第五章SIMATICS7-200系列PLC的硬件結(jié)構(gòu)及程序設(shè)計(jì)

德國西門子公司（SIEMENS）是歐洲最大的電氣設(shè)備制造商，它是世界上研制、開發(fā)PLC較早的廠家之一。 SIMATICS7系列PLC是西門子公司于20世紀(jì)末推出的，根據(jù)控制規(guī)模的不同分為S7-200、S7-300和S7-400三個(gè)子系列，分別對應(yīng)小型、中型和大型PLC。

隨著PLC技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，基于SIMATIC系列PLC的各種功能模塊、人機(jī)界面（HMI）、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)軟件及控制方案也得到了迅速發(fā)展，使得PLC控制系統(tǒng)的功能越來越強(qiáng)大，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作越來越簡便。

本章將以SIMATICS7-200系列PLC為例5.1S7-200系列PLC的系統(tǒng)組成

SIMATICS7-200系列PLC為單體式結(jié)構(gòu)，配有RS-485通信接口、內(nèi)置電源系統(tǒng)和部分I/O接口。

S7-200系列PLC體積小、運(yùn)算速度快、可靠性高，具有豐富的指令，系統(tǒng)操作簡便、便于掌握，可方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的I/O擴(kuò)展，性能價(jià)格比高，是目前中小規(guī)模控制系統(tǒng)的理想控制設(shè)備。5.1.1S7-200PLC系統(tǒng)的基本構(gòu)成

S7-200系列PLC的硬件系統(tǒng)配置靈活，既可用單獨(dú)的CPU模塊構(gòu)成簡單的開關(guān)量控制系統(tǒng)，也可通過I/O擴(kuò)展或通信聯(lián)網(wǎng)功能構(gòu)成中等規(guī)模的控制系統(tǒng)。圖5-1S7-200PLC系統(tǒng)的基本構(gòu)成（1）PLC基本單元。即CPU模塊，是PLC系統(tǒng)的核心。包括CPU，存儲器系統(tǒng)、部分輸入／輸出接口、內(nèi)置5V和24V直流電源、RS-485通信接口等。（2）擴(kuò)展單元。用于PLC系統(tǒng)的I/O擴(kuò)展，包括數(shù)字量I/O模塊和模擬量I/O模塊。（3）編程設(shè)備。可使用手持式編程器，也可使用裝有SIMATICS7系列PLC編程軟件的計(jì)算機(jī)。編程設(shè)備可實(shí)現(xiàn)用戶程序的編制、編譯、調(diào)試和下傳（Download）。（4）人機(jī)界面。常用的有觸摸屏和文本顯示器，也可通過裝有工業(yè)組態(tài)軟件的微機(jī)實(shí)現(xiàn)。通過人機(jī)界面可實(shí)現(xiàn)對工業(yè)控制過程的監(jiān)控。（5）通信模塊?？赏ㄟ^CPU模塊自帶的RS485接口與上位機(jī)或其它PLC通信，也可通過專用的通信模塊與其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成各種通信網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，如通信處理器模塊CP243-2或PROFIBUS-DP模塊EM277等。（6）其他設(shè)備。各種特殊功能模塊，具有獨(dú)立地運(yùn)算能力，能實(shí)現(xiàn)特定的功能，如位置控制模塊、高速計(jì)數(shù)器模塊、閉環(huán)控制模塊、溫度控制模塊等。5.1.2CPU模塊

S7-200CPU模塊有兩個(gè)子系列：CPU21X和CPU22X。

目前市場上CPU22X系列PLC已逐漸取代了第一代的CPU21X系列，并成為市場的主流產(chǎn)品。1．CPU模塊外形結(jié)構(gòu)

S7-200CPU22X系列主要有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226等型號，其外觀結(jié)構(gòu)基本相同圖5-2S7-200系列PLCCPU模塊外形結(jié)構(gòu)圖（1）輸入輸出端子。位于模塊的上端和下端,上端子排為輸出端子和PLC電源端子，下端子排為輸入端子。為接線方便，高端的CPU模塊（CPU224以上）采用可插拔式端子。（2）系統(tǒng)狀態(tài)LED指示。用于指示PLC當(dāng)前工作狀態(tài)（RUN或STOP），以及系統(tǒng)故障與診斷狀態(tài)（SF/DIAG）。（3）I/O點(diǎn)LED指示:顯示I/O點(diǎn)當(dāng)前狀態(tài)。

（4）工作方式選擇及擴(kuò)展端口。包括：選擇開關(guān)、模擬電位器和擴(kuò)展端口。其中，撥動工作方式選擇開關(guān)可設(shè)置PLC的工作方式。RUN為運(yùn)行方式；STOP為停止運(yùn)行方式，也稱為編程方式；TERM為終端方式，允許由編程軟件來控制PLC的工作方式。每一個(gè)模擬電位器均與PLC內(nèi)部的一個(gè)特殊功能寄存器相對應(yīng)（SMB28、SMB29），旋轉(zhuǎn)電位器可改變寄存器的值。擴(kuò)展端口用于I/O模塊的擴(kuò)展連接。（5）通信口。S7-200CPU模塊均配有1個(gè)或2個(gè)RS-485通信接口，可與編程器、計(jì)算機(jī)或其他通信設(shè)備連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。（6）可選卡件插槽。如插入存儲卡可對PLC的存儲器容量進(jìn)行擴(kuò)展，還可插入實(shí)時(shí)時(shí)鐘卡、電池卡等。2．CPU模塊型號描述圖5-3S7-200CPU模塊型號S7-200PLC的電源供電形式：直流輸入（24VDC）和交流輸入（120～240VAC），分別由DC和AC描述；輸入類型是指輸入端子的輸入形式，一般為直流，用DC描述；輸出類型是指輸出端子的輸出形式，有兩種形式：晶體管輸出和繼電器輸出，分別由DC和Relay描述。

例如CPU224AC/DC/Relay，表示PLC型號為224，交流電源供電，繼電器輸出；CPU226DC/DC/DC，表示PLC型號為226，直流電源供電，晶體管輸出。通常晶體管輸出時(shí)，CPU模塊供電電源為直流；繼電器輸出時(shí)，供電電源為交流。

性能輸出類型晶體管輸出型繼電器輸出型供電電源電壓20.4～28.8VDC85～264VAC輸出電壓20.4～28.8VDC5～30VDC或5～250VAC輸出電流開關(guān)頻率20kHZ1Hz繼電器開關(guān)延時(shí)－10ms傳感器電壓(L+)-5V20.4～28.8VDC表5-1晶體管型和繼電器型CPU模塊比較3．S7-200CPU22X模塊的主要技術(shù)性能指標(biāo)表5-2CPU22X系列PLC的主要技術(shù)性能指標(biāo)4．CPU模塊的端子接線（以CPU226為例）圖5-4CPU226DC/DC/DC端子接線圖注意：輸入端子24VDC電源極性任意。圖5-5CPU226AC/DC/Relay端子接線圖6.1.3

數(shù)字量擴(kuò)展模塊

S7-200系列PLC目前可以提供三大類共10種數(shù)字量輸入輸出擴(kuò)展模塊。型號名稱擴(kuò)展模塊EM221數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊8點(diǎn)24VDC輸入，光耦隔離16點(diǎn)24VDC輸入，光耦隔離EM222數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊8點(diǎn)24VDC輸出型8點(diǎn)繼電器輸出型EM223數(shù)字量輸入／輸出擴(kuò)展模塊24VDC輸入4點(diǎn)／晶體管輸出4點(diǎn)24VDC輸入4點(diǎn)／繼電器輸出4點(diǎn)24VDC輸入8點(diǎn)／晶體管輸出8點(diǎn)24VDC輸入8點(diǎn)／繼電器輸出8點(diǎn)24VDC輸入16點(diǎn)／晶體管輸出16點(diǎn)24VDC輸入16點(diǎn)／繼電器輸出16點(diǎn)表6-3S7-200系列PLC數(shù)字量擴(kuò)展模塊數(shù)字量擴(kuò)展模塊與CPU模塊的連接方式圖5-6擴(kuò)展模塊連接示意圖

用戶可根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)際需求靈活配置CPU模塊及擴(kuò)展模塊，選擇時(shí)除考慮一定的I/O裕量外，還靠考慮到系統(tǒng)的安裝尺寸及費(fèi)用等問題。限制數(shù)字量模塊擴(kuò)展數(shù)量的因素主要如下：（1）不同的CPU模塊最大可擴(kuò)展的模塊數(shù)量有限，CPU221不能擴(kuò)展，CPU222只能擴(kuò)展兩個(gè)模塊，CPU224、CPU226能夠擴(kuò)展7個(gè)模塊。（2）擴(kuò)展模塊消耗的總電流不能超過CPU模塊能夠提供的最大電流。（3）擴(kuò)展的總的I/O點(diǎn)數(shù)不能大于I/O映像寄存器的總數(shù)。數(shù)字量擴(kuò)展模塊的接線與CPU模塊類似圖5-7EM233模塊端子接線圖（24VDC輸入16點(diǎn)／繼電器輸出16點(diǎn)）5.1.4

模擬量擴(kuò)展模塊

在S7-200PLC中，除了CPU224XP模塊本身帶有模擬量I/O外，其他CPU模塊若想處理模擬量信號，需進(jìn)行模擬量模塊的擴(kuò)展。模擬量擴(kuò)展模塊主要有三種。見表6-4所示。型號名稱性能說明EM231模擬量輸入擴(kuò)展模塊4路（12位）差分輸入，輸入范圍：電壓：0～10V，0～5V，±2.5V，±5V電流：0～20mA轉(zhuǎn)換時(shí)間小于250μs最大輸入電壓30VDC，最大輸入電流32mAEM232模擬量輸出擴(kuò)展模塊2路（12位）輸出范圍：電壓±10V，電流0～20mA數(shù)據(jù)字格式：電壓：－32000～＋32000電流：0～＋32000分辨率：電壓12位，電流11位EM235模擬量輸入／輸出擴(kuò)展模塊輸入4路，輸出1路差分輸入，輸入范圍：電壓（單極性）：0～10V，0～5V，0～1V，0～500mV，0～100mV，0～50mV電壓（雙極性）±10V，±5V，±2.5V，±1V，±500mV，±250mV，±100mV，±50mV，±25mV電流：0～20mA轉(zhuǎn)換時(shí)間小于250μs穩(wěn)定時(shí)間：電壓100μs，電流2ms表5-4S7-200系列PLC模擬量擴(kuò)展模塊1．模擬量模塊的接線圖5-8EM235模塊端子接線圖L+和M端為電源端。上部端子為4路模擬量輸入端，分別由A、B、C、D標(biāo)注，可分別接入標(biāo)準(zhǔn)電壓和電流信號。為電壓輸入時(shí)（如A口），電壓信號的正極接入A＋端，負(fù)極接入A－端，RA端懸空。為電流輸入時(shí)（如B口），須將RB與B＋端短接，然后與電流信號的輸出端相連，電流信號輸入端則與B－相連。若4個(gè)接口未能全部使用（如C口），應(yīng)將未用的接口用導(dǎo)線短接，以免受到外部干擾。下部端子為1路模擬量輸出端，有3個(gè)接線端子MO、VO、IO，其中MO為數(shù)字接地接口，VO為電壓輸出接口，IO為電流輸出接口。若為電壓負(fù)載，則將負(fù)載接入MO、VO接口；若為電流負(fù)載則接入MO、IO接口。

右下端的DIP配置開關(guān)可用于設(shè)置模擬量輸入的范圍及分辨率等。2．模擬量I/O的數(shù)據(jù)格式圖5-9模擬量I/O的數(shù)據(jù)格式對單極性輸入格式，MSB位為符號位，0表示正數(shù)，低3位無效，A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)值每變化1個(gè)單位相當(dāng)于I/O數(shù)據(jù)字的值變化8個(gè)單位。對雙極性輸入格式，低4位無效，A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)值每變化1個(gè)單位相當(dāng)于I/O數(shù)據(jù)字的值變化為16個(gè)單位。數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換時(shí)12位數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式是左對齊的，最高有效位MSB為符號位，0表示正數(shù)，電流輸出數(shù)據(jù)格式的低3位和電壓輸出數(shù)據(jù)格式的低4位不影響輸出信號的值。6.1.5

其他擴(kuò)展模塊

其他擴(kuò)展模塊：熱電偶、熱電阻擴(kuò)展模塊EM231CT和EM231RTDPROFIBUS-DP模塊EM277工業(yè)以太網(wǎng)通信處理器CP243-1AS-i接口模塊CP243-2調(diào)制解調(diào)器模塊EM241位置控制模塊EM253……5.2S7-200系列PLC的內(nèi)部元件及其編址方式

程序設(shè)計(jì)時(shí)需要用到PLC的內(nèi)部元件，如輸入／輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、累加器等。這些元件具有與相應(yīng)低壓電器相同或相似的功能，但它們在PLC內(nèi)部是以寄存器的形式出現(xiàn)的，每個(gè)元件對應(yīng)一個(gè)或多個(gè)內(nèi)存單元，而非實(shí)際的硬件元件，所以稱之為內(nèi)部“軟元件”。5.2.1S7-200的數(shù)據(jù)類型

在S7-200PLC指令系統(tǒng)中，大多數(shù)指令具有不同類型的操作數(shù)。數(shù)據(jù)類型位數(shù)字母縮寫數(shù)據(jù)范圍布爾類型BOOL1bit0，1字節(jié)類型BYTE8B0～255字類型WORD16W0～65535雙字類型DWORD32DW0～（232–1）整數(shù)類型INT16I–32768～雙整數(shù)類型DINT32DI–231

～（231–1）實(shí)數(shù)型REAL32RIEEE浮點(diǎn)數(shù)表5-5S7-200基本數(shù)據(jù)類型5.2.2S7-200內(nèi)部軟元件及其編址方式

內(nèi)部軟元件也稱為PLC的編程元件，S7-200系列PLC的內(nèi)部軟元件有：

數(shù)字量輸入繼電器（I）、

數(shù)字量輸出繼電器（Q）、

模擬量輸入寄存器（AIW）、

模擬量輸出寄存器（AQW）、

變量寄存器（V）、輔助繼電器（M）、

特殊功能寄存器（SM）、

定時(shí)器（T）、計(jì)數(shù)器（C）、

高速計(jì)數(shù)器（HSC）、累加器（AC）、

狀態(tài)寄存器（S）、局部變量寄存器（L）。1．?dāng)?shù)字量輸入繼電器（I） PLC通過輸入采樣接收來自現(xiàn)場的輸入信號或檢測信號的狀態(tài)，并將其存入輸入映像寄存器中。輸入映像寄存器中的每一位對應(yīng)一個(gè)輸入端子，從而對應(yīng)一個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)。沿用繼電器－接觸器控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)叫法，稱輸入映像寄存器為輸入繼電器，用字母“I”表示。

數(shù)字量輸入繼電器的編址方式有位類型、字節(jié)類型、字類型和雙字類型（1）位類型。S7-200PLC的內(nèi)部存儲器是以字節(jié)為單位編址的，CPU按照“字節(jié).位”的方式讀取每一個(gè)輸入繼電器的值，如I0.0、I1.7等。（2）字節(jié)類型。CPU可按字節(jié)方式讀取一組相鄰繼電器的值，每個(gè)字節(jié)為8位。字節(jié)類型數(shù)據(jù)用“B”表示，如IB0，“I”表示輸入繼電器，“B”表示字節(jié)類型數(shù)據(jù)，后面的數(shù)據(jù)“0”表示該字節(jié)數(shù)據(jù)的地址編號。IB0是指輸入映像寄存器中編號為0的字節(jié)，它由I0.0～I(xiàn)0.7組成。（3）字類型。CPU按字讀取一組相鄰繼電器的值，每個(gè)字16位。字類型數(shù)據(jù)用“W”表示，如IW0，表示輸入映像寄存器中編號為0的字，它由IB0和IB1組成，即由I0.0～I(xiàn)0.7和I1.0～I(xiàn)1.7這16位組成。字的編號為組成該字的低位字節(jié)的編號，又如IW2是由IB2和IB3組成的。

注意：字類型數(shù)據(jù)的低位字節(jié)占16位數(shù)據(jù)的高8位，而高位字節(jié)占16位數(shù)據(jù)的低8位，如圖6-10所示，在IW0中，IB0為高8位，IB1為低8位。圖5-10字類型數(shù)據(jù)的表示（4）雙字類型。CPU按雙字讀取一組相鄰繼電器的值，每個(gè)雙字32位。雙字類型數(shù)據(jù)用“D”表示，如ID0，表示輸入映像寄存器中編號為0的雙字，它由IB0、IB1、IB2和IB3這4個(gè)字節(jié)組成。雙字的編號為組成該雙字中最低位字節(jié)的編號。在雙字類型數(shù)據(jù)中，最低位字節(jié)占32位數(shù)據(jù)的高8位，而最高位字節(jié)占32位數(shù)據(jù)的低8位，如圖6-11所示，在ID0中，IB0為高8位，IB1次之，…，IB3為低8位。圖5-11雙字類型數(shù)據(jù)的表示

說明：字類型數(shù)據(jù)與雙字類型數(shù)據(jù)占用多個(gè)字節(jié)，如果地址編號連續(xù)使用的話會造成地址空間的重疊。如IW0和IW1地址連號，但I(xiàn)W0由IB0和IB1組成，IW1由IB1和IB2組成，所以為避免數(shù)據(jù)調(diào)用時(shí)出現(xiàn)混亂，對字類型數(shù)據(jù)常按偶數(shù)地址編址，如IW0、IW2、IW4等等。同樣對于雙字類型數(shù)據(jù)，按地址編號連續(xù)使用也會造成地址重疊，此時(shí)可按4的倍數(shù)遞增的方式編址，如ID0、ID4、ID8等等。PLC內(nèi)部其他元件按字類型和雙字類型尋址時(shí)也可按此方法進(jìn)行。2．?dāng)?shù)字量輸出繼電器（Q）

數(shù)字量輸出繼電器對應(yīng)于PLC存儲器中的輸出映像寄存器，用字母“Q”表示。 S7-200PLC的輸出繼電器也是以字節(jié)為單位編址的。程序中可使用的編址方式有：位類型、字節(jié)類型、字類型和雙字類型。（1）位類型。CPU按照“字節(jié).位”的方式訪問每一個(gè)輸出繼電器，如Q0.1、Q1.5。（2）字節(jié)類型。按字節(jié)方式讀取數(shù)據(jù)，如QB0，“Q”表示輸出繼電器，“B”表示字節(jié)類型數(shù)據(jù)，后面的數(shù)據(jù)“0”表示該字節(jié)數(shù)據(jù)的地址編號。字節(jié)QB0由Q0.0～Q0.7組成。（3）字類型。CPU按字方式讀取數(shù)據(jù)，每個(gè)字16位。如QW0，它由QB0和QB1組成，或由Q0.0～Q0.7和Q1.0～Q1.7這16位組成。同樣，在QW0中，QB0占高8位，QB1占低8位。（4）雙字類型。CPU按雙字方式讀取數(shù)據(jù)，每個(gè)雙字32位。如QD4，表示輸出映像寄存器中編號為4的雙字，它由QB4、QB5、QB6和QB7這4個(gè)字節(jié)組成，其中QB4占32位中的高8位，QB7占32位數(shù)據(jù)中的低8位。

3．模擬量輸入寄存器（AIW）和模擬量輸出寄存器（AQW）

模擬量輸入信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量信息存儲在模擬量輸入寄存器中，而將要經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成為模擬量的數(shù)字量信息存儲在模擬量輸出寄存器中。由于CPU處理的數(shù)字量是16位數(shù)據(jù)，為字類型，而模擬量輸入與輸出用“AI”和“AQ”表示，所以模擬量輸入寄存器和模擬量輸出寄存器常用“AIW”和“AQW”表示。

由于模擬量輸入／輸出數(shù)據(jù)為16位，為避免訪問數(shù)據(jù)發(fā)生混淆，應(yīng)以偶數(shù)號字節(jié)進(jìn)行編址，如AIW0、AIW2、…，或AQW0、AQW2、…。

模擬量輸入寄存器只能讀取，而模擬量輸出寄存器只能寫入。 4．變量寄存器（V）

S7-200PLC提供了變量寄存器，可用于模擬量控制、數(shù)據(jù)運(yùn)算、參數(shù)設(shè)置以及存放程序執(zhí)行過程中的中間結(jié)果等，如CPU226中變量寄存器的容量可達(dá)10240個(gè)字節(jié)。變量寄存器的符號為“V”，可按位使用，也可按字節(jié)、字、雙字為單位使用。如：V100.0、V200.7；VB100、VB200；VW300；VD400等。 5．輔助繼電器（M）

也稱為標(biāo)志寄存器（Marker）或輔助寄存器，用符號“M”表示，其功能相當(dāng)于電氣控制系統(tǒng)中使用的輔助繼電器或中間繼電器。該類元件不能直接驅(qū)動外部負(fù)載，只能起到中間狀態(tài)的暫存作用。

輔助繼電器常用于邏輯運(yùn)算和順序控制中，多以“位”的形式出現(xiàn)，采用“字節(jié).位”的編址方式，如M0.0、M1.2等。當(dāng)然，輔助繼電器也可以按字節(jié)、字和雙字的方式編址，如MB10、MW4、MD8等。但CPU22X系列PLC的輔助繼電器總共有256個(gè)（32個(gè)字節(jié)），所以做數(shù)據(jù)運(yùn)算或處理處理時(shí)，建議用戶使用變量寄存器V。 6．特殊功能寄存器（SM）

也稱為特殊繼電器或特殊標(biāo)志寄存器，用符號“SM”表示。特殊功能寄存器是用戶程序與系統(tǒng)程序之間的接口，它為用戶提供了一系列特殊的控制功能和系統(tǒng)信息，有助于用戶程序的編制和對系統(tǒng)的各類狀態(tài)信息的獲取。同時(shí)用戶也可將控制過程中的某些特殊要求通過特殊功能寄存器傳遞給PLC。特殊功能寄存器可以按位、字節(jié)、字或雙字類型編址。

特殊功能寄存器的范圍為：SM0.0～SM299.7，其中SM0.0～SM29.7為只讀型，用戶不能更改。常用的特殊功能寄存器：SM0.0：PLC運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控位，當(dāng)PLC處于“RUN”狀態(tài)時(shí)，SM0.0總為ON，即狀態(tài)“1”。SM0.1：初始掃描位，也稱初始脈沖位，當(dāng)PLC由“STOP”轉(zhuǎn)為“RUN”時(shí)的第一個(gè)掃描周期SM0.1為“1”，之后一直為“0”。SM0.2：當(dāng)RAM中保存的數(shù)據(jù)丟失時(shí)，SM02為“ON”1個(gè)掃描周期。SM0.3：PLC從上電進(jìn)入到“RUN”狀態(tài)時(shí)，SM0.3為“ON”1個(gè)掃描周期。SM0.4：分脈沖，周期為1min，占空比為50％的脈沖串。SM0.5：秒脈沖，周期為Is，占空比為50％的脈沖串。SM0.6：掃描時(shí)鐘，一個(gè)掃描周期為“ON”，下一個(gè)掃描周期為“OFF”，交替循環(huán)。SM0.7：指示CPU模塊上運(yùn)行方式開關(guān)的位置，“RUN”方式為1，“TERM”方式為0。SMB1：用于提示潛在錯(cuò)誤的8個(gè)狀態(tài)位，這些位可由指令在執(zhí)行時(shí)進(jìn)行置位或復(fù)位。SMB2：自由口通信接收字符緩沖區(qū)，在自由口通信方式下，接收到的每個(gè)字符都放在這里，便于用戶程序存取。SMB3：用于自由口通信的奇偶校驗(yàn)，當(dāng)出現(xiàn)奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤時(shí)，將SM3.0置“1”。SMB4：用于表示中斷是否允許和發(fā)送口是否空閑。SMB5：用于表示I/O系統(tǒng)發(fā)生的錯(cuò)誤狀態(tài)。SMB6：用于識別CPU的類型。SMB8～SMB21：用于I/O擴(kuò)展模板的類型識別及錯(cuò)誤狀態(tài)存儲。SMW22～SMW26：用于提供掃描時(shí)間信息，以毫秒計(jì)的上次掃描時(shí)間，最短掃描時(shí)間及最長掃描時(shí)間。SMB28和SMB29：分別對應(yīng)模擬電位器0和1的當(dāng)前值，數(shù)值范圍為0~255。SMB30和SMBl30：分別為自由口0和1的通信控制寄存器。SMB34和SMB35：用于存儲定時(shí)中斷間隔時(shí)間。SMB36～SMB65：用于監(jiān)視和控制高速計(jì)數(shù)器HSC0，HSC1和HSC2的操作。SMB66～SMB85：用于監(jiān)視和控制脈沖輸出（PTO）和脈沖寬度調(diào)制（PWM）功能。SMB86～SMB94和SMBl86~SMBl94：用于控制和讀出接收信息指令的狀態(tài)。SMB98和SMB99：用于表示有關(guān)擴(kuò)展模板總線的錯(cuò)誤。SMBl31～SMBl65：用于監(jiān)視和控制高速計(jì)數(shù)器HSC3，HSC4，HSC5的操作。SMBl66～SMBl94：用于顯示包絡(luò)表的數(shù)量、包絡(luò)表的地址和變量寄存器在表中的首地址。 7．定時(shí)器（T）

定時(shí)器（Timer）是PLC程序設(shè)計(jì)中的重要元件，其作用相當(dāng)于繼電器－接觸器控制系統(tǒng)中的時(shí)間繼電器。S7-200CPU22X系列PLC共有256個(gè)定時(shí)器，編號為T0～T255。

定時(shí)器有三種類型的時(shí)間基（定時(shí)精度）：1ms，10ms，100ms。定時(shí)器的延時(shí)時(shí)間由指令的預(yù)設(shè)值和時(shí)間基確定，即：

延時(shí)時(shí)間＝定時(shí)器預(yù)設(shè)值×?xí)r間基

定時(shí)器的兩種操作數(shù)：字類型（用于存儲定時(shí)器的當(dāng)前值，為16位有符號整數(shù)）；位類型（稱為定時(shí)器位，用于反映定時(shí)器的延時(shí)狀態(tài)，相當(dāng)于時(shí)間繼電器的延時(shí)觸點(diǎn)）。這兩種數(shù)據(jù)類型的字符表達(dá)與定時(shí)器編號完全相同，在指令執(zhí)行中具體訪問哪種類型取決于指令的形式，字類型操作指令取定時(shí)器當(dāng)前值，位類型操作指令取定時(shí)器位的值。

定時(shí)器有三種指令格式：通電延時(shí)定時(shí)器（TON）、斷電延時(shí)定時(shí)器（TOF）和帶保持的通電延時(shí)定時(shí)器（RTON）。

不同的指令格式、不同的定時(shí)器編號，其時(shí)間基不同，定時(shí)器的刷新方法也不同。 8．計(jì)數(shù)器（C）

計(jì)數(shù)器（Counter）也是PLC應(yīng)用中的重要編程元件，主要用于對輸入端子或內(nèi)部元件發(fā)送來的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。S7-200CPU22X系列PLC共有256個(gè)計(jì)數(shù)器，編號為C0～C255。計(jì)數(shù)器的預(yù)設(shè)值由程序設(shè)定。

每個(gè)計(jì)數(shù)器有兩種操作數(shù)，一種是字類型，用于存儲計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值；另一種是位類型，稱為計(jì)數(shù)器位，用于反映計(jì)數(shù)狀態(tài)。這兩種數(shù)據(jù)類型的字符表示與計(jì)數(shù)器編號相同，在指令執(zhí)行中具體訪問哪種類型的數(shù)據(jù)取決于指令的形式，字類型操作指令取計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值，位類型操作指令取計(jì)數(shù)器位的值。

計(jì)數(shù)器指令有加計(jì)數(shù)（CTU）、減計(jì)數(shù)（CTD）和加減計(jì)數(shù)（CTUD）三種形式。

一般計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率受掃描周期的影響，頻率不能太高。對于高頻輸入的計(jì)數(shù)應(yīng)使用高速計(jì)數(shù)器。 9．高速計(jì)數(shù)器（HSC）

對高頻輸入信號計(jì)數(shù)時(shí)，可使用高速計(jì)數(shù)器。高速計(jì)數(shù)器只有一種數(shù)據(jù)類型，它是一個(gè)有符號的32位的雙字類型整數(shù)，用于存儲高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值。S7-200CPU22X系列PLC有6個(gè)高數(shù)計(jì)數(shù)器，HSC0～HSC5。 10．累加器（AC）

累加器是S7-200PLC內(nèi)部使用較為靈活的存儲器，可用于向子程序傳遞參數(shù)，或從子程序返回參數(shù)，也可以用來存放數(shù)據(jù)、運(yùn)算結(jié)果等。 S7-200PLC共有4個(gè)32位的累加器，AC0～AC3。累加器可以支持字節(jié)類型、字類型和雙字類型的指令，數(shù)據(jù)存取時(shí)的長度取決于的指令形式。若為字節(jié)類型指令，只有低8位參與運(yùn)算；若為字類型指令，只有低16位參與運(yùn)算；若為雙字類型指令，32位數(shù)據(jù)全部參與運(yùn)算。 11．狀態(tài)寄存器（S）

也稱為狀態(tài)元件或順序控制繼電器，是使用步進(jìn)控制指令編程時(shí)的重要元件。 S7-200CPU22X系列PLC有256個(gè)狀態(tài)寄存器（32個(gè)字節(jié)），常以“字節(jié).位”的形式出現(xiàn)，與步進(jìn)控制指令LSCR、SCRT、SCRE結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)順序控制功能圖的編程。 12．局部變量寄存器（L）

局部變量寄存器與變量寄存器（V）很相似，主要區(qū)別在于變量寄存器是全局有效的，而局部變量寄存器是局部有效的。這里的“全局”指的是同一個(gè)寄存器可以被任何一個(gè)程序讀取，如主程序、子程序、中斷程序；而“局部”是指該寄存器只與特定的程序相關(guān)。 S7-200PLC給每個(gè)程序（主程序、各子程序和各中斷程序）都分配有最多64個(gè)字節(jié)的局部變量存儲器?？梢园次?、字節(jié)、字和雙字訪問局部變量寄存器。

局部變量存儲器的分配過程是按各程序的需要自動完成的。如掃描周期開始時(shí)執(zhí)行主程序，此時(shí)不給任何子程序和中斷程序分配局部變量存儲器；只有在出現(xiàn)中斷或調(diào)用子程序時(shí)，才給它們分配局部變量存儲器。新的局部變量寄存器地址可能會覆蓋另一個(gè)子程序或中斷服務(wù)程序的局部寄存器。所以多級或嵌套調(diào)用子程序時(shí)需謹(jǐn)慎。表5-5S7-200CPU22X系列PLC存儲器范圍表5-6S7-200CPU22X系列PLC內(nèi)部元件數(shù)據(jù)范圍5.2.3S7-200的尋址方式

尋址方式是指程序執(zhí)行時(shí)CPU如何找到指令操作數(shù)存放地址的方式。S7-200PLC將數(shù)據(jù)信息存放于不同的存儲器單元，每個(gè)單元都有確定的地址。

根據(jù)對存儲數(shù)據(jù)訪問方式的不同，可分為直接尋址和間接尋址。1

直接尋址

所謂直接尋址就是明確指出存儲單元的地址，程序中指令的參數(shù)直接指明存儲區(qū)域的名稱（內(nèi)部軟元件符號）、地址編號和長度。

常用的直接尋址方式有位尋址、字節(jié)尋址、字尋址和雙字尋址。直接尋址方式也是PLC用戶程序中使用最多、最普遍的方式，這種方式簡單明了，便于程序的閱讀。

可以按位（Bit）、字節(jié)（Byte）、字（Word）、雙字（DoubleWord）方式對I、Q、V、M、S、SM、L等存儲區(qū)域進(jìn)行存取操作。

直接尋址舉例：M10.0表示輔助寄存器區(qū)第10字節(jié)的第0位；VW300表示變量存儲區(qū)V中的字類型數(shù)據(jù)，地址為300；指令執(zhí)行時(shí)MB10，VB100表示以字節(jié)方式存取數(shù)據(jù)；VW100表示對由VB100和VB101組成的字進(jìn)行存取操作；VD100表示存取由VB100、VB101、VB102和VB103組成的雙字。2

間接尋址

間接尋址是指通過指針來存取數(shù)據(jù)的方式。 S7-200CPU允許使用指針對輸入繼電器I、輸出繼電器Q、變量寄存器V、輔助繼電器M、狀態(tài)寄存器S以及定時(shí)器T和計(jì)數(shù)器C的當(dāng)前值進(jìn)行間接尋址，但不能對獨(dú)立的位（bit）或模擬量進(jìn)行間接尋址。

間接尋址的步驟:①建立指針、②用指針存取數(shù)據(jù)、③指針的修改。 1．建立指針

使用間接尋址之前應(yīng)首先創(chuàng)建一個(gè)指向該地址的指針。在S7-200中，指針定義為雙字類型，用于存放某個(gè)存儲器的地址，可以使用雙字類型的變量寄存器（V）、局部變量寄存器（L）或者累加器（AC）作為指針。

指針的建立必須使用雙字傳送指令（MOVD），相應(yīng)操作數(shù)用符號“＆”引導(dǎo)，用以表示存儲器的地址，裝入目標(biāo)操作數(shù)的是源操作數(shù)的地址，而非源操作數(shù)本身。例如：

MOVD＆VB200，AC1；建立指針，將VB200的地址送入AC1MOVD＆C3，VD100；建立指針，將C3的地址送入VD100

源操作數(shù)符號“＆”后的直接地址可以是字節(jié)、字和雙字類型，它只表示一個(gè)地址編號；目的操作數(shù)必須為雙字類型。2．用指針存取數(shù)據(jù)

用指針存取數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)在操作數(shù)前加符號“*”，表示該操作數(shù)為一個(gè)指針，例如：MOVD＆VB0，VD10MOVB*VD10，MB0MOVW*VD10，MW2 ；將指針VD10所指的字

類型數(shù)據(jù)VW0送入MW2中MOVD*VD10，VD20 ； 3．指針的修改

當(dāng)處理連續(xù)存放的數(shù)據(jù)時(shí)，使用指針較為方便，此時(shí)需要對指針進(jìn)行修改。修改時(shí)需注意：因?yàn)橹羔槥?2位數(shù)據(jù)，應(yīng)使用雙字類型指令修改指針，如雙字加法指令（＋D）或雙字類型加1指令（INCD）。

當(dāng)存取字節(jié)類型數(shù)據(jù)時(shí)，指針的調(diào)整值為1；當(dāng)存取字類型數(shù)據(jù)時(shí)，指針的調(diào)整值為2；當(dāng)存取雙字類型數(shù)據(jù)時(shí)，指針的調(diào)整值為4。5.2.4S7-200PLC的硬件系統(tǒng)配置

S7-200PLC對數(shù)字量輸入／輸出是按2進(jìn)制、以字節(jié)為單位進(jìn)行編址的。CPU進(jìn)行地址分配時(shí)是從CPU模塊開始，由第0號字節(jié)開始，地址逐漸增加。如有擴(kuò)展模塊，其地址按此原則自動分配。不同CPU模塊允許擴(kuò)展的最大模塊數(shù)不同，最多可控制的I/O點(diǎn)數(shù)也不同。常用的CPU224／226模塊最大可擴(kuò)展7個(gè)模塊；最多控制256點(diǎn)數(shù)字量I/O，其中128點(diǎn)輸入、128點(diǎn)輸出；最多控制64路模擬量，其中32路輸入、32路輸出。由于S7-200PLC編址是按模塊、以字節(jié)為單位的，所以如果某一模塊的數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)不是8的整倍數(shù)，則余下的空地址將不會再分給其他模塊。如CPU224模塊，14點(diǎn)輸入／10點(diǎn)輸出，實(shí)際占用的輸入地址范圍為I0.0～I(xiàn)0.7和I1.0～I(xiàn)1.5，輸出地址范圍為Q0.0～Q0.7和Q1.0～Q1.1。此時(shí)I0.6和I0.7以及Q1.2～Q1.7不能再分給其他任何模塊，造成地址浪費(fèi)。但輸出點(diǎn)Q1.2～Q1.7在程序中可作為內(nèi)部輔助寄存器使用。模擬量輸入／輸出均為字類型數(shù)據(jù)，每一路通道對應(yīng)一個(gè)字類型地址。S7-200對于模擬量也是按模塊的先后順序編址的，但每個(gè)模塊最少占用2的倍數(shù)個(gè)輸入或輸出通道。如擴(kuò)展模塊EM235來說，雖然只有1路模擬量輸出，但實(shí)際上CPU為其預(yù)留了1路輸出，所以它實(shí)際占用了4個(gè)AI輸入和2個(gè)AQ輸出。

【例5-1】某PLC控制系統(tǒng)CPU模塊采用CPU224，系統(tǒng)需要的I/O點(diǎn)數(shù)為：數(shù)字量輸入（DI）24點(diǎn)、數(shù)字量輸出（DQ）20點(diǎn)，模擬量輸入（AI）6點(diǎn)，模擬量輸出（AQ）2點(diǎn)。圖5-11系統(tǒng)配置圖舉例模

塊CPU224EM221EM222EM235(1)EM223EM235(2)輸入地址I0.0～I(xiàn)0.7I1.0～I(xiàn)1.5I2.0～I(xiàn)2.7----AIW0、AIW2、AIW4、AIW6I3.0～I(xiàn)3.3AIW8、AIW10、AIW12、AIW14輸出地址Q0.0～Q0.7Q1.0～Q1.1----Q2.0～Q2.7AQW0、(AQW2)Q3.0～Q3.3AQW4、(AQW6)表5-7例5-1系統(tǒng)各模塊編址范圍【例5-1】某PLC控制系統(tǒng)CPU模塊采用CPU224，系統(tǒng)需要的I/O點(diǎn)數(shù)為：數(shù)字量輸入（DI）24點(diǎn)、數(shù)字量輸出（DQ）20點(diǎn)，模擬量輸入（AI）6點(diǎn)，模擬量輸出（AQ）2點(diǎn)。模

塊CPU224EM221EM222EM223EM235(1)EM235(2)輸入地址I0.0～I(xiàn)0.7I1.0～I(xiàn)1.5I2.0～I(xiàn)2.7----I3.0～I(xiàn)3.3AIW0、AIW2、AIW4、AIW6AIW8、AIW10、AIW12、AIW14輸出地址Q0.0～Q0.7Q1.0～Q1.1----Q2.0～Q2.7Q3.0～Q3.3AQW0、(AQW2)AQW4、(AQW6)圖5-11系統(tǒng)配置圖舉例表5-7例5-1系統(tǒng)各模塊編址范圍5.4STEP7-Micro/WIN編程軟件簡介

STEP7-Micro/WIN是專用于S7-200系列PLC的編程軟件，目前最新版本為V4.0或用于S7-200CN系列的V4.0SP3。 STEP7-Micro/WIN軟件在Windows環(huán)境下運(yùn)行，其基本操作與標(biāo)準(zhǔn)Windows軟件相似，具有操作簡便、簡單易學(xué)的特點(diǎn)。 STEP7-Micro/WIN軟件為用戶編輯、調(diào)試、和監(jiān)控應(yīng)用程序提供了良好的環(huán)境。5.4.1STEP7-Micro/WIN軟件的編程語言

STEP7-Micro/WIN軟件支持的PLC編程語言：

梯形圖（LAD）

語句表（STL）

功能塊圖（FBD）1．梯形圖（LAD）

梯形圖是目前PLC程序設(shè)計(jì)中最常用的編程語言，它是在傳統(tǒng)的繼電器－接觸器控制線路的基礎(chǔ)上演變而來的，它與電氣控制系統(tǒng)的原理圖設(shè)計(jì)方法非常類似，只是在符號的使用及表達(dá)形式上存在一定的差別而已。

梯形圖使用的PLC內(nèi)部“軟元件”，如輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等，均由軟件實(shí)現(xiàn)，與傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)大量的硬接線相比，使用方便，控制方案設(shè)計(jì)靈活，且容易修改。

左邊的垂直線稱為母線（有的PLC程序中母線為左右兩條，可理解為電源線），梯形圖程序總是以“梯級”為單位（在S7-200中一個(gè)梯級被稱為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，Network），自上而下排列的。在每個(gè)梯級中，總是從母線開始，由左到右，經(jīng)過若干觸點(diǎn)的邏輯組合到達(dá)輸出（Outputs），如輸出指令或方塊指令（BoxInstructions，也稱為功能指令）。圖5-15S7-200PLC典型的梯形圖程序 LAD中觸點(diǎn)的邏輯組合往往比較復(fù)雜，需要使用多條分支來表示，如圖中的Network2，I1.0和I1.1的串聯(lián)可視為一條分支，I1.3和I1.4的串聯(lián)也可視為一條分支，而這兩條分支的并聯(lián)仍可視為一條分支。每條分支相對于母線來說又稱為支線。

梯形圖中每個(gè)梯級所能容納的程序容量是有限的，對于太過復(fù)雜的邏輯組合，應(yīng)設(shè)法將其簡化。在STEP7-Micro/WIN中，可以將程序編輯器窗口（ProgramEditorWindow）視為是由若干個(gè)網(wǎng)格（cell）組成的。每設(shè)置一條指令，如觸點(diǎn)指令、輸出指令、功能指令，或給功能指令設(shè)置一個(gè)參數(shù)，均會占用一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)格。

STEP7-Micro/WIN中規(guī)定一個(gè)網(wǎng)絡(luò)（梯級）橫向或縱向最多可占用32個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

梯形圖中的“能流”概念。

若將母線視為能量源，梯形圖程序的執(zhí)行過程可以認(rèn)為是能量流動（PowerFlow）的過程。對于觸點(diǎn)來說，若觸點(diǎn)為閉合狀態(tài)，則認(rèn)為能量可以流過該觸點(diǎn)，并向下一級傳送。對于功能指令來說，其EN和ENO端可認(rèn)為是能量的輸入與輸出端。若有能量到達(dá)EN端，則執(zhí)行該指令；若執(zhí)行過程無錯(cuò)誤發(fā)生，則能量由ENO端輸出，并傳向下一級。

能流的流動過程總是從母線開始，由左向右流動，直至到達(dá)輸出指令。

在LAD程序設(shè)計(jì)中，與能流相關(guān)的有以下兩種符號：

（1）“

”：稱為開路能流指示器（OpenCircuitPowerFlowIndicator）。LAD程序不允許以該符號結(jié)束，其后可跟有其他觸點(diǎn)指令并以輸出指令結(jié)束能量的流動過程。

（2）“

”：稱為可選的能流指示器（OptionalPowerFlowIndicator）。該符號可以結(jié)束能流，也可在該符號后繼續(xù)級聯(lián)其他觸點(diǎn)或者輸出，如輸出指令或其他功能指令等。在STEP7-Micro/WIN中，任何一個(gè)空的網(wǎng)絡(luò)（梯級）都是以該符號開始的。

強(qiáng)調(diào)：引入能流的概念僅僅是為了便于理解梯形圖程序的執(zhí)行過程，在實(shí)際中并不存在這種流量的流動過程。 2．語句表（STL）

語句表指令類似于計(jì)算機(jī)的匯編語言，是PLC最基礎(chǔ)的編程語言。 STL使用特定的助記符（指令操作符）和操作數(shù)的形式來描述某種邏輯功能或運(yùn)算關(guān)系。一般由多條語句組成一個(gè)程序段。語句表指令與邏輯堆棧相結(jié)合，有利于理解程序的執(zhí)行過程，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)某些梯形圖不易實(shí)現(xiàn)的功能。語句表是PLC各種編程語言中執(zhí)行速度最快的。

語句表適合于對計(jì)算機(jī)原理、PLC結(jié)構(gòu)原理非常熟悉且經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員使用。 3．功能塊圖（FBD）

功能塊圖使用類似于數(shù)字電子線路，它用邏輯代數(shù)中的圖形邏輯符號來表示控制邏輯，一些復(fù)雜的功能方塊指令表示，適合于熟悉數(shù)字電路設(shè)計(jì)的編程人員使用。

在FBD中，每一個(gè)運(yùn)算框表示一個(gè)功能，各運(yùn)算框之間用導(dǎo)線連接起來，按從左到右、由上至下的順序依次執(zhí)行。運(yùn)算框的左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量。輸入、輸出端的小圓圈用以表示邏輯“非”運(yùn)算。

三種編程語言中，最常用的是梯形圖和語句表。

在STEP7-Micro/WIN編程軟件中，可以方便地使用菜單命令（View菜單下的LAD、STL和FBD命令）對這三種編程語言實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換圖5-16STEP7-Micro/WIN軟件支持的編程語言5.4.2STEP7-Micro/WIN軟件功能概述5.4.3

用戶程序的編制圖6-18LAD程序編輯器窗口圖6-18LAD程序編輯器窗口圖6-20指令樹中的位邏輯指令5.4.4S7-200PLC的通信連接與參數(shù)設(shè)置1．通信電纜連接圖6-21PLC與編程設(shè)備的連接 2．通信參數(shù)設(shè)置

單擊瀏覽條中的通信按鈕（Communications），或選擇菜單命令View／Commu