第2章S7-200系列PLC硬件

及編程資源

2.1S7-200系列PLC及升級版

S7-200PLC設計緊湊，使用方便、應用靈活、性價比高，具有良好的可擴展性及強大的指令集，能夠比較完美地滿足多種場合中的檢測、監測及小規模控制系統的需求，可以作為獨立的控制器模塊廣泛應用在各類自動控制及集散化控制系統中。

S7-200SMARTPLC是西門子公司推出的S7-200PLC的升級產品，其指令系統與S7-200PLC基本相同，但其編程資源和功能大大增加，集成了強大的以太網功能，可以覆蓋所有與自動檢測、自動控制有關的工業及民用領域。

S7-1200PLC是S7-200的新一代升級產品，涵蓋了S7-200的原有功能并增加了許多特殊功能，可以提供多種智能模塊，具有非常強大的通信功能，可以滿足比較復雜及更廣泛控制領域的應用。

2.2硬件系統配置

2.2.1.硬件系統

1.主要包括：

CPU主機

擴展模塊、功能模塊

相關設備以及編程工具。

S7-200PLC系統組成圖2.S7-200主要性能特點

1）用戶可以在程序中立即讀寫I/O點，而不受PLC循環掃描工作方式的影響。

2）S7-200具有集成的高速計數功能，能夠對外部高速事件計數而不會影響S7-200的性能。這些高速

3）對數字量輸入加濾波器。

4）對模擬量輸入加濾波器，濾波值是多個模擬量輸入采樣值的平均值。

5）設置掉電保護存儲區等。

2.2.2.S7-200CPU模塊和技術指標1．CPU模塊結構S7-200的CPU包括一個中央處理器、RAM、EEPROM、集成電源和輸入/輸出（I/O）點等，它們被封裝在一個緊湊的外殼內,如下圖：S7-200CN系列CPU實物圖片

CPU負責執行程序；輸入點用于從現場設備中采集信號；輸出點則負責輸出控制信號，用于驅動外部負載；有RUN和STOP兩種工作模式；可由模式選擇開關選擇。當模式選擇開關處于STOP位置時，不執行程序但可以對其編寫程序；當開關處于RUN位置時，PLC處于運行狀態；當開關處于TERM監控狀態時，可以運行程序也可以進行讀/寫操作。擴展端口：用于連接擴展模塊，實現I/O擴展。

2．模塊功能

CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226五種不同結構配制的CPU單元。例如，CPU224CNPLC集成了14輸入/10輸出數字量I/O點；16KB程序和數據存儲空間間；6個獨立的30kHz高速計數器、2路獨立的20kHz高速脈沖輸出；具有實現PID運算控制功能，構成閉環控制系統；

1個RS485通信編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊功能。

CPU224CNPLC具有較強的控制功能。

CPU224CNPLC可以連接7個擴展模塊，最大擴展為168路數字量I/O點或35路模擬量I/O端口，CPU224CNPLC是具有較強控制能力的控制器。

3.S7-200CPU技術指標以CPU224XP為例：用戶程序長度運行模式下：12288字節數據存儲區：10240字節掉電保護時間：100小時本機I/O數字量（點）：14入/10出模擬量：2入/1出擴展模塊數量：7個模塊高速計數器單相：4路30kHz2路200kHz2.2.3數字量輸入輸出（I/O）擴展模塊

數字量擴展模塊：S7-200PLC提供了多種類型的數字量擴展模塊，用戶可選用8點、16點和32點的數字量輸入/輸出模塊。如：數字量輸入/輸出模塊EM223。

CPU擴展模塊2.2.4模擬量輸入輸出（I/O）擴展模塊

模擬量擴展模塊：4路模擬量輸入EM2312路模擬量輸出EM2324路輸入、1路輸出EM235

如：EM235模擬量輸入、輸出模塊可以實現4路模擬量輸入/1路模擬量輸出，輸入模擬量量程檔位多，方便用戶選擇，適合在一般單閉環控制系統中使用。

2.2.5熱電偶、熱電阻輸入擴展模塊

熱電阻擴展模塊：

EM231熱電阻輸入擴展模塊提供了與多種熱電阻的連接口，通過DIP開關來選擇熱電阻的類型、接線方式、測量單位和開路故障的方向可以實現2路熱電阻輸入。熱電偶擴展模塊：如EM231熱電偶模塊直接以熱電偶輸出的電勢作為輸入信號，進行A/D轉換后輸入給PLC，可用于J、K、E、N、S和R型熱電偶；2.2.6網絡通信及其他模塊1）網絡通信模塊有EM277PROFIBUS-DP從站通信模塊、工業以太網通信模塊243-1、調制解調器模塊EM241（通過模擬電話線實現遠距離通信）等。2）位置控制模塊EM253用于S7-200PLC定位控制系統，它能夠產生脈沖序列，實現對電動機速度及位置的開環控制。3）稱重模塊SIWAREXMS可以實現多用途電子稱重，如軌道衡、吊稱及力矩的測量。4）S7-200文本顯示器TD產品包括TD200、TD400C，使用方便，具有良好的信息交互功能。5）S7-200系統有多種觸摸屏，以實現更為完善的人機界面，如TP070、TP170A等。2.3I/O編址及外部端口接線2.3.1模塊I/O端口編址

CPU必須通過編程實現從輸入端口獲取外部設備信息、從輸出端口對外部設備的控制功能。CPU是通過系統分配給各端口相應的編址來訪問輸入輸出端口的。I/O端口按類型分為：（1）數字量輸入端口

CPU分配給數字量輸入端口地址以字節（8位）為單位，一個字節八個數字量輸入點，起始地址為I0.0（輸入端口0字節第0位）。（2）數字量輸出端口

CPU分配給數字量輸出端口地址以字節（8位）為單位，一個字節八個數字量輸出點，起始地址為Q0.0（輸出端口0字節第0位）。（3）模擬量輸入輸出端口

CPU分配給模擬量輸入端口地址以字（16位）為單位，一個字一個模擬量輸入端口，起始地址為AIW0。

CPU分配給模擬量輸出端口地址以雙字（32位）為單位，一個雙字一個模擬量輸出端口，起始地址為AQW0。

（4）擴展模塊編址

CPU分配給CPU22x系列的每種主機所提供的本機I/O點的I/O地址是固定的，在進行I/O擴展時，可以在CPU右邊連接多個擴展模塊，每個擴展模塊的組態地址編號取決于各模塊的類型和該模塊在I/O鏈中所處的位置。編址時同種類型輸入或輸出點的模塊在鏈中按與主機的位置遞增。

S7-200系統擴展對輸入/輸出端口編址的組態規則為：

1）對于同類型輸入或輸出點的模塊按I/O鏈中順序進行編址，而不受其位置是否連續。

2）對于數字量，輸入/輸出映像寄存器的單位長度為8位（1個字節），本模塊實際I/O位數按字節未滿8位的，未用位不能分配給I/O鏈的后續模塊（即后續模塊編址必須從又一連續字節開始）。

3）對于模擬量輸入，以2個字節（1個字）遞增方式來分配地址空間。

4）對于模擬量輸出，以2個字遞增方式來分配地址空間。例如，某系統所需的數字量輸入24點、數字量輸出點為20點、模擬量輸入6點、模擬量輸出2點。如果系統選用主機CPU224，為滿足系統需要可以有多種不同擴展模塊的選取組合，并且各模塊在I/O鏈中的位置排列方式也可能有多種。擴展I/O模塊鏈及編址如下。。2.3.2S7-200PLC模塊外部接線

1.輸入端口接線

PLC是通過I/O點與外界建立聯系的，用戶必須靈活掌握I/O點與外部設備的連接關系和配電要求。

2.輸出端口接線CPU224模塊外圍接線圖

3.CPU224模塊外圍接線圖：

CPU224集成14輸入/10輸出共24個數字量I/O點。注意：在實際應用中，用戶應參考相應PLC的CPU用戶手冊，正確進行I/O連接及配電要求（電源的正/負極和電壓值）。2.4S7-200PLC內部編程資源2.4.1S7-200PLC編程軟元件

編程軟元件是PLC內部具有不同功能的存儲器單元，每個單元都有唯一的地址，在編程時，用戶只需記住軟元件的符號地址即可。為了方便不同的編程功能需要，存儲器單元作了分區，即PLC內部根據軟元件的功能不同，分成了許多區域，如輸入寄存器、輸出寄存器、位存儲器、定時器、計數器、通用寄存器、數據寄存器及特殊功能存儲器等。2.4.2軟元件類型及功能

1.輸入繼電器（I）

輸入繼電器又稱輸入過程映象寄存器，它和PLC的輸入端子相連，用于接收外部開關信號的控制。

輸入繼電器外接控制開關及內部等效電路圖

2．輸出繼電器（Q）

輸出繼電器又稱輸出過程映象寄存器，它和PLC的輸出端子相連，可以作為負載的控制信號。輸出繼電器類似與繼電器控制系統中的中間繼電器。輸出繼電器外接控制及內部等效電路圖

3．特殊繼電器（SM）

特殊繼電器的某些位（特殊標志位）具有特殊功能或用來存儲系統的狀態變量、控制參數和信息。其中：

SM0.0：PLC運行（RUN）指示位，該位在PLC運行時始終為1。

SM0.1：該位在PLC由STOP轉入RUN時，該位為ON一個掃描周期，常用作調用初始化子程序。

SM0.2：若保持數據丟失，則該位在一個掃描周期中為1。

SM0.3：開機后進入RUN方式，該位將ON一個掃描周期。

SM0.4：該位提供了一個周期為一分鐘、占空比為0.5的時鐘脈沖，可作為簡單延時使用。

SM0.5：該位提供了一個周期為一秒鐘、占空比為0.5的時鐘脈沖。

在每個掃描周期的末尾，由S7-200更新這些位。

4．通用輔助繼電器（M）通用輔助繼電器（又稱位存儲區或內部標志位）在PLC中沒有輸入/輸出端子與之對應。5．變量存儲器（V）變量存儲器用來存儲變量，存放程序執行過程中數據處理的中間結果。6．局部變量存儲器（L）局部變量存儲器用來存放局部變量。

7．順序控制繼電器（S）順序控制繼電器稱為狀態器或狀態元件，是順控繼電器指令的重要元件。8．定時器（T）定時器是PLC中常用的編程軟元件，主要用于累計時間的增量。定時器的工作過程與繼電器控制系統的時間繼電器類同，如T24

。9．計數器（C）計數器是用來累計輸入脈沖的個數，如C24。

。

10．累加器（AC）

累加器是用來暫存數據的寄存器。S7-200提供了4個32位的累加器：AC0、AC1、AC2、AC3。11．模擬量輸入/輸出映像寄存器（AI/AQ）

模擬量輸入映像寄存器用以存放A/D轉換后輸入的16位的數字量，如：AIW2；模擬量輸出映像寄存器用以存放需要進行D/A轉換的16位的數字量，如：AQW2。12．高速計數器（HC）

高速計數器可累計比CPU的掃描速度更快的事件。2.5S7-200SMARTPLC系統配置

西門子S7-200SMARTPLC（簡稱S7-200SMART）是在保留S7-200諸多優點的基礎上，增加了CPU的I/O點數，網絡接口和通信功能更加強大，CPU執行速度等性能優勢明顯提高，編程軟件界面與S7-200幾乎一樣，但操作更加方便，指令系統與S7-200基本相同。2.5.1S7-200SMART的功能特點1）CPU配置更加靈活。2）速度提高。3）強大的通信功能。4）CPU集成了MicroSD槽口，支持通用的MicroSD卡6）編程軟件友好、功能強大、使用方便。5）內部集成了可達3路晶體管輸出的高速脈沖輸出，脈沖頻率可以達到100kHz，支持PWM/PTO輸出方式以及多種運行模式。6）編程軟件友好、功能強大、使用方便。S7-200SMART編程軟件（Step7MicrowinSMART）的窗口可以浮動，可以方便的布置工作臺、支持分屏工作，方便的程序注釋功能等。2.5.2S7-200SMARTCPU模塊

S7-200SMARTCPU有6種模塊，配備標準型和經濟型供用戶選擇，其中經濟型CPUCR40模塊價格低，無擴展功能，可以直接通過單機本體滿足一般控制系統需求。其余的均為標準型，具有可擴展功能，可滿足對I/O規模有較大需求。1.CPU模塊2.CPU技術規范（1）經濟型CPUCR40S7-200SMARTCPUCR40為經濟型CPU模塊，繼電器輸出，220VAC供電，數字量輸入/輸出點數為24DI/16DO（輸出點每點額定電流最大2.0A，每個公共端額定電流最大10.0A），用戶程序區12KB，用戶數據區8KB，一個以太網端口，一個RS485串口，無擴展功能，高速計數器頻率最高30kHz。（2）標準型CPU-SR20/SR40/SR60其主要技術規范如下。1）CPU數字量輸入/輸出點數分別為12DI/8DO、24DI/16DO和36DI/24DO。2）最大數字量I/O點數分別為148、168、188點。3）可擴展4個模塊。4）最大可擴展模擬量點數24點。5）用戶程序區分別為12KB、24KB和30KB，用戶數據區分別為8KB、16KB和20KB，可以內置一個信號板。6）一個以太網端口、一個RS485串口、一個附加串口。7）高速計數器頻率最高可達60kHz。（3）標準型CPU-ST40/ST60

其主要技術規范同如下。1）CPU數字量輸入/輸出點數分別為24DI/16DO和36DI/24DO。2）最大數字量I/O點數分別為148、168、188點。3）可擴展4個模塊。4）最大可擴展模擬量點數24點5）用戶程序區分別為12KB、24KB和30KB，用戶數據區分別為8KB、16KB和20KB，可以內置一個信號板。6）高速計數器頻率最高可達60kHz。2.5.3S7-200SMART擴展模塊1.信號板S7-200SMART信號板可以直接安裝在CPU本機上，安裝拆卸方便。2.數字量I/O擴展模塊輸入輸出模塊EMDR16,輸入點數8，輸出點數8。3.模擬量擴展模塊常用的模擬量I/O擴展模塊如下。1）模擬量輸入模塊EMAI04，模擬量輸入4路，0～2