第4章可編程序控制器的系統(tǒng)配置

第四章

可編程序控制器的系統(tǒng)配置

S7-200PLC的系統(tǒng)配置S7-200CPU1.基本單元(S7-200CPU模塊)基本單元（S7-200CPU模塊）也稱為主機(jī)，它包括一個(gè)中央處理單元（CPU）、電源、數(shù)字量輸入輸出單元?；締卧梢詷?gòu)成一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)。組成CPU模塊的頂部端子蓋內(nèi)：電源及輸出端子底部端子蓋內(nèi)：輸入端子及傳感器電源中部右側(cè)前蓋內(nèi)：CPU工作方式開關(guān)（RUN/STOP）、模擬調(diào)節(jié)電位器和擴(kuò)展I/O接口左側(cè)：狀態(tài)指示燈LED、存儲(chǔ)卡、及通訊口狀態(tài)指示燈——顯示CPU的工作方式、本機(jī)I/O的狀態(tài)、系統(tǒng)錯(cuò)誤狀態(tài)。存儲(chǔ)卡（EEPOM卡）可以存儲(chǔ)CPU程序。RS-485的串行通訊端口——PLC主機(jī)實(shí)現(xiàn)人一機(jī)對(duì)話、機(jī)—機(jī)對(duì)話的通道。實(shí)現(xiàn)PLC與上位計(jì)算機(jī)的連接，實(shí)現(xiàn)PLC與PLC、編程器、彩色圖形顯示器、打印機(jī)等外部設(shè)備的連接。擴(kuò)展接口——PLC主機(jī)與輸入、輸出擴(kuò)展模塊的接口，作擴(kuò)展系統(tǒng)之用。主機(jī)與擴(kuò)展模塊之間由導(dǎo)軌固定，并用擴(kuò)展電纜連接。（主機(jī)與擴(kuò)展模塊）

2.個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）或編程器

個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）或編程器需裝上STEP7-Micro/WIN32編程軟件后，才可供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視等。要求個(gè)人計(jì)算機(jī)CPU為80586或更高的處理器，16M內(nèi)存（最低要求為：CPU80486，8M內(nèi)存）。3．STEP7-Micro/WIN32編程軟件

STEP7-Micro/WIN32編程軟件的基本功能是創(chuàng)建、編輯、調(diào)試用戶程序、組態(tài)系統(tǒng)等。編程軟件的使用環(huán)境：支持Windows的應(yīng)用軟件。4．通訊電纜

通訊電纜是PLC用來與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）實(shí)現(xiàn)通訊的。可以用PC/PPI電纜（RS232—RS485），也可用一個(gè)通訊處理器（CP）和多點(diǎn)接口（MP1）電纜，或者用一塊MPI卡及隨MP1卡提供的一根通訊電纜。5．人機(jī)界面

人機(jī)界面主要指專用操作員界面，例如操作員面板、觸摸屏、文本顯示器等，這些設(shè)備可以使用戶通過友好的操作界面輕松地完成各種調(diào)整和控制的任務(wù)。基本功能

操作員面板和觸摸屏：過程狀態(tài)和過程控制的可視化?？梢杂肞rotool軟件組態(tài)它們的顯示與控制功能文本顯示器：文本顯示和實(shí)施操作。還可以擴(kuò)展PLC的輸入、輸出端子數(shù)二、S7-200PLC主機(jī)簡(jiǎn)介

S7-200CPU22X系列產(chǎn)品：CPU221模塊、CPU222模塊、CPU224模塊、CPU226模塊、CUP226XM模塊。CPU226模塊I/O總點(diǎn)數(shù)為40點(diǎn)（24/16點(diǎn)），可帶7個(gè)擴(kuò)展模塊；用戶程序存儲(chǔ)器容量為6.6K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2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。CPU226AC/DC/繼電器模塊輸入、輸出單元的接線圖24個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)

分成二組：第一組由輸入端子I0.0~I0.7、I1.0~I1.4共13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；2.

第二組由輸入端子I1.5~I1.7、I2.0~I2.7共11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。16個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)

分成三組：1.由輸出端子Q0.0~Q0.3共四個(gè)輸出點(diǎn)與公共端1L組成

2.第二組由輸出端子Q0.4~Q0.7、Q1.0共5個(gè)輸出點(diǎn)與公共端2L組成

3.第三組由輸出端子Q1.1~Q1.7共7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。

對(duì)于繼電器輸出方式，既可帶直流負(fù)載，也可帶交流負(fù)載。負(fù)載的激勵(lì)源由負(fù)載性質(zhì)確定。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。第二節(jié)S7-200PLC的接口模塊

S7-200PLC的接口模塊有數(shù)字量模塊、模擬量模塊、智能模塊等。（擴(kuò)展規(guī)模、功能）一.數(shù)字量模塊

數(shù)字量輸出模塊數(shù)字量輸入輸出模塊數(shù)字量輸入模塊數(shù)字量擴(kuò)展模塊（一）數(shù)字量輸入模塊

分為直流輸入模塊和交流輸入模塊。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1）外部接線圖：直流輸入模塊（EM2218×24VDC）有8個(gè)數(shù)字量輸入端子。接線圖中，8個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)分成2組。1M、2M分別是2組輸入點(diǎn)內(nèi)部電路的公共端，每組需用戶提供一個(gè)24VDC電源。2）直流輸入電路：現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)通/斷狀態(tài)，對(duì)應(yīng)輸入映象寄存器的1/0狀態(tài)，即當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)閉合時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映象寄存器為“1”狀態(tài)；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)斷開時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映象寄存器為“0”狀態(tài)。當(dāng)輸入端的發(fā)光二極管VL點(diǎn)亮，即指示現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)閉合。，外部直流電源用于檢測(cè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)，其極性可以任意接入。電阻R2和電容C的作用？雙向光電耦合器的作用？2．交流輸入模塊

1）外部接線圖：有8個(gè)分隔式數(shù)字量輸入端子，每個(gè)輸入點(diǎn)都占用二個(gè)接線端子。它們各自使用1個(gè)獨(dú)立的交流電源（由用戶提供）。這些交流電源可以不同相。（交流I/O都是分隔式的）2）交流輸入電路：交流輸入模塊的輸入電路中，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)閉合后，交流電源經(jīng)C、R2、雙向光電耦合器的發(fā)光二極管，使發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)光電耦合，光電三極管接收光信號(hào)，并將該信號(hào)送至PLC內(nèi)部電路，供CPU處理。雙向發(fā)光二極管VL指示輸入狀態(tài)。(二)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。1.直流輸出模塊

1）外部接線圖：直流輸出模塊（EM2228×24VDC），有8個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，接線圖中8個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)分成2組。1L+、2L+分別是兩組輸出點(diǎn)內(nèi)部電路的公共端，每組需用戶提供一個(gè)DC24V的電流。2）直流輸出電路：O映像區(qū)—O端子輸出映象寄存器為“1”狀態(tài)時(shí)——負(fù)載在外部電源激勵(lì)下通電工作輸出映象寄存器為“0”狀態(tài)時(shí)——外部負(fù)載斷電，停止工作2．交流輸出模塊

1）外部接線圖：

交流輸出模塊（EM2228×120V/230VAC），有8個(gè)分隔式數(shù)字量輸出點(diǎn)，接線圖中每個(gè)輸出點(diǎn)占用二個(gè)接線端子，且它們各自都由用戶提供一個(gè)獨(dú)立的交流電源，這些交流電源可以不同相。2）交流輸出電路：

交流輸出模塊是可控硅(晶閘管)輸出方式。其特點(diǎn)是輸出啟動(dòng)電流大。當(dāng)PLC有信號(hào)輸出時(shí)，光電二極管導(dǎo)通，通過光電耦合使雙向可控硅(晶閘管)導(dǎo)通，交流負(fù)載在外部交流電源的激勵(lì)下得電。發(fā)光二極管VL點(diǎn)亮，指示輸出有效。3.交、直流輸出模塊（繼電器輸出方式）1）外部接線圖：交直流輸出模塊（EM2228×繼電器）有8個(gè)輸出點(diǎn)，分成2組，1L、2L是每組輸出點(diǎn)的公共端。每組需用戶提供一個(gè)外部電源（可以是直流或交流電源）。2）繼電器輸出電路：1.接有阻容熄弧電路——消除繼電器觸點(diǎn)的火花2.繼電器的觸點(diǎn)兩端接有金屬氧化膜壓敏電阻

——不使繼電器觸點(diǎn)在斷開時(shí)出現(xiàn)兩端電壓過高的現(xiàn)象，從而保護(hù)了該觸點(diǎn)3.電阻R1和發(fā)光二極管VL——輸出狀態(tài)顯示電路

輸出電流大（可達(dá)2A～4A），可帶交流、直流負(fù)載，適應(yīng)性強(qiáng)，但響應(yīng)速度慢。繼電器輸出方式的特點(diǎn)(三)數(shù)字量輸入輸出模塊

組合模塊或輸入輸出模塊：在一塊模塊上既有數(shù)字量輸入點(diǎn)又有數(shù)字量輸出點(diǎn)。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。二、模擬量模塊（A/D）

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。(一)模擬量輸入模塊（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。組成

由濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D，光電耦合等部分組成。光電耦合器起防止電磁干擾的作用。對(duì)多通道的模擬量輸入單元，通常設(shè)置多路轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行通道的切換，且在輸出端設(shè)置信號(hào)寄存器。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。

1）外部接線圖：模塊上部共有12個(gè)端子，每3個(gè)點(diǎn)為一組，共4組。每組可作為一路模擬量的輸入通道（電壓信號(hào)或電流信號(hào)），電壓信號(hào)用兩個(gè)端子（A+、A—），電流信號(hào)用3個(gè)端子（RC，C+，C—），其中RC與C+端子短接。未用的輸入通道應(yīng)短接（B+、B—）。該模塊需要直流24V供電（M、L+端）?？捎蒀PU模塊的傳感器電源24VDC/400mA供電，也可由用戶提供外部電源。右端分別是校準(zhǔn)電位器和配置DIP設(shè)定開關(guān)。2）模擬量輸入模塊的特性EM231的電壓輸入范圍：?jiǎn)螛O性0~10V，0~5V；雙極性±5V，±2.5V電流輸入范圍：0～20mA模擬量到數(shù)字量的最大轉(zhuǎn)換時(shí)間：250μs每個(gè)通道占用存儲(chǔ)器AI區(qū)域2個(gè)字節(jié)。該模塊模擬量的輸入值為只讀數(shù)據(jù)。模擬量輸入模塊（EM231）的輸入信號(hào)經(jīng)模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量數(shù)據(jù)值是12位二進(jìn)制數(shù)。數(shù)據(jù)值的12位在CPU中存放格式如圖所示。最高有效位是符號(hào)位：0表示正值數(shù)據(jù)，1表示負(fù)值數(shù)據(jù)。①單極性數(shù)據(jù)格式（0~10V、0~5V）2個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)單元的低3位均為0，數(shù)據(jù)值12位（單極性數(shù)據(jù)）是存放在第3~14位區(qū)域。這12位數(shù)據(jù)的最大值應(yīng)為215-8=32760。單極性數(shù)據(jù)格式的全量程范圍設(shè)置為0~32000。差值32760-32000=760則用于偏置/增益，由系統(tǒng)完成。由于第15位為0，表示是正值數(shù)據(jù)。②雙極性數(shù)據(jù)格式（±5V、±2.5V）

2個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)單元的低4位均為0，數(shù)據(jù)值12位（雙極性數(shù)據(jù)）是存放在第4~15位區(qū)域。最高有效位是符號(hào)位，雙極性數(shù)據(jù)格式的全量程范圍設(shè)置為－32000~+32000。模擬量輸入模塊的分辨率通常以A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)數(shù)字量的位數(shù)來表示（12/11位）。(二)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。1）外部接線圖：

左端起的每3個(gè)點(diǎn)為一組，共二組。每組可作為一路模擬量輸出（電壓或電流信號(hào)）。第一組V0端接電壓負(fù)載、I0端接電流負(fù)載，M0為公共端。第二組的接法與第一組類同。該模塊需要直流24V供電。2）模擬量輸出模塊的特性輸出信號(hào)的范圍：電壓輸出為±10V，電流輸出為0-20mA。電壓輸出的設(shè)置時(shí)間為100μs，電流輸出的設(shè)置時(shí)間為2ms。每個(gè)輸出通道占用存儲(chǔ)器AQ區(qū)域2個(gè)字節(jié)。用戶程序無法讀取模擬量輸出值。PLC運(yùn)算處理后的12位數(shù)字量信號(hào)（BIN數(shù)）在CPU中存放格式如圖所示。最高有效位是符號(hào)位：0表示是正值，1表示是負(fù)值。①電流輸出數(shù)據(jù)格式2個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)單元的低3位均為0，數(shù)據(jù)值12位數(shù)據(jù)是存放在第3~14位區(qū)域。電流輸出數(shù)據(jù)字格式為0~+32000。第15位為0，表示是正值數(shù)據(jù)。2．電壓輸出的數(shù)據(jù)格式2個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)單元的低4位均為0，數(shù)據(jù)值的12位是存放在第4~15位區(qū)域。電壓輸出數(shù)據(jù)格式為-32000~+32000。模擬量輸出模塊的分辨率通常以D/A轉(zhuǎn)換前待轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)數(shù)字量的位數(shù)表示。(三)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。電壓輸入范圍有所不同，單極性為0~10V、0~5V、0~1V、0~500mv、0~100mv、0~50mv。雙極性為±10V、±5V、±2.5V、±1V、±500mV、±250mv、±100mv、±50mv、±25mv。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。該模塊需要直流24V供電?？捎蒀PU模塊的傳感器電源24VDC/400mA供電。也可由用戶提供外部電源。三、智能模塊(自學(xué))

第三節(jié)S7-200PLC的系統(tǒng)配置

S7-200PLC主機(jī)（基本配置），可構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)（基本配置）?；九渲玫腎/O配置是固定的，它們具有固定的I/O地址。主機(jī)配以擴(kuò)展模塊后，可擴(kuò)展PLC的系統(tǒng)。數(shù)字量模塊或模擬量模塊可擴(kuò)展系統(tǒng)的控制規(guī)模；智能模塊可擴(kuò)展系統(tǒng)的控制功能。進(jìn)行擴(kuò)展配置時(shí)應(yīng)考慮以下相關(guān)的因素：一．主機(jī)允許帶擴(kuò)展模塊的數(shù)量各類主機(jī)可帶擴(kuò)展模塊的數(shù)量是不同的。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。二．CPU輸入輸出映象區(qū)的大小數(shù)字量I/O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~I15.7）和128個(gè)輸出映象寄存器（Q0.0-Q15.7），見表4-1。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。2.模擬量I/O映象區(qū)的大小主機(jī)提供的模擬量I/O映象區(qū)區(qū)域?yàn)椋篊PU222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，見表4-1。模擬量的最大I/O配置不能超出此區(qū)域。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）本機(jī)I/O與擴(kuò)展I/O的地址分配CPU224模塊0模塊1模塊2模塊3模塊44輸入/4輸出8輸入4AI/1AQ8輸出4AI/1AQI0.0Q0.0I0.1Q0.1I0.2Q0.2I0.3Q0.3I0.4Q0.4I0.5Q0.5I0.6Q0.6I0.7Q0.7I1.0Q1.0I1.1Q1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I2.0 Q2.0I2.1 Q2.1I2.2 Q2.2I2.3 Q2.3I3.0I3.1I3.2I3.3I3.4I3.5I3.6I3.7AIW0AQW0AIW2AIW4AIW6Q3.0Q3.1Q3.2Q3.3Q3.4Q3.5Q3.6Q3.7AIW8AQW4AIW10AIW12AIW14現(xiàn)選用CPU226模塊作為主機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的I/O配置。三．PLC內(nèi)部電源的負(fù)載能力1.PLC內(nèi)部5VDC電源的負(fù)載能力主機(jī)和擴(kuò)展模塊正常工作時(shí)，需要5VDC工作電源。主機(jī)內(nèi)部電源單元提供的5VDC電源為主機(jī)和擴(kuò)展模塊提供了工作電源。系統(tǒng)配置后，必須對(duì)主機(jī)內(nèi)部的5VDC電源的負(fù)載能力進(jìn)行校驗(yàn)。擴(kuò)展模塊CPU供電電流+5VDC(mA)擴(kuò)展模塊電流消耗5VDC+24VDCCPU222CPU224CPU2263406601000EM221DI8×DC24V30EM222DO8×DC24V50EM222DO8×Relay409mA/輸出點(diǎn)EM223DI4/DO4×DC24V40EM223DI4/DO4×DC24V/Relay409mA/輸出點(diǎn)EM223DI8/DO8×DC24V80擴(kuò)展模塊+24VDC(mA)擴(kuò)展模塊電流消耗5VDC+24VDCCPU222

CPU22