S7-200 SMART PLC基础教程.pptx

作者：重庆大学 廖常初

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在工业自动化领域，PLC（可编程逻辑控制器）是极为重要的控制设备，而西门子 S7-200 SMART PLC 凭借出色性能与高性价比，深受工程师们的青睐。接下来，让我们深入了解 S7-200 SMART PLC 的基础知识点。

硬件组成

CPU 模块

CPU 模块堪称 S7-200 SMART PLC 的核心，宛如人类的大脑，承担着指令处理与数据运算的重任。它集成了微处理器、存储器以及一定数量的输入 / 输出（I/O）点。不同型号的 CPU 模块，在性能与 I/O 点数方面各有差异。例如，SR20 型 CPU 模块，具备 20 个 I/O 点，其中包含 12 个数字量输入点与 8 个数字量输出点，适用于点数需求较少的小型控制系统；而 ST60 型 CPU 模块，则拥有 60 个 I/O 点，能满足更为复杂的控制需求。

扩展模块

当 CPU 模块自带的 I/O 点数无法满足项目需求时，可借助扩展模块进行扩展。扩展模块类型丰富，有数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块等。以数字量输入模块 EM DI16 为例，它为系统新增了 16 个数字量输入点；模拟量输出模块 EM AQ02，则可提供 2 路模拟量输出通道。通过合理搭配扩展模块，能够灵活构建满足不同需求的控制系统。

信号板

信号板可在不占用过多空间的前提下，为 PLC 扩展少量功能。像 SB AE01 信号板，能够为系统添加 1 个模拟量输入通道；SB CM01 信号板，则支持 RS485/RS232 通信接口的扩展，增强了 PLC 的通信能力。

电源模块

电源模块负责为 PLC 及所连接的设备提供稳定的电源。S7-200 SMART 系列的电源模块，输入电压通常支持 AC 220V 或 DC 24V，输出电压为 DC 24V，可为 CPU 模块、扩展模块以及外部传感器等设备供电。

工作原理

S7-200 SMART PLC 采用循环扫描的工作方式，整个工作过程可划分为以下几个阶段：

输入采样阶段

在此阶段，PLC 会依次读取所有输入端子的状态，并将其存入输入映像寄存器中。在后续的程序执行阶段，即便输入端子状态发生变化，输入映像寄存器中的内容也不会随之改变，直至下一个扫描周期的输入采样阶段才会更新。

程序执行阶段

PLC 按照梯形图程序的编写顺序，从左至右、从上而下依次执行程序指令。在执行过程中，依据输入映像寄存器、输出映像寄存器以及其他内部寄存器中的数据进行逻辑运算，并将运算结果存入输出映像寄存器。

输出刷新阶段

当程序执行完毕后，PLC 将输出映像寄存器中的数据传送到输出锁存器，进而驱动外部负载。此时，输出端子的状态才会发生实际改变。

通过不断循环执行上述三个阶段，PLC 能够实现对外部设备的实时控制。扫描周期的长短，会受到程序的复杂程度、I/O 点数等因素的影响。

编程软件与编程语言

编程软件

STEP 7 - Micro/WIN SMART 是专门用于 S7-200 SMART PLC 编程的软件，其界面简洁直观，操作便捷，为用户提供了良好的编程体验。该软件具备项目管理、程序编辑、在线调试、监控等多种功能，可极大提高编程效率与调试准确性。

编程语言

S7-200 SMART PLC 支持多种编程语言，其中较为常用的有梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图（FBD）：梯形图（LAD）：以类似继电器控制电路的图形化方式进行编程，形象直观，易于理解，特别适合初学者入门学习。在梯形图中，常开触点、常闭触点、线圈等元素通过导线连接，构成逻辑控制电路。语句表（STL）：基于指令助记符的文本式编程语言，指令功能强大，执行效率高，但对编程人员的要求相对较高，需要熟悉各种指令的含义与用法。例如，LD 指令用于装载常开触点，A 指令用于与操作等。功能块图（FBD）：以功能块为基本单元进行编程，每个功能块都具有特定的功能，通过连接功能块来实现复杂的控制逻辑。这种语言适合用于描述复杂的控制系统，能够提高编程的可读性与可维护性。

基本指令

位逻辑指令

位逻辑指令用于处理二进制位的逻辑运算，是 PLC 编程中最为基础的指令类型。常见的位逻辑指令包括常开触点指令（LD、A、O）、常闭触点指令（LDN、AN、ON）、线圈输出指令（=）、置位指令（S）和复位指令（R）等。常开触点指令（LD、A、O）：LD 指令用于装载常开触点，A 指令用于串联常开触点，O 指令用于并联常开触点。常闭触点指令（LDN、AN、ON）：LDN 指令用于装载常闭触点，AN 指令用于串联常闭触点，ON 指令用于并联常闭触点。线圈输出指令（=）：用于将逻辑运算结果输出到指定的线圈，以控制外部设备或内部寄存器。置位指令（S）和复位指令（R）：置位指令 S 可将指定的位或位区域置为 1 状态，并保持；复位指令 R 则将指定的位或位区域清零。

定时器指令

定时器指令用于实现时间控制功能，S7-200 SMART PLC 中的定时器分为通电延时定时器（TON）、断电延时定时器（TOF）和有记忆通电延时定时器（TONR）：通电延时定时器（TON）：当使能端输入有效时，定时器开始计时，当前值从 0 开始递增。当当前值大于或等于预设值时，定时器常开触点闭合，常闭触点断开。当使能端无效时，定时器复位，当前值清零。断电延时定时器（TOF）：使能端输入有效时，定时器常开触点闭合，当前值清零。当使能端由有效变为无效时，定时器开始计时，当当前值等于预设值时，定时器复位，常开触点断开。有记忆通电延时定时器（TONR）：与 TON 定时器类似，但具有记忆功能。在计时过程中，即使使能端变为无效，定时器当前值也会保持。再次使能时，定时器继续从当前值开始计时。需要使用复位指令（R）对其进行复位操作，才能将当前值清零。

计数器指令

计数器指令用于对输入脉冲进行计数，S7-200 SMART PLC 支持增计数器（CTU）、减计数器（CTD）和增减计数器（CTUD）：增计数器（CTU）：当计数端 CU 有上升沿脉冲输入时，计数器当前值加 1。当当前值大于或等于预设值时，计数器状态置 1，常开触点闭合，常闭触点断开。当复位端 R 有效时，计数器复位，当前值清零。减计数器（CTD）：装载端 LD 有效时，计数器复位，当前值被设置为预设值。当计数端 CD 有上升沿脉冲输入时，计数器当前值减 1。当当前值减为 0 时，计数器状态置 1，常开触点闭合，常闭触点断开。增减计数器（CTUD）：增计数端 CU 有上升沿脉冲输入时，计数器当前值加 1；减计数端 CD 有上升沿脉冲输入时，计数器当前值减 1。当复位端 R 有效时，计数器复位，当前值清零。

数据类型与寻址方式

数据类型

S7-200 SMART PLC 支持多种数据类型，常见的有：位（BOOL）：用于表示逻辑值，取值为 0 或 1，对应于开关量的开和关状态。字节（BYTE）：由 8 位二进制数组成，取值范围为 0 - 255，常用于表示无符号整数或字符编码。字（WORD）：由 16 位二进制数组成，取值范围为 0 - 65535，可用于表示无符号整数或存储一些特定的信息。双字（DWORD）：由 32 位二进制数组成，取值范围更大，常用于表示较大的无符号整数或浮点数等。整数（INT）：16 位有符号整数，取值范围为 - 32768 - 32767，用于处理带符号的整数运算。双整数（DINT）：32 位有符号整数，取值范围比 INT 更广泛，适用于需要更大数值范围的运算场景。实数（REAL）：32 位浮点数，用于表示具有小数部分的数值，可满足对精度要求较高的模拟量运算。

寻址方式

在 PLC 编程中，需要对各种数据进行访问和操作，这就涉及到寻址方式。S7-200 SMART PLC 的寻址方式主要有：直接寻址：直接使用存储器的地址来访问数据。例如，I0.0 表示数字量输入映像寄存器的第 0 字节的第 0 位；VB100 表示变量存储器的第 100 字节。间接寻址：通过指针来访问存储器中的数据。首先将数据的地址存入一个指针寄存器（如 AC0、AC1 等），然后通过指针寄存器来间接访问数据。这种寻址方式灵活性较高，适用于对批量数据进行处理的场景。

了解 S7-200 SMART PLC 的硬件组成、工作原理、编程软件与语言、基本指令以及数据类型与寻址方式等基础知识点，是掌握其应用的关键。

希望本文能为广大工程师和 PLC 爱好者在学习和使用 S7-200 SMART PLC 时提供有益的帮助，为构建高效、稳定的工业自动化控制系统奠定坚实的基础。随着技术的不断发展与应用的深入，相信 S7-200 SMART PLC 将在更多领域发挥重要作用，助力工业自动化水平的持续提升。

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