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(hào)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(kuò)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(jī)）為整體式結(jié)構(gòu)：

中央處理單元+

數(shù)字量

I/O點(diǎn)

+存儲(chǔ)器+電源運(yùn)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(kuò)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(shí)，燈亮；為0時(shí)，燈滅輸出（Q）為1時(shí)，燈亮；為0時(shí)，燈滅

(2)運(yùn)行狀態(tài)指示燈事故狀態(tài)SF指示運(yùn)行狀態(tài)RUN指示停止?fàn)顟B(tài)STOP指示運(yùn)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(chǔ)卡MC291EEPROM存儲(chǔ)單元備份程序、用戶數(shù)據(jù)和組態(tài)信息(2)日期/時(shí)鐘電池卡

CC292

提供日期、時(shí)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(shí)，可保持?jǐn)?shù)據(jù)和內(nèi)置時(shí)鐘長達(dá)200天。通信端口(RS485)通信端口

外部設(shè)備：編程器上位計(jì)算機(jī)人機(jī)界面打印機(jī)其它PLC

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

:

CPU停止執(zhí)行程序。此時(shí)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(shí)，CPU會(huì)自動(dòng)進(jìn)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(shí)，CPU會(huì)進(jìn)入RUN模式。前蓋模擬電位器

提供有1~2個(gè)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(huì)改變特殊存儲(chǔ)器SMB28和SMB29兩個(gè)字節(jié)中的值（只讀）。順時(shí)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(shí)器的外設(shè)定及脈沖輸出等場合。前蓋擴(kuò)展I/O端口

I/O擴(kuò)展模塊--擴(kuò)展規(guī)模智能模塊--擴(kuò)展功能2.個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）或編程器

個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）或編程器需裝上STEP7-Micro/WIN32編程軟件后，才可供用戶進(jìn)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(shí)現(xiàn)PLC與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）通訊*PC/PPI電纜（RS232—RS485）*MPI電纜電纜5．人機(jī)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(shí)現(xiàn)操作人員與PLC控制系統(tǒng)之間的對(duì)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(jī)都可進(jìn)行擴(kuò)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(qiáng)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(kuò)展模塊。二、S7-200PLC主機(jī)簡介

CPU

22X的型號(hào)及主要技術(shù)指標(biāo)

型號(hào)：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(chǔ)器類型EEPROMEEPROMEEPROMEEPROM數(shù)據(jù)后備(超級(jí)電容)典型值h5050190190存儲(chǔ)器CPU22X主要技術(shù)指標(biāo)型號(hào)CPU221CPU222CPU224CPU226外型尺寸/mm90×80×6290×80×62120.5×80×62190×80×62本機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)6入/4出8入/6出14入/10出24入/16出擴(kuò)展模塊數(shù)量無2個(gè)7個(gè)7個(gè)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(hào)CPU221CPU222CPU224CPU226指令型號(hào)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(yùn)算有有有有實(shí)數(shù)運(yùn)算有有有有主要內(nèi)部繼電器型號(hào)CPU221CPU222CPU224CPU226內(nèi)部通用繼電器/bit256256256256計(jì)數(shù)器/個(gè)256256256256定時(shí)器/個(gè)256256256256順序控制繼電器/bit256256256256附加功能型號(hào)CPU221CPU222CPU224CPU226內(nèi)部高速計(jì)數(shù)器/個(gè)4(30kHz)4(30kHz)6(30kHz)6(30kHz)模擬量調(diào)節(jié)電位器/個(gè)1122脈沖輸出/個(gè)2(20kHz)2(20kHz)2(20kHz)2(20kHz)通信中斷/個(gè)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(shí)中斷/個(gè)2(1~255ms)2(1~255ms)2(1~255ms)2(1~255ms)硬件輸入中斷/個(gè)4444實(shí)時(shí)時(shí)鐘有(時(shí)鐘卡)有(時(shí)鐘卡)有(內(nèi)置)有(內(nèi)置)口令保護(hù)有有有有通信型號(hào)CPU221CPU222CPU224CPU226通信口數(shù)量(個(gè))1(RS485)1(RS485)1(RS485)2(RS485)CPU224模塊數(shù)字量I/O總數(shù)為24點(diǎn)（14入/10出）可帶7個(gè)擴(kuò)展模塊用戶存儲(chǔ)器容量為(4K+2.5K)字內(nèi)置6個(gè)高速計(jì)數(shù)器HC0~5（I0.0~I0.5，30KHZ）有2個(gè)高速脈沖輸出端（Q0.0~Q0.1，20KHZ）具有PID控制的功能1個(gè)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(kuò)展模塊數(shù)字量模塊模擬量模塊智能模塊

擴(kuò)展規(guī)模擴(kuò)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(kuò)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(gè)輸入點(diǎn)與一個(gè)且僅與一個(gè)輸入電路相連*作用：把現(xiàn)場開關(guān)信號(hào)變成CPU能接收的標(biāo)準(zhǔn)TTL信號(hào)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(gè)數(shù)字量輸入端子需提供一個(gè)24VDC電源分組式2．交流輸入模塊

外部接線圖：

隔離式獨(dú)立電源EM2218×120V/230VAC

(二)數(shù)字量輸出模塊

*每一個(gè)輸出點(diǎn)與一個(gè)且僅與一個(gè)輸出電路相連

*作用：將CPU發(fā)出的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成能夠驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的大功率開關(guān)信號(hào)

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(dú)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(gè)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(diǎn)又有數(shù)字量輸出點(diǎn)使系統(tǒng)配置更加靈活類型的組合例如：現(xiàn)有CPU224：主機(jī)I/O14/10

欲擴(kuò)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(duì)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(jìn)行通道的切換1.組成

(一)模擬量輸入模塊（A/D）

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

電壓信號(hào)輸入電流信號(hào)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(shí)間：250μsEM231：※輸入信號(hào)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(jìn)制數(shù)※每個(gè)通道占用存儲(chǔ)器AI區(qū)域2個(gè)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(hào)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(jìn)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(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器作相應(yīng)的動(dòng)作1）外部接線圖：

需要直流24V供電EM232

2個(gè)模擬量輸出通道2）模擬量輸出模塊的特性輸出信號(hào)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(shí)間為100μs電流輸出的設(shè)置時(shí)間為2msEM232：*每個(gè)輸出通道占用存儲(chǔ)器AQ區(qū)域2個(gè)字節(jié)*PLC運(yùn)算處理后的12位數(shù)字量信號(hào)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(jìn)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(gè)模擬量輸入通道

1個(gè)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(chǔ)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(gè)獨(dú)立的自治系統(tǒng)，不依賴于主機(jī)的運(yùn)行方式而獨(dú)立運(yùn)行；智能模塊在自身系統(tǒng)程序的管理下，對(duì)輸入的控制信號(hào)進(jìn)行檢測、處理和控制，并通過外部設(shè)備接口與PLC主機(jī)實(shí)現(xiàn)通信；

智能模塊用來完成特定的功能，而PLC只是對(duì)智能模塊的信息進(jìn)行綜合處理。三、智能模塊PID調(diào)節(jié)模塊高速計(jì)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(jī)上的集成I/O點(diǎn)具有固定的I/O地址

◎擴(kuò)展配置：S7-200主機(jī)帶擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展配置

數(shù)字量模塊 模擬量模塊 智能模塊擴(kuò)展控制規(guī)模擴(kuò)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(diǎn)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(kuò)展配置時(shí)應(yīng)考慮的因素

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

只能擴(kuò)展兩個(gè)智能模塊系統(tǒng)擴(kuò)展配置時(shí)，對(duì)各模塊的輸入/出點(diǎn)進(jìn)行I/O編址

CPU模塊上集成的數(shù)字量I/O點(diǎn)是有固定的I/O地址的。可以在右側(cè)連接幾個(gè)I/O擴(kuò)展模塊來增加I/O點(diǎn)，形成I/O鏈。擴(kuò)展模塊上I/O點(diǎn)的地址由擴(kuò)展模塊類型及模塊在I/O鏈中的位置決定。編址時(shí)，按同類型的模塊對(duì)各輸入點(diǎn)（或輸出點(diǎn)）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?yàn)?/p>

*128個(gè)輸入映象寄存器（I0.0～I(xiàn)15.7）*128個(gè)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(gè)字節(jié))遞增的（X.0-X.7)

未用的物理點(diǎn)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(diǎn)相對(duì)應(yīng)的I/O映象區(qū)的空間丟失

對(duì)于輸出模塊，丟失的空間可作內(nèi)部標(biāo)志位存儲(chǔ)器；對(duì)于輸入模塊，丟失的空間不可用，因?yàn)槊看屋斎敫聲r(shí)，CPU都會(huì)對(duì)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?yàn)?/p>

CPU221：無

CPU222：16輸入通道/16輸出通道

CPU224 CPU226 CPU226XM

模擬量擴(kuò)展模塊的輸入/出點(diǎn)地址總是以2個(gè)通道（1個(gè)通道占2個(gè)字節(jié)）遞增來分配空間 如果一個(gè)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