作者：重慶大學(xué) 廖常初

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在工業(yè)自動化領(lǐng)域，PLC（可編程邏輯控制器）是極為重要的控制設(shè)備，而西門子 S7-200 SMART PLC 憑借出色性能與高性價比，深受工程師們的青睞。接下來，讓我們深入了解 S7-200 SMART PLC 的基礎(chǔ)知識點(diǎn)。

硬件組成

CPU 模塊

CPU 模塊堪稱 S7-200 SMART PLC 的核心，宛如人類的大腦，承擔(dān)著指令處理與數(shù)據(jù)運(yùn)算的重任。它集成了微處理器、存儲器以及一定數(shù)量的輸入 / 輸出（I/O）點(diǎn)。不同型號的 CPU 模塊，在性能與 I/O 點(diǎn)數(shù)方面各有差異。例如，SR20 型 CPU 模塊，具備 20 個 I/O 點(diǎn)，其中包含 12 個數(shù)字量輸入點(diǎn)與 8 個數(shù)字量輸出點(diǎn)，適用于點(diǎn)數(shù)需求較少的小型控制系統(tǒng)；而 ST60 型 CPU 模塊，則擁有 60 個 I/O 點(diǎn)，能滿足更為復(fù)雜的控制需求。

擴(kuò)展模塊

當(dāng) CPU 模塊自帶的 I/O 點(diǎn)數(shù)無法滿足項目需求時，可借助擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。擴(kuò)展模塊類型豐富，有數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊等。以數(shù)字量輸入模塊 EM DI16 為例，它為系統(tǒng)新增了 16 個數(shù)字量輸入點(diǎn)；模擬量輸出模塊 EM AQ02，則可提供 2 路模擬量輸出通道。通過合理搭配擴(kuò)展模塊，能夠靈活構(gòu)建滿足不同需求的控制系統(tǒng)。

信號板

信號板可在不占用過多空間的前提下，為 PLC 擴(kuò)展少量功能。像 SB AE01 信號板，能夠為系統(tǒng)添加 1 個模擬量輸入通道；SB CM01 信號板，則支持 RS485/RS232 通信接口的擴(kuò)展，增強(qiáng)了 PLC 的通信能力。

電源模塊

電源模塊負(fù)責(zé)為 PLC 及所連接的設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。S7-200 SMART 系列的電源模塊，輸入電壓通常支持 AC 220V 或 DC 24V，輸出電壓為 DC 24V，可為 CPU 模塊、擴(kuò)展模塊以及外部傳感器等設(shè)備供電。

工作原理

S7-200 SMART PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，整個工作過程可劃分為以下幾個階段：

輸入采樣階段

在此階段，PLC 會依次讀取所有輸入端子的狀態(tài)，并將其存入輸入映像寄存器中。在后續(xù)的程序執(zhí)行階段，即便輸入端子狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映像寄存器中的內(nèi)容也不會隨之改變，直至下一個掃描周期的輸入采樣階段才會更新。

程序執(zhí)行階段

PLC 按照梯形圖程序的編寫順序，從左至右、從上而下依次執(zhí)行程序指令。在執(zhí)行過程中，依據(jù)輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及其他內(nèi)部寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果存入輸出映像寄存器。

輸出刷新階段

當(dāng)程序執(zhí)行完畢后，PLC 將輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到輸出鎖存器，進(jìn)而驅(qū)動外部負(fù)載。此時，輸出端子的狀態(tài)才會發(fā)生實際改變。

通過不斷循環(huán)執(zhí)行上述三個階段，PLC 能夠?qū)崿F(xiàn)對外部設(shè)備的實時控制。掃描周期的長短，會受到程序的復(fù)雜程度、I/O 點(diǎn)數(shù)等因素的影響。

編程軟件與編程語言

編程軟件

STEP 7 - Micro/WIN SMART 是專門用于 S7-200 SMART PLC 編程的軟件，其界面簡潔直觀，操作便捷，為用戶提供了良好的編程體驗。該軟件具備項目管理、程序編輯、在線調(diào)試、監(jiān)控等多種功能，可極大提高編程效率與調(diào)試準(zhǔn)確性。

編程語言

S7-200 SMART PLC 支持多種編程語言，其中較為常用的有梯形圖（LAD）、語句表（STL）和功能塊圖（FBD）：梯形圖（LAD）：以類似繼電器控制電路的圖形化方式進(jìn)行編程，形象直觀，易于理解，特別適合初學(xué)者入門學(xué)習(xí)。在梯形圖中，常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、線圈等元素通過導(dǎo)線連接，構(gòu)成邏輯控制電路。語句表（STL）：基于指令助記符的文本式編程語言，指令功能強(qiáng)大，執(zhí)行效率高，但對編程人員的要求相對較高，需要熟悉各種指令的含義與用法。例如，LD 指令用于裝載常開觸點(diǎn)，A 指令用于與操作等。功能塊圖（FBD）：以功能塊為基本單元進(jìn)行編程，每個功能塊都具有特定的功能，通過連接功能塊來實現(xiàn)復(fù)雜的控制邏輯。這種語言適合用于描述復(fù)雜的控制系統(tǒng)，能夠提高編程的可讀性與可維護(hù)性。

基本指令

位邏輯指令

位邏輯指令用于處理二進(jìn)制位的邏輯運(yùn)算，是 PLC 編程中最為基礎(chǔ)的指令類型。常見的位邏輯指令包括常開觸點(diǎn)指令（LD、A、O）、常閉觸點(diǎn)指令（LDN、AN、ON）、線圈輸出指令（=）、置位指令（S）和復(fù)位指令（R）等。常開觸點(diǎn)指令（LD、A、O）：LD 指令用于裝載常開觸點(diǎn)，A 指令用于串聯(lián)常開觸點(diǎn)，O 指令用于并聯(lián)常開觸點(diǎn)。常閉觸點(diǎn)指令（LDN、AN、ON）：LDN 指令用于裝載常閉觸點(diǎn)，AN 指令用于串聯(lián)常閉觸點(diǎn)，ON 指令用于并聯(lián)常閉觸點(diǎn)。線圈輸出指令（=）：用于將邏輯運(yùn)算結(jié)果輸出到指定的線圈，以控制外部設(shè)備或內(nèi)部寄存器。置位指令（S）和復(fù)位指令（R）：置位指令 S 可將指定的位或位區(qū)域置為 1 狀態(tài)，并保持；復(fù)位指令 R 則將指定的位或位區(qū)域清零。

定時器指令

定時器指令用于實現(xiàn)時間控制功能，S7-200 SMART PLC 中的定時器分為通電延時定時器（TON）、斷電延時定時器（TOF）和有記憶通電延時定時器（TONR）：通電延時定時器（TON）：當(dāng)使能端輸入有效時，定時器開始計時，當(dāng)前值從 0 開始遞增。當(dāng)當(dāng)前值大于或等于預(yù)設(shè)值時，定時器常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。當(dāng)使能端無效時，定時器復(fù)位，當(dāng)前值清零。斷電延時定時器（TOF）：使能端輸入有效時，定時器常開觸點(diǎn)閉合，當(dāng)前值清零。當(dāng)使能端由有效變?yōu)闊o效時，定時器開始計時，當(dāng)當(dāng)前值等于預(yù)設(shè)值時，定時器復(fù)位，常開觸點(diǎn)斷開。有記憶通電延時定時器（TONR）：與 TON 定時器類似，但具有記憶功能。在計時過程中，即使使能端變?yōu)闊o效，定時器當(dāng)前值也會保持。再次使能時，定時器繼續(xù)從當(dāng)前值開始計時。需要使用復(fù)位指令（R）對其進(jìn)行復(fù)位操作，才能將當(dāng)前值清零。

計數(shù)器指令

計數(shù)器指令用于對輸入脈沖進(jìn)行計數(shù)，S7-200 SMART PLC 支持增計數(shù)器（CTU）、減計數(shù)器（CTD）和增減計數(shù)器（CTUD）：增計數(shù)器（CTU）：當(dāng)計數(shù)端 CU 有上升沿脈沖輸入時，計數(shù)器當(dāng)前值加 1。當(dāng)當(dāng)前值大于或等于預(yù)設(shè)值時，計數(shù)器狀態(tài)置 1，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。當(dāng)復(fù)位端 R 有效時，計數(shù)器復(fù)位，當(dāng)前值清零。減計數(shù)器（CTD）：裝載端 LD 有效時，計數(shù)器復(fù)位，當(dāng)前值被設(shè)置為預(yù)設(shè)值。當(dāng)計數(shù)端 CD 有上升沿脈沖輸入時，計數(shù)器當(dāng)前值減 1。當(dāng)當(dāng)前值減為 0 時，計數(shù)器狀態(tài)置 1，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。增減計數(shù)器（CTUD）：增計數(shù)端 CU 有上升沿脈沖輸入時，計數(shù)器當(dāng)前值加 1；減計數(shù)端 CD 有上升沿脈沖輸入時，計數(shù)器當(dāng)前值減 1。當(dāng)復(fù)位端 R 有效時，計數(shù)器復(fù)位，當(dāng)前值清零。

數(shù)據(jù)類型與尋址方式

數(shù)據(jù)類型

S7-200 SMART PLC 支持多種數(shù)據(jù)類型，常見的有：位（BOOL）：用于表示邏輯值，取值為 0 或 1，對應(yīng)于開關(guān)量的開和關(guān)狀態(tài)。字節(jié)（BYTE）：由 8 位二進(jìn)制數(shù)組成，取值范圍為 0 - 255，常用于表示無符號整數(shù)或字符編碼。字（WORD）：由 16 位二進(jìn)制數(shù)組成，取值范圍為 0 - 65535，可用于表示無符號整數(shù)或存儲一些特定的信息。雙字（DWORD）：由 32 位二進(jìn)制數(shù)組成，取值范圍更大，常用于表示較大的無符號整數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)等。整數(shù)（INT）：16 位有符號整數(shù)，取值范圍為 - 32768 - 32767，用于處理帶符號的整數(shù)運(yùn)算。雙整數(shù)（DINT）：32 位有符號整數(shù)，取值范圍比 INT 更廣泛，適用于需要更大數(shù)值范圍的運(yùn)算場景。實數(shù)（REAL）：32 位浮點(diǎn)數(shù)，用于表示具有小數(shù)部分的數(shù)值，可滿足對精度要求較高的模擬量運(yùn)算。

尋址方式

在 PLC 編程中，需要對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問和操作，這就涉及到尋址方式。S7-200 SMART PLC 的尋址方式主要有：直接尋址：直接使用存儲器的地址來訪問數(shù)據(jù)。例如，I0.0 表示數(shù)字量輸入映像寄存器的第 0 字節(jié)的第 0 位；VB100 表示變量存儲器的第 100 字節(jié)。間接尋址：通過指針來訪問存儲器中的數(shù)據(jù)。首先將數(shù)據(jù)的地址存入一個指針寄存器（如 AC0、AC1 等），然后通過指針寄存器來間接訪問數(shù)據(jù)。這種尋址方式靈活性較高，適用于對批量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的場景。

了解 S7-200 SMART PLC 的硬件組成、工作原理、編程軟件與語言、基本指令以及數(shù)據(jù)類型與尋址方式等基礎(chǔ)知識點(diǎn)，是掌握其應(yīng)用的關(guān)鍵。

希望本文能為廣大工程師和 PLC 愛好者在學(xué)習(xí)和使用 S7-200 SMART PLC 時提供有益的幫助，為構(gòu)建高效、穩(wěn)定的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)奠定堅實的基礎(chǔ)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用的深入，相信 S7-200 SMART PLC 將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，助力工業(yè)自動化水平的持續(xù)提升。

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