PLC的硬件基础知识.doc

第1章 PLC的硬件详细介绍目前市场上主要有德国西门子(SIEMENS);日本三菱(MITSUBISHI)、欧姆龙（OMRON）、富士电机（FUJI）、松下电工；法国施耐德（SCHNEIDER、MODICON）,韩国三星（SAMSUNG）、ABB、GE、日立等公司生产的PLC，虽然厂商不一样，但其PLC的原理基本一致。1.1 PLC硬件结构和电路PLC主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源、I/O扩展接口、外设接口以及外围编程设备等几大部分组成。其硬件结构图如图1.1所示。外部设备输出设备微处理器（CPU）运算器控制器输出部件输入部件系统存储器用户存储器II/O扩展接口通讯及编程接口 编程设备 计算机 打印机等 传感器按钮、开关 现场信号 电磁阀中间继电器 执行器输入设备扩展设备 扩展单元 通讯模块 功能模块 电源变换器110V/220V市电PLC基本单元图1.1.1 PLC硬件结构图1.1.1 中央处理器（CPU）中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储器、输入输出接口电路连接。CPU常用的微处理器通常有通用型微处理器（Intel公司的8086、80186、奔腾等系列芯片）、单片机（Intel公司的MCS-96系列单片机等）和位片式微处理器（AMD2900系列微处理器）等三类。小型PLC多采用单片机或专用CPU，中型PLC大多采用16/32位微处理器或单片机，大型和超大型PLC大多采用高速位片式处理器，具有高速处理能力。CPU的主要功能： 1) 从存储器中读取指令 2) 执行指令 3) 顺序取指令 4) 处理中断、数据传送、逻辑运算、算术运算等1.1.2 存储器（RAM、ROM）PLC的存储器（内部存储器）包括系统存储器和用户存储器。系统存储器用来存放由PLC厂家编写的系统程序（机械源代码、BIOS程序等），系统存储器一般是ROM存储器，用户一般不能更改。用户存储器包括用户程序存储区和数据存储区两部分，用户存储器一般是ROM、EPROM或EEPROM存储器。用户程序存储区用来存放用户用编程软件编写的程序，用户根据具体的情况可以更改；数据存储区用来存放用户程序中所使用器件的ON/OFF状态、数值和数据等中间运算结果。PLC的存储器由随机存储器RAM、只读存储器ROM、可擦写存储器EEPROM3大部分构成。ROM用于存放系统程序，用户不可以改变，其数据断电后不会消失，PLC在生产过程中就已经将程序固化在其程序中。RAM用于存储用户程序和中间运算数据，其数据断电后消失，在关断PLC的外部电源后，可以用锂电池保存RAM中的用户程序和某些数据（目前已经采用更先进的技术保存其数据）。EEPROM皆有ROM的非易失性和RAM的随机存取的优点，用于存放需要长期保存的重要数据。其主要功能：1) 存放模块化应用功能子程序；2) 存放命令解释程序；3) 存放功能子程序的调用管理程序；4) 存放存储系统参数。1.1.3 输入输出单元（I/O）I/O单元实际上是I/O电路，PLC的CPU 模块I/O单元和扩展模块的I/O 单元，一般小型PLC（西门子S7-200、三菱F2N系列PLC）的CPU模块I/O口大多数只有开关量I/O口；扩展模块的I/O单元有开关量、模拟量、热电偶等。PLC内部输入电路将PLC外部电路(开关量信号从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等输入.模拟量信号由电位器、热电偶、测速电机和各种变送器等输入),通过光耦合电路送至PLC内部电路。输入单元的作用是接收和采集输入信号，输出单元的作用是控制输出设备，执行装置。1. 输入接口电路为了防止由于触点抖动或干扰脉冲引起错误的输入信号，因此输入接口电路必须有很强的抗干扰能力。其抗干扰的方法有：利用光耦合器提高抗干扰能力和利用滤波电路提高抗干扰能力。输入接口电路图1.1.2所示.图1.1.2 直流高电平有效输入接口电路根据输入电路的电压类型和电路形式的不同，可以分为干结式、直流输入式和交流输入式;按电平的有效形式可分为高电平有效型和低电平有效型，上图是直流输入式高电平有效型接口电路。一般直流数字量输入端口电压定额一般接DC24V(PLC西门子S7-200、三菱F2N系列PLC,但三菱F2N系列PLC由于输入接口电路已经带有24VDC电源，因此不再接入电源)。2. 输出接口电路根据PLC的输出电路结构的不同可将输出接口电路分为：小型继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型3种。PLC小型PLC继电器输出电路型允许负载一般是AC250V/DC50V以下，负载电流可达2A，容量可达80100VA（电压电流），因此，PLC的输出一般不宜直接驱动大电流负载（一般通过一个小负载来驱动大负载，如PLC的输出可以接一个电流比较小的中间继电器，再由中间继电器触点驱动大负载，如接触器线圈等）。PLC继电器输出电路的继电器触点的使用寿命也有限制（一般数十万次左右，根据负载而定，如连接感性负载时的寿命要小于阻性负载）。此外，继电器输出的响应时间也比较慢（10ms）左右，因此，在要求快速响应的场合不适合使用此种类型的电路输出。继电器输出型电路见下图1.1.3所示。图1.1.3 小型继电器输出型电路晶体管输出型电路相比于继电器输出响应快（一般在0.2ms以下），适用于要求快速响应的场合；由于晶体管是无机械触点，因此比继电器型输出电路的寿命长。晶体管输出型电路的电源只能是直接电源，这是其应用局限的一方面。另外，晶体管输出驱动能力要小于继电器输出，允许负载电压一般为DC5V30V，允许负载电流为0.2A0.5A。晶体管输出型电路的主要有两种：NPN和PNP型集电极开路输出。PLC晶体管型输出电路见下图1.1.4所示。图1.1.4 晶体管输出形式电路双向晶闸管输出型的驱动能力要比继电器输出型的要小，允许负载电压一般为AC85242V；单点输出电流为0.2A0.5A，当多点共用公共端时，每点的输出电流应减小（如单点驱动能力为0.3A的双向晶闸管输出，在4点共用公共端时，最大允许输出为0.8A/4点）。晶闸管输出型电路见图1.1.5所示。图1.1.5 晶闸管输出型电路注意：为了保护晶闸管，通常在PLC内部电路晶闸管的两端并接RC阻容吸收元件（一般为0.015uF/22左右）和压敏电阻，因此在晶闸管关断时，PLC的输出仍然有12mA的开路漏电流，这就可能导致一些小型继电器在PLC输出OFF时无法关断的情况。1.1.4 I/O扩展接口当PLC的CPU基本I/O单元的输入/输出点数不够使用和不能满足使用条件时，用I/O扩展接口接连接扩展模块，以满足输入/输出点数和使用条件。1.1.5 电源电源单元是由电源电路构成，电源单元的作用是把外部电源（220V的交流电源）转换成内部工作电压。PLC使用220V交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为各模块提供DC5V、12V和24V等直流电源，使PLC能正常工作。PLC通常还可以为外部电路和电子传感器提供24V的直流电压，但使用时要注意其自带电源的容量。1.1.6 其他部件和外设接口通信接口用于与PC机等通信设备相连。外设接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能通过外设接口组成PLC的控制网络。PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过RS-485接口与计算机连接，可以实现编程、监控、连网等功能。1.2 PLC的工作原理PLC在本质上是一台微型计算机，其工作原理与普通计算机类似，具有许多相似特点，但其工作方式却与微机有较大的不同，具有一定的特殊性。PLC的工作方式是周期循环扫描，其工作过程是：输入处理阶段（输入采样） 程序执行阶段（程序扫描） 输出处理阶段（输出刷新）。其程序执行原理如图1.2.1所示图1.2.1 其程序执行原理PLC执行完上图中所示的所有过程，称为一个扫描周期，PLC完成一个周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。其工作的流程图见图1.2.2所示，其扫描过程图见图1.2.3所示。 图1.2.2 PLC工作的流程图图1.2.3 扫描工作过程图1.3 实际使用时PLC的选型原则和注意事项在实际运用中应根据受控对象的性能、特点和控制系统的要求，选择质量、性价比较高品牌，能满足系统性能要求的PLC 。其选用PLC时主要考虑一下几点：1.输入点数、输出点数，输入量的形式，输出驱动负载的特点。输入量有数字量和模拟量两种，一般小型PLC（西门子S7-200、三菱F2N系列PLC）的CPU模块I/O口大多数只有开关量I/O口；扩展模块的I/O单元有开关量、模拟量、热电偶等。当PLC的CPU模块的I/O口点数不够或不能满足性能要求时，需要增加扩展模块来满足系统的要求。PLC输出有继电器输出型、晶体管输出型、晶闸管输出型三种。继电器输出型允许负载一般是AC250V/DC50V以下，负载电流可达2A。晶体管输出型相比于继电器输出型响应快（一般在0.2ms以下），适用于要求快速响应的场合；比继电器输出型的寿命长，允许负载电压一般为DC5V30V，允许负载电流为0.2A0.5A。双向晶闸管输出型允许负载电压一般为AC85242V；单点输出电流为0.2A0.5A，当多点共用公共端时，每点的输出电流应减小（如单点驱动能力为0.3A的双向晶闸管输出，在4点共用公共端时，最大允许输出为0.8A/4点）。2.存储器容量的大小程序容量应小于存储器容量。存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量应小于存储器容量。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。3.PLC的控制功能要满足控制系统的要求PLC的运算功能、控制功能、指令系统、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性应满足系统的要求。一般在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的；其它情况则最好选用模块式结构的。对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带转换、转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。4.PLC的CPU模块自带电源（DC5V、DC24V）的容量不能过载，PLC的CPU模块能连接扩展模块的数量，其能否满足系统的要求。当有扩展模块时CPU模块通过I/O总线为其提供DC5V电源，所有扩展模块的5V电源消耗之和不能超过该CPU提供的电源额定，若不够用不能外接5V电源。每个CPU模块都有一个DC24V传感器电源，它为本机输入点、扩展模块输入点和扩展模块继电器线圈提供DC24V。如果电源要求超出了CPU模块的电源定额，你可以增加一个外部DC24V电源来提供给扩展模块。 5.PLC的CPU模块前面板上用两个发光二级管显示当前工作状态，PLC处于运行状态时，绿色指示灯点亮；PLC处于停止状态时，红色指示灯点亮；在标有SF的指示灯点亮时表示系统出现故障，PLC停止工作。当PLC输入端口指示灯点亮时，表示PLC输入端有信号输；当PLC的CPU模块和扩展模块的电源指示灯点亮时，表示其工作电源已接通；当PLC输出端口指示灯点亮时，表示PLC输出端有有输出。 6.PLC检查出异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊结存器中会存入出错代码；当PLC出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描便停止。7.清楚的了解PLC的分类有助于合理的选择PLC的型号。按控制规模可以分为大型机、中型机和小型机；按控制性能可以分为高档机、中档机和低档机；按结构可分为整体式、组合式和叠装式。小型机: 小型机的控制点一般在256点之内,适合于单机控制或小型系统的控制。西门子小型机有S7-200：处理速度0.81.2ms ；存贮器2k ；数字量248点；模拟量35路 。中型机:中型机的控制点一般不大于2048点,可用于对设备进行直接控制，还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控，它适合中型或大型控制系统的控制。西门子中型机有S7-300：处理速度0.81.2ms ；存贮器2k ；数字量1024点；模拟量128路 ；网络PROFIBUS；工业以太网；MPI。大型机：大型机的控制点一般大于2048点,不仅能完成较复杂的算术运算还能进行复杂的矩阵运算。它不仅可用于对设备进行直接控制，还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控。西门子大型机有S7-400 ：处理速度0.3ms / 1k字；存贮器512k ；I/O点12672。低档机：这类可编程序控制器，具有基本的控制功能和一般的运算能力。工作速度比较低，能带的输入和输出模块的数量比较少。比如，德国SIEMENS公司生产的S7-200就属于这一类。中档机：这类可编程序控制器，具有较强的控制功能和较强的运算能力。它不仅能完成一般的逻辑运算，也能完成比较复杂的三角函数、指数和PID运算。工作速度比较快，能带的输入输出模块的数量也比较多，输入和输出模块的种类也比较多。比如，德国SIEMENS公司生产的S7-300就属于这一类。高档机：这类可编程序控制器，具有强大的控制功能和强大的运算能力。它不仅能完成逻辑运算、三角函数运算、指数运算和PID运算，还能进行复杂的矩阵运算。工作速度很快，能带的输入输出模块的数量很多，输入和输出模块的种类也很全面。这类可编程序控制器可以完成规模很大的控制任务。在联网中一般做主站使用。比如，德国SIEMENS公司生产的S7-400就属于这一类。整体式PLC：把电源、CPU、存储器、I/O系统都集成在一个单元内，该单元叫做作基本单元。一个基本单元就是一台完整的PLC。控制点数不符合需要时，可再接扩展单元。整体式结构的特点是非常紧凑、体积小、成本低、安装方便。组合式PLC：把PLC系统的各个组成部分按功能分成若干个模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等等。其中各模块功能比较单一，模块的种类却日趋丰富。比如，一些可编程序控制器，除了些基本的I/O模块外，还有一些特殊功能模块，像温度检测模块、位置检测模块、PID控制模块、通讯模块等等。组合式结构的PLC特点是CPU、输入、输出均为独立的模块。模块尺寸统一、安装整齐、I/O点选型自由、安装调试、扩展、维修方便。叠装式PLC：叠装式结构集整体式结构的紧凑、体积小、安装方便和组合式结构的I/O点搭配灵话、安装整齐的优点于一身。它也是由各个单元的组合构成。其特点是CPU自成独立的基本单元（由CPU和一定的I/O点组成），其它I/O模块为扩展单元。在安装时不用基板，仅用电缆进行单元间的联接，各个单元可以一个个地叠装。使系统达到配置灵活、体积小巧。 8.在实际选用PLC时，一定要注意PLC的市场状况。目前PLC的适用范围广和发展速度快，PLC的生产厂家很可能在很短的时间内研发出新的PLC取代原有的PLC。 9.三极管类型传感器或编码器与PLC连接时，要注意选择输入形式是PNP型还是NPN型，国内PLC厂家多采用这样的描述，而三菱则是称之为源型输入与漏型输入。 10.PLC的基本模块或扩展模块I/O的“.”，表示空端子。注意不能对空端子进行外部接线。 11.I/O电路的常见问题PLC的控制系统中的输入设备,常见的有按钮、行程开关、转换开关、接近开关、霍尔开关、拨码开关、各种传感器等；输出负载有继电器、指示灯、电磁阀等。正确地连接输入输出电路,是保证PLC安全可靠工作的前提。1）用三极管等有源元件作为无触点开关的输出设备，与PLC输入单元连接是，由于三极管自身有漏电流存在，或者电路不能保证三极管可靠截止而处于放大状态，使得即使在戒截止时，乃会有一个小的漏电流流过，当该电流的值大于1.3mA时，就可能引起PLC输入电路发生误动作。解决办法：在PLC输入端并联一个旁路电阻分流，使得流入PLC电流小于1.3mM。2）在使用PLC时，应注意在输出回路串联熔断器，避免负载电流过大，损坏PLC的输出电路。3）由于晶体管、晶闸管型输出端子漏电流和残压的存在，当驱动不同类型的负载时，应考虑电平匹配和误动作等问题。输出触点接感性负载断电时会产生很高的反向电动势，对输出电路产生冲击；因此，对于大电感负载或频繁管关断的感性负载应使用外部抑制电路，一般采用阻容吸收电路或二极管吸收电路（对直流电路，应并接续流二极管，对交流电路，应并接并接阻容电路）。阻容电路中电阻可取51120，电容可以取0.10.47F。电容的额定电压应大于电源的峰值电压，续流二极管可以选1A的管子，其额定电压应大于电源电压的3倍其示意图见图1.3.1所示。（a）（b）图1.3.1 输入输出口的保护(a)直流输入输出点的保护(b)交流输入输出点的保护R51120；C0.10.47F第二章 西门子PLC 的硬件详细介绍西门子公司的PLC产品有SIMATIC S7和 LOGO!两大系列。LOGO!逻辑模块可以完美地适用于小型自动化工程，并可通过取代大量的时间开关和继电器、计数器和保护继电器使得自动化系统的建立变得简单。S7系列是传统意义的PLC产品,其包括S7-200、S7-200CN、S7-200 SMART、S7-1200、S7-300、S7-400。 S7200是小型低档PLC（Micro PLC）,其设计更加小巧、指令执行更加快速、功能性更加提高，新一代的S7200CN、S7-200 SMART PLC、S7-1200产品可以替代以前的产品。S7-300是模块化中型中档PLC系统，最多可以扩展32个模块,能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统,与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.60.1s）的指令运算速度；用浮点数运算有效地实现了更为复杂的算术运算。S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序；具备强大的通信功能，S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等。S7-400是大型高档PLC，最多可以扩展300个模块,能满足性能要求高的应用。S7-400 PLC采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别（功能逐步升级）的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统。当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。S7-300/400可以组成MPI（多点接口）、PROFIBUS网络和工业以太网等。其特点有如下：可以用C、C+或CFC这类高级语言来对M7-300/400 PLC编程, 由S7-300 PLC、HMI（人机接口）操作面板、I/O、通信和过程监控系统组成，面向用户配置/编程、数据管理与通信集成在一起，具有很高的性价比SIMATIC_WinAC基于Windows NT/2000操作系统和标准的接口（ActiveX、OPC），提供软件PLC或插槽PLC。既能独立运行，也可连成网络，实现集散自动化系统的复杂控制功能，应用领域覆盖所有与自动检测、自动化控制有关的工业及民用领域 。2.1 SIMATIC S7-200CN小型PLC 的硬件详细介绍2.1.1 SIMATIC S7-200CN小型PLC的CPU模块详细介绍SIMATIC S7-200CN小型PLC的CPU模块有CPU221、CPU222CN、CPU224CN、CPU224XP CN、CPU224XPsi CN、CPU226CN，分别有DC/DC/DC和AC/DC/Relay(继电器)两种。继电器输出的工作电源是AC85264V(4763Hz),输出触点能接5250VAC/530VDC负载；晶体管输出型的工作电源是DC24V，输出触点只能接直流额定电压24VDC负载。其订货号和主要规范见表2.1.1，其CPU模块的主要性能参数见表2.1.2，其CPU模块的其他性能参数见表2.1.3。本系列PLC有6种基本型号的CPU，在设计上具有如下特点和功能：1）集成的24V负载电源。 2）不同的设备类型的数字量输入/输出点。3）模拟量输入/输出点。4)中断输入 。5）高速计数器。6)可方便地用数字量和模拟量等扩展模块进行扩展。7)模拟电位器。8)脉冲输出实时时钟。9）EEPROM 存储器模块10）电池模块。S7-200 CN系列PLC的CPU内部集成的PPI 接口提供了强大的通信功能。 PPI 接口物理特性为RS485，可在三种方式下工作：1）PPI 方式 ：专为S7-200 CN 系列PLC 开发的一个通信协议。2）MPI 方式：S7-200 CN可以通过内置接口连接到MPI网络上，波特率为19.2K/187.5Kbit/s。3)自由通信口方式 。表2.1.1 西门子S7-200CN小型PLC的CPU模块的订货号详细表和主要规范型号CPU221CPU222CPU224CPU226XP/XPsiCPU226用户存数据储器类型EEPROMEEPROMEEPROMEEPROMEEPROM程序存储器：可在运行模式下编辑不可在运行模式下编辑4KB4KB4KB4KB8/12KB8/12KB12/16KB12/16KB16/24KB16/24KB用户数据存储区2KB2KB8KB10KB10KB数据后备(超级电容)典型值/H（小时）5050100100100主机数字量I/O点数主机模拟量I/O点数6/4无8/6无14/10无14/102/124/16无可扩展模块无277724V PLC自带电源最大电流/电源限制(mA)180/600180/600280/600280/600400/约1500I/O扩展接口的DC5V电源的输出电流（mA）0最大340最大660最大660最大1000最大模拟量输入/输出无16/832/2832/2832/28继电器输出型PLC输入电流/负载电流24VDC 4mA/最大2A晶体管输出型PLC输入电流/负载电流24VDC 4mA/24VDC 0.75A冲击电流继电器输出型(264VAC)时，20A,晶体管输出型(28.8VDC)时10A隔离（现场与逻辑）继电器输出型不隔离,晶体管输出型1500VAC保持时间（掉电）继电器输出型10ms,24VDC,晶体管输出型20/80 120/240VAC保险（不可替换）继电器输出型3A,250V慢速熔断,晶体管输出型2A,250V慢速熔断浮点数运算有I/O映象区数字量I/O映象区256（128入/128出）布尔指令执行速度0.22us/指令型号CPU221CPU222CPU224CPU226XPCPU226内置高速计数器单相双相(A/B)计数器4路30kHz2路20kHz4路30kHz2路20kHz6路30kHz4路20kHz4路30kHz2路200kHz3路20kHz1路100kHz6路30kHz4路20kHz脉冲输出（脉宽或调频）2路20kHz2路20kHz2路20kHz2路100kHz2路100kHz模拟量调节电位器1个8位1个8位2个8位2个8位2个8位实时时钟有（时钟卡）有（时钟卡）有（内置）有（内置）有（内置）通信接口1个RS4851个RS4852个RS4852个RS4852个RS485个各组输入点数4,24，48,613,1113,11各组输出点数4（DC电源）1,3（AC电源）6（DC电源）3,3（AC电源）5,5（DC电源）4，3,3（AC电源）8，8（DC电源）4，5，7,（AC电源）8，8（DC电源）4，5，7,（AC电源） 注意：西门子S7-200CN小型PLC详细介绍和详细参数，请参考西门子S7-200CN系统手册和手册的技术规范。表2.1.2 西门子S7-200CN小型PLC 的CPU模块主要性能参数表2.1.3 西门子S7-200CN小型PLC的CPU模块的其他性能参数 2.1.2 西门子S7-200CN小型PLC扩展模块详细介绍S7-200CN系列PLC扩展模块有数字量模块、模拟量模块、智能模块。数字量扩展模块总共可以提供输入数字量模块、输出数字量模块和混合数字量模块3大类，并且输入模块有AC120/230V和DC24V共2种,输出模块有AC120/230V、DC24V和继电器三种，共16种数字量输入/输出扩展模块。模拟量扩展模块总共可以提供输入模拟量模块、输出模拟量模块和混合模拟量模块3大类，并且输入模块有4/8点输入、4热电偶输入和2热电阻输入3种。智能模块有定位、以太网、调制解调器、互联网和PROFIBUS-DP共5种。其他模块主要有ASI模块。西门子S7-200CN小型PLC扩展模块详细型号和类型见表2.1.4。其扩展模块的主要技术参数见表2.1.5，其扩展模块的其他技术参数请参考西门子S7-200CN系统手册和手册的技术规范。模块类别输入型（型号）输出型（型号）混合型-输入/输出（型号）数字量模块EM221 8/16x24VDCEM221 8x120/230VACEM222 4x24VDC-5AEM222 8x24DC-0.75AEM222 4x继电器-10AEM222 8x继电器-0.75AEM222 8x120/230VACEM223 4/8/16/32x24VDC/24DC-0.75AEM223 4/8/16/32x24VDC/继电器-2A模块类别输入型（型号）输出型（型号）混合型-输入/输出（型号）模拟量模块EM231 4/8输入EM231 热电阻2/4输入EM231 热电偶4/8输入EM232 2/4输出EM235 4输入/1输出智能模块EM253位控模块、称重模块SIMAREX MS 、(CP243-1) 以太网、EM241 调制解调器、(CP 243-1 IT）因特网、EM227 PROFIBUS-DP、（CP 243-2）ASI 表2.1.4 西门子S7-200CN小型PLC扩展模块详细型号和类别数字量扩展模块型号模块工作电源需求（DC5V）输入/输出电路电源需求（DC24V）输入输出技术要求EM221 DI 8x24VDC30 mA接通：4mA/输入详见西门子S7-200CN系统手册的技术规范。EM221 DI 8x120/230VAC30 mAEM221 DI 16x24VDC70 mA接通：4mA/输入EM222 DO 4x24VDC-5A40 mA接通：4mA/输入EM222 DO 4x继电器-10A30 mA 接通：20mA/输出EM222 DO 8x24VDC50 mA 接通：4mA/输入EM222 DO 8x继电器40 mA接通：9mA/输出EM222 DO 8x120/230VAC110 mAEM223 24VDC 4入/4出40 mA接通：4mA/输入EM223 24VDC 4入/4继电器40 mA接通：4mA/输入接通：9mA/输出EM223 24VDC 8入/8 出80 mA接通：4mA/输入EM223 24VDC 8入 /8继电器80 mA接通：4mA/输入接通：9mA/输出EM223 24VDC 16入/16出160 mA接通：4mA/输入EM223 24VDC 16入/16继电器150 mA接通：4mA/输入接通：9mA/输出EM223 24VDC 32入/32出240mA接通：4mA/输入EM223 24VDC 32入/32继电器204mA接通：4mA/输入接通：9mA/输出 模拟量扩展模块型号模块工作电源需求（DC5V）输入/输出电路电源需求（DC24V）输入输出技术要求EM231 4输入20mA60mA详见西门子S7-200CN系统手册的技术规范。EM231 8输入20mA60mAEM231 热电阻2输入87mA60mAEM231 热电阻4输入87mA60mAEM231 热电偶4输入87mA60mAEM231 热电偶8输入87mA60mAEM232 2输出20mA70mA（两输出都是20mA）EM235 4输入/1输出30mA60mA（两输出都是20mA）智能模块型号模块工作电源需求（DC5V）输入/输出电路电源需求（DC24V）输入输出技术要求EM253位控模块190mA不同的参数不同详见西门子S7-200CN系统手册的技术规范。(CP243-1) 以太网55mA60mAEM241 调制解调器80mA70mA(CP243-1 IT）因特网55mA60mAEM227 PROFIBUS-DP150mA不同的参数不同ASI（CP 243-2）接口220mA100mA表2.1.5 西门子S7-200CN小型PLC扩展模块的主要技术参数2.1.3 西门子S7-200CN小型PLC的电源需求与计算S7-200CN小型PLC的CPU模块提供DC5V和DC24V电源：当有扩展模块时CPU通过I/O总线为其提供DC5V电源，所有扩展模块的DC5V电源消耗之和不能超过该CPU提供的电源额定，不够用不能外接DC5V电源。 每个CPU都有一个DC24V传感器电源，它可以为本机输入点和扩展模块输入点及扩展模块继电器线圈提供DC24V电源。如果电源要求超出了CPU模块的电源定额，需要增加一个外部DC24V电源来提供给扩展模块。 CPU上的通讯口，可以连接PC/PPI电缆和TD 200并为它们供电，此电源消耗已经不必再纳入计算。所谓电源计算，就是用CPU所能提供的电源容量，减去各模块所需要的电源消耗量。但要注意：如果输入/输出点使用外接DC24V电源，则不必纳入计算。EM277模块本身不需要DC24V电源，这个电源是专供通讯端口用的，DC24V电源需求取决于通讯端口上的负载大小。电源计算的例子参见下表2.1.6。表2.1.6 电源计算的例子2.1.4 实际使用西门子S7-200CN小型PLC的硬件注意事项和接线图PLC控制系统中的输入元件,常见的有按钮、行程开关、转换开关、接近开关、霍尔开关、拨码开关、各种传感器等；输出负载有继电器、指示灯、电磁阀等。正确地连接输入、输出电路是保证PLC安全可靠工作的前提。在实际使用西门子S7-200CN小型PLC硬件应注意以下几方面：1） 西门子S7-200CN小型PLC的CPU模块有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226XPsi、CPU226，分别有DC/DC/DC和AC/DC/Relay(继电器)两种。CPU221、CPU222、CPU224、CPU226模块只有数字量I/O口;CPU224XP和CPU226XPsi有数字量14 IN/10 OUT和模拟量2 IN/1 OUT。扩展模块有数字量模块、模拟量模块、智能模块。2） 西门子S7-200CN小型PLC的CPU模块前面板上用两个发光二级管显示当前工作状态，PLC处于运行状态时，绿色指示灯点亮；PLC处于停止状态时，红色指示灯点亮；在标有SF的指示灯点亮时表示系统出现故障，P