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1、电气控制与PLC应用技术,第4章 S7-200系列PLC的硬件技术,4.1 S7-200 PLC的硬件构成4.2 S7-200 PLC的系统配置,【主要内容】,【学习目标】,了解S7-200 PLC的硬件系统；掌握PLC输入/输出端子的分布情况；掌握输入/输出设备的接线方法；了解PLC系统配置的一般方法；了解PLC的软硬件工作环境通过本章的学习，使读者初步了解该用什么样的PLC，怎样配置PLC系统。,4.1 S7-200 PLC的硬件构成,4.1.1 S7-200 PLC的基本结构4.1.2 CPU模块4.1.3 数字量输入、输出模块4.1.4 模拟量输入、输出模块4.1.5 温度测量扩展模块
2、,S7-200 PLC是西门子公司推出的一种小型PLC。它以紧凑的结构、良好的扩展性、强大的指令功能、低廉的价格，已经成为目前各种小型控制工程的理想控制器。,4.1 S7-200 PLC的硬件构成,S7-200 PLC由基本单元（S7-200 CPU模块）、扩展单元、个人计算机（PC）或编程器、STEP7-Micro/WIN32编程软件以及通信电缆等组成,4.1.1 S7-200 PLC的基本结构,图4.1 S7-200系列PLC系统基本构成,4.1.2 CPU模块,（1）CPU模块的外形结构,4.1.2 CPU模块,（2）CPU模块的技术性能,（2）CPU模块的技术性能,S7-200 CPU
3、22X系列产品： CPU221模块、CPU222模块、CPU224模块、CPU226模块、CUP226XM模块。 主要技术指标见表4-1 CPU226模块I/O总点数为40点（24/ 16 点），可带7个扩展模块； 用户程序存储器容量为6.6K字； 内置高速计数器，具有PID控制的功能； 有2个高速脉冲输出端和2个RS-485通讯口； 具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由口协议的通讯能力。,4.1.2 CPU模块,（3）S7-200 CPU的工作方式CPU的前面板即存储卡插槽的上部，有3盏指示灯显示当前工作方式。指示灯为绿色时，表示运行状态；指示灯为红色时，表示停止状态；标有“SF”的灯亮
4、表示系统故障，PLC停止工作。 CPU处于停止工作方式时，不执行程序。进行程序的上传和下载时，都应将CPU置于停止工作方式。停止方式可以通过PLC上的旋钮设定，也可以在编程软件中设定。 CPU处于运行工作方式时，PLC按照自己的工作方式运行用户程序。运行方式可以通过PLC上的开关设定，也可以在编程软件中设定。,4.1.2 CPU模块,（4）S7-200 CPU的接线 1） CPU22X的输入端子的接线 “1M”和“2M”是输入端的公共端子，与24VDC电源相连，电源有两种连接方法对应PLC的NPN型和PNP型接法。当电源的负极与公共端子相连时，为PNP型接法，如图4-3所示；,图4-3 CPU
5、226 输入端子的接线图（PNP）,4.1.2 CPU模块,（4）S7-200 CPU的接线1） CPU22X的输入端子的接线而当电源的正极与公共端子相连时，为NPN型接法，如图4-4所示。“M”和“L+”端子可以向传感器提供24V DC的电压，注意这对端子不是电源输入端子。,图4-4 CPU226 输入端子的接线图（NPN）,【例2-1】有一台CPU224，输入端有一只三线PNP接近开关和一只二线PNP接近开关，应如何接线？,【解】对于CPU224，公共端接电源的负载，而对于三线PNP接近开关，只要将其正负极分别与电源的正，负极相连，将信号线与PLC的“I0.0”相连即可，而对于二线PNP接
6、近开关，只要将电源的正极与其正极相连，将信号线与PLC的“I0.1”的相连即可，如图4-5所示。,图4-5 例1输入端子的接线,4.1.2 CPU模块,（4）S7-200 CPU的接线 2） CPU22X的输出端子的接线 S7-200系列PLC中，每种CPU有晶体管和继电器两种输出形式，其输出电路内部结构如图4.6所示，在电源电压和输出特性方面也有较大区别，所以应用领域各有所长。具体区别见表4-2。晶体管型输出所需电源为直流，具有最大20kHz的高速脉冲输出功能，可直接驱动步进电机或对伺服电机控制器发送控制脉冲进行准确定位，但其驱动能力不足。继电器型输出电源为范围较宽的交流，单口驱动能力达到2
7、A，但不能输出高速脉冲，而且输出有10ms的延迟，所以多用于直接驱动。“,CPU 226 AC/DC继电器模块输入、输出单元的接线图,【例2-2】有一台CPU 226，控制一只24V DC的电磁阀和一只220V AC电磁阀，输出端应如何接线？,【解】因为两个电磁阀的线圈电压不同，而且有直流和交流两种电压，所以如果不经过转换，只能用继电器输出的CPU，而且两个电磁阀分别接在两个组中。其接线如图4-7所示。,图4-7 例2-2 输出端子的接线图,【例2-3】有一台CPU 226，控制两台步进电动机和一台三相异步电动机的启停，三相电动机的启停由一只接触器控制，接触器的线圈电压为220VAC，输出端应
8、如何接线（步进电动机部分的接线可以省略）?,【解】因为要控制两台步进电动机，所以要选用晶体管输出的CPU，而且必须用Q0.0和Q0.1作为输出高速脉冲点控制步进电动机，但接触器的线圈电压为220V AC，所以电路 要经过转换，增加中间继电器KA，其接线如图4-8所示。,图4-8 例2-3 输出端子的接线图,4.1.3 数字量输入/输出模块,S7-200主机的输入、输出点数不能满足控制的需要时，可以选配各种数字量模块来扩展，数字量模块有数字量输入模块、数字量输出模块和数字量输入输出模块,数字量输入模块：直流输入模块； 交流输入模块。每一个输入点可接收一个来自用户设备的离散信号（ON/OFF）。,
9、数字量输入模块：,分为：直流输入模块、交流输入模块 每一个输入点可接收一个来自用户设备的离散信号（ON/OFF）。输入设备：按钮、限位开关、选择开关、 继电器触点等。,数字量输出模块：,分为直流输出模块、交流输出模块、交直流输出模块三种（晶体管、晶闸管、继电器输出方式）。 数字量输出模块的每一个输出点能控制一个用户的离散型（ON/OFF）负载。典型的负载包括：继电器线圈，接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等。 每一个输出点与一个且仅与一个输出电路相连，输出电路把CPU运算处理的结果转换成能够驱动现场执行机构的各种大功率的开关信号。PLC的输出端子是PLC向外部负载发出控制命令的窗口。,4.1.3
10、数字量输入/输出模块,（1）数字量I/O扩展模块的规格,4.1.3 数字量输入/输出模块,（2）数字量I/O扩展模块的接线,外部接线图：EM221 824VDC EM221 824V AC,数字量输出模块：,直流输出（晶体管）原理图 EM222 824VDC外接线图,只能接直流小负载，动作频率高,数字量输出模块：,交流输出（晶闸管）原理图：,只能接交流小负载，动作频率高,EM222 8120V/230V AC外接线图,数字量输出模块：,交、直流输出（继电器）原理图,可接交、直流大负载，动作频率低,EM222 8继电器 外接线图,数字量输入/输出组合模块：,组合模块或输入输出模块 ：在一块模块上
11、既有数字量输入点又有数字量输出点 。特点：使系统配置更加灵活例如：若有CPU 226：主机I/O 24/16； 欲扩展至27/19； 缺 3/3； 配 I/O 4/4。,4.1.4 模拟量输入/输出模块,工业控制中，除了用数字量信号来控制外，有时还要用模拟量信号来进行控制。模拟量模块有模拟量输入模块、模拟量输出模块、模拟量输入输出模块。,模拟量I/O模块 ：模拟量输入模块（A/D）； 模拟量输出模块（D/A）； 模拟量输入输出模块。,4.1.5 温度测量扩展模块,温度测量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
12、用时只需简单设置就可以直接得到摄氏（或华氏）温度数值。,温度测量扩展模块：EM231 TC ：热电偶输入模块，4输入通道。EM231 RTD ：热电阻输入模块，2输入通道。,4.1.6 特殊功能模块,S7-200 还提供了一些特殊模块，用以完成特定的任务。例如：定位控制模块EM235，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。,4.1.7 通信模块,S7-200系统提供了以下几种通信模块，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。CP
13、243-1：工业以太网通信模块。CP243-1 IT：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。,4.2 S7-200 PLC的系统配置,4.2.1 S7-200 PLC的基本配置4.2.2 S7-200 PLC的扩展配置4.2.3 PLC内部电源的负载能力4.2.4 S7-200 PLC系统配置举例,4.2.1 S7-200 PLC的基本配置,S7-200 PLC任一型号的主机，都可单独构成基本配置，作为一个独立的控制系统，S7-200 CPU22X系列产品的基本配置见表
14、6-1(P106)。S7-200 PLC各型号主机的I/O配置是固定的，它们具有固定的I/O地址。,S7-200 CPU 系列产品的I/O配置及地址分配表,4.2.2 S7-200 PLC的扩展配置,（1）允许主机所带扩展模块的数量各类主机可带扩展模块的数量是不同的。（2）数字量I/O映像区的大小S7-200 PLC 各类主机提供的数字量I/O映像区区域为128个输入映像寄存器（I0.0I15.7）和128个输出映像寄存器（Q0.0Q15.7），最大I/O配置不能超过此区域。数字量I/O映象区的逻辑空间是以8位（1个字节）为递增的。编址时，对数字量模块物理点的分配也是按8点来分配地址的。即使有
15、些模块的端子数不是8的整数倍，但仍以8点来分配地址。例如4入/4出模块占用8个输入点和8个输出点的地址。,4.2.2 S7-200 PLC的扩展配置,（2）数字量I/O映像区的大小那些未用的物理点地址不能分配给I/O链中的后续模块。那些与未用物理点相对应的I/O映象区的空间就会丢失。对于输出模块，这些丢失的空间可用来作内部标志位存储器（内部线圈）；对于输入模块却不可，因为每次输入更新时，CPU都对这些空间清零。,4.2.2 S7-200 PLC的扩展配置,（3）模拟量I/O映像区的大小主机提供的模拟量I/O映像区区域为：CPU222模块，16个输入通道/16个输出通道；CPU224模块、CPU
16、224XP模块、CPU226模块，32入/32出，模拟量的最大I/O配置不能超出此区域。模拟量输入扩展模块是以2个字节递增的方式来分配空间。模拟量输出扩展模块总是以4个字节或6个字节（由具体模块来定）递增的方式来分配空间。原则是模拟量输出扩展模块的第一个通道的地址必须被4整除。,4.2.3 PLC内部电源的负载能力,（1）PLC内部5VDC电源的负载能力CPU模块和扩展模块正常工作时，需要DC+5V工作电源。S7-200 PLC内部电源单元提供的DC+5V电源为CPU模块和扩展模块提供了工作电源。（2）PLC内部DC+5V电源的负载能力：S7-200主机的内部电源单元除了提供DC+5V电源外，
17、还提供DC+24V电源。DC+24V电源也称为传感器电源，它可以作为CPU模块和扩展模块用于检测直流信号输入点状态的DC24V电源。 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。,4.2.4 S7-200 PLC系统配置举例,【例2-4】某PLC控制系统，经估算需要数字量输入20点，数字量输出10点，模拟量输入通道5个，模拟量输出通道3个。请选择S7-200PLC 的机型及其扩展模块，要求按空间分布位置对主机及各模块的输入/输出点进行编址。并对主机内部5VDC电源的负载能力进行校验。【解】根据题目要求，可以选CPU226模块作为主机进行系统的I/O配置，如表4-9所示。,CPU224提供DC 5V电源的最大电流为660mA，4个扩展模块的电流消耗：EM221 DI8DC24V 30 mAEM231 AI412位 20 mAEM235 AI4/AQ112位 30 mAEM232 AQ212位 20mA共计30+20+20+30=100 mA660mA，因此配置是可行的。,
