作者：韩战涛
出版社：电子工业出版社
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西门子S7-200 PLC功能指令应用详解试读：
内容简介
本书详细介绍了西门子S7-200系列PLC程序设计和功能指令应用。为了使读者能够在较短的时间内正确理解、掌握和应用功能指令，书中除了对指令本身进行了详细的说明外，还增加了与功能指令相关的基础知识和应用知识。同时，针对指令的应用编写了许多实例来说明指令的应用技巧。按照本书的应用范例，读者可以快速掌握PLC在实际工作中的应用，有些实例还可以直接移植到工程中使用。
本书深入浅出、图文并茂，具有实用性强、操作性强、理论与实践相结合等特点，可供从事PLC控制系统设计、开发的广大科技人员阅读，也可以作为各类高等学校工业自动化、电气工程及自动化、机电一体化等相关专业的参考资料。前 言
功能指令又称应用指令，是对PLC的基本逻辑指令的扩充，它的出现使PLC的应用从逻辑顺序控制领域扩展到运动控制和通信控制领域。因此，学习功能指令应用是掌握PLC在这些扩展领域中使用的前提。
本书详细介绍了西门子S7-200系列PLC程序设计和功能指令。本书以实用、易学为目的，包含了许多应用实例，辅以程序代码及清晰明了的程序注释。作者凭借对S7-200 PLC的透彻理解，对S7-200的功能指令进行了深入浅出的讲解。同时，作者的应用经验也贯穿本书始终，希望能够对读者有所启迪。
全书共分为14章。第1章系统地介绍了西门子S7-200系列PLC的硬件结构及其工作模式；第2章详细介绍了STEP7-Micro/Win 4.0编程软件的安装和使用，以及仿真软件的使用；第3章介绍了功能指令的预备知识，为后续学习功能指令打下基础；第4章详细介绍了基本指令系统；第5章至第14章是本书的重点，详细地介绍了S7-200系列PLC的功能指令，并增加了与功能指令相关的基础知识和应用知识；同时，针对指令的应用编写了许多实例，说明指令的应用技巧，使读者可以快速掌握PLC在实际工作中的应用。
在编写过程中，作者参阅和引用了西门子公司的最新技术资料和相关文献，有些正式出版的文献已在本书的参考文献中列出，有些难免遗漏，对未能列出的文献和资料，在这里向其作者表示诚挚的感谢。
本书主要由韩战涛编著，在本书的编写过程中，得到了父母、同事以及朋友们的支持和鼓励，在此表示衷心的感谢。参与本书编写的还有李龙、魏勇、王华、李辉、刘峰、徐浩、李建国、马建军、唐爱华、苏小平、朱丽云、马淑娟、周毅、高克臻等。
由于时间仓促，加之水平有限，书中的缺点和不足之处在所难免，敬请读者批评指正。编 著 者第1章西门子S7-200 PLC介绍
由于S7-200系列PLC具有紧凑的设计、丰富的扩展能力、极高的可靠性、便捷的操作性、强大的指令系统和低廉的价格，使得它能够近乎完美地满足小规模的控制要求，覆盖所有与自动检测、控制相关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备，等等。S7-200系列PLC的强大功能使其无论在独立运行中还是相连网络中，皆能实现复杂的控制功能。本章主要介绍S7-200系列PLC的组成结构、安装拆卸和工作方式。1.1 S7-200的构成
SIMATIC S7-200系列PLC是一类小型PLC，其外观如图1-1所示。S7-200系列PLC的基本构成包括CPU、人机界面、编程设备和根据实际需要增加的扩展模块等。CPU包含一定数量的I/O接口，同时还可以扩展各种I/O模块和功能模块。因此S7-200系列PLC既可以单独CPU运行，也可以连接扩展模块运行。图1-1 S7-200系列PLC外观
S7-200系列PLC的CPU外形结构如图1-2所示。图1-2 CPU外形结构图1.1.1 CPU模块
S7-200的CPU模块共有两个系列：CPU21×和CPU22×。CPU21×系列包括CPU212、CPU214、CPU215和CPU216；CPU22×系列包括CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU224XPsi和CPU226。由于CPU21×系列属于S7-200的第一代产品，这里不再做具体介绍。2004年，西门子公司推出了S7-200CN系列PLC，是专门针对中国市场的产品。S7-200系列CPU主要技术参数参见表1-1。表1-1 S7-200系列CPU主要技术参数续表1.1.2 扩展模块
为了扩展I/O接口和执行特殊的功能，S7-200系列PLC可以连接扩展模块（CPU221除外）。扩展模块主要有以下5类：数字量扩展模块、模拟量扩展模块、温度测量模块、特殊功能模块和通信模块，下面将分别介绍这5类扩展模块。
1．数字量扩展模块
数字量扩展模块主要分为：数字量输入扩展模块（EM221）、数字量输出扩展模块（EM222）以及数字量输入/输出扩展模块（EM223），具体介绍参见表1-2。表1-2 数字量扩展模块订货号模块描述输入输出6ES7 —EM 221 DI8×24 V DC8221-1BF22-0XA86ES7 —EM 221 DI8×120/230 V AC8221-1EF22-0XA06ES7 —EM 221 DI16×24 V DC16221-1BH22-0XA86ES7 —EM 222 DO4×24 V DC—5 A4222-1BD22-0XA06ES7 —EM 222 DO4×继电器—10 A4222-1HD22-0XA06ES7 —EM 222 DO8×24 V DC8222-1BF22-0XA86ES7 —EM 222 DO8×继电器8222-1HF22-0XA86ES7 —EM 222 DO8×120/230 V AC8222-1EF22-0XA06ES7 EM 223 24 V DC 4 输入/4 输出44223-1BF22-0XA86ES7 EM 223 24 V DC 4 输入/4 继电器44223-1HF22-0XA86ES7 EM 223 24 V DC 8 输入/8 输出88223-1BH22-0AX86ES7 EM 223 24 V DC 8 输入/8 继电器88223-1PH22-0XA86ES7 EM 223 24 V DC 16 输入/16 输出1616223-1BL22-0XA86ES7 EM 223 24 V DC 16 输入/16 继电器1616223-1PL22-0XA86ES7 EM 223 24 V DC 32 输入/32 输出3232223-1BM22-0XA86ES7 EM 223 24 V DC 32 输入/32 继电器3232223-1PM22-0XA8
数字量输入扩展模块根据输入信号不同，分为24V DC和120/230V AC。数字量输出扩展模块根据输出信号不同，分为晶体管输出和继电器输出。
2．模拟量扩展模块
模拟量扩展模块主要分为：模拟量输入扩展模块（EM231）、模拟量输出扩展模块（EM232）以及模拟量输入/输出扩展模块（EM235），具体介绍参见表1-3。表1-3 模拟量扩展模块订货号模块描述输入输出6ES7 —EM 231模拟量输入，4输入4231-0HC22-0XA86ES7 —EM 231模拟量输入，8输入8231-0HF22-0XA06ES7 —EM 232模拟量输出，2输出2232-0HB22-0XA86ES7 —EM 232模拟量输出，4输出4232-0HD22-0XA06ES7 41EM 235模拟量组合，4输入/1输出235-0KD22-0XA8
模拟量输入扩展模块的主要技术参数参见表1-4。表1-4 模拟量输入扩展模块技术参数
模拟量输出扩展模块的主要技术参数参见表1-5。表1-5 模拟量输出扩展模块技术参数
3．温度测量模块
温度测量模块主要分为：热电偶模块和热电阻（RTD）模块，具体介绍参见表1-6。表1-6 温度测量模块订 货 号模块描述输入6ES7 EM 231模拟输入热电偶，4输入4热电偶231-7PD22-0XA86ES7 EM 231模拟输入热电偶，8输入8热电偶231-7PF22-0XA06ES7 EM 231模拟输入RTD，2输入2 RTD231-7PB22-0XA86ES7 EM 231模拟输入RTD，2输入4 RTD231-7PC22-0XA0
温度测量模块的主要技术参数参见表1-7。表1-7 温度测量模块技术参数续表
4．特殊功能模块
特殊功能模块包括EM253位置控制模块和SIWAREX MS称重模块。（1）EM253位置控制模块，集成有5个数字量输入点（STP，停止；RPS，参考点开关；ZP，零脉冲信号；LMT+，正方向硬极限位置开关；LMT-，负方向硬极限位置开关）和6个数字量输出点（4个信号，即DIS，CLR，P0，P1或者P0+，P0-，P1+，P1-），用于S7-200 PLC定位控制系统中。通过产生高速脉冲来实现对单轴步进电动机的开环速度、位置控制。通过S7-200 PLC的扩展接口，实现与CPU间通信控制。位置控制模块EM253主要具有以下特点：
•高速脉冲输出，提供从20Hz到200kHz的脉冲频率；
•增、减速度的曲线拐点，既支持S曲线，也支持直线；
•控制系统的测量单位，既可以采用脉冲数，也可以采用工程单位（如英尺（ft），厘米（cm））；
•提供可组态的螺距补偿功能；
•支持绝对方式、相对方式和手动方式等多种工作模式；
•提供连续操作；
•最多可以支持25组移动包络，每组最多可有4种速度；
•便捷安装、拆卸的端子连接器。（2）SIWAREX MS称重模块是一种多用途的、灵活的称量模块，通过S7-200 PLC的扩展接口，实现与CPU间通信控制。称重模块SIWAREX MS主要具有以下特点：
•分辨率高达16位的重量测量或力的测量；
•0.05%的高准确性；
•可以在20ms或33ms之间选择快速测量时间；
•极限值的监视；
•使用SIWATOOL MS程序，通过RS-232接口，就能容易地实现秤的调节；
•允许理论校称；
•更换模块后无须重新校订，只需要重新下载校称数据即可；
•诊断功能。
5．通信模块
通信模块包括PROFIBUS-DP模块EM277、AS-i接口主站模块CP243-2、调制解调模块EM241、以太网模块CP243-1和因特网模块CP243-1 IT等。（1）EM277是PROFIBUS-BUS从站模块，通过EM277可将S7-200 CPU作为PROFIBUS-DP的从站连接到PROFIBUS-DP网络。EM277通过S7-200 PLC的扩展接口，实现与CPU间通信控制。EM277有一个RS-485接口，支持PROFIBUS-DP从站和MPI从站协议，传输速率从9.6kb/s到12Mb/s并可自适应。站地址由旋转开关设定，范围是0～99。（2）CP234-2是AS-i主站模块，通过AS-i总线可扩展S7-200的I/O接口数。CP234-2 AS-i主站模块最多可连接62个AS-i从站，每个从站最多可以配置4DI/4DO或者4AI/4AO。（3）EM241是调制解调（MODEM）通信模块，可将S7-200 PLC直接连到模拟电话线上。EM241通信模块支持Modbus RTU协议，支持数字和文本间的寻呼，支持SMS短消息，允许CPU到CPU或CPU到modbus的数据传送。通过EM241模块，STEP7-Micro/WIN软件可进行远程编程和诊断。（4）CP243-1是以太网通信模块，可将S7-200系统连接到工业以太网中。它的传输速率为10Mb/s和100Mb/s并可自适应。有一个标准的RJ45接口，完全支持TCP/IP协议。CP243-1以太网模块允许S7-200 PLC与S7-300和S7-400设备间通信，并支持STEP7-Micro/WIN软件远程编程和诊断。（5）CP243-1 IT是因特网通信模块，它不仅完全支持以太网模块CP243-1的功能，而且增加了IT功能。它提供用于S7-200 PLC系统诊断和过程变量访问的HTML界面，可以作为发送E-Mail的SMTP客户机，并可以组态为FTP服务器和客户机。1.1.3 人机界面
在S7-200 PLC系统中，除了CPU和扩展模块外，一般还需要人机界面，用来显示设备状态、设置设备参数等。
1．文本显示器
文本显示器（TD）是一种可连接至S7-200的显示设备。通过使用文本显示向导，可以容易地编程S7-200来显示与应用相关的文本消息和其他数据。TD设备允许查看、监视和更改与应用相关的过程变量，提供到应用的一个低成本接口。S7-200产品系列提供4个TD设备：TD100、TD200、TD200C和TD400C。
2．操作和触摸面板显示
OP73Micro和TP177Micro面板专门设计用于使用SIMATIC S7-200 PLC的应用，它们为小型机器和设备提供操作和监视功能。这些面板支持高达32种组态语言和5种在线语言，包括亚洲和西里尔字符集。3ft带图形显示器的操作面板OP73Micro的安装尺寸与TD200兼容。触摸面板TP177Micro可垂直安装，能容纳附加应用。该特征允许即使在空间有限时也能进行使用。1.2 S7-200 PLC的安装
S7-200的设计使其便于安装，可以利用安装孔把模块固定在控制柜的背板上，或者利用设备上的DIN夹子，把模块固定在一个标准（DIN）的导轨上。本节将介绍S7-200系统的安装和接线。1.2.1 S7-200设备安装指南
S7-200 PLC可采用水平或垂直方式安装。在安装元器件时，应把产生高电压和高电子噪声的设备与诸如S7-200这样的低压、逻辑型的设备分隔开。在控制柜背板上安排S7-200时，应区分发热装置，并把电子器件安排在控制柜中温度较低的区域内。电子器件在高温环境下工作会缩短其无故障时间。还要考虑面板中设备的布线，避免将低压信号线和通信电缆与交流供电线和高能量、开关频率很高的直流线路布置在一个线槽中。
所有的S7-200 CPU都有一个内部电源，为CPU自身、扩展模块和其他用电设备提供24V直流电源。此24V直流电源可以为输入点、扩展模块上的继电器线圈或者其他设备供电。如果设备用电量超过了传感器供电定额，必须为系统另配一个外部24V DC供电电源。对于特定的S7-200 CPU，可以在附录C中查询到其24V DC传感器供电电源定额。如果使用了外部24V DC供电电源，要确保该电源没有与S7-200 CPU上的传感器电源并联使用。为了加强电子噪声保护，建议将不同电源的公共端（M）连接在一起。
S7-200为系统中的所有扩展模块提供5V直流逻辑电源。必须确保CPU所提供的5V直流电源能够满足所选择的所有扩展模块的需要。如果配置要求超出了CPU的供电能力，只能去掉一些模块或者选择一个供电能力更强的CPU。可以在附录C中查询到到有关S7-200 CPU 5V DC逻辑电源的供电能力以及扩展模块对5V DC电源需求的信息。
S7-200设备的设计采用自然对流散热方式。在元器件的上方和下方都必须留有至少25mm的空间，以便于正常的散热；前面板与背板的板间距离也应保持至少75mm的空间。对于垂直安装，允许的最高环境温度需降低10℃，而且CPU应安装在所有扩展模块的下方。在安排S7-200设备时，应留出接线和连接通信电缆的足够空间。当配置S7-200系统时，可以灵活地使用I/O扩展电缆，但一个S7-200设备系统只允许使用一根扩展电缆。S7-200设备安装方式如图1-3所示。图1-3 S7-200设备安装方式1.2.2 S7-200模块的安装与拆卸
S7-200模块可以很容易地安装在一个标准DIN导轨或控制柜背板上。在安装和拆卸S7-200之前，必须确认S7-200的电源已断开。同样，也要确保与S7-200相关联的设备供电已被切断。
S7-200 CPU和扩展模块都有安装孔，可以很方便地安装在背板上。S7-200 CPU的安装尺寸如图1-4和表1-8所示。图1-4 S7-200 CPU的安装尺寸表1-8 S7-200 CPU的安装尺寸CPU模块宽度A宽度BCPU221和CPU22290mm82mmCPU224120.5mm112.5mmCPU224XP和CPU224XPsi140mm132mmCPU226196mm188mm
扩展模块安装尺寸如图1-5和表1-9所示。图1-5 扩展模块安装尺寸表1-9 扩展模块安装尺寸扩展模块宽度A宽度B4点或8点数字I/O和模拟量输出（2AQ）46mm38mm71.63.16点数字I/O，模拟I/O，特殊功能模块，通信模块2mm2mm137.129.32 点数字I/O（16I/16Q）3mm3mm64 点数字I/O（32I/32Q）196mm188mm
采用背板安装时，根据所需要的尺寸进行定位、钻孔安装。然后用合适的螺钉将模块固定在背板上。如果使用了扩展模块，将扩展模块的扁平电缆连接到盖板下面的扩展口上。如果系统处于高振动环境中，使用背板安装方式可以得到较高的振动保护等级。
采用DIN导轨安装时，保持导轨固定点的间隔为75 mm。打开模块底部的DIN夹子，将模块背部卡在DIN导轨上。如果使用了扩展模块，将扩展模块的扁平电缆连接到盖板下面的扩展口上。旋转模块贴近DIN导轨，合上DIN夹子。仔细检查模块上DIN夹子与DIN导轨是否紧密固定好。为避免模块损坏，不要直接按压模块正面，而要按压安装孔的部分。当S7-200设备的使用环境振动比较大或者采用垂直安装方式时，应该使用DIN导轨挡块。
拆卸S7-200 CPU和扩展模块时，应先拆卸S7-200的电源，然后拆卸模块上的所有连线和电缆。大多数的CPU和扩展模块都有可拆卸的端子排，可以直接拆卸端子排而不必拆卸连线和电缆。如果有其他扩展模块连接在所拆卸的模块上，请打开盖板，拔掉相邻模块的扩展扁平电缆。拆掉安装螺钉或者打开DIN夹子并拆下模块。
为了安装和更换模块方便，大多数的S7-200模块都有可拆卸的端子排。拆卸端子排时，打开端子排的上盖板，把螺丝刀插入端子块中央的槽口中，然后用力下压并撬出端子排，如图1-6所示。重新安装端子排时，打开端子排的上盖板，确保模块上的插针与端子排边缘的小孔对正，将端子排向下压入模块，确保端子块对准了位置并锁住。图1-6 端子排的拆卸1.2.3 接地及接线指南
对S7-200设备进行合理的接地和接线是非常重要的，它能够确保系统具备最优的操作特性，同时能够为S7-200提供更好的电子噪声保护。在接地和接线之前，必须先确保设备的电源已被切断。同样，也要确保与该设备相关联的设备的供电已被切断。
对于S7-200的接地，最佳的方案应该确保S7-200及其相关设备的所有接地点在一个点上接地。这个单独的接地点应该直接连接到大地。为了提高抗电子噪声保护特性，建议将所有直流电源的公共点连接到同一个接地点上。同样建议将24V DC传感器供电的公共点（M）接地。所有的接地线应该尽量短并且用较粗的线径。当选择接地点时，应该考虑安全接地要求和对隔离元器件的适当保护。
在设计S7-200的接线时，应该提供一个单独的开关，能够同时切断S7-200 CPU、输入电路和输出电路的所有供电。提供熔断器或断路器等过流保护装置来限制供电线路中的电流，也可以为每一路输出电路都提供熔断器或其他限流设备作为额外的保护。在有可能遭受雷击浪涌的线路上安装浪涌抑制元器件。避免将低压信号线和通信电缆放在与交流导线和高能量、快速转换的直流导线相同的线盒中。应始终成对布线，导线采用中性导线或通用导线，并用热电阻线或信号线进行配对。导线尽量短并且保证线粗能够满足电流要求。使用屏蔽电缆可以得到最佳的抗电子噪声特性。通常将屏蔽层接地可以得到最佳效果。当输入电路由一个外部电源供电时，要在电路中添加过流保护元器件。如果使用S7-200 CPU上的24V DC传感器供电电源，则无须额外添加过流保护元器件，因为此电源已经有限流保护。大多数的S7-200模块都有可拆卸的端子排。为了防止连接松动，要确保端子排插接牢固，同时也要确保导线牢固地连接在端子排上。为了避免损坏端子排，螺钉不要拧得太紧。为了避免意想不到的电流流入系统，S7-200在合适的部分提供电气隔离。1.3 S7-200 PLC的工作方式
了解S7-200的工作模式和工作过程，能够加深对PLC的理解，为PLC编写出更好的程序。下面具体介绍S7-200的工作模式和工作过程。1.3.1 S7-200 PLC的工作模式
S7-200 CPU有2种工作模式：STOP模式和RUN模式，其工作模式可通过CPU右侧的模式转换开关进行切换，同时在CPU面板上以工作状态指示灯来显示CPU当前的操作模式。
S7-200 CPU的工作模式选择开关有3个位置：RUN、TERM和STOP。将模式开关切换到STOP位置时，CPU进入STOP模式；将模式开关切换到RUN位置时，CPU进入RUN模式；将模式开关切换到TERM模式时，保持当前的工作模式不变。（1）RUN模式：CPU在RUN模式下执行完整的扫描过程，通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。此时，在CPU显示面板上用LED显示当前“RUN”的工作模式。在RUN模式下，允许STEP7-Micro/WIN软件控制PLC的运行模式。如果PLC检测到致命错误，会强制从RUN模式更改为STOP模式。（2）STOP模式：PLC处于停止方式，CPU不执行用户程序，但仍然扫描PLC RAM和I/O接口状态。此模式可与安装了STEP7-Micro/WIN编程软件的计算机进行通信、创建和编辑用户程序、组态PLC的硬件功能、向PLC装入用户程序和组态信息等。在STOP模式下，不允许STEP7-Micro/WIN软件控制PLC的运行模式。如果PLC检测到致命错误，在致命错误条件依然存在时不允许从STOP模式更改为RUN模式。（3）TERM模式：将模式开关从RUN位置切换至TERM位置时，CPU仍处于RUN模式。但如果电源状态发生变化，当电源恢复时，CPU会自动进入STOP模式。将模式开关从STOP位置切换至TERM位置时，CPU仍处于STOP模式。当模式开关处于TERM位置时，允许STEP7-Micro/WIN软件控制PLC的运行模式。TERM状态还和机器的特殊存储器状态位SM0.7有关，可用于自由口通信的控制，在现场调试程序时很有用处。1.3.2 S7-200 PLC的工作过程
S7-200 PLC采用周期性循环处理的顺序扫描工作方式。整个扫描工作过程包括读取输入、执行用户程序、处理通信请求、执行CPU自诊断程序和写入输出5个阶段，如图1-7所示。但在STOP模式下，会跳过执行用户程序阶段。整个扫描过程执行一遍所需的时间称为扫描周期。扫描周期与CPU运行速度、PLC硬件配置以及用户程序大小有关，典型值为1～100ms。图1-7 S7-200 PLC的工作过程
1．读取输入
S7-200 PLC在每次扫描周期开始时先读取数字量输入点状态，并将这些状态值写入输入映像寄存器中。无相应的实际物理输入点的数字量输入位，在每次更新时，PLC将相应的映像寄存器清零，除非它被强制。在工作过程的其他阶段，过程映像输入寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的读取输入阶段。
对于模拟量输入，除非启用了模拟量输入过滤，否则S7-200在正常扫描周期中不更新来自扩展模块的模拟量输入。当启用了模拟量输入滤波功能后，S7-200会在每一个扫描周期刷新模拟量、执行滤波功能并且在内部存储滤波值。当程序访问模拟量输入时使用滤波值。如果没有启用模拟量输入滤波，则当程序访问模拟量输入时，S7-200都会直接从扩展模块读取模拟值。
在每次扫描期间，CPU224XP的AIW0和AIW2模拟量输入都会读取模数转换器上生成的最新值，从而完成刷新。该转换器求取的是均值，因此通常无须软件滤波。
2．执行用户程序
在扫描周期执行用户程序阶段，CPU从头至尾执行用户程序，直至遇到结束指令。遇到结束指令时，PLC检查系统的智能模块是否需要服务。如果需要，信息将被读取并缓存，以用于循环周期的下一个阶段。
在程序或中断程序的执行过程中，当指令中涉及数字量输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器和输出映像寄存器中读出，根据用户程序进行运算，将数字量输出的运算结果再存入输出映像寄存器，并立即刷新I/O指令允许直接访问物理输入与输出。
如果在程序中使用子程序，则子程序作为程序的一部分存储，当由主程序、另一个子程序或中断程序调用时，则执行子程序。如果在程序中使用了中断，与中断事件相关的中断程序就作为程序的一部分被存储。中断程序并不作为正常扫描周期的一部分来执行，而是当中断事件发生时才执行（可能在扫描周期的任意点）。
3．处理通信请求
在处理通信请求阶段，S7-200 PLC处理从通信端口或智能I/O接口模块接收到的任何信息。
4．执行CPU自诊断程序
在执行CPU自诊断程序阶段，S7-200 PLC检查CPU的操作、操作系统EEPROM、用户程序存储区以及I/O扩展模块状态是否正常。
5．写入输出
在每个扫描周期的结尾，CPU执行写入输出阶段，把存储在输出映像寄存器中的数据写入数字输出点（模拟量输出直接刷新，与扫描周期无关）。
因此，PLC在一个扫描周期内，对数字量输入状态的采样只在读取输入阶段进行，当PLC开始执行用户程序后，输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的读取输入阶段才对输入状态重新采样。在用户程序中如果对数字量输出结果多次赋值，只有最后一次有效。在一个扫描周期内，只在写入输出阶段才将输出状态从输出映像寄存器中输出，在其他阶段，输出状态一直保存在输出映像寄存器中。对于没有启用滤波功能的模拟量输入和模拟量输出，是直接刷新到模块的物理输入和输出，与扫描周期无关。第2章编程及仿真软件的使用
S7-200的编程软件经历了一个长期的发展过程，从STEP7-Micro/DOS（DOS下运行）到STEP7-Micro/WIN16（运行于16位Windows下），一直到现在的STEP7-Micro/WIN32。STEP7-Micro/WIN32（简称Micro/WIN或STEP7-Micro/WIN）运行在32位Windows操作系统下，即Windows95以后的微软视窗操作系统。目前最新的版本是STEP7-Micro/WIN V4.0 SP9。STEP7-Micro/WIN V4.0以上版本完全支持中文编程界面和在线帮助，为用户开发程序提供了方便。2.1 STEP7-Micro/WIN安装与升级2.1.1 系统要求
STEP7-Micro/WIN编程软件对计算机的最低配置要求如下。（1）操作系统：Windows2000，Windows XP，Windows Vista，Windows7。（2）硬盘空间：至少350M空闲硬盘空间。
STEP7-Micro/WIN的各个版本与Windows操作系统的各个版本之间，有一定的兼容关系。如果安装的Micro/WIN版本和操作系统不兼容，会发生各种问题。Micro/WIN与Windows版本兼容关系参见表2-1。表2-1 Micro/WIN与Windows版本兼容关系一览表2.1.2 软件安装
STEP7-Micro/WIN可以安装在PC及西门子编程计算机上，在PC上的安装方法如下：（1）在光盘驱动器插入安装光盘，关闭所有应用程序，双击光盘中的“Setup.exe”文件；（2）选择英语作为安装过程中使用的语言，单击“确定”按钮，并在随后出现的对话框中，单击“Next”按钮；（3）在“License Agreement”界面中，单击“Yes”按钮，同意许可协议；（4）选择安装目录文件夹后，单击“Next”按钮，开始安装程序；（5）在安装过程中会出现“Set PG/PC Interface”提示框，单击“OK”按钮；（6）安装完成后，单击“Finish”按钮，完成安装。2.1.3 软件升级
STEP7-Micro/WIN以服务包（SP×）的形式来进行升级，SP升级包只能升级同一版本的编程软件，而且不能单独安装。如果在本地硬盘上没有安装正式版本，则会退出安装。SP升级包可以从西门子的官方网站直接下载，安装步骤如下：（1）运行升级包的可执行文件（.exe）；（2）在“Location to Save Files”界口中指定解压缩文件的文件夹；（3）自动寻找已在本地硬盘上安装的正式版本，如没有找到，则退出安装；（4）找到正式版后，指定安装目标文件夹。如果使用默认的路径，需要退出安装，卸载已有的正式版软件，然后找到解压缩的文件夹，运行Setup.exe文件；如果指定其他路径则继续安装。2.2 STEP7-Micro/WIN的使用
STEP7-Micro/WIN作为S7-200系列PLC的专用编程软件，功能强大、操作方便，而且支持全中文编程操作。STEP7-Micro/WIN作为Windows平台下的用户编程软件，主要具有以下功能。（1）支持梯形图（LAD）、指令表（STL）和功能图（FBD）3种编程语言，可以在三者之间随时切换。（2）在离线方式下（计算机不与PLC连接），可以对程序进行创建、编辑、编译和系统组态等工作。（3）在在线方式下（计算机与PLC连接），可以上载及下载用户程序、数据和系统组态，编辑和修改用户程序和数据，启动和停止PLC等。（4）具有密码保护功能，可以为CPU、用户程序和项目文件设置密码，以保护程序开发者的知识产权，防止未经授权的操作。（5）指令向导功能，可以用指令向导完成PID自整定、高速计数、脉冲输出、以太网和数据记录等功能。（6）在编程过程中进行语法检查，避免用户在编程过程中出现一些语法错误和数据类型错误。2.2.1 软件界面
STEP7-Micro/WIN编程软件作为用户开发、编程和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境。编程软件提供多种语言显示界面，下面依据中文界面介绍Micro/WIN的功能。
STEP7-Micro/WIN的软件界面由浏览条、指令树、菜单栏、工具栏、局部变量表、输出窗口、状态栏和程序编辑器组成，如图2-1所示。图2-1 STEP7-Micro/WIN软件界面
1．浏览条
浏览条提供了在编程过程中进行编程窗口快速切换的功能，包括“查看”和“工具”两部分。查看用于显示程序块、符号表、状态表、数据块、系统块、交叉引用和通信等组件。单击任何一个按钮，主窗口都会切换到按钮对应的界面或者弹出相应的对话框。工具用于显示指令向导、文本显示向导、位置控制向导、以太网向导等按钮。
2．指令树
指令树提供编程时用到的全部PLC命令和快捷操作命令的树状视图。
3．菜单栏
菜单栏包括文件、编辑、查看、PLC、调试、工具、窗口和帮助等操作。（1）文件（F）：具有新建、打开、关闭、保存文件，上载和下载程序、导入和导出程序、页面设置、打印预览等操作。（2）编辑（E）：程序编程工具。可进行剪切、复制、粘贴程序块和数据块，以及查找、替换、删除和插入等操作。（3）查看（V）：可以设置窗口界面，选择编程语言（LAD、FBD和STL），设置符号信息表。（4）PLC（P）：具有编译程序、启动或停止PLC、查看PLC信息、操作PLC存储卡等功能。（5）调试（D）：具有启动或停止程序状态监控、状态表监控、强制外部IO输入、在线编辑程序等功能。（6）工具（T）：可以调用复杂指令向导（如高速计数指令、脉冲输出指令、网络读/写指令和PID操作指令）、修改界面语言、改变编辑字体等功能。（7）窗口（W）：可以进行窗口间切换、设置窗口的摆放形式。（8）帮助（H）：可以检索各种帮助信息、查看软件版本。
4．工具栏
工具栏包括标准工具栏、调试工具栏、公用工具栏、LAD指令工具栏和FBD指令工具栏。工具栏的作用是提供简单的鼠标操作，将最常用的操作以按钮的形式安放在工具栏中。
5．局部变量表
每个程序块都对应一个局部变量表，包含对局部变量所作的定义。在带参数的子程序调用中，局部变量表用来进行参数传递。
6．输出窗口
输出窗口用来显示程序编译的结果信息，如各程序块的大小、编译结果有无错误等。当该窗口列出程序错误时，双击错误信息，会自动在程序编辑器窗口中显示相应的程序网络。
7．状态栏
状态栏担任操作状态的信息，如网络数、行数、列数等。
8．程序编辑器
程序编辑器可以用于梯形图、语句表或功能图进行编写用户程序。它包括局部变量表、编辑器、网络注释和程序注释4个部分。单击程序编辑器底部的标签，可以在各程序之间进行切换。2.2.2 项目文件
STEP7-Micro/WIN把用户程序、系统设置等保存在一个项目文件中，扩展名为.mwp。打开一个.mwp文件就打开了相应的项目文件。项目文件中主要包括下列组件。
1．程序块
单击程序块，可以切换到程序编程窗口，实现编辑程序和注释、插入子程序和中断程序等功能。
2．符号表
符号表可用来建立程序数据和I/O接口的符号名，并附加注释。实际编程时，为增加程序的可读性，用带有实际含义的符号作为编程符号，而不是直接用元件地址。例如，系统运行状态的输入地址是I0.0，如果在符号表中，将I0.0的地址定义为Running，这样在程序中，所有用地址I0.0的编程元件都由Running代替，增加了程序的可读性。
3．状态表
状态表用于联机调试时，监视变量的状态及当前值，并不下载到PLC中。该表允许用户将程序输入、输出和程序变量置入图表中。可以建立多个状态图表，以利于分组查看不同的变量。
4．数据块
数据块由数据、变量寄存器地址和注释组成。数据块主要功能是在PLC中存储程序数据和初始条件数据。数据块编译后被下载到PLC中，注释被忽略。
5．系统块
系统块是用于系统组态和设置系统参数的，以适应具体应用。系统需要经编译和下载到PLC中才起作用。系统块中参数的设置方法详见2.2.3节。
6．交叉引用
交叉引用表提供交叉引用信息、字节使用情况和位使用情况信息。它列举出程序中使用的各个变量在哪一个程序块的哪一个网络中出现，还可以查看哪些内存域已经被使用。交叉引用表不下载到PLC中，程序只有编译成功后，才能看到交叉引用表的内容。2.2.3 系统组态（系统块）
系统组态是指设置S7-200 CPU的系统选项和参数。更改系统组态后，需要下载到CPU中，新的设置才能生效。
使用Micro/WIN“查看”→“组件”→“系统块”命令，或者在主界面左侧的浏览条中用鼠标单击系统块图标（见图2-1），打开系统组态窗口，如图2-2所示。系统组态包括通信端口、断电数据保持、密码、输出表（包括数字量和模拟量输出表）、输入滤波器（包括数字量和模拟量输入滤波器）、脉冲捕捉位、背景时间、EM配置、LED配置和增加存储区。下面详细介绍这几种系统组态的设置过程。图2-2 “系统块”界面
1．通信端口
通信端口设置可以设置PLC端口的地址、最高地址、波特率、重试次数和地址间隔刷新系数，如图2-3所示。如果PLC只有一个端口，端口1为灰色，不可设置。如果PLC有两个通信端口，它们的地址可以相同，但不能连接到同一个网络中。重试次数是指通信失败时重新尝试的次数。地址间隔刷新系数是设置本站每隔几次获得网络令牌后，尝试在本站地址和下一个已知的主站地址空间内寻找新加入的主站。一般情况下使用默认值10比较合适。图2-3 “通信端口”设置
2．断电数据保持
断电数据保持设置定义了CPU如何处理各数据区的数据保持任务。所谓“保持”就是在CPU断电后再上电，数据区域的内容是否保持断电前的状态。断电数据保持设置如图2-4所示。在存储区V、M、T和C中，最多可以定义6个需要断电保持的存储器区。在断电数据保持设置区中选中的就是要“保持”其数据内容的数据区。对于未设置为“保持”的存储区，在CPU重新上电时，V存储区的内容会调用EEPROM的内容覆盖（通常都是0），其他数据区的内容会清零。图2-4 “断电数据保持”设置
3．密码
密码设置可以设置CPU密码以限制用户对CPU的访问，可以分等级设置密码，给不同人员开放不同等级的权限，如图2-5所示。图2-5 “密码”设置
S7-200对存取功能提供了4个等级的限制，系统默认状态是1级（不受任何限制），CPU的密码保护等级参见表2-2。表2-2 CPU密码保护等级
4．输出表
输出表包括数字量输出表和模拟量输出表，它是规定当CPU处于停机（STOP）状态时，数字量输出点或者模拟量输出通道如何操作的。数字量输出表如图2-6所示。图2-6 数字量输出表
模拟量输出表如图2-7所示。图2-7 模拟量输出表
此设置对于一些必须保持动作、运转的设备非常重要，如抱闸，或者一些关键的阀门等。不允许在调试PLC时停止动作，就必须在系统块的输出表中进行设置。
5．输入滤波器
输入滤波器包括数字量输入滤波器和模拟量输入滤波器。
数字量输入滤波器如图2-8所示，它为CPU上的数字量输入点选择不同的输入滤波延时。如果输入信号有干扰、噪声，可调整输入滤波延时，滤除干扰，以免误动作。滤波延时可在0.20～12.8ms的范围中选择。如果滤波延时设定为6.40ms，数字量输入信号的有效电平（高或低电平）持续时间小于6.4ms时，CPU会忽略它；只有持续时间长于6.4ms时，才有可能被识别。图2-8 数字量输入滤波器
模拟量输入滤波器如图2-9所示，S7-200允许用户为每一路模拟量输入选择软件滤波器。如果对某个通道选用了模拟量滤波，CPU将在每一程序扫描周期前自动读取模拟量输入值，这个值就是滤波后的值，是所设置的采样数的平均值。采样数及死区值设置对所有选中的模拟量输入通道有效。采样数64表示模拟量滤波后的值为包括当前采样的前64个采样值的平均值。死区值定义了计算模拟量平均值的取值范围。如果采样值都在这个范围内，就计算采样数所设定的平均值；如果当前最新采样的值超过了死区的上限或下限，则该平均值立刻被采用为当前的新采样值，并作为以后平均值计算的起始值。这就允许滤波器对模拟量值有较大变化时做出的一个快速的响应。图2-9 模拟量输入滤波器
6．脉冲捕捉位
脉冲捕捉功能允许用户捕捉高电平脉冲或低电平脉冲，此类脉冲出现的时间极短，PLC在扫描周期开始读取数字量输入时，可能无法始终扫描到此类脉冲。脉冲捕捉位设置如图2-10所示。当为某一输入点启用脉冲捕捉时，输入状态的改变被锁定并保持至下一次输入循环更新。这样可确保延续时间很短的脉冲被捕捉到，并保持至S7-200读取输入扫描时。该功能可使用的最大数字量输入数目取决于PLC的型号。图2-10 “脉冲捕捉位”设置
7．背景时间
背景时间规定了“运行模式编程”和“程序、数据监控的Micro/WIN和CPU的通信时间”占整个程序扫描周期的百分比，设置界面如图2-11所示。增加背景时间可以增加PC监控的通信机会，在Micro/WIN中的响应会快一些，但同时会加长程序扫描时间。图2-11 “背景时间”设置
8．EM配置
EM配置只读标签允许在项目（存储在V存储区中）内查看已定义的智能模块。对于EM241模块，这些V存储区地址在“调制解调器扩展向导”中指定。对于EM243模块，这些V存储区的地址在“以太网向导”中指定。对于EM253模块，这些V存储区地址在“位置控制向导”中指定。对于EM277模块，不在这里显示使用任何V存储区地址，配置参数由DP主站发送。EM配置界面如图2-12所示。图2-12 “EM配置”设置
9．LED配置
S7-200 CPU的LED指示灯能够显示红色和黄色两种颜色。红色指示系统故障，黄色指示可以由用户自定义，如图2-13所示。图2-13 “LED配置”设置
10．增加存储区“运行模式编辑”需要占用一部分程序存储空间。如果要利用全部的程序存储区，需要禁用“运行模式编程”功能以增加存储区，如图2-14所示。图2-14 “增加存储区”设置2.2.4 创建项目
双击桌面上的STEP7-Micro/WIN图标，打开Micro/WIN编程软件。软件打开后，会自动创建名字为“项目1”的默认项目文件。也可以通过“文件”→“新建”命令创建一个新的项目。默认项目文件的程序块中包含1个主程序（OB1）、1个子程序SBR_0（SBR0）和1个中断程序INT_0（INT0），如图2-15 所示。
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