第6章S7-200系列PLC資源及配置

S7-200系列構成及性能介紹6.1系統配置及安裝接線6.2編程軟元件及尋址36.3指令系統6.4軟件介紹36.56.1S7-200系列構成及性能介紹德國的西門子（SIEMENS）公司是歐洲最大的電子和電氣設備制造商，生產的SIMATIC可編程序控制器在歐洲處于領先地位。其第一代可編程序控制器是1975年投放市場的SIMATICS3系列的控制系統。在1979年，微處理器技術被應用到可編程序控制器中，產生了SIMATICS5系列，取代了S3系列，之后在20世紀末又推出了S7系列產品。最新的SIMATIC產品為SIMATICS7、SIMATICM7和SIMATICC7等幾大系列。

從CPU模塊的功能來看，SIMATICS7-200系列小型可編程序控制器發展至今，大致經歷了兩代：第一代產品其CPU模塊為CPU21X，主機都可進行擴展，它具有四種不同結構配置的CPU單元：CPU212，CPU214，CPU215和CPU216，對第一代PLC產品不再作具體介紹。第二代產品其CPU模塊為CPU22X，是在21世紀初投放市場的，速度快，具有較強的通信能力。它具有四種不同結構配置的CPU單元：CPU221，CPU222，CPU224和CPU226，除CPU221之外，其他都可加擴展模塊。

4種CPU各有晶體管輸出和繼電器輸出，具有不同電源電壓和控制電壓。SIMATICS7-200系統CPU22X系列PLC主機及I/O特性主機及I/O特性系統基本構成1.硬件（1）基本單元（2）擴展單元（3）特殊功能模塊（4）相關設備2.工業軟件工業軟件是為更好地管理和使用這些設備而開發的與之相配套的程序、文檔及其規則的總和，它主要由標準工具、工程工具、運行軟件和人機接口等幾大類構成。1.CPU模塊

S7-200系列PLC在硬件上采用固定式結構和擴展式結構相結合的方式。固定式結構的硬件即基本單元，擴展式結構的硬件即基本單元擴展的模塊。SIMATICS7-200系統CPU22X系列PLC主機（CPU模塊）的外形如圖CPU狀態顯示通信口頂部端子蓋電源及輸出端子前蓋方式開關、電位器、擴展I/O連接底部端子蓋輸入端子、傳感器電源存儲器卡LED指示燈顯示CPU工作模式（運行或停機）、本機I/O口的當前狀態及CPU系統是否出錯。存儲卡：EEPROM卡，可存儲CPU程序，也可將一個CPU中的程序傳送到另一個CPU中。通信口：是S7-200CPU同編程器或其他輔助設備連接的接口，CPU通過它可和其他輔助設備進行數據通信。電源端子：接受外部電源。為CPU及所連接任何擴展模塊提供電源輸出端子：輸出控制信號，控制被控對象。RUN/STOP/TERM為PLC工作方式選擇開關。TERM可用于自由口通信控制。擴展I/O連接：是基本單元那與擴展模塊的接口，通過它可增加CPU的I/O點數。輸入端子：接收來自控制系統現場設備的輸入信號。傳感器電源端子：作為傳感器的電源使用，也可輸出24v直流電源供控制系統使用。2、數字量及模擬量擴展模塊（圖6-6、6-7）

擴展模塊I/O點的地址由I/O類型及模塊在I/O鏈中的位置決定。數字量擴展模塊以一個字節（8位）地址遞增方式保留映像寄存器空間。模擬量擴展模塊是以兩個字節遞增方式來分配空間。如果映像寄存器保留空間字節的某些位沒有擴展模塊實際物理點與其對應，這些未用的位就不會分配給I/O鏈中的后續模塊。對于輸入模塊，由于每次輸入刷新時都把保留字節的未用位清0，所以這些未用位不能用作內部存儲器的標志位。對于輸出模塊，保留字節中的未用位可象內部存儲器的標志位那樣使用。3、熱電偶、熱電阻擴展模塊

EM231，用DIP選擇熱電偶的類型。4、PROFIBUS-DP通信模塊EM277，可向主站發送數據和接收來自主站數據。可連接到網絡中的一個DP主站，仍能作為一個MPI從站與同一網絡的SIMATIC編程器，S7-300或者S7-400等其他主站通信。5、SIMATICNETCP243-2通信處理器（Actuator-Sensor-Interface）是執行器-傳感器-接口

6.2系統配置及安裝接線1、基本單元帶擴展模塊的數量2、CPU輸入、輸出映像區的大小3、內部電源的負載能力4、模塊的安裝與接線2、控制系統電源計算該系統要求采用CPU224AC/DC/繼電器基本單元，配置3個EM223（DI8/DO8繼電器）和一個EM221(DI8),共4個擴展模塊。CPU224有DI14/DO10，因此系統共配置DI46/DO34。CPU224基本單元所能提供的5V直流電源的額定電流是660mA，24V直流電源的額定電流是280mA一塊EM223需5V直流電源的電流是80mA一塊EM221需5V直流電源的電流是30mA系統需5V直流電源的電流總和是80X3+30=270mA，即基本單元提供的5V直流電源能滿足系統要求。6.3編程軟元件及尋址

PLC可等效為由多個輸入繼電器、輸出繼電器、定時器、計數器、寄存器、內部輔助繼電器和一些特殊功能繼電器等軟元件組成的集合體。S7-200所用的內部存儲器分EEPROM和RAM兩種。主要功能：為PLC提供程序存儲空間（存儲監控程序和應用程序）、參數存儲空間（存儲相關參數）和數據存儲空間（存儲數據）。為PLC提供內部軟元件。PLC內部的每一個軟元件對應著EEPROM或RAM參數空間或數據空間中的一個位（bit）、一個字節（byte）用B表示、一個字（word）用W表示、雙字（doubleword）用D表示。存儲空間分為程序空間、參數空間和數據空間。程序空間用于存放監控程序和用戶程序。該空間分配給程序存儲器EEPROM參數空間用于存放PLC配置結構參數和區域參數等。如保護口令、PLC站地址、停電記憶保護區、強制操作的信號設定等。PLC內部的部分軟元件也屬于此空間，該空間分配給存儲器EEPROM數據空間用于存放PLC的輸入信號、程序執行的中間狀態、計時值、計數值、輸出結果和PLC所用的內部工作寄存器、部分軟元件等。數據一部分在EEPROM中，一部分在RAM中。

1.輸入繼電器：開關量輸入的數據存入數字量空間的輸入映像寄存器中，該區定義為I；外部輸入點輸入端子輸入映像寄存器（該區域可以按位操作又稱輸入繼電器）輸入繼電器線圈由外部信號驅動，常開觸點和常閉觸點供用戶編程使用。輸入繼電器采用8進制編號，一個端子占用一個點。編程時注意輸入繼電器不能由程序驅動，其觸點也不能直接輸出帶動負載。2.輸出繼電器：開關量輸出的數據存入數字量空間的輸出映像寄存器中，該區定義為Q；輸出映像寄存器：S7-200PLC編址范圍（Q0.0~Q15.7）輸出映像寄存器（又稱輸出繼電器）是用來將PLC的輸出信號傳遞給負載，線圈用程序指令驅動。PLC的每一個I/O點都是一個確定的物理點。

CPU224主機有I0.0～I0.7，I1.0～I1.5共14個數字量輸入端點，Q0.0～Q0.7、Q1.0、Q1.1共10個數字量輸出端點。Q0.0L負載電源模擬量輸入的數據存入模擬量空間的模擬量輸入區，該區定義為AI；模擬量輸出的數據存入模擬量空間的模擬量輸出區，該區定義為AQ；S7-200的模擬量輸入電路將外部輸入的模擬量（如溫度、電壓）等轉換成1個字長（16位）的數字量，存入模擬量輸入映像寄存器區域。

AI編址范圍AIW0，AIW2，……AIW62，起始地址定義為偶數字節地址，共有32個模擬量輸入點。數據空間還包括：內部標志位寄存器（M）內部特殊標志繼電器（SM）內部變量存儲器（V）局部變量存儲器（L）計時器（T）計數器（C）順序控制寄存器（S）高速計數器（HSC）累加器（AC）內部標志位寄存器（M）也稱為內部軟繼電器或中間輔助繼電器。為程序執行的中間狀態或其他控制信息提供信息暫存區。不能直接驅動外部負載。可以以位、字節、字或雙字為單位使用。CPU22X系列有256個，編號是M0.0-M31.7。其中MB0-MB13是斷電永久保護區，其內容每次掉電時會自動保存。特殊標志位寄存器（SM）提供大量的狀態和控制功能，并能起到在PLC和用戶程序之間交換信息的作用。可以以位、字節、字或雙字為單位使用。S7-200系列的CPU22X有SM0-SM299的非連續的特殊標志寄存器，并分為只讀區域（SM0-SM29）和可讀寫區域（SM30-SM299）。編號為SM0.0-SM299.7。變量存儲器V

用以存儲運算的中間結果和其它數據。

CPU224有VB0.0～VB5119.7的5K存儲字節。可按位、字節、字或雙字使用。局部寄存器（L）存放局部變量，有64個字節的局部寄存器。地址編碼為LB0.0-LB63.7可進行位、字節、字或雙字訪問。其中60個可用作暫時存儲器或者給子程序傳遞參數局部寄存器與變量寄存器的區別：變量寄存器是全局有效，可以被任何程序存取（如主程序、子程序、中斷程序）局部寄存器是局部有效，只能在特定程序中存取。PLC分別給主程序、各級子程序嵌套和各中斷程序分配64個局部寄存器，各級子程序和各中斷程序不能訪問主程序的局部寄存器，各級子程序和各中斷程序也不能互訪對方的局部寄存器。在執行主程序時，分配給子程序和中斷程序的局部寄存器是不存在的，即此時局部寄存器不起作用。當執行子程序和中斷程序時，分配給它們的局部寄存器才被使用。局部寄存器在分配PLC時不進行初始化，初值可能是任意的。局部寄存器在傳遞參數過程中不接收值。定時器(T)和計數器(C)定時器（T）用來累計時間增量的寄存器CPU22X提供256個定時器。地址編碼為T0-T255。1ms定時器4個、10ms定時器16個、100ms定時器236個、66個定時器有斷電保持功能。每個定時器有1個16位的當前值寄存器和一個狀態位。帶位操作的指令存取定時器狀態位，帶字操作的指令存取定時器當前值。分為接通延時定時器（TON）、有記憶接通延時定時器（TONR）和斷開延時定時器(TOF)計數器（C）用來累計其輸入端脈沖電平由低到高的次數。CPU22X提供256個定時器，地址編碼為C0-C255，有16位預置值和當前值寄存器各一個，以及1位狀態位，當前值寄存器用以累計脈沖個數，計數器當前值大于或等于預置值時，狀態位置1。帶位操作的指令存取計數器狀態位，帶字操作的指令存取計數器當前值。計數指令包括：加計數(CTU)、減計數(CTD)和加/減計數(CTUD)。任何計數器可用指令定義位加或減計數器。高速計數器(HSC)用于記錄頻率比PLC掃描速度更快的外部輸入脈沖信號。對掃描處理程序不能檢測的外部事件進行計數。CPU224和CPU226有6個，地址編號為HSC0-HSC5；CPU221和CPU222有四個，地址編號為HSC0、HSC3、HSC4、HSC5。每個高速計數器具有一個帶符號的32位計數值（或稱當前值）。當直接存取高速計數器的當前值時，一般只可以讀取，而且對當前值必須以雙字為單位進行存取。HSC0和HSC4是多用途計數器，HSC3和HSC5是簡單用途計數器，只有單相時鐘輸入操作模式。通過設置SMB36-SMB65相應位可對HSC0、HSC1、HSC2的操作模式進行控制。通過設置SMB131-SMB165相應位可對HSC3、HSC4、HSC5的操作模式進行控制。可進行讀/寫操作可向子程序傳遞參數、從子程序返回參數，或用來存儲計算的中間值。有中斷請求時，PLC保存中斷發生前的累加器內容，用戶可放心地在中斷程序中使用累加器，不必擔心丟失累加器原有內容。不能利用累加器在主程序和中斷程序之間傳遞參數。S7-200PLC提供4個累加器AC0-AC3。每個累加器占1個雙字。可以字節、字、雙字為單位進行存取操作。以字節或字為單位存取累加器時，使用累加器的低8位或低16位。累加器AC順序控制軟繼電器（S）用于組織PLC操作或進入等效程序的起步S7-200有32個順序控制繼電器。地址編號位S0.0-S31.7可按位、字節、字、雙字來存取。CPU221、CPU2224個可編程I/O事件中斷輸入，對應硬件I0.0-I0.3輸入端點，由信號上升沿或下降沿觸發中斷，產生中斷請求。4個高速計數器HSC0-HSC3都具有中斷請求功能，當計數器達到設定值時可發出中斷請求。輸入可接到I0.0-I0.5中的某個輸入端點。計數信號頻率不得超過30kHz2個脈沖輸出中斷，對應硬件Q0.0-Q0.1輸出端點，其脈沖寬度和頻率可調，最大輸出頻率位20kHz2個1ms定時器中斷3個串行通信中斷（2個接收中斷和1個發送中斷）CPU224比CPU222和CPU222多2個高速計數器中斷。CPU226比CPU224多2個串行通信中斷。中斷功能通過用戶程序設置波特率、字符長度、奇偶校驗等通信參數和通信協議。SMB30和SMB130CPU處于RUN模式時才能實現自由口通信。SM0.7控制通信口進入自由口方式，它對應PLC模式開關的位置。當模式開關在TERM位置時，SM0.7為0；當模式開關在RUN位置時，SM0.7為1。在通信過程中，如果檢測到校驗奇偶出錯，則SM3.0被置為。當發送結束時，SM4.5被置位。自由口通信的接收是在接受中斷控制時完成的，每接收一個字符產生一次中斷，被接收的字符存入SMB2中。自由口通信功能S7-200PLC數據存儲空間分為：輸入地址輸出地址內部地址每一類地址分為數字量空間模擬量空間尋址方式（1）直接尋址位尋址字節尋址（VB）字尋址（VW）雙字尋址（VD）

注：模擬量輸入輸出、累加器、計時、計數器不支持位尋址。累加器無論存儲的數據長短，都占用32位存儲單元。以字節或字為單元訪問累加器，訪問的是低位。位尋址：字節.位存儲器位地址字節地址元件名稱字節、字、雙字尋址：（2）、間接尋址以指針來訪問存儲區的數據，指針以雙字的形式存儲其他存儲區的地址。只能用V、L或者累加器作為指針。以雙字的形式將需要間接尋址的存儲器地址移動到指針中。允許訪問的存儲區：I,Q,V,M,S,T,C，T和C僅限于當前值。例：MOVW＊AC1，AC0／／＊時表示該操作數為地址指針。指令功能：將AC1作為內存地址指針，把以AC1中內容為起始地址的內存單元的16位數據送到累加器AC0中。1、輸入地址編碼每個擴展模塊的地址由其類型在I/O鏈上的位置決定，并以基本單元的I/O位起點開始分配S7-200PLC的每一個輸入端子對應內部的一個輸入軟繼電器，定義為輸入繼電器I。地址分配采用“字節位”編制方式。功能：相當于一個具有無限次常開/常閉觸點的繼電器，用來接收從外部敏感元件或開關元件發來的信號。輸入軟繼電器只能由外部信號驅動，不能由程序控制改寫，其觸點也不能直接輸出帶動負載。（1）數字量輸入地址

S7-200PLC開關量輸入以8點（1個字節）為組進行分配，數字輸入地址的識別符為I，每一個輸入點對應于輸入映像寄存器（IB）中的每個位。（2）模擬量輸入地址模擬量輸入是以每一路為組進行分配，模擬量輸入地址識別符為AI。每一路模擬量輸入占2個字，但實際只使用1個字，地址編號為AIW，對應輸入映像寄存器AIB。每一路模擬量輸入轉換的分辨率都為12位，其數據存入對應的輸入映像寄存器AIB的兩個字節中。如AIW0模擬量輸入轉換后的12位數據被存入AIB0和AIB1中，AIB1存入的是低8位，AIB0的低4位存入的是轉換后數據的高4位。AIB0中的高4位用戶不能使用。2、輸出地址編號功能：輸出軟繼電器的對外輸出觸點直接接到輸出端子，控制外部負載，其內部的軟觸點使用次數不限。輸出軟繼電器實際是通過輸出映像寄存器中的相應位對PLC輸出端子進行控制，它只能由程序內部指令來驅動，使其觸點接通或斷開，因此它只有一個觸點能對外直接輸出帶動負載（1）數字量輸出地址

S7-200PLC開關量輸出以8點（1個字節）為組進行分配，數字輸出地址的識別符為Q，每一個輸入點對應于輸出映像寄存器（QB）中的每個位。輸出映像寄存器的未用位可作為內部標志位使用。（2）模擬量輸出地址

S7-200PLC基本單元不帶模擬量輸出，也采用擴展方式連接模擬模塊來擴展模擬通道的。模擬量輸出是以每一路為組進行分配，模擬量輸出地址識別符為AQ。每一路模擬量輸出占2個字，但實際只使用1個字，地址編號為AQW，對應輸入映像寄存器AQB。3、內部軟元件地址編號

S7-200內部軟元件地址編號方法按其功能分類，以其功能名稱定義，并對各個位進行編址。S7-200PLC內部軟元件分布在參數空間和數據空間中，它們的功能是相互獨立的。有固定地址，其地址編號采用八進制數碼。2、數字量及模擬量擴展模塊（圖6-6、6-7）

擴展模塊I/O點的地址由I/O類型及模塊在I/O鏈中的位置決定。數字量擴展模塊以一個字節（8位）地址遞增方式保留映像寄存器