Siemens S7-200

Siemens S7-200 — это семейство программируемых логических контроллеров (ПЛК) компании Siemens AG, предназначенное для построения систем промышленной автоматизации малой и средней степени сложности. Контроллеры серии S7-200 относятся к классу микроконтроллеров (нано-ПЛК) и характеризуются компактными размерами, модульной архитектурой и встроенными интерфейсами связи. Разработка семейства велась с середины 1990-х годов, а официальное производство и поддержка продолжались до 2013 года, когда Siemens объявила о прекращении выпуска и переходе на более современную линейку S7-1200.

История

Разработка серии S7-200 началась в 1994 году как ответ на растущий спрос на недорогие и компактные контроллеры для замены релейно-контактных схем и устаревших моделей ПЛК. Первые образцы были представлены в 1995 году на выставке Hannover Messe. В 1996 году началось серийное производство базовых моделей CPU 212 и CPU 214. В 1998 году вышла вторая ревизия — CPU 215 и CPU 216, отличавшаяся увеличенным объёмом памяти и поддержкой новых модулей расширения.

В 2000 году была выпущена наиболее популярная модификация — CPU 222, CPU 224 и CPU 226. Эти модели получили расширенный набор встроенных дискретных входов/выходов, поддержку до 7 модулей расширения и встроенный порт RS-485 (Profibus-DP). В 2004 году вышла ревизия 2.0 с увеличенной скоростью выполнения инструкций (до 0,37 мкс на логическую операцию) и улучшенной защитой памяти.

К 2010 году, с развитием Ethernet-технологий и требований к более высокой производительности, продажи S7-200 начали снижаться. В 2012 году Siemens официально объявила о прекращении приёма заказов на S7-200 с 1 октября 2013 года. Последние поставки осуществлялись до конца 2014 года. На смену серии пришла линейка S7-1200, построенная на платформе TIA Portal и поддерживающая Ethernet/PROFINET.

Архитектура и устройство

Контроллеры S7-200 выполнены в виде моноблочного устройства, объединяющего центральный процессор (CPU), блок питания, память и набор встроенных входов/выходов (I/O). Модульная архитектура позволяет подключать до 7 дополнительных модулей расширения (модули дискретных и аналоговых I/O, коммуникационные модули, модули управления движением) через боковой разъём.

Центральный процессор (CPU)

Основные компоненты CPU:

• Микропроцессор на базе архитектуры Intel 8051 (для ранних моделей) или собственной разработки Siemens (для CPU 22x).
• Оперативная память (RAM) объёмом от 2 до 10 Кбайт для хранения переменных и данных.
• Flash-память (EEPROM) для хранения пользовательской программы и конфигурации.
• Встроенный тактовый генератор (RTC) — опционально для моделей CPU 224 XP и CPU 226.

Входы и выходы

Каждая модель CPU имеет фиксированный набор дискретных входов и выходов:

• CPU 212: 8 входов, 6 выходов (реле).
• CPU 214: 14 входов, 10 выходов (реле).
• CPU 222: 8 входов, 6 выходов (реле или транзистор).
• CPU 224: 14 входов, 10 выходов (реле или транзистор).
• CPU 226: 24 входа, 16 выходов (реле или транзистор).

Аналоговые входы и выходы отсутствуют в базовой конфигурации, но могут быть добавлены через модули расширения (например, EM 231 — 4 аналоговых входа, EM 232 — 2 аналоговых выхода).

Память и программа

Пользовательская программа хранится в энергонезависимой памяти (EEPROM) и представляет собой последовательность инструкций на языке Ladder (LD), FBD (Function Block Diagram) или STL (Statement List). Максимальный объём программы — до 8 Кбайт (для CPU 226). Переменные и данные (V-память) могут быть сохранены в RAM с батарейным питанием или в EEPROM.

Модельный ряд

Siemens S7-200 выпускался в нескольких модификациях, различающихся производительностью, количеством I/O и функциональными возможностями:

Модели CPU 224 XP и CPU 226 также поддерживали модуль расширения EM 277 для Profibus-DP.

Программное обеспечение

Для программирования S7-200 использовалась среда STEP 7-Micro/WIN (версии 3.2, 4.0, 4.1). Программа работала под управлением Windows 95/98/2000/XP. Основные возможности:

• Редактирование программ на языках Ladder (LD), FBD и STL.
• Симуляция работы контроллера (встроенный симулятор).
• Мониторинг и отладка в реальном времени (online-режим).
• Загрузка и выгрузка программы через последовательный порт (RS-485/RS-232) или через USB-адаптер (PC/PPI).

После 2013 года поддержка STEP 7-Micro/WIN была прекращена, но программа остаётся доступной для скачивания на сайте Siemens (версия 4.1 SP9).

Применение

S7-200 широко применялся в промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве и на транспорте. Основные области:

• Автоматизация производственных линий: управление конвейерами, упаковочными машинами, станками.
• Системы отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC): управление насосами, вентиляторами, клапанами.
• Водоснабжение и водоотведение: управление насосными станциями, фильтрами, уровнем воды.
• Системы безопасности: контроль доступа, сигнализация, управление шлагбаумами.
• Транспорт: управление светофорами, шлагбаумами, эскалаторами.

В России S7-200 был особенно популярен в 2000-х годах при модернизации устаревших релейных схем на промышленных предприятиях, а также в системах «Умный дом» начального уровня.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Низкая стоимость (от 150 до 500 долларов США в зависимости от модели).
• Компактные размеры (ширина от 80 до 120 мм).
• Простота программирования (интуитивно понятный Ladder).
• Высокая надёжность (средний срок службы — 10–15 лет).
• Широкая распространённость (большое количество документации и примеров).

Недостатки

• Ограниченный объём памяти (максимум 8 Кбайт).
• Отсутствие поддержки Ethernet (только последовательные интерфейсы).
• Устаревшая архитектура (производительность ниже современных ПЛК в 5–10 раз).
• Прекращение производства и поддержки (сложности с приобретением новых модулей).
• Ограниченные возможности для сложных алгоритмов (нет поддержки структур данных, массивов, встроенных функций ПИД-регулирования без внешних модулей).

Интересные факты

• S7-200 был одним из первых массовых ПЛК, поддерживающих программирование на русском языке (в STEP 7-Micro/WIN был встроенный русский интерфейс).
• В 2005 году на базе S7-200 была построена система управления движением поездов на Московском метрополитене (станция «Курская»).
• Модель CPU 224 XP оснащалась двумя последовательными портами (RS-485 и RS-232), что позволяло одновременно подключать панель оператора и компьютер.
• После прекращения производства S7-200 компания Siemens выпустила несколько клонов под названием S7-200 CN, произведённых в Китае, которые отличались пониженной ценой и некоторыми ограничениями.

Критика

Основная критика в адрес S7-200 связана с его устаревшей архитектурой и ограниченными возможностями расширения. В 2010-х годах, с распространением Ethernet-технологий и требований к более высокой производительности, S7-200 стал считаться морально устаревшим. Также отмечалась низкая скорость выполнения сложных математических операций (например, вычисление корня квадратного занимало до 1 мс). Некоторые пользователи жаловались на недостаточную защиту от электромагнитных помех в моделях CPU 212 и CPU 214.

Источники

• Siemens AG. «S7-200 Programmable Controller System Manual». 2004.
• Siemens AG. «STEP 7-Micro/WIN User Manual». 2006.
• Siemens AG. «S7-200 Product Information». 2012.
• Журнал «Промышленная автоматизация» № 3, 2008. «Обзор ПЛК Siemens S7-200».
• Каталог продукции Siemens Industrial Automation. 2010.