本书以西门子S7-200 SMART系列小型PLC为主要讲授对象。S7-200 SMART是S7- 200的升级换代产品，它继承了 S7-200的诸多优点，指令与S7-200基本相同。增加了以太 网端口与信号板，保留了 RS-485端口，增加了 CPU的I/O点数。S7-200 SMART共有10 种CPU模块，分为经济型（2种）和标准型（8种），以适合不同应用现场。

S7-200 SMART硬件主要由CPU模块、数字量扩展模块、模拟量扩展模块、信号板等。

CPU SR40模块如图3-11所示。模块通过导轨固定卡口固定于导轨上，上方为数字量输 入接线端子、以太网通信端口和供电电源接线端子；下方为数字量输出接线端子；左下方为

（1） CPU模块的技术规范

S7-200 SMART各CPU模块的简要技术规范如表3-1所示。经济型CPU CR40/CR60的 价格便宜，无扩展功能，没用实时时钟和脉冲输出功能。其余的CPU为标准型，有扩展功能。脉冲输出仅适用于晶体管输出型CPU。

可断电保持的存储区为10KB （B是字节的简称），各CPU的过程映像输入（I）、过程 映像输出（Q）和位存储器（M）分别为256点，主程序、每个子程序和中断程序的临时局 部变量为64B_O CPU有两个分辨率为1ms的定时中断定时器，有4个上升沿和4个下降沿中断，可选信号板SB DT04有两个上升沿中断和两个下降沿中断。可使用8个PID回路。

布尔运算指令执行时间为O.15pis,实数数学运算指令执行时间为3.6卜。子程序和中断程序最多分别为128个。有4个累加器，256个定时器和256个计数器。

实时时钟精度为土120s/月，保持时间通常为7天，25°C时最少为6天。

CPU和扩展模块各数字量I/O点的通/断状态用发光二极管（LED）显示，PLC与外部接线的连接釆用可以拆卸的插座型端子板，不需要断开端子板上的外部连线，就可以迅速地更换模块。

（2） CPU的存储器

PLC的程序分为操作系统和用户程序。操作系统使PLC具有基本的功能，能够完成 PLC设计者规定的各种工作。操作系统由PLC生产厂家设计并固化在ROM （只读存储器）中，用户不能读取。用户程序由用户设计，它使PLC能完成用户要求的特定功能。用户程序存储器的容量以字节为（Byte,简称为B）单位。

随机存取存储器（RAM）：用户程序和编程软件可以读出RAM中的数据，也可以改写RAM中的数据。RAM是易失性的存储器，RAM芯片的电源中断后，储存的信息将会丢失。RAM的工作速度高、价格便宜、改写方便。在关断PLC的外部电源后，可以用锂电池 保存RAM中的用户程序和某些数据。锂电池可以使用1〜3年，需要更换锂电池时，由 PLC发出信号通知用户。S7-200 SMART不使用锂电池。

只读存储器（ROM）：ROM的内容只能读出，不能写入。它是非易失性的，它的电源消失后，仍能保存存储器的内容。ROM用来存放PLC的操作系统程序。

电可擦除可编程的只读存储器（ E²PROM）： E²PROM是非易失性的，掉电后它保存的数据不会丢失。PLC运行时可以读写它，兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取的优点，但是写入数据所需的时间比RAM长得多，改写的次数有限制。S7-200 SMART用 e²prom来存储用户程序和需要长期保存的重要数据。

（3） CPU的存储区

1） 输入过程映像寄存器（I）。

在每个扫描过程的开始，CPU对物理输入点进行采样，并将釆样值存于输入过程映像寄存器中。

输入过程映像寄存器是PLC接收外部输入的数字量信号的窗口。PLC通过光耦合器，将外部信号的状态读入并存储在输入过程映像寄存器中，外部输入电路接通时对应的映像寄存器为ON （1状态），反之为OFF （0状态）。输入端可以外接常开触点或常闭触点，也可以接多个触点组成的串并联电路。在梯形图中，可以多次使用输入端的常开触点和常闭触点。

2） 输出过程映像寄存器（Q）。

在扫描周期的末尾，CPU将输出过程映像寄存器的数据传送给输出模块，再由后者驱动外部负载。如果梯形图中Q0.0的线圈“通电”，则继电器型输出模块中对应的硬件继电器的常开触点闭合，使接在标号为Q0.0的端子的外部负载通电，反之外部负载断电。输出模块中的每一个硬件继电器仅有一对常开触点，但是在梯形图中，每一个输出位的常开触点和常闭触点都可以多次使用。

3） 变量存储器区（V）。

变量（Variable）存储器用于在程序执行过程中存入中间结果，或者用来保存与工序或任务有关的其他数据。

4） 位存储器区（M）。

位存储器（M0.0〜M31.7）又称为标志存储器，类似于继电器控制系统中的中间继电器，用来存储中间操作状态或其他控制信息。虽然名为“位存储器区”，但是也可以按字节、字或双字来存取。

5） 定时器存储区（T）。

定时器相当于继电器系统中的时间继电器。S7-200 SMART有3种定时器，它们的时间 基准增量分别为1ms、10ms和100ms。定时器的当前值寄存器是16位有符号整数，用于存储定时器累计的时间基准增量值（1〜32 767）。

定时器位用来描述定时器延时动作的触点状态，定时器位为1时，梯形图中对应的定时器的常开触点闭合，常闭触点断开；为0时则触点的状态相反。

用定时器地址（T和定时器号）来存取当前值和定时器位，带位操作的指令存取定时器 位，带字操作数的指令存取当前值。

6） 计数器存储区（C）。

计数器用来累计其计数输入端脉冲电平由低到高的次数，S7-200 SMART提供加计数 器、减计数器和加减计数器。计数器的当前值为16位有符号整数，用来存放累计的脉冲数 （1〜32767）。用计数器地址（C和计数器号）来存取当前值和计数器位。

7） 高速计数器（HC）。

高速计数器用来累计比CPU的扫描速率更快的事件，计数过程与扫描周期无关。其当 前值和设定值为32位有符号整数，当前值为只读数据。高速计数器的地址由区域标识符HC 和高速计数器号组成。

8） 累加器（AC）。

累加器是可以像存储器那样使用的读/写单元，CPU提供了4个32位累加器（ACO〜 AC3）,可以按字节、字和双字来存取累加器中的数据。按字节、字只能存取累加器的低8 位或低16位，按双字能存取全部的32位，存取的数据长度由指令决定。

9） 特殊存储器（SM）。

特殊存储器用于CPU与用户之间交换信息，如SM0.0 一直为1状态，SM0.1仅在执行用户程序的第一个扫描周期为1状态。

10） 局部存储器（L）。

S7-200 SMART将主程序、子程序和中断程序统称为POU （Program Organizational Unit,程序组织单元），各POU都有自己的64B的局部变量表，局部变量仅仅在它被创 建的POU中有效。局部变量表中的存储器称为局部存储器，它们可以作为暂时存储器，或用于子程序传递它的输入、输出参数。变量存储器（V）是全局存储器，可以被所有的POU存取。

S7-200 SMART给主程序和它调用的8个子程序嵌套级别，中断程序和它调用的4个子程序嵌套级别各分配64B局部存储器。

11） 模拟量输入（AI）。

S7-200 SMART用A-D转换器将外界连续变化的模拟量（如压力、流量等）转换为一个字长（16位）的数字量，用区域标识符AI、数据长度W （字）和起始字节的地址来表示模拟量输入的地址，如AIW16o因为模拟量输入是一个字长，应从偶数字节地址开始存入,模拟量输入值为只读数据。

12） 模拟量输出（AQ）。

S7-200 SMART将一个字长的数字量用D-A转换器转换为外界的模拟量，用区域标识符AQ、数据长度W （字）和字节的起始地址来表示存储模拟量输出的地址，如AQW16。 因为模拟量输出是一个字长，应从偶数字节开始存放，模拟量输出值是只写数据，用户不能读取模拟量输出值。

13） 顺序控制继电器（S）_。

顺序控制继电器（SCR）用于组织设备的顺序操作，SCR提供控制程序的逻辑分段，与顺序控制继电器指令配合使用。

14） CPU存储器的范围与特性。

S7-200 SMART CPU存储器的范围如表3-2所示。

在本机集成的数字量输入或输出点数不能满足用户要求时，可通过数字量扩展模块来增加其输入或输出点数。数字量扩展模块如表3-3所示。

（1）数字量输入电路

图3-12是S7-200 SMART的直流输入点的内部电路和外部接线图。图中只画出一路输入电路。1M是输入点各内部输入电路的公共点。S7-200 SMART可以既可用CPU模块提供的DC 24V电源，也可以用外部稳压电源提供的DC 24V作输入回路电源。CPU模块提供的 DC 24V电源，还可以用于外部接近开关、光电开关之类的传感器。CPU的部分输入点和数 字量扩展模块的输入点的输入延迟时间可用编程软件的系统块来设定。

当图3-12中的外接触点接通时，光耦合器中两个反并联的发光二极管中的一个亮，光敏晶体管饱和导通，信号经内部电路传送给CPU模块；外接触点断开时，光耦合器中的发光二极管熄灭，光敏晶体管截止，信号则无法传送给CPU模块。显然，可以改变图3-12中输入回路的电源极性。

图3-12中电流从输入端流入，称为漏型输入。将图中的电源反接，电流从输入端流出，称为源型输入。

（2）数字量输出电路

S7-200 SMART的数字量输出电路的功率元件有驱动直流负载的场效应晶体管（MOSFET）和既可驱动交流负载又可驱动直流负载的继电器，负载电源由外部提供。输出电路一般分为若干组，对每一组的总电流也有限制。

图3-13是继电器输出电路，继电器同时起隔离和功率放大作用，每一路只给用户提供一对常开触点。

图3-14是使用场效应晶体管（MOSFET）的输出电路。输出信号送给内部电路中的输出锁存器，再经光耦合器送给场效应晶体管，后者的饱和导通状态和截止状态相当于触点的接通和断开。图中的稳压管用来抑制关断过电压和外部浪涌电压，以保护场效应晶体管，场效应晶体管输出电路的工作频率可达l00kHz。

继电器输出模块的使用电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但是动作速度较慢，寿命（动作次数）有一定的限制。如果系统输出量的变化不是很频繁，则建议优先选用继电器型的输出模块。继电器输出的开关延时最大10ms,无负载时触 点的机械寿命为10000000次，额定负载时触点寿命100000次。

场效应晶体管输出模块用于直流负载，它的反应速度快、寿命长，但过载能力较差。

在工业控制中，某些输入量（如温度、压力、流量等）是模拟量，某些执行机构（如变频器、电动调节阀等）要求PLC输出模拟量信号，而PLC的CPU只能处理数字量。工业现场釆集到的信号经传感器和变送器转换为标准量程的电压或电流，再经模拟量输入模块的 A-D转换将它们转换成数字量；PLC输出的数字量经模拟量输出模块的D-A转换将其转换成模拟量，再传送给执行机构。

S7-200 SMART有5种模拟量扩展模块，如表3-4所示。

（1） 模拟量输入模块

模拟量输入模块EM AE04有4种量程，分别为0〜20mA、土10V、土5V和土2.5V。电压模式的分辨率为11位+符号位，电流模式的分辨率为11位。单极性满量程输入范围对应的数字量输出为0〜27 648。双极性满量程输入范围对应的数字量输出为-27 648〜+27 648。

（2） 模拟量输出模块

模拟量输出模块EM AQ02有两种量程，分别为土 10V和0〜20mA。对应的数字量分别 为-27 648〜+27 648和0〜27 648。电压输出和电流输出的分辨率分别为10位+符号位和10 位。电压输出时负载阻抗;电流输出时负载阻抗。

（3） 热电阻和热电偶扩展模块

热电阻模块EM AR02有两点输入，可以接多种热电阻。热电偶模块EM AT04有4点输入，可以接多种热电偶。它们的温度测量的分辨为0.1°C/0.1°F。电阻测量的分辨率为15位+符号位。

S7-200 SMART 4种信号板。1点模拟量输出信号板SB AQ01 （如图3-15所示）的输出量程为±10v和0〜20mA。电压分辨率分别为11位+符号位，电流分辨率为11位。

SB DT04 （如图3-16所示）为两点数字量直流输入/两点数字量场效应晶体管直流输出信号板。

SB CM01 （如图3-17所示）为RS 485/RS 232信号板，可以组态为RS485或RS 232通信端口。

SBBA01为电池信号板，使用CR1025纽扣电池，能维持实时时钟运行大约一年。