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第六章 S7-200 系列可编程序控制器

第一节 s7-200 系列 plc 的构成. 第二节 s7-200 系列 plc 内部元器件. 第三节 s7-200 系列 plc 的基本指令. 第四节 s7-200 系列 plc 功能指令. 第六章 S7-200 系列可编程序控制器. 第一节 S7 － 200 系列 PLC 的构成. 一、 CPU224 型 PLC 的结构. CPU 224 主机与扩展机的结构. 小型 PLC 系统由（主机箱）、 I/O 扩展单元、文本、图形显示器、编程器等组成。. 图 6-1 S7-200 CPU 结构外形. S7-200 的系统配置.

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第六章 S7-200 系列可编程序控制器

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  1. 第一节s7-200系列plc的构成 第二节s7-200系列plc内部元器件 第三节s7-200系列plc的基本指令 第四节s7-200系列plc功能指令 第六章 S7-200系列可编程序控制器

  2. 第一节 S7－200系列PLC的构成 一、CPU224型PLC的结构 CPU 224主机与扩展机的结构 • 小型PLC系统由（主机箱）、I/O扩展单元、文本、图形显示器、编程器等组成。 图6-1 S7-200 CPU结构外形

  3. S7-200的系统配置 ①基本单元 基本单元又称做CPU模块，也有的称之为主机或本机。 它包括CPU、存储器、基本输入／输出点和电源等，是PLC的主要部分。实际上它就是一个完整的控制系统，可以单独完成一定的控制任务。

  4. ②扩展单元 主机I／O点数量不能满足控制系统的要求时，用户可以根据需要扩展各种I／O模块，所能连接的扩展单元的数量和实际所能使用的I／O点数是由多种因素共同决定的。 ③特殊功能模块 当需要完成某些特殊功能的控制任务时，需要 扩展功能模块。它们是完成某种特殊控制任务的—些装置。 ④相关设备 相关设备是为充分和方便地利用系统的硬件和软 件资源而开发和使用的一些设备，主要有编程设备、人机操作 界面和网络设备等。 ⑤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，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和 人机接口软件等几大类构成。

  5. CPU 224外部电路原理 图6-2 CPU 224外部电路输入/输出接线图

  6. 1．基本单元I/O • I0.0~I0.7、I1.0~I1.5 输入点14个 • Q0.0~Q0.7、Q1.0~Q1.1 输出点 10个 • 采用了双向光电耦合器，24V直流极性可任意选择 • 1M为I0.X输入端子的公共端，2M为I1.X输入端子的公共端 • 在晶体管输出电路中采用了MOSFET功率驱动器件，并将数字量输出分为两组，每组有一个独立公共端，共有1L、2L两个公共端，可接入不同的负载电源。

  7. 2． 基本单元I/O及扩展 • 主机的输入点数为14点 • 主机的输出点数为10点 • 可扩展的模块数目为7 3 ．高速反应性 • 6个高速计数脉冲输入端：I0.0~I0.5,最快的相应速度为30kHz • 2个高速脉冲输出端:Q0.0 ~Q0.1,输出脉冲频率可达20kHz

  8. 4.存储系统 • 由RAM和EEPROM两种存储器组成 5.存储卡 • 可选择安装扩展卡。扩展卡有EEPROM存储卡、电池和时钟卡等模块。

  9. 型号 CPU221 CPU222 CPU223 CPU224 外型尺寸/mm 90×80 ×62 90×80 ×62 120.5×80 ×62 190×80 ×62 程序/字 2048 2048 4096 4096 用户数据 1024 1024 2560 2560 用户存储器类型 EEPROM EEPROM EEPROM EEPROM 数据后备(超级电容)典型值h 50 50 190 190 二、 CPU22X主要技术指标 存储器

  10. 型号 CPU221 CPU222 CPU223 CPU224 本机I/O点数 6入/8出 6入/8出 14入/10出 24入/16出 扩展模块数量 无 2个 7个 7个 数字量I/O映像区大小/bit 无 256 256 256 模拟量I/O映像区大小/bit 50 50 190 190 输入输出

  11. 型号 CPU221 CPU222 CPU223 CPU224 33MHz下布尔指令执行速度 0.37μs/指令 0.37μs/指令 0.37μs/指令 0.37μs/指令 FOR/NEXT循环 有 有 有 有 增数运算 有 有 有 有 实数运算 有 有 有 有 指令

  12. 型号 CPU221 CPU222 CPU223 CPU224 I/O映像寄存器/bit 128I和128Q 128I和128Q 128I和128Q 128I和128Q 内部通用继电器/bit 256 256 256 256 计数器/定时器 256/256 256/256 256/256 256/256 字入/字出 无 16/16 32/32 32/32 顺序控制继电器/ bit 256 256 256 256 主要内部继电器

  13. 型号 CPU221 CPU222 CPU223 CPU224 内部高速计数器/个 4(30kHz) 4(30kHz) 6(30kHz) 6(30kHz) 模拟量调节电位器/个 1 1 2 2 脉冲输出/个 2(20kHz) 2(20kHz) 2(20kHz) 2(20kHz) 通信中断/个 1发送器 2接收器 1发送器 2接收器 1发送器 2接收器 1发送器 2接收器 定时中断/个 2(1~255ms) 2(1~255ms) 2(1~255ms) 2(1~255ms) 硬件输入中断/个 4 4 4 4 实时时钟 有(时钟卡) 有(时钟卡) 有(内置) 有(内置) 口令保护 有 有 有 有 附加功能

  14. 型号 CPU221 CPU222 CPU223 CPU224 通信口数量(个) 1(RS~485) 1(RS~485) 1(RS~485) 1(RS~485) 支持协议 0号口 1号口 PPI.DP/自由口N/A PPI.DP/自由口N/A PPI.DP/自由口N/A PPI.DP/自由口 N/A PROFIBUS点到点 NETR/NETW NETR/NETW NETR/NETW NETR/NETW 通信

  15. 三、输入／输出的扩展 1、I/O扩展模块 • 典型的数字量输入／输出扩展模块有: • 输入扩展模块EM221有两种：8点DC输入、8点AC输入。 • 输出扩展模块EM222有三种：8点DC晶体管输出，8点AC输出、8点继电器输出。 • 输入／输出混合扩展模块EM223有六种：分别为4点(8点、16点)DC输人／4点(8点点)DC输出、4点(8点、16点)DC输入／4点(8点、16点)继电器输出。

  16. 2．功能扩展模块 典型的特殊功能模块有： (1)模拟量输入／输出扩展模块:模拟量输入扩展模块EM231有3种：4路模拟量输入、2路热电阻输入和4路热电偶输入,模拟量输出扩展模块EM232具有2路模拟量输出。 模拟量输入／输出扩展模块EM235具有4路模拟量输入／1路模拟量输出。 (2)特殊功能模块 功能模块有EM235位控模块、EM277PROFIBUS—DP模块、EM241调制解调器模块、CP243—1以太网模块、CP243—2AS—i接口模块等。

  17. I/O点数扩展和编址 • CPU 22*系列的每种主机所提供的本机I／O点的地址是固定的，进行扩展时，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。编址方法是同种类型输入或输出点的模块在链中按与主机的位置而递增，其他类型模块的有无以及所处的位置不影响本类型模块的编号。

  18. 由此可见，S7—200系统扩展对输入／输出的组态规则为：由此可见，S7—200系统扩展对输入／输出的组态规则为： ①同类型输入或输出点的模块进行顺序编址。 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)，本模块高位实际位数未满8位的，未用位不能分配给I／O链的后续模块。 ③对于模拟量，输入／输出以2个字节(1个字)递增方式来分配空间。

  19. I ：表示输入继电器；Q：表示输出继电器；M：表示内部标志位寄存器；SM：表示特殊标志位寄存器；S：表示顺序控制寄存器；V：表示变量寄存器；L：表示局部变量寄存器；T：表示定时器；C：表示计数器；AI：表示模拟量输入映像寄存器；AQ：表示模拟量输出映像寄存器；AC：表示累加器；HC：表示高速计数器等。 第二节 S7-200系列PLC内部元器件 数据存储类型及寻址方式 PLC内部元器件的功能是相互独立的，在数据存储区为每一种元器件分配一个存储区域。每一种元器件用一组字母表示器件类型，字母加数字表示数据的存储地址。

  20. 一、软元件 • 用户使用的PLC中的每—个输入／输出、内部存储单元、定时器和计数器等都称为软元件。各元件有其不同的功能，有固定的地址。软元件的数量决定了可编程控制器的规模和数据处理能力，每一种PLC的软元件是有限的。 • 软元件是PLC内部的具有一定功能的器件，这些器件实际上是由电子电路和寄存器及存储器单元等组成。 • 它们具有继电器特性，但没有机械性的触点。为了把这种元器件与传统电气控制电路中的继电器区别开来，我们把它们称为软元件或软继电器。这些软继电器的最大特点是其触点(包括常开触点和常闭触点)可以无限次使用，并且它们的寿命长。

  21. 存储区数据的存取 输入继电器：I（128位）(I0.0-I15.7) 输入继电器一般都有一个PLc的输入端子与之对应，它用于接收外部的开关信号。当外部的开关信号闭合，则输入继电器的线圈得电，在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。这些触点可以在编程时任意使用，使用次数不受限制。 在每次扫描周期的开始，CPU对物理输入点进行采样，并将采样值写入输入过程映像寄存器中。可以按位、字节、字或双字来存取输入过程映像寄存器中的数据： 位： I[字节地址].[位地址] I0.1 字节、字或双字： I[大小][起始字节地址] IB4

  22. 输出继电器：Q（128位）(Q0.0-Q15.7) 输出继电器一般都有一个PLC上的输出端子与之对应。当通道程序使得输出继电器线圈得电时，PLC上的输出端开关闭合、它可以作为控制外部负载的开关信号；同时在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开，这些触点可以在编程时任意使用，使用次数不受限制， 在每个扫描周期的输入采样、程序执行等阶段，并不把输出结果信号直接送到输出继电器，而只是送到输出映像寄存器，在每次扫描周期的结尾，CPU将输出过程映像寄存器中的数值复制到物理输出点上。 可以按位、字节、字或双字来存取输出过程映像寄存器： 位： Q[字节地址].[位地址] Q1.1 字节、字或双字： Q[大小][起始字节地址] QB5

  23. 通用辅助继电器：M(256)M0.0-M31.7 通用辅助继电器的作用和继电接触器控制系统中的中间继电器相同，它在PLC中没有输人／输出端与之对应，因此它的触点不能驱动外部负载。这是与输出继电器的主要区别。它主要起逻辑控制作用。 可以用位存储区作为控制继电器来存储中间操作状态和控制信息。 并且可以按位、字节、字或双字来存取： 位： M[字节地址].[位地址] M26.7 字节、字或双字： M[大小][起始字节地址] MD20

  24. 特殊辅助继电器：SM(P155)(SM0.0-SM549.7)和(SM0.0-SM29.7,只读)特殊辅助继电器：SM(P155)(SM0.0-SM549.7)和(SM0.0-SM29.7,只读) 有些辅助继电器具有特殊功能或用来存储系统的状态变量、有关的控制参数和信息，我们称其为特殊继电器。用户可以通过特殊标志来沟通PLC与被控对象之间的信息，如可以读取 程序运行过程中的设备状态和运算结果信息，利用这些信息实现一定的控制动作。用户也可通过直接设置某些特殊继电器位来使设备实现某种功能。例如： • SM0.1 首次扫描为1，以后为o，常用来对程序进行初始化，属只读型； • SM0.2 当机器执行数学运算的结果为负时，该位放置1，属只读型; • SMB28和SMB29 分别存储模拟调节器o和1的输入值，CPU每次扫描时更新该值,属只读型。 位： SM[字节地址].[位地址] SM0.1 字节、字或双字： SM[大小][起始字节地址] SMB86

  25. 变量存储区：V(VB0.0-VB8191.7) 变量存储器用来存储变量。 可以用V存储器存储程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果，也可以用它来保存与工序或任务相关的其他数据。并且可以按位、字节、字或双字来存取V存储区中的数据： 位： V[字节地址].[位地址] V10.2 字节、字或双字： V[大小][起始字节地址] VW100

  26. 局部变量存储器区域：L(LB0.0—LB63.7) 局部变量存储器用来存放局部变量.S7-200有64个字节的局部存储器，其中60个可以用作临时存储器或者给子程序传递参数。 局部存储器和变量存储器很相似，但只有一处区别。变量存储器是全局有效的，而局部存储器只在局部有效。全局是指同一个存储器可以被任何程序存取(包括主程序、子程序和中断中断程序程序)。局部是指存储器区和特定的程序相关联。S7--200给主程序分配64个局部存储器；给每一级子程序嵌套分配64个字节局部存储器；同样给中断程序分配64个字节局部存储器。子程序或者中断程序不能访问分配给主程序的局部存储器。同样的，中断程序也不能访问分配给主程序或子程序的局部存储器。 S7--200 PLC根据需要分配局部存储器。也就是说，当主程序执行时，分配给子程序或中断程序的局部存储器是不存在的。当发生中断或者调用一个子程序时，需要分配局部存储器。新的局部存储器地址可能会覆盖另一个子程序或中断程序的局部存储器地址。 局部存储器在分配时PLC不进行初始化，初值可能是任意的。当在子程序调用中传递参数时，在被调用子程序的局部存储器中，由CPU替换其被传递的参数的值。局部存储器在参数传递过程中不传递值. 位： L[字节地址].[位地址] L0.0 字节、字或双字： L[大小] [起始字节地址] LB33

  27. 顺序控制继电器(SCR)存储区：S(256位，S0.0-S31.7) 有些PLC也把顺序控制继电器称为状态器。顺序控制继电器用在顺序控制或步进控制中。 可以按位、字节、字或双字来存取S位。 位： S[字节地址].[位地址] S3.1 字节、字或双字： S[大小][起始字节地址] SB4

  28. 定时器存储区：T(256位，T0—T255）)(P156表6-2) 定时器的工作过程与继电接触式控制系统的时间继电器基本相同，但它没有瞬动触点。使用时要提前输入时间预设值。当定时器的输入条件满足时开始计时，当前值从0开始按一定的时间单位增加，当定时器的当前值达到预设值时，定时器触点动作，利用定时器的触点就可以得到控制所需的延时时间。 S7--200 CPU中，定时器可用于时间累计，其分辨率(时基增量)分为1ms、10ms和100ms三种。定时器有两个变量： 当前值：该16位有符号整数可存储由定时器计数的时间量。 定时器位：在比较当前值和预设值后，可设置或清除该位。预设值是定时器指令的一部分。 可以用定时器地址(T + 定时器号)来存取这两种形式的定时器数据。是否访问定时器位或当前值取决于所使用的指令：带位操作数的指令可访问定时器位，而带字操作数的指令则访问当前值。 如图中所示，常开触点指令访问定时器位；而移动字指令则访问定时器的当前值。 图6-5 访问定时器位或者定时器的当前值

  29. 计数器存储区：C(256位，C0—C255） • 计数器用来累计输入脉冲的个数，经常用来对产品进行计数或进行特定功能的编程。使用时要提前输入它的设定值(计数的个数)。当输入触发条件满足时，计数器开始累计它的输入端脉冲电位上升沿(正跳变)的次数,当计数器计数达到预定的设定值时，其常开触点闭合，常闭触点断开。 S7--200提供三种类型的计数器，有递增计数、递减计数和增减计数。计数器有两种形式： • 当前值：该16位有符号整数可存储累加计数。 • 计数器位：在比较当前值和预设值后，可设置或清除该位。预设值是计数器指令的一部分。 • 可以用计数器地址(C + 计数器号)来访问这两种形式的计数器数据。是否访问计数器位或当前值取决于所使用的指令：带位操作数的指令访问计数器位，而带字操作数的指令则访问当前值。如下图中所示，常开触点指令是存取计数器位；而移动字指令则是存取计数器的当前值。 图6-6 存取计数器位或者计数器的当前值

  30. 模拟量输入：AI（63个，AIW0---AIW62） S7--200将模拟量值(如温度或电压)转换成1个字长(16位)的数字量。可以用区域标识符(AI)、数据长度 (W)及字节的起始地址来存取这些值。因为模拟输入量为1个字长，且从偶数位字节(如0、2、4)开 始，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。 格式： AIW[起始字节地址] AIW4

  31. 模拟量输出：AQ(AQW0—AQW62) S7--200把1个字长(16位)数字值按比例转换为电流或电压。可以用区域标识符(AQ)、数据长度(W)及 字节的起始地址来改变这些值。因为模拟量为一个字长，且从偶数字节(如0、2、4)开始，所以必须 用偶数字节地址(如AQW0、AQW2、AQW4)来改变这些值。模拟量输出值是只写数据。 格式： AQW[起始字节地址] AQW4 PLC对这两种寄存器的存取方式不同的是，模拟量输入寄存器只能进行读取操作，而对 模拟量输出寄存器只能进行写入操作。

  32. 高速计数器：HC(HC0-HC5) 高速计数器的工作原理与普通计数器基本相同，它用来累计比主机扫描速率更快的高速脉冲。 高速计数器对高速事件计数，它独立于CPU的扫描周期。高速计数器有一个32位的有符号整数计数值(或当前值)。若要存取高速计数器中的值，则应给出高速计数器的地址，即存储器类型(HC)加上计数器号(如HC0)。高速计数器的当前值是只读数据，仅可以作为双字(32位)来寻址。 格式： HC[高速计数器编号] HC1

  33. 累加器：AC 累加器是可以象存储器一样使用的读写设备。是用来暂存数据的寄存器，可以用它来向子程序传递参数，也可以从子程序返回参数，以及用来存储计算的中间结果。S7--200提供4个32位累加器(AC0、AC1、AC2和AC3)。并且您可以按字节、字或双字的形式来访问累加器中的数值。使用时只表示出累加器的地址编号，如AC0。被访问的数据长度取决于存取累加器时所使用的指令。如图6--7所示，当以字节或者字的形式存取累加器时，使用的是数值的低8位或低16位。当以双字的形式存取累加器时，使用全部32位。 图6-7 存取累加器

  34. 寻址方式： 1．直接寻址方式 若要访问存储区的某一位，则必须指定地址，包括存储器标识符、字节地址和位号。下图 是一个位寻址的例子(也称为“字节.位”寻址)。在这个例子中，存储器区、字节地址(I = 输入， 3 = 字节3)之后用点号(“.“)来分隔位地址(第4位) 。 图6-3 数据地址格式

  35. 图6-4 字节、字、双字寻址方式

  36. 2．间接寻址方式 间接寻址是指用指针来访问存储区数据。指针以双字的形式存储其他存储区的地 址。只能用V存储器、L存储器或者累加器寄存器(AC1、AC2、AC3)作为指针。 要建立一个指针，必须以双字的形式，将需要间接寻址的存储器地址移动到指针 中。指针也可以作为参数传递到子程序中。 要使用间接寻址，应该用“&”符号加上要访问的存储区地址来建立一个指针。指令 的输入操作数应该以“&”符号开头来表明是存储区的地址，而不是其内容将移动到 指令的输出操作数(指针)中。 当指令中的操作数是指针时，应该在操作数前面加上“＊”号。如图所示，输 入*AC1指定AC1是一个指针，MOVW指令决定了指针指向的是一个字长的数据。 在本例中，存储在VB200和VB201中的数值被移动到累加器AC0中。 图6-6 使用指针间接寻址

  37. S7-200允许指针访问下列存储区： I、Q、V、M、S、AI、AQ、SM、T (仅当前值)和C (仅当前值)。无法用间接寻址的方式访问单独的位，也不能访问HC或者L存储区。 您可以改变一个指针的数值。由于指针是一个32位的数据，要用双字指令来改变指针的数值。简单的数学运算，如加法指令或者增加指令，可用于改变指针的数值。

  38. 数据类型 1)数据类型及范围 s7—200系列PLC的数据类型可以是字符串、布尔型(o或1)、整型和实型(浮点数)数采用32位单精度数来表示，数据类型、长度及范围如表所列。

  39. 在S7--200指令中输入常数值 在S7--200的许多指令中，都可以使用常数值。常数可以是字节、字或者双字。S7--200以二进制数的形式存储常数，可以分别表示十进制数、十六进制数、ASCII码或者实数(浮点数)

  40. 字符串的格式 字符串指的是一系列字符，每个字符以字节的形式存储。字符串的第一个字节定义了字符串的长度，也就是字符的个数。一个字符串的长度可以是0到254个字符，再加上长度字节，一个字符串的最大长度为255个字节。

  41. 第三节 S7-200PLC编程语言 1.梯形图语言（LAD） 三种语言 电气控制-------有触点控制 梯形图---------无触点控制

  42. LAD编辑器以图形方式显示程序，与电气接线图类似。梯形图程序允许程序仿真来自电源的电流通过一系列的逻辑输入条件，决定是否启用逻辑输出。一个LAD程序包括左侧提供功率流的能量线。闭合的触点允许能量通过它们流到下一个元素，而打开的触点阻止能量的流动。LAD编辑器以图形方式显示程序，与电气接线图类似。梯形图程序允许程序仿真来自电源的电流通过一系列的逻辑输入条件，决定是否启用逻辑输出。一个LAD程序包括左侧提供功率流的能量线。闭合的触点允许能量通过它们流到下一个元素，而打开的触点阻止能量的流动。 逻辑控制是分段的，程序在同一时间执行一段，从左到右，从上到下。 不同的指令用不同的图形符号表示。它包括三种基本形式: 触点代表逻辑输入条件，例如；开关、按钮或者内部条件等。 线圈通常表示逻辑输出结果，例如：灯负载、电机启动器、中间继电器或者内部输出条件。 当您选择LAD编辑器时，考虑以下要点： 1、梯形图逻辑易于初学者使用。 2、图形表示法易于理解而且全世界通用。 3、LAD编辑器能够使用SIMATIC和IEC 1131--3指令集。 4、可以使用STL编辑器显示所有用SIMATIC LAD编辑器编写的程序。

  43. 助记符﹢标识码＆参数 LD I0.1 O Q0.1 AN I0.0 第1个网络 AN Q0.2 = Q0.1 LD I0.2 O Q0.2 AN I0.0 第2个网络 AN Q0.1 = Q0.2 2.语句表语言（STL）

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