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第4章S7-200PLC的系统配置•教学目的与要求：掌握S7-200系列PLC的系统配置，•教学重点：PLC的硬件接线•教学难点：无•教学方法：讲授、图示和举例•课时数：2教学内容：4.1S7-200PLC系统的基本组成4.2S7-200PLC的接口模块4.3S7-200PLC的系统配置第4章S7-200PLC的系统配置S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，生产的SIMATIC可编程序控制器在欧洲处于领先地位。其第一代可编程序控制器是1975年投放市场的SIMATICS3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SIMATICS5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SIMATICS7、M7和C7等几大系列。4.1S7-200PLC系统的基本组成•S7-200PLC由基本单元（S7-200CPU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基本单元基本单元（S7-200CPU模块）也称为主机。由中央处理单元（CPU）、存储系统、电源以及数字量输入输出单元组成。这些都被紧凑地安装在一个独立的装置中。基本单元可以构成一个独立的控制系统。在CPU模块的顶部端子盖内有电源及输出端子；在底部端子盖内有输入端子及传感器电源；在中部右侧前盖内有CPU工作方式开关、模拟调节电位器和扩展I/O连接接口；在模块的左侧分别有状态LED指示灯、存储卡及通信口。CPU226AC/DC继电器模块输入、输出单元的接线图1L0.00.10.60.50.40.30.20.71.02L3L1.11.2N1.71.41.3L1AC1.51.61M0.00.10.60.50.40.30.20.71.01.11.21.41.32M1.51.62.32.22.12.01.72.42.52.62.7LM+24VDC120/240VACPLC输出PLC输入电源PLC输出电源PLC输入S7-200PLC的CPU模块S7-200PLC的CPU模块S7-200CPU22X系列产品：CPU221模块、CPU222模块、CPU224模块、CPU224XP模块CPU226模块、CUP226XM模块CUP226XP。•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。S7-200PLC的存储系统个人计算机存储器卡用户程序CPU组态V存储器M存储器用户程序CPU组态V存储器M存储器定时器和计数器当前值CPURAMEPROM4.1.2个人计算机（PC）或编程器要求个人计算机（PC）配置：CPU为80586或更高的处理器，16MB内存（最低要求为：CPU80486，8MB内存）；VGA显示器（分辨率1024×768像素）；硬盘空间至少50MB；MicrosoftWindows所支持的鼠标。使用PC/PPI电缆可将计算机与PLC相连接。4.1.3STEP7-Micro/WIN32编程软件STEP7-Micro/WIN32窗口组件4.1.4通信电缆通信电缆是PLC用来与个人计算机（PC）实现通信的：可以用PC/PPI电缆,USB/PPI电缆；使用通信处理器（CP）时，可用多点接口（MPI）电缆；使用MPI卡时，可用MPI卡专用通信电缆。4.1.5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试和控制的任务。•操作员面板（如OP27、OP37）和触摸屏（如TP27、TP37）的基本功能是过程状态和过程控制的可视化。可以用Protool软件组态它们的显示与控制功能。文本显示器（如TD200）的基本功能是文本信息显示和实施操作。4.2S7-200PLC的接口模块•S7-200PLC系列CPU提供一定数量的主机数字量I/O点，当主机点数不够或者处理的信息是模拟量时，就必须使用扩展的接口模块。•S7-200PLC的接口模块有数字量模块、模拟量模块和智能模块等。4.2.1数字量I/O模块（掌握）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。1、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）。输入设备：按钮、限位开关、选择开关、继电器触点等。数字量输入模块：内部电路INCOMR1R2VL光电耦合CSB124VDC-++-直流输入原理图：数字量输入模块：SB1INR1内部电路CR2R3VLCOM光电耦合交流输入原理图：数字量输入模块：•外部接线图：EM2218×24VDCEM2218×24VAC.2.3.6.71M.0.12M.4.5..++ON0N4NNL1NL1.01N1N.12N2N.23N3N.3.45N5N.56N6N.67N7N.72、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。数字量输出模块：⑴直流输出（晶体管）原理图EM2228×24VDC外接线图内部电路负载DC24VCOMOUT.1M1L+.0.1.2.32M2L+.4.5.6.7++只能接直流小负载，动作频率高数字量输出模块：⑵交流输出（晶闸管）原理图：内部电路OUTCOMUCR2R1负载压敏电阻VL(ACSSR)只能接交流小负载，动作频率高数字量输出模块：EM2228×120V/230VAC外接线图NL1OLL1N.0.44-11OL4L1L1L.I2L2L.23L5L5L.56L6L.67L数字量输出模块：⑶交、直流输出（继电器）原理图：4-14KAR1LEDCCOMOUT负载内部电路R2U压敏电阻-+可接交、直流大负载，动作频率低数字量输出模块：M.3.7.2.6L(+)N(-).1L.0.1L+2L.4.5L(+)N(-)EM2228×继电器外接线图3、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CPU226：主机I/O24/16；欲扩展至27/19；缺3/3；配I/O4/4。4.2.2模拟量I/O模块（第3章已详细介绍）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。4.2.3智能模块（了解）为了满足更加复杂的控制功能的需要，PLC还配有多种智能模块，以适应工业控制的多种需求。常见的智能模块有：PID调节模块；高速计数器模块；温度传感器模块等。4.3S7-200PLC的系统配置（掌握）主机都可单独构成基本配置，作为一个独立的控制系统.S7-200CPU22X系列产品的基本配置见表4-1。各型号主机的I/O配置具有固定的I/O地址。S7-200CPU22X系列产品的I/O配置及地址分配见表4-2。项目CPU221CPU222CPU224CPU226本机数字量输入地址分配6输入I0.0~I0.58输入I0.0~I0.714输入I0.0~I0.7I1.0~I1.524输入I0.0~I0.7I1.0~I1.7I2.0~I2.7本机数字量输出地址分配4输出Q0.0~Q0.36输出Q0.0~Q0.510输出Q0.0~Q0.7Q1.0~Q1.116输出Q0.0~Q0.7Q1.0~Q1.7本机模拟量输入/输出无无无无扩展模块数量无2个模块7个模块7个模块4.3.1S7-200PLC的基本配置4.3.2S7-200PLC的扩展配置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。数字量输入、输出（I/O）映像区的大小：128个输入映像寄存器（I0.0～I15.7）和128个输出映像寄存器（Q0.0～Q15.7），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。4.3.2S7-200PLC的扩展配置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。模拟量I/O映像区的大小：CPU222模块，16入/16出；CPU224模块、CPU226模块、CPU226XM模块，32入/32出，模拟量的最大I/O配置不能超出此区域。模拟量扩展模块总是以2个字节递增的方式来分配空间。4.3.3内部电源的负载能力PLC内部DC+5V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。S7-200PLC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。PLC内部DC+24V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，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。校验举例：•CPU226提供5VDC电源的最大电流为1000mA。•各扩展模块对5VDC电源的电流消耗：EM221DI8×DC24V30mAEM223DI4/DO4×DC24V/继电器40mAEM235AI4/AQ1×12位30mA×2=60mA•共计30+40+60=130mA1000mA。例如，某一控制系统选用CPU224，系统所需的输入输出点数各为：数字量输入24点、数字量输出20点、模拟量输入6点、模拟量输出2点。本系统可有多种不同模块的选取组合，下表所示为其中的一种可行的系统输入输出组态状况。14DI/10DO8DI8DO4AI/1DA4DI/4DO4AI/1DA实际配置：28DI/22DO/8AI/2AO若按上表的扩展方式，各模块在I/O链中的位置排列方式也可以有多种，下图所示为其中的一种模块连接形式。主机CPU224模块1EM221DI8XDC24V模块2EM222DO8XDC24V模块3EM235AI4/AQ1X12位模块4EM223DI4/DQ4XDC24V/继电器模块5EM235AI4/AQ1X12位S7-200CPU为每个主机数字量输入提供了脉冲捕捉功能，它可以使主机能够捕捉小于一个扫描周期的短脉冲，并将其保持到主机读到这个信号，但前提是只有通过滤波器后，脉冲捕捉才有效。此外，在一个给定的扫描周期内如果有不只一个脉冲，则只有第一个脉冲可以被捕捉到，几种情况下的脉冲捕捉波形如下图所示。CPU扫描周nCPU扫描周期n+1输入刷新输入刷新输入1输入3输入2允许脉冲捕捉允许脉冲捕捉允许脉冲捕捉CPU扫描周期n该脉冲捕捉不到第四章思考题叠装式PLC系统的配置有什么特点？S7-200的接口模块有多少种类？各有什么用途？简述S7-200PLC系统的基本构成？S7-200CPU22X系列有哪些产品？