现代电气控制技术 教学课件 任振辉 第5章 s7 200系列plc基础知识

在线教务辅导网： 教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网 QQ:349134187 或者直接输入下面地址： 第第5 5章章 S7-200S7-200系列系列PLCPLC基础知识基础知识 S7-200S7-200系列系列是小型PLC，S7-300 S7-300系列系列是中型PLC，S7-400S7-400 系列系列是大型PLC。 S7-200PLCS7-200PLC既可单机运行，也可联网运行，它功能强， 性价比高，结构小巧，工作可靠，并配有功能强大，使用方 便的编程软件。 S7-200PLC S7-200PLC是小规模自动控制系统的理想控制设备。 S7-200PLC S7-200PLC易于学习和掌握，很适合作初学者深入学习 S7S7系列各型PLC的首选入门机型。 S7-200S7-200、300300、 400400系列系列PLCPLC产品产品 PLCPLC控制控制柜与各型柜与各型PLCPLC产品产品 5.1 5.1 硬件系统硬件系统 在S7S7-200PLC-200PLC的硬件系统中，包括有下述硬件产品：CPUCPU 模块模块，数字量数字量I/OI/O扩展模块扩展模块，模拟量模拟量I/OI/O扩展模块扩展模块，热电偶热电偶 与热电阻扩展模块热电阻扩展模块，称重模块称重模块，PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP模块模块，AS-i AS-i接接 口模块口模块，中文文本显示器中文文本显示器，触摸屏触摸屏，编程设备编程设备，存储卡存储卡， 实时时钟卡实时时钟卡，电池卡电池卡和通讯卡通讯卡。 用户可根据自己的需要选用其中的一个或多个硬件组 成适合于自己的控制系统。但CPU模块是组成PLC控制系统 不可缺少的硬件。下面就上述主要硬件的作用和特性作一 介绍。 1.CPU1.CPU模块模块 S7-200S7-200系列系列PLCPLC的的CPUCPU模块的外形结构图模块的外形结构图 （1 1）CPUCPU模块模块 CPU模块又称为PLC的主机，在这个主机的塑料外壳中 ，除装有CPU芯片外，还装有稳压电源、I/O模块和存储器 。在PLC众多的硬件产品中，CPU模块是唯一能够独立运行 的，具有完整控制功能的控制设备，其余硬件都只能依附 于主机工作，它们对主机起着扩展功能的作用。 （2 2）CPUCPU模块内装的稳压电源模块内装的稳压电源 CPU模块内装的稳压电源有交、直流两种类型，但同一 个CPU模块中只装有一种类型的稳压电源。 交流稳压电源的输入电压是允许波动范围为AC85 264V交流电压，直流稳压的输入电压是允许波动范围为 DC20.428.8V直流电压。但两者都输出两种稳定的直流 电压：DC5V 和 DC24V。 其中DC5V电压供CPU模块中CPU芯片和存储器使用， DC24V电压供输入、输出模块的内部电路和接在PLC输入点 上的传感器等电子器件使用。而驱动PLC外部负载工作的 电源则需由用户自行解决。 （3 3）S7-200S7-200系列系列PLCPLC的的CPUCPU模块模块的型号的型号 主要有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226和 CPU226XM共6种型号。 有些CPU模块的型号后面加有“CN”字母（如CPU222CN） ，加有“CN”字母的CPU模块是专为中国用户量身定做的。 表5-1列出了5种型号的CPU模块的主要性能指标。 （4 4） S7-200 S7-200系列系列PLCPLC的指令功能的指令功能 具有传送、比较、移位，循环移位、产生补码、子程序 调用、脉宽调制，脉冲序列输出、跳转、数制转换、算术运 算、字逻辑运算、浮点数运算、开平方运算、三角函数运算 和PID控制等指令。 表5-1 S7-200PLC CPU模块（CN）的主要性能指标 性能指标标CPU221CPU222 CNCPU224 CNCPU224XP CNCPU226 CN 外形尺寸（mm）908062120.5806214080621968062 程序存储储器容量（B）： 运行模式下编辑时编辑时 非运行模式下编辑时编辑时 4096 4096 8192 12288 12288 16384 16384 24576 数据存储储器容量（B）2048819210240 掉电电保持时间时间 （h）50100 可选电选电 池的使用寿命典型值值200天 本机数字量I/O点数6入/4出8入/6出14入/10出24入/16出 本机模拟拟量I/O点数无2入/1出无 数字量I/O映像寄存器区128入/128出，共计计256点 表5-1 S7-200PLC CPU模块（CN）的主要性能指标（续） 性能指标标CPU221CPU222 CNCPU224 CNCPU224XP CNCPU226 CN 模拟拟量I/O寄存器区无 16入/16出共计计32点 32入/32出，共计计64点 允许许最大扩扩展I/O模块块数无2个7个 允许许最大智能模块块数无2个7个 扩扩展后最大数字量I/O点数无78个168个248个 扩扩展后最大模拟拟量I/O点数无10个35个38个35个 脉冲捕捉输输入6个8个14个24个 高速计计数器总总数4个6个 单单相高速计计数器30KHZ:4个30KHZ:6个 30KHZ:4个 200KHZ:2个 30KHZ:6个 两相高速计计数器20KHZ:2个20KHZ:4个 20KHZ:3个 100KHZ:1个 20KHZ:4个 30KHZ:6个 性能指标标CPU221CPU222 CNCPU224 CNCPU224XP CNCPU226 CN 脉冲输输出20KHZ：2个100KHZ:2个20KHZ:2个 模拟拟量调节电调节电 位器1个（8位分辨率）2个（8位分辨率） 定时时器256个 计计数器256个 定时时中断2个（1ms分辨率） 延边边中断4个 RS-485通信口1个2个 实时时钟实时时钟有（时钟时钟 卡）有 可选选卡 存储储器卡,电电池卡,实时钟实时钟 卡 存储储器卡，电电池卡 DC24V电电源CPU的输输 入电电流/最大负载负载 80mA/450mA85mA/500mA110mA/700mA120mA/900mA150mA/1050mA AC240V电电源CPU的输输 入电电流/最大负载负载 15mA/60mA20mA/70mA30mA/100mA35mA/100mA40mA/160mA 表5-1 S7-200PLC CPU模块（CN）的主要性能指标（续） 2.2.数字量数字量I/OI/O扩展模块扩展模块 数字量I/O扩展模块是PLC的可选件，对CPU模块的数字 量I/O点数起扩展作用。在控制系统中，当CPU模块的数字 量I/O点数不够用时，可加装数字量I/O扩展模块。 S7-200PLCS7-200PLC的的CPUCPU模块与扩展模块的连接模块与扩展模块的连接 现场使用现场使用S7-200PLCS7-200PLC的扩展模块的情形的扩展模块的情形 （1 1）数字量数字量I/OI/O扩展模块扩展模块的型号的型号 S7-200PLC的数字量I/O扩展模块有EM221、EM222和 EM223三种，其中标有“CN”字母的（如E221CN）是为中国 用户量身定做的。 EM221模块只有输入点，称为数字量输入扩展模块； EM222模块只有输出点，称为数字量输出扩展模块； EM223模块同时含有输入点和输出点，称为数字量输入/ 输出扩展模块。 （2 2）数字量数字量I/OI/O扩展模块扩展模块的的I/OI/O点数点数 以上3种数字量I/O扩展模块的I/O点数如表5-2所示。 表5-2 数字量I/O扩展模块 型 号各组输组输 入点数各组输组输 出点数 EM221 CN,8输输入DC24V4，4 EM221,8输输入AC230V8点相互独立 EM221 CN,16输输入DC24V4,4,4,4 EM222，4输输出DC24V，5A 4点相互独立 EM222，4继电继电 器输输出，10A 4点相互独立 EM222 CN，8输输出DC24V 4,4 EM222 CN，8继电继电 器输输出 4,4 EM222，8输输出AC230V 8点相互独立 型 号各组输组输 入点数各组输组输 出点数 EM223 CN，4输输入/4输输出DC24V44 EM223 CN，4输输入DC24V/4继电继电 器输输出44 EM223 CN，8输输入DC24V/8继电继电 器输输出4,44,4 EM223 CN，8输输入/8输输出DC24V4,44,4 EM223 CN，16输输入/16输输出DC24V8,84,4，8 EM223 CN，16输输入DC24V/16继电继电 器输输出8,84,4，4,4 EM223，32输输入/32输输出DC24V16,1616,16 EM223,32输输入DC24V/32继电继电 器输输出16，1611，11，10 表5-2 数字量I/O扩展模块（续） （3 3）CPUCPU模块内部的数字量输入、输出的性能指标模块内部的数字量输入、输出的性能指标 表表5-3 CPU5-3 CPU模块（模块（CNCN）的数字量输入的主要性能指标）的数字量输入的主要性能指标 性能指标标DC24V(不含CPU224XP)DC24V输输入(CPU224XP) 输输入类类型漏型/源型(IEC类类型1)漏型/源型(IEC类类型1，I0.3I0.5除外) 输输入电压额电压额 定值值DC24V，典型值值4mA 输输入电压电压 浪涌值值35V/0.5s 逻辑逻辑 1信号(最小)DC15V，2.5mAI0.3I0.5为为DC4V，8mA；其余为为DC15V，2.5mA 逻辑逻辑 0信号(最大)DC5V，1mAI0.3I0.5为为DC1V，1mA；其余为为DC5V，1mA 输输入延迟迟0.212.8ms可选择选择 表表5-3 CPU5-3 CPU模块（模块（CNCN）的数字量输入的主要性能指标）的数字量输入的主要性能指标（续）（续） 性能指标标DC24V(不含CPU224XP)DC24V输输入(CPU224XP) 连连接2线线式接近开关的允许许漏电电流最大1mA 光隔离AC500V，1min 高速计计数器输输入逻辑逻辑 1电电平 DC1530V：单单相20KhZ，两相10KhZ；DC1526V：单单 相30KhZ，两相20KhZ CPU224XP的HSC4和HSC5的输输入逻辑逻辑 1电电平DC4V时时，单单相200kHZ，两相100kHZ 表表5-4 CPU5-4 CPU模块（模块（CNCN）的数字量输出的主要性能指标）的数字量输出的主要性能指标 性能指标标DC24V输输出(不含CPU224XP)DC24V输输出(CPU224XP)继电继电 器型输输出 输输出电压额电压额 定值值 输输出电压电压 允许许范围围 DC24V DC20.428.8V DC24V DC528.8V(Q0.0Q0.4) DC20.428.8V(Q0.5Q1.1) DC24V或AC250V DC530V或 AC5250V 浪涌电电流最大8mA,100ms 逻辑逻辑 1输输出电压电压 逻辑逻辑 0输输出电压电压 DC20V，最大电电流时时 DC0.1V，10k负载负载 L+减0.4V，最大电电流时时 DC0.1V，10k负载负载 逻辑逻辑 1最大输输出电电流 逻辑逻辑 0最大漏电电流 灯负载负载 接通状态电态电 阻 每个公共端的额额定电电流 0.75A(电电阻负载负载 ) 10A 5W 0.3，最大0.6 6A 0.75A(电电阻负载负载 ) 10A 5W 0.3，最大0.6 3.75A 2A(电电阻负载负载 ) - DC30W/AC200W 新的时时候最大 0.210A 表表5-4 CPU5-4 CPU模块（模块（CNCN）的数字量输出的主要性能指标）的数字量输出的主要性能指标 性能指标标DC24V输输出(不含CPU224XP)DC24V输输出(CPU224XP) 继电继电 器型输输 出 感性钳钳位电压电压L+减DC48V，1W功耗- 从关断到接通最大延 时时 从接通到关断最大延 时时 切换换最大延时时 Q0.0和Q0.1为为2s，其它15s Q0.0和Q0.1为为10s，其它130s - Q0.0和Q0.1为为0.5s，其它15s Q0.0和Q0.1为为1.5s，其它 130s - - - 10ms 最高脉冲频频率20KHZ（Q0.0和Q0.1）100KHZ（Q0.0和Q0.1）1HZ 3.3.模拟量模拟量I/OI/O扩展模块扩展模块 （1 1）模拟量输入接口电路的作用）模拟量输入接口电路的作用 在工业控制中，某些输入信号（如压力、温度、流 量和转速等）是模拟量，它们不但是非电信号，而且它 们的大小和量程也不一至，而PLC的CPU只能接受和处理 数字量电信号，因此，这些非电类的模拟量输入信号需 要首先经传感器和变送器转化为标准量程的电流或电压 （例如420mA，15V，O10V等）信号，再经模拟量 输入接口电路中的A/D转换器将它们转换成数字量后，才 可传入PLC的CPU。 带正负号的电流或电压经A/D转换后，以二进制补码 的形式存放在相应的模拟量输入寄存器字单元中供CPU处 理。 （2 2）模拟量输出接口电路的作用）模拟量输出接口电路的作用 CPU对A/D转换后数字量处理的结果仍是数字量，而 PLC的某些控制对象（如电动调节阀等）是不能直接接受 数字量信号的控制的，因此，需将这些数字量经模拟量输 出接口电路中的D/A转换器转换成模拟量后，才能驱动电 动调节阀一类的控制对象。 （3 3）模拟量模拟量I/OI/O扩展模块扩展模块的作用的作用 在S7-200PLC的各型CPU模块中，除CPU224XP(CN)型模 块仅有2点模拟量输入和1点模拟量输出外，其余各型CPU 模块均无模拟量I/O接口电路。 模拟量输入扩展模块的接口电路中含有A/D转换器， 它可将模拟量输入信号转换成数字量后，再传送给CPU。 模拟量输出扩展模块的接口电路中含有D/A转换器， 它可将CPU的处理结果(数字量)转换成模拟量后，再去驱 动被控制对象运行。 S7-200PLC还有一种模拟量扩展模块，它里面同时含有 输入接口电路和输出接口电路，因此，它同时兼有模拟量 输入扩展模块和模拟量输出扩展模块的功能，我们称其为 模拟量输入/输出扩展模块。 以上三种模拟量扩展模块统称为模拟量I/O扩展模块。 对于没有模拟量对于没有模拟量I/OI/O接口的接口的CUPCUP模块来说，模拟量模块来说，模拟量 I/OI/O扩展模块可使其获得模拟量扩展模块可使其获得模拟量I/OI/O接口功能；对于仅有接口功能；对于仅有 少量模拟量少量模拟量I/OI/O接口的接口的CUPCUP模块来说，模拟量模块来说，模拟量I/OI/O扩展模扩展模 块可对其模拟量块可对其模拟量I/OI/O接口的数量起到扩展的作用。接口的数量起到扩展的作用。 （4 4）模拟量）模拟量I/OI/O扩展模块接入系统的方法扩展模块接入系统的方法 CPU模块模拟量扩展模块数字量扩展模块 （5 5）模拟量）模拟量I/OI/O模块的量程模块的量程 模拟量输入模块的输入接口和模拟量输出模块的输出 接口均有多种量程供用户选用，如DC 05V，01OV， 5V，1OV，020mA，050mA等，模拟量I/O模块上装 有DIP开关，调节DIP开关，可以设置用户所需的量程。 （6 6）模拟量）模拟量I/OI/O模块的分辨率模块的分辨率 模拟量I/O模块中的A/D，D/A转换器的二进制位数反 映了其分辨率的高低，位数越多，则分辨率越高。S7- 200PLC的模块量输入扩展模块中的A/D转换器的二进制位 数为12位。 （7 7）模拟量输入模块的输入阻抗）模拟量输入模块的输入阻抗 模拟量输入模块在电压输入时，输入阻抗10M； 电流输入时，其输入阻抗为250。 当传感器与模拟量输入模块的距离较远时，应采用电 流输入，以提高控制系统的抗干扰能力。 （8 8）模拟量输入模块的）模拟量输入模块的A/DA/D转换时间转换时间 模拟量输入模块的A/D转换时间为250s，输入的阶 跃响应时间为1.5ms(当输出达到稳态值的95时)。 （9 9）模拟量输入模块的数字量输出范围）模拟量输入模块的数字量输出范围 模拟量输入扩展模块的单极性全量程输入范围对应的 数字量输出为032000，双极性全量程输入范围对应的数字 量输出为-32000+32000。 模拟量输入扩展模块输出的12位数字量信号被按左对 齐的规则自动存放到与信号输入点的编号对应的CPU模块的 模拟量输入寄存器的字地址单元(如AIW0)中，如图5-1所示 。 图5-1 模拟量输入寄存器中数据字的存放格式 在图5-1中，MSB是最高位，LSB是最低位。最高位是 符号位，该位为0时表示正数，为1时表示负数。在单极性 格式中，低3位为0；在双极性格式中，低4位为0。 （1010）模拟量输出模块的输出量程）模拟量输出模块的输出量程 S7-200PLC的模拟量输出扩展模块的输出端口有电流 输出和电压输出两种量程，电流输出时是单极性的，量程 为020mA，电压输出时是双极性的，量程为-5+5V。电 流输出时，全量程输出范围对应的数字量输入为032000 ，分辨率为11位；电压输出时，全量程输出范围对应的数 字量输入为-32000+32000, 分辨率为12位。 （1111）数字量输出信号的）数字量输出信号的D/AD/A转换和输出过程转换和输出过程 数字量输出信号在传送到模拟量输出接口电路之前， 用户必须把它存放到与指定模拟量输出点的编号对应的 CPU模块的模拟量输出寄存器的字地址单元（如AQW0）中 ，此后CPU会自动地把这个数字量输出信号送到模拟量输 出接口电路中，并经D/A转换后，从指定编号的模拟量输 出点输出。 （1212）数字量输出信号的存放格式）数字量输出信号的存放格式 数字量输出信号在16位输出寄存器字地址单元中也是 按左对齐的规则存放的，其存放格式如图5-2所示。 其中最高位是符号位，该位为0时表示正数；为1时表示 负数。低4位均为0。在将数据字装载到DAC寄存器之前，低4 位的4个0会被PLC自动截断，故不会影响输出信号的值。 （1313）模拟量输出模块的输出性能指标）模拟量输出模块的输出性能指标 模拟量输出模块的电压输出和电流输出的稳定时间分别 为100s和2ms,电压输出时所能驱动的负载电阻最小值为 5k；电流输出时所能驱动的负载电阻最大值为500。 图5-2 模拟量输出寄存器中数据字的存放格式 （1414）模拟量）模拟量I/OI/O扩展模块的型号和扩展模块的型号和I/OI/O点数点数 有EN231、EN232和EN235型三种，其后加有“CN”字母的 （如EN231CN）是为中国用户定做的产品。 EM231模块只有输入点，称为模拟量输入扩展模块； EM232模块只有输出点，称为模拟量输出扩展模块； EM233模块有输入点和输出点，称为模拟量I/O扩展模块。 表5-5 S7-200PLC的模拟量I/O扩展模块的I/O点数 型 号EM231、EM231 CNEM232、EM232 CNEM235、EM235 CN 输输入点数 4路模拟拟量输输入，2路热电热电 阻输输入， 4路热电热电 偶输输入 无4 输输出点数无21 表5-6 S7-200PLC的模拟量I/O扩展模块输入的主要性能指标 （1515）模拟量）模拟量I/OI/O扩展模块的主要性能指标扩展模块的主要性能指标 性能指标标EM231、EM231 CNEM235、EM235 CN 单单极性输输入电压电压 范围围 双极性输输入电压电压 范围围 输输入电电流范围围 010V,05V 5V，2.5V 020mA 010V，05V，01V，0500mV，0100mV， 050mV 10V，5V，2.5V，1V，500mV， 250mV，100mV，50mV，25mV 020mA 单单极性输输入电压电压 的分辨 率 010V时为时为 2.5mV， 05V时为时为 1.25mV 010V时为时为 2.5mV，05V时为时为 1.25mV，01V时时 为为250V，0500mV时为时为 125V，0100mV时时 为为25V，050mV时为时为 12.5V 双极性输输入电压电压 的分辨 率 5V时为时为 2.5mV， 2.5V时为时为 1.25mV 10V时为时为 5mV，5V时为时为 2.5mV，2.5V时为时为 1.25mV，1V时为时为 500V，500mV时为时为 250V ，250mV时为时为 125V，100mV时为时为 50V， 50mV时为时为 25V，25mV时为时为 12.5V 性能指标标EM231、EM231 CNEM235、EM235 CN 输输入电电流的分辨率020mA时为时为 5A A/D转换时间转换时间250s 模拟拟量输输入的阶跃阶跃 响应时间应时间 (当输输出达到稳态值稳态值 的95 时时) 1.5ms 单单极性全量程输输入范围对应围对应 的数字量输输出032000 双极性全量程输输入范围对应围对应 的数字量输输出-32000+32000 电压输电压输 入时时的输输入阻抗 电电流输输入时时的输输入阻抗 10M 250 最大输输入电压电压 最大输输入电电流 DC 30V 32mA 分辨率12位A/D转换转换 器 表5-6 S7-200PLC的模拟量I/O扩展模块输入的主要性能指标（续） 表5-7 S7-200PLC的模拟量I/O扩展模块输出的主要性能指标 性能指标标EM232、EM232 CN、EM235、EM235 CN 输输出电压电压 范围围 输输出电电流范围围 10V 020mA 电压输电压输 出时时全量程输输出范围对应围对应 的数字量输输入-32000+32000 电电流输输出时时全量程输输出范围对应围对应 的数字量输输入0+32000 电压输电压输 出时时全量程分辨率12位 电电流输输出时时全量程分辨率11位 电压输电压输 出时时的稳稳定时间时间 电电流输输出时时的稳稳定时间时间 100s 2ms 电压输电压输 出时时所能驱动驱动 的负载电负载电 阻的最小值值 电电流输输出时时所能驱动驱动 的负载电负载电 阻的最大值值 5k 500 4.4.热电偶、热电阻扩展模块热电偶、热电阻扩展模块 （1 1）热电偶、热电阻扩展模块热电偶、热电阻扩展模块的作用的作用 其作用是将热电偶、热电阻测得微弱的模拟量温度电 信号（毫伏级）经补偿、放大并转换为数字量后，再传送 给CPU模块。 （2 2）普通模拟量普通模拟量输入输入模块模块经变送器经变送器与热电偶、热电阻与热电偶、热电阻 相连相连时时存在下述问题存在下述问题： 热电偶、热电阻测温时存在一定的非线性误差，需 要经过补偿加以纠正，而普通模拟量输入模块却没有这种 补偿功能。 目前，我国按IEC国标准生产的热电偶有S、R、B、 N、K、E、J和T等几种类型，当把其中某种类型的热电偶接 入模拟量输入模块时，需要用DIP开关来为热电偶扩展模快 的输入接口设置相应的输入类型，以适应该类型热电偶的输 出特性要求，但普通模拟量输入模块上却没有设置输入类型 的DIP开关。 有些热电偶、热电阻输出的温度电信号是微弱的， 无法驱动某些类型的模拟量输入模块（如EM231和EM231 CN 模块）工作，如果用这些普通模拟量I/O模块来接受热电偶 、热电阻的微弱输出信号，那么，就需要在这两者之间加接 温度变送器。这样就会给系统的安装、接线工作增加麻烦。 热电阻在接线方式上有2线、3线和4线三种，4线方 式的精度最高，2线方式为精度最低，普通模拟量I/O模块 器每一个输入接口只有2个接线端子，只能按2线方式与热 电阻相连，因此，无法获得较高的温度测量精度。 热电偶、热电阻扩展模块中有温度补偿电路，有用来 设置输入类型的DIP开关或设置接线方式、测量单位和开关 故障方向的DIP开关，有适合于热电阻的各种接线方式的输 入按钮，有能够将微弱的温度电信号变换成标准电流、电 压信号的信号变换电路。因此，它克服了普通模拟量I/O模 块与热电偶、热电阻直接相连时存在的诸多问题。 （3 3）热电偶、热电阻扩展模块热电偶、热电阻扩展模块的型号的型号 目前S7-200PLC的热电偶、热电阻扩展模块分别只有 EM231AI4热电偶型和EM231AI2热电阻型这两种型号。 （4 4）使用）使用热电偶、热电阻扩展模块热电偶、热电阻扩展模块的注意事项的注意事项 热电偶、热电阻扩展模块具有全端补偿电路，能够对 热电偶、热电阻的非线性误差起到一定的补偿作用。但是当 环境温度急剧变化时，仍会产生额外的误差，因此，使用时 仍应将热电偶、热电阻尽可能安装在环境温度较为稳定的地 方。并且连接到同一个扩展模块上的所有热电偶、热电阻必 须是相同类型的。 （5 5）热电偶、热电阻扩展模块的主要性能指标热电偶、热电阻扩展模块的主要性能指标 表5-8 热电偶、热电阻扩展模块的主要性能指标 性能指标标EM231 AI4热电热电 偶EM231 AI2热电热电 阻 输输入类类型浮地热电热电 偶模块块参考接地热电热电 阻 输输入范围围 热电热电 偶类类型： S，T，R，E，N，K，J （只可从中选选一种） 输输入电压电压 范围围： 80mV 热电热电 阻类类型（只可从中选选一种）： Pt：100，200，500，1000，（=3850PPM ，3920PPM，3850.55PPM，3916PPM，3902PPM） Pt：10000（=3850PPM） Cu：9.035（=4720PPM） Ni：10,120,1000,（=6720PPM，6178PPM） R：150,300,600 FS 温度分辨率 电压输电压输 入时时的分辨率 电电阻输输入时时的分辨率 0.1/0.1 15位加符号位 0.1/0.1 15位加符号位 表5-8 热电偶、热电阻扩展模块的主要性能指标（续） 性能指标标EM231 AI4热电热电 偶EM231 AI2热电热电 阻 模块块所有通道的刷新周期405ms405ms(但Pt10000为为700ms) 最大连线长连线长 度100m100m 最大回路导线电导线电 阻10020,Cu型2.7, 电压输电压输 入时时全量程输输入范围围的数字量输输 出 电电阻输输入时时全量程输输入范围围的数字量输输出 -27648+27648 -27648+27648 输输入阻抗1M10M 最大输输入电压电压DC30VDC30V(检测检测 )，DC5V(源) 分辨率15位+符号位15位+符号位 基本误误差0.1%FS（电压电压 ）0.1%FS(电电阻) 重复性0.05%FS0.05%FS 5.PROFIBUS-DP5.PROFIBUS-DP通信模块通信模块 S7-200PLC的PROFIBUS-DP通信模块属于扩展从站模块， 这种通信模块只有EM277和EM277 CN型两种，其中EM277 CN 型是为中国用户量身定做的。 （1 1）EM277EM277（CNCN）模块）模块的作用与连接方法的作用与连接方法 EM277（CN）模块用来将S7-200PLC的CPU模块连接到 PROFIBUS-DP网络上，并作为该网络的一个从站。连接时应 将EM277（CN）模块上的一个端口经串行I/O总线连接到S7- 200PLC的CPU模块，再将其上的DP通信端口连接到PROFIBUS 网络。 EM277 PROFIBUS-DP扩展从站模块外形图 （2 2）使用）使用EM277EM277（CNCN）模块）模块传送数据的方法传送数据的方法 EN277（CN）模块能读写S7-200PLC的CPU模块中定义 的变量存储区中的数据块，从而使用户能与主站交换任何 类型的数据。具体交换时，可先将S7-200PLC的I/O值、计 数值、定时器值或其它计算值等数据从它们原先所在的某 个数据区移到该PLC的变量存储区，再从变量存储区传送 到主站。同样，也可先将从主站来的数据存放到S7- 200PLC的变量存储区，再从变量存储区移到该PLC中指定 的其它数据区。 表5-9 EM277 PROFIBUS-DP扩展从站模块的主要性能指标 （3 3）EM277EM277（CNCN）模块）模块的主要性能指标的主要性能指标 项项 目参 数 通信接口数量 通信接口类类型 1个 RS485 PROFIBUS-DP/MPI波特率（自动设动设 置） 协议协议 9.6，19.2，45.45，93.75，187.5和500kbps 1，1.5，3，6和12Mbps PROFIBUS-DP从站和MPI从站 电缆长电缆长 度： 波特率93.75kbps时时 波特率=187.5kbps时时 波特率=500kbps时时 波特率=11.5Mbps时时 波特率=312Mbps时时 1200m 1000m 400m 200m 100m 表5-9 EM277 PROFIBUS-DP扩展从站模块的主要性能指标（续） 项项 目参 数 网络络能力： 站地址的设设定范围围 每个段最多可连连接的站数 每个网络络最多可连连接的站数 MPI连连接 099（由旋转转开关设设定） 32个 126个，但最多只可连连接99个EM277从站 总总共6个，其中2个预预留（1个为为PG，另1个为为OP） DC24V输输入电电源电压电压 的允许许波动动范围围DC20.428.8V 6.AS-i6.AS-i接口模块接口模块 （1 1）AS-iAS-i接口模块接口模块的作用的作用 AS-i是英文Actuator Sensor Interface的缩写符号， 其中文意思是“执行器-传感器接口”。AS-i接口模块又称 为AS-i网络的通信处理器，在AS-i网络中起主站的作用。它 向上可与PLC主机连接，向下可与AS-i从站连接。而AS-i从 站则用来下挂分布在工业现场的传感器和执行器。在AS-i网 络中，AS-i主站、AS-i从站和AS-i总线在PLC主机与远程(即 分布在工业现场的)传感器和执行器之间起通信的作用。通 过它们，远程传感器可以将检测到的工业现场信息传递给 PLC主机，经PLC主机处理后，又可将处理结果传递给远程执 行器，从而实现对远程控制对象的控制。 （2 2）AS-iAS-i接口模块接口模块的种类的种类 目前，能够与S7-200PLC主机相连的AS-i接口模块只有 CP243-2型模块一种，它在AS-i网络中起主站作用。 （3 3）AS-iAS-i从站种从站种类类 分布式数字量I/O模块：用来连接远程数字量传感 器（如行程开关、液位开关、光电开关和压力继电器等）和 远程数字量执行器（如接触器和电磁阀等）。 分布式模拟量I/O模块：用来连接远程模拟量传感 器（如温度、压力和速度传感器等）和远程模拟量执行器（ 如电动调节阀、可控硅整流调压器和变频调速器等）。 分布式气动I/O模块：用来连接远程气动式传感器和 远程气动式执行器。 分布式智能化从站：所有带有ASI芯片的远程传感器 和带有ASI芯片的远程执行器都统称为分布式智能化从站。 一个带有ASI芯片的远程传感器或远程执行器就是AS-i网络 的一个分布式智能化从站。 （4 4）AS-iAS-i网络网络的作用的作用 由于一个CP243-2模块通过AS-i总线最多可以下挂31个 AS-i从站，在一个通信周期内，每一个AS-i从站与AS-i主 站的数据交换长度为4个输入位或4个输出位。因此，如果 CP243-2模块下挂的31个AS-i从站全部为分布式数字量I/O 模块，那么这个CP243-2模块（通过31个AS-i从站）最多可 以连接314=124个远程数字量传感器或314=124个远程 数字量执行器。而一个S7-200PLC主机又可以同时处理来自 两个CP243-2模块的信息，因此，通过AS-i网络可以使S7- 200PLC控制系统的远程数字量I/O点数最多扩展到248点。 （5 5）CP243-2CP243-2模块的工作方式模块的工作方式 一个CP243-2模块占用S7-200PLC主机映象区的一个数 字量输入字节（称为状态字节）、1个数字量输出字节（ 称为控制字节）、8个模拟量输入字和8个模拟量输出字。 通过用户程序，用户可以用状态字节和控制字节设置 CP243-2模块的工作方式。选择适当的工作方式，CP243-2 模块就可以在S7-200PLC的模拟地址区存储来自AS-i从站 的I/O数据或诊断数据。也可以启动主站调用来改变一个 从站的地址，通过按钮可以设定所连接的所有AS-i从站。 9.9.编程设备编程设备 西门子公司没有为其PLC生产专用的编程器，但开发了 PLC编程软件。编程时，只要通过数据线将一台装有Windows 操作系统和PLC编程软件的电脑与一台PLC连接起来，再在电 脑上运行PLC编程软件，就可以给这台PLC编程了。 （1 1）PLCPLC编程软件编程软件 目前，西门子公司为S7-200PLC开发的编程软件有 STEP7-MicroWIN V4.0，该软件能为用户提供语句表、梯形 图和功能块图三种形式的编程语言，所编程写的用户程序可 以在这三种语言之间互相转换。 （2 2）PLCPLC用户程序结构用户程序结构 用户程序采用主程序、子程序和中断程序的结构形式 ，这三种程序分别位于主程序页、子程序页和中断程序页 中，因此，它们之间的关系非常简单清晰。 （3 3）PLCPLC编程软件的功能编程软件的功能 STEP7-MicroWIN V4.0软件不但可以给PLC编程，而且 用户还可通过它来改变PLC的运行/停止模式，监视PLC用 户程序的运行情况，强制改变用户程序中的某个I/O点的 ON/OFF状态等。 5.2 PLC5.2 PLC的外部接线的外部接线 （1 1） CPU CPU模块和模块和I/OI/O扩展模块扩展模块的分类的分类 按照供电电源性质的不同，可将PLC的各CPU模块和各I/O 扩展模块分为交、直流两大类，模块的型号后面标有 AC/DC/Relay的是交流模块，标有DC/DC/DC的是直流模块 。通常，模块中的数字量输出电路为继电器型的是交流模 块，模块中的数字量输出电路为晶体管型的是直流模块。 这两类模块的外部接线情况有所不同。 （2 2）PLCPLC交流模块的外部接线交流模块的外部接线 PLC交流模块的外部接线如图5-3所示。 图5-3 PLC交流模块的外部接线图 由图5-3可知，CPU模块的两个通信端口、数字量输入 端子排和稳压电源的DC24V输出端（L+、M）均处于模块的 左侧，它的模拟量输入/输出端子排、数字量输出端子排 和稳压电源的AC220V输入端（L1、N）均处于模块的右侧 。接线时，端子L1和N应分别与PLC外部交流供电电源的相 线（L1线）和零线（N线）相连。端子L+、M分别为稳压电 源的DC24V输出端的正极和负极。CPU模块的数字量输入点 被分为2组，端子1M、2M分别为这2组数字量输入点0.0 0.7，0.41.5的公共端。接线时，端子1M、2M与M应连接 在一起并共同接地。 由于所有数字量输入点的外部触点电路都采用DC24V 电源电压供电，因此，这个DC24V电源电压输出端的正极 L+应与接于数字量输入点的外部触点的左端相连。 CPU模块的数字量输出点被分为3组，端子1L、2L和3L 分别为这三组数字量输出点0.00.3，0.40.6，0.7 1.1的公共端，接线时，应将这三个公共端连接在一起， 之后再接到PLC外部电源的相线（L线）上。而接于各数字 量输出点的负载（如接触器的线圈）的右端也应连接在一 起并接到PLC外部电源的零线（N线）上。但是，如果各组 负载的性质（交流与直流）或电压等级不同，那么，用户 就应为每一组负载单独配置一个相应的电源。 在这种情况下，PLC的外部输出负载电路就不可照搬 图5-3中的接线方式接线了。具体该怎么接线，读者可按 西门子公司的S7-200PLC产品目录的有关说明进行。 在CPU模块的模拟量I/O端子排中有2个M端，其中，上 面的M端是模拟量输出回路的公共端，下面的M端是模拟量 输入回路的公共端，I、V分别是模拟量电流、电压输出端 ，A+、B+均为模拟量电流或电压输入端。实际使用时，A+ 、B+究竟是电流输入端还是电压输入端，是由用户对PLC 的具体设置情况决定的。图5-3中的数字量I/O扩展模块的 外部接线情况与CPU模块的数字量I/O点的情况基本相同， 读者可自行分折。 在PLC运行时，为了能使CPU模块与数字量I/O扩展模 块交换信息，应在安装接线时，通过这两个模块上的总线 接口，用数据总线将这两个模块连接起来。 （3 3）PLCPLC直直流模块的外部接线流模块的外部接线 PLC直流模块的外部接线如图5-4所示。PLC直流模块 的外部接线情况与PLC交流模块的基本相同，读者可自行 分折。 图5-4 PLC直流模块的外部接线图 5.3 5.3 内部资源内部资源 （1 1）用户存储器用户存储器的的存储区存储区的划分和构成的划分和构成 在S7-200PLC的CPU模块中，供用户使用的存储器已被生产厂 家划分为用户程序存储区和用户数据存储区，为了便于存取 和管理数据，用户数据存储区又被划分为13个分区，每个分 区又被划分为若干个字节，每个字节由8个二进制位组成， 其中第0位为最低位（LSB），第7位为最高位（MSB）。 1个字节由8个二进制位组成 两个相邻的字节可以组成1个字，两个相邻的字可以组 成1个双字。 （2 2）各分区的表示方法）各分区的表示方法 PLC生产厂家为每一个分区都取了一个名称，并且还用 一个大写的英文字母来表示，这个用来表示某个分区的大 写英文字母就称为该分区的区域标识符。 例如，用来直接接受PLC的数字量输入信号的ON/OFF（ 即1/0）状态的存储区称为输入映像寄存器区，该分区用区 域标识符I表示。 PLC的内部资源即是指的用来供用户存放各种数据的用 户数据存储区中各个分区的所有存储单元。 （3 3）各存储单元的地址的表示方法）各存储单元的地址的表示方法 分区中的每一个字节和字节中的每一个位都有一个编 号，它们的编号用0，1，2，3等阿拉伯数字表示。其 中字节号采用十进制数表示，而位号则采用8进制数表示。 位地址的表示方法位地址的表示方法 在各分区中，每个字节中的每一位都有一个唯一的地 址，任何两个不同的位的地址都是不相同。在S7-200PLC的 CPU中，位地址是由该位所在分区的区域标识符，该位所在 字节的字节号和该位的位号三者构成的，区域标识符在前 ，字节号居中，位号在后，字节号与位号之间用小数点 “.”隔开。 例如：输入映像寄存器区（I）的第0个字节中的第0位 的地址为I0.0，输出映像寄存器区（Q）的第2个字节中的第 5位的地址为Q2.5。 字节、字和双字字节、字和双字地址地址的的表示方法表示方法 字节、字和双字的长度分别用长度标识符B、W和D表示 。字节、字和双字的地址分别用该字节、字或双字所在分区 的区域标识符，它们的长度标识符和表示它们在分区中所处 的具体位置的编号三者构成，区域标识符在前，长度标识符 居中，编号在后。 例如：数字量输入映像寄存器区（I）中的第0个字节 （B）的地址为IBO。 数字量输入映像寄存器区（I）中的第0个字的地址为 IWO，它由IBO和IB1两个相邻的字节组成，其中IB0为字IW0 的高8位字节，IB1为字IW0的低8位字节。 数字量输入映像寄存器区（I）中第0个双字的地址为 ID0，它由IB0IB3四个字节组成，其中IB0为双字ID0的高 位字节，IB3为双字ID0的低位字节。建议字和双字的地址号 都采用偶数，并且双字的地址号最好还是4的整倍数。 不同型号的CPU模块，其各个分区的大小往往是不相同 的，为了叙述的方便，下面以CPU224XP（CN）型模块为例， 对各个分区的名称、标识符、作用和地址范围加以叙述。 1.1.数字量输入映像寄存器区（数字量输入映像寄存器区（I I） （1 1）作用）作用 数字量输入映像寄存器区（I）是PLC用来直接接受外 部数字量输入信号的唯一的一个分区。PLC外部的数字量输 入信号经数字量输入模块的输入点直接存入数字量输入映 像寄存器中。 （2 2）数字量输入点数字量输入点的地址的表示方法的地址的表示方法 在CPU模块外部，每个数字量输入点都有一个地址，它 们的地址的构成方法与CPU内部数字量输入映像寄存器中位 地址的构成方法相同，也是由区域标识符I，字节号和位号 构成的，字节号和位号之间也用小数点“.”隔开。 例如：CPU224XP（CN）模块中有14个数字量输入点， 它们的地址依照它们在模块上的排列顺序，从左至右依次为 I0.0I0.7，I1.0I1.5。 （3 3）数字量输入映像寄存器位的状态）数字量输入映像寄存器位的状态 对于每一个数字量输入点，在数字量输入映像寄存器 中都有一个位与之相对应，并且它们的地址是完全相同的。 每一个数字量输入点都可以外接一个或多个开关的触点，当 某个数字量输入点外接的触点电路接通时，在扫描周期的读 取输入阶段，与之对应的数字量输入映像寄存器位也会变为 为“1”态。 例如，当输入点I0.0的外接触点电路接通时，表示该 输入点I0.0的逻辑输入信号为“1”态，在扫描周期的读取 输入阶段，PLC读取输入点I0.0的逻辑信号“1”，并把它存 入与之相对应的数字量输入映像寄存器位I0.0中，从而使得 该位I0.0也为“1”态；反之，当输入点I0.0外接的触点电 路断开时，表示输入点I0.0的逻辑输入信号为“0”态，则 数字量输入映像寄存器区位I0.0也为“0”态。 数字量输入映像寄存器区中任何1位的逻辑状态都只受 与之对应的数字量输入点的外部逻辑信号的控制，除此之外 不受任何其它因素的控制。 （4 4）对）对数字量输入映像寄存器数字量输入映像寄存器的访问的访问 因此，在用户程序中，用户只能读取数字量输入映像 寄存器区中各位的数据，而不能改写其中任何1位的数据， 否则，用户程序就是错误的，对于含有这种错误的程序， PLC是不会执行的。 （5 5）对其它分区的访问）对其它分区的访问 在用户程序中，用户对用户存储区中任何分区（除模 拟量输出寄存器区外）的数据都可以不受限制地反复读取， 但在同一个扫描周期内，用户对除数字量输入映像寄存器区 外的其它分区中的同一个位或同一个字节、字、双字都能且 只能写入数据一次，否则，用户程序同样是错误的。 数字量输入映像寄存器区的位地址范围为I0.0I15.7 ，该分区共有16个字节，128个位。 2.2.数字量输出映像寄存器区（数