电气控制与PLC应用（第2版）课件：S7-200 PLC的系统配置与接口模块

S7-200PLC的系统配置与接口模块学习目标（1)了解西门子S7-200PLC面板上各部分的功能；（2)了解西门子S7-200PLC系统的组成；（3)熟悉西门子S7-200PLC系统的接口与模块。一、任务导入

PLC的工作依靠自身软、硬件的配合，两者一一对应，可以由不同的硬件匹配不同的

软件完成相同的功能，硬件是其正常工作的物理基础，包括PLC、供电电源和输入／输出硬件，软件决定了整体的工作方式和功能，所以我们必须先了解PLC的硬件。二、相关知识PLC主要由中央处理器（CPU)、存储器（RAM、ROM)、输入／输出单元（I/O)、电源和编程器等部分组成，西门子S7-200外观结构如图4.1。

①I/O接线端子排。②输出LED指示。③前盖：模式选择开关（RUN/STOP）、模拟电位器、扩展端口（适用大部分CPU）。④状态LED：系统错误/诊断（SF/DIAG）、RUN（运行）、STOP（停止）。⑤可选卡插槽：存储卡、时钟卡、电池卡。⑥通信口。⑦输入LED指示。⑧扩展电缆。⑨用于装上标准（DIN）导轨的夹片。4.1西门子S7-200外观结构（一）S7-200PLC系统的组成1.中央处理器从CPU模块的功能来看，SIMATICS7-200系列小型可编程序控制器的发展，大致经历了两代：第一代产品其CPU模块为CPU21X,主机都可进行扩展，它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU212、CPU214、CPU215和CPU216,对第一代PLC产品不再作具体介绍。第二代产品其CPU模块为CPU22X,是在21世纪初投放市场的，它速度快，具有较强的通信能力。它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU221、CPU222、CPU224和CPU226,除CPU221之外，其他都可加扩展模块。2.存储器存储器是具有记忆功能的半导体集成电路，用于存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其他信息。系统程序是控制和完成PLC多种功能的程序，由厂家编写。用户程序是根据生产过程和工艺要求设计的控制程序，由用户编写。PLC中常用的存储器有ROM、RAM和EPROM.（1）只读存储器（ROM)只读存储器中一般存放系统程序。系统程序具有开机自检、工作方式选择、键盘输入处理、信息传递和对用户程序的翻译解释等功能。系统程序关系到PLC的性能，由制造厂家用微机的机器语言编写并在出厂时已固化在ROM或EPROM(紫外线可擦除ROM)芯片中，用户不能直接存取。（2）随机存储器（RAM)随机存储器又称可读可写存储器。读出时RAM中的内容保持不变。写入时，新写入的信息覆盖了原来的内容。因此RAM用来存放既可读出又需要经常修改的内容。PLC中的RAM一般存放用户程序、逻辑变量和其他一些信息。用户程序是在编程方式下，用户从键盘上输入并经过系统程序编译处理后放在RAM中的。RAM中的内容在掉电后会消失，所以PLC为RAM提供了备用锂电池，若经常带负载可维持3~5年。如果要长期使用调试通过的用户程序，可用专用EPROM写入器把程序固化在EPROM芯片中，再把该芯片插在PLC上的EPROM专用插座中。3.电源电源单元是将交流电压信号转换成处理器、存储器及输入／输出部件正常工作所需要的直流电源。由于PLC主要用于工业现场的自动控制，直接处于工业干扰的影响之中，所以为了保证PLC内主机可靠工作，电源单元对供电电源采用了较多的滤波环节，还用集成电压调整器进行调整以适应交流电网的电压波动，对过电压和欠电压都有一定的保护作用。另外，采用了较多的屏蔽措施来防止工业环境中的空间电磁干扰。常用的电源电路有串联稳压电路、开关式稳压电路和设有变压器的逆变式电路。供电电源的电压等级常见的有AC:100V、200V;DC:100V、48V、24V等。4.编程器编程器是PC的重要外围设备，利用编程器将用户程序送入PC的存储器，还可以用编程器检查程序、修改程序；利用编程器还可以监视PC的工作状态。编程器一般分简易型编程器、智能型编程器、小型PC常用简易型编程器，大中型PC多用智能型CRT编程器。除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PC编程。利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。PLC还有一些外围设备，如EPROM写入器、打印机、图形编辑器、工业计算机等，这些设备必须通过相应的接口电路与PC连接。以上几部分和接口模块组成的整体称为PLC,是一种可根据生产需要人为灵活变更控制规律的控制装置，它与多种生产机械配套可组成多种工业控制设备，实现对生产过程或某些工艺参数的自动控制。由于PC主机实质上是一台工业专用微机，并具有普通微机所不具有的特点，因而它成为了开路、闭路控制的首选方案。综上所述，PC主机在构成实际系统时，至少需要建立两种双向的信息交流通道，即完成主机与生产机械之间、主机与人之间的信息交换。在与生产现场进行连接后，含有工况信息的电信号通过输入通道。（二）S7-200PLC的接口模块1.输入／输出扩展模块当主机单元模板上的I/O点数不够时，或者涉及模拟量控制时，除了CPU221以外，都可以通过增加扩展单元模板的方法，对输入／输出点数进行扩展。2.模拟量I/O扩展模块生产过程中有许多电压、电流信号，用连续变化的形式表示流量、温度、压力等工艺参数的大小，这就是模拟量信号。这些信号在一定范围内连续变化，如－10~+10V电压，或者0/4~20mA电流。S7-200CPU不能直接处理模拟量信号，必须通过专门的硬件接口，把模拟量信号转换为CPU可以处理的数据，或者将CPU运算得出的数据转换为模拟量信号。数据的大小与模拟量信号的大小相关，数据的地址由模拟量信号的硬件连接所决定。用户程序通过访问模拟量信号对应的数据地址，获取或者输出真实的模拟量信号。S7-200提供了专用的模拟量模块来处理模拟量信号。EM231:模拟量输入模块，4通道电流／电压输入。EM232:模拟量输出模块，2通道电流／电压输出。EM235:模拟量输入／输出模块，4通道电流／电压输入、1通道电流／电压输出。3.温度测量扩展模块温度测量扩展模块是模拟量模块的特殊形式，可以直接连接TC(热电偶）和RTD(热电阻）以测量温度。它们各自都可以支持多种热电偶和热电阻，使用时只需简单设置就可以直接得到摄氏（或华氏）温度数值。EM231TC:热电偶输入模块，4输入通道。EM231RTD:热电阻输入模块，2输入通道。4.特殊功能模块S7-200系统提供了一些特殊模块，用于完成特定的任务。例如：定位控制模块EM253,它能产生脉冲串，通过驱动装置带动步进电机或伺服电机进行速度和位置的开环控制。每个模块可以控制一台电机。5.通信模块S7-200系统提供以下几种通信模块，以适应不同的通信方式。EM277:PROFIBUS-DP从站通信模块，同时也支持MPI从站通信。EM241:调制解调器（Modem)通信模块。CP243-1:工业以太网通信模块。CP243-1IT:工业以太网通信模块，同时支持Web/E-mail等IT应用功能。CP243-2:AS-Interface主站模块，可连接最多62个AS-Interface从站。6.总线延长电缆如果S7-200CPU和扩展模块不能安装在