6 s7200可編程控制器硬件

第4章S7-200可編程控制器組成

本章學習內(nèi)容

S系列PLC發(fā)展概述

S7-200可編程序控制器的系統(tǒng)組成

相關(guān)設備

常用工業(yè)軟件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備制造商，生產(chǎn)的SIMATIC可編程序控制器在歐洲處于領先地位。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。S7-200PLC系統(tǒng)配置S7-200PLC主機S7-200PLC接口模塊S7-200PLC擴展和系統(tǒng)配置第一節(jié)S7-200PLC系統(tǒng)組成1S7-200PLC的系統(tǒng)配置SIMATICS7-200系統(tǒng)由硬件和工業(yè)軟件兩大部分構(gòu)成。1）硬件基本單元擴展單元特殊功能模塊相關(guān)設備2）工業(yè)軟件標準工具、工程工具、運行軟件和人機接口。S7-200系統(tǒng)基本構(gòu)成第一代：CPU21X，主機都可進行擴展。第二代：CPU22XCPU221，CPU222，CPU224和CPU226，除CPU221之外，其他都可加擴展模塊。2基本單元S7-200CPU

I/O總點數(shù)為24點（14/10點），可帶7個擴展模塊；用戶程序存儲器容量為4K字；內(nèi)置高速計數(shù)器，具有PID控制的功能；有2個高速脈沖輸出端和1個RS-485通訊口；具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由口協(xié)議的通訊能力。CPU224模塊SIMATICS7-200系統(tǒng)CPU22X系列PLC主機（CPU模塊）的外形如圖所示：

CPU224主機外形1）主機外形2）主機與擴展模塊3）S7-200CPU基本結(jié)構(gòu)特點輸出信號類型電源輸出基本I/O存儲安全高速反應模擬電位器實時時鐘輸入輸出可擴展性SIMATICS7-200系統(tǒng)CPU22X系列PLC主機及I/O特性4）存儲系統(tǒng)1）主機CPU模塊內(nèi)部配備的EEPROM，上裝程序時，可自動裝入并永久保存用戶程序、數(shù)據(jù)和CPU的組態(tài)數(shù)據(jù)。2）用戶可以用程序?qū)⒋鎯υ赗AM中的數(shù)據(jù)備份到EEPROM存儲器。3）主機CPU提供一個超級電容器，可使RAM中的程序和數(shù)據(jù)在斷電后保持幾天之久。4）CPU提供一個可選的電池卡，可在斷電后超級電容器中的電量完全耗盡時，繼續(xù)為內(nèi)部RAM存儲器供電，以延長數(shù)據(jù)所存的時間。5）可選的存儲器卡可使用戶像使用計算機磁盤一樣來方便地備份和裝載程序和數(shù)據(jù)。存儲安全5）22X主機主要技術(shù)指標3

CPU224外部電路接線電路圖1)14個數(shù)字量輸入點（二組）

第一組由輸入端子I0.0～I0.7共8個輸入點組成，每個外部輸入的開關(guān)信號均由各輸入端子接出，經(jīng)一個直流電源終至公共端1M。第二組由輸入端子I1.0～I1.5共6個輸入點組成，各輸入端子的接線與第一組類似，公共端為2M。由于是直流輸入模塊，所以采用直流電源作為檢測各輸入接點狀態(tài)的電源（用戶提供）。M、L+兩個端子提供24VDC/400mA傳感器電源，可以為傳感器提供電源，也可以作為輸入端的檢測電源使用。2)10個數(shù)字量輸出點分成三組由輸出端子Q0.0～Q0.3共四個輸出點與公共端1L組成第二組由輸出端子Q0.4～Q0.6共3個輸出點與公共端2L組成第三組由輸出端子Q0.7～Q1.1共3個輸出點與公共端3L組成。每個負載的一端與輸出點相連，另一端經(jīng)電源與公共端相連。輸出端子排的右端N、L1端子是供電電源120/240VAC輸入端。該電源電壓允許范圍為85～264VAC。4S7-200PLC的接口模塊（特殊功能模塊）數(shù)字量擴展模塊模擬量擴展模塊熱電偶、熱電阻模塊通信擴展模塊現(xiàn)場設備接口模塊數(shù)字量擴展模塊EM221數(shù)字量輸入模塊，24V，DC8輸入。EM221數(shù)字量輸入模塊，230V，AC8輸入。

EM222數(shù)字量輸出模塊，24V，DC8輸出。

EM222數(shù)字量輸出模塊，繼電器8輸出。

EM222數(shù)字量輸出模塊，交流8輸出。

EM223數(shù)字量混合模塊，24V。模擬量擴展模塊EM231：4模擬輸入點，2W，12位。EM232：2模擬輸出點，2W，12位。EM235：4模擬輸入點，1模擬量輸出點，2W，12位。熱電偶、熱電阻模塊

EM231為1.8W，15位，模擬量輸入。通信擴展模塊EM277PROFIBUS-DP模塊用于PLC現(xiàn)場總線通信連接。波特率可從9600～12M波特?，F(xiàn)場設備接口模塊CP243-2通信處理器是AS-I主站連接部件，專門用于S7-200CPU22x，連接的同時顯著增加了S7-200可利用的I/O點數(shù)。數(shù)字量模塊數(shù)字量輸入模塊數(shù)字量輸出模塊每一個輸入點可接收一個來自用戶設備的離散信號（ON/OFF）。輸入設備：按鈕、限位開關(guān)、選擇開關(guān)、繼電器觸點等。1)直流輸入模塊直流輸入模塊（EM2218×24VDC）外部接線圖（分組式）2)交流輸入模塊EM2218×230VAC外部接線圖（隔離式）數(shù)字量輸出模塊分為直流輸出模塊、交流輸出模塊、交直流輸出模塊三種（晶體管、晶閘管、繼電器輸出方式）。數(shù)字量輸出模塊的每一個輸出點能控制一個用戶的離散型（ON/OFF）負載。典型的負載包括：繼電器線圈，接觸器線圈、電磁閥線圈、指示燈等。每一個輸出點與一個且僅與一個輸出電路相連，輸出電路把CPU運算處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換成能夠驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)的各種大功率的開關(guān)信號。PLC的輸出端子是PLC向外部負載發(fā)出控制命令的窗口。O映像區(qū)—O端子3)直流輸出模塊EM2228×24VDC外部接線圖（分組式）4）交流輸出模塊EM2228×120V/230VAC外部接線圖（隔離式）5）交、直流輸出模塊（繼電器輸出方式）EM2228×繼電器外部接線圖6）數(shù)字量輸入輸出模塊特點：使系統(tǒng)配置更加靈活例如：若有CPU226：主機I/O24/16；欲擴展至27/19；缺3/3；配I/O4/4。數(shù)字量輸入輸出模塊的輸入電路及輸出電路的類型與上述介紹的相同。在同一塊模塊上，輸入、輸出電路類型的組合有多種多樣，用戶可根據(jù)控制需求選用。模擬量模塊（A/D）作用：PLC只能接收數(shù)字量信號，模擬量信號是一種連續(xù)變化的物理量。為實現(xiàn)模擬量控制，必須先對模擬量進行模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成PLC所能接受的數(shù)字信號。模擬量輸入模塊的功能就是實現(xiàn)模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換。模擬量模塊有模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊7）模擬量輸入模塊（A/D）模擬量輸入模塊（A/D）組成使用及特性一般先用信號變送器把它們變換成統(tǒng)一的標準信號（如4-20mA的直流電流信號，1-5V的直流電壓信號等），然后再送入模擬量輸入模塊。模擬量輸入模塊（EM231）具有4個模擬量輸入通道。EM231外部接線圖8）模擬量輸出模塊（D/A）模擬量輸出模塊由光電耦合器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A和信號驅(qū)動等環(huán)節(jié)組成。光電耦合器防止電磁干擾。EM232外部接線圖9)模擬量輸入輸出模塊（EM235）EM235具有4個模擬量輸入通道、1個模擬量輸出通道。模擬量輸入功能同EM231模擬量輸入模塊，技術(shù)參數(shù)基本相同。該模塊的模擬量輸出功能同EM232模擬量輸出模塊。技術(shù)參數(shù)也基本相同。5I/O系統(tǒng)配置設備連接最大I/O配置的預算輸入輸出及CPU組態(tài)設備連接I/O擴展示意圖最大I/O配置的預算主機允許帶擴展模塊的數(shù)量映像寄存器數(shù)量電流提供模塊電流電流預算規(guī)則I/O點數(shù)擴展和編址1）主機允許帶擴展模塊的數(shù)量CPU221模塊不允許帶擴展模塊；CPU222模塊最多可帶2個擴展模塊；CPU224模塊、CPU226模塊、CPU226XM模塊最多可帶7個擴展模塊，且7個擴展模塊中最多只能帶2個智能擴展模塊。2）CPU輸入輸出映象區(qū)的大小主機提供的數(shù)字量I/O映象區(qū)區(qū)域為：128個輸入映象寄存器（I0.0～I15.7）和128個輸出映象寄存器（Q0.0～Q15.7。最大I/O配置不能超出此區(qū)域。PLC系統(tǒng)配置時，要對各模塊的輸入、輸出點進行編址。主機提供的I/O具有固定的I/O地址。擴展模塊的地址由I/O模塊類型及模塊在I/O鏈中的位置決定。編址時，按同類型的模塊對各輸入點（或輸出點）順序編址。數(shù)字量輸入、輸出映象區(qū)的邏輯空間是以8位（1個字節(jié)）為遞增的。編址時，對數(shù)字量模塊物理點的分配也是按8點來分配地址的。即使有些模塊的端子數(shù)不是8的整數(shù)倍，但仍以8點來分配地址。例如4入/4出模塊占用8個輸入點和8個輸出點的地址。那些未用的物理點地址不能分配給I/O鏈中的后續(xù)模塊。那些與未用物理點相對應的I/O映象區(qū)的空間就會丟失。對于輸出模塊，這些丟失的空間可用來作內(nèi)部標志位存儲器（內(nèi)部線圈）；對于輸入模塊卻不可，因為每次輸入更新時，CPU都對這些空間清零。3）模擬量I/O映象區(qū)的大小CPU222模塊：無CPU222模塊，16輸入通道/16輸出通道；CPU224模塊、CPU226模塊、CPU226XM模塊，32入/32出。模擬量擴展模塊總是以2個字節(jié)遞增方式來分配空間。（有效地址）各CPU所能提供的最大5VDC電流如表所示。4）電流提供CPU22X可連接的各擴展模塊消耗5VDC電流如表所示。模塊電流某一控制系統(tǒng)選用CPU224，系統(tǒng)所需的輸入輸出點數(shù)各為：數(shù)字量輸入24點、數(shù)字量輸出20點、模擬量輸入6點、模擬量輸出2點。5）I/O點數(shù)擴展和編址模塊選擇及連接方式圖：分析：數(shù)字量輸入點數(shù)合計：14+8+4=26>24點數(shù)字量輸出點數(shù)合計：10+8+4=22>20點模擬量輸入點數(shù)合計：4+4=8>6點模擬量輸出點數(shù)合計：1+1=2=2點主機數(shù)字量I/O點數(shù)為:14入/10出主機I/O模塊1I/O模塊2I/O模塊3I/O模塊4I/O模塊5I/OI0.0Q0.0I0.1Q0.1I0.2Q0.2I0.3Q0.3I0.5Q0.4I0.6Q0.5I0.7Q0.6I1.0Q0.7I1.1Q1.0I1.2Q1.1I1.3I1.4I1.5I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I2.6I2.7Q2.0Q2.1Q2.2Q2.3Q2.4Q2.5Q2.6Q2.7AIW0AQW0AIW2AIW4AIW6I3.0Q3.0I3.1Q3.1I3.2Q3.2I3.3Q3.3AIW8AQW2AIW10AIW12AIW14若按表的擴展方式，各模塊在I/O鏈中的位置排列方式也可以有多種，圖示為其中的一種模塊連接形式。擴展連接圖1、擴展模塊安裝在CPU模塊的右邊，其I/O點的地址由模塊的類型和模塊在同類I/O模塊鏈中的位置來決定，同類型輸入或輸出點的模塊進行順序編址；2、CPU分配數(shù)字量I/O模塊的地址以字節(jié)（8位）為單位，其中未用的位不會分配給I/O鏈中的后續(xù)模塊；3、模擬量擴展模塊以2點（2個字即4個字節(jié)）遞增的方式來分配地址。輸入/輸出的組態(tài)規(guī)則小結(jié)6相關(guān)設備手編器計算機人機界面特殊功能模塊通訊電纜手編器工業(yè)上用的各廠商的可編程序控制器的使用中，手編器曾是主要編程設備，后來出現(xiàn)了圖形輸入設備，又出現(xiàn)了計算機編程軟件。通過通信設備，使PLC和計算機相連，用編程軟件可直接在計算機上編程，由于計算機的顯示器屏幕較大，對程序的編制和修更加方便高效。但即使是現(xiàn)在，手編器的使用仍十分廣泛，特別是用小型和微型PLC實現(xiàn)的小規(guī)模系統(tǒng)。計算機計算機包括個人計算機和工業(yè)計算機，在可編程序控制器系統(tǒng)的工業(yè)應用中發(fā)揮著越來越重要的作用，幾乎PLC系統(tǒng)從工程項目開發(fā)、編程、調(diào)試到系統(tǒng)的運行和維護，計算機越來越成了不可缺少的工具。人機界面1.構(gòu)造特點文本顯示區(qū)：可顯示兩行信息（每行20個字符）的液晶顯示LCD。按鍵：共有9個鍵。通信：通過TD/CPU電纜（通用RS232接口）可以提供可編程序控制器與TD200的通信，同時可以提供TD的電源，而不必再另接電源。電源：如果不用TD/CPU通信電纜，可以通過面板右