下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
不管学习西门子哪一种PLC编程软件，需要掌握的基本内容大致如下：软件和计算机的通信设置、程序的上传和下载、程序块的添加、程序块的调用、符号表的添加和不同变量的建立、基本指令的测试和掌握、程序变量的在线监视、密码设置、断电保持设置等。以上内容在学习和实践的过程中，要深入地测试和研究并灵活掌握和应用。
不同的PLC需要使用不同的编程软件来完成（如图2.1所示），如S7-200系列、S7-300系列和S7-200 SMART系列分别有自己的编程软件。每一种软件都有不同的版本号，一般高版本编程软件可以向下兼容低版本软件编写的程序，如S7-1200和S7-1500系列均使用博图软件编程，博图软件向下兼容一个版本号，版本相差较多将无法打开所编写的程序。本书S7-200 SMART的案例程序使用的软件版本号是V2.4，S7-1200的案例程序使用的软件的版本号是TIA Portal V14，如果要查看源程序来学习本教材内容，需要从西门子官方网站下载并安装相应版本的软件。以后具体学习使用到的常用软件名称如下：
图2.1 西门子常用编程软件
S7-200系列PLC编程软件【V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9（不需要密钥）】。
S7-200 SMART系列PLC编程软件【STEP 7 MicroWIN SMART V2.4（不需要密钥）】。
S7-300系列PLC编程软件【SIMATIC_STEP7_V5.5_SP2_Chinese（需要安装密钥）】。
S7-1200系列PLC编程软件【TIA Portal V13sp1、TIA Portal V14（需要安装密钥）】。
S7-200 SMART系列触摸屏软件【WinCC flexible SMART V3（需要安装密钥）】。
本书将以S7-200 SMART系列为主来讲解西门子PLC编程。S7-200 SMART系列PLC编程软件选用STEP 7 MicroWIN SMART V2.4。
实际操作练习可购买S7-200 SMART系列的ST20，该款CPU模块自带12路数字量输入、8路数字量输出、晶体管输出，可以做2个轴的运动控制，自带1个以太网口和1个RS-485通信接口。
如图2.2所示，下载安装包之后，要进行解压缩，解压缩之后就可以安装了。计算机系统需要的是Windows 7旗舰版或者Windows 10专业版，其他版本需参考西门子软件兼容性列表。
图2.2 S7-200 SMART软件安装包
如图2.3所示，安装软件具体操作如下：双击【setup】应用程序，根据操作提示单击下一步，一直到提示安装完成，桌面出现快捷方式【STEP 7-MicroWIN SMART】，双击该快捷方式即可打开编程软件。
注意： 西门子软件安装路径不能出现汉字，还有个别软件要求安装到C盘，所以为了减少不必要的麻烦，尽量使用默认安装路径。如果需要改变路径，需尽量选择C盘或者D盘并且安装到该盘的根目录下。
如图2.4所示，软件安装完毕后，打开编程软件，将看到导航栏和工具栏所显示的很多功能。需要对图中标注的常用功能进行测试和使用，逐步熟悉并掌握。
如图2.5所示为软件导航栏【文件】下的【操作】栏。左上角为快捷方式的图标，单击后显示：新建、打开、关闭、保存等选项，通过该操作栏，可以新建项目、打开已有项目、保存当前项目或者另存为其他名称的项目。也可以通过【保存】直接保存，或者单击下方的小三角会显示【保存】和【另存为】。
图2.3 S7-200 SMART软件解压安装包后的文件列表
图2.4 S7-200 SMART编程软件常用功能
图2.5 保存操作图片
软件导航栏【文件】右下方的【传送】栏，如图2.6所示，当需要将计算机上的工程下载到CPU时选择下载功能，下载之前需要将通信电缆和计算机连接好，并且计算机已经安装好驱动，驱动一般在安装软件时自动安装好了。当需要将CPU中的程序上传到计算机时，选择【上传】功能。如图2.7所示，【上传】和【下载】下面的小三角是可以打开的，通过打开小三角可以选择上传或者下载的内容：程序块、数据块和系统块等，一般选择【全部】。
图2.6 上传和下载操作
图2.7 下载操作选项
编写程序常用的操作显示在程序块上方的导航栏。如图2.8所示的标注，【启动CPU】、【停止CPU】、【编译】、【监视程序】和【停止监视】这些功能在编程的过程中使用频率比较高。
图2.8 常用导航栏
如图2.9所示为程序编辑常用的工具栏。有增加行、添加分支、增加触点和增加线圈等操作，这些是编程常用的操作。软件安装后把鼠标放到哪里，哪里就会显示该操作的作用。
图2.9 程序编辑工具栏
如图2.10所示为导航栏【编辑】对应的操作。编程的导航栏有一些常用的操作，如果需要查找或替换变量，就需要用到最右侧【搜索】栏的查找和替换功能。将常用的功能按键单独放在编程界面，便于快速使用（类似图2.9所示的工具栏），所以图2.10和图2.9有些功能按键是重复的。
图2.10 【编辑】下的功能按键
如图2.11所示，由左往右依次是【编辑器】、【窗口】、【符号】、【注释】、【书签】和【属性】。常用的是前4栏，第1栏【编辑器】是用于切换编程语言的，剩余3栏已经做了标注。其他的内容了解一下即可。
图2.11 【视图】下的功能按键
如图2.12所示，导航栏【PLC】下的功能有【操作】、【传送】、【存储卡】、【信息】和【修改】。常用的是【操作】、【传送】和【信息】。鼠标放到【操作】处将显示该操作的作用，按下按键后执行对应的操作功能。【信息】内可以查看PLC的信息及比较软件程序和PLC中的程序是否一致。【清除】功能是将PLC内部程序全部清空。
图2.12 【PLC】下的功能按键
如图2.13所示，导航栏中的【调试】主要针对程序测试使用，后面章节将根据实例讲解使用方法。
图2.13 【调试】下的功能按键
如图2.14所示，导航栏中的【工具】下有【向导】、【工具】和【设置】。一般较为复杂的程序需要按照向导逐步设置应用，需要用到【向导】功能。所谓“向导”就是针对典型的案例做的模板化指导流程和操作，同时自动生成一些子程序。常用向导有：高速计数器、运动控制和PID调节等。【工具】是在调试的过程中用到的手动操作面板，如运动控制面板和PID控制面板。【设置】下的【选项】用于设置程序里的内容，详细内容可查看【设置】下的【选项】。注意：调整程序代码显示宽度和监视程序宽度，需要进入【选项】进行相应设置，这样就能让I/O符号的宽度变大，能显示更多内容。
图2.14 【工具】下的功能按键
双击项目树下的【CPU SR30】，如图2.15（a）所示，出现图2.15（b）模块配置页面，双击【CPU SR30（AC/DC/Relay）】会出现一个小三角。单击小三角会出现CPU模块的选择菜单，如图2.15（c）所示，选择CPU型号并确定即可，这里选择CPU SR30（AC/DC/Relay）。
图2.15 组态配置CPU
配置完CPU型号后，按照图2.16配置扩展模块。配置各个模块的过程就是硬件组态的过程。所谓组态就是将外部实际使用的模块，用直观的形式表示出来。对于西门子PLC模块而言，订货号就是型号。
图2.16 PLC组态添加
如图2.17所示，使用模拟量模块时需要设置模拟量通道的类型。如何设置模拟量模块的通道类型呢？一般根据外接传感器的输出类型来确定，外接传感器如果是电压型就要设置成电压型，外接传感器如果是电流型就要设置为电流型。S7-200 SMART组态如果采用的是电流型时，只能选择0～20mA的类型，如果外接传感器是4～20mA的信号，则需要在程序中做相应处理，在本书第17章有详细讲解。
图2.17 PLC组态模拟量模块
如图2.18所示，进入组态设置并选中【保持范围】，范围0～5都是可以设置的，每一个范围又可以选择数据区、偏移量和元素数目。【清除】按钮可以清除已经设置好的内容。【数据区】可以选择并设置不同的数据区如VB、VW、VD、MB、MW和MD等。【偏移量】是指设置的数据区的起始地址。【元素数目】是指设置的数据区的变量个数。
图2.18 数据操持区的设置
如图2.19所示，进入组态设置页面，选中CPU模块，找到【安全】，右侧显示密码的区域根据密码安全等级一共分了4种加密方式，加密等级越高操作权限越低。如图2.19选择的是【读取权限】，可以读取程序，但是写入程序需要密码。图中标注了输入密码的区域，【密码】处输入密码，【验证】处输入同样的密码用于验证，设置完毕后，下载程序时只需要输入一次密码即可。此处加密是对所有程序加密，还可以单独对子程序块进行加密。
图2.19 PLC程序密码设置
如图2.20所示，进入组态设置页面，选中CPU模块，选择【启动】，点开CPU模式下的三角可以选择不同的模式。默认的是【STOP】模式，即CPU启动后，CPU处于停止模式，可以设置为【RUN】或者【LAST】。【RUN】模式是CPU启动后，CPU处于运行模式；【LAST】模式是CPU启动后，CPU处于最近一次的运行状态。我们一般设置为【RUN】或者【LAST】。很多初学者不知道设置CPU的运行模式，导致断电重启后原来编写测试好的程序不能运行。通过指示灯的状态也可判断CPU的运行状态，当CPU处于运行模式时，CPU的指示灯是绿色的；当CPU处于STOP模式时，CPU的指示灯是黄色的。
图2.20 CPU启动模式设置
如图2.21所示，在编写程序时可以通过指令树中的【向导】建立向导。常用的向导有：运动、高速计数器和PID，根据程序需要选择相应的向导进行设置，不同的向导设置方法也不一样；同一个向导，使用需求不一样，设置也不一样。向导设置组态完成后，系统会自动生成对应的子程序，然后根据工艺要求调用相应的子程序编程，这样便简化了程序的编写。使用向导时，选择需要的向导，双击并按照提示操作建立向导，向导中出现的设置根据实际使用需求填写即可。
如图2.22所示，项目程序都在【程序块】的目录下，在对应的程序块内编写程序。如图2.23所示为编程时可能会用到的库文件。库文件可以理解为已经编写好的程序块，可以供用户使用或调用，有的库文件是编程软件自带的，而有的库文件是用户添加的。如模拟量比例换算指令库【Scale】就是用户自己添加而生成的。
图2.21 向导的建立
图2.22 程序块
图2.23 库文件
图2.24 库文件夹
S7-200 SMART模拟量比例换算指令库【Scale】的添加步骤如下：①下载安装或自己编写库文件。②如图2.24所示，打开编程软件找到【库】，右键后选择【打开库文件夹】。③如图2.25所示，可以看到库文件目录，将库文件复制到库文件夹。④关闭软件重新打开，如图2.26所示，从左下角指令树找到库文件子程序，这样模拟量比例换算指令库【Scale】就可以使用了。
图2.25 库文件存放位置
图2.26 库文件应用到程序
图2.27 符号表
如图2.27所示，在指令树中找到【符号表】，双击【表格1】可以添加自定义的符号表。打开【I/O符号】可以修改系统自动生成的符号表。符号表一共有3项：【符号】、【地址】和【注释】。【符号】就是为变量设定的代号，【地址】就是PLC里数据区的地址，如I0.0、M10.0、V100.0、MW20和VD200等。【注释】就是对变量定义的解释，为了方便解读程序而设定的。注释不是唯一的，每个人写的注释都不一样，只有编程人员最清楚注释的意思，当然也可以不写注释。注释要保证简单、易读，用于理解指令所表达的意思，不能大篇幅地去解释。由于S7-200 SMART编程软件符号和注释不在一起显示，很多人习惯把代号用汉字去描述，使汉字和绝对地址在一起显示，这样更容易解读程序，编程也更方便。
如图2.28所示，在指令树中找到【状态图表】，双击【图表1】可以添加自己要监视的变量。添加完毕后选择显示格式，最右侧新值部分输入新值，可以写入PLC并修改变量数值。状态图表下边的小导航栏中有一个铅笔形状的图标是用于向PLC写入新值的操作按键，左侧有个绿色三角的按键，点下去此按键可以选择监视变量的当前值。
图2.28 状态图表
西门子PLC大部分程序块都需要被OB1调用之后才会被CPU循环扫描，否则CPU不扫描该程序块，该程序块的指令也就不会被执行。如图2.29所示，编好子程序之后，一定要在OB1中调用才可以被执行。调用的方式一般有两种：第一种是OB1对子程序一直调用，保证子程序的运行；第二种是根据已经调用和执行的程序条件来判断，根据需要来调用子程序。如程序段2中，当V20.0接通时才会调用“PID调节”子程序。
图2.29 子程序调用
计算机与PLC联机时需要具备的硬件配置：计算机、CPU模块和通信电缆。硬件连接：将计算机和CPU模块通过通信电缆连接在一起。
联机操作注意事项：计算机和CPU模块如果采用网线连接，计算机和CPU模块一定要在同一网段，但是IP地址不能重复。例如CPU模块的IP地址设置为192.168.1.11，计算机就要设置成192.168.1.X，两者IP地址除了第4段不一样，其他的3段都是192.168.1。使用IP地址尽量不要使用192.168.1.1，因为路由器经常使用此地址。
如图2.30所示，S7-200 SMART与计算机连接操作步骤如下：第一步，选择指令树下的【通信】，选择计算机对应的驱动（网线连接则选择网卡驱动，无线连接则选择Wi-Fi驱动）。第二步，设置CPU模块的IP地址。第三步，设置计算机的IP地址，并保证计算机的IP地址和CPU模块的IP地址在同一网段（用网线设置网卡IP地址，用无线设置Wi-Fi的IP地址，二者不可混用）。第四步，设置完毕以后，单击【查找CPU】来搜索CPU模块，如果查找不到CPU模块则可以选择【添加CPU】输入CPU的IP地址，然后添加。一般通过上述方法就能找到CPU并联机成功，然后就可以进行程序的下载和上传操作了。
图2.30 软件与计算机联机设置
PLC编程只是学习电气控制的一小部分而已，但是在编程之前初学者一定要对软件的框架和使用有一定的了解。就像学习开车一样，虽然不需要把汽车所有部件都了解清楚，但是常用的部件必须要知道如何操作，如离合、油门、刹车、灯光、前机盖和油箱盖等。