2.3　S7-200系列PLC内部元器件及寻址方法

2.3.1　S7-200执行程序的过程

1.S7-200将程序和物理输入输出点联系起来

S7-200的基本操作非常简单，分为三个过程：

（1）CPU读输入状态。

（2）CPU中存储的程序利用输入执行控制逻辑。当程序运行时，CPU刷新有关数据。

（3）CPU将计算后的数据写到输出。

图2-5给出了一个简图，说明一个继电器如何与S7-200联系起来。在本例中，电动机启动开关的状态和其他输入点的状态结合在一起。它们计算的结果，最终决定了控制执行机构启动电动机的输出点状态。

2.S7-200在扫描循环中完成任务

S7-200周而复始地执行一系列任务。任务循环执行一次称为一个扫描周期。如图2-6所示，在一个扫描周期中，S7-200将执行部分或全部下列操作：

（1）读输入：S7-200将物理输入点上的状态复制到输入过程映像寄存器中。

（2）执行逻辑控制程序：S7-200执行程序指令并将数据存储在各种存储区中。

（3）处理通信请求：S7-200执行通信任务。

（4）执行CPU自诊断：S7-200检查固件、程序存储器和扩展模块是否工作正常。

（5）写输出：在输出过程映像寄存器中存储的数据被复制到物理输出点。

用户程序的执行取决于S7-200是处于停止模式还是运行模式。当S7-200处于运行模式时，CPU执行程序；当S7-200处于停止模式时，CPU不执行程序。

2.3.2　数据存储类型

1.数据的长度

在计算机中使用的都是二进制数，其最基本的存储单位是位（bit），8位二进制数组成1个字节（Byte），其中的第0位为最低位（LSB），第7位为最高位（MSB）。两个字节（16位）组成1个字（Word），两个字（32位）组成1个双字（Double word）。把位、字节、字和双字占用的连续位数称为长度。

二进制数的“位”只有0和1两种取值，开关量（或数字量）也只有两种不同的状态，如触点的断开和接通，线圈的失电和得电等。在S7-200梯形图中，可用“位”描述它们，如果该位为1则表示对应的线圈为得电状态，触点为转换状态（常开触点闭合、常闭触点断开）；如果该位为0，则表示对应线圈、触点的状态与前者相反。

2.数据类型及数据范围

S7-200系列PLC的数据类型可以是字符串、布尔型（只有0或1两个值）、整数型和实数型（浮点数）。不同长度的数据表示的十进制和十六进制数范围如表2-7所示。

3.常数

S7-200的许多指令中常会使用常数。常数的数据长度可以是字节、字和双字。CPU以二进制的形式存储常数，书写常数可以用二进制、十进制、十六进制、ASCII码或实数等多种形式。书写格式如下：

十进制常数：1234；十六进制常数：3AC6；二进制常数：1010 0001 1110 0000；ASCII码：“Show”；实数（浮点数）：+1.175495E-38（正数），-1.175495E-38（负数）。

2.3.3　编址方式

可编程控制器的编址就是对PLC内部的元件进行编码，以便程序执行时可以唯一地识别每个元件。PLC内部在数据存储区为每一种元件分配一个存储区域，并用字母作为区域标志符，同时表示元件的类型。如：数字量输入写入输入映像寄存器（区标志符为I），数字量输出写入输出映像寄存器（区标志符为Q），模拟量输入写入模拟量输入映像寄存器（区标志符为AI），模拟量输出写入模拟量输出映像寄存器（区标志符为AQ）。除了输入输出外，PLC还有其他元件：V表示变量存储器；M表示内部标志位存储器；SM表示特殊标志位存储器；L表示局部存储器；T表示定时器；C表示计数器；HC表示高速计数器；S表示顺序控制存储器；AC表示累加器。

若要存取存储区的某一位，则必须指定地址，包括存储器标识符、字节地址和位号。图2-7是一个位寻址的例子（也称为“字节.位”寻址）。在这个例子中，存储器区、字节地址（I代表输入，3代表字节3）和位地址（第4位）之间用点号（“.”）相隔开。若要存取存储区的某一位，则必须指定地址，包括存储器标识符、字节地址和位号。

若要存取CPU中的一个字节、字或双字数据，则必须以类似位寻址的方式给出地址，包括存储器标识符、数据大小以及该字节、字或双字的起始字节地址。存储器的单位可以是位（bit）、字节（Byte）、字（Word）、双字（Double Word），那么编址方式也可以分为位、字节、字、双字编址。

掌握各元件的功能和使用方法是编程的基础。下面将介绍元件的编址方式：

1.位编址

位编址的指定方式为：（区域标志符）字节号.位号，如I0.0；Q0.0；I1.2。

2.字节编址

字节编址的指定方式为：（区域标志符）B（字节号），如IB0表示由I0.0～I0.7这8位组成的字节。如图2-8所示。

3.字编址

字编址的指定方式为：（区域标志符）W（起始字节号），且最高有效字节为起始字节。例如VW0表示由VB0和VB1这2字节组成的字。如图2-8所示。

4.双字编址

双字编址的指定方式为：（区域标志符）D（起始字节号），且最高有效字节为起始字节。例如VD0表示由VB0到VB3这4字节组成的双字。如图2-8所示。

2.3.4　寻址方式

1.直接寻址

直接寻址是在指令中直接使用存储器或寄存器的元件名称（区域标志）和地址编号，直接到指定的区域读取或写入数据。有按位、字节、字、双字的寻址方式，如图2-7和图2-8所示。

2.间接寻址

间接寻址时操作数并不提供直接数据位置，而是通过使用地址指针来存取存储器中的数据。在S7-200中允许使用指针对I、Q、M、V、S、T、C（仅当前值）存储区进行间接寻址。

（1）使用间接寻址前，要先创建一指向该位置的指针。指针为双字（32位），存放的是另一存储器的地址，只能用V、L或累加器AC作指针。生成指针时，要使用双字传送指令（MOVD），将数据所在单元的内存地址送入指针，双字传送指令的输入操作数开始处加&符号，表示某存储器的地址，而不是存储器内部的值。指令输出操作数是指针地址。例如：MOVD & VB200，AC1指令就是将VB200的地址送入累加器AC1中。

（2）指针建立好后，利用指针存取数据。在使用地址指针存取数据的指令中，操作数前加“*”号表示该操作数为地址指针。例如：MOVW *AC1 AC0//MOVW表示字传送指令，指令将AC1中的内容为起始地址的一个字长的数据（即VB200、VB201内部数据）送入AC0内。如图2-9所示。

2.3.5　编程元件功能及地址分配

1.输入映像寄存器（输入继电器）I

（1）输入映像寄存器的工作原理

输入继电器是PLC用来接收用户设备输入信号的接口。PLC中的“继电器”与继电器控制系统中的继电器有本质性的差别，是“软继电器”，它实质是存储单元。每一个“输入继电器”线圈都与相应的PLC输入端相连（如“输入继电器”1I0.0的线圈与PLC的输入端子0.0相连），当外部开关信号闭合，则“输入继电器的线圈”得电，在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。由于存储单元可以无限次地读取，所以有无数对常开、常闭触点供编程时使用。编程时应注意，“输入继电器”的线圈只能有外部信号来驱动，不能在程序内部用指令来驱动，因此，在用户编制的梯形图中只应出现“输入继电器”的触点，而不应出现“输入继电器”的线圈。

（2）输入映像寄存器的地址分配

S7-200输入映像寄存器区域有IB0～IB15共16个字节的存储单元。系统对输入映像寄存器是以字节（8位）为单位进行地址分配的。输入映像寄存器可以按位进行操作，每一位对应一个数字量的输入点。如CPU224的基本单元输入为14点，需占用2×8=16位，即占用IB0和IB1两个字节。而I1.6、I1.7因没有实际输入而未使用，用户程序中不可使用。但如果整个字节未使用如，则可作为内部标志位（M）使用。

输入继电器可采用位、字节、字或双字来存取。输入继电器位存取的地址编号范围为I0.0～I15.7。

2.输出映像寄存器（输出继电器）Q

（1）输出映像寄存器的工作原理

“输出继电器”是用来将输出信号传送到负载的接口，每一个“输出继电器”线圈都与相应的PLC输出相连，并有无数对常开和常闭触点供编程时使用。除此之外，还有一对常开触点与相应PLC输出端相连（如输出继电器Q0.0有一对常开触点与PLC输出端子0.0相连），用于驱动负载。输出继电器线圈的通断状态只能在程序内部用指令驱动。

（2）输出映像寄存器的地址分配

S7-200输出映像寄存器区域有QB0～QB15共16个字节的存储单元。系统对输出映像寄存器也是以字节（8位）为单位进行地址分配的。输出映像寄存器可以按位进行操作，每一位对应一个数字量的输出点。如CPU224的基本单元输出为10点，需占用2×8=16位，即占用QB0和QB1两个字节。但未使用的位和字节均可在用户程序中作为内部标志位使用。

输出继电器可采用位、字节、字或双字来存取。输出继电器位存取的地址编号范围为Q0.0～Q15.7。

以上介绍的两种软继电器都是和用户有联系的，因而是PLC与外部联系的窗口。下面所介绍的则是与外部设备没有联系的内部软继电器。它们既不能用来接收用户信号，也不能用来驱动外部负载，只能用于编制程序，即线圈和接点都只能出现在梯形图中。

3.变量存储器V

变量存储器主要用于存储变量。可以存放数据运算的中间运算结果或设置参数。在进行数据处理时，变量存储器会被经常使用。变量存储器可以是位寻址，也可按字节、字、双字为单位寻址，其位存取的编号范围根据CPU的型号有所不同，CPU221/222为V0.0～V2047.7共2KB存储容量，CPU224/226为V0.0～V5119.7共5KB存储容量。

4.内部标志位存储器（中间继电器）M

内部标志位存储器，用来保存控制继电器的中间操作状态，其作用相当于继电器控制中的中间继电器。内部标志位存储器在PLC中没有输入/输出端与之对应，其线圈的通断状态只能在程序内部用指令驱动，其触点不能直接驱动外部负载，只能在程序内部驱动输出继电器的线圈，再用输出继电器的触点去驱动外部负载。

内部标志位存储器可采用位、字节、字或双字来存取。内部标志位存储器位存取的地址编号范围为M0.0～M31.7共32个字节。

5.特殊标志位存储器SM

PLC中还有若干特殊标志位存储器，特殊标志位存储器位提供大量的状态和控制功能，用来在CPU和用户程序之间交换信息。特殊标志位存储器能以位、字节、字或双字来存取，CPU224的SM的位地址编号范围为SM0.0～SM179.7共180个字节。其中SM0.0～SM29.7的30个字节为只读型区域。

常用的特殊存储器的用途如下：

SM0.0：运行监视。SM0.0始终为“1”状态。当PLC运行时可以利用其触点驱动输出继电器，在外部显示程序是否处于运行状态。

SM0.1：初始化脉冲。每当PLC的程序开始运行时，SM0.1线圈接通一个扫描周期，因此SM0.1的触点常用于调用初始化程序等。

SM0.3：开机进入RUN时，接通一个扫描周期，可用在启动操作之前，给设备提前预热。

SM0.4、SM0.5：占空比为50％的时钟脉冲。当PLC处于运行状态时，SM0.4产生周期为1min的时钟脉冲，SM0.5产生周期为1s的时钟脉冲。若将时钟脉冲信号送入计数器作为计数信号，可起到定时器的作用。

SM0.6：扫描时钟，1个扫描周期闭合，另一个为OFF，循环交替。

SM0.7：工作方式开关位置指示，开关放置在RUN位置时为1。

SM1.0：零标志位，运算结果为0时，该位置1。

SM1.1：溢出标志位，运算结果溢出或非法值时，该位被置1。

SM1.2：负数标志位，运算结果为负数时，该位被置1。

SM1.3：被0除标志位。

其他特殊存储器的用途可查阅相关手册。

6.局部变量存储器L

局部变量存储器L用来存放局部变量，局部变量存储器L和变量存储器V十分相似，主要区别在于全局变量是全局有效，即同一个变量可以被任何程序（主程序、子程序和中断程序）访问。而局部变量只是局部有效，即变量只和特定的程序相关联。

S7-200有64个字节的局部变量存储器，其中60个字节可以作为暂时存储器，或给子程序传递参数。后4个字节作为系统的保留字节。PLC在运行时，根据需要动态地分配局部变量存储器，在执行主程序时，64个字节的局部变量存储器分配给主程序，当调用子程序或出现中断时，局部变量存储器分配给子程序或中断程序。

局部存储器可以按位、字节、字、双字直接寻址，其位存取的地址编号范围为L0.0～L63.7。

L可以作为地址指针。

7.定时器T

PLC所提供的定时器作用相当于继电器控制系统中的时间继电器。每个定时器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用，其设定时间由程序设置。

每个定时器有一个16位的当前值寄存器，用于存储定时器累计的时基增量值（1～32767），另有一个状态位表示定时器的状态。若当前值寄存器累计的时基增量值大于或等于设定值时，定时器的状态位被置“1”，该定时器的常开触点闭合。

定时器的定时精度分别为1ms、10ms和100ms三种，CPU222、CPU224及CPU226的定时器地址编号范围为T0～T225，它们的分辨率、定时范围并不相同，用户应根据所用CPU型号及时基，正确选用定时器的编号。

8.计数器C

计数器用于累计计数输入端接收到的由断开到接通的脉冲个数。计数器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用，其设定值由程序赋予。

计数器的结构与定时器基本相同，每个计数器有一个16位的当前值寄存器用于存储计数器累计的脉冲数，另有一个状态位表示计数器的状态。若当前值寄存器累计的脉冲数大于或等于设定值时，计数器的状态位被置“1”，该计数器的常开触点闭合。计数器的地址编号范围为C0～C255。

9.高速计数器HC

一般计数器的计数频率受扫描周期的影响，不能太高。而高速计数器可用来累计比CPU的扫描速度更快的事件。高速计数器的当前值是一个双字长（32位）的整数，且为只读值。

高速计数器的地址编号范围根据CPU的型号有所不同，CPU221/222各有4个高速计数器，CPU224/226各有6个高速计数器，编号为HC0～HC5。

10.累加器AC

累加器是用来暂存数据的寄存器，它可以用来存放运算数据、中间数据和结果。CPU提供了4个32位的累加器，其地址编号为AC0～AC3。累加器的可用长度为32位，可采用字节、字、双字的存取方式，按字节、字只能存取累加器的低8位或低16位，双字可以存取累加器全部的32位。

11.顺序控制继电器S（状态元件）

顺序控制继电器是使用步进顺序控制指令编程时的重要状态元件，通常与步进指令一起使用以实现顺序功能流程图的编程。

顺序控制继电器的地址编号范围为S0.0～S31.7。

12.模拟量输入/输出映像寄存器（AI/AQ）

S7-200的模拟量输入电路是将外部输入的模拟量信号转换成1个字长的数字量存入模拟量输入映像寄存器区域，区域标志符为AI。

模拟量输出电路是将模拟量输出映像寄存器区域的1个字长（16位）数值转换为模拟电流或电压输出，区域标志符为AQ。

在PLC内的数字量字长为16位，即两个字节，故其地址均以偶数表示，如AIW0、AIW2…；AQW0、AQW2…。

对模拟量输入/输出是以2个字（W）为单位分配地址，每路模拟量输入/输出占用1个字（2个字节）。如有3路模拟量输入，需分配4个字（AIW0、AIW2、AIW4、AIW6），其中没有被使用的字AIW6，不可被占用或分配给后续模块。如果有1路模拟量输出，需分配2个字（AQW0、AQW2），其中没有被使用的字AQW2，不可被占用或分配给后续模块。

模拟量输入/输出的地址编号范围根据CPU的型号的不同有所不同，CPU222为AIW0～AIW30/AQW0～AQW30；CPU224/226为AIW0～AIW62/AQW0～AQW62。

2.3.6　扩展I/O编址

前面介绍了CPU上集成的I/O的编址，知道CPU提供的集成I/O具有固定的I/O地址。对于扩展I/O的编制，可以将扩展模块连接到CPU的右侧来增加点，形成I/O链。对于同种类型的输入输出模块而言，模块的I/O地址取决于I/O类型和模块在I/O链中的位置。举例来说，输出模块不会影响输入模块上的点地址，反之亦然。类似地，模拟量模块不会影响数字量模块的地址，反之亦然。

图2-10中是一个特定的硬件配置中的I/O地址。地址间隙（用灰色斜体文字表示）无法在程序中使用。