EPLAN电气控制系统设计与PLC应用技术 课件 第三章 S7-1200 PLC的硬件与组态

S7-1200PLC的硬件与组态03学习目标03S7-1200PLC的硬件与组态硬件结构指的是S7-1200PLC的不同组件和模块之间的关系和连接方式。组态则是指使用相应软件进行硬件配置和设置的过程。了解S7-1200PLC的模块化硬件结构，理解不同CPU间的差别及选型依据，了解PLC各模块的安装、拆卸方法和注意事项，掌握PLC的接线准则及方式，对博途软件的使用及硬件组态过程具有初步理解。学习重点S7-1200PLC的硬件结构，不同CPU型号的技术特性，PLC的接线方式，TIAPortal与硬件组态。3.1S7-1200PLC的硬件结构03S7-1200PLC的硬件与组态S7-1200是西门子公司新一代紧凑型模块化PLC，主要由CPU、信号板、信号模块、通信模块等组成。其硬件构成具有较高的灵活性，用户可以根据实际需求对资源进行配置，系统扩展非常方便。03S7-1200PLC的硬件与组态S7-1200PLC的CPU模块中集成了微处理器、电源、数字量输入/输出电路、模拟量输入/输出电路、PROFINET以太网接口、高速运动控制等功能，其中CPU1214C的产品图片如图所示。3.1.1CPU模块3.1S7-1200PLC的硬件结构03S7-1200PLC的硬件与组态S7-1200系列CPU目前共有5款型号，各款CPU的技术特性见下表。3.1.1CPU模块3.1S7-1200PLC的硬件结构特性CPU1211CCPU1212CCPU1214CCPU1215CCPU1217C物理尺寸

(mm)90x100x75110x100x75130x100x75150x100x75用户存储器工作50KB75KB100KB125KB150KB

装载1MB2MB4MB

保持性10KB本地板载

I/O数字量6个输入4个输出8个输入6个输出14个输入10个输出

模拟量2个输入2个输入/2个输出信号模块

(SM)扩展无最多2个最多8个信号板

(SB)扩展最多1个03S7-1200PLC的硬件与组态3.1.1CPU模块3.1S7-1200PLC的硬件结构最大本地数字量I/O1482284最大本地模拟量I/O3196769通信模块（CM）最多3个过程映像大小输入

(I)1024个字节

输出

(Q)1024个字节位存储器

(M)4096个字节8192个字节高速计数器（最多可组态6个使用任意内置或

SB输入的高速计数器）1MHz-Ib.2到

Ib.5

100/80kHzIa.0到

Ia.5

30/20kHz--Ia.6到

Ia.7Ia.6到

Ib.5Ia.6到

Ib.103S7-1200PLC的硬件与组态3.1.1CPU模块3.1S7-1200PLC的硬件结构脉冲输出（最多可组态4个使用任意内置或

SB输出的脉冲输出）1MHz--Qa.0到

Qa.3

100kHzQa.0到

Qa.3Qa.4到

Qb.1

20kHz--Qa.4到

Qa.5Qa.4到

Qb.1--上升沿/下降沿中断点数6/68/814/14脉冲捕获输入点数6814PROFINET以太网通信端口1203S7-1200PLC的硬件与组态3.1.1CPU模块3.1S7-1200PLC的硬件结构根据电源类型/输入信号类型/输出信号类型，每款型号各有3种版本，分别为AC/DC/RLY、DC/DC/RLY、DC/DC/DC，其中AC表示交流、DC表示直流、RLY表示继电器。不同版本对于电压、电流要求如下：1）电源电压：①AC型：85~264V

②DC型：24V2）DI输入电压、电流：DC24V，4mA3）DO输出电压、电流：①RLY型：AC5~250V或DC5~30V，最大电流2A；最大负载AC200W或DC30W②DC型：24V，0.5A；最大负载5W03S7-1200PLC的硬件与组态3.1.2信号板及信号模块3.1S7-1200PLC的硬件结构每款CPU的正面都可以安装一块信号板，用来扩展少量的I/O，并且不占用额外的安装空间。信号板包括数字量输入、数字量输出、数字量输入/输出、模拟量输入、模拟量输出等类型，见下表。03S7-1200PLC的硬件与组态3.1.2信号板及信号模块3.1S7-1200PLC的硬件结构表

S7-1200的信号板DISB1221200

kHz4x24

VDC（源型）4x5

VDC（源型）DQSB1222200

kHz4x24

VDC（漏型/源型）4x5

VDC（漏型/源型）DI/DQSB1223200

kHz2x24

VDC输入（漏型）/2x24

VDC输出（源型）2x24

VDC输出（源型）/2x24

VDC输出（漏型/源型）2x5

VDC输入（源型）/2x5

VDC输出（漏型/源型）AISB12311x12bit，电压或电流1x热电偶（TC），15bit+符号位，分辨率0.1℃/℉1x热电阻（RTD），15bit+符号位，分辨率0.1℃/℉AQSB12321路，12bit电压或11bit电流03S7-1200PLC的硬件与组态3.1.2信号板及信号模块3.1S7-1200PLC的硬件结构信号模块连接在CPU的右侧，不同CPU可连接的信号模块数量不同，具体见表3-1。信号模块包括数字量输入、数字量输出、数字量输入/输出、模拟量输入、模拟量输出、模拟量输入/输出等，见下表。DISM12218x24VDC（漏型/源型）

16x24VDC（漏型/源型）DQSM12228x24VDC（源型）

16x24VDC（源型）

8xRLY30VDC/250VAC2A

8xRLY（双态）

16xRLY30VDC/250VAC2A03S7-1200PLC的硬件与组态3.1.2信号板及信号模块3.1S7-1200PLC的硬件结构DI/DQSM12238x24VDC输入（漏型／源型）/8x24VDC输出（源型）

16x24VDC输入（源型／漏型）/16x24VDC输出（源型）

8x24VDC输入（源型/漏型）/8x继电器输出

16x24VDC输入（源型/漏型）/16x继电器输出

8x120/230VAC输入（源型/漏型）/8x继电器输出AISM12314x13bit，±10V、±5V、0~20mA、4~20mA

8x13bit，±10V、±5V、0~20mA、4~20mA

4x16bit，±10V、±5V、0~20mA、4~20mA

4x16bit热电阻（RTD），分辨率0.1℃/℉

8x16bit热电阻（RTD），分辨率0.1℃/℉

4x16bit热电偶（TC），分辨率0.1℃/℉

8x16bit热电偶（TC），分辨率0.1℃/℉03S7-1200PLC的硬件与组态3.1.2信号板及信号模块3.1S7-1200PLC的硬件结构AQSM12322路，14bit±10V电压，或13bit0~20mA/4~20mA电流

4路，14bit±10V电压，或13bit0~20mA/4~20mA电流AI/AQSM12344x13bitAI/2x14bitAQ各信号模块均提供了运行状态指示灯。其中，绿色指示模块处于运行状态，红色指示模块有故障或处于非运行状态。此外，各模拟量信号模块还为各路模拟量输入/输出提供了I/O状态指示灯。其中绿色指示通道已组态且处于激活状态，红色指示个别模拟量输入或输出处于错误状态。03S7-1200PLC的硬件与组态3.1.3集成的通信接口与通信模块3.1S7-1200PLC的硬件结构1.集成的PROFINET接口工业以太网是现场总线发展的趋势，PROFINET是基于工业以太网的现场总线，是开放式的工业以太网最新年版本，它使工业以太网的应用扩展到了控制网络最底层的现场设备。S7-1200集成的PROFINET接口支持TCP/IP、ISO-on-TCP、UDP、S7通信协议，可以实现与使用TCP协议的设备、PROFINETI/O设备、计算机、其它CPU等设备之间的通信。该接口的RJ-45连接器具有自动交叉网线功能，无论是交叉网线或直通网线都可以直接使用，数据传输速率为(10/100)Mbit/s。03S7-1200PLC的硬件与组态3.1.3集成的通信接口与通信模块3.1S7-1200PLC的硬件结构2.通信模块S7-1200最多可以增加三个通信模块，安装在CPU模块的左边。通过安装不同的通信模块，可以实现RS232、RS422、RS485、PROFIBUS、AS-i等多种通信方式。03S7-1200PLC的硬件与组态3.2S7-1200PLC的安装与拆卸S7-1200设备设计得尺寸较小易于安装，可以有效地利用空间。在安装时需要注意以下几点：1）可以将S7-1200水平或垂直安装在面板或最新年版本DIN导轨上。2）必须将S7-1200安装在外壳、控制柜或电控室内，并且为S7-1200提供干燥的环境。3）必须将产生高压和高电噪声的设备与S7-1200等低压逻辑型设备隔离开。4）S7-1200通过自然对流冷却，为保证适当冷却，在设备上方和下方必须留出至少25

mm的空隙。此外，模块前端与机柜内壁间至少应留出25mm的深度。5）当采用垂直安装方式时，其允许的最大环境温度比水平安装时降低10℃，此时要确保CPU被安装在最下面。03S7-1200PLC的硬件与组态3.2S7-1200PLC的安装与拆卸如果系统需要配置通信模块，需要在安装CPU之前，预先将全部通信模块连接到CPU上，然后将它们作为一个单元来安装。在安装CPU之后再分别安装信号模块。3.2.1安装和拆卸CPU03S7-1200PLC的硬件与组态3.2S7-1200PLC的安装与拆卸如图，将CPU安装在DIN导轨上的步骤如下：1）确保CPU和所有S7-1200设备都与电源断开。2）将CPU和通信模块的上部DIN卡夹挂在导轨上方，下部DIN导轨卡夹处于伸出位置。3）向下转动设备，使其在导轨上就位。4）将下部DIN导轨卡夹推到锁紧位置，将设备锁定在DIN导轨上。3.2.1安装和拆卸CPU03S7-1200PLC的硬件与组态3.2S7-1200PLC的安装与拆卸如图，如果要拆卸CPU，需要按照如下步骤操作：1）确保CPU和所有S7-1200设备都与电源断开。2）从CPU断开I/O连接器、接线和电缆。3）如果信号模块已连接到CPU，则需要缩回总线连接器，将其与CPU分离。具体步骤如下：①将螺丝刀放到信号模块上方的小接头旁。②向下按，使连接器与CPU分离。③将小接头完全滑到右侧。3.2.1安装和拆卸CPU03S7-1200PLC的硬件与组态3.2S7-1200PLC的安装与拆卸4）将CPU和所有相连的通信模块作为一个完整单元拆卸。具体步骤如下：①拉出DIN导轨卡夹，从导轨上松开CPU。②向上转动CPU使其脱离导轨，然后从系统中卸下CPU。3.2.1安装和拆卸CPU03S7-1200PLC的硬件与组态3.2S7-1200PLC的安装与拆卸信号模块（SM）需要在安装CPU之后安装，并确保CPU和所有S7-1200设备都与电源断开。如图所示，安装信号模块的步骤如下：1）确保CPU和所有S7-1200设备都与电源断开。2）卸下CPU右侧的连接器盖：将螺丝刀插入盖上方的插槽中，将其上方的盖轻轻撬出并卸下盖。收好盖以备再次使用。3）将SM装在CPU右侧旁边。具体方法见CPU的安装。4）将螺丝刀放到SM上方的小接头旁，将小接头滑到最左侧，使总线连接器伸到CPU中。伸出总线连接器，即为SM建立了机械和电气连接。3.2.2安装和拆卸信号模块03S7-1200PLC的硬件与组态3.2S7-1200PLC的安装与拆卸信号模块安装示意图3.2.2安装和拆卸信号模块03S7-1200PLC的硬件与组态3.2S7-1200PLC的安装与拆卸如果需要接着已安装的SM再安装另外的SM，可以按照相同的步骤操作。可以在不卸下CPU或其它SM处于原位时卸下任何SM。如图所示，拆卸SM的步骤如下：1）确保CPU和所有S7-1200设备都与电源断开。2）将I/O连接器和接线从SM上卸下。3）缩回总线连接器：将螺丝刀放到SM上方的小接头旁，向下按使连接器与CPU相分离，将小接头完全滑到右侧。4）卸下SM：拉出下方的DIN导轨卡夹，从导轨上松开SM，向上转动SM使其脱离导轨。5）用盖子盖上CPU的总线连接器以避免污染。3.2.2安装和拆卸信号模块03S7-1200PLC的硬件与组态3.2S7-1200PLC的安装与拆卸信号模块拆卸示意图3.2.2安装和拆卸信号模块03S7-1200PLC的硬件与组态3.2S7-1200PLC的安装与拆卸要安装通信模块（CM），首先将CM连接到CPU上，然后再将整个组件作为一个单元安装到DIN导轨或面板上，如图所示，具体步骤如下：1）确保CPU和所有S7-1200设备都与电源断开。2）卸下CPU左侧的总线盖：将螺丝刀插入总线盖上方的插槽中，轻轻撬出上方的盖。3）将CM连接到CPU上：使CM的总线连接器和接线柱与CPU上的孔对齐，用力将两个单元压在一起直到接线柱卡入到位。4）将CPU和CP安装到DIN导轨或面板上。3.2.3安装和拆卸通信模块03S7-1200PLC的硬件与组态3.2S7-1200PLC的安装与拆卸通信模块安装示意图3.2.2安装和拆卸信号模块03S7-1200PLC的硬件与组态3.2S7-1200PLC的安装与拆卸拆卸时，将CPU与CM作为一个完整单元从DIN导轨或面板上卸下，然后抓住CPU和CM，并用力将它们分开。3.2.3安装和拆卸通信模块03S7-1200PLC的硬件与组态3.2S7-1200PLC的安装与拆卸要安装信号板（SB），如图所示，按照如下步骤操作：1）确保CPU和所有S7-1200设备都与电源断开。2）卸下CPU上部和下部的端子板盖板：将螺丝刀插入CPU上部接线盒盖背面的槽中，轻轻将盖直接撬起并从CPU上卸下。3）将模块直接向下放入CPU上部的安装位置中。4）用力将模块压入该位置直到卡入就位。5）重新装上端子板盖子。3.2.4安装和拆卸信号板03S7-1200PLC的硬件与组态3.2S7-1200PLC的安装与拆卸3.2.4安装和拆卸信号板信号板安装示意图03S7-1200PLC的硬件与组态3.2S7-1200PLC的安装与拆卸从CPU上卸下SB，如图所示，具体步骤如下：1）确保CPU和所有S7-1200设备都与电源断开。2）卸下CPU上部和下部的端子板盖板。3）用螺丝刀轻轻分离，卸下信号板连接器（如已安装）。4）将螺丝刀插入模块上部的槽中，轻轻将模块撬起，使其与CPU分离。5）将模块从CPU上部的安装位置中取出。6）将盖板重新装到CPU上。7）重新装上端子板盖子。3.2.4安装和拆卸信号板03S7-1200PLC的硬件与组态3.2S7-1200PLC的安装与拆卸3.2.4安装和拆卸信号板信号板拆卸示意图03S7-1200PLC的硬件与组态3.2S7-1200PLC的安装与拆卸CPU、SB和SM模块提供了方便接线的可拆卸的端子板连接器，通过断开CPU的电源并打开端子板连接器的盖子，可以完成对连接器的拆卸与安装。如图所示，拆卸端子板连接器的具体步骤如下：1）确保CPU和所有S7-1200设备都与电源断开。2）查看连接器的顶部并找到可插入螺丝刀头的槽。3）将螺丝刀插入槽中，轻轻撬起连接器顶部使其与CPU分离。连接器从夹紧位置脱离。4）抓住连接器并将其从CPU上卸下。3.2.5安装和拆卸端子板03S7-1200PLC的硬件与组态3.2S7-1200PLC的安装与拆卸端子板拆卸示意图3.2.5安装和拆卸端子板03S7-1200PLC的硬件与组态3.2S7-1200PLC的安装与拆卸如图所示，安装端子板连接器的具体步骤如下：1）确保CPU和所有S7-1200设备都与电源断开。2）使连接器与单元上的插针对齐。3）将连接器的接线边对准连接器座沿的内侧。4）用力按下并转动连接器直到卡入到位。5）仔细检查以确保连接器已正确对齐并完全啮合。3.2.5安装和拆卸端子板03S7-1200PLC的硬件与组态3.3S7-1200PLC的接线接线是将不同组件和设备连接在一起，以实现信号传输和电力供应的过程。了解接线方法可以帮助我们在实际应用中正确地进行接线工作，确保PLC系统的正常运行。3.3.1接线准则在安装、移除S7-1200CPU及其它设备前，首先必须要切断所有电源。同时，为保证系统能够正常工作，在接线时应注意以下几点：1）使用正确的导线，采用芯径为1.5mm2~0.5mm2的导线。尽量使用短导线。2）始终成对布线，保证中性线或公共线与火线或信号线相配对。将交流线路、高能量快速开关的直流线路与信号线分开布线。03S7-1200PLC的硬件与组态3.3S7-1200PLC的接线3）将应用设备接地的最佳方式是确保S7-1200和相关设备的所有公共端和接地连接在同一个点接地，该点应该直接连接到系统的大地接地。PLC与强电设备分开接地。4）所有地线应尽可能地短，且应使用大线径，例如，2mm2。5）使用屏蔽线以便最好地防止电噪声，在S7-1200端将屏蔽层接地能获得最佳效果。6）在采用外部电源供电时，应在电路中安装过流保护装置。7）外部电源不要与DC输出点并联用作输出负载，以免导致反向电流冲击输出。03S7-1200PLC的硬件与组态3.3S7-1200PLC的接线S7-1200CPU需要外界供电才能够工作。在S7-1200CPU中，有的型号需要24V直流供电（DC/DC/RLY、DC/DC/DC），有的型号需要220V交流供电（AC/DC/RLY）。在接线时务必确认清楚后再进行接线。标记为L1、N的接线端子，表示交流接线端；标记为L+、M的接线端子，表示直流接线端。交流、直流供电电路接线图分别如图所示。3.3.2供电接线03S7-1200PLC的硬件与组态3.3S7-1200PLC的接线3.3.2供电接线交流供电接线示意图

直流供电接线示意图03S7-1200PLC的硬件与组态3.3S7-1200PLC的接线S7-1200CPU本体的数字量输入都是24V直流回路，可以支持漏型输入和源型输入两种输入信号。漏型输入是指回路电流从外接设备流向CPUDI端，对应PNP输出类型的传感器。接线时，将CPUDI接线端子1M接24V直流电源的负极。源型输入是指回路电流从CPUDI端流向外接设备，对应NPN输出类型的传感器。接线时，将CPUDI接线端子1M接24V直流电源的正极。数字量输入接线方式如图所示。3.3.3数字量输入接线03S7-1200PLC的硬件与组态3.3S7-1200PLC的接线数字量输入接线示意图3.3.3数字量输入接线03S7-1200PLC的硬件与组态3.3S7-1200PLC的接线S7-1200CPU的数字输出量有两种类型：24V直流晶体管和继电器。晶体管输出的DO负载能力较弱，如小型继电器线圈、小型指示灯等，但其响应速度相对较快。晶体管输出的CPU只支持源型输出。继电器输出的DO负载能力较强，能够驱动继电器等，但其响应速度相对较慢。继电器输出可以接直流信号，也可以接交流信号。数字量输出接线方式如图所示。3.3.4数字量输出接线03S7-1200PLC的硬件与组态3.3S7-1200PLC的接线模拟量电流、电压信号根据模拟量仪表或设备的线缆数分成四线制、三线制、二线制三种类型，不同类型信号接线方式不同。四线制信号指仪表或设备上，信号线和电源线一共有四条：两条电源线、两条信号线。三线制信号指仪表或设备上，信号线和电源线一共有三条：信号正端、电源正端L+，信号线负端与电源线负端M公用一个COM

端。二线制仪表或设备上一共只有两条线，它们既传输电源又传输信号，需要从外部引入电源。3.3.5模拟量输入接线03S7-1200PLC的硬件与组态3.3S7-1200PLC的接线不同方式下的接线图分别如图所示。关于S7-1200PLC模拟量模块接线的更多详细内容请参考系统手册。3.3.5模拟量输入接线四线制接线示意图三线制接线示意图二线制接线示意图03S7-1200PLC的硬件与组态3.4TIAPortal与硬件组态TIA（TotalIntegratedAutomation）Portal（中文译名：博途）是西门子最新的全集成自动化软件平台。它将PLC编程软件、运动控制软件、组态软件集成在一起，形成功能强大的自动化软件。TIA博途中的STEP7（包括Basic和Professional）可以用于S7-1200的组态和编程；WinCC可对西门子的HMI、工业PC、最新年版本PC进行组态。此外，TIA博途还包含了众多功能强大的软件。3.4.1TIAPortal软件界面TIA博途提供了Portal视图、项目视图两种不同视图结构。它们之间可以相互切换，用户可以任意选择合适的视图进行设计。03S7-1200PLC的硬件与组态3.4TIAPortal与硬件组态1.Portal视图Portal视图的界面如图。在Portal视图中，可以借助面向任务的用户指引进行工程组态。3.4.1TIAPortal软件界面03S7-1200PLC的硬件与组态3.4TIAPortal与硬件组态2.项目视图软件启动后首先进入Portal视图，如果需要进入项目视图，可以在Portal视图左下角，单击“项目视图”按钮，切换至项目视图。项目视图如图所示，图中数字为项目视图主要组成部分的编号。3.4.1TIAPortal软件界面03S7-1200PLC的硬件与组态3.4TIAPortal与硬件组态具体含义及功能如下：①．项目树可以在项目树中访问所有的设备和项目数据，添加新设备，编辑已有设备，打开处理项目数据的编辑器等。项目中的各组成部分在项目树中以树形结构显示，分为4个层次：项目、设备、文件夹和对象。项目树的使用方式与Windows的资源管理器相似。②．工作区工作区主要用来进行硬件组态和编写程序，是项目视图中最常使用的窗口。3.4.1TIAPortal软件界面03S7-1200PLC的硬件与组态3.4TIAPortal与硬件组态③．巡视窗口巡视窗口用来显示工作区内被选中对象的附加信息，还可以用来设置对象的属性。④．任务卡任务卡的功能和工作区中正在进行的操作有关，可以通过任务卡进行进一步的或附加的操作。例如从库或硬件目录中选择对象、搜索与替代项目中的对象、将预定义的对象拖拽到任务区等。3.4.1TIAPortal软件界面03S7-1200PLC的硬件与组态3.4TIAPortal与硬件组态1.创建新项目在Portal视图中选择“创建新项目”或者在项目视图中执行菜单命令“项目→新建”，在出现的对话框中，输入“项目名称”，选择或输入“存储路径”后，单击“创建”，即可生成新项目，如图所示。3.4.2创建项目与硬件组态03S7-1200PLC的硬件与组态3.4TIAPortal与硬件组态2.添加新设备新建项目后，首先需要进行新设备的添加。可以在Portal视图下，选择右侧窗口的“组态设备”或左侧窗口的“设备与网络”；可以在项目视图下，双击项目树中的“添加新设备”。在出现的对话框中，单击“控制器”按钮，在“设备名称”中为要添加的设备命名，如果不输入，则使用系统指定的名称“PLC_1”。在下方目录中，逐级选择PLC所属系列、CPU型号、及CPU订货号，在右侧将显示所选设备的性能介绍，如图所示。点击“确定”或双击已选CPU的订货号，可以添加一个PLC，并进入项目视图。在项目树、硬件视图和网络视图中，均可看到已添加的设备。3.4.2创建项目与硬件组态03S7-1200PLC的硬件与组态3.4TIAPortal与硬件组态3.4.2创建项目与硬件组态“添加新设备”对话框03S7-1200PLC的硬件与组态3.4TIAPortal与硬件组态3.硬件组态1）组态的任务单词“Configuring”（设置、配置）在西门子系统中被翻译为“组态”。设备组态的任务就是在设备视图和网络视图中，生成一个与实际的硬件系统对应的虚拟系统，各模块的型号、版本号，模块的安装位置和设备之间的通信连接，都应与实际的硬件系统完全相同。在系统起动时，CPU将对比两系统，如果两系统不一致，将会采