3 S7-200 的组成和系统配置

1. 3 S7-200的组成和系统配置

2. 3 S7-200的组成和系统配置 • 本章以西门子公司生产的S7-200系列小型可编程序控制器为例，介绍具体型号的PLC，内容包括： • lS系列PLC发展概述 • lS7-200 可编程序控制器的主机结构组成 • l扩展模块简介 • lS7-200 可编程序控制器系统配置

3. 3.1S系列PLC发展概述 • 德国的西门子（SIEMENS）公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商。其第一代可编程序控制器是1975年投放市场的SIMATIC S3系列的控制系统。 • 在1979年，微处理器技术被应用到可编程序控制器中，产生了SIMATIC S5系列，取代了S3系列，之后在20世纪末又推出了S7系列产品。 • 最新的SIMATIC产品为SIMATIC S7、M7和C7等几大系列。

4. 3.2S7-200 PLC系统组成 • SIMATIC S7-200系列属小型可编程序控制器，发展至今，大致经历了两代： • 第一代产品其CPU模块为CPU 21X，主机都可进行扩展，它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU 212，CPU 214，CPU 215和CPU 216，对第一代PLC产品不再作具体介绍。 • 第二代产品其CPU模块为CPU 22X，是在21世纪初投放市场的，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：CPU 221，CPU 222，CPU 224和CPU 226，除CPU 221之外，其他都可加扩展模块。

5. 3.2.1　系统基本构成 • SIMATIC S7-200系统由硬件和工业软件两大部分构成，如图3.1所示。 图3.1S7-200 PLC系统组成 扩展单元 基本 单元 特殊功能模块

6. PLC基本单元 电源变换器 ～110V/220V市电 现场用户输入设备 现场用户输出设备 现场信号 输 入 部 件 输 出 部 件 执行器 微处理器（CPU） 按钮、开关 中间继电器 运算器 控制器 传感器 电磁阀 外部设备 扩展设备 通 讯 及 编 程 接 口 系 统 存 储 器 用 户 存 储 器 I/O 扩 展 接 口 扩展单元 编程设备 通讯模块 计算机 功能模块 打印机等 PLC系统结构示意图

7. 系统基本构成 • 1. 硬件 • （1）基本单元 • （2）扩展单元 • （3）特殊功能模块 • （4）相关设备 • 2. 工业软件 • 工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序、文档及其规则的总和，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几大类构成。 返回本节

8. 3.2.2　主机结构 • 1. 各CPU介绍及I/O系统 • （1）主机外形 • SIMATIC S7-200系统CPU 22X系列PLC主机（CPU模块）的外形如图3.2所示： 图3.2S7-200主机外形

9. 组成 • CPU模块的顶部端子盖内 ：电源及输出端子 • 底部端子盖内 ：输入端子及传感器电源 • 中部右侧前盖内 ：CPU工作方式开关 （RUN/STOP）、模拟调 节电位器和扩展I/O接口 • 左侧 ：状态指示灯LED、存储卡、及通讯口

10. 状态指示灯——显示CPU的工作方式、本机 I/O的状态、系统错误状态。存储卡（EEPOM卡）可以存储CPU程序。 • RS-485的串行通讯端口——PLC主机实现人一机对话、机—机对话的通道。实现PLC与上位计算机的连接，实现PLC与PLC、编程器、彩色图形显示器、打印机等外部设备的连接。 • 扩展接口——PLC主机与输入、输出扩展模块的接口，作扩展系统之用。主机与扩展模块之间由导轨固定，并用扩展电缆连接。

11. （主机与扩展模块）

13. 2. 个人计算机（PC）或编程器 个人计算机（PC）或编程器需装上STEP7-Micro/WIN32编程软件后，才可供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视等。 要求个人计算机CPU为80586或更高的处理器，16M内存（最低要求为：CPU80486，8M内存）。

14. 　手编器 • 工业上用的各厂商的可编程序控制器的使用中，手编器曾是主要编程设备，后来出现了图形输入设备，又出现了计算机编程软件。通过通信设备，使PLC和计算机相连，用编程软件可直接在计算机上编程，由于计算机的显示器屏幕较大，对程序的编制和修更加方便高效。但即使是现在，手编器的使用仍十分广泛，特别是用小型和微型PLC实现的小规模系统。 返回本节

15. 3．STEP7-Micro/WIN32编程软件 STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能是创建、编辑、调试用户程序、组态系统等。 编程软件的使用环境：支持Windows的应用软件。

16. 4．通讯电缆 通讯电缆是PLC用来与个人计算机（PC）实现通讯的。可以用PC/PPI电缆（RS232—RS485），也可用一个通讯处理器（CP）和多点接口（MP1）电缆，或者用一块MPI卡及随MPI卡提供的一根通讯电缆。

17. 5．人机界面 人机界面主要指专用操作员界面，例如操作员面板、触摸屏、文本显示器等，这些设备可以使用户通过友好的操作界面轻松地完成各种调整和控制的任务。

18. 文本显示器 • 1. 构造特点 • 文本显示区：可显示两行信息（每行20个字符）的液晶显示LCD 。 • 按键：共有9个键 。 • 通信：通过TD/CPU电缆（通用RS232接口）可以提供可编程序控制器与TD 200的通信，同时可以提供TD的电源，而不必再另接电源。 • 电源：如果不用TD/CPU通信电缆，可以通过面板右侧的电源接口连接外部电源。

19. 2. 主要功能 • 可以显示从CPU主机读出的信息（如读取指令、数据、当前值及状态）； • 可以调整运行中选定的程序变量； • 可以提供对输入输出点的强制功能； • 可以为实时时钟设置日期和时间； • 支持多种语言形式的菜单和提示并支持中文。 返回本节

20. 3.2.3 S7-200PLC主机性能 • S7-200 CPU22X系列产品：CPU221模块、CPU222模块、CPU224模块、CPU226模块、CUP226XM模块。 • S7-200 22X各主机的主要技术性能指标如下表所示。

23. 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6个高速计数器，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。

24. 16点输出 CPU226AC/DC/继电器模块输入、输出单元的接线图 24点输入

25. 24个数字量输入点 分成二组 ： 1.第一组由输入端子I0.0~I0.7、I1.0~I1.4共13个输入点组成 ，每个外部输入的开关信号均由各输入端子接出，经一个直流电源终至公共端1M；

26. 2.第二组由输入端子I1.5~I1.7、I2.0~I2.7共11个输入点组成，各输入端子的接线与第一组类似，公共端为2M。2.第二组由输入端子I1.5~I1.7、I2.0~I2.7共11个输入点组成，各输入端子的接线与第一组类似，公共端为2M。

27. 由于是直流输入模块，所以采用直流电源作为检测各输入接点状态的电源（用户提供）。M、L+两个端子提供24VDC/400mA传感器电源，可以为传感器提供电源，也可以作为输入端的检测电源使用。由于是直流输入模块，所以采用直流电源作为检测各输入接点状态的电源（用户提供）。M、L+两个端子提供24VDC/400mA传感器电源，可以为传感器提供电源，也可以作为输入端的检测电源使用。

28. 16个数字量输出点 分成三组 ： 1.由输出端子Q0.0~Q0.3共四个输出点与公共端1L组成

29. 2.第二组由输出端子Q0.4~Q0.7、Q1.0共5个输出点与公共端2L组成

30. 3.第三组由输出端子Q1.1~Q1.7共7个输出点与公共端3L组成。每个负载的一端与输出点相连，另一端经电源与公共端相连。3.第三组由输出端子Q1.1~Q1.7共7个输出点与公共端3L组成。每个负载的一端与输出点相连，另一端经电源与公共端相连。

31. 对于继电器输出方式，既可带直流负载，也可带交流负载。负载的激励源由负载性质确定。输出端子排的右端N、L1端子是供电电源120/240VAC输入端。该电源电压允许范围为85~264VAC。对于继电器输出方式，既可带直流负载，也可带交流负载。负载的激励源由负载性质确定。输出端子排的右端N、L1端子是供电电源120/240VAC输入端。该电源电压允许范围为85~264VAC。

32. 3.3 S7-200 PLC的接口模块 S7-200 PLC的接口模块有数字量模块、模拟量模块、智能模块等。（扩展规模、功能）

33. 3.3.1数字量模块 EM221 EM223

34. （一）数字量输入模块EM221 分为直流输入模块和交流输入模块。 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。

35. 1.直流输入模块 EM221 1）外部接线图： 直流输入模块（EM221 8×24VDC）有8个数字量输入端子。接线图中，8个数字量输入点分成2组。1M、2M分别是2组输入点内部电路的公共端，每组需用户提供一个24VDC电源。

36. 2）直流输入电路：

37. 现场开关通/断状态，对应输入映象寄存器的1/0状态，即当现场开关闭合时，对应的输入映象寄存器为“1”状态；当现场开关断开时，对应的输入映象寄存器为“0”状态。当输入端的发光二极管VL点亮，即指示现场开关闭合。，外部直流电源用于检测输入点的状态，其极性可以任意接入。现场开关通/断状态，对应输入映象寄存器的1/0状态，即当现场开关闭合时，对应的输入映象寄存器为“1”状态；当现场开关断开时，对应的输入映象寄存器为“0”状态。当输入端的发光二极管VL点亮，即指示现场开关闭合。，外部直流电源用于检测输入点的状态，其极性可以任意接入。 电阻R2和电容C 的作用？ 双向光电耦合器 的作用？

38. 2．交流输入模块 1）外部接线图： 有8个分隔式数字量输入端子，每个输入点都占用二个接线端子。 它们各自使用1个独立的交流电源（由用户提供）。这些交流电源可以不同相。（交流I/O都是分隔式的）

39. 2）交流输入电路：

40. 交流输入模块的输入电路中，当现场开关闭合后，交流电源经C、R2、双向光电耦合器的发光二极管，使发光二极管发光，经光电耦合，光电三极管接收光信号，并将该信号送至PLC内部电路，供CPU处理。双向发光二极管VL指示输入状态。交流输入模块的输入电路中，当现场开关闭合后，交流电源经C、R2、双向光电耦合器的发光二极管，使发光二极管发光，经光电耦合，光电三极管接收光信号，并将该信号送至PLC内部电路，供CPU处理。双向发光二极管VL指示输入状态。

41. (二) 数字量输出模块 EM222 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。

42. 1. 直流输出模块 1）外部接线图： 直流输出模块（EM222 8×24VDC），有8个数字量输出点，接线图中8个数字量输出点分成2组。1L+、2L+分别是两组输出点内部电路的公共端，每组需用户提供一个DC24V的电流。

43. 2）直流输出电路： • 输出映象寄存器为“1”状态时 ——负载在外部电源 激励下通电工作 • 输出映象寄存器为 “0”状态时 —— 外部负载断电，停止 工作

44. 2．交流输出模块 1）外部接线图： 交流输出模块（EM222 8×120V/230VAC），有8个分隔式数字量输出点，接线图中每个输出点占用二个接线端子，且它们各自都由用户提供一个独立的交流电源，这些交流电源可以不同相。

45. 2）交流输出电路： 交流输出模块是可控硅(晶闸管)输出方式。其特点是输出启动电流大。当PLC有信号输出时，光电二极管导通，通过光电耦合使双向可控硅(晶闸管)导通，交流负载在外部交流电源的激励下得电。发光二极管VL点亮，指示输出有效。

46. 3. 交、直流输出模块（继电器输出方式） 1）外部接线图： 交直流输出模块（EM222 8×继电器）有8个输出点，分成2组，1L、2L是每组输出点的公共端。每组需用户提供一个外部电源（可以是直流或交流电源）。

47. 2）继电器输出电路： 1.接有阻容熄弧电路—— 消除继电器触点的火花 2.继电器的触点两端接有金属氧化膜压敏电阻 ——不使继电器触点在断开时出现两端电压过高的现象，从而保护了该触点 3.电阻R1和发光二极管VL ——输出状态显示电路

48. 继电器输出方式的特点 输出电流大（可达2A～4A），可带交流、直流负载，适应性强，但响应速度慢。

49. (三) 数字量输入输出模块EM223 • 组合模块或输入输出模块 ：在一块模块上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。 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。在同一块模块上，输入、输出电路类型的组合有多种多样，用户可根据控制需求选用。

50. 3.3.2模拟量模块 模拟量模块有： 模拟量输入模块 EM231： 4模拟输入点，2W，12位 模拟量输出模块 EM232： 2模拟输出点，2W，12位 模拟量输入输出模块。EM235： 4模拟输入点，1模拟量输出点，2W，12位