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1、第九章 西门子小型可编程序控制器S7-200概述,德国西门子公司是世界上研制PLC较早的少数几个国家之一，欧洲第一台PLC是西门子公司于1973年研制成功的，1975年推出SIMATIC S3系列PLC，1979年推出 SIMATIC S5系列PLC，20世纪末又推出了SIMATIC S7系列PLC。 西门子公司目前最新的PLC产品是SIMATIC M7、C7和S7三个系列。M7系列PLC是嵌入式、高档机， 目前国内引进的比较少；C7系列PLC，往往在一个单元中集成一个PLC和一个控制操作面板(OP)，使控制系统最小、工程造价最经济；S7系列PLC；又 分S7200、S7-300和S7-400
2、几个子系列，分别为小型、中型和大型PLC。 西门子公司的S7-200系列PLC属于小型机，既可用于替代继电器的简单控制场合，也可用于复杂的自动化控制系统。由于S7-200有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥其作用。S7200的可靠高，可以用梯形图、语句表和功能块图三种语言编程，它的指令丰富、功能强，最大可以扩展到248点数字量I/O或者35路模拟量 I/O，最多有30多KB程序和数据存取空间。,第一节 S7-200 的硬件系统组成,第二节 S7-200 的数据类型及寻址方式,第三节 S7-200 的编程语言和程序结构,第一节 S7-200 的硬件系统组成,S7-200系列PLC是
3、整体式结构，根据控制规模的大小可选择相应CPU主机。S7-200的CPU有两个系列，CPU21X系列(CPU212、CPU214、CPU215和CPU216)是S7-200的第一代产品。CPU22X(CPU221、CPU222、CPU224、CPU226和CPU226MX)是S7-200的第二代产品。2004年8月，西门子公司又推出了S7200升级产品CPU224、CPU226和全新产品 CPU224XP，以及编程软件STEP7-Micro/WIN V4.0版本。,一、 S7-200 型 PLC 系统构成：,S7-200型PLC是西门子近几年投放市场的小型可编程序控制器。采用整体式结构， 既有
4、单机运行，又有可扩展接口及扩展特殊功能模块，其系统组成如图 9-1所示。 系统构成可分为：基本单元、扩展单元、特殊功能模块和相关设备等。,1. 基本单元：基本单元(称CPU模块，又称主机或本机)。它包括 CPU (中央处理 器)、程序数据存储器、基本输入输出端子、电源等。它本身是一个完整的控制系统。S7-200型PLC外形结构如图9-2所示。 2. 扩展单元：扩展单元(模块)是用来扩充数字量或数字量和模拟量输入输出接口数量的设备。 3. 特殊功能单元：特殊功能单元(模块)用以进行特殊功能的任务功能模块。,图 9-1 S7-200 型 PLC 系统组成,二. CPU 模块,S7200系列PLC有
5、4种不同的基本型号，共6种CPU模块可供选择使用，其输 入、输出点数的分配见表91。主要技术指标见表9-2。,表 9-1 S7-200系列PLC中CPU22X,表 9-2 S7-200 22X 系列主机主要技术指标,三、扩展模块,S7-200系列PLC主要有6种扩展模块，它本身没有CPU，只能与CPU模块相连 接使用，用于扩展I/0点数，S7-200系列PLC扩展模块型号及输入、输出点数的分配 如表93所示。,表 9-3 S7-200 系列PLC扩展单元型号及输入输出点数,四、 S7-200 的系统配置,S7-200 PLC任一型号的主机，都可单独构成基本配置，作为一个独立的控制系 统。S72
6、00 PLC各型号主机的I/O配置是固定的，它们具有固定的I/O地址。 可以采用主机带扩展模块的方法扩展S7-200 PLC的系统配置。采用数字量模块 或模拟量模块可扩展系统的控制规模；采用智能模块可扩展系统的控制功能。S7- 200主机带扩展模块进行扩展配置时会受到相关因素的限制。,(一) 允许主机所带扩展模块的数量 各类主机可带扩展模块的数量是不同的。CPU221模块不允许带扩展模块； CPU222模块最多可带两个扩展模块；CPC224模块、CPU226模块、CPU226XM模 块最多可带7个扩展模块，且7个扩展模块中最多只能带两个智能扩展模块。,(二) CPU输入、输出映像区的大小 1
7、数字量I/O映像区的大小 S7-200 PLC各类主机提供的数字量I/O映像区区域为：128个输入映像寄存器(I0.0115.7)和128个输出映像寄存器(QO.0-Q15.7)，最大I/0配置不能超出此区域。,PLC系统配置时，要对各类输入、输出模块的输入、输出点进行编址。主机提供的I/O具有固定的I/O地址。扩展模块的地址由I/O模块类型及模块在I/O链中的位置决定。编址时，按同类型的模块对各输入点(或输出点)顺序编址。数字量输入、输出映像区的逻辑空间是以8位(1个字节)为递增的。编址时，对数字量模块物理点的分配也是按8点来分配地址的。即使有些模块的端子数不是8的整数倍，但仍以8点来分配地
8、址。例如，4入/4出模块也占用8个输入点和8个输出点的地址，那些未用的物理点地址不能分配给I/O链中的后续模块，那些与未用物理点相对应的I/O映像区的空间就会丢失。对于输出模块，这些丢失的空间可用来作内部标志位存储器；对于输入模块却不可，因为每 次输入更新时，CPU都对这些空间清零。 2 . 模拟量I/O映像区的大小 主机提供的模拟量I/O映像区区域为CPU222模块，16入/16出；CPU224模块、CPU226模块、CPU226XM模块，32入/32出，模拟量的最大I/O配置不能超出此区域。模拟量扩展模块总是以两个字节递增的方式来分配空间。 表9-4所示为S7-200 CPU226模块作为
9、主机进行系统的I/O配置情况。,表 9-4 CPU226 模块的 I/O 配置及地址分配,CPU226模块最多可带7块扩展模块，表9-7中CPU226模块带了4块扩展模块。CPU226模块提供的主机I/O点有24个数字量输入点和16个数字量输出 点。 模块0是一块具有8个输入点的数字量扩展模块。 模块1是一块4IN/40UT的数字量扩展模块，实际上它却占用了8个输入点地址和8个输出点地址，即(14.0-14.7、Q2.0-Q2.7)。其中输入点地址(14.4-14.7)、输出点地址(Q2.4-Q2.7)由于没有提供相应的物理点与之相对应，那么与之对应的输入映像寄存器(14.4-14.7)、输出
10、映像寄存器(Q2.4-Q2.7)的空间就被丢失了，且不能分配给IO链中的后续模块。由于输入映像寄存器(14.4-14.7)在每次输入更新时都被清零，因此不能用作内部标志位存储器， 而输出映像寄存器(Q2.4-Q2.7)可以作为内部标志位存储器使用。 模块2、模块3是具有4个输入通道和1个输出通道的模拟量扩展模块。模 拟量扩展模块是以两个字节递增的方式来分配空间。,点击回第一节,第二节 S7-200 的数据类型及寻址方式,一、数据类型,S7-200 PLC指令参数所用的基本数据类型有1位布尔型(BOOL)、 8位字节型(BYTE)、16位无符号整数(WORD)、16位有符号整数 (INT)、32
11、位无符号双字整数(DWORD)、32位有符号双字整数 (DINT)、32位实数型 (REAL)。 S7-200的CPU中存放的数据类型为BOOL、BYTE、WORD、 INT、DWORD、DINT和REAL。不同的数据类型具有不同的数据长度 和数据范围。在上述数据类型中，用字节(B)、字(W)型、双字(D)型分 别表示8位、16位、32位的数据长度，详见表9-5。,表 9-5 数据类型和取值范围,二、 数据的寻址方式,S7-200CPU将信息储存在不同的存储器单元中，每个单元都有地址。S7-200CPU使用数据地址访问所有的数据，称为寻址。 在S7-200系统中，可以按位、字节、字和双字对存储
12、单元寻址。 二进制数的1位(bit)只有0和1两种不同的取值，可用来表示开关量(或称为数字量)的两种不同的状态，如触点的断开和接通、线圈的通电和断电等。如果该位为1，则表示梯形图中对应的编程元件的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开，以后称该编程元件为1状态，或称该编程元件ON(接通)；如果该位为0，对应的编程元件的线圈和触点的状态与上述的相反，称该编程元件为0状态，或称该编程元件OFF(断开)。位数据的数据类型为BOOL(布尔)型。 8位二进制数组成1个字节(Byte，见图9-3)，其中的第0位为最低位(LSB)、第7位为最高位(MSB)。两个字节组成1个字(Word)，两个字组成1个
13、双字。一般用二进制补码表示有符号数，其最高位为符号位，最高位为0时为正数，为1时为负数。,(一)字节位寻址(bit) 位存储单元的地址中需指出存储器位于哪一个区，并指出字节的编号及位号。即地址由字节地址和位地址组成，并且以小数点作为分隔符，因此这种存取方式称为“字节位”寻址方式。如132，其中的区域标识符“I”表示输入(1nput)，字节地址为3，位地址为2(见图9-3)。字节、位寻址是针对逻辑变量存储的寻址方式。,图 9-3 位寻址举例,(二)字节寻址(8bit） 字节寻址在数据长度短于1个字节时使用。以存储区标识符、字节标识符及字节地址组合而成，如图9-4中的VBl00。,图 9-4 字节
14、.字和双字对同一地址存取操作的比较,(三)字寻址(16bit) 字寻址用于数据长度小于2个字节的场合。字寻址以存储区标识符、字标识符及首字节地址组合而成，如VW100表示由相邻的两个字节VB100和VB101组成的1个字，其中的V 为区域标识符，W表示字(Word)，100为起始字节的地址。如图94中的VWi00。,(四)双字寻址(32bit) 双字寻址用于数据长度需4个字节的场合。双字寻址以存储区标识符、双字 标识符及首字节地址组合而成，如图94中的VDl00。 从图9-4中还可看到：在选用了同一字节地址作为起始地址分别以字节、字及双字寻址时，其所表示的地址空间是不同的。当涉及到多字节组合寻
15、址时，S7-200遵循“高地址、低字节”的规律。比如VDl00中，VBl00存放于高地址中， 故VDl00中的VBl00称为最高有效字节。 一些存储数据专用的存储单元不支持位寻址方式，主要有模拟量输入、输出存储器、累加器及计时、计数器的当前值存储器等。还有一些存储器的寻址方式与数据长度不方便统一，比如累加器不论采用字节、字或双字寻址，都要占用全部32位存储单元。与累加器不同，模拟量输入、输出单元为字节标号，但由于 PLC中多规定模拟量为16位，模拟量单元寻址时均以偶数标志。,三. 储存器的储存区寻址,(一)输入映像寄存器(1) 输入映像寄存器的标识符为I(I0.0115.7)，在每个扫描周期的
16、开始，CPU对输 入点进行采样，并将采样值存于输入映像寄存器中。 ， 输入映像寄存器是可编程序控制器接收外部输入的开关量信号的窗口。可编程 序控制器通过光电耦合器，将外部信号的状态读人并存储在输入映像寄存器中，外 部输入电路接通时对应的映像寄存器为ON(1状态)。输入端可以外接常开触点或常闭 触点，也可以接多个触点组成的串并联电路。在梯形图中，可以多次使用输入位的 常开触点和常闭触点。 I、Q、V、M、S、SM、L均可按位、字节、字和双字来存取。,(二)输出映像寄存器(Q) 输出映像寄存器的标识符为Q(Q0.0Q15.7)，在扫描周期的末尾，CPU将输出 映像寄存器的数据传送给输出模块，再由后者驱动外部负载。如果梯形图中Q0.0的 线圈“通电”，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的常开触点闭合，使接在标号 为0.0的端子的外部负载工作。输出模块中的每一个硬件继电器仅有一对常开触点， 但是在梯形图中，每一个输出位的常开触点和常闭触点都可以多次使用。,(三)变量存储器(V) 在程序执行的过程中存放中间结果，或保存与
