可编程控制器原理及应用PPT完整全套教学课件

目录第1章可编程控制器概述第2章西门子S7-200PLC的硬件系统第3章S7-200PLC编程工具第4章S7-200PLC的基本指令及应用第5章S7-200PLC步进指令及应用第6章S7-200PLC功能指令及应用第7章PLC控制系统的设计第8章西门子其他型号PLC简介第9章可编程控制系统通信第1章可编程控制器概述1.1PLC的产生1.2PLC的特点及应用1.3PLC的分类及性能指标1.4PLC与其他控制系统的比较1.5PLC的硬件组成1.6PLC的工作原理1.7PLC的编程语言

1.1PLC的产生

1.1.1PLC的由来1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM)为了适应汽车型号的不断翻新，想寻求一种新方法，用新的控制装置取代原继电器控制装置，并将这个设想归纳成如下10个功能指标，公开招标。

(1)编程简单，可在现场修改程序；

(2)维护方便，最好是插件式；

(3)可靠性高于继电器控制柜；

(4)体积小于继电器控制柜；

(5)可将数据直接送入管理计算机；

(6)在成本上可与继电器控制柜竞争；

(7)输入可以是交流115 V(即美国的电网电压)；

(8)输出为交流115 V、2 A以上，能直接驱动电磁阀；

(9)在扩展时，原有系统只需要很小的变更；

(10)用户程序存储器的容量至少能扩展到4 KB。

1.1.2PLC的定义

可编程控制器早期叫作可编程逻辑控制器。随着信息技术的发展，其应用早已超出了逻辑控制的范围。目前人们把这种装置称作可编程控制器(ProgrammableController)。但为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称PC混淆，可编程控制器仍简称为PLC。

从定义中可以看出，可编程控制器具有计算机的特征，而实际上，PLC从结构、工作原理等方面看，实质上就是一台计算机，它是为工业环境应用设计出来的计算机，所以其抗干扰能力非常强，能在高噪声、强电磁干扰、强振动及高温高湿等情况下稳定工作，这是一般个人计算机无法做到的。另外，它还易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩展其功能，所以具有更强的适应性和灵活性。

1.1.3PLC的发展状况

20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术被全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

随着PLC技术及其产品结构的不断发展和更新，PLC产品的性价比越来越高，PLC应用领域日益扩大，其功能也越来越强。PLC的发展趋势主要表现在以下几个方面：

(1)向超小型和极大型两极发展。

(2)向通信网络化方向发展。

(3)向模块化、智能化方向发展。

(4)向软件标准化方向发展。

1.2PLC的特点及应用1.2.1PLC的主要特点PLC的主要特点如下：(1)可靠性高，抗干扰能力强。工业现场的环境条件一般都比较恶劣，如电磁干扰、电源波动、机械振动、温度和湿度的变化等都会对现场设备的工作造成影响。针对这些问题，PLC从系统设计、硬件结构和软件等方面采取了多种抗干扰措施。从实际使用情况来看，PLC控制系统的平均无故障时间一般可达几万小时，故障修复时间短。

具体措施如下：

①硬件措施方面：为防止外界电磁干扰，对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽；为消除或抑制高频干扰，减少各种模块之间的相互影响，对各输入端及供电系统均采用滤波电路；为有效地隔离I/O接口与CPU之间、I/O接口与I/O接口之间电的联系，I/O接口电路均采用光电隔离；为防止电网电压波动对CPU的影响，电源模块采用性能良好的开关电源并具备多级滤波和调整电路；采用模块式结构，以便在故障情况下短时修复。

②软件措施方面：软件定期检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等，实现自诊断功能；当偶发性故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息，一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的程序工作。所以，PLC在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉，从而实现信息的保护和恢复。

(2)硬件接口丰富，功能齐全，通用性强。

PLC针对各种工业控制系统，都有与之相配套的各种硬件模块。PLC的硬件模块都是标准化的，功能模块品种很多，可以灵活组成各种不同规模、不同功能的控制系统。在PLC构成的控制系统中，PLC既能控制开关量，又能控制模拟量。

(3)编程简单，容易掌握。

PLC的梯形图编程语言来源于继电器控制线路，这种图形化的编程语言继承了传统继电接触控制线路的优点，清楚直观，沿用了继电接触控制系统的一些术语和设计方法，即使不具备专门的计算机编程知识的一般工程技术人员，也能读懂和掌握，深受他们的欢迎。大多数PLC的编程均提供了常用的梯形图方式和面向工业控制的简单指令方式。

(4)体积小，功耗小，性价比高。

PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑、坚固，体积小，重量轻，功耗低。PLC由于其强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。以西门子公司的S7-200型PLC为例，其外形尺寸仅为120 mm × 80 mm × 62 mm，重量为360 g，功耗为7 W，具有很好的抗振动、适应环境温湿度变化的能力。由于PLC的体积小，易于与机械设备相结合，因此它是机电一体化理想的控制设备。

(5)设计、施工、调试周期短。

设计传统的继电接触控制系统时，首先根据控制要求画出电气原理图，然后画出设备布置和接线图，最后进行安装调试；而采用PLC控制，由于其靠软件实现控制，硬件线路非常简洁，并为模块化积木式结构，且已商品化，因此仅需按性能、容量(输入/输出点数、内存大小)等选用并组装，大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行，从而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。

1.2.2PLC的应用

1.开关量逻辑控制

开关量逻辑控制是PLC最基本的应用，主要用于取代传统的继电接触控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

2.工业过程控制

在工业生产过程中存在一些连续变化的量(即模拟量，如温度、压力、流量、液位和速度等)，PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。

3.运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制，一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种生产线、机床、机器人、电梯等场合。

4.数据处理

PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。随着PLC技术的发展，其数据存储区的容量也越来越大，在造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统中，利用PLC的数据处理功能完全能满足系统的需求。

5.联网及通信

现在PLC的通信及联网能力很强，PLC与PLC之间、PLC与个人计算机之间及PLC与其他智能设备之间，都能实现联网通信，完成信息交换。联网、通信适应了当今工厂自动化网络的发展需求，使工业控制的智能化水平得到大大提升。

1.3PLC的分类及性能指标

1.3.1PLC的分类1.按I/O点数分类按PLC的输入、输出点数的多少可将PLC分为小型机、中型机和大型机三类。(1)小型机。(2)中型机。(3)大型机。

2.按结构形式分类

根据PLC结构形式的不同，PLC可分为整体式和模块式两类。

(1)整体式。整体式PLC把电源、CPU、I/O模块等紧凑地安装在一个标准的箱体中，构成一个整体。图1-1所示为西门子S7-200外观结构图。整体式PLC的基本单元上设有扩展接口，通过扩展电缆与扩展单元相连。图1-1S7-200外观结构

(2)模块式。模块式PLC是由一些具有独立功能的模块单元(如CPU模块、I/O模块、电源模块和各种功能模块等)构成的，一般将这些模块安装在框架上的基板上即可(有些PLC没有底板，模块直接安装在导轨上)。模块式PLC的模块功能是独立的，外形尺寸是统一的，可根据需要灵活配置。目前大、中型PLC都采用这种方式。图1-2所示为西门子S7-300外观结构图。图1-2S7-300的外观结构

3.按功能分类

按PLC的功能可将PLC分为低档、中档、高档三类。

(1)低档PLC。

(2)中档PLC。

(3)高档PLC。

4.按生产厂家分类

(1)德国系列。

(2)日本系列。

(3)美国系列。

(4)国内系列。

1.3.2PLC的性能指标

1.扫描速度

扫描速度是指PLC的CPU执行指令的速度，即执行一条指令所需要的时间。

2.输入/输出点数(I/O点数)

输入/输出点数是指PLC外部输入/输出端子的总数及对多少路模拟进行控制。

3.存储容量

PLC的存储容量指用户可存储的用户程序区的容量。PLC的存储容量一般从几KB至一百多KB，以KB为单位来进行计算。

4.指令系统

PLC指令条数的多少和各条指令的功能也是PLC的重要指标。

5.功能模块

PLC的模块种类多少也是反映其性能指标高低的一个指标。

1.4PLC与其他控制系统的比较

1. PLC与继电接触控制系统的比较(1)从控制方式上看，继电接触控制系统采用逻辑控制，通过继电器触点串联或并联的硬件接线来实现。其连线多且复杂，体积大，功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以该控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。

(2)从工作方式上看，在继电接触控制系统中，当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式；而PLC的用户程序按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序取决于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。

(3)从控制速度上看，继电接触控制系统依靠机械触点的动作来实现控制，工作频率低，机械触点还会出现抖动问题；而PLC是通过程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快，程序指令执行时间在微秒级，且不会出现触点抖动问题。

(4)从定时和计数控制上看，继电接触控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高；而PLC采用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用户可根据需要在程序中设定定时值，修改方便，不受环境的影响。另外，PLC具有计数功能，而继电接触控制系统一般不具备计数功能。

(5)从可靠性和可维护性上看，由于继电接触控制系统使用了大量的机械触点，其存在机械磨损、电弧烧伤等风险，寿命短，系统的连线多，所以可靠性和可维护性较差；而PLC大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其寿命长，可靠性高。PLC还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。

2.PLC与单片机控制系统的比较

(1) PLC是应用单片机构成的比较成熟的控制系统，是已经调试成熟稳定的单片机应用系统的产品，有较强的通用性；而单片机可以构成各种各样的应用系统，使用范围更广。单就单片机而言，它只是一种集成电路，必须与其他元器件及软件构成系统才能应用。

(2)对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC快捷方便，成功率高，可靠性好，但成本较高。

(3)采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但需要相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定。

(4)从本质上说，PLC其实就是一套已经做好的单片机系统。

3. PLC与微型计算机控制系统的比较

(1)应用范围。

(2)工作环境。

(3)编程语言。

(4)工作方式。

(5)价格。

1.5PLC的硬件组成1.5.1PLC的基本结构PLC的生产厂家众多，其型号、种类也多种多样，但从其结构上看主要分成整体式和模块式两种。虽然两种PLC的结构不同，但其工作原理和内部组成基本相同，它们都包括中央处理器(CPU)、存储器、输入单元/输出单元(I/O接口)、通信接口、扩展接口、电源等部分。其中，CPU是PLC的核心，I/O接口是连接现场输入/输出设备与CPU的接口电路，扩展接口用于连接扩展单元，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。

图1-3所示为整体式PLC的结构图，图1-4为模块式PLC的结构图。

图1-3整体式PLC的结构图图1-4模块式PLC的结构图

1.5.2PLC各组成部分的功能

1.中央处理器(CPU)

同一般的计算机一样，CPU是PLC的控制核心，由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。PLC中所配置的CPU随机型不同而不同，常用的有三类：通用微处理器(如Z80、Z80A、8085、8086、80286等)、单片微处理器(如MCS8031、MCS8096等)和位片式微处理器(如AM2900、AM2901、AM2903、AMD29W等)。

在PLC中，CPU按系统程序赋予的功能，主要完成以下几个方面的任务。

(1)接收与存储用户从编程器输入的用户程序和数据。

(2)诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。

(3)用扫描工作方式，通过输入接口接收现场的输入信号，并存入输入映像寄存器或数据寄存器中。

(4)在PLC进入运行方式后，从存储器逐条读取用户程序指令，经过解释后执行。

(5)根据执行的结果，更新有关标志位的状态，刷新输出映像寄存器的内容，通过输出单元实现输出控制。有些PLC还具有制表打印或数据通信等功能。

2.存储器

存储器主要有两种：一种是可进行读/写操作的随机存储器RAM，另一种是只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。PLC的存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。

系统程序是由PLC的制造厂家编写的，由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问和修改，主要完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能，提供PLC运行的平台。

3.输入/输出接口

输入/输出接口通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接通道。PLC通过输入接口接收被控对象的各种检测信号，并把这些信号转换成PLC能接收和存储的标准信号，存入相应的输入映像寄存器中；PLC运行时，CPU从输入映像寄存器中读取所需要的输入信息，根据用户程序的运行产生的控制结果存入相应的输出映像寄存器中，通过输出接口将输出映像寄存器中的处理结果转换成被控制对象能接收的信号送出去，以实现控制目的。

1)输入接口

根据现场的输入信号是模拟量还是数字量(开关量)，输入接口分为模拟量输入接口和数字量输入接口；根据现场的输入信号是直流还是交流，输入接口分为直流输入接口和交流输入接口。

常用的开关量输入接口按其使用的电源不同有三种类型：直流输入接口、交流输入接口和交/直流输入接口。其基本原理电路如图1-5所示。常用的模拟量输入接口如图1-6所示。图1-5开关量输入接口图1-6模拟量输入接口

2)输出接口

常用的开关量输出接口按输出开关器件不同有三种类型：继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出。其基本原理电路如图1-7所示。继电器输出接口可驱动交流或直流负载，但其响应时间长，动作频率低；而晶体管输出和双向晶闸管输出接口的响应速度快，动作频率高，但前者只能用于驱动直流负载，后者只能用于交流负载。模拟量输出接口如图1-8所示。图1-7开关量输出接口图1-7开关量输出接口图1-8模拟量输出接口

4.通信接口

PLC配有各种通信接口，这些通信接口一般都带有通信处理器。PLC通过这些通信接口可与监视器、打印机、其他PLC、计算机等设备实现通信。PLC与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印；与监视器连接，可将控制过程图像显示出来；与其他PLC连接，可组成多机系统或连成网络，实现更大规模的控制；与计算机连接，可组成多级分布式控制系统，实现控制与管理相结合。

5.智能接口模块

智能接口模块是一个独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口。它作为PLC系统的一个模块，通过总线与PLC相连，进行数据交换，并在PLC的协调管理下独立地进行工作。PLC的智能接口模块种类很多，如高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。

6.编程装置

编程装置的作用是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。它是开发、应用、维护PLC不可缺少的工具。编程装置可以是专用编程器，也可以是配有专用编程软件包的通用计算机系统。专用编程器是由PLC厂家生产的，专供该厂家生产的某些PLC产品使用，它主要由键盘、显示器和外存储器接插口等部件组成。专用编程器有简易编程器和智能编程器两类。

7.电源

PLC配有开关电源，以供内部电路使用。与普通电源相比，PLC电源的稳定性好，抗干扰能力强，对电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值 ±15% 的范围内波动。许多PLC还向外提供直流24 V稳压电源，用于对外部传感器供电。

8.其他外部设备

除了上述部件和设备外，PLC还有许多外部设备，如EPROM写入器、外存储器、人/机接口装置等。

EPROM写入器是用来将用户程序固化到EPROM存储器中的一种PLC外部设备。为了使调试好的用户程序不易丢失，经常用EPROM写入器将PLC内的RAM保存到EPROM中。

人/机接口装置用来实现操作人员与PLC控制系统的对话。最简单、最普遍的人/机接口装置由安装在控制台上的按钮、转换开关、拨码开关、指示灯、LED显示器、声光报警器等器件构成。对于PLC系统，还可采用半智能型CRT人/机接口装置和智能型终端人/机接口装置。半智能型CRT人/机接口装置可长期安装在控制台上，通过通信接口接收来自PLC的信息并在CRT上显示出来；智能型终端人/机接口装置有自己的微处理器和存储器，能够与操作人员快速交换信息，并通过通信接口与PLC相连，也可作为独立的节点接入PLC网络。

1.6PLC的工作原理

1.6.1PLC的工作原理PLC的结构从实质上看与计算机是一样的，但其工作方式和计算机又不完全一样。PLC在工作时，其CPU与计算机一样是采用分时操作的，每一时刻执行一个操作，按照时间的延伸一个动作接着一个动作顺序地进行，执行完最后一个动作后就会重新从头执行。

PLC工作时的另一个特点就是集中输入，集中输出。由于PLC的输入/输出点数较多，为适应工业环境下的控制要求，提高系统工作的可靠性，PLC对输入和输出信号采取集中处理的方式，即在特定的时间段集中完成输入信号的采集和输出信号的刷新。

一般地，一个完整的PLC扫描周期包括内部处理、通信处理、输入采用、程序执行、输出刷新几个阶段，如图1-9所示，详细工作过程参看图1-10。PLC上电后基本上有两种工作状态，即运行(RUN)状态与停止(STOP)状态。在停止状态时，一般在前两段循环，在运行状态时以一个完整的扫描周期进行循环。根据图1-9所示，PLC的工作过程分为5个阶段。图1-9PLC工作流程图1-10PLC详细工作流程

1.公共处理扫描阶段

此阶段包括内部处理和通信处理两部分，主要完成PLC的自检、通信服务及看门狗监视定时器清零等工作。自检主要检测PLC各部件的状态是否正常，如出现异常，通过诊断后给出故障信号或相应的处理，提高系统工作的可靠性。自检结束后要处理是否有外部设备的通信要求，是否需要进入通信服务程序，是否需要起动外部设备等。

监视定时器是为了监视PLC的每次扫描时间而设定的，它预先设定好规定的时间，每个扫描周期都要监视扫描时间是否超过规定值。如果程序运行正常，则在每次扫描周期的公共处理阶段对定时器进行清零，避免PLC在执行程序中进入死循环。如果程序运行失常进入死循环，则监视定时器不能按时清零而造成溢出，将给出报警信号或停止PLC运行。

2.输入采样阶段

输入采样阶段是一个集中批处理阶段，这个阶段PLC以扫描方式依次地读入所有输入端子的状态和数据，并将它们存入输入映像区中相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，输入映像区中的相应单元的状态和数据也不会改变，所以在这个周期内程序执行过程中用到的输入信号，是从输入映像区中读取。

3.用户程序执行阶段

输入采样阶段结束后进入用户程序执行阶段，PLC对用户程序(梯形图)的执行总是按由上而下的顺序依次地扫描。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态，或者刷新该输出线圈在I/O映像区中对应位的状态，或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

4.输出刷新阶段

输出刷新阶段也是一个集中批处理阶段，当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。PLC的CPU直接驱动负载，程序的执行结果先存放在输出映像寄存器中，等到程序执行完毕，进入输出刷新阶段，CPU按照输出映像寄存器对应的状态和数据刷新所有的输出锁存器，再经输出电路驱动相应的外部负载，这才是可编程逻辑控制器的真正输出。

输出刷新阶段结束后，PLC进入下一个扫描周期。

PLC一个完整的输入/输出过程参看图1-11。图1-11PLC的输入/输出过程

1.6.2PLC输入/输出的滞后问题

PLC的I/O滞后时间又称为系统响应时间，是指可编程控制器外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的间隔。

PLC是根据输入的情况以及程序的内容，来决定输出。从PLC的输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间，PLC的这种输入/输出响应滞后主要的产生原因是：循环扫描的工作方式；PLC硬件中的输入滤波电路和输出继电器触点机械运动；程序编写的不当。

图1-12所示为PLC输入/输出滞后的一个示例。图1-12PLC输入/输出滞后示例

1.7PLC的编程语言

1.梯形图语言梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言，也是一种图形语言，与继电器线路类似的一种编程语言。不同品牌的PLC有不同的梯形图语言，但所有PLC的梯形图都来源于一般的继电接触控制电路。因此，理解梯形图的前提是对继电接触控制电路有较好的理解。

梯形图(LAD)主要有以下特点：

(1)梯形图编程语言与电气原理图相对应，具有直观性和对应性，与原有继电器控制相一致，易于电气技术人员掌握。

(2)图形表示易于理解，而且各种型号，不同厂家生产的PLC都有梯形图编程语言。

(3)可以使用语句表(STL)显示所有LAD程序。

(4)梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，触点也不是真实存在的触点，应用时需要与原有继电器控制的概念区别对待。

图1-13为电动机连续运行的继电接触控制电路原理图和梯形图。图1-13电动机连续运行的继电接触控制电路原理图和梯形图

2.语句表语言

语句表编程语言是与汇编语言类似的一种助记符编程语言，和汇编语言一样由操作码和操作数组成。在无计算机的情况下，适合采用PLC手持编程器对用户程序进行编制。同时，语句表编程语言与梯形图编程语言一一对应，在PLC编程软件下一般可以相互转换。与图1-13梯形图对应的语句指令表如下：

LDI0.0

OQ0.0

ANI0.1

=Q0.0

语句表编程语言的特点是：采用助记符来表示操作功能，容易书写，但不够形象，不容易掌握；在手持编程器的键盘上采用助记符表示，便于操作，可在无计算机的场合用手持编程器进行编程设计；语句表与梯形图有对应关系。语言表的使用需要较长时间的培训和练习，但有时可以实现某些梯形图不能实现的功能。

3.功能块图语言

功能块图语言是与数字逻辑电路类似的一种PLC编程语言。功能块图使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制逻辑，一些复杂的功能用指令框表示，适合于有数字电路基础的编程人员使用。功能块图用类似于与门、或门的框图来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框用“导线”连在一起，信号自左向右。采用功能块图的形式来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。

功能模块图程序设计语言的特点是：以功能模块为单位，分析理解控制方案简单容易；功能模块是用图形的形式表达功能，直观性强，对于具有数字逻辑电路基础的设计人员很容易掌握编程；对规模大、控制逻辑关系复杂的控制系统，由于功能模块图能够清楚表达功能关系，使编程调试时间大大减少。图1-14所示为与图1-13对应的功能块图语言。图1-14功能块图

4.顺序功能图语言

顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。编程时将顺序流程动作的过程分成步和转换条件，根据转换条件对控制系统的功能流程顺序进行分配，一步一步地按照顺序动作。每一步代表一个控制功能任务，用方框表示。在方框内含有用于完成相应控制功能任务的梯形图逻辑。这种编程语言使程序结构清晰，易于阅读及维护，大大减轻编程的工作量，缩短编程和调试时间，用于系统规模较大，程序关系较复杂的场合。图1-15是一个简单的顺序功能流程图编程语言的示意图。图1-15顺序功能流程图编程语言

5.结构化文本语言

结构化文本语言是用结构化的描述文本来描述程序的一种编程语言。它是类似于高级语言的一种编程语言，常采用结构化文本来描述控制系统中各个变量的关系，主要用于其他编程语言较难实现的用户程序编制。

大多数PLC制造商采用的结构化文本编程语言与BASIC语言、PASCAL语言或C语言等高级语言相类似，但为了应用方便，在语句的表达方法及语句的种类等方面都进行了简化。

结构化文本编程语言的特点：采用高级语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算；需要有一定的计算机高级语言的知识和编程技巧，对工程设计人员要求较高；直观性和操作性较差。

一个起保停梯形图，用语句表表示如下：

LDSTART

OLAMP

ANSTOP

=LAMP

用ST(结构化文本)表示就是：

LAMP:=(STARTORLAMP)ANDNOT(LAMP)第2章西门子S7-200PLC的硬件系统2.1西门子PLC简介2.2S7-200系统的基本构成2.3S7-200PLC的编程元件及寻址方式

2.1西门子PLC简介

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，是世界上著名的研发和制造PLC的公司。该公司在1973年就研制成功了欧洲第一台PLC。第一代SIMATICS3系列PLC控制系统于1975年成功投放市场。1979年，微处理器技术被应用到可编程控制器中，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。

西门子公司的PLC系列产品以其可靠性高，功能强大的优势在我国得到了十分广泛的应用。无论是单机控制还是复杂系统的控制，在各个行业中，都能从西门子系列PLC产品中选到满足生产需求或符合自动控制要求的型号。另外，近年来随着信息技术的迅速发展，西门子公司的PLC产品在功能模板、人机界面、工业网络、软件应用等方面也迅速发展，使PLC控制系统的智能化越来越高，设计和操作越来越简单。

最新的SIMATIC产品为SIMATICS7、M7和C7等几大系列。SIMATICS7-200系列属于小型可编程控制器，发展至今，大致经历了两代。第一代产品的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，本书对第一代PLC产品不作具体介绍。第二代产品的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。其中，除CPU221之外，其他都可加扩展模块。

2.2S7-200系统的基本构成西门子S7-200是一款整体结构式小型PLC，具有性能价格比高、功能丰富的特点，可以根据控制规模大小选择主机CPU的型号。主机本身包含一定数量的I/O端口，当主机功能不够用时还可以进行扩展，扩展模块包括数字量扩展模块、模拟量扩展模块、通信模块、网络设备模块、人机界面等。图2-1所示为S7-200的基本构成。S7-200系列PLC主机可以单机运行，也可以连接扩展功能模块后运行，对于复杂系统也可以组成上下位机联网运行。图2-1S7-200的基本构成

S7-200的CPU单元包括中央处理器、存储器、集成电源和输入/输出(I/O)点等，它们被封装在一个紧凑的外壳内，如图2-2所示。

图2-2S7-200外观示意图

图2-2中，顶部端子盖内是电源及输出端子；底部端子盖内是输入端子及直流24 V电源；中部右侧前盖内是模式选择开关(RUN/STOP)、模拟调节电位器和扩展I/O接口(PLC主机与输入、输出扩展模块的接口，用于扩展系统，主机与扩展模块之间由导轨固定，并用扩展电缆连接，如图2-3所示)；左侧是运行状态指示灯LED(显示CPU的工作方式、本机I/O的状态、系统错误状态)、存储卡及通信接口(PLC主机实现人机对话、机机对话的通道，实现PLC与上位计算机的连接，以及PLC与PLC、编程器、彩色图形显示器、打印机等外部设备的连接)。

图2-3扩展单元安装

2.2.1主机单元

西门子CPU模块为CPU22X，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。图2-4所示为CPU224主机单元外形。图2-4CPU224主机单元外形

1.主机简介

(1) CPU221：主机集成6输入/4输出共10点数字量I/O，无I/O扩展能力；具有6 KB程序和数据存储空间，4个独立的30 kHz高速计数器，2路独立的20 kHz高速脉冲输出；1个RS485通信/编程口；具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力。CPU221适合于小点数控制的微型控制器。

(2) CPU222：主机集成8输入/6输出共14个数字量I/O点，可连接2个扩展模块；具有6 KB程序和数据存储空间，4个独立的30 kHz高速计数器，2路独立的20 kHz高速脉冲输出，1个RS485通信/编程口；具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力。它非常适合于小点数控制的微型控制器。

(3) CPU224：主机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点；具有13 KB程序和数据存储空间，6个独立的30 kHz高速计数器，2路独立的20 kHz高速脉冲输出，PID控制器，1个RS485通信/编程口；具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力；I/O端子排可很容易地整体拆卸。它是具有较强控制能力的控制器。

(4) CPU224XP：主机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点；具有20 KB程序和数据存储空间，6个独立的高速计数器(100 kHz)，2个100 kHz的高速脉冲输出，2个RS485通信/编程口；具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力；新增了多种功能，如内置模拟量I/O，位控特性，自整定PID功能，线性斜坡脉冲指令，诊断LED，数据记录及配方功能等。它是具有模拟量I/O和强大控制能力的新型CPU。

(5) CPU226：主机集成24输入/16输出共40个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点；具有13 KB程序和数据存储空间，6个独立的30 kHz高速计数器，2路独立的20 kHz高速脉冲输出，PID控制器，2个RS485通信/编程口；具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力；I/O端子排可很容易地整体拆卸。CPU226用于有较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点、更强的模块扩展能力、更快的运行速度和更强的内部集成特殊功能，适应于一些复杂的中小型控制系统。

2.性能指标

S7-200的性能指标主要包括外形、功耗、输入/输出特性、指令系统、执行速度、存储容量等，具体参见表2-1，订货号参见表2-2。

3.输入/输出端子接线

数字量输入与直流电源的接线如图2-5所示。图2-5中，1M为输入的公共端，输入信号可以与电源正相接，也可以与电源负相接。图2-5数字量输入与电源之间的接线

输出端子和负载电源之间的连接与输出模块的类型有关。图2-6为晶体管类型输出模块端子接线，电源极性只能按图中那样接线，不能更改。图2-7为CPU224XPSi晶体管类型的接线图，输出的为负极，电源极性不能相反。图2-8为继电器类型输出模块端子接线，交直流电源都可以，其电源极性与端子连接时没有要求，采用直流电源时可以正极连接，也可以负极连接。图2-6晶体管类型输出模块端子接线图2-7CPU224XPSi晶体管类型输出模块端子接线图2-8继电器类型输出模块端子接线

图2-9为CPU224端子接线图，图2-10为CPU226端子接线图。下面以图2-10为例介绍端子接线情况。图2-9CPU224端子接线图图2-10CPU226端子接线图

2.2.2扩展模块

S7-200系列PLC可以连接的扩展模块(除CPU221外)主要有数字量输入/输出(DI/DO)模块、模拟量输入/输出(AI/AO)模块、通信模块和特殊功能模块等4类。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。连接时CPU模块放在最左侧，扩展模块用扁平电缆与左侧的模块相连。用户可根据不同的控制需求选用具有不同功能的扩展模块。CPU221不能连接扩展模

1.扩展模块(DI/DO)

数字量扩展模块主要有数字量输入扩展模块EM221、数字量输出扩展模块EM222和数字量输入/输出扩展模块EM223，如表2-3所示。

数字量输入扩展模块EM221有3种：8点直流数字量24 V输入，16点直流数字量24 V输入，8点交直流通用输入。直流输入时电源可接24 V，交流输入时电源可直接接220 V。图2-11(a)所示为8数字量直流输入端子接线图。图中8个数字量输入端子分成2组，1M、2M分别是2组输入点内部电路的公共端，每组需用户提供一个24 VDC电源。图2-11(b)所示为16数字量直流输入端子接线图。图2-11(c)所示为8交流量输入模块端子接线图，图中有8个分隔式数字量输入端子，每个输入点都占用2个接线端子，它们各自使用1个独立的交流电源(由用户提供)，这些交流电源的电压等级可以不同。图2-11EM221端子接线图

数字量输出扩展模块EM222有5种，即4点直流24 V数字量输出，4点继电器输出，8点直流24 V数字量输出，8点继电器输出，8点光电隔离晶闸管输出，其接线图如图2-12所示。图2-12EM222端子接线图

数字量输入/输出模块EM223有6种，即4点、8点、16点直流数字量24 V输入/4点、8点、16点直流数字量24 V输出，4点、8点、16点直流数字量24 V输入/4点、8点、16点继电器输出，如图2-13所示。图2-13EM223端子接线图图2-13EM223端子接线图(c) 8点直流数字量24 V输入/8点直流数字量24 V输出数字量端子接线图图2-13EM223端子接线图(d) 8点直流数字量24 V输入/8点继电器输出端子接线图图2-13EM223端子接线图(e) 16点直流数字量24 V输入/16点直流数字量24 V输出数字量端子接线图图2-13EM223端子接线图(f) 16点直流数字量24 V输入/16点继电器输出端子接线图

2.模拟量扩展模块

当被控对象是模拟量时，如温度、压力、流量、液位等，就需要将模拟量采集后通过PLC的模拟量扩展模块将模拟信号转换成数字信号送给PLC，PLC处理后的结果再通过模拟量扩展模块将数字量转换成模拟量送给控制对象。模拟量扩展模块主要有：模拟输入模块EM231、模拟量输出模块EM232和模拟量输入/输出模块EM235。

1)模拟量扩展模块的地址和技术参数

PLC主机单元的I/O地址是固定的，进行扩展后扩展模块I/O地址由扩展模块在主机单元右侧的位置决定。模拟量扩展模块是按偶数分配地址。

模拟量输入/输出扩展模块的技术参数参见表2-4和表2-5。

2)模拟量输入模块

模拟输入模块EM231有3种类型：4点12位模拟量输入，输入量程可以是电流4～20 mA、电压0～5 V、0～10 V、±5 V、±10 V等；2点12位热电阻输入，4点12位热电偶输入。

(1)模拟量输入模块数据格式。模拟量输入模块的输入信号经模数(A/D)转换后的数字量数据值是12位二进制数。数据值的12位在CPU中的存放格式如图2-14所示。图2-14模拟量输入数据格式

(2) EM231模拟量输入模块。EM231端子接线图如图2-15所示，上部输入端子共有12个，每3个点为一组，共4组。每组可作为一路模拟量的输入通道(电压信号或电流信号)，电压信号用两个端子(A+、A-)，电流信号用3个端子(RC，C+，C-)，其中RC与C+端子短接。未用的输入通道应短接(B+、B-)。图2-15EM231端子接线图

(3) EM231热电偶输入模块。EM231热电偶模块提供了7种连接和使用方便且带隔离的热电偶接口，可接热电偶类型有J、K、E、N、S、T和R。它可以使S7-200能连接低电平模拟信号，测量范围为 ±80 mV。所有连接到该模块的热电偶都必须是同一类型的。热电偶输入模块接线如图2-16所示。图2-16热电偶输入端子接线图

(4) EM231热电阻输入模块。EM231热电阻模块为S7-200连接各种型号的热电阻提供了接口，它允许S7-200测量三个不同的电阻范围，连接的热电阻有4种类型(Pt、Cu、Ni、和电阻)，但连接到模块的热电阻必须是相同的类型。为了达到最大的测量精度和重复性，西门子公司建议，S7-200RTD模块要安装在环境温度稳定的地方。热电阻输入模块接线如图2-17所示。

EM231热电阻模块使用DIP开关，可以选择热电阻的类型、接线方式、温度测量范围。DIP开关位于模块底部，如图2-17所示。图2-17热电阻输入模块接线图

3)模拟量输出模块

模拟输出模块EM232是2点12位模拟量输出，输出电压为0～10 V，电流为0～20 mA。模拟量输出模块数据格式如图2-18所示，端子接线图如图2-19所示。图2-18模拟量输出数据格式图2-19EM232端子接线图

4)模拟量输入/输出模块

模拟输入/模拟量输出EM235有4点模拟输入，1点模拟量输出。输入电压量程为0～1 V、0～5 V、0～10 V、0～500 mV、0～100 mV、0～50 mV、±25 mV、±50 mV、±100 mV、±500 mV、±1 V、±2.5 V、±5 V、±10 V等，输入电流量程为0～20 mA。模拟量输出电压0～10 V，电流0～20 mA。图2-20所示为EM235结构示意图，图2-21为EM235端子接线图。EM235的DIP设置开关作用是选择模拟量量程和精度。图2-20EM235结构示意图图2-21EM235端子接线图

3.其他特殊功能模块

(1)调制解调器EM241模块。

(2) PROFIBUS-DPEM277模块。

(3)工业以太网模块CP243-1。

(4)位置控制模块EM253。

2.3S7-200PLC的编程元件及寻址方式2.3.1编程元件编程元件是从编程的角度对存储区进行表述，PLC中编程元件沿用了传统继电接触控制系统中继电器的称谓，并根据其功能分成输入继电器(输入映像)I、输出继电器(输出映像)Q、中间继电器M、定时器T、计数器C、局部数据L和累加器AC等，其中S7-200PLC还有全局变量存储器V、特殊中间继电器SM、模拟量输入输出AWI与AWQ。虽然编程元件的称谓是继电器，编程应用时比较直观，但实质上它们是PLC存储区中的存储单元，是一种“软”器件。

1.输入继电器(I)

每个输入继电器对应PLC输入映像寄存器的一位，也对应一个输入端子，用来接收开关量信号。图2-22所示图2-22输入继电器等效示意图

2.输出继电器(Q)

每个输出继电器对应PLC输出映像寄存器的一位，也对应一个输出端子，用来把PLC程序的执行结果送到输出端，来达到控制外部负载的目的。图2-23为输出继电器等效示意图，图中输出继电器Q0.0的线圈受程序执行结果的驱动，当Q0.0线圈带电，其常开触点闭合，常闭触点打开，这些触点不能驱动外部负载，只能在程序中使用，使用次数没有限制。图2-23输出继电器等效示意图

3.通用辅助继电器(M)

通用辅助继电器(中间继电器)又称内部位存储器，相当于继电接触控制系统中的中间继电器。通用辅助继电器的线圈的通断电只能根据程序指令执行结果来决定，线圈带电后，其触点动作，触点有无数对可以使用，但其触点不能驱动外部负载。通用辅助继电器与PLC位存储区中的寄存器对应，一般按“字节.位”的编址方式来读取继电器的状态，但也能以字节、字、双字为单位使用。中间继电器在程序中常常作为中间变量，也可以定义或组态为标志位。

4.特殊辅助继电器(SM)

特殊辅助继电器是具有特殊功能或用来存储系统的状态变量和有关控制信息的辅助继电器，特殊辅助继电器能以位、字节、字或双字来存取，常用的特殊存储器的用途如下。

5.定时器(T)

定时器类似于继电器接触控制系统中的时间继电器，但它的精度更高，定时精度(时基增量)分为1 ms、10 ms和100 ms三种。定时器的类型有接通延时、断开延时和保持型通电延时等，每个定时器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用。与定时器相关的有两个变量，一个是定时器的位，一个是定时器的当前值(长度为字)。定时器在工作前需要提前输入设定值，工作时当前值从0按照一定的时间单位增加，当当前值达到设定值时，定时器的位被置“1”，定时器的触点动作。定时器的当前值和位是通过定时器号(地址)来进行存取的，如图2-24所示。图2-24定时器

6.计数器(C)

计数器用来对脉冲进行计数，计数脉冲的有效沿是脉冲的上升沿，计数的方式有加计数、减计数和加/减计数3种方式，每个计数器也可提供无数对常开和常闭触点供编程使用。和定时器一样，与计数器相关的有两个变量，一个是计数器的位，一个是计数器的当前值(长度为字)。计数器在工作前需要提前输入设定值，工作时当前值从0按照脉冲上升沿的个数进行累计，当当前值达到设定值时，定时器的位被置“1”，计数器的触点动作。计数器的当前值和位是通过计数器号(地址)来进行存取的，如图2-25所示。图2-25计数器

7.全局变量存储器(V)

全局变量存储器是S7-200独有的存储空间，经常用来保存逻辑操作的中间结果。所有的V存储区域都是断电保持的。有时会用V区的部分空间存放一些系统参数，这时用户程序就不能再访问那些空间。在V区还可以创建数据块DB。数据块DB是用户自定义的变量，存放程序数据信息，可分为共享数据块DB(可被所有逻辑块公用)或背景数据块DI(被功能块特定占用)。可以按位、字节、字、双字来存取V存储器。

8.局部变量存储器(L)

局部变量存储器是在块或子程序运行时使用的临时变量。局部变量使用前需要在块或子程序的变量声明表中声明。局部变量为块或子程序提供传送参数和存放中间结果的临时存储空间。块或子程序执行结束后，局部数据存储空间将可以重新分配，用于作为其他块或子程序的临时变量。

9.顺序控制继电器(S)

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。顺序控制继电器一般按“字节.位”的编址方式来读取继电器的状态，也可以按字节、字或双字来存取。顺序控制继电器的地址编号范围为S0.0～S31.7。

10.累加器(AC)

累加器是程序运行中重要的寄存器，用它可把参数传给子程序或任何带参数的指令和指令块，以及用来存储计算的中间值。此外，PLC在响应外部或内部的中断请求而调用中断服务程序时，累加器中的数据是不会丢失的，即PLC会将其中的内容压入堆栈。但应注意，不能利用累加器进行主程序和中断服务子程序之间的参数传递。CPU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中的数值。按字节、字来存取累加器只能使用存于存储器中数据的低8位或低16位，按双字来存取累加器可以使用全部32位，存取数据的长度由所用指令决定。

11.高速计数器(HC)

高速计数器与一般计数器不同，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的扫描速度更快的频率。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。高速计数器的地址编号范围根据CPU的型号有所不同，CPU221/222各有4个高速计数器，CPU224/226各有6个高速计数器，编号为HC0～HC5。

12.模拟量输入寄存器(AI)/模拟量输出(AQ)

S7-200将实际系统中的模拟量输入值(如温度或电压)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。可以用区域标识符(AI)、及数据长度(W)及字节的起始地址来存取这些值。在PLC内的数字量字长为16位，即两个字节，由于模拟输入量为1个字长，所以必须用偶数字节地址(如AIW0、AIW2、AIW4)来存取这些值，模拟量输入值为只读数据。

S7-200内部可编程元件的点数如表2-7所示。

2.3.2寻址方式

1.数据类型及数据范围

S7-200支持的数据类型主要有布尔型、字节型、字型、双字型、整型、双整型和实数型等几种。

1)布尔型(BOOL)

布尔型数据也称为位数据(bit，b)，数据范围只有两个值：0或1。例如，I0.0、Q0.1、M0.0、V0.1等都代表位数据，它们的状态只有0和1两种。

2)字节型(Byte)

一个字节(Byte，B)等于8位(bit)，其中0位为最低位，7位为最高位，如IB0(包括I0.0～I0.7位)、QB0(包括Q0.0～Q0.7位)、MB0、VB0等。数据范围为00～FF(十进制的0～255)。

3)字型(Word)

相邻的两字节(Byte)组成一个字(Word，W)，来表示一个无符号数，字长为16位。例如，MW0是由MB0和MB1组成的，其中M是存储区域标识符，W表示字，0是字的起始字节。需要注意的是，字的起始字节(如上例中的“0”)一般是偶数。字的数据范围为十六进制的0000～FFFF(即十进制的0～65 536)。在编程时要注意，如果已经用了MW0，如再用M0.0等数据要特别注意它们的关系。

4)双字型(DoubleWord)

相邻的两个字(Word)组成一个双字(DoubleWord，DW)，来表示一个无符号数，双字长为32位。如：MD100是由MW100和MW102组成的，其中M是区域标识符，D表示双字，100是双字的起始字节。需要注意的是，双字的起始字节(如上例中的“100”)和字一样，一般是偶数。双字的范围为十六进制的0～FFFFFFFF(即十进制的0～4 294 967 295)。在编程时，如果已经用了MD100，如再用MW100或MW102要特别加以注意。字节、字、双字的格式如图2-26所示。图2-26字节、字、双字的格式

5) 16位整数型(Integer，INT)

整型数据为有符号数，最高位为符号位，1表示负数，0表示正数。数据范围为 -32 768～32 767。

6) 32位整数型(DoubleInteger，DINT)

32位整数型和16位整数型数据一样，为有符号数，最高位为符号位，1表示负数，0表示正数。数据范围为 -2 147 483 648～2 147 483 647。

7)浮点数型(Real，R)

浮点数型也称为实数型，是一个32位数据，可以用来表示小数。可以表示为1.m  2E，标准格式的浮点数的最高位为符号位，指数e = E + 127为8位正整数。第0～22位是尾数的小数部分m，第23～30位是指数部分e。在编程软件中，用小数表示浮点数，浮点数的精度相当于7位十进制数。浮点数格式如图2-27所示。图2-27浮点数格式

2.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、字或双字。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。

3.编址方式

PLC访问编程元件时，实质上是访问存储器中的某个存储单元，S7-200中每个编程元件都有一个固定的存储单元与之对应，存储单元的地址编号是固定的，存储单元的编址方式一般为：区域标志符.数据类型.字节号.位号。

4.寻址方式

S7-200中寻址是指找到数据存放的存储单元的地址，根据存取方式一般分为直接寻址和间接寻址。

1)直接寻址

直接给出数据存储器和数据对象的区域符(I、Q、M、V、T、C等)及器件的序号对数据进行访问的方式称为数据的直接寻址，即在程序中直接使用编程元件的名称和地址，根据变量名直接获取数据。S7-200中编程元件的信息存取大多都是直接寻址，根据编程元件的编制方式不同，直接寻址中又可分为位寻址、字节寻址、字寻址和双字寻址等，如图2-28所示。图2-28不同位数的数据寻址方式

2)间接寻址

寻址时不是直接使用编程元件名称和地址，而是在指令中给出地址指针，通过地址指针间接地访问想要访问的数据存储器或者数据对象区，这就是间接寻址。间接寻址方式可寻址的区域有：输入映像存储区I、输出映像存储区Q、辅助继电器区M、全局变量存储区V、定时器区(当前值)T、计数器区(当前值)C和数据块D，对独立的位值和模拟量数据不能进行间接寻址。

间接寻址的过程如下所述。

(1)建立指针。

为了生成指针，必须使用双字传送指令(MOVD)，将存储器某个位置的地址移入另一存储器或累加器作为指针。在S7-200中指令的输入操作数必须使用“&”符号表示某一位值的地址，而不是它的值，把从指针处取出的数值传送到指令输出操作数标识的位置。

(2)使用指针来存取数据。在操作数前面加“*”号来表示该操作数为一个指针。如图2-29所示，AC1为一个字长的指针，存放VW200的起始地址。AC1作为指针指向的数据，取出后存放在AC0中。图2-29使用指针间接寻址

(3)修改指针。进行连续数据的存取时，可以改变指针的值，方便地存取相邻的数据。由于指针为32位的值，所以使用双字指令来修改指针值。简单的数学运算指令，如加法或自增指令，可用于修改指针值。修改指针时要注意调整存取的数据的长度：当存取字节时，指针值最少加1；当存取一个字、定时器或计数器的当前值时，指针值最少加2；当存取双字时，指针值最少加4，如图2-30所示。图2-30修改指针间接寻址

2.3.3扩展模块的寻址

1.输入/输出接点的扩展规则

(1)基本模块所连接的扩展模块数量不能超过其所允许连接的扩展模块数。

(2)连接的所有扩展模块消耗的总电流不能超过基本模块在直流5 V下提供的最大扩展电流。

(3)扩展后总的输入/输出接点数不能超出基本模块输入/输出映像寄存器的寻址范围。输入/输出模块按照安装的顺序进行顺序编址。

(4)数字量输入/输出模块必须按照字节进行编址，即按8点来分配地址。

(5)模拟量输入/输出模块则按照字进行编址，以2点或2个通道(2个字)递增方式来分配空间，本模块中未使用的通道地址不能被后续的同类模块继续使用，后续的地址排序必须从新的2个字以后的地址开始。

表2-8为S7-200CPU22X系列PLC主机单元能扩展的模块数量和扩展点数。主机电源提供的最大电流和扩展模块电流消耗参见表2-9(DC5 V电源为主机和扩展模块提供工作电源，扩展模块通过总线连接器与主机相连获取所需的工作电源)。．

2. S7-200输入/输出接点扩展实例

某控制系统基本单元模块采用CPU224，系统所需的输入输出点数各为：数字量输入24点、数字量输出20点、模拟量输入6点、模拟量输出2点，选择合适的扩展模块，写出各模块的输入/输出地址分配表。

本系统可有多种不同模块的选取组合，如果按照图2-31所示进行扩展模块配置和连接，则系统输入/输出地址分配表见表2-10。

图2-31扩展模块位置第3章S7-200PLC编程工具3.1STEP7-Micro/WIN编程系统概述3.2STEP7-Micro/WIN软件介绍3.3程序编辑、调试及运行3.4西门子S7-200仿真软件的应用

3.1STEP7-Micro/WIN编程系统概述

3.1.1系统硬件连接为了实现S7-200PLC与计算机之间的通信，西门子公司为用户提供了两种硬件连接方式：一种是通过PC/PPI电缆或PPI多主站电缆直接连接，其价格便宜，用得最多；另一种是通过个人计算机中的通信处理器(CP卡)和MPI(多点接口)电缆同PLC进行通信连接。

典型的单主机与PLC直接连接如图3-1所示。图3-1典型的单主机与PLC直接连接

3.1.2PLC编程软件的安装

1.系统要求

STEP7-Micro/WIN软件安装包是基于Windows的应用软件，4.0版本的软件安装与运行需要Windows2000/SP3或WindowsXP操作系统。目前SP9的软件包已经完全能够支持WIN7操作系统的运行要求。

2.软件安装

STEP7-Micro/WIN软件的安装很简单，关闭PC中的所有应用程序，并将光盘插入光盘驱动器系统自动进入安装向导(或在光盘目录里双击setup，则进入安装向导)，按照安装向导完成软件的安装。软件程序安装路径可使用默认子目录，也可以点击“浏览”按钮，在弹出的对话框中任意选择或新建一个新子目录。

首次运行STEP7-Micro/WIN软件时系统默认语言为英语，可根据需要修改编程语言。如将英语改为中文，其具体操作如下：运行STEP7-Micro/WIN编程软件，在主界面执行菜单Tools→Options→General选项，然后在弹出的对话框中选择Chinese即可将英语改为中文，再次起动该软件后中文环境立即生效。

3.2STEP7-Micro/WIN软件介绍

3.2.1软件的基本功能STEP7-Micro/WIN的基本功能可以简单地概括为：通过Windows平台用户自己编制应用程序。它的功能可以总结如下：(1)STEP7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的SIMATICS7-200PLC编程软件，简单、易学，能够解决复杂的自动化任务。

(2)适用于所有SIMATICS7-200PLC机型的软件编程。

(3)支持梯形图(LAD)、指令表(STL)和功能块图(FBD)等三种编程语言，可以在三者之间随时切换。

(4)具有密码保护功能。

(5) STEP7-Micro/WIN提供软件工具帮助用户调试和测试程序。

(6)指令向导功能包括：PID自整定界面；PLC内置脉冲串输出(PTO)和脉宽调制(PWM)指令向导；数据记录向导；配方向导。

(7)支持TD200和TD200C文本显示界面(TD200向导)。

在线与离线的主要区别是：

(1)联机方式下可直接针对相连的PLC设备进行操作，如上传和下载用户程序和组态数据等。

(2)离线方式下不直接与PLC设备联系，所有程序和参数都暂时存放在计算机硬盘文件里，待联机后再下载到PLC设备中。

3.2.2项目及其组件

西门子公司的STEP7-Micro/WIN把每个实际的S7-200系统的用户程序、系统设置等内容保存在一个项目(Project)文件中，扩展名为.mwp。用户打开具有该扩展名的文件亦即打开了相应的工程项目。

起动STEP7-Micro/WINV4.0编程软件，其主界面外观如图3-2所示。图3-2STEP7-Micro/WINV4.0软件主界面

1.菜单栏

菜单栏包括文件、编辑、查看、PLC、调试、工具、窗口、帮助8个主菜单项。

为了便于读者充分了解编程软件功能，更好完成用户程序开发任务，下面介绍编程软件主界面各主菜单的功能及其选项内容如下：

(1)文件。(2)编辑。

(3)查看。(4) PLC。

(5)调试。(6)工具。

(7)窗口。(8)帮助。

2.工具栏

工具栏提供简便的鼠标操作，它将最常用的STEP7-Micro/WINV4.0编程软件操作以按钮形式设定到工具栏。可执行菜单“查看”→“工具栏”选项，实现显示或隐藏标准、调试、公用和指令工具栏。工具栏及其选项如图3-3所示。图3-3工具栏

工具栏可划分为4个区域，下面按区域介绍各按钮选项的操作功能。

1)标准工具栏

标准工具栏各快捷按钮选项如图3-4所示。图3-4标准工具栏

2)调试工具栏

调试工具栏各快捷按钮选项如图3-5所示。图3-5调试工具栏

3)公用工具栏

公用工具栏各快捷按钮选项如图3-6所示。图3-6公用工具栏

4)指令工具栏

指令工具栏各快捷按钮选项如图3-7所示。图3-7LAD指令工具栏

3.指令树

指令树以树形结构提供项目对象和当前编辑器的所有指令。双击指令树中的指令符，能自动在梯形图显示区光标位置插入所选的梯形图指令。项目对象的操作可以双击项目选项文件夹，然后双击打开需要的配置页。指令树可用执行菜单“查看”→“指令树”选项来选择是否打开。

4.浏览栏

浏览栏可为编程提供按钮控制的快速窗口切换功能。单击浏览栏的任意选项按钮，则主窗口切换成此按钮对应的窗口。浏览栏可划分为8个窗口组件，下面按窗口组件介绍各窗口按钮选项的操作功能。

1)程序块

程序块用于完成程序的编辑以及相关注释。程序包括主程序(MAIN)、子程序(SBR)和中断程序(INT)。单击浏览栏的“程序块”按钮，进入程序块编辑窗口。程序块编辑窗口如图3-8所示。图3-8程序块编辑窗口

2)符号表

符号表是允许用户使用符号编址的一种工具。实际编程时为了增加程序的可读性，可用带有实际含义的符号作为编程元件代号，而不是直接使用元件在主机中的直接地址。单击浏览栏的“符号表”按钮，进入符号表编辑窗口。

3)状态表

状态表用于联机调试时监控各变量的值和状态。在PLC运行方式下，可以打开状态表窗口，在程序扫描执行时，能够连续、自动地更新状态表的数值和状态。单击浏览栏的“状态表”按钮，进入状态表编辑窗口。

4)数据块

数据块用于设置和修改变量存储区内各种类型存储区的一个或多个变量值，并加注必要的注释说明，下载后可以使用状态表监控存储区的数据。可以使用下列之一方法访问数据块：

(1)单击浏览条的“数据块”按钮。

(2)执行菜单“查看”→“组件”→“数据块”。

(3)双击指令树的“数据块”，然后双击用户定义1图标。

5)系统块

系统块可配置S7-200用于CPU的参数，使用下列方法能够查看和编辑系统块，设置CPU参数。可以使用下面之一方式进入“系统块”编辑：

(1)单击浏览栏的“系统块”按钮。

(2)执行菜单“查看”→“组件”→“系统块”。

(3)双击指令树中的“系统块”文件夹，然后双击打开需要的配置页。

系统块的配置包括数字量输入滤波，模拟量输入滤波，脉冲截取(捕捉)，数字输出表，通信端口，密码设置、保持范围，背景时间等。在完成系统块的内容设定后，必须将系统块的修改信息下载到PLC，为PLC提供新的系统配置。当项目的CPU类型和版本能够支持特定选项时，这些系统块配置选项将被启用。系统块编辑窗口如图3-9所示。图3-9系统块编辑窗口

6)交叉引用

交叉引用提供用户程序所用的PLC信息资源，包括3个方面的引用信息，即交叉引用信息、字节使用情况信息和位使用情况信息，使编程所用的PLC资源一目了然。交叉引用及用法信息不会下载到PLC。单击浏览栏“交叉引用”按钮，进入交叉引用编辑窗口。“交叉引用”编辑窗口如图3-10所示。图3-10“交叉引用”编辑窗口

7)通信

网络地址是用户为网络上每台设备指定的一个独特号码。该独特的网络地址确保将数据传送至正确的设备，并从正确的设备检索数据。S7-200PLC支持0至126的网络地址。

数据在网络中的传送速度称为波特率。波特率测量在某一特定时间内传送的数据量。S7-200CPU的默认传输速率为9.6 kb/s，默认网络地址为2。单击浏览栏的“通信”按钮，进入通信设置窗口。“通信”设置窗口如图3-11所示。图3-11“通信”设置窗口

8)设置PG/PC

单击浏览栏的“设置PG/PC接口”按钮，进入PG/PC接口参数设置窗口，“设置PG/P