第06章S7-200PLC的硬件系統(tǒng)及內(nèi)部資源

S7-200PLC的硬件系統(tǒng)及內(nèi)部資源第六章

本章學(xué)習(xí)目的本章以西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列小型可編程序控制器為例，介紹具體型號的PLC，內(nèi)容包括：

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S系列PLC發(fā)展概述

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S7-200PLC的系統(tǒng)的基本構(gòu)成

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S7-200PLC的擴展模塊

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S7-200PLC的系統(tǒng)配置6.1

S系列PLC發(fā)展概述

德國的西門子（SIEMENS）公司是歐洲最大的電子和電氣設(shè)備制造商，生產(chǎn)的SIMATIC可編程序控制器在歐洲處于領(lǐng)先地位。其第一代可編程序控制器是1975年投放市場的SIMATICS3系列的控制系統(tǒng)。在1979年，微處理器技術(shù)被應(yīng)用到可編程序控制器中，產(chǎn)生了SIMATICS5系列，取代了S3系列，之后在20世紀(jì)末又推出了S7系列產(chǎn)品。最新的SIMATIC產(chǎn)品為SIMATICS7、M7和C7等幾大系列。SIMATIC-S7家族S7-200LOGO!S7-300S7-400S7-300C中/大型High-endrange/mediumrangeS7-400中/小型Low-endrangeS7-300通用邏輯模塊6.2S7-200PLC系統(tǒng)的基本構(gòu)成

一、S7-200PLC系統(tǒng)的基本構(gòu)成

①②③④最小的PLC系統(tǒng)1.基本單元(S7-200CPU模塊)

基本單元（主機）為整體式結(jié)構(gòu)：

中央處理單元+

數(shù)字量

I/O點

+存儲器+電源運行狀態(tài)LED可選卡插槽

通信端口

I/O狀態(tài)LED

頂部端子蓋：電源及輸出端子前蓋：RUN/STOP開關(guān)電位器及擴展I/O口低部端子蓋：輸入端子及傳感器電源狀態(tài)指示燈I/O狀態(tài)指示燈輸入（I）為1時，燈亮；為0時，燈滅輸出（Q）為1時，燈亮；為0時，燈滅

(2)運行狀態(tài)指示燈事故狀態(tài)SF指示運行狀態(tài)RUN指示停止?fàn)顟B(tài)STOP指示運行狀態(tài)LED輸出狀態(tài)LED

輸入狀態(tài)LED

可選卡插槽根據(jù)需要，可選卡插槽可以插入以下3種之一：(1)存儲卡MC291EEPROM存儲單元備份程序、用戶數(shù)據(jù)和組態(tài)信息(2)日期/時鐘電池卡

CC292

提供日期、時鐘、后備電池功能(3)電池卡BC293（后備電池）注：當(dāng)內(nèi)部保持電容耗盡時，可保持?jǐn)?shù)據(jù)和內(nèi)置時鐘長達200天。通信端口(RS485)通信端口

外部設(shè)備：編程器上位計算機人機界面打印機其它PLC

……前蓋模式開關(guān)S7-200CPU的工作模式：運行和停止模式RUN:CPU運行程序TERM:不改變當(dāng)前操作模式，連接PC時可由編程軟件控制CPU的運行和停止，或監(jiān)視程序運行的狀態(tài)STOP

:

CPU停止執(zhí)行程序。此時可以上載或下載程序。

如果模式開關(guān)打在STOP或者TERM模式，且電源狀態(tài)發(fā)生變化，則當(dāng)電源恢復(fù)時，CPU會自動進入STOP模式。如果模式開關(guān)打在RUN模式，且電源狀態(tài)發(fā)生變化，則當(dāng)電源恢復(fù)時，CPU會進入RUN模式。前蓋模擬電位器

提供有1~2個模擬電位器，模擬電位器的電阻值存放在SMB28和SMB29中。

調(diào)節(jié)電位器會改變特殊存儲器SMB28和SMB29兩個字節(jié)中的值（只讀）。順時針旋轉(zhuǎn)電位器，可使SMB28和SMB29

中的值在0~255之間變化。用于定時器的外設(shè)定及脈沖輸出等場合。前蓋擴展I/O端口

I/O擴展模塊--擴展規(guī)模智能模塊--擴展功能2.個人計算機（PC）或編程器

個人計算機（PC）或編程器需裝上STEP7-Micro/WIN32編程軟件后，才可供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視···3．STEP7-Micro/WIN32編程軟件基本功能：*創(chuàng)建*編輯*調(diào)試用戶程序*組態(tài)系統(tǒng)┇4．通訊電纜實現(xiàn)PLC與個人計算機（PC）通訊*PC/PPI電纜（RS232—RS485）*MPI電纜電纜5．人機界面(HMI)

專用操作員界面*操作員面板（OP27，OP37）*觸摸屏（TP27，TP37）*文本顯示器（TD200）

通過通信接口（RS485）與PLC連接實現(xiàn)操作人員與PLC控制系統(tǒng)之間的對話TD200操作員界面TD200OP27TP27從CPU模塊的功能來看，SIMATICS7-200系列小型PLC發(fā)展至今，大致經(jīng)歷了兩代：第一代產(chǎn)品其CPU模塊為CPU21X，主機都可進行擴展，有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元：

CPU212，CPU214，CPU215和CPU216第二代產(chǎn)品其CPU模塊為CPU22X，是在21世紀(jì)初投放市場的，速度快，具有較強的通信能力。它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元：

CPU221，CPU222，CPU224和CPU226

除CPU221之外，其他都可加擴展模塊。二、S7-200PLC主機簡介

CPU

22X的型號及主要技術(shù)指標(biāo)

型號：CPU221、CPU222、CPU224CPU226、CPU226XM

供電電壓：DC

24V、AC

85~264V

種類：DC/DC/DC、AC/DC/Relay

用戶程序/字2048204840964096用戶數(shù)據(jù)/字1024102425602560用戶存儲器類型EEPROMEEPROMEEPROMEEPROM數(shù)據(jù)后備(超級電容)典型值h5050190190存儲器CPU22X主要技術(shù)指標(biāo)型號CPU221CPU222CPU224CPU226外型尺寸/mm90×80×6290×80×62120.5×80×62190×80×62本機I/O點數(shù)6入/4出8入/6出14入/10出24入/16出擴展模塊數(shù)量無2個7個7個數(shù)字量I/O映像區(qū)大小/bit256(128入/128出)256(128入/128出)256(128入/128出)256(128入/128出)模擬量I/O映像區(qū)大小/bit無16入/16出32入/32出32入/32出輸入輸出型號CPU221CPU222CPU224CPU226指令型號CPU221CPU222CPU224CPU22633MHz下布爾指令執(zhí)行速度0.37μs/指令0.37μs/指令0.37μs/指令0.37μs/指令FOR/NEXT循環(huán)有有有有增數(shù)運算有有有有實數(shù)運算有有有有主要內(nèi)部繼電器型號CPU221CPU222CPU224CPU226內(nèi)部通用繼電器/bit256256256256計數(shù)器/個256256256256定時器/個256256256256順序控制繼電器/bit256256256256附加功能型號CPU221CPU222CPU224CPU226內(nèi)部高速計數(shù)器/個4(30kHz)4(30kHz)6(30kHz)6(30kHz)模擬量調(diào)節(jié)電位器/個1122脈沖輸出/個2(20kHz)2(20kHz)2(20kHz)2(20kHz)通信中斷/個1發(fā)送器2接收器1發(fā)送器2接收器1發(fā)送器2接收器1發(fā)送器2接收器定時中斷/個2(1~255ms)2(1~255ms)2(1~255ms)2(1~255ms)硬件輸入中斷/個4444實時時鐘有(時鐘卡)有(時鐘卡)有(內(nèi)置)有(內(nèi)置)口令保護有有有有通信型號CPU221CPU222CPU224CPU226通信口數(shù)量(個)1(RS485)1(RS485)1(RS485)2(RS485)CPU224模塊數(shù)字量I/O總數(shù)為24點（14入/10出）可帶7個擴展模塊用戶存儲器容量為(4K+2.5K)字內(nèi)置6個高速計數(shù)器HC0~5（I0.0~I0.5，30KHZ）有2個高速脈沖輸出端（Q0.0~Q0.1，20KHZ）具有PID控制的功能1個RS-485通訊口具有PPI、MPI和自由口通訊協(xié)議的通訊能力CPU224

DC/DC/DC

輸入、輸出單元的接線圖給CPU224供電:DC24V6.3S7-200PLC的擴展模塊數(shù)字量模塊模擬量模塊智能模塊

擴展規(guī)模擴展功能一、數(shù)字量模塊

數(shù)字量輸出模塊數(shù)字量輸入輸出模塊數(shù)字量輸入模塊數(shù)字量擴展模塊常用數(shù)字量模塊

（一）數(shù)字量輸入模塊直流輸入模塊交流輸入模塊*每個輸入點與一個且僅與一個輸入電路相連*作用：把現(xiàn)場開關(guān)信號變成CPU能接收的標(biāo)準(zhǔn)TTL信號數(shù)字量輸入模塊EM221

EM2211.直流輸入模塊外部接線圖：

直流輸入模塊（EM2218×24VDC）

8個數(shù)字量輸入端子需提供一個24VDC電源分組式2．交流輸入模塊

外部接線圖：

隔離式獨立電源EM2218×120V/230VAC

(二)數(shù)字量輸出模塊

*每一個輸出點與一個且僅與一個輸出電路相連

*作用：將CPU發(fā)出的控制信號轉(zhuǎn)換成能夠驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)的大功率開關(guān)信號

直流輸出模塊（晶體管輸出）交流輸出模塊（晶閘管輸出）交直流輸出模塊（繼電器輸出）數(shù)字量輸出模塊EM222

1.直流輸出模塊

外部接線圖：（EM2228×24VDC）每組需提供一DC24V的電流2．交流輸出模塊

外部接線圖：隔離式獨立電源EM2228×120V/230VAC

3.交、直流輸出模塊

外部接線圖：

交直流輸出模塊（EM2228×繼電器）每組需用戶提供一個外部電源（直流或交流電源）(三)數(shù)字量輸入輸出模塊

在一塊模塊上既有數(shù)字量輸入點又有數(shù)字量輸出點使系統(tǒng)配置更加靈活類型的組合例如：現(xiàn)有CPU224：主機I/O14/10

欲擴展至17/13

缺3/3

配I/O4/4

EM223

二、模擬量模塊模擬量輸入模塊模擬量輸出模塊模擬量輸入輸出模塊模擬量模塊常用模擬量模塊

光電耦合器防止電磁干擾對多通道的模擬量輸入單元，通常設(shè)置多路轉(zhuǎn)換開關(guān)進行通道的切換1.組成

(一)模擬量輸入模塊（A/D）

作用：進行模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換，將輸入端的模擬信號轉(zhuǎn)換成若干位（如12位）數(shù)字量。1）外部接線圖：EM2314個模擬量輸入通道2.使用及特性

電壓信號輸入電流信號輸入2）模擬量輸入模塊的特性電壓輸入范圍：單極性0~10V，0~5V；雙極性±5V，±2.5V電流輸入范圍：0～20mA模擬量到數(shù)字量的最大轉(zhuǎn)換時間：250μsEM231：※輸入信號經(jīng)模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量數(shù)據(jù)值是12位二進制數(shù)※每個通道占用存儲器AI區(qū)域2個字節(jié)※該模塊模擬量的輸入值為只讀數(shù)據(jù)※CPU中存放格式：符號位：0正①單極性數(shù)據(jù)格式（0~10V、0~5V）12位數(shù)據(jù)的最大值應(yīng)為32760單極性數(shù)據(jù)格式的全量程范圍設(shè)置為0~32000第15位為0，表示是正值數(shù)據(jù)差值？②雙極性數(shù)據(jù)格式（±5V、±2.5V）全量程范圍設(shè)置為－32000~+32000分辨率以A/D轉(zhuǎn)換后的二進制數(shù)數(shù)字量的位數(shù)來表示（12/11位）32760(二)模擬量輸出模塊（D/A）作用：將CPU發(fā)出的數(shù)字量控制信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量信號，以驅(qū)動執(zhí)行器作相應(yīng)的動作1）外部接線圖：

需要直流24V供電EM232

2個模擬量輸出通道2）模擬量輸出模塊的特性輸出信號的范圍：

電壓輸出為±10V

電流輸出為0-20mA電壓輸出的設(shè)置時間為100μs電流輸出的設(shè)置時間為2msEM232：*每個輸出通道占用存儲器AQ區(qū)域2個字節(jié)*PLC運算處理后的12位數(shù)字量信號在CPU中存放格式：D/A轉(zhuǎn)換前①電流輸出數(shù)據(jù)格式電流輸出數(shù)據(jù)格式的全量程范圍設(shè)置為為0~+32000第15位為0，表示是正值數(shù)據(jù)②電壓輸出的數(shù)據(jù)格式電壓輸出數(shù)據(jù)格式的全量程范圍設(shè)置為-32000~+32000模擬量輸出模塊的分辨率通常以D/A轉(zhuǎn)換前待轉(zhuǎn)換的二進制數(shù)數(shù)字量的位數(shù)表示。(三)模擬量輸入輸出模塊EM235

4個模擬量輸入通道

1個模擬量輸出通道模擬量輸入功能同EM231模擬量輸入模塊模擬量輸出功能同EM232模擬量輸出模塊三、智能模塊智能模塊由處理器、存儲器、輸入輸出單元、外部設(shè)備接口等組成；智能模塊都有自身的處理器，它是一個獨立的自治系統(tǒng)，不依賴于主機的運行方式而獨立運行；智能模塊在自身系統(tǒng)程序的管理下，對輸入的控制信號進行檢測、處理和控制，并通過外部設(shè)備接口與PLC主機實現(xiàn)通信；

智能模塊用來完成特定的功能，而PLC只是對智能模塊的信息進行綜合處理。三、智能模塊PID調(diào)節(jié)模塊高速計數(shù)器模塊溫度傳感器模塊高速脈沖輸出模塊位置控制模塊閥門控制模塊通信模塊

┇常用智能模塊

6.4S7-200PLC的系統(tǒng)配置

◎基本配置：主機上的集成I/O點具有固定的I/O地址

◎擴展配置：S7-200主機帶擴展模塊進行擴展配置

數(shù)字量模塊 模擬量模塊 智能模塊擴展控制規(guī)模擴展控制功能CPU22X

集成I/O地址分配CPU221LocalI/OI0.0Q0.0I0.1Q0.1I0.2Q0.2I0.3Q0.3I0.4Q0.4I0.5Q0.5I0.6Q0.6I0.7

Q0.7

CPU222LocalI/OI0.0Q0.0I0.1Q0.1I0.2Q0.2I0.3Q0.3I0.4Q0.4I0.5Q0.5I0.6Q0.6I0.7Q0.7CPU224LocalI/OI0.0Q0.0I0.1Q0.1I0.2Q0.2I0.3Q0.3I0.4Q0.4I0.5Q0.5I0.6Q0.6I0.7Q0.7I1.0Q1.0I1.1Q1.1I1.2Q1.2I1.3Q1.3I1.4Q1.4I1.5Q1.5

I1.6Q1.6I1.7Q1.7CPU226LocalI/OI0.0Q0.0I0.1Q0.1I0.2Q0.2……I0.6Q0.6I0.7Q0.7I1.0Q1.0I1.1Q1.1……I1.6Q1.6I1.7Q1.7I2.0I2.1…I2.6

I2.7

CPU221:6入/4出=數(shù)字量10點CPU222:40入/38出=78數(shù)字量模擬量8入/2出CPU224:94入/74出=168數(shù)字量模擬量28入/7出CPU226:128入/120出=248數(shù)字量模擬量28入/7出

擴展配置時應(yīng)考慮的因素

一、主機允許帶擴展模塊的數(shù)量CPU221CPU222CPU224CPU2261無擴展能力212345677123456

只能擴展兩個智能模塊系統(tǒng)擴展配置時，對各模塊的輸入/出點進行I/O編址

CPU模塊上集成的數(shù)字量I/O點是有固定的I/O地址的?？梢栽谟覀?cè)連接幾個I/O擴展模塊來增加I/O點，形成I/O鏈。擴展模塊上I/O點的地址由擴展模塊類型及模塊在I/O鏈中的位置決定。編址時，按同類型的模塊對各輸入點（或輸出點）順序編址。

數(shù)字量I/O映象區(qū)的大小數(shù)字量I/O映象區(qū)區(qū)域為

*128個輸入映象寄存器（I0.0～I15.7）*128個輸出映象寄存器（Q0.0～Q15.7）數(shù)字量I/O映象區(qū)的邏輯空間是以8位（1個字節(jié))遞增的（X.0-X.7)

未用的物理點地址不能分配給I/O鏈中的后續(xù)數(shù)字量模塊與未用物理點相對應(yīng)的I/O映象區(qū)的空間丟失

對于輸出模塊，丟失的空間可作內(nèi)部標(biāo)志位存儲器；對于輸入模塊，丟失的空間不可用，因為每次輸入更新時，CPU都會對這些空間清零。二、CPU輸入/輸出映象區(qū)的大小2.模擬量I/O映象區(qū)的大小

模擬量I/O映象區(qū)區(qū)域為

CPU221：無

CPU222：16輸入通道/16輸出通道

CPU224 CPU226 CPU226XM

模擬量擴展模塊的輸入/出點地址總是以2個通道（1個通道占2個字節(jié)）遞增來分配空間 如果一個模塊沒有占用完輸入或輸出通道，則未用的通道地址不能分配給I/O鏈中的后續(xù)模擬量模塊32輸入通道/32輸出通道DI/DO：26/22I/O地址分配舉例（CPU224）AI/AO：8/2CPU224LocalI/OI0.0Q0.0I0.1Q0.1I0.2Q0.2I0.3Q0.3I0.4Q0.4I0.5Q0.5I0.6Q0.6I0.7Q0.7I1.0Q1.0I1.1Q1.1I1.2Q1.2I1.3Q1.3I1.4Q1.4I1.5Q1.5

I1.6Q1.6I1.7Q1.74DI/4DOExpansionI/OI2.0Q2.0I2.1Q2.1I2.2Q2.2I2.3Q2.3I2.4Q2.4I2.5Q2.5I2.6Q2.6I2.7Q2.78DI4AI/1AO8DO4AI/1AOI3.0I3.1I3.2I3.3I3.4I3.5I3.6I3.7AIW0AQW0AIW2