第4章S7-200PLC的系統(tǒng)配置與接口模塊,本章主要介紹西門子S7-200PLC的硬件特點(diǎn)和系統(tǒng)配置，包括S7-200PLC控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成，各種擴(kuò)展模塊的功能、特點(diǎn)和使用方法，PLC控制系統(tǒng)的配置以及外部電源系統(tǒng)的接線等。要求掌握以下內(nèi)容：1、S7-200各種CPU模塊的基本技術(shù)指標(biāo)；2、數(shù)字量擴(kuò)展模塊的接口電路及其特點(diǎn)；3、PLC對(duì)模擬量信號(hào)的處理方式和模擬量擴(kuò)展模塊的數(shù)據(jù)格式，并能正確對(duì)擴(kuò)展模塊的外部端子接線；4、掌握S7-200系統(tǒng)配置的原則并能正確編址；5、掌握PLC外部電源系統(tǒng)的接線方法。,第4章S7-200PLC的系統(tǒng)配置與接口模塊,4.1S7-200PLC控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成4.2S7-200PLC的輸入/輸出接口模塊4.3S7-200PLC的系統(tǒng)配置,4.1S7-200PLC控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成,一個(gè)最基本的S7-200PLC控制系統(tǒng)由基本單元（S7-200CPU模塊）、個(gè)人計(jì)算機(jī)或編程器、STEP7-Micro/WIN編程軟件及通信電纜組成。在需要進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，系統(tǒng)組成中還可包含數(shù)字量/模擬量擴(kuò)展模塊、智能模塊、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、人機(jī)界面及相應(yīng)的工業(yè)控制軟件（MCGS）等，如圖所示。,1.基本單元,4.1S7-200PLC控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成,基本單元（S7-200CPU模塊）也稱為主機(jī)。由中央處理單元（CPU）、電源以及數(shù)字量輸入輸出單元組成。這些都被緊湊地安裝在一個(gè)獨(dú)立的裝置中?；締卧梢詷?gòu)成一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)。目前，S7-200PLC主要有CPU221（整體式PLC，I/O點(diǎn)數(shù)不能擴(kuò)展）、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226（疊裝式PLC，可以連接擴(kuò)展I/O模塊與功能模塊）這五種規(guī)格。雖然外形略有差別，但基本結(jié)構(gòu)相同或類似。（1）S7-200CPU的外形其處理器、存儲(chǔ)器、電源、輸入輸出接口、通信接口等都安裝于基本單元上。,（1）S7-200CPU的外形,4.1S7-200PLC控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成,狀態(tài)指示燈：指示CPU的工作方式（RUN、STOP）、系統(tǒng)錯(cuò)誤狀態(tài)(SF/DIAG故障/診斷)、主機(jī)I/O的當(dāng)前狀態(tài)。存儲(chǔ)器卡接口：可以插入存儲(chǔ)器卡。通信口：連接RS-485總線的通信電纜，是PLC主機(jī)實(shí)現(xiàn)人-機(jī)對(duì)話、機(jī)-機(jī)對(duì)話的通道。通過它，PLC可以和編程器、彩色圖形顯示器、打印機(jī)等外部設(shè)備相連，也可以和其他PLC或上位機(jī)相連。,（1）S7-200CPU的外形,4.1S7-200PLC控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成,頂部端子蓋下面是輸出端子和PLC供電電源端子。輸出端子的運(yùn)行狀態(tài)可由指示燈顯示，ON狀態(tài)對(duì)應(yīng)的指示燈亮。底部端子蓋下面是輸入端子和傳感器電源端子。輸入端子的運(yùn)行狀態(tài)可由指示燈顯示，ON狀態(tài)對(duì)應(yīng)的指示燈亮。前蓋下面有運(yùn)行、停止開關(guān)和擴(kuò)展模塊接口。將開關(guān)撥向STOP位置時(shí)，PLC處于停止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)可以對(duì)其編寫程序；將開關(guān)撥向RUN位置時(shí)，PLC處于運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)不能對(duì)其編寫程序；將開關(guān)撥向TERM位置時(shí)，可以運(yùn)行程序，同時(shí)還可以監(jiān)控程序運(yùn)行的狀態(tài)。擴(kuò)展模塊接口用于實(shí)現(xiàn)I/O擴(kuò)展。,（2）S7-200CPU22*的性能參數(shù),4.1S7-200PLC控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成,五種規(guī)格中，性能依次提高，特別是用戶程序存儲(chǔ)器容量、數(shù)字量/模擬量I/O點(diǎn)數(shù)、高速計(jì)數(shù)功能等方面有明顯區(qū)別。其中，CPU221是整體式固定I/O型結(jié)構(gòu)，I/O點(diǎn)數(shù)固定為6入/4出，處理器、存儲(chǔ)器、電源、基本輸入輸出接口、通信接口等都安裝于模塊上，I/O點(diǎn)數(shù)不能改，并且沒有I/O擴(kuò)展模塊接口。其余的CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226均為疊裝式PLC（基本單元+擴(kuò)展模塊的結(jié)構(gòu)）。PLC的處理器、存儲(chǔ)器、電源、基本輸入輸出接口、通信接口等都安裝于基本單元上，基本單元有集成的I/O點(diǎn)，可以通過擴(kuò)展接口連接I/O擴(kuò)展模塊和其他一些功能模塊。,S7-200CPU22*的主要技術(shù)指標(biāo)：,4.1S7-200PLC控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成,S7-200CPU22*的主要技術(shù)指標(biāo)：（續(xù)）,4.1S7-200PLC控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成,數(shù)字量I/O映像區(qū)就是輸入/輸出映像寄存器。128入/128出表示輸入/輸出映像寄存器各有128位，地址是I（0.0-15.7）和Q（0.0-15.7）。每一個(gè)輸入/輸出模塊的端子與輸入/輸出映像寄存器的相應(yīng)位對(duì)應(yīng)。這些位不一定全被使用，若不使用，就將這些地址空著，不挪作他用。,（3）S7-200CPU外部端子接線圖,4.1S7-200PLC控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成,圖中為S7-200CPU226AC/DC/繼電器模塊的外部端子接線圖。AC表示PLC采用交流電源供電；DC表示輸入模塊為直流輸入模塊；繼電器表示輸出采用繼電器方式輸出。24個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)被分為2組。每個(gè)外部輸入開關(guān)信號(hào)均由各輸入端子接入，經(jīng)一個(gè)直流電源接至公共端1M、2M。由于是直流輸入模塊，采用直流電源作為檢測各輸入點(diǎn)狀態(tài)的電源。M、L+兩個(gè)端子提供DC24V/400mA傳感器電源，可以作為傳感器電源，也可以作為輸入端的檢測電源。,（3）S7-200CPU外部端子接線圖,4.1S7-200PLC控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成,16個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)被分為3組。每個(gè)負(fù)載的一端與輸出端相連，另一端經(jīng)電源與公共端相連。由于是繼電器輸出方式，所以既可帶直流負(fù)載，也可帶交流負(fù)載，由負(fù)載性質(zhì)決定。輸出端子排的右端N、L1端子是供電電源AC120V/240V輸入端。電源電壓的允許范圍是AC85264V。,S7-200CPU226AC/DC/繼電器模塊的外部端子接線圖,2.編程設(shè)備,編程設(shè)備的功能是編制程序、修改程序、測試程序，并將測試合格的程序下載到PLC系統(tǒng)中。為了降低編程設(shè)備的成本，目前廣泛采用個(gè)人計(jì)算機(jī)作為編程設(shè)備，但需配置西門子提供的專用編程軟件。S7-200PLC的編程軟件是STEP7-Micro/WIN，該軟件系統(tǒng)在Windows平臺(tái)上運(yùn)行；支持語句表、梯形圖、功能塊圖這三種編程語言；具有指令向?qū)Чδ芎兔艽a保護(hù)功能；內(nèi)置USS協(xié)議庫、Modbus從站協(xié)議指令、PID整定控制界面和數(shù)據(jù)歸檔等；使用PPI協(xié)議通信電纜或CP通信卡，實(shí)現(xiàn)PC與PLC之間進(jìn)行通信、上傳和下載程序；支持TD400、TD400C等文本顯示界面。,4.1S7-200PLC控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成,3.通信電纜,西門子PLC的通信電纜主要有三種：PC/PPI通信電纜、RS-232C/PPI多主站通信電纜和USB/PPI多主站通信電纜。這些通信電纜將S7-200PLC與計(jì)算機(jī)連接后，用STEP7-Micro/WIN編程軟件設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與S7-200PLC間的通信和數(shù)據(jù)傳輸。,4.1S7-200PLC控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成,4.人機(jī)界面,人機(jī)界面（HMI）主要指專用操作員界面，如操作員面板、觸摸屏、文本顯示器，這些設(shè)備可以使用戶通過友好的操作界面完成各種調(diào)試和控制任務(wù)。(1)文本顯示器應(yīng)用于S7-200PLC的文本顯示器有TD200C、TD400C等。通過它們，可以查看、監(jiān)控和改變應(yīng)用程序中的過程變量。(2)觸摸屏西門子S7-200PLC系統(tǒng)有多種觸摸屏，如TP070、TP170A、TP170B、TP177micro、K-TP178micro等。K-TP178micro是為中國用戶量身定做的觸摸屏。通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接(PPI或者M(jìn)PI協(xié)議)完成和S7-200控制器的連接，可以顯示圖形、變量和操作按鈕，為用戶提供一個(gè)友好的人機(jī)界面。除了TP070之外，這些觸摸屏用西門子人機(jī)界面組態(tài)軟件WinCCflexible組態(tài)。,4.1S7-200PLC控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成,5.WinCCflexible和WinCCV7組態(tài)軟件,WinCCflexible為SIMATICHMI操作員提供工程軟件，從而達(dá)到控制和監(jiān)視設(shè)備的目的；同時(shí)為基于Windows2000/XP的單個(gè)用戶提供運(yùn)行版可視化軟件。在這種情況下，可將項(xiàng)目傳輸?shù)讲煌腍MI平臺(tái)，并在其上運(yùn)行而無需轉(zhuǎn)變?；赪indows-CE（另一種操作系統(tǒng)）的設(shè)備，WinCCflexible軟件完全兼容ProTool（西門子人機(jī)界面過去的組態(tài)軟件）制作的項(xiàng)目，即可通過WinCCflexible使用先前的工程。,4.1S7-200PLC控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成,5.WinCCflexible和WinCCV7組態(tài)軟件,西門子視窗控制中心WinCC是HMI/SCADA軟件中的后起之秀，1996年進(jìn)入世界工控軟件組態(tài)市場，以最短的時(shí)間發(fā)展成第三個(gè)在世界范圍內(nèi)成功的SCADA系統(tǒng)。WinCCV7.0采用標(biāo)準(zhǔn)的MicrosoftSQIServer2000數(shù)據(jù)庫進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歸檔，同時(shí)具有Web瀏覽器功能，可使監(jiān)控人員在辦公室看到生產(chǎn)流程的動(dòng)態(tài)畫面，從而更好地調(diào)度指揮生產(chǎn)，是工業(yè)企業(yè)中NES和ERP系統(tǒng)首選的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)軟件。WinCC可與SIMATICS5、S7PLC實(shí)現(xiàn)方便連接和高效通信；也可與STEP7軟件緊密結(jié)合；并可對(duì)SIMATICPLC進(jìn)行系統(tǒng)診斷。,4.1S7-200PLC控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成,4.2S7-200PLC的輸入/輸出接口模塊,4.2.1數(shù)字量模塊4.2.2模擬量模塊4.2.3S7-200PLC的智能模塊,當(dāng)S7-200PLC主機(jī)的I/O點(diǎn)數(shù)不能滿足控制要求時(shí)，可以選配各種輸入/輸出接口模塊來擴(kuò)展。通常，I/O擴(kuò)展包括I/O點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展和功能擴(kuò)展兩類。S7-200PLC可擴(kuò)展的接口模塊有：,4.2.1數(shù)字量模塊,1.數(shù)字量輸入模塊2.數(shù)字量輸出模塊3.數(shù)字量輸入輸出模塊,表4-2S7-200PLC數(shù)字量擴(kuò)展模塊一覽表,1.數(shù)字量輸入模塊,直流輸入模塊交流輸入模塊,4.2.1數(shù)字量模塊,數(shù)字量輸入模塊的每一個(gè)輸入點(diǎn)可接收來自用戶設(shè)備的開關(guān)信號(hào)，典型的輸入設(shè)備有按鈕、行程開關(guān)、選擇開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接觸器輔助觸點(diǎn)等。每一個(gè)輸入點(diǎn)與且僅與一個(gè)輸入電路相連，通過輸入接口電路把現(xiàn)場開關(guān)信號(hào)變成CPU所能接收的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。,1.數(shù)字量輸入模塊,直流輸入模塊交流輸入模塊,4.2.1數(shù)字量模塊,(1)直流輸入模塊,端子接線圖,圖中所示為EM221DI8DC24V模塊的端子接線圖。圖中，8個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)分為2組，1M、2M分別是兩組輸入點(diǎn)內(nèi)部電路的公共端，每組需用戶提供一個(gè)DC24V電源。,1.數(shù)字量輸入模塊,直流輸入模塊交流輸入模塊,4.2.1數(shù)字量模塊,(1)直流輸入模塊,圖中所示為直流輸入模塊的輸入電路，只畫出了2路輸入電路，其他各路輸入電路的原理圖與之相同。電路組成及各部分的作用：R1是限流電阻，限制輸入電流大小，還與C構(gòu)成低通濾波器限制輸入信號(hào)中的高頻干擾。R2為濾波電容的泄放電阻。光耦合器是為了防止現(xiàn)場強(qiáng)電信號(hào)干擾進(jìn)入PLC，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場與PLC電氣上的隔離。使外部信號(hào)通過光耦合變成內(nèi)部電路能接收的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，保持系統(tǒng)的可靠性。雙向發(fā)光二極管VL用作狀態(tài)指示。,輸入電路,1.數(shù)字量輸入模塊,直流輸入模塊交流輸入模塊,4.2.1數(shù)字量模塊,(1)直流輸入模塊,直流輸入電路的工作原理：當(dāng)現(xiàn)場開關(guān)閉合后，經(jīng)R1、雙向光耦合器的發(fā)光二極管、VL構(gòu)成通路，輸入指示燈VL亮，表明該路輸入的開關(guān)量狀態(tài)為1，輸入信號(hào)經(jīng)光耦合器隔離后，經(jīng)內(nèi)部電路與CPU相連，將外部輸入開關(guān)的狀態(tài)“1”輸入PLC內(nèi)部。當(dāng)現(xiàn)場開關(guān)斷開后，R1、雙向光耦合器的發(fā)光二極管、VL不構(gòu)成通路，輸入指示燈VL不亮，表明該路輸入的開關(guān)量狀態(tài)為0，輸入信號(hào)經(jīng)光耦合器隔離后，經(jīng)內(nèi)部電路與CPU相連，將外部輸入開關(guān)的狀態(tài)“0”輸入PLC內(nèi)部。,輸入電路,1.數(shù)字量輸入模塊,直流輸入模塊交流輸入模塊,4.2.1數(shù)字量模塊,(2)交流輸入模塊,端子接線圖,圖中所示為EM221DI8AC120V/230V模塊的端子接線圖。圖中，有8個(gè)分隔式數(shù)字量輸入點(diǎn)，每個(gè)輸入點(diǎn)都占用兩個(gè)接線端子，各使用一個(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。,4.2.1數(shù)字量模塊,(2)交流輸入模塊,圖中所示為交流輸入模塊的輸入電路，只畫出了1路輸入電路，其他各路輸入電路的原理圖與之相同。電路組成及各部分的作用：R1是取樣電阻，同時(shí)具有吸收浪涌的作用。C具有隔離直流，接通交流的作用。R2和R3對(duì)交流電壓起到分壓作用。光耦合器是為了防止現(xiàn)場強(qiáng)電信號(hào)干擾進(jìn)入PLC，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場與PLC電氣上的隔離。使外部信號(hào)通過光耦合變成內(nèi)部電路能接收的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，保持系統(tǒng)的可靠性。雙向發(fā)光二極管VL用作狀態(tài)指示。,輸入電路,4.2.1數(shù)字量模塊,(2)交流輸入模塊,交流輸入電路的工作原理：當(dāng)現(xiàn)場開關(guān)閉合后，交流電源經(jīng)C、R2、雙向光耦合器的發(fā)光二極管，通過光耦合使光敏晶體管接收光信號(hào)，并將該信號(hào)送至PLC內(nèi)部電路，供CPU處理，同時(shí)狀態(tài)指示燈VL亮，表明該路輸入的開關(guān)量狀態(tài)為1。反之，當(dāng)現(xiàn)場開關(guān)斷開后，該路輸入的開關(guān)量狀態(tài)為0。,輸入電路,2.數(shù)字量輸出模塊,4.2.1數(shù)字量模塊,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)與且僅與一個(gè)輸出電路相連，通過輸出電路把CPU運(yùn)算處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種大功率開關(guān)信號(hào)。,2.數(shù)字量輸出模塊,(1)直流輸出模塊(晶體管輸出方式)特點(diǎn)：響應(yīng)速度快(2)交流輸出模塊(雙向晶閘管輸出方式)特點(diǎn)：啟動(dòng)電流大(3)交直流輸出模塊(繼電器輸出方式)特點(diǎn)：輸出電流大，可帶交、直流負(fù)載，適應(yīng)性強(qiáng)，但響應(yīng)速度慢,4.2.1數(shù)字量模塊,2.數(shù)字量輸出模塊,4.2.1數(shù)字量模塊,(1)直流輸出模塊(晶體管輸出方式),端子接線圖,圖中所示為EM222DO8DC24V模塊的端子接線圖。圖中，8個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)分為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電源。,4.2.1數(shù)字量模塊,圖中所示為直流輸出模塊的輸出電路，只畫出了1路輸出電路，其他各路輸出電路的原理圖與之相同。電路組成及各部分的作用：光耦合器實(shí)現(xiàn)光電隔離。場效應(yīng)管是功率驅(qū)動(dòng)的開關(guān)器件。穩(wěn)壓管用于防止輸出端過電壓以保護(hù)場效應(yīng)管。發(fā)光二極管VL用作輸出狀態(tài)指示。,(1)直流輸出模塊(晶體管輸出方式),輸出電路,4.2.1數(shù)字量模塊,直流輸出電路的工作原理：當(dāng)PLC進(jìn)入輸出刷新階段時(shí)，通過數(shù)據(jù)總線把CPU的運(yùn)算結(jié)果，由輸出映像寄存器集中傳送給輸出鎖存器，當(dāng)對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器狀態(tài)為“1”時(shí)，輸出鎖存器的輸出使光耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏晶體管受光導(dǎo)通后，使場效應(yīng)管飽和導(dǎo)通，相應(yīng)的直流負(fù)載在外部直流電源的激勵(lì)下特點(diǎn)工作。反之，當(dāng)對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為狀態(tài)“0”時(shí)，外部負(fù)載斷電，停止工作。特點(diǎn)：響應(yīng)速度快。,(1)直流輸出模塊(晶體管輸出方式),輸出電路,4.2.1數(shù)字量模塊,(2)交流輸出模塊(雙向晶閘管輸出方式),端子接線圖,圖中所示為EM222DO8AC120V/230V模塊的端子接線圖。圖中，有8個(gè)分隔式數(shù)字量輸出點(diǎn)，每個(gè)輸出點(diǎn)都占用兩個(gè)接線端子，各使用一個(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。,2.數(shù)字量輸出模塊,4.2.1數(shù)字量模塊,(2)交流輸出模塊(雙向晶閘管輸出方式),圖中所示為交流輸出模塊的輸出電路，只畫出了1路輸出電路，其他各路輸出電路的原理圖與之相同。電路組成及各部分的作用：雙向晶閘管VTH，可以看做是兩個(gè)普通晶閘管的反并聯(lián)（驅(qū)動(dòng)信號(hào)是單極性的），只要門極是高電平，VTH就雙向?qū)ǎ瑥亩油ń涣麟娫聪蜇?fù)載供電。R2和C組成高頻濾波電路。壓敏電阻RV起過電壓保護(hù)的作用，消除尖峰電壓。電阻R3將光耦合器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，用來驅(qū)動(dòng)VTH的門極。光耦合器是為了防止現(xiàn)場強(qiáng)電信號(hào)干擾進(jìn)入PLC，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場與PLC電氣上的隔離。發(fā)光二極管VL用作狀態(tài)指示。,交流輸出電路,4.2.1數(shù)字量模塊,(2)交流輸出模塊(雙向晶閘管輸出方式),交流輸出電路的工作原理：當(dāng)輸出映像寄存器狀態(tài)為“1”時(shí)，輸出鎖存器的輸出使光耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏晶體管受光導(dǎo)通后，VTH門極為高電平，在外接電壓的正半軸，VTH中的正向?qū)?；在外接電壓的?fù)半軸，VTH中的反向?qū)?，則負(fù)載側(cè)被接通。當(dāng)輸出映像寄存器狀態(tài)為“0”時(shí)，則光耦合器的發(fā)光二極管不發(fā)光，雙向晶閘管VTH門極沒有信號(hào)，VTH不導(dǎo)通，則負(fù)載側(cè)不接通。特點(diǎn)：啟動(dòng)電流大。,交流輸出電路,4.2.1數(shù)字量模塊,(3)交直流輸出模塊(繼電器輸出方式),端子接線圖,圖中所示為EM222DO8繼電器模塊的端子接線圖。圖中，8個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)分為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)外部電源（直流或交流）。,2.數(shù)字量輸出模塊,4.2.1數(shù)字量模塊,(3)交直流輸出模塊(繼電器輸出方式),圖中所示為繼電器輸出模塊的輸出電路，只畫出了1路輸出電路，其他各路輸出電路的原理圖與之相同。電路組成及各部分的作用：繼電器是功率放大的開關(guān)器件，同時(shí)又是電氣隔離器件。觸點(diǎn)用于控制負(fù)載通斷。為消除繼電器火花，并聯(lián)有阻容熄弧電路。電阻R1和發(fā)光二極管VL組成輸出狀態(tài)指示電路。,繼電器輸出電路,4.2.1數(shù)字量模塊,(3)交直流輸出模塊(繼電器輸出方式),繼電器輸出電路的工作原理：當(dāng)輸出映像寄存器狀態(tài)為“1”時(shí)，輸出接口電路使繼電器線圈得電，繼電器觸點(diǎn)閉合使負(fù)載回路接通，同時(shí)狀態(tài)指示發(fā)光二極管VL亮。當(dāng)輸出映像寄存器狀態(tài)為“0”時(shí)，繼電器線圈失電，繼電器觸點(diǎn)斷開，使負(fù)載回路不接通。根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)來選擇負(fù)載回路的電源。特點(diǎn)：輸出電流大（可達(dá)2-4A），可帶交流和直流負(fù)載，適應(yīng)性強(qiáng)。但響應(yīng)速度慢，從繼電器線圈得電到觸點(diǎn)接通的響應(yīng)時(shí)間約為10ms。,繼電器輸出電路,3.數(shù)字量輸入輸出模塊,S7-200PLC配有數(shù)字量輸入輸出模塊(EM223模塊)(見表4-2)。在一個(gè)模塊上既有數(shù)字量輸入點(diǎn)又有數(shù)字量輸出點(diǎn)，這種模塊稱為組合模塊或輸入輸出模塊。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。在同一個(gè)模塊上，輸入、輸出電路類型的組合是多種多樣的，用戶可根據(jù)控制需求選用。有了數(shù)字量輸入輸出模塊可使系統(tǒng)配置更加靈活。,4.2.1數(shù)字量模塊,4.2.2模擬量模塊（輸入輸出信號(hào)是模擬信號(hào)的模塊）,1.PLC對(duì)模擬量的處理2.模擬量輸入模塊3.模擬量輸出模塊4.模擬量輸入輸出模塊,表4-3S7-200PLC模擬量擴(kuò)展模塊,1.PLC對(duì)模擬量的處理,4.2.2模擬量模塊,工業(yè)控制中，某些輸入是模擬量，某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求PLC輸出模擬量信號(hào)，而PLC的CPU只能處理數(shù)字量。所以，輸入PLC內(nèi)部的模擬量首先被傳感器和變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電流或電壓信號(hào)（如4-20mA的直流電流信號(hào)，0-5V或-5V+5V的直流電壓信號(hào)），經(jīng)濾波、放大后，PLC用A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)光耦合器進(jìn)入PLC內(nèi)部電路，在輸入采樣階段進(jìn)入模擬量輸入映像寄存器，執(zhí)行用戶程序后，PLC輸出的數(shù)字量信號(hào)存放在模擬量輸出映像寄存器，在輸出刷新階段由內(nèi)部電路送至光耦合器的輸入端，再進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換后的直流模擬量信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器放大后驅(qū)動(dòng)輸出。模擬量I/O模塊的主要任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換。,1.PLC對(duì)模擬量的處理,4.2.2模擬量模塊,工業(yè)控制中，某些輸入是模擬量，某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求PLC輸出模擬量信號(hào)，而PLC的CPU只能處理數(shù)字量。所以，輸入PLC內(nèi)部的模擬量首先被傳感器和變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電流或電壓信號(hào)（如4-20mA的直流電流信號(hào)，0-5V或-5V+5V的直流電壓信號(hào)），經(jīng)濾波、放大后，PLC用A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)光耦合器進(jìn)入PLC內(nèi)部電路，,2.模擬量輸入模塊,(1)模擬量輸入模塊的輸入特性,4.2.2模擬量模塊,EM231AI4有4個(gè)模擬量輸入端口，每個(gè)通道占用存儲(chǔ)器AI區(qū)域2個(gè)字節(jié)，輸入值為只讀數(shù)據(jù)。電壓輸入范圍：單極性0-10V、0-5V，雙極性-5V+5V、-2.5+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)間為250s。模塊需要DC24V供電，可由CPU的傳感器電源供電，也可由用戶提供外部電壓。,2.模擬量輸入模塊,(1)模擬量輸入模塊的輸入特性,4.2.2模擬量模塊,分辨率：以A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)字量的位數(shù)表示。EM231模塊的分辨率是12位。MSB和LSB分別是最高有效位和最低有效位。單極性數(shù)據(jù)格式中：最高位是0，表示是正值數(shù)據(jù)；最低位是連續(xù)的3個(gè)0，相當(dāng)于A/D轉(zhuǎn)換值被乘以8；中間12位數(shù)據(jù)的最大值是215-8=32760。全量程輸入范圍對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為0-32000，差值32760-32000=760則用于偏置/增益，由系統(tǒng)完成。雙極性數(shù)據(jù)格式中，最高有效位是符號(hào)位，0表示正值，1表示負(fù)值；最低位是連續(xù)的4個(gè)0，相當(dāng)于A/D轉(zhuǎn)換值被乘以16。全量程輸入范圍對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為-32000+32000。,2.模擬量輸入模塊,(2)模擬量輸入模塊的端子接線圖,4.2.2模擬量模塊,模塊上部共有12個(gè)端子，每3個(gè)點(diǎn)為一組可作為一路模擬量的輸入通道，共4組。電壓信號(hào)只用2個(gè)端子，電流信號(hào)需用3個(gè)端子，其中RC與C+端子短接，未用的輸入通道應(yīng)短接。模塊下部M、L+端接入DC24V電源，右端分別是校準(zhǔn)電位器和配置開關(guān)DIP。,2.模擬量輸入模塊,(2)模擬量輸入模塊的輸入數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)換為實(shí)際的物理量,4.2.2模擬量模塊,轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)考慮現(xiàn)場信號(hào)變送器的輸入/輸出量程（4-20mA）與模擬量輸入輸出模塊的量程（如0-20mA），找出被測物理量與A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)值之間的關(guān)系。,2.模擬量輸入模塊,(2)模擬量輸入模塊的輸入數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)換為實(shí)際的物理量,4.2.2模擬量模塊,例4-1量程為0-10NTU的濁度儀的輸出信號(hào)為4-20mA的電流，模擬量輸入模塊將0-20mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為0-32000的數(shù)字量，設(shè)轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)為x，求以NTU為單位的濁度值y。解：由于濁度儀的輸出信號(hào)是電流，模擬量輸入模塊應(yīng)采用0-20mA量程，因此A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)據(jù)是一個(gè)單極性數(shù)據(jù)（數(shù)字量輸出范圍為0-32000）。4-20mA的模擬量對(duì)應(yīng)于數(shù)字量6400-32000，即0-10NTU對(duì)應(yīng)于數(shù)字量6400-32000。當(dāng)轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)為x時(shí)，對(duì)應(yīng)的濁度為：,3.模擬量輸出模塊,(1)模擬量輸出模塊的輸出特性,4.2.2模擬量模塊,EM232AQ2有2個(gè)模擬量輸出端口，每個(gè)通道占用存儲(chǔ)器AQ區(qū)域2個(gè)字節(jié)。輸出信號(hào)的范圍：電壓輸出為-10V+10V，電流輸出為0-20mA。電壓輸出的設(shè)置時(shí)間是100s，電流輸出的設(shè)置時(shí)間是2ms。最大驅(qū)動(dòng)能力：電壓輸出時(shí)負(fù)載電阻最小是5000歐，電流輸出時(shí)負(fù)載電阻最大是500歐。模塊需要DC24V供電，可由CPU的傳感器電源供電，也可由用戶提供外部電壓。,3.模擬量輸出模塊,(1)模擬量輸出模塊的輸出特性,4.2.2模擬量模塊,分辨率：以D/A轉(zhuǎn)換前待轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)字量的位數(shù)表示電壓輸出和電流輸出的分辨率分別是12位和11位。MSB和LSB分別是最高有效位和最低有效位。電流輸出的數(shù)據(jù)：其2B的存儲(chǔ)單元的低4位均為0；最高位是0，表示是正值數(shù)據(jù)；全量程輸入范圍對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為0-32000。電壓輸出的數(shù)據(jù)：其2B的存儲(chǔ)單元的低4位均為0；最高有效位是符號(hào)位，0表示正值，1表示負(fù)值；全量程輸入范圍對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為-32000+32000。在D/A轉(zhuǎn)換前，低位的4個(gè)0被截?cái)?，不?huì)影響輸出信號(hào)值。,3.模擬量輸出模塊,(2)模擬量輸出模塊的端子接線圖,4.2.2模擬量模塊,模塊上部共有7個(gè)端子，左端起的每3個(gè)點(diǎn)為一組可作為一路模擬量的輸出通道，共2組。第一組，V0接電壓負(fù)載，I0接電流負(fù)載，M0為公共端。模塊下部M、L+端接入DC24V電源。,4.模擬量輸入輸出模塊,4.2.2模擬量模塊,端子接線圖,EM235AI4/AQ1有4個(gè)模擬量輸入端口和1個(gè)模擬量輸出端口。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，只是電壓輸入范圍有所不同。模擬量輸出功能同EM232模擬量輸出模塊，技術(shù)參數(shù)基本相同。模塊需要DC24V供電，可由CPU的傳感器電源供電，也可由用戶提供外部電壓。,4.2.3S7-200PLC的智能模塊,1.EM231測溫模塊2.通信模塊S7-200PLC提供PROFIBUS-DP模塊、AS-i接口模塊和工業(yè)以太網(wǎng)卡供用戶選擇，以適應(yīng)不同的通信方式，詳見8.1節(jié).,為了滿足更加復(fù)雜的控制功能的需要，S7-200PLC還配有多種智能模塊。,4.2.3S7-200PLC的智能模塊,1.EM231測溫模塊,S7-200PLC的測溫模塊包括熱電偶模塊（EM231AI4熱電偶）和熱電阻模塊（EM231AI2RTD）兩種，可以直接連接熱電偶（TC）和熱電阻(RTD)來測量溫度。用戶程序可以訪問相應(yīng)的模擬量通道，讀取溫度值。EM231熱電偶、熱電阻模塊具有冷端補(bǔ)償電路，如果環(huán)境溫度迅速變化，會(huì)產(chǎn)生額外的誤差。所以熱電偶和熱電阻模塊應(yīng)安裝在穩(wěn)定的溫度、濕度環(huán)境中，才能達(dá)到最大的準(zhǔn)確度。EM231熱電偶模塊有4個(gè)輸入通道，可以連接7種熱電偶類型，但所有連接到模塊上的熱電偶必須是相同類型。輸入的電壓范圍是-80+80mV，模塊輸出15位加符號(hào)位的二進(jìn)制數(shù)。,4.2.3S7-200PLC的智能模塊,1.EM231測溫模塊,組態(tài)DIP開關(guān)位于模塊的底部，可以選擇熱電偶的類型、斷線檢測、溫度范圍和冷端補(bǔ)償。為了使DIP開關(guān)設(shè)置起作用，用戶需要給PLC斷電后再通電。,EM231熱電偶/熱電阻模塊的DIP開關(guān),EM231熱電阻輸入模塊有2個(gè)模擬量輸入端口，可與多種熱電阻連接，通過設(shè)置相應(yīng)的DIP開關(guān)來選擇熱電阻類型。DIP開關(guān)的設(shè)置和使用與熱電偶輸入模塊相同。改變DIP開關(guān)后需將PLC斷電后再通電。,4.3S7-200PLC的系統(tǒng)配置,4.3.1主機(jī)加擴(kuò)展模塊的最大I/O配置4.3.2I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展與編址4.3.3內(nèi)部電源的負(fù)載能力4.3.4PLC外部接線與電源要求,S7-200PLC任一型號(hào)的基本單元（主機(jī)）都可單獨(dú)構(gòu)成基本配置，作為一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)。S7-200PLC各型號(hào)主機(jī)的I/O點(diǎn)數(shù)是固定的，它們的I/O地址也是固定的。可以采用主機(jī)帶擴(kuò)展模塊的方法來擴(kuò)展S7-200PLC的系統(tǒng)配置。采用數(shù)字量模塊或模擬量模塊可擴(kuò)展系統(tǒng)的控制規(guī)模，采用智能模塊可擴(kuò)展系統(tǒng)的控制功能。,4.3.1主機(jī)加擴(kuò)展模塊的最大I/O配置,S7-200PLC主機(jī)帶擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展配置時(shí)會(huì)受到相關(guān)因素（主機(jī)的技術(shù)指標(biāo)）的限制。每種主機(jī)的最大I/O配置必須服從以下限制：1.允許主機(jī)所帶擴(kuò)展模塊的數(shù)量CPU221模塊（整體型PLC）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、CPU224XP模塊、CPU226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。,4.3.1主機(jī)加擴(kuò)展模塊的最大I/O配置,2.數(shù)字量輸入/輸出映像寄存器區(qū)的大小S7-200PLC各類主機(jī)提供的數(shù)字量I/O映像區(qū)為：128個(gè)輸入映像寄存器（I0.0I15.7）128個(gè)輸出映像寄存器（Q0.0Q15.7）數(shù)字量的最大配置不能超過此區(qū)域。3.模擬量輸入/輸出映像寄存器區(qū)的大小S7-200PLC各類主機(jī)提供的模擬量I/O映像區(qū)為：CPU222模塊為16入/16出CPU224模塊、CPU224XP模塊、CPU226模塊為32入/32出模擬量的最大配置不能超過此區(qū)域。,4.3.2I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展與編址,編址：對(duì)I/O模塊上的I/O點(diǎn)進(jìn)行編碼，以便程序執(zhí)行時(shí)可以唯一地識(shí)別每個(gè)I/O點(diǎn)。方法是：同種類型輸入點(diǎn)或輸出點(diǎn)的模塊進(jìn)行順序編制，其他類型模塊的有無及所處的位置都不影響本類型模塊的編號(hào)。具體有以下幾個(gè)原則：1)S7-200CPU有一定數(shù)量的本機(jī)I/O，本機(jī)I/O有固定的地址?？梢杂脭U(kuò)展I/O模塊來增加I/O點(diǎn)數(shù)，擴(kuò)展模塊安裝在主機(jī)的右邊，其I/O點(diǎn)的地址由模塊類型和同類I/O模塊鏈中的位置決定，按照由左到右的順序?qū)Φ刂肪幋a依次排序。,4.3.2I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展與編址,2)數(shù)字量I/O點(diǎn)的編址是以字節(jié)長(8位)為單位，采用存儲(chǔ)器區(qū)域標(biāo)識(shí)符(I或Q)、字節(jié)號(hào)、位號(hào)的組成形式，在字節(jié)號(hào)和位號(hào)之間以點(diǎn)分隔。如I0.3、Q1.2等。3)數(shù)字量擴(kuò)展模塊是以一個(gè)字節(jié)(8位)遞增的方式來分配地址的，若本模塊實(shí)際位數(shù)不滿8位，未用位不能分配給I/O鏈的后續(xù)模塊。例如：CPU224有10個(gè)輸出點(diǎn)，但它要占用邏輯輸出區(qū)16個(gè)點(diǎn)的地址。而一個(gè)4DI/4DO模塊占用邏輯空間8個(gè)輸入點(diǎn)和8個(gè)輸出點(diǎn)。,4.3.2I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展與編址,4)模擬量I/O點(diǎn)的編址是以字長(16位)為單位，在讀/寫模擬量信息時(shí)，模擬量I/O以字為單位讀/寫。模擬量輸入只能進(jìn)行讀操作，模擬量輸出只能進(jìn)行寫操作。每個(gè)模擬量I/O點(diǎn)地址由存儲(chǔ)器區(qū)域標(biāo)識(shí)符（AI或AO）、數(shù)據(jù)長度標(biāo)志位（W）、字節(jié)地址（偶數(shù)）組成。模擬量端口的地址從0開始，以2遞增，不允許奇數(shù)編址。5)模擬量擴(kuò)展模塊是以2個(gè)端口(4字節(jié))遞增的方式來分配地址的，就是每個(gè)模擬量擴(kuò)展模塊至少占用兩個(gè)端口的地址。例如：EM235模塊有4個(gè)模擬量輸入和1個(gè)模擬量輸出，但它占用了4個(gè)輸入端口的地址和2個(gè)輸出端口的地址。,4.3.2I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展與編址,舉例：基本單元采用CPU224，擴(kuò)展單元由1個(gè)EM221模塊、1個(gè)EM223模塊、2個(gè)EM235模塊構(gòu)成，模塊的鏈接形式和各模塊的編址情況如圖所示。,各模塊的鏈接形式：,4.3.2I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展與編址,各模塊的編址情況,4.3.3內(nèi)部電源的負(fù)載能力,1.PLC內(nèi)部DC5V電源的負(fù)載能力2.PLC內(nèi)部DC24V電源的負(fù)載能力,4.3.3內(nèi)部電源的負(fù)載能力,1.PLC內(nèi)部DC5V電源的負(fù)載能力,基本單元和擴(kuò)展模塊正常工作時(shí)，需要DC5V電源。S7-200PLC基本單元（CPU模塊）內(nèi)部提供DC5V電源，擴(kuò)展模塊需要的DC5V電源是由CPU模塊通過總線連接器提供的。CPU模塊能提供的DC5V電源的電流值是有限的。因此，在配置擴(kuò)展模塊時(shí)，為確保電源不超載，應(yīng)使各擴(kuò)展模塊消耗DC5V電源的電流總和不超過CPU模塊所提供的電流值。否則，要對(duì)系統(tǒng)重新進(jìn)行配置。,4.3.3內(nèi)部電源的負(fù)載能力,1.PLC內(nèi)部DC5V電源的負(fù)載能力,S7-200PLC各類主機(jī)（CPU模塊）為擴(kuò)展模塊能提供的DC5V電源的最大電流見表4-1，各擴(kuò)展模塊對(duì)DC5V電源的電流消耗，見表4-2和表4-3。例如，上例中所示主機(jī)帶擴(kuò)展模塊的形式，CPU224提供DC5V電源的電流為660mA，4個(gè)擴(kuò)展模塊DC5V電源的總電流為30mA+40mA+30mA+30mA=130mA，小于660mA，因此配置是可行的。,4.3.3內(nèi)部電源的負(fù)載能力,1.PLC內(nèi)部DC24V電源的負(fù)載能力,S7-200PLC主機(jī)的內(nèi)部電源模塊還提供DC24V電源。如圖4-4。DC24V電源也稱為傳感器電源，它可以作為CPU模塊和擴(kuò)展模塊的輸入端檢測電源。如果用戶使用傳感器的話，也可以作為傳感器電源。一般情況下，CPU模塊和擴(kuò)展模塊的輸入、輸出點(diǎn)所用的DC24V電源是由用戶外部提供的。如果使用CPU模塊內(nèi)部的DC24V電源，要注意CPU模塊和各擴(kuò)展模塊消耗的電流總和，不能超過內(nèi)部DC24V電源提供的最大電流。,4.3.4PLC外部接線與電源要求,1.現(xiàn)場接線的要求2.使用隔離電路時(shí)的接地點(diǎn)與電路參考點(diǎn)3.交流電源系統(tǒng)的外部電路4.直流電源系統(tǒng)的外部電路5.對(duì)感性負(fù)載的處理6.電源的選擇,4.3.4PLC外部接線與電源要求,1.現(xiàn)場接線的要求S7-200PLC采用截面積0.5-1.5mm2的導(dǎo)線，導(dǎo)線要盡量成對(duì)使用，應(yīng)將交流線和電流大的線與弱電信號(hào)線分隔開。2.使用隔離電路時(shí)的接地點(diǎn)與電路參考點(diǎn)使用同一個(gè)電源且有同一個(gè)參考點(diǎn)的電路時(shí)，其參考點(diǎn)只能有一個(gè)接地點(diǎn)。將CPU自帶的DC24V電源的M端接地，可以提高抑制噪聲的能力。3.交流電源系統(tǒng)的外部電路4.直流電源系統(tǒng)的外部電路,4.3.4PLC外部接線與電源要求,5.對(duì)感性負(fù)載的處理6.電源的選擇CPU模塊自帶的DC24V傳感器電源，可以為本機(jī)的輸入點(diǎn)或擴(kuò)展模塊的繼電器線圈供電，如果要求的負(fù)載電流大于該電源的電流，應(yīng)外加DC24V電源為擴(kuò)展模塊供電。CPU模塊為擴(kuò)展模塊提高DC5V電源，如果擴(kuò)展模塊的需求超過其額定值，應(yīng)減少擴(kuò)展模塊。S7-200PLC的DC24V傳感器電源不能與外部的DC24V電源并聯(lián)，否則可能會(huì)使1個(gè)或2個(gè)電源失效，因此這兩個(gè)電源之間只能有一個(gè)連接點(diǎn)。,本章主要介紹西門子S7-200PLC的硬件特點(diǎn)和系統(tǒng)配置。介紹S7-200PLC控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成，各種擴(kuò)展模塊的功能、特點(diǎn)和使用，PLC控制系統(tǒng)的配置以及外部電源系統(tǒng)的接線等內(nèi)容。重點(diǎn)掌握：S7-200各種CPU模塊的基本技術(shù)指標(biāo)；數(shù)字量擴(kuò)展模塊的接口電路及其特點(diǎn)；PLC對(duì)模擬量信號(hào)的處理方式，模擬量擴(kuò)展模塊的數(shù)據(jù)格式，并能正確對(duì)擴(kuò)展模塊的外部端子接線；掌握S7-200PLC系統(tǒng)配置的原則；,本章小結(jié),