址范围AIW0，AIW2，……AIW62，起始地址定义为偶数字节地址，共有32个模拟量输入点。模拟量输入值为只读数据。S7-200模拟量输出电路用来将模拟量输出映像寄存器区域的1个字长（16位）数字值转换为模拟电流或电压输输出。AQ编址范围AQW0，AQW2，……AQW62，起始地址也采用偶数字节地址，共有32个模拟量输出点②模拟量输出映象区（AQ区）模拟量输出映象区是S7-200CPU为模拟量输出端信号开辟的一个存储区。S7-200将1个字长（2个字节，16位）的数字量按比例转换为电流或电压。模拟量输出映像寄存器用标识符（AQ）、数据长度（W）及字节的起始地址表示。从AQW0~AQW30，共有16个字，总共允许有16路模拟量输出。（3）变量存储器（V）（相当于内辅继电器）PLC执行程序过程中，会存在一些控制过程的中间结果，这些中间数据也需要用存储器来保存。变量存储器就是根据这个实际的要求设计的。变量存储器是S7-200CPU为保存中间变量数据而建立的一个存储区，用V表示。（4）位存储器（M）区PLC执行程序过程中，可能会用到一些标志位，这些标志位也需要用存储器来寄存。位存储器就是根据这个要求设计的。位存储器是S7-200CPU为保存标志位数据而建立的一个存储区，用M表示。该区虽然叫位存储器，但是其中的数据不仅可以是位、还可以是字节、字或双字。（5）顺序控制继电器区（S）PLC执行程序过程中，可能会用到顺序控制。顺序控制继电器就是根据顺序控制的特点和要求设计的。顺序控制继电器区是S7-200CPU为顺序控制继电器的数据而建立的一个存储区，用S表示。在顺序控制过程中，用于组织步进过程的控制。（6）局部存储器区（L）（相当于内辅继电器）S7-200有64个字节的局部存储器，编址范围LB0.0~LB63.7，其中60个字节可以用作暂时存储器或者给子程序传递参数，最后4个字节为系统保留字节。局部存储器和变量存储器很相似，主要区别是变量存储器是全局有效的，而局部存储器是局部有效的。全局是指同一个存储器可以被任何程序存取（例如，主程序、子程序或中断程序）。局部是指导存储器区和特定的程序相关联。（7）定时器存储器区（T）S7-200CPU中的定时器是对内部时钟累计时间增量的设备，用于时间控制。编址范围T0～T255（22X）；T0～T127(21X)。（8）计数器存储器区（C）PLC在工作中有时不仅需要计时，还可能需要计数功能。计数器就是PLC具有计数功能的计数设备，主要用来累计输入脉冲个数。有16位预置值和当前值寄存器各一个，以及1位状态位，当前值寄存器用以累计脉冲个数，计数器当前值大于或等于预置值时，状态位置1。S7-200CPU提供有三种类型的计数器，增计数、减计数、增／减计数。编址范围C0～C255（22X），C0～C127（21X）。（9）高速计数器区（HSC）高速计数器用来累计比CPU扫描速率更快的事件。S7-200各个高速计数器计数频率高达30kHz。CPU22X提供了6个高速计数器HC0、HC1……HC5（每个计数器最高频率为30KHz）用来累计比CPU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。（10）累加器区（AC）S7-200CPU提供了4个32位累加器（AC0、AC1、AC2、AC3）。可以按字节、字或双字来存取累加器数据中的数据。但是，以字节形式读/写累加器中的数据时，只能读/写累加器32位数据中的最低8位数据。如果是以字的形式读/写累加器中的数据，只能读/写累加器32位数据中的低16位数据。只有采取双字的形式读/写累加器中的数据时，才能一次读写全部32位数据。（11）特殊存储器区（SM）特殊存储器用于CPU与用户之间交换信息，例如SM0.0一直为“1”状态，SM0.1仅在执行用户程序的第一个扫描周期为“1”状态。SM0.4和SM0.5分别提供周期为1min和1s的时钟脉冲。SM1.0、SM1.1和SM1.2分别是零标志、溢出标志和负数标志。3．参数空间用于存放有关PLC组态参数的区域，如保护口令、PLC站地址、停电记忆保持区、软件滤波、强制操作的设定信息等，存贮器为EEPROM。4.3.2S7-200中的数据

1、数据在存储器中存取的方式二进制数的1位（bit）只有0和1两种不同的取值，可用来表示开关量（或称数字量）的两种不同的状态，如触点的断开和接通，线圈的通电和断电等。如果该位为1，则表示梯形图中对应的编程元件的线圈“得电”，其常开触点闭合、常闭触点断开，以后称该编程元件为1状态，或称该编程元件ON。反之亦反。（1）“位”存取方式：位存储单元的地址由字节地址和位地址组成，如I3.2，其中的区域标识符“I”表示输入（Input），字节地址为3，位地址为2。如图：（2）“字节”存取方式：输入字节IB3（Byte）由I3.0~I3.7这8位组成。（3）“字”存取方式：相邻的两个字节组成一个字，一个字中的两个字节的地址必须连续，且低位字节在一个字中应该是高8位，高位字节在一个字中应该是低8位。IW14表示由IB14和IB15组成的1个字，IW14中的I为区域标识符，W表示字（Word），14为起始字节的地址。IW14中的IB14应该是高8位，IB15应该是低8位。（4）“双字”存取方式：相邻的四个字节表示一个双字，四个字节的地址必须连续。最低位字节在一个双字中应该是最高8位。ID12表示由IB12~IB15组成的双字，I为区域标识符，D表示存取双字（DoubleWord），12为起始字节的地址。ID12中的IB12应该是最高8位，IB15应该是最低8位。如图4-1：2、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。3、常数及变量在编程中会用到一些数据，它们保存在数据存储器中，能以位、字节、字和双字的格式进行访问，若这些存储单元的值在系统运行期间一直不变，我们把这些存储单元叫做常量，否则叫做变量。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。

4、寻址方式

S7-200数据寻址方式有立即数寻址、直接寻址和间接寻址三大类。

（1）．立即数寻址

指令中直接给出立即数作为参与运算的数据，如MOVB#100,VB100

（2）．直接寻址

编程时直接给出存有所需数据的单元的地址，可以是位、字节、字、双字单元。例：I2.1、VB100、VW100、VD100

（3）．间接寻址

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。4.4位逻辑指令位逻辑指令在语句表语言中是指对位存储单元的简单逻辑运算，在梯形图中是指对触点的简单连接和对标准线圈的输出。PLC的程序可写成梯形图的形式，从继电接触器控制电路的角度进行理解；可写成语句表的形式，从计算机的角度进行理解。本质上，PLC的核心就是计算机，为了更好地开发PLC系统，有必要学好语句表语言。一般来说，语句表语言更适合于熟悉可编程序控制器和逻辑编程方面有经验的编程人员。用这种语言可以编写出用梯形图或功能框图无法实现的程序。选择语句表时进行位运算要考虑主机的内部存储结构。若要理解语句表语言，必须弄清堆栈的概念。可编程序控制器中的堆栈与计算机中的堆栈结构相同，堆栈是一组能够存储和取出数据的暂时存储单元。堆栈的存取特点是“后进先出”，S7-200可编程序控制器的主机逻辑堆栈结构如表4-9所示。表4-9逻辑堆栈4.4.1标准触点指令4.4.2输出指令

1．输出写成（）或=，例如程序LDI0.0，=Q0.1当I0.0为1时，Q0.1线圈有电，也就是输出映像寄存器Q0.1＝1。2.置位和复位置位即置1，复位即置0。置位和复位指令可以将位存储区的某一位开始的一个或多个（最多可达255个）同类存储器位置1或置0。这两条指令在使用时需指明三点：操作性质、开始位和位的数量。（1）S，置位指令将位存储区的指定位（位bit）开始的N个同类存储器位置位。 （2）R，复位指令将位存储区的指定位（位bit）开始的N个同类存储器位复位。当用复位指令时，如果是对定时器T位或计数器C位进行复位，则定时器位或计数器位被复位，同时，定时器或计数器的当前值被清零。4.4.3立即指令

（1）立即触点指令立即触点指令只能用于输入触点，执行立即读入物理输入点的值，根据该值决定触点的接通/断开状态，但是并不更新该物理输入点对应的映像寄存器。（2）=I，立即输出指令用立即指令访问输出点时，相应的输出映像寄存器的内容也被刷新，物理上接点状态立即刷新。例如程序LDI0.0，=IQ0.1当I0.0为1时，Q0.1线圈有电，也就是输出映像寄存器Q0.1＝1，同时在Q0.1的输出端立即产生有效输出。（3）SI，立即置位指令用立即置位指令访问输出点时，从指令所指出的位（bit）开始的N个（最多为128个）物理输出点被立即置位，同时，相应的输出映像寄存器的内容也被刷新。注意：bit只能是Q类型。（4）RI，立即复位指令用立即复位指令访问输出点时，从指令所指出的位（bit）开始的N个（最多为128个）物理输出点被立即复位，同时，相应的输出映像寄存器的内容也被刷新。注意：bit只能是Q类型。同SI指令。4.4.4取反及跳变指令

1、取反（NOT）取反触点将它左边电路的逻辑运算结果取反，运算结果若为1则变为0，为0则变为1。能流到达该触点时即停止，若能流未到达该触点，该触点给右侧供给能流。2.正负跳变指令正跳变触点-|P|-检测到左边的逻辑运算结果一次正跳变（触点的左边输入信号由0变为1），触点接通一个扫描周期。负跳变触点-|N|-检测到左边的逻辑运算结果一次负跳变（触点的左边输入信号由1变为0），触点接通一个扫描周期。4.4.5复杂逻辑指令

1.栈装载与指令ALD，栈装载与指令（与块）。在梯形图中用于将电路块进行串联连接2.栈装载或指令OLD，栈装载或指令（或块）。在梯形图中用于将电路块进行并联连接。3.逻辑推入栈指令LPS，逻辑推入栈指令（分支或主控指令）。在梯形图中的分支结构中，用于生成一条新的母线，左侧为主控逻辑块时，第一个完整的从逻辑行从此处开始。注意：使用LPS指令时，本指令为分支的开始，以后必须有分支结束指令LPP。即LPS与LPP指令必须成对出现。4.逻辑弹出栈指令LPP，逻辑弹出栈指令（分支结束或主控复位指令）。在梯形图中的分支结构中，用于将LPS指令生成一条新的母线进行恢复。注意：使用LPP指令时，必须出现在LPS的后面，与LPS成对出现。5.逻辑读栈指令LRD，逻辑读栈指令。在梯形图中的分支结构中，当左侧为主控逻辑块时，开始第二个和后边更多的从逻辑块。6.装入堆栈指令LDS，装入堆栈指令。本指令编程时较少使用。指令格式： LDS n（n为0~8的整数）例： LDS 4指令LDS 44.5定时器和计数器定时器和计数器是PLC的重要元件，S7-200PLC共有三种定时器和三种计数器（见表4-17）。定时器可分为：接通延时定时器（TON）、断开延时定时器（TOF）、带有记忆接通延时定时器（TONR）。计数器可分为：增计数器（CTU）、减计数器（CTD）、增减计数器（CTUD）。4.5.1定时器1．接通延时定时器（TON）（1）．梯形图符号及语句表格式TON——接通延时定时器标识符IN——定时器的启动电平输入端PT——时间设定值Tn——定时器编号（2）．功能当定时器的启动信号IN的状态为0时，定时器的当前值SV=0，定时器Tn的状态也是0（常开触点断开，常闭触点闭合），定时器没有工作。当Tn的启动信号由0变为1时，定时器开始工作，每过一个时基时间，定时器的当前值SV=SV+1，当定时器的当前值SV等于大于定时器的设定值PT时，定时器的延时时间到了，这时定时器的状态由0转换为1，在定时器输出状态改变后，定时器继续计时，直到SV=32767（最大值）时，才停止计时，SV将保持不变。只要SV>PT值，定时器的状态就为1，如果不满足这个条件，定时器的状态应为0。当I0.0=0时，T33=0，T33的当前值SV=0。当I0.0=1时，T33开始计时，SV在增加，当SV=3（计时到30ms）时，T33由0变为1。当I0.0从1变为0以后，这时SV=0，T33由1变为0。当SV没有到3时，T33不会出现1状态2.断开延时定时器（TOF）（1）．梯形图符号及语句表格式TOF——断开延时定时器标识符IN——定时器的启动电平输入端PT——时间设定值Tn——定时器编号（2）功能：当定时器的启动信号IN的状态为1时，定时器的当前值SV=0，定时器Tn的状态也是1（常开触点闭合，常闭触点断开），定时器没有工作。当Tn的启动信号由1变为0时，定时器开始工作，每过一个时基时间，定时器的当前值SV=SV+1，当定时器的当前值SV等于大于定时器的设定值PT时，定时器的延时时间到了，这时定时器的状态由1转换为0，在定时器输出状态改变后，定时器停止计时，SV将保持不变，定时器的状态为0。TON与TOFF不能共享相同的定时器号，例如不能同时对T37使用指令TON和TOFF。可以用复位指令复位定时器。复位指令使定时器位变为OFF，定时器当前值被清零。在第一个扫描周期，所有的定时器位被清零，TON与TOFF的当前值也被清零，可在系统块中设置TONR的当前值是否有断电保持功能。（3）例题（图4-9）当I0.0=1时，T33=1，T33的SV=0。当I0.0=0时，T33开始计时，SV在增加，当SV=3（计时到30ms）时，T33由1变为0。当I0.0从0变为1以后，SV=0，T33=1。当I0.0由1再次变为0，但是I0.0=0的时间没达到30ms时，T33不会出现0状态（图4-10）。3．带有记忆接通延时定时器（TONR）（1）．梯形图符号及语句表格式TONR——带有记忆接通延时定时器标识符IN——定时器的启动电平输入端PT——时间设定值Tn——定时器编号（2）功能：当定时器的启动信号IN的状态为0时，定时器的当前值SV=0，定时器Tn的状态也是0（常开触点断开，常闭触点闭合），定时器没有工作。当Tn的启动信号由0变为1时，定时器开始工作，每过一个时基时间，定时器的当前值SV=SV+1，当定时器的当前值SV等于大于定时器的设定值PT时，定时器的延时时间到了，这时定时器的状态由0转换为1，在定时器输出状态改变后，定时器继续计时，直到SV=32767（最大值）时，才停止计时，SV将保持不变。只要SV>PT值，定时器的状态就为1，如果不满足这个条件，定时器的状态应为0。带有记忆接通延时定时器用于对许多间隔的累计定时。首次使能输入接通时，定时器位为OFF，当前值从0开始计数时间。使能输入断开，定时器位和当前值保持最后状态。使能输入再次接通时，当前值从上次的保持值继续计数，当累计当前值达到预设值时，定时器位ON，当前值连续计数到32767。TONR定时器只能用复位指令进行复位操作。4.5.2计数器

计数器用来累计输入脉冲的次数，是应用非常广泛的编程元件，经常用来对产品进行计数。计数器指令有3种：增计数CTU、增减计数CTUD和减计数CTD。指令操作数有4方面：编号、预设值、脉冲输入和复位输入。1.增计数器CTU，增计数器指令。首次扫描，定时器位O