電氣控制與PLC應(yīng)用（第2版）課件：S7-200 PLC的系統(tǒng)配置與接口模塊

S7-200PLC的系統(tǒng)配置與接口模塊學(xué)習(xí)目標(biāo)（1)了解西門子S7-200PLC面板上各部分的功能；（2)了解西門子S7-200PLC系統(tǒng)的組成；（3)熟悉西門子S7-200PLC系統(tǒng)的接口與模塊。一、任務(wù)導(dǎo)入

PLC的工作依靠自身軟、硬件的配合，兩者一一對應(yīng)，可以由不同的硬件匹配不同的

軟件完成相同的功能，硬件是其正常工作的物理基礎(chǔ)，包括PLC、供電電源和輸入／輸出硬件，軟件決定了整體的工作方式和功能，所以我們必須先了解PLC的硬件。二、相關(guān)知識PLC主要由中央處理器（CPU)、存儲器（RAM、ROM)、輸入／輸出單元（I/O)、電源和編程器等部分組成，西門子S7-200外觀結(jié)構(gòu)如圖4.1。

①I/O接線端子排。②輸出LED指示。③前蓋：模式選擇開關(guān)（RUN/STOP）、模擬電位器、擴展端口（適用大部分CPU）。④狀態(tài)LED：系統(tǒng)錯誤/診斷（SF/DIAG）、RUN（運行）、STOP（停止）。⑤可選卡插槽：存儲卡、時鐘卡、電池卡。⑥通信口。⑦輸入LED指示。⑧擴展電纜。⑨用于裝上標(biāo)準(zhǔn)（DIN）導(dǎo)軌的夾片。4.1西門子S7-200外觀結(jié)構(gòu)（一）S7-200PLC系統(tǒng)的組成1.中央處理器從CPU模塊的功能來看，SIMATICS7-200系列小型可編程序控制器的發(fā)展，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，它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元：CPU212、CPU214、CPU215和CPU216,對第一代PLC產(chǎn)品不再作具體介紹。第二代產(chǎn)品其CPU模塊為CPU22X,是在21世紀(jì)初投放市場的，它速度快，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。2.存儲器存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體集成電路，用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他信息。系統(tǒng)程序是控制和完成PLC多種功能的程序，由廠家編寫。用戶程序是根據(jù)生產(chǎn)過程和工藝要求設(shè)計的控制程序，由用戶編寫。PLC中常用的存儲器有ROM、RAM和EPROM.（1）只讀存儲器（ROM)只讀存儲器中一般存放系統(tǒng)程序。系統(tǒng)程序具有開機自檢、工作方式選擇、鍵盤輸入處理、信息傳遞和對用戶程序的翻譯解釋等功能。系統(tǒng)程序關(guān)系到PLC的性能，由制造廠家用微機的機器語言編寫并在出廠時已固化在ROM或EPROM(紫外線可擦除ROM)芯片中，用戶不能直接存取。（2）隨機存儲器（RAM)隨機存儲器又稱可讀可寫存儲器。讀出時RAM中的內(nèi)容保持不變。寫入時，新寫入的信息覆蓋了原來的內(nèi)容。因此RAM用來存放既可讀出又需要經(jīng)常修改的內(nèi)容。PLC中的RAM一般存放用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。用戶程序是在編程方式下，用戶從鍵盤上輸入并經(jīng)過系統(tǒng)程序編譯處理后放在RAM中的。RAM中的內(nèi)容在掉電后會消失，所以PLC為RAM提供了備用鋰電池，若經(jīng)常帶負(fù)載可維持3~5年。如果要長期使用調(diào)試通過的用戶程序，可用專用EPROM寫入器把程序固化在EPROM芯片中，再把該芯片插在PLC上的EPROM專用插座中。3.電源電源單元是將交流電壓信號轉(zhuǎn)換成處理器、存儲器及輸入／輸出部件正常工作所需要的直流電源。由于PLC主要用于工業(yè)現(xiàn)場的自動控制，直接處于工業(yè)干擾的影響之中，所以為了保證PLC內(nèi)主機可靠工作，電源單元對供電電源采用了較多的濾波環(huán)節(jié)，還用集成電壓調(diào)整器進行調(diào)整以適應(yīng)交流電網(wǎng)的電壓波動，對過電壓和欠電壓都有一定的保護作用。另外，采用了較多的屏蔽措施來防止工業(yè)環(huán)境中的空間電磁干擾。常用的電源電路有串聯(lián)穩(wěn)壓電路、開關(guān)式穩(wěn)壓電路和設(shè)有變壓器的逆變式電路。供電電源的電壓等級常見的有AC:100V、200V;DC:100V、48V、24V等。4.編程器編程器是PC的重要外圍設(shè)備，利用編程器將用戶程序送入PC的存儲器，還可以用編程器檢查程序、修改程序；利用編程器還可以監(jiān)視PC的工作狀態(tài)。編程器一般分簡易型編程器、智能型編程器、小型PC常用簡易型編程器，大中型PC多用智能型CRT編程器。除此以外，在個人計算機上添加適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖纯捎脗€人計算機對PC編程。利用微機作為編程器，可以直接編制并顯示梯形圖。PLC還有一些外圍設(shè)備，如EPROM寫入器、打印機、圖形編輯器、工業(yè)計算機等，這些設(shè)備必須通過相應(yīng)的接口電路與PC連接。以上幾部分和接口模塊組成的整體稱為PLC,是一種可根據(jù)生產(chǎn)需要人為靈活變更控制規(guī)律的控制裝置，它與多種生產(chǎn)機械配套可組成多種工業(yè)控制設(shè)備，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程或某些工藝參數(shù)的自動控制。由于PC主機實質(zhì)上是一臺工業(yè)專用微機，并具有普通微機所不具有的特點，因而它成為了開路、閉路控制的首選方案。綜上所述，PC主機在構(gòu)成實際系統(tǒng)時，至少需要建立兩種雙向的信息交流通道，即完成主機與生產(chǎn)機械之間、主機與人之間的信息交換。在與生產(chǎn)現(xiàn)場進行連接后，含有工況信息的電信號通過輸入通道。（二）S7-200PLC的接口模塊1.輸入／輸出擴展模塊當(dāng)主機單元模板上的I/O點數(shù)不夠時，或者涉及模擬量控制時，除了CPU221以外，都可以通過增加擴展單元模板的方法，對輸入／輸出點數(shù)進行擴展。2.模擬量I/O擴展模塊生產(chǎn)過程中有許多電壓、電流信號，用連續(xù)變化的形式表示流量、溫度、壓力等工藝參數(shù)的大小，這就是模擬量信號。這些信號在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化，如－10~+10V電壓，或者0/4~20mA電流。S7-200CPU不能直接處理模擬量信號，必須通過專門的硬件接口，把模擬量信號轉(zhuǎn)換為CPU可以處理的數(shù)據(jù)，或者將CPU運算得出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬量信號。數(shù)據(jù)的大小與模擬量信號的大小相關(guān)，數(shù)據(jù)的地址由模擬量信號的硬件連接所決定。用戶程序通過訪問模擬量信號對應(yīng)的數(shù)據(jù)地址，獲取或者輸出真實的模擬量信號。S7-200提供了專用的模擬量模塊來處理模擬量信號。EM231:模擬量輸入模塊，4通道電流／電壓輸入。EM232:模擬量輸出模塊，2通道電流／電壓輸出。EM235:模擬量輸入／輸出模塊，4通道電流／電壓輸入、1通道電流／電壓輸出。3.溫度測量擴展模塊溫度測量擴展模塊是模擬量模塊的特殊形式，可以直接連接TC(熱電偶）和RTD(熱電阻）以測量溫度。它們各自都可以支持多種熱電偶和熱電阻，使用時只需簡單設(shè)置就可以直接得到攝氏（或華氏）溫度數(shù)值。EM231TC:熱電偶輸入模塊，4輸入通道。EM231RTD:熱電阻輸入模塊，2輸入通道。4.特殊功能模塊S7-200系統(tǒng)提供了一些特殊模塊，用于完成特定的任務(wù)。例如：定位控制模塊EM253,它能產(chǎn)生脈沖串，通過驅(qū)動裝置帶動步進電機或伺服電機進行速度和位置的開環(huán)控制。每個模塊可以控制一臺電機。5.通信模塊S7-200系統(tǒng)提供以下幾種通信模塊，以適應(yīng)不同的通信方式。EM277:PROFIBUS-DP從站通信模塊，同時也支持MPI從站通信。EM241:調(diào)制解調(diào)器（Modem)通信模塊。CP243-1:工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊。CP243-1IT:工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊，同時支持Web/E-mail等IT應(yīng)用功能。CP243-2:AS-Interface主站模塊，可連接最多62個AS-Interface從站。6.總線延長電纜如果S7-200CPU和擴展模塊不能安裝在