电气控制与PLC应用技术（S7-1200）课件 2任务1 S7-1200PLC的硬件系统

任务1

S7-1200PLC的硬件系统主讲教师：童克波任务引入

目前，工业市场正在面临着“第四次工业革命”，如何抓住这个机遇确保制造业的未来，是每个制造业都必须面对的挑战。为了应对这些挑战，顺应电气化、自动化、数字化生产的潮流，西门子公司提出了“全集成自动化”的概念，全集成自动化是将全部自动化组态任务完美地集成在一个单一的开发环境——“TIA博途”之中，而西门子公司推出的新一代的S7-1200、1500PLC，正是TIA全集成自动化构架的核心单元。任务目标

1.熟悉S7-1200CPU的硬件资源。2.熟悉信号板和信号模块的硬件资源。3.掌握S7-1200PLC的硬件接线。相关知识

S7-1200PLC是西门子公司的新一代小型PLC，自2009年上市到现在，其控制功能和应用领域不断拓展，实现了由单体设备的简单逻辑控制到运动控制、过程控制及集散控制等各种复杂任务的跨越。现在的PLC在模拟量处理、数字运算、人机接口和工业控制网络等方面的应用能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备之一。S7-1200产品定位中、低端小型PLC市场，其硬件由紧凑模块化结构组成，且具有丰富的扩展模块，选择灵活度高，功能强大，有各种认证，可用于高海拔、宽温度范围等场合。S7-1200系统I/O点数、内存容量均比S7-200及200SMARTPLC多出30%，且将最新的控制技术和通信技术应用其中。相关知识1.S7-1200PLC的外形结构S7-1200PLC的外形结构如图2-1所示。其中①-电源接口；②-存储卡插槽；③-可拆卸用户接线连接器（保护盖下面）；④-板载I/O的状态LED灯；⑤-以太网接口；⑥-CPU操作模式LED灯，黄色表示STOP模式，绿色表示RUN模式，闪烁表示

STARTUP模式，ERROR表示用户程序逻辑错误和硬件错误，MAINT表示PLC当前存在维护请求。图1-1S7-1200PLC的外形结构图相关知识2.CPU模块1）CPU的硬件资源CPU将微处理器、集成电源、输入和输出电路、内置的PROFINET接口、高速运动控制I/O以及板载模拟量输入组合到一个设计紧凑的外壳中，形成功能强大的PLC。通过内置的PROFINET接口，借助以太网，CPU可以与HMI面板或其他CPU通信。S7-1200PLC现有5种型号的CPU模块，其硬件资源如表2-1所示。相关知识表2-1S7-1200CPU的硬件资源特征CPU1211CCPU1212CCPU1214CCPU1215CCPU1217C用户存储器工作50KB75KB100KB125KB150KB负载1MB2MB4MB保持性10KB本地板载

I/O数字量I/O6/48/614/10模拟量2个输入2个输入2个输入2个输入/2个输出过程映像大小输入

(I)1024个字节输出

(Q)1024个字节位存储器

(M)4096个字节8192个字节信号模块

(SM)扩展无28信号板

(SB)、电池板

(BB)或通信板

(CB)1通信模块

(CM)（左侧扩展）3高速计数器总计最多可组态

6个使用任意内置或

SB输入的高速计数器1MHz无Ib.2到

Ib.5100/80kHzIa.0到

Ia.530/20kHz无Ia.6到

Ia.7Ia.6到

Ib.5Ia.6到

Ib.1相关知识表2-1S7-1200CPU的硬件资源特征CPU1211CCPU1212CCPU1214CCPU1215CCPU1217C脉冲输出1总计最多可组态

4个使用任意内置或

SB输出的脉冲输出1MHz无Qa.0到

Qa.3100kHzQa.0到

Qa.3Qa.4到

Qb.120kHz无Qa.4到

Qa.5Qa.4到

Qb.1无存储卡SIMATIC存储卡（选件）数据日志数量每次最多打开

8个大小每个数据日志为

500MB或受最大可用装载存储器容量限制实时时钟保持时间通常为

20天，40°C时最少为

12天（免维护超级电容）PROFINET以太网通信端口12实数数学运算执行速度2.3μs/指令布尔运算执行速度0.08μs/指令

注：1-对于具有继电器输出的CPU模块，必须安装数字量信号(SB)才能使用脉冲输出。相关知识2）CPU的技术规范

每种CPU有3种不同的版本可供选择，它们根据版本不同，具有不同的电源电压、输入电压和输出电压，具体类别见表2-2所示。表2-2CPU的类型版本电源电压DI输入电压DO输出电压DO输出电流DC/DC/DCDC24VDC24VDC24V0.5ADC/DC/RLYDC24VDC24VDC5~30V,AC5~250V2A,DC30W/AC200WAC/DC/RLYAC85~264VDC24VDC5~30V,AC5~250V2A,DC30W/AC200W相关知识

相同版本号的CPU输入/输出接线是相同的，现列举CPU1214CAC/DC/RLY的外部接线图如图2-2所示，DC/DC/DC的外部接线图如图2-3所示。图2-2CPU1214CAC/DC/RLY的外部接线图相关知识

DC/DC/RLY版本号的CPU接线与图2-2的区别在于它的电源电压为直流24V，其它接线相同。图2-3CPU1214CDC/DC/DC的外部接线图图2-2、2-3中①表示24VDC传感器电源输出，②表示对于漏型输入，将“-”连接到“M”（如图所示）。对于源型输入，将“+”连接到“M”。相关知识

2.信号板和信号模块1）信号板（SB）

信号板用符号SB表示，用于只需要少量增加I/O的情况，可以直接插到每个CPU前面的插座中，并且不会增加安装的空间，信号板可以与所有CPU一起使用，信号板安装示意图如图2-4所示。图2-4信号板示意图①-可拆卸用户接线连接器；②-SB上的状态LED相关知识

信号板分为数字量信号板和模拟量信号板，数字量信号板的类型如表2-3所示，模拟量信号板的类型如表2-4所示。表2-3数字量信号板类型数字信号板输入DI输出DQ订货号SB1221DI4×24VDC，200kHz--6ES7221-3BD30-0XB0DI4×5VDC，200kHz--6ES7221-3AD30-0XB0SB1222--DQ4×24VDC，200kHz6ES7222-1BD30-0XB0--DQ4×5VDC，200kHz6ES7222-1AD30-0XB0SB1223DI2×5VDCDQ2×5VDC，200kHz6ES7223-3AD30-0XB0DI2×24VDCDQ2×24VDC，200kHz6ES7223-3BD30-0XB0DI2×24VDCDQ2×24VDC6ES7223-0BD30-0XB0相关知识

数字信号板SB1221有2种，其输入电压可以是24VDC或5VDC，用做高速计数器的时钟输入时，最高输入频率：单相200kHz，正交相位160kHz。

数字信号板SB1222也有2种，其每点输出电最大0.1A，每个公共端的电流为0.4A，脉冲串输出频率最大200kHz，最小2Hz。

数字信号板SB1223也有3种，前2种与数字信号板SB1221、SB1222的功能相同。后一种用做高速计数器的时钟输入时，最高输入频率：单相30kHz，正交相位20kHz。其每点输出电最大0.5A，公共端的电流为1A，可驱动5W灯负载，脉冲串输出频率最大20kHz，最小2Hz。数字信号板SB1223的接线图如图2-5所示。相关知识图2-5SB1223接线图相关知识表2-4模拟量信号板类型模拟信号板输入AI输出AQ订货号SB1231AI1×12位--6ES7231-4HA30-0XB0AI1×16位热电偶--6ES7231-5QA30-0XB0AI1×16位

RTD--6ES7231-5PA30-0XB0SB1232--AQ1×12位6ES7232-4HA30-0XB0相关知识

模拟信号板SB1231有3种类型，SB1231AI1×12位为1路输入，输入类型可以是电压或差动电流；输入范围为±10V、±5V、±2.5V或0到20mA；分辨率为11位+符号位；满量程数据范围：-27648到27648。接线图如图2-6所示，图中，如果输入的是电流，请将“R”和“0+”连接，连接器必须镀金。SB1232AQ1×12位为1路输出，输出类型可以是电压或电流；输出范围为±10V或0到20mA；分辨率为电压12位，电流11位；满量程数据范围电压：-27648到27648，电流：0到27648。接线图如图2-7所示，连接器必须镀金。SB1231AI1×16位热电偶接线图如图2-8所示，连接器必须镀金。相关知识图2-6SB1231AI1×12接线图图2-7SB1232AQ1×12图2-8SB1231AI1×16位热电偶接线图相关知识SB1231AI1×16位RTD模拟信号板可测量连接到信号板输入的电阻值。测量类型可选为“电阻”型或“热电阻”型。测量电阻时，额定范围的满量程值将是十进制数27648。测量热电阻时，将度数乘10得到该值，例如，25.3度将报告为十进制数253；将度数乘100得到气候范围值，例如，25.34度将报告为十进制数2534。接线图如图2-9所示，连接器必须镀金。相关知识图2-9SB1231AI1×16位RTD接线图①-环接未使用的RTD输入；②-2线制RTD；③-3线制RTD；④-4线制RTD相关知识2）信号模块

信号模块（SM）是CPU与控制设备之间的接口，输入/输出模块统称为信号模块，信号模块主要分为两类：

①数字量模块：数字量输入、数字量输出、数字量输入/数字量输出。

②模拟量模块：模拟量输入、模拟量输出、模拟量输入/模拟量输出。

信号模块作为CPU的集成I/O的补充，连接到CPU的右侧可以与除CPU1211C之外的所有CPU一起使用，用来扩展数字或模拟输入/输出能力，模块示意如图2-10所示。相关知识图2-10信号模块示意图①-状态LED；②-总线连接器滑动接头；③-可拆卸用户接线连接器相关知识（1）数字信号模块数字信号模块具体型号如表2-4所示。表2-4数字信号模块型号订货号输入/输出点数SM1221DI8x24VDC6ES7221-1BF32-0XB08输入SM1221DI16x24VDC6ES7221-1BH32-0XB016输入SM1222DQ8x继电器6ES7222-1HF32-0XB08输出SM1222DQ8继电器切换6ES7222-1XF32-0XB08输出SM1222DQ8x24V

DC6ES7222-1BF32-0XB08输出SM1222DQ16x继电器6ES7222-1HH32-0XB016输出SM1222DQ16x24V

DC6ES7222-1BH32-0XB016输出SM1222DQ16x24VDC漏型6ES7222-1BH32-1XB016输出SM1223DI8x24VDC、DQ8x继电器6ES7223-1PH32-0XB08输入/8输出SM1223DI16x24VDC,DQ16x继电器6ES7223-1PL32-0XB016输入/16输出SM1223DI8x24VDC、DQ8x24VDC6ES7223-1BH32-0XB08输入/8输出SM1223DI16x24VDC,DQ16x24VDC6ES7223-1BL32-0XB016输入/16输出SM1223DI16x24VDC、DQ16x24VDC漏型6ES7223-1BL32-1XB016输入/16输出SM1223DI8x120/230VAC/DQ8x继电器6ES7223-1QH32-0XB08输入/8输出相关知识SM1221DI8数字量输入的主要技术规范，如表2-5所示；表2-5SM1221数字量输入的主要技术规范主要技术指标说明输入点数8点类型源型/漏型额定电压4mA时

24VDC，额定值允许的连续电压30VDC，最大值浪涌电压35VDC，持续

0.5s逻辑

1信号（最小）2.5mA时

15VDC逻辑

0信号（最大）1mA时

5VDC同时接通的输入数8电缆长度（米）500m（屏蔽）；300m（非屏蔽）相关知识SM1222DQ8x继电器和SM1222DQ8x24VDC为例介绍数字量输出的主要技术规范，如表2-6所示。表2-6SM12228点数字量输出的主要技术规范主要技术指标SM1222DQ8x继电器SM1222DQ8x24V

DC输出点数88类型继电器，机械式固态

-MOSFET（源型）电压范围5到

30VDC或5到

250VAC20.4到

28.8VDC电流（最大）2.0A0.5A灯负载30WDC/200WAC5W通态触点电阻新设备最大为

0.2Ω最大

0.6Ω浪涌电流触点闭合时为

7A8A，最长持续

100ms每个公共端的电流（最大）10A4A同时接通的输出数88电缆长度（米）500m（屏蔽）；150m（非屏蔽）500m（屏蔽）；150m（非屏蔽）相关知识SM1221DI8数字量输入模块的接线如图2-11所示，对于漏型输入，将“-”连接到“M”（如图所示），对于源型输入，将“+”连接到“M”。SM1222DQ8x继电器数字量输出模块的接线如图2-12所示，SM1222DQ8x24VDC数字量输出模块的接线如图2-13所示。SM1222DQ8继电器切换数字量输出模块的接线如图2-14所示，切换继电器输出使用公共端子控制两个电路：一个常闭触点和一个常开触点。当输出点断开时，公共端子(0L)与常闭触点(.0X)相连并与常开触点(.0)断开。当输出点接通时，公共端子(0L)与常闭触点(.0X)断开并与常开触点(.0)相连。相关知识图2-118点数字量输入模块接线图图2-128点继电器输出模块接线图图2-138点数字量输出模块接线图相关知识图2-148点继电器切换输出模块接线图相关知识

（2）模拟信号模块CPU可以使用4输入或8输入的模拟量输入模块，2输出或4输出的模拟量输出模块，以及4输入/2输出的模拟量输入/输出汇合模块，实现模拟信号的扩展，其中，SM1231AI4x16位TC、SM1231AI8x16位TC为热电偶模拟量输入模块，SM1231AI4xRTDx16位、SM1231AI8xRTDx16位为热电阻模拟量输入模块。具体型号如表2-7所示。相关知识表2-7模拟信号模块型号订货号输入/输出点数SM1231AI4x13位6ES7231-4HD32-0XB04路输入SM1231AI8x13位6ES7231-4HF32-0XB08路输入SM1231AI4x16位6ES7231-5ND32-0XB04路输出SM1231AI4x16位

TC6ES7231-5QD32-0XB04路输入SM1231AI8x16位

TC6ES7231-5QF32-0XB08路输入SM1231AI4xRTDx16位6ES7231-5PD32-0XB04路输入SM1231AI8xRTDx16位6ES7231-5PF32-0XB08路输入SM1232AQ2x14位6ES7232-4HB32-0XB02路输出SM1232AQ4x14位6ES7232-4HD32-0XB04路输出SM1234AI4x13位/AQ2x14位6ES7234-4HE32-0XB04路输入/2路输出相关知识表2-8SM1231AI4x13模拟量输入的主要技术规范

下面以SM1231AI4x13位为列介绍模拟量输入的主要技术规范，如表2-8所示；以SM1232AQ2x14位为例介绍模拟量输出的主要技术规范，如表2-9所示。主要技术指标说明输入点数4路类型电压或电流（差动）：可

2个选为一组范围±10V、±5V、±2.5V、0到

20mA或

4mA到

20mA满量程范围（数据字）-27648到

27648电压/0到

27648电流分辨率12位

+符号位最大耐压/耐流±35V/±40mA输入阻抗≥9MΩ（电压）/≥270Ω，<290Ω（电流）工作信号范围信号加共模电压必须小于

+12V且大于

-12V电缆长度（米）100m，屏蔽双绞线相关知识表2-9SM1232AQ2x14模拟量输出的主要技术规范主要技术指标说明输出点数2路类型电压或电流范围±10V、0到

20mA或

4mA到

20mA满量程范围（数据字）电压：-27,648到

27,648；电流：0到

27,648分