第4部分 S7-200系列PLC的编程语言及程序结构

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第四章 S7-200PLC基础知识

成一定的控制任务。
（2）扩展单元（I/O接口电路）就是各种类型的输入/输出模块。例如：数字量I/O模块、模拟量I/O模块（3）特殊功能模块完成某种特殊控制任务的一些装置。如PID模块、定位控制模块。扩展单元和特殊功能模块不能单独完成一定的控制任必须和主机一起使用（4）人机界面：例如：编程器、文本显示器、操作员面板、触摸屏等。（5）编程软件：编程软件STEP7-Micro/WIN，人机界面组态软件 ProTool 、WinCC
4.4 寻址方式
按位寻址的格式为：Ax.y
必须指定元件名称、字节地址和位号，如图所示。图中MSB表示最高位，LSB表示最低位。
MSB LSB 76543210 I0 I1 I2 I3 I4 I 4 .5 字节的位，即位号位地址与字节地址之间的间隔字节地址元件名称（区域标志）
I 14 .2 I15
4.3 内部资源
（11）高速计数器（HC） CPU 22X提供了6个高速计数器HC0、HC1……HC5 （每个计数器最高频率为 30KHz ）用来累计比 CPU 扫描速率更快的事件。
高速计数器的当前值为双字长的符号整数。
（12）累加器（AC）累加器是用来暂存数据， S7-200 PLC提供了4个32位累加器 AC0～AC3。累加器支持以字节（B）、字（W）和双字（D）的存取。。
电气控制及PLC
2014.09
第4章 S7-200 PLC基础知识 • 主要内容：
• • • • • • • 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 概述硬件系统内部资源寻址方式指令系统程序结构 S7-200 PLC的几个特性
2
4.1 概述
S7-200系列PLC是西门子公司推出的一种小型PLC。它适用于

plc讲义第四章西门子S7-200 PLC

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6 CPU操作模式
（ 1）在PLC 上有 3个挡位（ RUN 、 TERM、 STOP ）的方式开关。（2）CPU有RUN、STOP两种状态。（ 3）当方式开关处在 TERM 方式时，可用编程工具实现 RUN、STOP。
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（1）主机CPU模块内部配备的EEPROM，上装程序时，可自动装入并永久保存用户程序、数据和 CPU的组态数据。
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5 存储系统
（ 2 ）用户可以定义存储器保持范围或用程序将存储在 RAM中的数据备份到EEPROM存储器。（ 3）主机CPU 提供一个超级电容器，可使 RAM中的程序和数据在断电后保持几天之久。（ 4 ） CPU 提供一个可选的电池卡，可在断电后超级电容器中的电量完全耗尽时，继续为内部RAM存储器供电，以延长数据所存的时间。（ 5 ）可选的存储器卡可使用户像使用计算机磁盘一样来方便地备份和装载程序和数据。
Q1.0 Q1.1
CPU 214
I.0 I.1 I.2 I.3 I.4 I.5 I.6 I.7
DI 8 x DC24V
SIMATIC S7-200
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S7-300
S7-300是模块化的中型PLC，有5种不同档次的CPU，可选择不同类型的扩展模块，扩展多达32个模块。
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二、主机结构及性能特点
1 主机外形
S7-200主机模块主要有：CPU 221、 CPU 222、 CPU 224 （224XP）、 CPU 226（226XM），其外型如图：

西门子s7200-PLC-基本指令

梯形图
操作数
无无
NOT
NOP N
改变能流输入的状态
空操作
无
N=0～255
正负跳变指令、取反指令、空操作指令的几点规定
1. 正跳变指令（EU）检测到每一次正跳变（触点的输入信号由0到1），或负跳变指令（ED）检测到每一次负跳变（触点的输入信号由1到0），让能流接通一个扫描周期。对于正跳变指令，一旦发现有正跳变发生（由0到1），该栈顶值被置为1，否则置0。对于负跳变指令，一旦发现有负跳变发生（由1到0），该栈顶值被置为1，否则置0。 2. 取反指令（NOT）将它左边电路的逻辑运算结果取反，运算结果为1，则变为0，为0则变为1。 3. 空操作指令（NOP）不影响程序的执行。
新值同时写到物理输出点和对应的输出映像寄存器中 bit: Q N的取值范围为：1～128
RI bit，N
=I bit
说明： “I”表示立即，当指令执行时，新值会同时被写到物理输出点和对应的输出过程映象寄存器。这一点不同于非立即指令，只把新值写入过程映像寄存器。
② 立即触点指令语句表 LDI bit AI bit 功能常开立即触点与左侧母线相连接常开立即触点与其他程序段相串联梯形图操作数
特殊存储区的简单应用
案例1.
当报警信号I0.0接通时，报警指示灯Q0.1闪烁
例3扩展
特殊存储区，具有闪烁功能
案例2.
在自动控制系统中，按下启动按钮I0.1，启动指示灯Q0.0输出，为了防止操作员误动作，因此停止时需两个按钮I0.3及I0.2都按下,系统才能停止，启动灯灭。
案例3.
水位低报警信号I0.1,故障指示灯Q0.1在有检测到故障时保持闪烁直到按下复位按钮I0.2,指示灯灭。

S7-200 SMART编程及应用第4版第1章 PLC的硬件与工作原理

2．子程序用输入、输出参数作软件接口，便于实现结构化编程。 3．灵活方便的存储器结构，大多数存储区可以按位、字节、字和双字读写。 4．使用简化复杂编程任务的向导，可以自动生成子程序、中断程序和符号表等。 5．强大的通信功能，可与编程计算机、HMI、分布式IO、其他PLC和变频器通信。 6．支持西门子的文本显示器和精彩、精智、精简系列面板。 7．强大的运动控制功能，有3种开环运动控制方法，可通过通信控制伺服驱动器。 1.1.3 CPU模块 1．CPU模块的共同特性 I、Q、M、S各256点，两个循环中断、8个上升沿、下降沿中断，8个PID回路。4 个32位的累加器、256个定时器和256个计数器。
息丢失。
ROM（只读存储器）只能读出，不能写入。断电后储存的信息不会丢失。
EEPROM（可以电擦除可编程的只Байду номын сангаас存储器）的数据可以读出和改写，断电后信息
不会丢失。写入数据的时间比RAM长，改写的次数有限制。用EEPROM来存储用户
程序和需要长期保存的重要数据。
1.1.4 数字量扩展模块与信号板 1．数字量输入电路有8点、16点的输入、输出模块，16点、32点输入/输出
3．信号板与通信模块 SB DT04：2点数字量直流输入/2点数字量场效应管输出。 SB AE01：1点模拟量输入信号板。 SB AQ01：1点模拟量输出信号板。 SB CM01：RS485/RS232信号板。 SB BA01：电池信号板，使用CR1025 纽扣电池，保持实时时钟大约一年。 EM DP01：PROFIBUS-DP通信模块，可以作DP从站和MPI从站。
位。单极性满量程输入范围对应的数字量输出为0～27648。双极性满量程输入范围对应的数字量输出为−27648～+27648。

第4章、S7-200PLC基础知识

第4章、S7-200PLC基础知识本章重点1、硬件组成2、系统扩展方法3、内部器件资源4、数据类型5、寻址方式6、编程语言和程序结构因为目前市场上的PLC种类繁多，生产公司不同，PLC的结构和编程语言也会有或多或少的差异，即使是同一家公司的产品，产品系列不同，其编程语言也可能会不同，所以这给大家学习PLC带来了一定的麻烦。

但对此要有一个正确的认识:一、虽然PLC之间存在着一些不相同的地方，但其硬件组成和编程语言的绝大部分是相同或相似的，所以只要学习好一种PLC后，学习或使用其他PLC也就易如反掌了;二、将来基于IEC61131 - 3开放式PLC的编程语言和现在普通PLC的编程语言也比较相似，所以学习好现在的PLC，对以后学习IEC61131 - 3编程语言也有决定性的帮助。

从上面的分析情况看，作为在课堂上讲授PLC，不可能讲解多个产品，这样做也没有必要，所以需要找一种PLC作为讲课的对象。

西门子的SIMATIC S7 - 200系列PLC适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制的自动化。

S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

由于S7-200系列具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格、丰富的功能模块以及强大的指令系统，使得S7 - 200 PLC可以近乎完美地满足小规模的控制要求。

此外西门子的产品体系符合现在自动化笔域的热点技术：现场总线技术的方向，目前市场上最流行的现场总线就是以西门子为主导而开发的PROFIBUS。

所以本书以西门子的S7 - 200系列PLC为讲授对象讲解PLC的基本原理、硬件系统组成和程序设计。

本章主要介绍S7- 200 PLC的一些基础知识。

4. 1概述S7-200PLC是德国西门子公司生产的一种小型PLC，其许多功能达到大、中型PLC的水平，而价格却和小型PLC的一样，因此，它一经推出，即受到了广泛的关注。

最近几年在小型PLC 市场上S7-200 PLC成为了主流产品。

西门子S7-200 SMART PLC原理及应用教程课件第四章

2.逻辑操作结果RLO
PLC中程序执行的结果就是确定和改变变量的值。这需要通过线圈来实现，PLC程序的线圈可以广义地分为两类：普通线圈和功能线圈。如图4-1所示的程序中，线圈M0.0和 Q0.0为普通线圈，而MOV_B为功能线圈。
图4-1 梯形图的线圈与RLO
线圈的执行是和其左侧的RLO密切相关的，实际上 PLC程序的所有分析和设计均和RLO相关。RLO是西门子PLC中的重要概念，它是对传统PLC程序分析和设计中电流、能流等概念的高度概括。
没有输入，则Q0.0有输出，即便此后I0.0不再有输入，Q0.0也一直保持有输出，直到I0.1有输入为止。
自保持电路中的I0.0起激发作用，Q0.0的常开触点起保持作用，而I0.1起切断保持的作用。需要注意的是，程序中的I0.0、I0.1和Q0.0可以换成其他的继电器或位变量。
图4-2 自保持电路和时序图
图4-2 自保持电路和时序图
自保持电路是常用的控制程序，是从很多程序中抽象出来的电路，其应用特别广泛。例如，电动机起停PLC控制中，起动按钮接I0.0，停止按钮接I0.1，Q0.0的输出控制电动机的接触器，则用自保持电路可以实现电动机起停控制。
第二节位逻辑操作指令
例4.2 互锁电路。互锁电路如图4-3所示，它们是由两行自保持电路组成的，Q0.0和Q0.1不能同
图4-5 用置位复位指令实现自保持电路
第二节位逻辑操作指令
例4.5 RS触发器指令应用
（a） SR置位优先触发器指令
（b）RS复位优先触发器指令图4-6 触发器指令应用
图4-6(a)使用了SR置位优先触发器指令，从右方的时序图可以看出：①当IO.O触点闭合(S1=1)、 IO.1触点断开(R=O)时，QO.O被置位为1；②当 IO.O触点由闭合转折开(S1=O)、IO.1触点仍处于断开(R=O)时，QO.O仍保持为1；③当IO.O触点断开（S1=O)、IO．1触点闭合(R=1)时，QO.O被复位为O；④当IO.O、IO.1触点均闭(S1=O、 R=1)时，QO.O被置位为1 图4-6(b)使用了RS复位优先触发器指令，其①～ ③种输入、输出情况与SR置位毛触发器指令相同，两者的区别在于第④种情况。对于SR置位优先触发器指令，当Sl、R端同时输入1时， QO.O=1；对于RS复位优先触发器指令，当S、 R1端同时输入1时，Q0.0=0。用复位优先的置位复位组合线圈也可以实现自保持电路。当输入I0.0和I0.1的波形和图4-5一样时，输出Q0.0的波形是怎样的？请读者自行分析。

第4章 S7-200 PLC的系统配置

现场用户输出设备执行器
微处理器（微处理器（CPU））
输出部件
中间继电器电磁阀
微处理器（CPU）微处理器（CPU）
系统存储器户储扩接
扩展设备
扩展单元诊断--电源、PLC工作状态及程序的语法错误； --电源 I/O 工作状态及程序的语法错误诊断用电源、PLC工作状态及程序的语法错误； --
PLC系统结构示意图系统结构示意图
用户存储器—— 用户存储器——功能模块 RAM/EPROM/E2PROM 存放用户工作程序；存放用户工作程序；存放工作数据。存放工作数据。
PLC硬件系统结构组成 PLC硬件系统结构组成
PLC基本单元基本单元
～110V/220V市电市电现场用户输入设备现场信号按钮、按钮、开关传感器外部设备编程设备计算机打印机等通讯及编程接口系统存储器用户存储器 I/O 扩展接口输入部件电源变换器电池
PLC基本单元基本单元
～110V/220V市电市电现场用户输入设备现场信号按钮、按钮、开关传感器外部设备编程设备计算机打印机等通讯及编程接口系统存储器用户存储器 I/O 扩展接口输入部件电源变换器电池
现场用户输出设备
微处理器（微处理器（CPU））
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4.1.1 基本单元
基本单元（模块）基本单元（S7-200 CPU模块）也称为主机。由中央处理单模块也称为主机。元（CPU）、存储器、数字量输入、输出单元、通信口、）存储器、数字量输入、输出单元、通信口、以及电源等部分组成。电源等部分组成以及电源等部分组成。这些都被紧凑地安装在一个独立的装置中。基本单元可以构成一个独立的控制系统。装置中。基本单元可以构成一个独立的控制系统。

S7-200PLC基础知识

• SIMATIC指令集：是为S7-200系列PLC设计的，本指令通常执行时间短，而且可以用LAD、STL 和FBD三种编程语言。
• IEC 1131-3指令集是不同PLC厂家的指令标准，它不能使用STL编程语言。
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1、编程语言
1. 梯形图 2.语句表 3. 功能块图 4. 其他编程语言
电压）等转换成1个字长（16位）的数字量，存入模拟量输入映像寄存器区域。
AI编址范围AIW0，AIW2，……AIW62，起始地址定义为偶数字节地址，共有32个模拟量输入点。
S7-200模拟量输出电路用来将模拟量输出映像寄存器区域的1个字长（16位）数字值转换为模拟电流或电压输输出。
AQ编址范围AQW0，AQW2，……AQW62，起始地址也采用偶数字节地址，共有32个模拟量输出点
前值寄存器各一个，以及1位状态位，当前值寄存器用以累计脉冲个数，计数器当前值大于或等于预置值时，状态位置1。
S7-200 CPU提供有三种类型的计数器，增计数、减计数、增／减计数。编址范围C0～C255（22X）。
10 模拟量输入／输出映像寄存器（AI/AQ） S7-200的模拟量输入电路将外部输入的模拟量（如温度、
顶部端子盖电源及输出端子
前盖方式开关电位器、扩展I/O连接
底部端子盖输入端子、传感器电源
机型
机型 CPU221
主机输出类型 DC/继电器
主机输入点数6ຫໍສະໝຸດ 主机输出可扩展模块点数
4
无
CPU222
DC/继电器
8
6
2
CPU224/XP DC/继电器
14/2AI 10/1AO 7
CPU226
DC/继电器

第4章 S7-200系列PLC基础知识

软元件累加器（AC） – 根据使用场合不同，可以作为字节、字和双字使用
S7-200 PLC的寻址方式
数据类型
数据类型及范围：见书中表格常数
– 长度：字节、字、双字 – 表示：二进制、十进制、十六进制、ASCII、浮点数等
4.4 S7-200 PLC的寻址方式
直接寻址
直接寻址的编址格式
最大7个模块最大7个模块
CPU224 :94入/74出=168 数字量模拟量 28入或14出或 28入/7出
CPU226(XM) :128入/120出=248数字量模拟量 28入或14出或 28入/7出
这几种CPU模块的外部结构大体相同，其外部结构如图所示， CPU224XP和CPU226有两个通信口。
• 各软元件有其不同的功能，有固定的地址。
• 软元件的数量决定了PLC的规模和数据处理能力，每一种PLC的软元件是有限的。
• 编程时，用户只需记住软元件的地址即可。每一个软元件都有一个地址与之相对应，软元件的地址编排采用区域号加区域内编号的方式。
PLC内部根据软元件的功能不同，分成了许多区域：
CPU存储区域的直接寻址直接寻址
位寻址：Ax.y
– 可以进行位寻址的编程元件有：I、Q、M、SM、L、V、S等。
直接寻址
特殊元件的寻址格式 – T、C、HC、AC等，直接写出其编号即可。 – T、C的地址编号有2个含义：位和当前值。 – AC的特殊性：字节、字、双字
软元件介绍
输入继电器（I）：特点，作用
– 有外部输入端子
输出继电器（O）：特点，作用
– 有外部输出端子 – 有触点、无触点输出
中间继电器（M）：特点，作用特殊继电器（SM）：作用变量存储器（V）：作用局部变量存储器（L）顺序控制继电器（S）定时器（T）计数器（C）模拟量输入寄存器（AI）/模拟量输出寄存器（AO）高速计数器（HC）

西门子S7-200系列PLC的程序结构

S7-200的程序有三种：主程序、子程序、中断程序。

主程序只有一个，名称为OB1。

子程序可以达到64个，名称分别为SBR0~SBR63。

子程序可以由子程序或中断程序调用。

中断程序可以达到128个，名称分别为INT0~INT127。

中断方式有输入中断、定时中断、高速计数中断、通信中断等中断事件引发，当CPU响应中断时，可以执行中断程序。

由这三种程序可以组成线性程序和分块程序两种结构。

一、线性程序结构线性程序是指一个工程的全部控制任务都按照工程控制的顺序写在一个程序中，比如写在OB1中。

程序执行过程中，CPU不断地扫描OB1，按照事先准备好的顺序去执行工作，显然，线性程序结构简单，一目了然。

但是，当控制工程大到一定程序之后，仅仅采用线性程序就会使整个程序变得庞大而难于编制、难于调试了。

二、分块程序结构分块程序是指一个工程的全部控制任务被分成多个小的任务块，每个任务块的控制任务根据具体情况分别放到子程序中，或者放到中断程序中。

程序执行过程中，CPU不断地调用这些子程序或者被中断程序中断，分块程序虽然结构复杂一些，但是可以把一个复杂的过程分解成多个简单的过程。

对于具体的程序块容易编写，容易调试。

从总体上看，分块程序的优势是十分明显的。

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第4章 S7-200系列PLC系统配置《电气控制与PLC应用技术》习题参考答案

4-1 S7-200 PLC的硬件系统主要有哪些部分组成？答：S7-200 PLC的硬件系统有主机单元、扩展单元、特殊功能模块、相关设备（编程设备、人机操作界面和网络设备等）组成。

4-2 S7-200 PLC的存储系统提供了哪几种方式来保存数据？答：S7-200系列PLC提供了3种方式来保存用户程序、程序数据和组态数据，分别是：保持型数据存储器、永久存储器、存储卡。

4-3 常用的S7-200 的扩展模块有哪些？各适用于什么场合？答：S7-200 PLC的数字量扩展模块有：EM221，输入扩展模块；EM222，输出扩展模块；EM223，输入/输出混合扩展模块。

模拟量扩展模块有：（1）EM231，共有6种产品：4路（8路）AI、2路（4路）热电阻输入和4路（8路）热电偶输入。

前者是普通的模拟量模块，可以用来连接标准的电流和电压信号；后两种是专门为特定的物理量输入到PLC而设计的模块。

热电阻和热电偶可以直接连接到模块上而不需要使用变送器对其进行标准电流或电压信号的转换，模块上具有热电阻和热电偶型号选择开关，热电偶模块还具有冷端补偿功能。

（2）EM232，输出扩展模块。

（3）EM235，输入/输出扩展模块。

4-4 一个控制系统需要12点数字量输入、30点数字量输出、7点模拟量输入和2点模拟量输出。

试问：（1）选用哪种主机最合适？（2）如何选择扩展模块？（3）请画出主机和各模块连接图。

（4）主机和各模块的地址如何分配？答：（1）选择S7-200 PLC的CPU226为主机，它可以扩展7个模块，自带输入/输出点为40点（DI24/DO16）。

（2）数字量扩展模块选择2个8点的EM222；模拟量扩展模块选择2个EM235（AI4/AO1）。

此时，系统中的数字量输入点为24>12，数字量输出点为32>30，模拟量输入通道为8>7，模拟量输出通道为2=2，点数可以满足系统控制的要求。

（3）（4）CPU226的编址：I0.0~I0.7，I1.0~I1.3；Q0.0~Q0.7，Q1.0~Q1.7；模块1 EM222的编址：Q2.0~Q2.7；模块2 EM222的编址：Q3.0~Q3.5；模块3 EM235的编址：AIW0，AIW2，AIW4，AIW6；AQW0；模块4 EM235的编址：AIW8，AIW10，AIW12；AQW2。

s7-200系列PLC基本指令

2.语句表（Statement List）设计语言语句表（语句表）
语句表是用助记符来描述程序的一种设计语言。语言。语句表设计语言具有下列特点：语句表设计语言具有下列特点：语句表.doc 第3章\语句表章语句表
顺序功能流程图（ 3.顺序功能流程图（Sepuential 顺序功能流程图 Function Chart）程序设计）
4.功能块图（Function Block 功能块图（功能块图 Diagram）程序设计语言）
功能块图设计语言是用逻辑门电路表示的程序设计语言。功能块图指令由输入、示的程序设计语言。功能块图指令由输入、输出端及逻辑关系函数组成。输出端及逻辑关系函数组成。
第3章\002.doc
4.2 基本位逻辑指令与应用
I0.0
OFF
I0.1
OFF
Q0.0
（OFF ）
输出映像寄存器
Q0.0
OFF
LD O AN =
I0.0 Q0.0 I0.1 Q0.0
起动 I0.0 停止 I0.1
Q0.0
Q0.0
输入映像寄存器
0 CPU224
I0.0 I0.1
0 1
SB1 SB2
I0.0 I0.1
1L
AC220V
1M 2M L+
KM
顺序功能流程图是近年来发展起来的一种程序设计语言。语言。采用顺序功能流程图描述的控制系统被分为若干个子系统，从功能入手进行设计，个子系统，从功能入手进行设计，使系统的操作具有明确的含义，便于设计人员和操作人员设计思想沟通，确的含义，便于设计人员和操作人员设计思想沟通，便于程序的分工设计与检查调试。于程序的分工设计与检查调试。顺序功能流程图的主要元素是步、转移、转移条件和动作。如下图所示。元素是步、转移、转移条件和动作。如下图所示。顺序功能流程图程序设计的特点是：功能流程图程序设计的特点是：第3章\001.doc