S7-200系列PLC的基本硬件组成

S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。

1．基本单元

S7-200系列PLC中可提供4种不同的基本型号的8种CPU供选择使用，其输入输出点数的分配见表4-11：

表4-11  S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元

2．扩展单元

S7-200系列PLC主要有6种扩展单元，它本身没有CPU，只能与基本单元相连接使用，用于扩展I/O点数，S7-200系列PLC扩展单元型号及输入输出点数的分配如表4-12所示。

表4-12  S7-200系列PLC扩展单元型号及输入输出点数

3．编程器

PLC在正式运行时，不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中，进行监控和故障检测。S7-200系列PLC可采用多种编程器，一般可分为简易型和智能型。

简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低廉，是一种很好的现场编程及监测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，使用不够方便。智能型编程器采用计算机进行编程操作，将专用的编程软件装入计算机内，可直接采用梯形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大，S7-200系列PLC的专用编程软件为STEP7-Micro/WIN。

4．程序存储卡

为了程序及重要参数的安全，一般小型PLC设有外接EEPROM卡盒接口，通过该接口可以将卡盒的内容写入PLC，也可将PLC内的程序及重要参数传到外接EEPROM卡盒内作为备份。程序存储卡EEPROM有6ES 7291-8GC00-0XA0和6ES 7291-8GD00-0XA0两种，程序容量分别为8K和16K程序步。

5．写入器

写入器的功能是实现PLC和EPROM之间的程序传送，是将PLC中RAM区的程序通过写入器固化到程序存储卡中，或将PLC中程序存储卡中的程序通过写入器传送到RAM区。

6．文本显示器

文本显示器TD200不仅是一个用于显示系统信息的显示设备，还可以作为控制单元对某个量的数值进行修改，或直接设置输入/输出量。文本信息的显示用选择/确认的方法，多可显示80条信息，每条信息多4个变量的状态。过程参数可在显示器上显示，并可以随时修改。TD200面板上的8个可编程序的功能键，每个都分配了一个存储器位，这些功能键在启动和测试系统时，可以进行参数设置和诊断。

西门子S7-200系列PLC数字量I/O扩展模块

常用的数字量输入／输出扩展模块有三类，即输入扩展模块、输出扩展模块、输入/输出扩展模块。S7-200系列PLC数字量I/O扩展模块如表1所列。

      表1 S7-200系列PLC数字量I/O扩展模块

• 模拟量输入/输出
• 用于解决更复杂的模拟量过程信号控制任务
• 用于连接模拟传感器和执行机构，而无需增加测量放大器
  

HART 模块

• 用于在 SIMATIC S7 和 PCS 7 系统中使用 HART（高速寻址远程变送器）设备
• 可以连接所有变送器或HART传感器/执行器，这些设备必须可以使用HART协议进行通信
• 此外,还可以连接采用4-20mA技术的转换变送器(无HART协议)
• 只能插入到带 IM153-2 的 ET 200M 中

有关 HART 模块的详细信息，请参见 "ET 200M 分布式 I/O 站"。

模拟量输入/输出模块用于处理自动化系统中的模拟量输入/输出任务。模拟传感器和执行器可以通过这些模块连接到自动化系统。
使用模拟量输入/输出模块给用户提供以下优点：

• 佳适应性：
  通过合适的模块组合方式，可以根据特定任务调整输入/输出的点数。节约了不必要的成本。
• 功能强大的模拟量处理技术：
  多种输入/输出范围以及高精度允许连接多种不同的模拟量传感器和执行器。

模拟量输入模块具有下列机械特性：

紧凑型设计

坚固的塑料机壳里包括：

• 指示组故障的红色指示灯
• 前连接器插接选件，装在前门后面而得到防护。
• 前门上的标签区。
• 连接器针脚分配，用于在前门内部进行配线。

安装方便

模块安装在 DIN 导轨上并通过总线连接器连接到相邻模块。没有插槽规则；输入地址由插槽决定。

当在 ET 200M 分布式 I/O 系统中与有源总线模块一起使用时，可以对数字量输入/输出模块进行热插拔，而不会有任何反应。其它模块继续工作。

方便用户接线

装置单元通过前置连接器连接。当连接模块时，编码设备锁定在连接器中，这样该连接器只能适合于同样类型的模块。更换模块时，对于新的同类型模块，可原封不动保持前连接器的接线状态。这样可以避免在更换模块的过程中将已接线的前连接器插入到错误模块中。

工业信息安全覆盖所有层级

市场决定形势 - 当前，更加明显：

• 短交货时间
• 灵活的批量生产
• 具有竞争性的价格
• 可靠的产品质量

其解决方案为：缩短加工和生产设备调整时间、实现成本小化、积极创新并实现更高产能。借助 “源于西门子” 的自动化技术，即使复杂的需求，也可轻松满足！

SIMATIC 自动化技术

SIMATIC 是可解决各行业自动化任务的可靠基本自动化系统，包括标准硬件和软件组件，并将用于定制扩展的所有选件完全公开。

SIMATIC 系列产品包括以下组件，彼此之间可相互补充：

• 可编程控制器
• 分布式 I/O
• 编程器
• SIMATIC 软件
• 小型自动化解决方案套件
• 基于组件的自动化
• 机器视觉技术（参见“传感器、测试和测量技术”）

SIMATIC 控制器

SIMATIC 控制器有多种多样，包括从高性能 PLC 的书本型迷你控制器，到基于 PC 的控制器，无论什么要求，它都能满足要求。

这些控制器的共同特点是，在小的空间里压缩了大处理能力，能满足苛刻的机械和气候条件、高速及可扩展性等要求。

这种分级的性能特征是 SIMATIC 系列产品的力量所在。

目前，SIMATIC PLC 正在执行越来越多的功能，原本需要完全不同技术。 对您来说，一切都变得更加容易，更加一致，更加经济。

西门子S7系列PLC的主要种类及应用软件

德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工业网络，HMI人机界面，工业软件等。

西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。

1．SIMATIC S7-200 PLC

S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。

    S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。

2．SIMATIC S7-300 PLC

    S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.6~0.1μs）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：超时，模块更换，等等）；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能，S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。

3． SIMATIC S7-400 PLC

S7-400 PLC是用于中、性能范围的可编程序控制器。

S7-400 PLC采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别（功能逐步升级）的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统。当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。

4． 工业通讯网络

通讯网络是自动化系统的支柱，西门子的全集成自动化网络平台提供了从控制级一直到现场级的一致性通讯，“SIMATIC NET”是全部网络系列产品的总称，他们能在工厂的不同部门，在不同的自动化站以及通过不同的级交换数据，有标准的接口并且相互之间完全兼容。

5． 人机界面（HMI）硬件

HMI硬件配合PLC使用，为用户提供数据、图形和事件显示，主要有文本操作面板TD200（可显示中文），OP3，OP7，OP17等；图形/文本操作面板OP27，OP37等，触摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。个人计算机（PC）也可以作为HMI硬件使用。HMI硬件需要经过软件（如ProTool）组态才能配合PLC使用。

6． SIMATIC S7工业软件

西门子的工业软件分为三个不同的种类：

（1）编程和工程工具  编程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于编程、组态、模拟和维护等控制所需的工具。STEP 7标准软件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制产品的组态编程和维护的项目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的S7-200系列PLC的编程、在线仿真软件。

（2）基于PC的控制软件  基于PC的控制系统WinAC允许使用个人计算机作为可编程序控制器（PLC）运行用户的程序，运行在安装了Windows NT4.0操作系统的SIMATIC工控机或其它任何商用机。WinAC提供两种PLC，一种是软件PLC，在用户计算机上作为视窗任务运行。另一种是插槽PLC（在用户计算机上安装一个PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC与SIMATIC S7系列处理器完全兼容，其编程采用统一的SIMATIC编程工具（如STEP 7），编制的程序既可运行在WinAC上，也可运行在S7系列处理器上。

（3）人机界面软件  人机界面软件为用户自动化项目提供人机界面（HMI）或SCADA系统，支持大范围的平台。人机界面软件有两种，一种是应用于机器级的ProTool，另一种是应用于监控级的WinCC。

ProTool适用于大部分HMI硬件的组态，从操作员面板到标准PC都可以用集成在STEP 7中的ProTool有效地完成组态。ProTool/lite用于文本显示的组态，如：OP3，OP7，OP17，TD17等。ProTool/Pro用于组态标准PC和所有西门子HMI产品，ProTool/Pro不只是组态软件，其运行版也用于Windows平台的监控系统。

WinCC是一个真正开放的，面向监控与数据采集的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）软件，可在任何标准PC上运行。WinCC操作简单，系统可靠性高，与STEP 7功能集成，可直接进入PLC的硬件故障系统，节省项目开发时间。它的设计适合于广泛的应用，可以连接到已存在的自动化环境中，有大量的通信接口和全面的过程信息和数据处理能力，其新的WinCC5.0支持在办公室通过IE浏览器动态监控生产过程。

S7-300

提供有大量功能，支持用户的S7-300编程、调试和维护等工作。

• 高速执行指令：
  指令执行时间低可达0.01 μs，为中低端性能设备开创了全新的应用方案。
• 浮点数运算：
  可以高效率地使用浮点运算甚至复数运算功能。
• 用户友好的参数赋值：
  仅需一个带有统一操作界面的软件工具，就可以完成所有模块的参数化工作。这降低了入职门槛和培训费用。
• 人机界面（HMI）：
  S7-300的操作系统已经集成了用户友好的人机界面。这些功能不再需要成本高昂的编程工作：SIMATIC HMI系统向SIMATIC S7-300请求过程数据， S7-300在期望的更新时间完成这些数据的传输工作。SIMATIC S7-300的操作系统可以自主地完成传输过程。并且完全使用相同的符号和数据库。
• 诊断功能：
  CPU 的智能诊断系统持续不断地检测系统的功能、记录故障信息和特定的系统事件（例如，时间错误、模块故障等）。采用环境缓冲区记录事件信息，并带有时间截，以利于今后的故障排除。
• 口令保护:
  使用密码保护功能高效、可靠地保护用户信息，以防受到非授权复制与更改。

SIMATIC S7-300符合的标准和国际标准有：

• DIN
• UL 认证
• CSA 认证
• FM class 1 div. 2；组别：A、B、C 和 D （温度组别：T4（≤135°C））
• ATEX 认证
• 澳大利亚标志
• 以下船级社资格认证
  • 美国船级社
  • 法国船级社
  • 挪威船级社
  • 德国船级社
  • 英国劳氏船级社
  • 日本船级社（NK）
• 抗震

通讯

SIMATIC S7-300的CPU 支持以下通信类型：

• 过程通讯：
  对于通过总线（AS-接口、PROFIBUS DP 或者 PROFINET）实现循环寻址的I/O模块（互换过程图像）。从循环执行层调用过程通讯。
• 数据通讯：
  用于自动化系统间或多个自动化系统与HMI之间的数据交换。数据通信循环地进行，也可以基于事件驱动通过块由用户程序发起。

STEP 7的操作界面极为友好，显著地简化了用户的通信功能组态工作。

数据通讯

SIMATIC S7-300拥有不同的数据通信机制：

• 使用MPI，通过全局数据通信，实现联网CPU之间的数据包循环交换。
• 借助通信功能，与其它伙伴完成事件驱动型通信。网络连接通过MPI、PROFIBUS或PROFINET实现。

全局数据

借助“全局数据通信”，联网CPU彼此之间可以循环地交换数据（多可达8 GD 数据包，每周期22个字节）。据此，可以实现，例如，某个CPU访问另一个CPU的数据、位存储单元和过程图像等信息。只能通过 MPI 进行全局数据交换。组态通过STEP 7的GD表完成。

通讯功能

使用系统已经集成的块，可以建立S7/C7伙伴之间的通信。

这些是：

• 通过 MPI 进行 S7 基本通讯。
• 通过 MPI、C 总线、PROFIBUS 和 PROFINET/工业以太网的 S7 通讯。
  S7-300 可以用于：
  • 用作器时，使用MPI、C总线和PROFIBUS
  • 用作器或客户端时，使用集成式PROFINET接口

使用reloadable块，可以建立与S5伙伴和非西门子设备之间的通信。

这些是：

• 通过 PROFIBUS 和工业以太网进行的 S5 兼容通讯。
• 通过 PROFIBUS 和工业以太网进行的标准通讯（非西门子系统）。

与全局数据不同的是，对于通信功能，必须为其建立通信连接。

集成到 IT 领域中

借助自动化工程组态，使用S7-300，可以更加方便地接入现代化的信息技术世界。使用CP 343-1 Advanced，可以实现以下信息技术功能：

• IP 路由；
  借助IP访问列表，将IP V4报文以不低于Gigabit的速度转发至受控PROFINET接口。
• WEB 器；
  使用标准浏览器，可以浏览大至30 MB可自由定义的HTML网页；通过FTP处理自己的文件系统中的数据
• 标准诊断页；
  无需额外工具，就可以在工厂内完成插装在安装机架上的所有模块的快速诊断工作。
• E-mail；
  直接从用户程序中发送认证电子邮件。电子邮件客户端设计有通知功能，可以在控制程序中直接通知用户。
• 通过 FTP 进行通讯；
  大多数操作系统平台都可以使用的开放协议
• 设计有30 MB RAM文件系统，可以用作动态数据的中间存储器。

S7-300 PROFINET CPU集成有Web器。因此，标准Web浏览器可以读出S7-300站中的信息：

• CPU 一般信息
• 诊断缓冲区的内容
• 变量表
• 标签状态
• 模块的状态
• 报文
• 工业以太网的相关信息
• PROFINET 节点的拓扑结构

等时模式

使用系统功能“同步模式”，可以同步耦合

• 分布式信号采集、
• PROFIBUS 信号传输和
• 程序执行

总线周期时间的程序运行。

创建了自动化解决方案，可以以固定间隔时间（常量总线周期时间）捕捉并处理输入和输出信号。同时创建了前后一致的部分过程图像。

借助常量总线周期时间和分布式I/O同步信号处理技术，S7-300确保可以精确地重现规定的过程响应时间。

为同步模式系统功能提供了极为丰富的支持组件，可以处理运动控制、测量值采集和高速控制等领域的苛刻任务。

在分布式自动化解决方案中，目前的SIMATIC S7-300开始涉足重要的高速加工处理应用领域，并确保可以获得高的精度和可重现性。这意味着可以以稳定的优质产品不断地扩大生产数量。

模块的诊断和过程监视

SIMATIC S7-300的大量输入/输出模块都具有智能功能：

• 信号采用的监控（诊断）。
• 监控来自过程的信号（硬件中断）。

诊断

诊断功能可以用来判断模块的信号采集（针对数字量模块）或者模拟量处理（针对模拟模块）是否工作于无故障状态。在诊断分析中，必须区分可参数化和非参数化诊断消息：

• 可参数赋值的诊断报文：
  仅由合适的设定参数启用之后才会发出诊断消息。
• 不可参数赋值的诊断报文：
  这些消息的发出是一个常规事件，即该过程与参数化无关。

如果某个诊断消息处于激活状态（例如“无传感器输入”），则模块会发起一个诊断中断（若已经为该诊断消息设置了参数，则仅在相应的参数化过程之后才会产生中断）。CPU会中断用户程序或较低优先级任务的执行，并接下来执行相关的诊断中断块（OB 82）。

西门子PLC S7-200的寻址方式

S7-200编程语言的基本单位是语句，而语句的构成是指令，每条指令有两部分：一部分是操作码，另一部分是操作数。操作码是指出这条指令的功能是什么，操作数则指明了操作码所需要的数据所在。所谓寻址，就是寻找操作数的过程。S7-200 CPU的寻址分三种：立即寻址、直接寻址、间接寻址。

1．立即寻址

在一条指令中，如果操作码后面的操作数就是操作码所需要的具体数据，这种指令的寻址方式就叫立即寻址。

如：在传送指令中：MOV IN OUT——操作码“MOV”指出该指令的功能把IN中的数据传送到OUT中，其中IN——源操作数，OUT——目标操作数。

若该指令为：MOVD 2505 VD500

功能：将十进制数2505传送到VD500中，这里2505就是源操作数。因这个操作数的数值已经在指令中了，不用再去寻找，这个操作数即立即数。这个寻址方式就是立即寻址方式。而目标操作数的数值在指令中并未给出，只给出了要传送到的地址VD500，这个操作数的寻址方式就是直接寻址。

2．直接寻址

在一条指令中，如果操作码后面的操作数是以操作数所在地址的形式出现的，这种指令的寻址方式就叫直接寻址。

如：MOVD VD400 VD500

功能：将VD400中的双字数据传给VD500

3．间接寻址

在一条指令中，如果操作码后面的操作数是以操作数所在地址的地址形式出现的，这种指令的寻址方式就叫间接寻址。

如：MOVD 2505 *VD500

*VD500是指存放2505的地址的地址。

如VD500中存放的是VB0，则VD0则是存放2505的地址。

该指令的功能：将十进制数2505传送给VD0地址中。