4.S7-200 PLC的系统配置与接口模块

第4章S7-200PLC的系统配置与接口模块4.1S7-200PLC控制系统的基本构成

4.2S7-200PLC的输入/输出接口模块

4.3S7-200PLC的系统配置基本构成：1.基本单元CPU

2.个人计算机或编程器3.编程软件

4.通信电缆系统需要扩展时，系统构成：4.1S7-200PLC控制系统的基本构成1.基本单元基本单元（S7-200CPU模块）也称为主机。由中央处理单元（CPU）、电源以及数字量输入输出单元组成。这些都被紧凑地安装在一个独立的装置中。基本单元可以构成一个独立的控制系统。图4－2S7-200CPU的外形结构电源及输出端子输入端子及传感器电源工作方式开关通讯口状态指示灯存储器卡扩展I/O

接口（1）S7-200PLC的外形状态指示灯：指示CPU的run,stop工作方式、主机的I/O当前状态、系统错误状态；存储器卡接口：可以插入存储卡；通信接口：通过通信电缆，连接PC、编程器、显示器、其他PLC等；状态指示灯通讯口存储器卡上面端子是电源和输出端子，输出端子的运行状态可以由指示灯显示，on对应指示灯亮；下面端子是输入端子和传感器电源端子，运行状态也可以由指示灯显示；电源及输出端子输入端子及传感器电源盖子下面有run,stop，term开关和扩展模块接口；扩展模块接口：连接扩展的模块。工作方式开关扩展I/O

接口1、RUN：上电就运行，可以由上位系统控制停止；2、term：上电不运行，可以由上位系统控制是否运行；上位机软件监控或调试，用到这个端口

3、stop：上电不运行，可编写程序（主机与扩展模块）导轨S7-200CPU22X系列产品：

CPU221模块（整体式）

CPU222模块

CPU224模块

CPU224XP模块

CPU226模块

CPU226XM模块性能逐渐提高

（2）S7-200PLC的性能参数S7-200CPU22*的主要技术指标：指标CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226程序存储器/B

在线程序编辑时

非在线程序编辑时

4096

4096

8192

12288

12288

16384

16384

24576数据存储器/B2048819210240掉电保持

（超级电容）/h50100本机数字量I/O6入/4出8入/6出14入/10出24入/16出本机模拟量I/O2入/1出扩展模块数量27数字量I/O映像区128入/128出模拟量I/O映像区16入/16出32入/32出脉冲捕捉输入/个681424高速计数器/个46在线程序编辑时，程序存储器16384B非在线程序编辑：24576BPLC运行时编程需要占用一部分程序存储空间。如果要利用全部的程序存储区，对于特定的一些CPU型号，需要禁止“运行模式编程”功能。在系统块中，增加存储区中勾选：禁止“运行模式编辑”以增加存储区S7-200CPU22*的主要技术指标：（续）高速脉冲输出/个2（20kHz,DC）2（100kHz,DC）2（20kHz,DC）布尔指令执行速度0．22μs/指令定时器/计数器256/256定时中断/个2,1ms分辨率模拟量调节电位器/个1（8位分辨率）2（8位分辨率）实时时钟有（时钟卡）内置RS⁃485通信口/个12供电能力

/mADC5V03406601000DC24V180280400CPU226模块特点：I/O总点数为40点（24入/16出）可带7个扩展模块（其中包括2个智能模块）程序存储器容量为24576B内置高速计数器6个具有PID控制的功能有2个高速脉冲输出端（输出端产生高速脉冲，用来驱动负载实现精确控制，如步进电机）2个RS-485通讯口具有PPI、MPI和自由口通讯协议的通讯能力速度快，功能强(3)S7-200CPU226AC/DC/继电器模块的外部端子接线图：

CPU226AC/DC/继电器模块：AC：PLC需要交流电源供电（AC85～264V）DC：输入模块是直流输入模块；继电器：PLC输出方式是继电器输出方式（可以接直流负载和交流负载）数字量输入点24个：分成2组，I0.0～I1.4、I1.5～I2.7M、1M、2M是公共端，一个开关信号对应一个输入端子，经过直流电源，终止于公共端；M、L+两个端子还可以提供直流24V的传感器电源，作为传感器的电源；也可以作为输入端的检测电源。实际接线：数字量输出点16个，分成3组：Q0.0～Q0.3、Q0.4～1.0、Q1.1～Q1.7；每个负载一端和输出端子相连接，另一端经电源和公共端连接；1L、2L、3L为公共端；N、L1端子是电源的输入端（AC120V/240V）实验接线：1L、2L、3L连接至L+（24V）；上面的负载接至COM0，然后接至M（接地）2.编程设备

编程设备的功能是编制程序、修改程序、调试程序，并将调试合格的程序下载到PLC系统中。目前广泛采用个人计算机作为编程设备，需配置西门子提供的专用编程软件。S7-200PLC的编程软件是STEP7-Micro/WIN，该软件系统在Windows平台上运行；可以编程、调试程序、监控程序、通信、下载、上传程序等。3.通信电缆西门子PLC的通信电缆主要有三种：

PC/PPI通信电缆;

（PPI协议主从协议，是S7-200CPU最基本的通信方式，通过原来自身的端口（PORT0或PORT1）就可以实现通信，是S7-200CPU默认的通信方式。）

RS-232C串行接口/PPI多主站通信电缆;

（PC/PPIMulti-MasterCable光电隔离型西门子S7-200PLC多主站PPI编程电缆，内置RS232C/RS485转换，带8个DIP开关，支持PPI协议、多主站PPI协议、高级PPI协议，及187.5Kbps高速通讯。）

USB接口/PPI多主站通信电缆。通信电缆将S7-200PLC与计算机连接后，用STEP7-Micro/WIN编程软件设置即可实现计算机与PLC之间的通信和数据传输。

RS-232：计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。RS-232是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是"数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准"该标准规定采用一个25个脚的连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。一般只使用3-9条引线。4.人机界面（HMI）(1)文本显示器应用于S7-200PLC的文本显示器有TD200C、TD400C等。通过它们，可以查看、监控和改变应用程序中的过程变量。

(2)触摸屏西门子S7-200PLC系统有多种触摸屏，如TP070、TP170A、TP170B、TP177micro等。K-TP178micro为中国用户量身定做；可以显示图形、变量和操作按钮，为用户提供一个友好的人机界面。5.WinCCV7组态软件

WinCCflexible为SIMATICHMI操作员提供工程软件，从而达到控制和监视设备的目的；为基于Windows2000/XP的单个用户提供运行版可视化软件。可将项目传输到不同的HMI平台，并在其上运行而无需转变。可使监控人员在办公室看到生产流程的动态画面，是生产实时数据平台软件。例子4.2S7-200PLC的输入/输出接口模块4.2.1数字量模块

4.2.2模拟量模块

4.2.3智能模块4.2.1数字量模块1.数字量输入模块

2.数字量输出模块

3.数字量输入输出模块模块名称模块描述DC+5V电流消耗数字量输入模块EM221DI8×24VDC30mAEM221DI8×120/230VAC30mAEM221DI16×24VDC70mA数字量输出模块EM222DO4×24VDC40mAEM222DO4×继电器30mAEM222DO8×24VDC50mAEM222DO8×120/230VAC110mAEM222DO8×继电器40mA数字量输入输出模块EM223DI4/DO4×24VDC40mAEM223DI4/DO4×24VDC/继电器40mAEM223DI8/DO8×24VDC80mAEM223DI8/DO8×24VDC/继电器80mAEM223DI16/DO16×24VDC160mAEM223DI16/DO16×24VDC/继电器150mAEM223DI32/DO32×24VDC240mAEM223DI32/DO32×24VDC/继电器205mA1.数字量输入模块直流输入模块交流输入模块(1)直流输入模块（EM221DI8×DC24V）端子接线图输入电路直流输入模块（EM221DI8×24VDC）表示：8个数字量输入端子需提供一个24VDC电源*每个输入点仅与一个输入电路相连*把现场开关信号变成CPU能接收的标准电信号典型的输入设备有：按钮、限位开关、选择开关、继电器触点等*直流电源检测输入点的状态R1限流电阻；R1、C低通滤波；R2泄放C电荷的电阻；VL:状态指示灯SB1闭合－－外部直流电压经过R1、C滤波－－至光耦合器的发光二极管－－光敏晶体管接受光信号－－变成内部电路能接受的标准电信号，将信号送入内部电路。现场开关通断对应输入映象寄存器的1和0外部电源只是用于检测输入点的状态，其极性可以任意接入I/O端子状态*输入映象寄存器状态(2)交流输入模块端子接线图输入电路R1：取样电阻，吸收浪涌；C：隔离直流，接通交流；R2,R3：对交流电压分压。2.数字量输出模块(1)直流输出模块(晶体管输出方式)

特点：响应速度快(2)交流输出模块(双向晶闸管输出方式)特点：启动电流大(3)交直流输出模块(继电器输出方式)特点：输出电流大，可带交、直流负载，适应性强，但响应速度慢它的作用是把PLC的内部信号转换成现场执行机构的大功率开关信号。EM222DO4×继电器EM222DO8×24VDCEM222DO8×120/230VAC(1)直流输出模块(晶体管输出方式)端子接线图输出电路每一个输出点与一个且仅与一个输出电路相连。晶体管输出电路形式相比于继电器输出响应快（一般在0.2ms以下），适用于要求快速响应的场合；由于晶体管是无机械触点，因此比继电器输出电路形式的寿命长晶体管输出驱动能力要小于继电器输出(2)交流输出模块(双向晶闸管输出方式)端子接线图交流输出电路双向晶闸管输出电路只能驱动交流负载，响应速度也比继电器输出电路形式要快，寿命要长。

双向晶闸管输出的驱动能力要比继电器输出的要小(3)交直流输出模块(继电器输出方式)端子接线图输出电路原理：输出映像寄存器输出为1，输出接口电路使得继电器线圈KA得电，触点闭合，接通负载回路，发光二极管VL点亮；输出为0，继电器线圈没电，触点断开，负载和电源不能形成回路，没电。R2,C：高频滤波电路；RV：压敏电阻，起过压保护作用；由于继电器模式具有实际断点，可以从物理上切断所控制的回路，输出电流大，既适合于直流情况又适合于交流情况；缺点：继电器输出方式不适用于高频动作的负载，这是由继电器的寿命决定的（一般数十万次左右）；响应时间较长，10ms左右。3.数字量输入输出模块S7-200PLC配有数字量输入输出模块(EM223模块)(见表4-2)。在一个模块上既有数字量输入点又有数字量输出点，这种模块称为组合模块或输入输出模块。数字量输入输出模块EM223DI4/DO4×24VDC40mAEM223DI4/DO4×24VDC/继电器40mAEM223DI8/DO8×24VDC80mAEM223DI8/DO8×24VDC/继电器80mAEM223DI16/DO16×24VDC160mAEM223DI16/DO16×24VDC/继电器150mAEM223DI32/DO32×24VDC240mAEM223DI32/DO32×24VDC/继电器205mA数字量输入输出模块的输入电路及输出电路的类型与上述介绍的相同。在同一个模块上，输入、输出电路类型的组合是多种多样的，用户可根据控制需求选用。有了数字量输入输出模块可使系统配置更加灵活。例如：现有CPU226：主机I/O:24/16

欲扩展至27/19,缺3/3

配I/O4/4:EM223DI4/DO4×24VDC/继电器4.2.2模拟量模块1.PLC对模拟量的处理

2.模拟量输入模块

3.模拟量输出模块

4.模拟量输入输出模块模块类型及名称分辨率电流消耗(DC5V)/mA模拟量输入模块EM231AI412位20EM231AI8模拟量输出模块EM232AQ212位（电压输出）

11位（电流输出）20EM232AQ4模拟量输入输出模块EM235AI4/AQ1输入同EM231模块

输出同EM232模块301.PLC对模拟量的处理

若输入是模拟量，则需先将模拟量转换为数字量，再让PLC接受数据；若现场需要模拟量电压或电流作为信号或驱动信号，则利用模拟量输出模块将PLC运算处理后的若干数字量信号转换成相应的模拟量信号输出。采用A/D转换器、D/A转换器如：恒温控制实验现场电热丝的温度用温度传感器检测，得到的4～20mA的标准电信号；送到PLC的模拟量输入模块，经过A/D转换，得到和温度成正比的数字量（放在AIW)；CPU将此值和设定值相比较，用PID算法对差值进行运算，结果是数字量；送给模拟量输出模块，通过D/A转换，得到0～20mA电信号，输出给晶闸管调功器，控制电热丝的加热功率，实现闭环控制。产品名称：QAE2164.010

品牌：西门子SIEMENS

技术参数：

测温温度范围：-10-120度

时间常数：带保护套管30s

浸入套管材质：不锈钢

连接方式：螺丝端子

测量精度：0-70度：+-1、-40-120度：+-1.4

功率消耗：不大于1VA

防护等级：IP54

尺寸：80-88-39mm

电源：AC24V/DC13.5-35V

输出信号：DC0-10V

额定压力：PN10

浸入式水温传感器QAE2164.010模拟量输入电平大多是从传感器通过变换后得到的，模拟量的输入信号为4～20mA的电流信号或1～5V、-10～10V、0～10V的直流电压信号。模拟量输入单元的作用是把现场连续变化的模拟量标准信号转换成PLC内部处理的、由若干位表示的数字信号。模拟量输入单元一般由滤波、A/D转换器、光耦合器隔离等部分组成。2.模拟量输入模块(1)模拟量输入模块的输入数据格式如：水位（为正）如：电流单极性数据：数据是12位，LSB是最低有效位，MSB是最高有效位；前面的0表示正数，后面的3个0确定；最大值是全量程输入范围对应的数字量为0～32000；剩下的760用于偏置/增益，由系统完成；双极性数据：最高位是符号位，0表示正值，1表示负值最低位是连续的4个0全量程输入范围（如－5V～+5V）对应的数字量是－32000～32000

（2）二进制数和实际物理量之间的关系，例题4－1浊度仪的量程：0～10NTU输出信号：4～20mA模拟量输入模块将0～20mA转换成0～32000则4～20mA转换成6400～32000横坐标6400～32000纵坐标0～10NTU二进制x,对应的浊度多少？（3）模拟量输入模块的端子接线图模块上部分为4组：RA、A+、A－电压信号接2个端子电流信号接3个端子（RC和C+短接；未用的输入通道短接（如：B+、B-）模块下部M、L+两端接入直流24V电源。

作用是把PLC运算处理后的若干位数字量信号转换成相应的模拟量信号然后输出，以满足生产过程现场连续信号的控制要求。模拟量输出单元一般由光耦合器隔离、D/A转换器和信号转换等部分组成。模拟量输出模块是将中央处理器的二进制数字信号转换成4～20mA的电流输出信号或0～10V、1～5V的电压输出信号，以提供给执行机构(晶闸管调功器、变频器等）3.模拟量输出模块(1)模拟量输出模块的输出数据格式(2)模拟量输出模块的端子接线图:4.模拟量输入输出模块模拟量输入输出模块EM235AI4/AQ1输入同EM231模块

输出同EM232模块电流消耗304个模拟量输入通道1个模拟量输出通道该模块的模拟量输入功能等同模拟量输入模块EM231；模拟量输出功能等同模拟量输出模块EM232端子接线图：智能模块作用:有自身的处理器,不依赖于主机而独立运行,主机只要每个扫描周期与智能模块交换信息,然后综合处理就可以了.4.2.3S7-200PLC的智能模块如:温度传感器模块由信号处理,A/D转换,光耦合等组成温度(模拟量)电流或电压信号A/D转换(数字信号)给PLC处理1.EM231测温模块EM231热电偶/热电阻模块的DIP开关是模拟量模块的特殊形式；可以直接连接热电偶和热电阻来测量温度；用户可直接访问，读取温度值；S7-200PLC提供PROFIBUS-DP模块、AS-i接口模块和工业以太网卡供用户选择，以适应不同的通信方式，详见8.1节.2.通信模块其他：PID调节模块高速计数器模块高速脉冲输出模块位置控制模块阀门控制模块等4.3S7-200PLC的系统配置4.3.1主机加扩展模块的最大I/O配置

4.3.2I/O点数的扩展与编址

4.3.3内部电源的负载能力

4.3.4PLC外部接线与电源要求4.3.1主机加扩展模块的最大I/O配置1.允许主机所带扩展模块的数量

CPU221模块不允许带扩展模块；CPU222模块最多可带2个扩展模块；CPU224模块、CPU224XP模块、CPU226模块最多可带

7个扩展模块，且7个扩展模块中最多只能带2个智能模块。

128个输入映像寄存器（I0.0～I15.7）128个输出映像寄存器（Q0.0～Q15.7）

数字量I/O映象区的逻辑空间是以8个位（bit)为递增的（0.0-0.7),共16个字节；配置：CPU提供的本机I/O具有固定的I/O地址，扩展模块I/O接至CPU右边以增加I/O点数，该模块地址由I/O模块类型及该模块在I/O链中的位置决定。编址时，按同类型的模块对各输入点（或输出点）顺序编址。2.数字量输入/输出映像寄存器区的大小某个模块未用的物理点地址不能分配给I/O链中的后续模块（4I/4O），I/O映象区的空间丢失与未用物理点相对应的，对于输出模块，丢失的空间可作内部标志位存储器，对于输入模块却不可

CPU222模块为16入/16出CPU224模块、224XP模块、CPU226模块为32入/32出3.模拟量输入/输出映像寄存器区的大小模拟量扩展模块总是以2个字节递增方式来分配地址的：AIW0～AIW62（偶数）AQW0～AQW62（偶数）4.3.2I/O点数的扩展与编址1)S7-200CPU有一定数量的本机I/O，本机I/O有固定的地址。2)数字量I/O点的编址是以字节长(8位)为单位，采用存储器区域标识符(I或Q)、字节号、位号的组成形式，在字节号和位号之间以点分隔。3)数字量扩展模块是以一个字节(8位)递增的方式来分配地址的，若本模块实际位数不满8位，未用位不能分配给I/O链的后续模块。4)模拟量I/O点的编址是以字长(16位)为单位，在读/写模拟量信息时，模拟量I/O以字为单位读/写。如：指令MOVWAIW2,AC05)模拟量输出模块是以2个端口（4字节）递增的方式来分配地址的。每个模拟量输入模块，按模块的先后顺序，地址为固定的，顺序向后排。例：AIW0AIW2AIW4AIW6每个模拟量输出模块占两个通道，即使第一个模块只有一个输出AQW0(EM235只有一个模拟量输出),第二个模块模拟量输出地址也应从AQW4开始寻址，依此类推。

各模块的链接形式：主机模块1模块2模块3模块4CPU2248IN4IN/4OUT4AI/1AQ4AI/1AQI0.0Q0.0

I0.1Q0.1

I0.2Q0.2

I0.3Q0.3

I0.4Q0.4

I0.5Q0.5

I0.6Q0.6

I0.7Q0.7

I1.0Q1.0

I1.1Q1.1

I1.2

I1.3

I1.4

I1.5

I2.0

I2.1

I2.2

I2.3

I2.4

I2.5

I2.6

I2.7I3.0Q2.0

I3.1Q2.1

I3.2Q2.2

I3.3Q2.3AIW0AQW0

AIW2

AIW4

AIW6AIW8AQW4

AIW10

AIW12

AIW14各模块的编址情况：CPU224:14入/10出4.3.3内部电源的负载能力1.PLC内部DC5V电源的负载能力

2.PLC内部DC24V电源的负载能力系统配置后，必须对主机内部的5VDC电源的负载能力进行校验，各扩展模块消耗5VDC电源的电流总和不得超过主机所提供的电流值****