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(xué)習(xí)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(shè)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(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(chǎng)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。S7-200PLC系統(tǒng)配置S7-200PLC主機(jī)S7-200PLC接口模塊S7-200PLC擴(kuò)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(kuò)展單元特殊功能模塊相關(guān)設(shè)備2）工業(yè)軟件標(biāo)準(zhǔn)工具、工程工具、運(yùn)行軟件和人機(jī)接口。S7-200系統(tǒng)基本構(gòu)成第一代：CPU21X，主機(jī)都可進(jìn)行擴(kuò)展。第二代：CPU22XCPU221，CPU222，CPU224和CPU226，除CPU221之外，其他都可加擴(kuò)展模塊。2基本單元S7-200CPU

I/O總點(diǎn)數(shù)為24點(diǎn)（14/10點(diǎn)），可帶7個(gè)擴(kuò)展模塊；用戶程序存儲(chǔ)器容量為4K字；內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器，具有PID控制的功能；有2個(gè)高速脈沖輸出端和1個(gè)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(jī)（CPU模塊）的外形如圖所示：

CPU224主機(jī)外形1）主機(jī)外形2）主機(jī)與擴(kuò)展模塊3）S7-200CPU基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)輸出信號(hào)類型電源輸出基本I/O存儲(chǔ)安全高速反應(yīng)模擬電位器實(shí)時(shí)時(shí)鐘輸入輸出可擴(kuò)展性SIMATICS7-200系統(tǒng)CPU22X系列PLC主機(jī)及I/O特性4）存儲(chǔ)系統(tǒng)1）主機(jī)CPU模塊內(nèi)部配備的EEPROM，上裝程序時(shí)，可自動(dòng)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?chǔ)在RAM中的數(shù)據(jù)備份到EEPROM存儲(chǔ)器。3）主機(jī)CPU提供一個(gè)超級(jí)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(gè)可選的電池卡，可在斷電后超級(jí)電容器中的電量完全耗盡時(shí)，繼續(xù)為內(nèi)部RAM存儲(chǔ)器供電，以延長(zhǎng)數(shù)據(jù)所存的時(shí)間。5）可選的存儲(chǔ)器卡可使用戶像使用計(jì)算機(jī)磁盤一樣來方便地備份和裝載程序和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)安全5）22X主機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)3

CPU224外部電路接線電路圖1)14個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)（二組）

第一組由輸入端子I0.0～I(xiàn)0.7共8個(gè)輸入點(diǎn)組成，每個(gè)外部輸入的開關(guān)信號(hào)均由各輸入端子接出，經(jīng)一個(gè)直流電源終至公共端1M。第二組由輸入端子I1.0～I(xiàn)1.5共6個(gè)輸入點(diǎn)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(cè)各輸入接點(diǎn)狀態(tài)的電源（用戶提供）。M、L+兩個(gè)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(cè)電源使用。2)10個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)分成三組由輸出端子Q0.0～Q0.3共四個(gè)輸出點(diǎn)與公共端1L組成第二組由輸出端子Q0.4～Q0.6共3個(gè)輸出點(diǎn)與公共端2L組成第三組由輸出端子Q0.7～Q1.1共3個(gè)輸出點(diǎn)與公共端3L組成。每個(gè)負(fù)載的一端與輸出點(diǎn)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(kuò)展模塊模擬量擴(kuò)展模塊熱電偶、熱電阻模塊通信擴(kuò)展模塊現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接口模塊數(shù)字量擴(kuò)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(kuò)展模塊EM231：4模擬輸入點(diǎn)，2W，12位。EM232：2模擬輸出點(diǎn)，2W，12位。EM235：4模擬輸入點(diǎn)，1模擬量輸出點(diǎn)，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(kuò)展模塊EM277PROFIBUS-DP模塊用于PLC現(xiàn)場(chǎng)總線通信連接。波特率可從9600～12M波特?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(shí)顯著增加了S7-200可利用的I/O點(diǎn)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(gè)輸入點(diǎn)可接收一個(gè)來自用戶設(shè)備的離散信號(hào)（ON/OFF）。輸入設(shè)備：按鈕、限位開關(guān)、選擇開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)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(gè)輸出點(diǎn)能控制一個(gè)用戶的離散型（ON/OFF）負(fù)載。典型的負(fù)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(gè)輸出點(diǎn)與一個(gè)且僅與一個(gè)輸出電路相連，輸出電路把CPU運(yùn)算處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換成能夠驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種大功率的開關(guān)信號(hào)。PLC的輸出端子是PLC向外部負(fù)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(diǎn)：使系統(tǒng)配置更加靈活例如：若有CPU226：主機(jī)I/O24/16；欲擴(kuò)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(hào)，模擬量信號(hào)是一種連續(xù)變化的物理量。為實(shí)現(xiàn)模擬量控制，必須先對(duì)模擬量進(jìn)行模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC所能接受的數(shù)字信號(hào)。模擬量輸入模塊的功能就是實(shí)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(hào)變送器把它們變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（如4-20mA的直流電流信號(hào)，1-5V的直流電壓信號(hào)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(gè)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(hào)驅(qū)動(dòng)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(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，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(shè)備連接最大I/O配置的預(yù)算輸入輸出及CPU組態(tài)設(shè)備連接I/O擴(kuò)展示意圖最大I/O配置的預(yù)算主機(jī)允許帶擴(kuò)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(yù)算規(guī)則I/O點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展和編址1）主機(jī)允許帶擴(kuò)展模塊的數(shù)量CPU221模塊不允許帶擴(kuò)展模塊；CPU222模塊最多可帶2個(gè)擴(kuò)展模塊；CPU224模塊、CPU226模塊、CPU226XM模塊最多可帶7個(gè)擴(kuò)展模塊，且7個(gè)擴(kuò)展模塊中最多只能帶2個(gè)智能擴(kuò)展模塊。2）CPU輸入輸出映象區(qū)的大小主機(jī)提供的數(shù)字量I/O映象區(qū)區(qū)域?yàn)椋?28個(gè)輸入映象寄存器（I0.0～I(xiàn)15.7）和128個(gè)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(shí)，要對(duì)各模塊的輸入、輸出點(diǎn)進(jìn)行編址。主機(jī)提供的I/O具有固定的I/O地址。擴(kuò)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(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)字量輸入、輸出映象區(qū)的邏輯空間是以8位（1個(gè)字節(jié)）為遞增的。編址時(shí)，對(duì)數(shù)字量模塊物理點(diǎn)的分配也是按8點(diǎn)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(diǎn)來分配地址。例如4入/4出模塊占用8個(gè)輸入點(diǎn)和8個(gè)輸出點(diǎn)的地址。那些未用的物理點(diǎn)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(diǎn)相對(duì)應(yīng)的I/O映象區(qū)的空間就會(huì)丟失。對(duì)于輸出模塊，這些丟失的空間可用來作內(nèi)部標(biāo)志位存儲(chǔ)器（內(nèi)部線圈）；對(duì)于輸入模塊卻不可，因?yàn)槊看屋斎敫聲r(shí)，CPU都對(duì)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(kuò)展模塊總是以2個(gè)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(kuò)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(diǎn)數(shù)各為：數(shù)字量輸入24點(diǎn)、數(shù)字量輸出20點(diǎn)、模擬量輸入6點(diǎn)、模擬量輸出2點(diǎn)。5）I/O點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展和編址模塊選擇及連接方式圖：分析：數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)合計(jì)：14+8+4=26>24點(diǎn)數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)合計(jì)：10+8+4=22>20點(diǎn)模擬量輸入點(diǎn)數(shù)合計(jì)：4+4=8>6點(diǎn)模擬量輸出點(diǎn)數(shù)合計(jì)：1+1=2=2點(diǎn)主機(jī)數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)為:14入/10出主機(jī)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(kuò)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(kuò)展連接圖1、擴(kuò)展模塊安裝在CPU模塊的右邊，其I/O點(diǎn)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(diǎn)的模塊進(jìn)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(huì)分配給I/O鏈中的后續(xù)模塊；3、模擬量擴(kuò)展模塊以2點(diǎn)（2個(gè)字即4個(gè)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(shè)備手編器計(jì)算機(jī)人機(jī)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(shè)備，后來出現(xiàn)了圖形輸入設(shè)備，又出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)編程軟件。通過通信設(shè)備，使PLC和計(jì)算機(jī)相連，用編程軟件可直接在計(jì)算機(jī)上編程，由于計(jì)算機(jī)的顯示器屏幕較大，對(duì)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(shí)現(xiàn)的小規(guī)模系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)包括個(gè)人計(jì)算機(jī)和工業(yè)計(jì)算機(jī)，在可編程序控制器系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮著越來越重要的作用，幾乎PLC系統(tǒng)從工程項(xiàng)目開發(fā)、編程、調(diào)試到系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)，計(jì)算機(jī)越來越成了不可缺少的工具。人機(jī)界面1.構(gòu)造特點(diǎn)文本顯示區(qū)：可顯示兩行信息（每行20個(gè)字符）的液晶顯示LCD。按鍵：共有9個(gè)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(shí)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