西门子S7-200 SMART PLC 应用技术——编程、通信、装调、案例

图文并茂

紧跟技术的发展，包含S7-200 SMART支持PROFINET的新技术

大量工程实例介绍

 

 

本书对西门子S7-200 SMART PLC做了详细介绍，主要内容包括PLC硬件、PLC软件、PLC通信、PLC现场装调及诊断、PLC应用进阶，*后通过一个综合案例，帮助读者从项目全局的角度对PLC的应用进行综合理解。

本书完整地包括了西门子S7-200 SMART PLC从认识到编程、通信再到应用的整个流程，能够帮助技术人员快速掌握和使用PLC。

 

第1章 概述　/ 1

1.1　S7-200 SMART的家族地位　/ 1

1.2　S7-200 SMART的产品特点　/ 2

第2章 PLC硬件　/ 4

2.1　电源模块　/ 4

2.1.1　供电功率计算　/ 4

2.1.2　PM207电源模块　/ 5

2.2　CPU模块　/ 6

2.2.1　CPU模块概述　/ 6

2.2.2　标准型CPU模块的特点　/ 7

2.2.3　经济型CPU模块的特点　/ 10

2.3　数字量输入模块　/ 14

2.3.1　数字量输入模块概述　/ 14

2.3.2　数字量输入模块——EM DE08　/ 16

2.3.3　数字量输入模块——EM DE16　/ 17

2.4　数字量输出模块　/ 18

2.4.1　数字量输出模块概述　/ 18

2.4.2　数字量输出模块——EM DT08　/ 18

2.4.3　数字量输出模块——EM DR08　/ 19

2.4.4　数字量输出模块——EM QT16　/ 20

2.4.5　数字量输出模块——EM QR16　/ 20

2.5　数字量输入及输出模块　/ 21

2.5.1　数字量输入及输出模块概述　/ 21

2.5.2　数字量输入及输出模块——EM DT16　/ 21

2.5.3　数字量输入及输出模块——EM DR16　/ 21

2.5.4　数字量输入及输出模块——EM DT32　/ 22

2.5.5　数字量输入及输出模块——EM DR32　/ 23

2.6　模拟量输入模块　/ 24

2.6.1　模拟量输入模块概述　/ 24

2.6.2　模拟量输入模块——EM AE04　/ 25

2.6.3　模拟量输入模块——EM AE08　/ 27

2.7　模拟量输出模块　/ 28

2.7.1　模拟量输出模块概述　/ 28

2.7.2　模拟量输出模块——EM AQ02　/ 29

2.7.3　模拟量输出模块——EM AQ04　/ 30

2.8　模拟量输入及输出模块　/ 31

2.8.1　模拟量输入及输出模块概述　/ 31

2.8.2　模拟量输入及输出模块——EM AM03　/ 31

2.8.3　模拟量输入及输出模块——EM AM06　/ 32

2.9　信号板　/ 33

2.9.1　信号板概述　/ 33

2.9.2　数字量输入及输出信号板——SB DT04　/ 33

2.9.3　模拟量输入信号板——SB AE01　/ 34

2.9.4　模拟量输出信号板——SB AQ01　/ 35

2.9.5　串行通信信号板——SB CM01　/ 35

2.9.6　电池板——SB BA01　/ 37

2.10　热电偶/热电阻扩展模块　/ 38

2.10.1　热电偶模块——EM AT04　/ 38

2.10.2　热电阻模块——EM RTD　/ 39

2.11　PROFIBUS-DP通信模块　/ 41

2.12　I/O扩展电缆　/ 43

2.13　人机界面（HMI）设备　/ 44

2.13.1　TD400C文本显示器　/ 44

2.13.2　实例：使用文本显示向导配置TD400C　/ 44

2.13.3　SMART LINE触摸屏　/ 51

2.13.4　实例：使用以太网连接SMART LINE　/ 52

2.14　存储卡　/ 55

2.14.1　存储卡的特性及功能　/ 55

2.14.2　使用存储卡恢复出厂设置　/ 55

2.14.3　使用存储卡进行固件升级　/ 55

2.14.4　使用存储卡进行程序传输　/ 56

第3章 PLC软件　/ 58

3.1　编程开发环境　/ 58

3.1.1　STEP 7-Micro/WIN SMART简介　/ 58

3.1.2　使用STEP 7-Micro/WIN SMART进行固件升级　/ 59

3.1.3　S7-200 SMART的编程语言　/ 63

3.2　编程的基本概念　/ 64

3.2.1　数据类型　/ 64

3.2.2　数据的存储方式　/ 66

3.2.3　数据存储区　/ 68

3.2.4　程序结构　/ 70

3.3　常用指令　/ 71

3.3.1　逻辑指令　/ 71

3.3.2　比较指令　/ 79

3.3.3　计数器指令　/ 84

3.3.4　定时器指令　/ 90

3.3.5　数学运算指令　/ 95

3.3.6　字符串运算指令　/ 102

3.3.7　转换指令　/ 104

3.3.8　移动指令　/ 108

3.3.9　时钟指令　/ 110

3.3.10　程序控制指令　/ 112

3.3.11　中断指令　/ 118

3.3.12　PROFINET指令　/ 119

3.4　用户指令库　/ 123

3.4.1　用户指令库概述　/ 123

3.4.2　实例：创建用户指令库　/ 124

3.5　符号表　/ 127

3.6　变量表　/ 129

3.7　组态　/ 131

3.7.1　系统块的组态　/ 131

3.7.2　数字量输入模块的组态　/ 135

3.7.3　数字量输出模块的组态　/ 135

3.7.4　模拟量输入模块的组态　/ 136

3.7.5　模拟量输出模块的组态　/ 136

3.7.6　通信模块的组态　/ 137

3.7.7　数字量信号板的组态　/ 137

3.7.8　模拟量输入信号板的组态　/ 138

3.7.9　模拟量输出信号板的组态　/ 139

3.7.10　串行通信信号板的组态　/ 140

3.7.11　电池板的组态　/ 140

3.8　工程实例　/ 141

3.8.1　灌装生产线上饮料瓶的计数　/ 141

3.8.2　空压机的延时关闭控制　/ 144

3.8.3　获取反应罐的温度（RTD热敏电阻）　/ 148

第4章 PLC通信　/ 152

4.1　串行通信　/ 152

4.1.1　自由口通信　/ 152

4.1.2　Modbus通信　/ 160

4.1.3　USS通信　/ 175

4.2　PROFIBUS-DP通信　/ 189

4.2.1　PROFIBUS-DP协议简介　/ 189

4.2.2　PROFIBUS-DP通信模块　/ 190

4.2.3　实例：使用EM DP01连接到S7-300的PROFIBUS-DP网络　/ 190

4.3　以太网通信　/ 196

4.3.1　S7通信　/ 196

4.3.2　TCP通信　/ 202

4.3.3　ISO-ON-TCP通信　/ 214

4.3.4　UDP通信　/ 222

4.3.5　OPC通信　/ 231

4.3.6　PROFINET 通信　/ 238

第5章 PLC现场装调及诊断　/ 248

5.1　安装与拆卸　/ 248

5.1.1　CPU模块的安装与拆卸　/ 248

5.1.2　扩展模块的安装与拆卸　/ 248

5.1.3　信号板/电池板的安装与拆卸　/ 249

5.2　调试　/ 250

5.2.1　组态硬件　/ 250

5.2.2　与CPU建立连接　/ 250

5.2.3　创建示例程序　/ 252

5.2.4　保存并下载示例程序　/ 252

5.2.5　在线监控示例程序　/ 254

5.2.6　在线程序比较　/ 257

5.2.7　CPU的运行与停机　/ 258

5.2.8　设置CPU的时钟　/ 259

5.3　诊断　/ 260

5.3.1　硬件信号灯的诊断　/ 260

5.3.2　CPU诊断信息　/ 262

第6章 PLC应用进阶　/ 263

6.1　高速计数器　/ 263

6.1.1　高速计数器资源　/ 263

6.1.2　高速计数器的滤波设置　/ 266

6.1.3　高速计数器指令　/ 267

6.1.4　高速计数器指令向导　/ 269

6.1.5　实例：S7-200 SMART获取流量计的数值　/ 272

6.2　PID控制　/ 277

6.2.1　开环系统与闭环系统　/ 277

6.2.2　PID控制器　/ 278

6.2.3　PID回路向导　/ 278

6.2.4　实例：S7-200 SMART对反应罐的恒温控制　/ 283

6.3　脉宽调制(PWM)技术　/ 290

6.3.1　PWM技术简介　/ 290

6.3.2　PWM向导　/ 291

6.3.3　实例：使用PWM技术控制直流电机的转速　/ 293

6.4　运动控制　/ 297

6.4.1　运动控制概述　/ 297

6.4.2　PTO及其输出方式　/ 298

6.4.3　运动控制I/O映射　/ 299

6.4.4　运动控制向导　/ 300

6.4.5　运动控制子程序　/ 312

6.4.6　认识SINAMICS V90伺服系统　/ 321

6.4.7　实例：数控机床工作台的位置控制　/ 325

第7章 综合案例：基于S7-200 SMART的整车燃油系统密封性与通气性检测　/ 338

7.1　整车燃油系统组成　/ 338

7.2　燃油系统气密性检测工艺　/ 339

7.3　硬件需求分析　/ 339

7.4　工艺步骤分析　/ 342

7.5　PLC的组态与编程　/ 343

7.6　例程应用知识点分析　/ 358

附录　/ 360

附录1　CPU接线原理图　/ 360

附录2　数字量输入模块接线图　/ 364

附录3　数字量输出模块接线图　/ 365

附录4　数字量输入及输出模块接线图　/ 369

附录5　模拟量输出模块接线图　/ 373

附录6　常用特殊存储器　/ 378

附录7　字节序　/ 379

附录8　常用Modbus功能码　/ 380

参考文献　/ 386

 

SIMATIC S7-200 SMART是西门子公司针对中国小型自动化应用市场研发的一款高性价比 PLC产品，其目标是逐步取代目前市场上的S7-200 系列PLC产品。作为 SIMATIC家族的新成员，S7-200 SMART的市场定位是小型自动化应用场合，在 SIMATIC家族中的地位介于SIMATIC LOGO! PLC和SIMATIC S7-1200系列PLC之间。

本书对西门子公司的小型 PLC产品——S7-200 SMART 做了比较全面的介绍，主要包括如下内容。

第1章简单介绍S7-200 SMART的家族地位及产品特点。第2章主要介绍S7-200 SMART的电源模块、CPU模块、输入/输出模块、扩展模块、通信模块、信号板、人机界面、存储卡等内容。第3章介绍S7-200 SMART的编程开发环境、编程的基本概念、常用指令、用户指令库、变量表、符号表的使用及系统块的组态等内容。第4章介绍基于S7-200 SMART的串行通信、PROFIBUS-DP 通信、以太网通信等内容，每一种通信都有详细的实例讲解。第5章介绍了硬件的安装、如何创建 PLC程序并下载到CPU中、如何根据CPU的LED或内部缓存进行诊断等内容。第6章介绍基于S7-200 SMART的PLC高级应用技术，包括高速计数器的使用、PID控制、脉宽调制（PWM）技术及运动控制等方面的内容。第7章通过燃油密封性监测系统的综合案例，使读者能够从项目全局的角度对本书的内容进行综合理解。

本书具有以下特点：

① 紧跟技术发展。工业自动化控制行业的技术更新换代很快，以S7-200SMART为例，2019年3月，西门子公布了CPU V2.4固件版本，从此标准型CPU开始支持PROFINET通信。这是个具有里程碑意义的事件，它标志着S7-200 SMART正式进入PROFINET大家庭，开启了“通信新纪元”。2020年1月，西门子公司公布了CPU V2.5固件版本，标准型CPU可以作为智能设备（I-Device）使用。本书第一时间增加了PROFINET通信的章节（具体可以在4.3.6节查看）。

② 大量工程实例介绍。本书的第3章、第4章、第6章及第7章有大量的工程实例，使读者从实际例程中领会书中讲解的知识点，做到学以致用。

③ 工程实例贴近市场应用。本书的实例都是根据实际工程应用而设计的。例程中的传感器/执行器都使用市场上常用的产品，读者在实际项目中可以根据书中实例进行选型设计。

④ 必要的工艺介绍。工业自动化控制必须符合生产工艺，工艺是设计的依据，也是工控系统工作的目标。本书在编写时对必要的工艺进行了介绍（比如第7章的燃油密封性测试）。读者在清楚生产工艺的情况下，才能更好地理解系统的设计及程序代码。

⑤ 提供在线反馈交流。读者可以登录网站https：//www.founderchip.com与作者进行交流。

本书在编写过程中得到了程丽元、程金凤的帮助和支持，在此表示衷心的感谢。

尽管已经尽最大努力保证内容的正确性，但限于能力，仍然可能存在疏漏。望各位读者不吝批评指正。

李杰（北岛李工）