可编程逻辑控制器（基于S7-200系列）课件 第2章 S7-200 PLC硬件ji编程资源

第2章S7-200系列PLC硬件

及编程资源

2.1S7-200系列PLC及升级版

S7-200PLC设计紧凑，使用方便、应用灵活、性价比高，具有良好的可扩展性及强大的指令集，能够比较完美地满足多种场合中的检测、监测及小规模控制系统的需求，可以作为独立的控制器模块广泛应用在各类自动控制及集散化控制系统中。

S7-200SMARTPLC是西门子公司推出的S7-200PLC的升级产品，其指令系统与S7-200PLC基本相同，但其编程资源和功能大大增加，集成了强大的以太网功能，可以覆盖所有与自动检测、自动控制有关的工业及民用领域。

S7-1200PLC是S7-200的新一代升级产品，涵盖了S7-200的原有功能并增加了许多特殊功能，可以提供多种智能模块，具有非常强大的通信功能，可以满足比较复杂及更广泛控制领域的应用。

2.2硬件系统配置

2.2.1.硬件系统

1.主要包括：

CPU主机

扩展模块、功能模块

相关设备以及编程工具。

S7-200PLC系统组成图2.S7-200主要性能特点

1）用户可以在程序中立即读写I/O点，而不受PLC循环扫描工作方式的影响。

2）S7-200具有集成的高速计数功能，能够对外部高速事件计数而不会影响S7-200的性能。这些高速

3）对数字量输入加滤波器。

4）对模拟量输入加滤波器，滤波值是多个模拟量输入采样值的平均值。

5）设置掉电保护存储区等。

2.2.2.S7-200CPU模块和技术指标1．CPU模块结构S7-200的CPU包括一个中央处理器、RAM、EEPROM、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,如下图：S7-200CN系列CPU实物图片

CPU负责执行程序；输入点用于从现场设备中采集信号；输出点则负责输出控制信号，用于驱动外部负载；有RUN和STOP两种工作模式；可由模式选择开关选择。当模式选择开关处于STOP位置时，不执行程序但可以对其编写程序；当开关处于RUN位置时，PLC处于运行状态；当开关处于TERM监控状态时，可以运行程序也可以进行读/写操作。扩展端口：用于连接扩展模块，实现I/O扩展。

2．模块功能

CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226五种不同结构配制的CPU单元。例如，CPU224CNPLC集成了14输入/10输出数字量I/O点；16KB程序和数据存储空间间；6个独立的30kHz高速计数器、2路独立的20kHz高速脉冲输出；具有实现PID运算控制功能，构成闭环控制系统；

1个RS485通信编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯功能。

CPU224CNPLC具有较强的控制功能。

CPU224CNPLC可以连接7个扩展模块，最大扩展为168路数字量I/O点或35路模拟量I/O端口，CPU224CNPLC是具有较强控制能力的控制器。

3.S7-200CPU技术指标以CPU224XP为例：用户程序长度运行模式下：12288字节数据存储区：10240字节掉电保护时间：100小时本机I/O数字量（点）：14入/10出模拟量：2入/1出扩展模块数量：7个模块高速计数器单相：4路30kHz2路200kHz2.2.3数字量输入输出（I/O）扩展模块

数字量扩展模块：S7-200PLC提供了多种类型的数字量扩展模块，用户可选用8点、16点和32点的数字量输入/输出模块。如：数字量输入/输出模块EM223。

CPU扩展模块2.2.4模拟量输入输出（I/O）扩展模块

模拟量扩展模块：4路模拟量输入EM2312路模拟量输出EM2324路输入、1路输出EM235

如：EM235模拟量输入、输出模块可以实现4路模拟量输入/1路模拟量输出，输入模拟量量程档位多，方便用户选择，适合在一般单闭环控制系统中使用。

2.2.5热电偶、热电阻输入扩展模块

热电阻扩展模块：

EM231热电阻输入扩展模块提供了与多种热电阻的连接口，通过DIP开关来选择热电阻的类型、接线方式、测量单位和开路故障的方向可以实现2路热电阻输入。热电偶扩展模块：如EM231热电偶模块直接以热电偶输出的电势作为输入信号，进行A/D转换后输入给PLC，可用于J、K、E、N、S和R型热电偶；2.2.6网络通信及其他模块1）网络通信模块有EM277PROFIBUS-DP从站通信模块、工业以太网通信模块243-1、调制解调器模块EM241（通过模拟电话线实现远距离通信）等。2）位置控制模块EM253用于S7-200PLC定位控制系统，它能够产生脉冲序列，实现对电动机速度及位置的开环控制。3）称重模块SIWAREXMS可以实现多用途电子称重，如轨道衡、吊称及力矩的测量。4）S7-200文本显示器TD产品包括TD200、TD400C，使用方便，具有良好的信息交互功能。5）S7-200系统有多种触摸屏，以实现更为完善的人机界面，如TP070、TP170A等。2.3I/O编址及外部端口接线2.3.1模块I/O端口编址

CPU必须通过编程实现从输入端口获取外部设备信息、从输出端口对外部设备的控制功能。CPU是通过系统分配给各端口相应的编址来访问输入输出端口的。I/O端口按类型分为：（1）数字量输入端口

CPU分配给数字量输入端口地址以字节（8位）为单位，一个字节八个数字量输入点，起始地址为I0.0（输入端口0字节第0位）。（2）数字量输出端口

CPU分配给数字量输出端口地址以字节（8位）为单位，一个字节八个数字量输出点，起始地址为Q0.0（输出端口0字节第0位）。（3）模拟量输入输出端口

CPU分配给模拟量输入端口地址以字（16位）为单位，一个字一个模拟量输入端口，起始地址为AIW0。

CPU分配给模拟量输出端口地址以双字（32位）为单位，一个双字一个模拟量输出端口，起始地址为AQW0。

（4）扩展模块编址

CPU分配给CPU22x系列的每种主机所提供的本机I/O点的I/O地址是固定的，在进行I/O扩展时，可以在CPU右边连接多个扩展模块，每个扩展模块的组态地址编号取决于各模块的类型和该模块在I/O链中所处的位置。编址时同种类型输入或输出点的模块在链中按与主机的位置递增。

S7-200系统扩展对输入/输出端口编址的组态规则为：

1）对于同类型输入或输出点的模块按I/O链中顺序进行编址，而不受其位置是否连续。

2）对于数字量，输入/输出映像寄存器的单位长度为8位（1个字节），本模块实际I/O位数按字节未满8位的，未用位不能分配给I/O链的后续模块（即后续模块编址必须从又一连续字节开始）。

3）对于模拟量输入，以2个字节（1个字）递增方式来分配地址空间。

4）对于模拟量输出，以2个字递增方式来分配地址空间。例如，某系统所需的数字量输入24点、数字量输出点为20点、模拟量输入6点、模拟量输出2点。如果系统选用主机CPU224，为满足系统需要可以有多种不同扩展模块的选取组合，并且各模块在I/O链中的位置排列方式也可能有多种。扩展I/O模块链及编址如下。。2.3.2S7-200PLC模块外部接线

1.输入端口接线

PLC是通过I/O点与外界建立联系的，用户必须灵活掌握I/O点与外部设备的连接关系和配电要求。

2.输出端口接线CPU224模块外围接线图

3.CPU224模块外围接线图：

CPU224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。注意：在实际应用中，用户应参考相应PLC的CPU用户手册，正确进行I/O连接及配电要求（电源的正/负极和电压值）。2.4S7-200PLC内部编程资源2.4.1S7-200PLC编程软元件

编程软元件是PLC内部具有不同功能的存储器单元，每个单元都有唯一的地址，在编程时，用户只需记住软元件的符号地址即可。为了方便不同的编程功能需要，存储器单元作了分区，即PLC内部根据软元件的功能不同，分成了许多区域，如输入寄存器、输出寄存器、位存储器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能存储器等。2.4.2软元件类型及功能

1.输入继电器（I）

输入继电器又称输入过程映象寄存器，它和PLC的输入端子相连，用于接收外部开关信号的控制。

输入继电器外接控制开关及内部等效电路图

2．输出继电器（Q）

输出继电器又称输出过程映象寄存器，它和PLC的输出端子相连，可以作为负载的控制信号。输出继电器类似与继电器控制系统中的中间继电器。输出继电器外接控制及内部等效电路图

3．特殊继电器（SM）

特殊继电器的某些位（特殊标志位）具有特殊功能或用来存储系统的状态变量、控制参数和信息。其中：

SM0.0：PLC运行（RUN）指示位，该位在PLC运行时始终为1。

SM0.1：该位在PLC由STOP转入RUN时，该位为ON一个扫描周期，常用作调用初始化子程序。

SM0.2：若保持数据丢失，则该位在一个扫描周期中为1。

SM0.3：开机后进入RUN方式，该位将ON一个扫描周期。

SM0.4：该位提供了一个周期为一分钟、占空比为0.5的时钟脉冲，可作为简单延时使用。

SM0.5：该位提供了一个周期为一秒钟、占空比为0.5的时钟脉冲。

在每个扫描周期的末尾，由S7-200更新这些位。

4．通用辅助继电器（M）通用辅助继电器（又称位存储区或内部标志位）在PLC中没有输入/输出端子与之对应。5．变量存储器（V）变量存储器用来存储变量，存放程序执行过程中数据处理的中间结果。6．局部变量存储器（L）局部变量存储器用来存放局部变量。

7．顺序控制继电器（S）顺序控制继电器称为状态器或状态元件，是顺控继电器指令的重要元件。8．定时器（T）定时器是PLC中常用的编程软元件，主要用于累计时间的增量。定时器的工作过程与继电器控制系统的时间继电器类同，如T24

。9．计数器（C）计数器是用来累计输入脉冲的个数，如C24。

。

10．累加器（AC）

累加器是用来暂存数据的寄存器。S7-200提供了4个32位的累加器：AC0、AC1、AC2、AC3。11．模拟量输入/输出映像寄存器（AI/AQ）

模拟量输入映像寄存器用以存放A/D转换后输入的16位的数字量，如：AIW2；模拟量输出映像寄存器用以存放需要进行D/A转换的16位的数字量，如：AQW2。12．高速计数器（HC）

高速计数器可累计比CPU的扫描速度更快的事件。2.5S7-200SMARTPLC系统配置

西门子S7-200SMARTPLC（简称S7-200SMART）是在保留S7-200诸多优点的基础上，增加了CPU的I/O点数，网络接口和通信功能更加强大，CPU执行速度等性能优势明显提高，编程软件界面与S7-200几乎一样，但操作更加方便，指令系统与S7-200基本相同。2.5.1S7-200SMART的功能特点1）CPU配置更加灵活。2）速度提高。3）强大的通信功能。4）CPU集成了MicroSD槽口，支持通用的MicroSD卡6）编程软件友好、功能强大、使用方便。5）内部集成了可达3路晶体管输出的高速脉冲输出，脉冲频率可以达到100kHz，支持PWM/PTO输出方式以及多种运行模式。6）编程软件友好、功能强大、使用方便。S7-200SMART编程软件（Step7MicrowinSMART）的窗口可以浮动，可以方便的布置工作台、支持分屏工作，方便的程序注释功能等。2.5.2S7-200SMARTCPU模块

S7-200SMARTCPU有6种模块，配备标准型和经济型供用户选择，其中经济型CPUCR40模块价格低，无扩展功能，可以直接通过单机本体满足一般控制系统需求。其余的均为标准型，具有可扩展功能，可满足对I/O规模有较大需求。1.CPU模块2.CPU技术规范（1）经济型CPUCR40S7-200SMARTCPUCR40为经济型CPU模块，继电器输出，220VAC供电，数字量输入/输出点数为24DI/16DO（输出点每点额定电流最大2.0A，每个公共端额定电流最大10.0A），用户程序区12KB，用户数据区8KB，一个以太网端口，一个RS485串口，无扩展功能，高速计数器频率最高30kHz。（2）标准型CPU-SR20/SR40/SR60其主要技术规范如下。1）CPU数字量输入/输出点数分别为12DI/8DO、24DI/16DO和36DI/24DO。2）最大数字量I/O点数分别为148、168、188点。3）可扩展4个模块。4）最大可扩展模拟量点数24点。5）用户程序区分别为12KB、24KB和30KB，用户数据区分别为8KB、16KB和20KB，可以内置一个信号板。6）一个以太网端口、一个RS485串口、一个附加串口。7）高速计数器频率最高可达60kHz。（3）标准型CPU-ST40/ST60

其主要技术规范同如下。1）CPU数字量输入/输出点数分别为24DI/16DO和36DI/24DO。2）最大数字量I/O点数分别为148、168、188点。3）可扩展4个模块。4）最大可扩展模拟量点数24点5）用户程序区分别为12KB、24KB和30KB，用户数据区分别为8KB、16KB和20KB，可以内置一个信号板。6）高速计数器频率最高可达60kHz。2.5.3S7-200SMART扩展模块1.信号板S7-200SMART信号板可以直接安装在CPU本机上，安装拆卸方便。2.数字量I/O扩展模块输入输出模块EMDR16,输入点数8，输出点数8。3.模拟量扩展模块常用的模拟量I/O扩展模块如下。1）模拟量输入模块EMAI04，模拟量输入4路，0～2