西门子PLC200编程入门教程,西门子S7-200编程实例

题图来自Unsplash，基于CC0协议

导读

大家好， 想要踏入工业自动化领域， 掌握一种PLC编程语言是至关重要的第一步。而西门子的S7-200系列小型可编程逻辑控制器（PLC）因其性价比高、功能实用性强， 成为许多初学者的理想选择。本文将为你提供一个关于S7-200 PLC编程的入门指南， 无论你是电气工程初学者还是转行者， 这份教程都能帮助你打下坚实的基础。

什么是PLC？

首先， 我们需要理解PLC是什么。PLC是可编程逻辑控制器的简称， 它是一种专门为工业环境设计的数字运算操作电子装置。它采用可编程存储器存储程序， 用于逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作， 并通过数字或模拟输入/输出控制各种类型的机械设备或生产过程。简单来说， PLC就像是工业控制的“大脑”，能根据设定的程序自动执行控制任务。

S7-200系列PLC介绍

西门子S7-200是Simatic S7家族中的一员，属于面向小型自动化系统的入门级产品。它体积小巧，结构紧凑，具有模块化设计，便于扩展和集成。S7-200 CUS V4.0生成的代码是原生的、bin格式的，与后续的新型系列如SMART系列（S7-1200/S7-1500）不兼容。虽然它和通常我们所说的“西门子PLC200”（很多时候就是指S7-200）指的是同一个市场范畴，但请注意S7是西门子PLC的统一代号，S7-200就是该代号下的经典系列。这里我们统称S7-200即指西门子的这一系列小型PLC。

开始学习之前

在着手编程之前， 配置好硬件环境是基础。

• 编程软件下载： 关键的第一步是获取编程软件。西门子官方提供了Step 7-Micro/WIN V4.0 或 V5.1版本的编程软件。这个软件是免费下载的，你可以在西门子的官方网站（Siemens China or全球网站）的下载中心找到“Step 7-Micro/WIN"，并确保选择与你的硬件版本兼容的软件。早期的S7-200通常使用4.0版本，部分SMART系列可能有兼容考虑，但请注意版本限制。
  • 重要提示： V4.0 Smart V4.0是兼容且功能接近于S7-200，但并非所有项目都能100%兼容后续版本。如有疑问，可以考虑寻找第三方通用兼容编程软件如Codesys兼容包，但原厂软件在系统性和兼容性上更有保障。请务必对应你的CPU版本下载正确的软件，否则无法正确下载程序。
• 编程手册： 在遇到问题时，编程手册是不可多得的资源。S7-200基本指令系统、指令表以及编程手册都是免费提供的，同样在西门子官网的文档中心可以找到这些PDF文件。这些手册对于理解PLC的内部工作原理和指令功能非常重要。

进入编程世界

PLC的编程通常采用多种逻辑语言，对于S7-200来说，最常用且基础的是梯形图( Ladder Diagram )语言，它模拟了继电器控制电路图，对于电气背景或具有逻辑电路基础的人来说学习起来相对容易上手。

1. 软件界面与基本操作

• 下载并安装好编程软件后，打开Step 7-Micro/WIN。
• 新建一个项目(Project)，给你的项目起个名字。
• 添加一个PLC站，选择与你下载的软件版本匹配的CPU模块，例如“CPU 224”。这个CPU类型会决定你的最大程序容量。
• 双击CPU进行属性设置，确认I/O地址、通信口/串口参数等。
• 编程方式： 通常分成两种，一种是在右侧面板输入指令+配置符号表/注释，适合对程序有全面了解的用户。另一种是直接在图表上拖拽梯形图指令、连线，自动完成梯形图的生成和SFC流程图生成功能，用户可修改或调整。

2. 梯形图基本结构

PLC程序由一个个逻辑块(Ladder Rungs)组成。每个逻辑块描述了特定的控制功能或状态。梯形图的基本组成元素包括：

• 母线： 左侧是电源的相线（Main Line，逻辑块开始前靠左），右侧是从电源中性线侧（返回线，End Line）。运行时梯形図线上的触点闭合或线圈得电，将导致右侧母线之间形成由逻辑 (即触点状态 ) 决定的能量流。
• 触点： 代表逻辑输入或内部由程序产生的信号。有常开(NO)和常闭(NO)两种。
• 线圈： 最终执行操作的部分，如置1(使能))、置0(复位)、启动升弓)、数据传送)、生成中断请求)等等。
• 功能块/FB: 代码段的调用位置，用于实现较长的复杂程序或特定算法。

3. 常用基本指令与功能 (指令集概览)

S7-200的指令集包含位逻辑、定时器、计数器、移位寄存器以及基本算术运算等功能。

• 位逻辑指令：

  • LD/P或 A/ N/ X/ O (AND/OR的基本组合)：基本的 logic building 块，用于组合输入信号。
  • = (MOV, =):( LAD)**= 用于将L(左边)DI/SQ中的结果写入MOV`( Move )源操作数据寄存器。
  • X/ M(AND) (O / LD )：与( AND )/或(OR)指令的变体.
  • WR： W ( Write ) ( Right ) 将输出寄存器的值写入 L ( Load ). ^M)/(=? 这个就是 LAD 方式中常用的变化.
  • NOT: C(NON) ("圈"x)：实现信号的反相（Negate）功能。
  • 重点！一定要看清指令符号！注意区别 AND( A ) 和 EX-OR *JN/ J P，后者是异或（Exclusive OR）。
  • 传感器接口： 理解输入信号是上升沿(R) (由断开到闭合) 、下降沿(F) (由高电平变到低电平) 、保持住(H) (线圈保持) 还是 出错时相反？ 这对于处理按钮、限位开关及传感器信号至关重要. S7-200还支持包括脉冲检测、跳变检测（+1、-1、0）功能，这些在 X 手册里可以找到。

• 定时器指令：

  • TON：延时触点，输入启动后，到达设定时间延时（PT， Pulse Time）才（由断开变为闭合）吸合。
  • TOF：反延时触点，输入启动后（由闭合变为断开），到达设定时间延时才吸合（即断开变为闭合，反过来？NO，TOF是下图；TON是上方图的操作模式。） 示例：上电启动 TON、停止 TOF。
  • T_OFF： 停止计时器 TOF. （注意：TON是启动执行；TOF是在检测到断信号时开始计时）
  • 定时器的应用非常广泛，模拟延时电路逻辑、模拟时钟控制等。

• 计数器指令：

  • CTU：递增计数器，当前值不断+1，当达到预置值（PV， Preset Value）时产生信号（通常用它加到一个线圈来切换风扇/水阀，或当上限解除后达到PLC的运行状态）。
  • CTD: Down Counter - 当前值不断-1，当归零时产生信号（常用于倒计时）。
  • 计数器可以帮助你真实地模拟产品计数、机床工作循环次数等逻辑。

• 基本数据操作：

  • S7-200的存储器，分为位存储器(M)、字存储器(V)、双字存储器、以及一些特殊寄存器(SM)， I、Q都是保留给输入/输出数据的特定存储区。
  • 基本的赋值和算术运算如 LDI( L1 )， ^O ( ORNOT ) ， +， −， >, <, = E, ≼ <=, 等等。要查看实项支持，请查阅 JAE/ JOVE 教学块或 MM: JOVE JMP 教学者可以查阅高级手册。

4. 编写简单程序示例

假设我们要实现一个简单的控制逻辑：一个启动按钮按下后，电动机（Q0.0输出点）才开始启动运行，停止按钮按下时停止运行。

• 程序步骤：
  1. 将启动按钮（比如I0.0）的状态赋值给一个内部继电器（比如M0.0）或者直接使用它。
  2. 将停止按钮（比如I0.1）的状态赋值给另一个内部继电器（比如M0.1）或者直接使用。
  3. 程序逻辑：当启动按钮按下（I0.0闭合，逻辑值为1）时，将启动中间继电器（M0.0=1），并将此信号传递给电动机启动线圈（M0.0驱动Q0.0）。
  4. 当停止按钮按下（I0.1闭合，逻辑值为1）时，将停止中间继电器（M0.1=1），将其设定为关闭电动机。可以在程序中检测到该信号，并使Q0.0输出大幅度下降。
  5. 在上面梯形图中，我们可以这样设计：左侧请求LD I0.0 = M0.0 ^TON M0.0 M0.0 ( K1= ) 查询 – 这个更复杂。实际上，梯形图应该是：一个分支，上边为 PLC ST- UP 启M0.0 Q0.0. 另一分支下边为LD I0.1 停M0.1 M0.1 ( K1 ) – 代码块：当" I0.1" " NO:" 断开时，M0.1 A I0.1 ( ^M0.0 ) 阶 M0.0 Q0.0 – 说人话就是：电动机遇到启动I0.0 AND右母线闭合）时依赖LD ( = ) M0.0 Q0.0；遇到停止I0.1 LD AND(INV) (= NOT M0.0)
  6. 下载到PLC，根据实际接线进行调试。

5. 语言学习与编程流程

除了梯形图，你还需要知道PLC支持的语言还有：

• 语句表(STL): 类似汇编语言，功能强大但较为底层，硬拷贝 JUMP 命令列表；这个命令列表是什么

• 顺序功能图(SFC): 描述流程的逻辑，适合描述有步骤的流程控制，比如自动流水线操作。

进阶与技巧

• 通信： S7-200支持PC/PPI和PPI串口通信。你需要配置好PC的串口，或者PLC的通信口（多通道CPU可选），一般的简单模拟操作可能只需要连接一根USB232/USB转PPICABLE即可。
• 看门狗(WD)： PLC会监控程序执行时间，如果太长，可以触发复位。
• 强制与清除： PC 软件中常用的是“强制为1”、“强制为0”、“清除强制”。
• 错误处理： PLC程序通常需要考虑可能的故障情况。理解EventType表和如何写响应程序或处理中断是后续核心技术。

最后，建议

编程不是一蹴而就的，这是一个需要实践和经验积累的过程。不要怕犯错，多看手册，多练习。每一个S7-200项目都是一段奋斗的回忆！如果找到了合适的实例，对照着学习和修改，效果会更好。祝你学习顺利，早日掌握西门子S7-200的编程技巧！