试，既安全，又快捷方便。这就大大缩短了应用设计和调试周期，特别是在老厂控制系统的技术改造中更能发挥优点。在用户维修方面，由于PLC本身的故障率极低，维修工作量很小；并且PLC有完善的自诊断和显示功能，即当PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或在线编程器上提供的信息，迅速地查明原因，如果是PLC本身的故障，可以用更换模块的方法迅速排除，因此维修极为方便。
4. 功能完善、功用性强 现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算和数据处理等功能。因此，它既可对开关量进行控制，又可对模拟量进行控制；既可以控制单台设备，又可控制一条生产线或全部生产工艺过程。PLC还具有通信联网功能，可与相同或不同类型的PLC 联网，并可与上位机通信构成分布式控制系统。由于PLC产品的系列化和模块化，PLC配备有品种齐全的多种硬件装置供用户选用，可以组成能满足各种控制要求的控制系统。
5. 体积小，能耗低 以西门子中小型S7-300 PLC为例，314CPU模块可以扩展为 512点开关量，64路模拟量，其外形尺寸为 8Omm3125mm3130mm 重量仅0.53千克，消耗功率为8W。由于体积小，PLC很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
6. 性能价格比高 PLC系统的基本特点是：可靠、方便、通用、价廉。
1.3 可编程序控制器的分类
可编程序控制器发展很快，全世界有几百家工厂正在生产几千种不同型号的PLC。从组成结构形式上可以将这些 PLC 分为两类：一类是一体化整体式结构 PLC，另一类是标准模板式结构的 PLC。其特点是电源、中央处理器(CPU)、I/O 接口都集成在一个机壳内。它们的电源模块、CPU模块、开关量I/O模块、模拟量I/O模块等在结构上是相互独立的，可根据具体的应用要求，选择合适的模块，安装在固定的机架或导轨上，构成一个完整的PLC应用系统。
1. 根据结构形状分类
按结构形状分类，PLC 可分为整体或机架模块式两种。
整体式结构的PLC是将中央处理机，电源部件。输入和输出部件集中配置在一起，结构紧凑，体积小，重量轻，价格低，小型PLC常采用这种结构，适用于工业生产中的单机控制。
机架模块式PLC是将各部分单独的模块分开，如中央处理机模块、电源模块、输入模块输出模块等。使用时可将这些模块分别插入机架底板的插座上，配置灵活、方便、便于扩展。可根据生产实际的控制要求配置各种不同的模块，构成不同的控制系统，一般大、中型PLC采用这种结构。
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2. 根据 I/O 点数和功能分类
按PLC的I/O点数，存储容量和功能来分。大体可以分为：大、中、小三个等级。小型PLC的I/O点数在120点以下，用户程序存储器容量为 2K 字节以下，具有逻辑运算、定时、计数等功能，它适合开关量的场合，可用它实现条件控制、定时、计数控制，顺序控制等。也有些小型PLC增加了模拟量处理，算术运算功能其应用更广。
中型PLC的I/O点数在l20~512点之间，用户程序存储器容量达到 2-8K字节，具有逻辑运算、算术运算、数据传递、数据通信、模拟量输入输出等功能，可完成即有开关量又比模拟量较为复杂的控制。
大型PLC的I/O点数在512点以上，用户程序存储器容量达到 8K字节或 8K字节以上。具有数据运算、模拟调节、联网通信、监视、记录、打印等功能。能进行中断控制、智能控制、远程控制。在用于大规模的过程控制中，可构成分布式控制系统。
超大型PLC I/O 点数在896点以上，内存容量在 13KB 以上。
大型和超大型 PLC 除具有中、小型 PLC 的功能外，还增强了编程终端的处理能力和通信能力，适用于多级自动控制和大型分散控制系统。
1.4 可编程序控制器的基本组成
可编程序控制器构成的基本控制系统结构简图如图 1.1所示。其中可编程序控制器的基本组成为电源、中央处理器(CPU)、存储器和I/0模板。
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图 1.1 PLC 控制系统结构图
Fig. 1.1 PLC control system structural diagram
下面分别对中央处理器(CPU)、存储器和I/O模板作简单介绍。
1. 中央处理器 (CPU) 是可编程序控制器的神经中枢，是系统的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能，可完成以下任务：
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(1) 接收并存储用户程序和数据。
(2) 用扫描的方式接收现场输入设备的状态和数据。
(3) 诊断电源、PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误。 (4) 完成用户程序中规定的逻辑运算和算术运算任务。
(5) 更新有关标志位的状态和输出状态寄存器的内容，实现输出控制、数据通信等功能。
2. 存储器 存储器是一种记忆部件。它用来存储数据或程序，主要包括随机存取存储器(RAM)和 EPROM。RAM中的用户程序可以用 EPROM写入器写入到 EPROM 芯片中。写入了用户程序的 EPROM 又可以通过外部接口与主机连接，然后让主机按 EPROM 中的程序运行。EPROM 是可擦写可编程的只读存储器，如果存储的内容不需要时，可以用紫外线擦出器擦除，重新写入新的程序。
由于PLC的软件由系统软件和应用软件构成，因此 PLC的存储器可分为系统程序存储器和用户程序存储器。把存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。不同类型的PLC其存储容量各不相同，但根据其工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域。
(1) 系统程序存储区 在系统程序存储区中，存放着相当于计算机操作系统的系统程序。它包括监视程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断程序等。由制造商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取。
(2) 系统 RAM 存储区 系统RAM存储区包括I/O映像区以及各类软设备(如各种逻辑线圈、数据存储器、计时器、累加器、变址寄存器等)存储区。
(3) 用户程序存储区 用户程序存储区存放用户编制的应用控制程序，不同类型的PLC，其存储容量各不相同。有些PLC的存储容量可以根据用户的需要加以改变。
3. I/O [输入/输出 (I/O)] 模块 它是CPU与现场I/O设备或其它外部设备的桥梁。PLC提供了具有各种操作电平与输出驱动能力的I/O模块和各种用途的功能模块供用户选用。
一般PLC均配置I/O电平转换及电气隔离。输入电平转换是用来将输入端不同电压或电流信号源转换成微处理器所能接收的低电平信号；输出电平转换是用来将微处理器控制的低电平信号转换为控制设备所需的电压或电流信号；电气隔离是在微处理器与I/O回路之间采用的防干扰措施。
I/O模块既可以与CPU放置在一起，又可远程放置。一般I/O模块具有I/O状态显示和接线端子排。另外，有些PLC还具有一些其它功能的I/0模块，如串/并行变换、数据传递、A/D或D/A转换及其它功能控制等。
4. 电源 电源部件将交流电源转换成供PLC的中央处理器，存储器等电子工作所需要的直流电源。使PLC能正常工作，PLC内部电路使用的电源是整机的能源供给中心，它的好坏直接影响PLC的功能和可靠性。
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1.5 PLC与工业控制计算机的比较
工业控制计算机是通用微型计算机适应工业生产控制要求发展起来的一种控制设备。硬 件结构方面总线标准化程度高、兼容性强，而软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂、计算工作量大的工业对象的控制占有优势。但是，使用工业控制机控制生产工艺过程，要求开发人员具有较高的计算机专业知识和微机软件编程的能力。
PLC 最初是针对工业顺序控制应用而发展来的，硬件结构专用性强，通用性差，很多优秀的微机软件也不能直接使用，必须经过二次开发。但是，PLC 使用了工厂技术人员熟悉的梯形图语言编程，易学、易懂、便于推广应用。
从可靠性方面看，PLC 是专为工业现场应用而设计的，结构上采用整体密封或插件组合 型，并采取了一系列抗干扰措施，具有很高的可靠性。而工业控制计算机虽然也能够在恶劣的工业环境下可靠运行，但毕竟是由通用计算机发展而来，在整体结构上要完全适应现场生 产环境，还要做工作。另一方面，PLC 用户程序是在 PLC 监控程序的基础上运行的，软件方 面的抗干扰措施，在监控程序里已经考虑得很周全，而工业控制计算机用户程序则必须考虑 抗干扰问题，一般的编程人员很难考虑周全，这也是工业控制计算机应用系统比 PLC 应用系统可靠性低的原因。
尽管现代 PLC 在模拟量信号处理、数值运算、实时控制等方面有了很大提高，但在模型复杂、计算量大且较难、实时性要求较高的环境中，工业控制计算机则更能发挥其专长。
1.6 可编程序控制器的应用
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保以及文化娱乐等各行各业。随着PLC性能价格比的不断提高，其应用范围将不断扩大。其应用范围大致可归纳为如下几类：
1. 开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制、顺序控制、可用于单机控制、多机群控、自动化生产线的控制等。
2. 位置控制 大多数的PLC制造商，目前都提供拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块。这一功能可广泛用于各种机械设备。
3. 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过模拟量I/O模块，实现模拟量与数字量之间的A/D、D/A转换，并对模拟量进行PID闭环控制。现代的大、中型PLC一般都有PID闭环控制模型。这一功能可用PID子程序来实现，也可用专用的智能PID模块实现。
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4. 数据处理 现代的PLC具有数学运算、数据传递、转换、排序和查表、位操作等功能，也能完成数据的采集、分析和处理。这些数据可通过通信接口传送到其它智能装置进行处理。
5. 通信联网 PLC的通信包括PLC相互之间、PLC与上位计算机、PLC和其它智能设备间的通信。PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，满足工厂自动化系统发展的需要。各 PLC 系统或远程 I/O 模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络连接构成集中管理信息的分布式网络系统。
6. 在计算机集成制造系统(CIMS)中的应用近年来，计算机集成制造系统广泛应用于生产过程中。一般的CIMS可划分为六级子系统：第1级为现场级，包括各种设备，如传感器和各种电力、电子、液压和气动执行机构生产工艺参数的检测；第2级为设备控制级，它接收各种参数的检测信号，按照要求的控制规律实现各种操作控制；第3级为过程控制级，完成各种数学模型的建立，过程数据的采集处理。以上3级属于生产控制级，也称为 EIC 综合控制系统。由此向上的4、5、6级分别为在线作业管理、计划和业务管理及长期经营规划管理，通称为管理信息系统 (MIS)。
EIC 综合控制系统是一种先进的工业过程自动化系统，它包括3个方面的内容：电气控制，以电动机控制为主，包括各种逻辑联锁和顺序控制；仪表控制，实现以PID为代表的各种回路控制功能，包括各种工业过程参数的检测和处理；计算机系统，实现各种模型的计算、参数的设定、过程的显示和各种操作运行管理。 PLC就是实现 EIC 综合控制系统的整机设备，由此可见，PLC在现代工业中的地位是十分重要的。
第二章 西门子S7-200型可编程序控制器
2.1 西门子S7-200系列PLC
2.1.1 西门子S7-200系列PLC介绍
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)等产品。
西门子 S7-200 系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自
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