－硬件系统的组成

3．4　S7－200PLC硬件系统的组成

德国西门子公司的S7－200PLC适用于各行各业、各种场合的自动控制需求。为了更好地贴近和服务于中国客户，西门子公司已在中国生产S7－200CN系列的PLC，使其价格比国外的产品显著降低。它可与STEP 7－Micro／WIN V4．0SP3及以上版本编程软件配合，使用中文编程，因此使用更方便。并且S7－200PLC具有紧凑的结构、良好的扩展性及强大的指令系统等优点，可以很好地满足中、小规模控制系统的要求。

S7－200PLC的硬件（或主机）采用整体式结构，主机上的I／O点数是固定的，根据需要可以扩展各种功能模块。

S7－200PLC系统由主机单元（S7－200PLC的CPU模块）、扩展单元、计算机、STEP 7－Micro／WIN编程软件及通信电缆等组成。其中扩展单元为选择单元，基本组成如图3－10所示。本节将以CPU22X为重点介绍S7－200PLC的硬件组成。

3．4．1　CPU模块

S7－200PLC有5种CPU模块，每种又分为2种类型：一种是DC 24V供电／晶体管输出的模块；另一种是AC 220V供电／继电器输出的模块，可适应不同需求的控制场合。各CPU模块的技术指标如表3－1所示。

图3－10　S7－200PLC系统基本组成

表3－1　S7－200CN CPU技术规范

续表

1．CPU种类

（1）CPU221 本机具有6输入／4输出，无扩展功能，适合I／O点数少的控制系统使用。

（2）CPU222 本机具有8输入／6输出，最多可以扩展2个模块，因此，它的控制功能更强大。

（3）CPU224 本机具有14输入／10输出，最多可以扩展7个模块。它与前两者相比，程序存储器容量扩大了1倍，数据存储器容量扩大了4倍，有内置时钟，有更强的模拟量和高速计数的处理能力，是使用较多的一种型号。

（4）CPU224XP 其大部分功能和CPU224相同，但它的主机上增加了2输入／1输出模拟量单元和1个RS 485通信口，有PID自整定功能。非常适合在有少量模拟量控制和有通信要求的系统中使用。

（5）CPU226 本机具有24输入／16输出，可扩展数字量248点和模拟量35路，有2个RS 485通信口，可用于较复杂的中、小型控制系统。

2．CPU的主要特点

（1）供电电压 有直流24V和交流220V两种外部电源电压。

（2）输出方式 输出类型有晶体管（DC）和继电器（D／A）两种输出方式。

（3）集成电源 主机集成有24V直流电源，可以直接用于外部开关和传感器的供电。

（4）高速计数 它可以用普通输入端子捕捉比CPU扫描周期更快的脉冲信号，输入脉冲频率可达200kHz（CPU224XP），进行高速计数。

（5）脉冲输出 如CPU224XP有2路高达100kHz的高频脉冲输出，可用于驱动步进电动机和伺服电动机实现准确定位。

（6）集成模拟电位器 电位器有多种用途，一般在调试中使用，如设置定时器或计数器的设定值、模拟连续变化的信号等。有时也用来给程序加密。

（7）实时时钟 可用来对信息加注时间标记，记录机器运行时间或对过程进行时间控制。

使用时可参考S7－200PLC的主要技术规范。

3．4．2　数字量扩展模块

当CPU的I／O点数不够用时，就需要进行系统扩展。根据控制需求，可以选用8点、16点、32点和64点的数字量I／O模块（见表3－2）。其中输入扩展模块EM221共有3种产品，输出扩展模块EM222共有5种产品，I／O扩展模块EM223共有8种产品。

表3－2　数字量扩展模块

除CPU221外，其他的CPU模块均可以配接扩展模块，连接时CPU模块放在最左边，扩展模块用扁平电缆与它左边的模块相连（见图3－11）。

图3－11　I／O扩展模块的连接图

3．4．3　模拟量扩展模块

在许多自动控制系统中，需要对模拟量（如温度、压力、流量和转速等参数）进行闭环控制，而PLC的CPU只能处理数字量。因此，模拟量首先通过传感器或变送器转换为标准量程的电流或电压信号，再将该信号经过A／D转换器转化为数字量，然后PLC按某种控制规律进行运算处理，其结果通过D／A转换器输出为电流或电压，最后用来控制执行机构。

在S7－200的控制系统中，可以很方便地通过选用模拟量I／O模块来实现模拟量输入和模拟量输出。目前S7－200主要有3类5种模拟量扩展模块（见表3－3）。

表3－3　模拟量扩展模块

模拟量输入模块EM231的分辨率为12位，单极性全量程输入范围对应的数字量输出为0～32000；双极性全量程输入范围对应的数字量输出为－32000～＋32000。模拟量转化为数字量的12位读数采取左对齐方式，如图3－12所示。MSB和LSB分别是最高有效位和最低有效位。最高有效位是符号位，0表示正数，1则表示负数。在单极性格式中，低位是3个连续的0，相当于A／D转换器转换值乘以8；在双极性格式

图3－12　模拟量输入数据的格式

中，低位是4个连续的0，相当于A／D转换器转换值乘以16。

模拟量输出模块EM232具有电压和电流两种输出形式，满量程时的分辨率分别为12位和11位，其对应的数字量也分为单极性和双极性两种，如图3－13所示。

模拟量输出数据是左对齐的，最高有效位是符号位，0表示正值。低位是4个连续的0，在将数据字装载到D／A转换器的DAC寄存器之前，低位的4个0被截断，不会影响输出信号的值。

图3－13　模拟量输出数据的格式

4路输入热电偶模块EM231可以和I、K、E、S、R和T型热电偶配套使用，具有冷端温度补偿电路，模块输出为1个字（1位符号位和15位数值），通过模块上DIP开关来选择热电偶的类型。

2路输入热电阻模块EM231有2线、3线和4线三种接线方式，也有冷端温度补偿电路，可以通过模块上DIP开关来选择热电阻的类型、接线方式、测量单位和开路故障方向。

EM235具有4个模拟量输入通道和1个模拟量输出通道，其功能相当于模拟量输入模块EM231和模拟量输出模块EM232的组合，是最常用的模拟量扩展模块。通过DIP开关可选择模拟量的单／双极性、增益和衰减。