第06章S7-200PLC的硬件系统及内部资源

S7-200PLC的硬件系统及内部资源第六章

本章学习目的本章以西门子公司生产的S7-200系列小型可编程序控制器为例，介绍具体型号的PLC，内容包括：

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S系列PLC发展概述

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S7-200PLC的系统的基本构成

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S7-200PLC的扩展模块

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S7-200PLC的系统配置6.1

S系列PLC发展概述

德国的西门子（SIEMENS）公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商，生产的SIMATIC可编程序控制器在欧洲处于领先地位。其第一代可编程序控制器是1975年投放市场的SIMATICS3系列的控制系统。在1979年，微处理器技术被应用到可编程序控制器中，产生了SIMATICS5系列，取代了S3系列，之后在20世纪末又推出了S7系列产品。最新的SIMATIC产品为SIMATICS7、M7和C7等几大系列。SIMATIC-S7家族S7-200LOGO!S7-300S7-400S7-300C中/大型High-endrange/mediumrangeS7-400中/小型Low-endrangeS7-300通用逻辑模块6.2S7-200PLC系统的基本构成

一、S7-200PLC系统的基本构成

①②③④最小的PLC系统1.基本单元(S7-200CPU模块)

基本单元（主机）为整体式结构：

中央处理单元+

数字量

I/O点

+存储器+电源运行状态LED可选卡插槽

通信端口

I/O状态LED

顶部端子盖：电源及输出端子前盖：RUN/STOP开关电位器及扩展I/O口低部端子盖：输入端子及传感器电源状态指示灯I/O状态指示灯输入（I）为1时，灯亮；为0时，灯灭输出（Q）为1时，灯亮；为0时，灯灭

(2)运行状态指示灯事故状态SF指示运行状态RUN指示停止状态STOP指示运行状态LED输出状态LED

输入状态LED

可选卡插槽根据需要，可选卡插槽可以插入以下3种之一：(1)存储卡MC291EEPROM存储单元备份程序、用户数据和组态信息(2)日期/时钟电池卡

CC292

提供日期、时钟、后备电池功能(3)电池卡BC293（后备电池）注：当内部保持电容耗尽时，可保持数据和内置时钟长达200天。通信端口(RS485)通信端口

外部设备：编程器上位计算机人机界面打印机其它PLC

……前盖模式开关S7-200CPU的工作模式：运行和停止模式RUN:CPU运行程序TERM:不改变当前操作模式，连接PC时可由编程软件控制CPU的运行和停止，或监视程序运行的状态STOP

:

CPU停止执行程序。此时可以上载或下载程序。

如果模式开关打在STOP或者TERM模式，且电源状态发生变化，则当电源恢复时，CPU会自动进入STOP模式。如果模式开关打在RUN模式，且电源状态发生变化，则当电源恢复时，CPU会进入RUN模式。前盖模拟电位器

提供有1~2个模拟电位器，模拟电位器的电阻值存放在SMB28和SMB29中。

调节电位器会改变特殊存储器SMB28和SMB29两个字节中的值（只读）。顺时针旋转电位器，可使SMB28和SMB29

中的值在0~255之间变化。用于定时器的外设定及脉冲输出等场合。前盖扩展I/O端口

I/O扩展模块--扩展规模智能模块--扩展功能2.个人计算机（PC）或编程器

个人计算机（PC）或编程器需装上STEP7-Micro/WIN32编程软件后，才可供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视···3．STEP7-Micro/WIN32编程软件基本功能：*创建*编辑*调试用户程序*组态系统┇4．通讯电缆实现PLC与个人计算机（PC）通讯*PC/PPI电缆（RS232—RS485）*MPI电缆电缆5．人机界面(HMI)

专用操作员界面*操作员面板（OP27，OP37）*触摸屏（TP27，TP37）*文本显示器（TD200）

通过通信接口（RS485）与PLC连接实现操作人员与PLC控制系统之间的对话TD200操作员界面TD200OP27TP27从CPU模块的功能来看，SIMATICS7-200系列小型PLC发展至今，大致经历了两代：第一代产品其CPU模块为CPU21X，主机都可进行扩展，有四种不同结构配置的CPU单元：

CPU212，CPU214，CPU215和CPU216第二代产品其CPU模块为CPU22X，是在21世纪初投放市场的，速度快，具有较强的通信能力。它具有四种不同结构配置的CPU单元：

CPU221，CPU222，CPU224和CPU226

除CPU221之外，其他都可加扩展模块。二、S7-200PLC主机简介

CPU

22X的型号及主要技术指标

型号：CPU221、CPU222、CPU224CPU226、CPU226XM

供电电压：DC

24V、AC

85~264V

种类：DC/DC/DC、AC/DC/Relay

用户程序/字2048204840964096用户数据/字1024102425602560用户存储器类型EEPROMEEPROMEEPROMEEPROM数据后备(超级电容)典型值h5050190190存储器CPU22X主要技术指标型号CPU221CPU222CPU224CPU226外型尺寸/mm90×80×6290×80×62120.5×80×62190×80×62本机I/O点数6入/4出8入/6出14入/10出24入/16出扩展模块数量无2个7个7个数字量I/O映像区大小/bit256(128入/128出)256(128入/128出)256(128入/128出)256(128入/128出)模拟量I/O映像区大小/bit无16入/16出32入/32出32入/32出输入输出型号CPU221CPU222CPU224CPU226指令型号CPU221CPU222CPU224CPU22633MHz下布尔指令执行速度0.37μs/指令0.37μs/指令0.37μs/指令0.37μs/指令FOR/NEXT循环有有有有增数运算有有有有实数运算有有有有主要内部继电器型号CPU221CPU222CPU224CPU226内部通用继电器/bit256256256256计数器/个256256256256定时器/个256256256256顺序控制继电器/bit256256256256附加功能型号CPU221CPU222CPU224CPU226内部高速计数器/个4(30kHz)4(30kHz)6(30kHz)6(30kHz)模拟量调节电位器/个1122脉冲输出/个2(20kHz)2(20kHz)2(20kHz)2(20kHz)通信中断/个1发送器2接收器1发送器2接收器1发送器2接收器1发送器2接收器定时中断/个2(1~255ms)2(1~255ms)2(1~255ms)2(1~255ms)硬件输入中断/个4444实时时钟有(时钟卡)有(时钟卡)有(内置)有(内置)口令保护有有有有通信型号CPU221CPU222CPU224CPU226通信口数量(个)1(RS485)1(RS485)1(RS485)2(RS485)CPU224模块数字量I/O总数为24点（14入/10出）可带7个扩展模块用户存储器容量为(4K+2.5K)字内置6个高速计数器HC0~5（I0.0~I0.5，30KHZ）有2个高速脉冲输出端（Q0.0~Q0.1，20KHZ）具有PID控制的功能1个RS-485通讯口具有PPI、MPI和自由口通讯协议的通讯能力CPU224

DC/DC/DC

输入、输出单元的接线图给CPU224供电:DC24V6.3S7-200PLC的扩展模块数字量模块模拟量模块智能模块

扩展规模扩展功能一、数字量模块

数字量输出模块数字量输入输出模块数字量输入模块数字量扩展模块常用数字量模块

（一）数字量输入模块直流输入模块交流输入模块*每个输入点与一个且仅与一个输入电路相连*作用：把现场开关信号变成CPU能接收的标准TTL信号数字量输入模块EM221

EM2211.直流输入模块外部接线图：

直流输入模块（EM2218×24VDC）

8个数字量输入端子需提供一个24VDC电源分组式2．交流输入模块

外部接线图：

隔离式独立电源EM2218×120V/230VAC

(二)数字量输出模块

*每一个输出点与一个且仅与一个输出电路相连

*作用：将CPU发出的控制信号转换成能够驱动现场执行机构的大功率开关信号

直流输出模块（晶体管输出）交流输出模块（晶闸管输出）交直流输出模块（继电器输出）数字量输出模块EM222

1.直流输出模块

外部接线图：（EM2228×24VDC）每组需提供一DC24V的电流2．交流输出模块

外部接线图：隔离式独立电源EM2228×120V/230VAC

3.交、直流输出模块

外部接线图：

交直流输出模块（EM2228×继电器）每组需用户提供一个外部电源（直流或交流电源）(三)数字量输入输出模块

在一块模块上既有数字量输入点又有数字量输出点使系统配置更加灵活类型的组合例如：现有CPU224：主机I/O14/10

欲扩展至17/13

缺3/3

配I/O4/4

EM223

二、模拟量模块模拟量输入模块模拟量输出模块模拟量输入输出模块模拟量模块常用模拟量模块

光电耦合器防止电磁干扰对多通道的模拟量输入单元，通常设置多路转换开关进行通道的切换1.组成

(一)模拟量输入模块（A/D）

作用：进行模/数（A/D）转换，将输入端的模拟信号转换成若干位（如12位）数字量。1）外部接线图：EM2314个模拟量输入通道2.使用及特性

电压信号输入电流信号输入2）模拟量输入模块的特性电压输入范围：单极性0~10V，0~5V；双极性±5V，±2.5V电流输入范围：0～20mA模拟量到数字量的最大转换时间：250μsEM231：※输入信号经模数（A/D）转换后的数字量数据值是12位二进制数※每个通道占用存储器AI区域2个字节※该模块模拟量的输入值为只读数据※CPU中存放格式：符号位：0正①单极性数据格式（0~10V、0~5V）12位数据的最大值应为32760单极性数据格式的全量程范围设置为0~32000第15位为0，表示是正值数据差值？②双极性数据格式（±5V、±2.5V）全量程范围设置为－32000~+32000分辨率以A/D转换后的二进制数数字量的位数来表示（12/11位）32760(二)模拟量输出模块（D/A）作用：将CPU发出的数字量控制信号转换成相应的模拟量信号，以驱动执行器作相应的动作1）外部接线图：

需要直流24V供电EM232

2个模拟量输出通道2）模拟量输出模块的特性输出信号的范围：

电压输出为±10V

电流输出为0-20mA电压输出的设置时间为100μs电流输出的设置时间为2msEM232：*每个输出通道占用存储器AQ区域2个字节*PLC运算处理后的12位数字量信号在CPU中存放格式：D/A转换前①电流输出数据格式电流输出数据格式的全量程范围设置为为0~+32000第15位为0，表示是正值数据②电压输出的数据格式电压输出数据格式的全量程范围设置为-32000~+32000模拟量输出模块的分辨率通常以D/A转换前待转换的二进制数数字量的位数表示。(三)模拟量输入输出模块EM235

4个模拟量输入通道

1个模拟量输出通道模拟量输入功能同EM231模拟量输入模块模拟量输出功能同EM232模拟量输出模块三、智能模块智能模块由处理器、存储器、输入输出单元、外部设备接口等组成；智能模块都有自身的处理器，它是一个独立的自治系统，不依赖于主机的运行方式而独立运行；智能模块在自身系统程序的管理下，对输入的控制信号进行检测、处理和控制，并通过外部设备接口与PLC主机实现通信；

智能模块用来完成特定的功能，而PLC只是对智能模块的信息进行综合处理。三、智能模块PID调节模块高速计数器模块温度传感器模块高速脉冲输出模块位置控制模块阀门控制模块通信模块

┇常用智能模块

6.4S7-200PLC的系统配置

◎基本配置：主机上的集成I/O点具有固定的I/O地址

◎扩展配置：S7-200主机带扩展模块进行扩展配置

数字量模块 模拟量模块 智能模块扩展控制规模扩展控制功能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=数字量10点CPU222:40入/38出=78数字量模拟量8入/2出CPU224:94入/74出=168数字量模拟量28入/7出CPU226:128入/120出=248数字量模拟量28入/7出

扩展配置时应考虑的因素

一、主机允许带扩展模块的数量CPU221CPU222CPU224CPU2261无扩展能力212345677123456

只能扩展两个智能模块系统扩展配置时，对各模块的输入/出点进行I/O编址

CPU模块上集成的数字量I/O点是有固定的I/O地址的。可以在右侧连接几个I/O扩展模块来增加I/O点，形成I/O链。扩展模块上I/O点的地址由扩展模块类型及模块在I/O链中的位置决定。编址时，按同类型的模块对各输入点（或输出点）顺序编址。

数字量I/O映象区的大小数字量I/O映象区区域为

*128个输入映象寄存器（I0.0～I15.7）*128个输出映象寄存器（Q0.0～Q15.7）数字量I/O映象区的逻辑空间是以8位（1个字节)递增的（X.0-X.7)

未用的物理点地址不能分配给I/O链中的后续数字量模块与未用物理点相对应的I/O映象区的空间丢失

对于输出模块，丢失的空间可作内部标志位存储器；对于输入模块，丢失的空间不可用，因为每次输入更新时，CPU都会对这些空间清零。二、CPU输入/输出映象区的大小2.模拟量I/O映象区的大小

模拟量I/O映象区区域为

CPU221：无

CPU222：16输入通道/16输出通道

CPU224 CPU226 CPU226XM

模拟量扩展模块的输入/出点地址总是以2个通道（1个通道占2个字节）递增来分配空间 如果一个模块没有占用完输入或输出通道，则未用的通道地址不能分配给I/O链中的后续模拟量模块32输入通道/32输出通道DI/DO：26/22I/O地址分配举例（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