S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I/O特性如表3.2所示。表3.2主机及I/O特性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（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3.4CPU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STEP7-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垒.4输入输出单扩展1.棒设备连石接2.最叼大I/O防配置的预湖算3.小输入输挂出及C苦PU组附态1.设备连拒接图3.抓5I泉/O扩译展示意借图2.最大I/O配置的屡预算（1）映枕像寄存器腐数量（2）害电流提孤供（3）捞模块电瓜流（4）度电流预婚算规则（2）电甲流提供各CPU诊所能提供眨的最大5堤VDC电流如表宗3.4所捆示。（3）模罪块电流姨CPU斤22X可款连接的各生扩展模块待消耗5VDC电流如表振3.5所远示。3.输入输出巨及CPU组态（1）越I/O听点数扩质展和编恰址（2）设喷置输入滤叶波（3）桶设置脉叹冲捕捉（4）刘输出表现配置（5）误定义存沾储器保贞持范围例如，贩某一控井制系统她选用C井PU逃224绘，系统养所需的流输入输吃出点数促各为：耐数字量跪输入2疏4点、捷数字量份输出2漠0点、控模拟量险输入6讽点、模索拟量输土出2点必。本系统可律有多种不泉同模块的私选取组合傅，表3.叹6所示为羞其中的一缘瑞种可行的化系统输入亲输出组态修状况。若按表糠3.6滤的扩展李方式，起各模块注在I/松O链中临的位置碎排列方桶式也可满以有多贡种，图喷3.6祖所示为鬼其中的钉一种模渠块连接亡形式。图3.6尸扩展连乘接图S7-怠200享CP钱U为每挥个主机剂数字量投输入提鸽供了脉个冲捕捉途功能，罩它可以不使主机行能够捕劈燕捉小于涨一个扫象描周期阁的短脉馆冲，并披将其保沃持到主氧机读到衫这个信其号，但芬前提是搬只有通滔过滤波跨器后，别脉冲捕裁捉才有盐效。此犹外，在匀一个给受定的扫飞描周期障内如果长有不只倦一个脉锦冲，则逢只有第陈一个脉宅冲可以艘被捕捉滴到，几胁种情况猪下的脉申冲捕捉酱波形如斥图3.刺7所示效。图3.才7脉训冲捕捉脸波形图表3.722X主机主要应技术指标返回本掉节3.2.胃5主机性雷能指标S7-2竭002扭2X各主终机的主要皂技术性能府指标如下叨表3.7免所示。返回本节3.3编程元版件及程错序知识3.3柳.1苹编程元心件及寻富址3.3.吃2指令昏系统3.3伯.3顺编程语和言3.3存.4导程序结育构返回本乔章首页3.3.肚1编程元件趴及寻址1.解数盼据类型2.效直币接寻址锯方式3．间接访寻址方式1.数据类亮型（1）院数据类子型及范可围SIM抚ATI化CS侵7-2霉00系毕列PL衣C数据遮类型可乐以是布筛尔型、筛整型和乒实型（袋浮点数同）。实调数采用同32位扩单精度纯数来表采示，其乳数值有紧较大的岛表示范恩围：正默数为+横1.1弹754退95E炭-38府～+3盼.40萍282豆3E+撤38；拼负数为满-1.青175伴495装E~3惯8～-辨3.4伴028倘23E愿+38秀。不同吃长度的祥整数所搭表示的话数值范调如表3榆.8所绿示。（2）地常数在编程中碌经常会使笼用常数。腔常数数据益长度可为掠字节、字习和双字，露在机器内门部的数据险都以二进煤制存储，户但常数的批书写可以你用二进制番、十进制贷、十六进嘱制、AS皇CII码陡或浮点数来（实数）均等多种形腊式。几种絮常数形式拳分别如表君3.9所挪示。2.盒直接寻个址方式（1）编址形资式按位寻址赶的格式为挠：Ax.拒y存储区景内另有旋一些元指件是具乞有一定浸功能的盈硬件，弄由于元融件数量架很少，勇所以不家用指出勺元件所敞在存储制区域的掠字节，软而是直撤接指出管它的编愉号。其按寻址格溉式为：Ay数据寻冶址格式仔为：ATx（2）各元件咱介绍输入继设电器（I）输出继电键器（Q）通用辅助呀继电器（M）特殊标志吩继电器（SM）变量存僻储器（V）局部变恳量存储捉器（L）顺序控制王继电器（S）定时器愤（T）计数器（C）模拟量乖输入映乐像寄存驾器（AI）、模拟量输谷出映像寄包存器（AQ）高速计尊数器（HC）累加器（AC）S7-2抵00将编根程元件统府一归为存南储器单元额，存储单差元按字节辉进行编址厨，无论所洗寻址的是忌何种数据族类型，通郊常应指出虽它在所在盆存储区域浮和在区域诵内的字节裹地址。每尽个单元都丝式有惟一的罚地址，地苗址用名称胜和编号两赚部分组成蔑，元件名粘称（区域修地址符号锤）如表3拥.10所当示。按位寻功址的格间式为：少Ax.璃y必须指朝定元件河名称、闻字节地沿址和位肉号，如挎图3.拾8所半示。图家3.8挤中MS夜B表示想最高位巡寿，LS嫩B表示孤最低位说。图3.8锅位寻址贩格式3．间接寻嘉址方式间接寻址蚂方式是，鸡数据存放蹄在存储器瓶或寄存器均中，在指越令中只出薪现所需数默据所在单衔元的内存性地址的地减址。存储偶单元地址湾的地址又殊称为地址勇指针。这尼种间接寻咱址方式与企计算机的洋间接寻址寸方式相同浸。间接寻笋址在处理鄙内存连续锯地址中的栗数据时非欧常方便，暴而且可以筐缩短程序稠所生成的观代码的长传度，使编域程更加灵步活。用间接寻挣址方式存钓取数据需肾要作的工达作有3种浑：建立指土针、间接晋存取和修慕改指针。（1）建立指顺针建立指针返必须用双瓦字传送指酿令（MO巷VD），这将存储器拉所要访问高的单元的禾地址装入城用来作为僻指针的存沙储器单元膨或寄存器据，装入的艘是地址而铸不是数据溜本身，格短式如下：例： M怒OVD桃&VB帐200,姨VD30帝2MOVD味&M厕B10,码AC2MOV候D杏&C2涂,LD霜14注意：建立指叹针用M巧OVD跨指令。（2）间接存以取指令中在存操作数的亏前面加“甘*”表示菜该操作数票为一个指础针。下面两麦条指令宰是建立索指针和售间接存领取的应观用方法痛：MOV果D劈燕&VB肾200晓，AC戴0MOV砖W芦*AC号0，A呈C1若存储侨区的地蚊址及单裙元中所涉存的数巨据如下煌所示执行过断程如下刮：（3）修改指灯针下面的不两条指眯令可以吗修改指顿针的用填法：INCD向AC系0INCD长AC窜0MOV淹W桃*AC趣0，A炒C1返回本算节3.3摧.2指令系统S7-槽200筒系列竿PLC美主机中烫有两类污基本指肝令集：裕SIM摘ATI长C指令振集和I汪EC纺113弊1-3麦指令集辱，程序牺员可以眯任选一羽种。提蜡供了许拳多类型龄的指令袖以完成侵广泛的茄自动化零任务。SIMA稻TIC指涝令集：是递为S7-苹200系毕列PLC约设计的，辫本指令通尤常执行时永间短，而欧且可以用纸LAD、蒸STL和刮FBD三索种编程语股言。IEC汉11秒31-吵3指令丝式集是不裁同PL贱C厂家狸的指令港标准，筝它不能商使用S香TL编仿程语言非。返回本节3.3.者3编程语区言1.语送句表2.梯若形图3.功动能块图4.葵其他编伯程语言1.语句表语句表（坦STL）治语言类似然于计算机加的汇编语圣言，特别铲适合于来埋自计算机嚷领域的工迷程人员。列用指令助寸记符创建秃用户程序辅，属于面曾向机器硬驼件的语言循，STE胀P7弦Micr协o/Wi域n32的只语句表如抗图3.9贩所示。图3.9冬语句表公举例2.梯形图图3.1绑0梯形蝇图举例3.功能块图功能块图喇（FBD承）的图形宏结构与数昌字电子电校路的结构浓极为相似蹲，如下图钞3.11伯所示。4.其他编备程语言SIM郑ATI箱C工业尼软件中舱的工程堂工具中许为大型寇或中型检PLC酒提供了伸许多高旁级编程颠工具，邮以下简株要其中柏的几种冒：（1）看S7-布SLC崭和M非7-P蝴ro挂C/C叛++（2）S献7-GR引APH（3）S掘7-Hi戴Grap歌h（4）运CFC（1）S7-S浓LC和M7-爬Pro览C/惰C++图3.1邪2SL茄C语言S7-浅SLC柔的语言仆与PA怪SCA折L非常独相似，卧如图3基.12冈所示。（2）S7-G头RAPH图3.1缝3顺序贞流程图（3）S7-湾HiG因rap旁h它借助去于状态融图来描烘述异步乔过程。活用于装代置和过今程，以绝及可能敲的转移姻状态的监图形描苗述。本工具可探基于系统怪框图和流滔程图直接忙进行编程蹦，程序结永构和过程错清晰。榴S7-H桂iGra罚ph如图送3.14胆所示。图3.绣14松状态卷图（4）CFCCFC（袖连续功能悬图）是在敞原来的C增SF（控堤制系统流矿程图）的冠基础上发暴展起来的晚，它通过绍绘制过程锁控制流程缎图，将各慎程序块在袍版面上布狸置，然后票将它们相粘互连接即惧可。控制系策统流程乒图如图镇3.1武5所示忧。返回本节图3.唤15煎连续认功能图3.3.赶4程序结构1.用翠户程序（1）主躬程序（2）蹲子程序（3）中夏断处理程迎序2.数系据块3.向参数块如果编灵程使用夹的是手需编器，控主程序震应安排监到程序迎的最前马面。其窜他部分洪的位置崖安排没挣有严格修的顺序竞，但习神惯上把钥子程序棒安排在但中断程工序的前们面。如恋图3.蝇16所声示。图3.凭16境程序结影构返回本似节3.4相关设备3.4且.1悠手编器3.4.指2计算党机3.4.景3人机锹界面3.4贴.4务特殊功栽能模块返回本任章首页3.4.恰1手编器工业上用炒的各厂商骗的可编程管序控制器鞠的使用中悦，手编器偷曾是主要够编程设备爷，后来出诵现了图形码输入设备胆，又出现西了计算机偶编程软件腹。通过通固信设备，傅使PLC端和计算机璃相连，用钻编程软件慰可直接在踩计算机上侨编程，由惩于计算机检的显示器霉屏幕较大件，对程序披的编制和罩修更加方功便高效。鲁但即使是余现在，手蛙编器的使晌用仍十分投广泛，特仓别是用小控型和微型平PLC实晨现的小规虎模系统。返回本廊节3.4朱.2计算机计算机分包括个联人计算仗机和工赏业计算东机，在禽可编程之序控制滥器系统怠的工业晚应用中周发挥着屯越来越大重要的秋作用，项几乎P宿LC系茅统从工睛程项目谨开发、惕编程、悟调试到敢系统的腿运行和丽维护，撕计算机劝越来越正成了不抢可缺少响的工具闻。返回本节3.4县.3人机界面1.特构造特牌点文本显萝示区：特可显示家两行信纽奉息（每朱行20个字符可）的液桂晶显示LCD。按键：共统有9个键议。通信：寻通过TD/葡CPU电缆（通拥用RS23臭2接口）可仁以提供可愿编程序控百制器与TD君200的通信运，同时白可以提悉供TD的电源，着而不必再舒另接电源蜜。电源：辜如果不鱼用TD/塑CPU通信电缆氏，可以通惜过面板右谷侧的电源寨接口连接拼外部电源帽。2.主榴要功能可以显喝示从C载PU主盖机读出裤的信息盖（如读刻取指令辟、数据衡、当前追值及状坑态）；纹可以调古整运行黎中选定索的程序厚变量；刃可以提嚷供对输福入输出古点的强蓝制功能疤；可以馋为实时奸时钟设厌置日期储和时间佩；支持携多种语悟言形式币的菜单委和提示缸并支持颤中文。返回本节3.4茅.4特殊功完能模块1.吊数字量恐扩展模区块2.模教拟量扩展立模块3.序热电偶丽、热电史阻模块4.摩通信扩驰展模块5.袖现场设着备接口时模块1.旅数字量甲扩展模映块数字量纵扩展模升块主要经有：EM2盛21云数字斑量输入呈模块，冠24V究，8输防入。EM2闹22周数字量参输出模花块，2村4V，碑8输出欺。EM22伞3数字徐量混合模嘱块，24条V。2.模耕拟量扩展此模块模拟量扩榨展模块主均要有：EM2蕉31：珍4模拟排输入点库，2W胁，12尚位。EM2揭32：司2模拟登输出点叼，2W携，12耐位。EM2肥35：锡4模拟饲输入点繁，1模利拟量输盏出点，港2W，违12位矿。3.易热电偶充、热电赚阻模块EM23迹1为1.惯8W，1灰5位，模租拟量输入昨。4.通胃信扩展模区块EM27夏7P款ROFI肉BUS-洪DP模块战用于PL泉C现场总傻线通信连敲接。波特鸭率可从9短600~掉12M波须特。5.倾现场设苦备接口良模块CP撞243在-2通战信处理累器是A照S-I声主站连邻接部件形，专门剂用于S乌7-2好00虎CPU讲22政x，连岔接的同寨时显著筛增加了恼S7-刊200夸可利用鬼的I/棚O点数处。返回本仿节