西门子PLC S7-200 SMART编程基础学习活动

学习目标

（1）掌握西门子 PLC S7-200 SMART 编程软元件、基本指令的使用。

（2）了解西门子 PLC S7-200 SMART 以太网通信、开环运动指令的使用和设置方法。

（3）掌握西门子 PLC S7-200 SMART 的编程与应用。

任务准备

（1）西门子 PLC S7-200 SMART 、PLC 编程软件、计算机、万用表。

（2）各种颜色的卡纸、白板和笔。

学习过程

一、编程软元件

用户使用的 PLC 中的每一个输入/输出、内部存储单元、定时器和计数器等都称作软元件，也称为软继电器。它们是 PLC 内部具有一定功能的器件，各有具体的地址。CPU使用数据地址访问所有的数据，称为寻址。程序要访问存储区中的位，必须指定地址，该地址包括存储器标识符、字节地址和位号（也称为“字节/位”寻址）。PLC 的数据类型有字符型、布尔型（0 或 1）、整型和实型（浮点数），数据的长度有位、字节、字和双字四种类型。对应每种数据类型，各有相应的寻址方式。

1. 常用数据长度和寻址方式

（1）常用数据长度。

常用数据长度及取值范围如表 1-3-1 所示。

表 1-3-1

（2）常用寻址方式。

在PLC S7-200 SMART 系统中，可以按位、字节、字和双字等方式来寻址。寻址时，数据地址以代表存储类区类型的字母开始，随后是表示数据长度的标记，然后是存储单元编号。对于二进制位寻址，还需要在一个小数点分隔号指定位编号。

位寻址、字节寻址、字寻址和双字寻址方式如图 1-3-1 所示，四种寻址方式间的关系如图 1-3-2 所示。

图 1-3-1

图 1-3-2

2. 编程软元件

（1）输入继电器（I）。

输入继电器位于 PLC 存储器的输入过程映像器区，每个输入继电器都对应有一个映像寄存器。其外部有一对物理的输入端子与之对应，该触点用于接收外部的指令信号，比如开关、按钮、传感器等的信号。当接在输入端子上的外部开关信号闭合，则输入继电器（软元件）的线圈得电，在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。可以按位（I2.0）、字节（I2）、字（IB2）或双字（IW2）来存取输入过程映像区数据。ST20 CPU 有 I0.0 至 I1.3 共 12 个输入继电器，最多可支持 I0.0 至 I31.7。

（2）输出继电器（Q）。

输出继电器位于 PLC 存储器的输出过程映像器区，每个输出继电器都对应有一个映像寄存器。其外部有一对物理的输出端子与之对应。当通过程序使输出继电器线圈得电时，PLC 上的对应输出端开关闭合，可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。可以按位（Q2.0）、字节（Q2）、字（QB2）或双字（QW2）来存取输出过程映像区数据。ST20 CPU 有 Q0.0 至 Q0.7 共 10 个输出继电器，最多可支持 Q0.0 至 Q31.7。

（3）定时器（C）的三种类型及指令格式。

定时器是用于时间累计的内部器件，没有瞬动触点。ST20 CPU 的定时器编号从 T0到T255 共 256 个。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，定时器的触点动作：常开触点闭合，常闭触点断开。定时器的计时公式：定时值=时基×计数值。

定时器的三种类型分别是接通延时定时器 TON、保持型接通延时定时器 TONR 和断开延时定时器 TOF。三种定时器的工作规律和对应指令如表 1-3-2 和表 1-3-3 所示。

表 1-3-2

注：有记忆功能的定时器，当前值可以在电源掉电时保持记忆。

表1-3-3

①复位指令与定时器指令配合使用，只能用复位（R）指令复位 TONR 定时器；TON和 TOF 定时器则可通过定时器的使能输入和复位（R）指令两种方法复位。

复位指令执行后：定时器位为 OFF；定时器当前值为 0；复位后，TOF 定时器在使能输入从接通转换为断开时才会重新启动断开的延时定时器。

②指令格式说明。

定时器指令格式如图 1-3-3 所示。

图 1-3-3

定时器指令支持的操作数如表 1-3-4 所示。

表 1-3-4

③定时器三种时基（分辨率）及编号。

定时器有 1 ms、10 ms、100 ms 三种时基（分辨率），如表 1-3-5 所示。

表 1-3-5

注：为避免定时器编号冲突，同一个定时器编号不能同时用于 TON 和 TOF 定时器。例如，不能同时使用 TON T32 和 TOF T32。

（4）计数器（C）。

用于累计输入端脉冲电平由低到高的次数的内部器件。ST20 CPU 的计数器编号从C0到 C255 共 256 个。使用时要提前输入计数个数的预设值，当计数器的输入条件满足时开始计数，当计数器的当前值达到预设值时，计数器的触点动作：常开触点闭合，常闭触点断开。

①计数器的三种类型。

计数器的三种类型分别是增计数器 CTU、增/减计数器 CTUD 和减计数器 CTD。三种计数器的工作规律如表 1-3-6 所示。

表1-3-6

②计数器指令。

计数器指令格式如图 1-3-4 所示，指令接受操作数如表1-3-7所示。

图 1-3-4

注：计数器计数范围为 0~32767，计数器号不能重复使用。

（5）通用辅助继电器（M）。

通用辅助继电器位于 PLC 存储器的位存储器区，其作用类似于继电器接触器系统中的中间继电器。它在 PLC 中没有外部的输入端子或输出端子与之对应，因此不能受外部信号的直接控制，也不能直接控制或驱动外部负载。位存储区，可以按位（M0.0）、字节（M0）、字（MB2）或双字（MW2）来存取 M 区数据。ST20 CPU 最大可支持从 M0.0 到M31.7。

（6）特殊辅助继电器（SM）。

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等的辅助继电器称为特殊辅助继电器或特殊存储器。可以按位（SM0.0）、字节（SM0）、字（SMB2）或双字（SMW2）来存取数据。ST20 CPU 最大可支持从 SM0.0 到 SM2047.7。

（7）变量存储器（V）。

属于全局变量，可在任何程序（主程序、子程序、中断程序）中访问。可以按位（V0.0）、字节（V0）、字（VB2）或双字（VW2）来存取V 区数据。ST20 CPU 最大可支持从 VB0 到 VB8191。

（8）局部变量存储器（L）。

与变量存储器相似，但只能在特定的程序中访问。ST20 CPU 的局部变量最大可支持从 LB0 到 LB63。

（9）顺序控制继电器（S）。

顺序控制继电器也叫状态器，主要用于步进顺序控制中，将机器或步骤组织到等效的程序段中，实现控制程序的逻辑分段，也可用在非步进顺序控制中作为一般的辅助继电器使用。可以按位（S0.0）、字节（S0）、字（SB2）或双字（SW2）访问 S 存储器。ST20 CPU 的顺序控制继电器编号从 S0.0 到 S31.7。

（10）高速计数器（HC）。

高速计数器独立于 CPU 的扫描周期对高速事件进行计数，其当前值是只读值，仅可作为双字（32 位）来寻址。ST20 CPU 的高速计数器编号从 HC0 到 HC3。

（11）累加器（AC）。

累加器是可以像存储器一样使用的一种读/写器件，可以按位、字节、字或双字访问累加器中的数据。编号从 AC0 到 AC3。

（12）模拟量输入（AI）/模拟量输出（AQ）。

模拟量输入（AI）用来实现模拟量/数字量（A/D）之间的转换，只能进行读取操作。ST20 CPU 最大可支持从 AIW0 到 AIW110。模拟量输出（AQ）用来实现数字量/模拟量（D/A）之间的转换，只能进行写入操作。ST20 CPU 最大可支持从 AQW0 到 AQW110。

（13）常数。

常数的各进制数转换如表 1-3-8 所示。

表 1-3-8

二、基本指令编程

1. PLC 的编程语言与程序结构

（1）IEC 61131-3 标准的编程语言。

IEC 61131-3 标准的五种编程语言分别是顺序功能图（Sequential Function Chart）、梯形图（Ladder Diagram，LAD）、功能块图（Function Block Diagram，FBD）、结构文本（Structured Text）和指令表（Instruction List）。西门子叫语句表（STL），如图1-3-5所示。

图 1-3-5

功能块图（FBD）类似于数字逻辑电路，国内很少使用。结构文本是为 IEC 61131-3标准创建的一种专用的高级编程语言。

（2）编程语言的相互转换和选用。

在编程软件中，可以选用梯形图、功能块图和语句表。梯形图中的输入信号（触点）与输出信号（线圈）之间的逻辑关系一目了然，易于理解。设计复杂的数字量控制程序时建议使用梯形图语言。语句表程序的输入方便快捷，可以为每条语句加上注释，便于复杂程序的阅读。

（3）S7-200 SMART 的程序结构。

①主程序 OB1 是程序的主体，每次扫描都要执行主程序。每个项目都必须有且只能有一个主程序。

②子程序仅在被调用时执行，使用子程序可简化程序代码，减少扫描时间。

③中断程序用来及时处理不可预测的中断事件。在中断事件发生时由 PLC 的操作系统调用中断程序。

2.S7-200 SMART 与 S7-200 的指令基本上相同

（1）逻辑取指令。

LD：取指令，用于网络块逻辑运算开始的常开触点与母线连接。

LDN：取反指令，用于网络块逻辑运算开始的常闭触点与母线连接。

逻辑取指令的操作数可以是 I、Q、M、SM、T、C、V、S 和 L。

（2）线圈驱动指令。

=：线圈驱动指令，并联输出可以使用任意次，但在同一程序中不允许出现双线圈。

线圈驱动指令的操作数可以是 Q、M、SM、T、C、V、S 和 L。

（3）触点串联指令。(www.xing528.com)

A：与指令，用于单个常开触点的串联。

AN：与反指令，用于单个常闭触点的串联。

触点串联指令的操作数可以是 I、Q、M、SM、T、C、V、S 和 L。

（4）触点并联指令。

O：或指令，用于单个常开触点的并联。

ON：或反指令，用于单个常闭触点的并联。

触点并联指令的操作数可以是 I、Q、M、SM、T、C、V、S 和 L。

（5）置位、复位指令。

S：置位指令，元件一旦被置位，就保持通电状态，除非对它复位。

R：复位指令，元件一旦被复位，就保持断电状态。

置位、复位指令的操作数可以是 I、Q、M、SM、T、C、V、S 和 L。置位、复位指令的次序可以互换，因为 PLC 采用扫描的工作方式，所以后面动作的具有优先权，如表1-3-9 所示。

表 1-3-9

（6）边沿脉冲指令。

EU：上升沿脉冲指令，对其之前的逻辑运算结果的上升沿产生一个扫描周期的脉冲。

ED：下升沿脉冲指令，对其之前的逻辑运算结果的下升沿产生一个扫描周期的脉冲。

上升沿脉冲指令和下升沿脉冲指令的功能及作用如表 1-3-10 所示。

表 1-3-10

（7） 字节、字、双字和实数传送指令。

MOVB ：字节传送指令。

MOVW：字传送指令。

MOVD：双字传送指令。

MOVR：实数传送指令。

字节传送、字传送、双字传送和实数传送指令将数据值从源（常数或存储单元）IN 传送到新存储单元 OUT，而不会更改源存储单元中存储的值。指令格式如表 1-3-11 所示。

表 1-3-11

指令操作数如表 1-3-12 所示。

表 1-3-12

三、以太网通信

以太网是一种差分（多点）网络，最多可有 32 个网段、1 024 个节点。以太网可实现高速（高达 100 Mbit/s）长距离（铜缆最远约为 1.5 km；光纤最远约为 4.3 km）数据传输。以太网连接针对以下设备的连接：编程设备、CPU 间的 GET/PUT 通信、HMI 显示器。编程设备或 HMI 显示器与 CPU 之间的直接连接不需要以太网交换机。不过，含有两个以上的 CPU 或 HMI 设备的网络需要以太网交换机。

1. CPU 连接到编程设备

CPU连接编程设备如图 1-3-6 所示。

图1-3-6

（1）为编程设备和网络设备分配 IP 地址。

使用“网上邻居”分配或检查编程设备的 IP 地址，Windows 7 操作如下:启动→控制面板→网络和共享中心→连接至 CPU 的网络适配器的“本地连接”→属性。

在“本地连接属性”对话框的“此连接使用下列项目：”字段中进行如下操作：①向下滚动到“Internet 协议版本 4 （TCP/IP4）”。②点击“Internet 协议版本 4 （TCP/IP4）”。③点击“属性”按钮。④选择“自动获得 IP 地址 （DCP）”或“使用下面的 IP 地址”（可输入静态 IP 地址）。

如果已选中“自动获得 IP 地址”，则用户可能需要更改为“使用下面的 IP 地址”选项以连接到 S7-200 SMART CPU：①选择与 CPU 属于同一子网的 IP 地址 （例如， 192.168.2.1）。②将 IP 地址设置为具有相同网络 ID 的地址（例如，192.168.2.200）。③选择子网掩码 255.255.255.0。④将默认网关留空。

注意：网络接口卡和 CPU 必须位于同一子网，这样 STEP 7-Micro/WIN SMART 才能找到 CPU 并与之通信。

如果用户在使用中需要对 CPU 和设备组态或更改 IP 地址，有三种方法：①在“通信”对话框中组态 IP 信息（动态 IP 信息）；②在“系统块”对话框中组态 IP 信息（静态 IP 信息）；③在用户程序中组态 IP 信息（动态 IP 信息）。

（2）完成 IP 信息组态后，可将项目下载到 CPU，如图 1-3-7 所示。

所有具有有效 IP 地址的 CPU 和设备都将显示在“通信”对话框中。

图 1-3-7

点击要下载的 CPU，把项目下载到 CPU，如图 1-3-8 所示。

图 1-3-8

2. 多台 CPU 的以太网通信

多台 CPU 通过以太网连接如图 1-3-9 所示。

图 1-3-9

将每台 CPU 按前面编程设备和网络设备分配 IP 地址的设置方法，即可把联网的所有 CPU设置成同一子网下的不同 IP 地址。

3. GET 和 PUT 指令

GET 和 PUT 指令适用于通过以太网进行的 S7-200 SMART CPU 之间的通信。

（1）指令格式。

GET 和 PUT 指令格式如表 1-3-13 所示。

表 1-3-13

程序中可以有任意数量的 GET 和 PUT 指令，但在同一时间最多只能激活 16 个 GET和 PUT 指令。例如，在给定的 CPU 中可以同时激活8个 GET 和 8 个 PUT 指令，或 6 个 GET 和 10 个 PUT 指令。当执行 GET 或 PUT 指令时，CPU 与 GET 或 PUT 表中的远程 IP地址建立以太网连接，该 CPU 可同时保持最多 8 个连接。连接建立后，该连接将一直保持到 CPU 进入 STOP 模式为止。针对所有与同一 IP 地址直接相连的 GET/PUT 指令，CPU采用单一连接。例如，远程 IP 地址为 192.168.2.10，如果同时启用 3 个 GET 指令，则会在一个 IP 地址为 192.168.2.10 的以太网连接上按顺序执行这些 GET 指令。

GET 和 PUT 指令的有效操作数如表 1-3-14 所示。

表 1-3-14

（2）应用步骤。

第一步，对 PLC 进行硬件组态，配置好每一个 PLC 的 IP 地址，使需要通信的 PLC 在同一个网络，如图 1-3-10 所示。

图 1-3-10

第二步，在“GET/PUT 向导”界面，设置需要进行通信数据的组态。配置向导的工作只需要在本地站进行，如图 1-3-11 所示。

图 1-3-11

第三步，对 Operation 进行数据交换的组态，如图 1-3-12 所示。

图 1-3-12

以同样的方法配置 Operation 的组态，类型可以选择为 PUT 类型。

第四步，分配建议地址，如图 1-3-13 所示。

图 1-3-13

第五步，向导完成后，在本地站中调用生成的子程序，如图 1-3-14 所示。

超时：通信超时时，100 表示为 100 s。

周期：每次所有操作都完成后进行一次切换。

图 1-3-14

错误：若出错该位为 1。

注意：子程序要保证每个扫描周期都适用，适用于 SM0.0 调用子程序。

四、典型的 PLC 程序

1. 启-保-停控制

启-保-停控制示意图如图 1-3-15 所示。

图 1-3-15

2. 联锁正反转控制

联锁正反转控制示意图如图 1-3-16 所示。

图 1-3-16

3. 振荡（闪烁）控制

振荡（闪烁）控制示意图如图 1-3-17 所示。

图 1-3-17

任务拓展

写出用西门子 PLC S7-200 SMART 控制工作台自动往返的 I/O 分配表，画出硬件接线图、梯形图，并完成设计的任务。

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总结评价

1. 学习总结

以小组为单位，选择演示文稿、展板、视频等形式，向全班展示用西门子 PLC S7-200 SMART 控制工作台自动往返的操作。

2. 综合评价

表 1-3-15 评价表