s7200PLC的系统配置与接口模块课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/12/19,#,第4章S7-200 PLC的系统配置与接口模块,4.1S7-200 PLC控制系统的基本构成4.2S7-200 PLC的输入/输出接口模块4.3S7-200 PLC的系统配置,第4章S7-200 PLC的系统配置与接口模块4.1S7,1,4.1S7-200 PLC控制系统的基本构成,一个最基本的,S7-200 PLC,控制系统由,基本单元（,S7-200 CPU,模块）,、,个人计算机或编程器,、,STEP7-Micro/WIN,编程软件,及,通信电缆,组成。,在需要进行,系统扩展时,，系统组成中还可包含,数字量,/,模拟量扩展模块,、,智能模块,、,通信网络设备,、,人机界面,及相应的,工业控制软件,（,MCGS,）等，如图所示。,4.1S7-200 PLC控制系统的基本构成,2,1.基本单元,4.1S7-200 PLC控制系统的基本构成,基本单元（,S7-200 CPU,模块,）也称为主机。由中央处理单元（,CPU,）、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。,目前，,S7-200 PLC,主要有,CPU221,（,整体式,PLC,，,I/O,点数不能扩展,）、,CPU222,、,CPU224,、,CPU224XP,、,CPU226,（,叠装式,PLC,，可以连接扩展,I/O,模块与功能模块,）这五种规格。虽然外形略有差别，但基本结构相同或类似。,（,1,）,S7-200 CPU,的外形,其处理器、存储器、电源、输入输出接口、通信接口等都安装于基本单元上。,1.基本单元4.1S7-200 PLC控制系统的基本构成,3,（,1,）,S7-200 CPU,的外形,4.1S7-200 PLC控制系统的基本构成,状态指示灯,：指示,CPU,的工作方式（,RUN,、,STOP,）、系统错误状态,(SF/DIAG,故障,/,诊断,),、主机,I/O,的当前状态。,存储器卡接口,：可以插入存储器卡。,通信口,：连接,RS-485,总线的通信电缆，是,PLC,主机实现人,-,机对话、机,-,机对话的通道。通过它，,PLC,可以和编程器、彩色图形显示器、打印机等外部设备相连，也可以和其他,PLC,或上位机相连。,（1）S7-200 CPU的外形4.1S7-200 PLC,4,（,1,）,S7-200 CPU,的外形,4.1S7-200 PLC控制系统的基本构成,顶部端子盖下面是,输出端子和,PLC,供电电源端子,。输出端子的运行状态可由指示灯显示，,ON,状态对应的指示灯亮,。,底部端子盖下面是,输入端子和传感器电源端子,。输入端子的运行状态可由指示灯显示，,ON,状态对应的指示灯亮,。,前盖下面有,运行、停止开关和扩展模块接口,。将开关拨向,STOP,位置时，,PLC,处于停止状态，此时可以对其编写程序；将开关拨向,RUN,位置时，,PLC,处于运行状态，此时不能对其编写程序；将开关拨向,TERM,位置时，可以运行程序，同时还可以监控程序运行的状态。,扩展模块接口用于实现,I/O,扩展,。,（1）S7-200 CPU的外形4.1S7-200 PLC,5,（,2,）,S7-200 CPU22*,的性能参数,4.1S7-200 PLC控制系统的基本构成,五种规格中，性能依次提高，特别是用户程序存储器容量、数字量,/,模拟量,I/O,点数、高速计数功能等方面有明显区别。,其中，,CPU221,是,整体式固定,I/O,型结构，,I/O,点数固定为,6,入,/4,出，,处理器、存储器、电源、基本输入输出接口、通信接口等都安装于模块上，,I/O,点数不能改，并且没有,I/O,扩展模块接口。,其余的,CPU222,、,CPU224,、,CPU224XP,、,CPU226,均为,叠装式,PLC,（基本单元,+,扩展模块的结构）,。,PLC,的处理器、存储器、电源、基本输入输出接口、通信接口等都安装于基本单元上，基本单元有集成的,I/O,点，,可以通过扩展接口连接,I/O,扩展模块和其他一些功能模块,。,（2）S7-200 CPU22* 的性能参数4.1S7-2,6,S7-200 CPU22*,的主要技术指标：,指标,CPU221,CPU222,CPU224,CPU224XP,CPU226,程序存储器/B,在线程序编辑时,非在线程序编辑时,4096,4096,8192,12288,12288,16384,16384,24576,数据存储器/B,2048,8192,10240,掉电保持,（超级电容）/h,50,100,本机数字量I/O,6入/4出,8入/6出,14入/10出,24入/16出,本机模拟量I/O,2入/1出,扩展模块数量,2,7,数字量I/O映像区,128入/128出,模拟量I/O映像区,16入/16出,32入/32出,脉冲捕捉输入/个,6,8,14,24,高速计数器/个,4,6,4.1S7-200 PLC控制系统的基本构成,S7-200 CPU22*的主要技术指标：指标CPU22,7,S7-200 CPU22*的主要技术指标,：（续）,高速脉冲输出/个,2（20kHz,DC）,2（100kHz,DC）,2（20kHz,DC）,布尔指令执行速度,022s/指令,定时器/计数器,256/256,定时中断/个,2,1ms分辨率,模拟量调节电位器/个,1（8位分辨率）,2（8位分辨率）,实时时钟,有（外插带电池时钟卡）,内置,RS485通信口/个,1,2,供电能力,/mA,DC5V,0,340,660,1000,DC24V,180,280,400,4.1S7-200 PLC控制系统的基本构成,数字量,I/O,映像区就是输入,/,输出映像寄存器。,128,入,/128,出表示输入,/,输出映像寄存器各有,128,位，地址是,I,（,0.0-15.7,）和,Q,（,0.0-15.7,）。每一个输入,/,输出模块的端子与输入,/,输出映像寄存器的相应位对应。这些位不一定全被使用，若不使用，就将这些地址空着，不挪作他用。,S7-200 CPU22*的主要技术指标：（续）高速脉冲输出,8,（,3,）,S7-200 CPU,外部端子接线图,4.1S7-200 PLC控制系统的基本构成,图中为,S7-200,CPU226 AC/DC/,继电器模块的外部端子接线图,。,AC,表示,PLC,采用交流电源供电；,DC,表示输入模块为直流输入模块；继电器表示输出采用继电器方式输出,。,24,个数字量输入点被分为,2,组。每个外部输入开关信号均由各输入端子接入，经一个直流电源接至公共端,1M,、,2M,。由于是直流输入模块，采用直流电源作为检测各输入点状态的电源。,M,、,L+,两个端子提供,DC 24V/400mA,传感器电源，可以作为传感器电源，也可以作为输入端的检测电源,。,（3）S7-200 CPU外部端子接线图4.1S7-200,9,（,3,）,S7-200 CPU,外部端子接线图,4.1S7-200 PLC控制系统的基本构成,16,个数字量输出点被分为,3,组,。每个负载的一端与输出端相连，另一端经电源与公共端相连。,由于是继电器输出方式，所以既可带直流负载，也可带交流负载，由负载性质决定,。,输出端子排的右端,N,、,L1,端子是供电电源,AC120V/240V,输入端,。电源电压的允许范围是,AC 85,264V,。,S7-200,CPU226 AC/DC/,继电器模块的外部端子接线图,（3）S7-200 CPU外部端子接线图4.1S7-200,10,2.编程设备,编程设备的功能是编制程序、修改程序、测试程序，并将测试合格的程序下载到,PLC,系统中。,为了降低编程设备的成本，目前,广泛采用个人计算机作为编程设备，但需配置西门子提供的专用编程软件,。,S7-200 PLC,的编程软件是,STEP7-Micro/WIN,，该软件系统在,Windows,平台上运行；支持语句表、梯形图、功能块图这三种编程语言,；具有指令向导功能和密码保护功能；内置,USS,协议库、,Modbus,从站协议指令、,PID,整定控制界面和数据归档等；使用,PPI,协议通信电缆或,CP,通信卡，实现,PC,与,PLC,之间进行通信、上传和下载程序；支持,TD400,、,TD400C,等文本显示界面。,4.1S7-200 PLC控制系统的基本构成,2.编程设备 编程设备的功能是编制程序、修改程序,11,3.通信电缆,西门子,PLC,的通信电缆主要有三种：,PC/PPI,通信电缆、,RS-232C/PPI,多主站通信电缆和,USB/PPI,多主站通信电缆。,这些通信电缆将,S7-200 PLC,与计算机连接后，用,STEP7-Micro/WIN,编程软件设置即可实现计算机与,S7-200 PLC,间的通信和数据传输。,4.1S7-200 PLC控制系统的基本构成,3.通信电缆 西门子PLC的通信电缆主要有三种：,12,4.人机界面,人机界面（,HMI,）主要指专用操作员界面，如操作员面板、触摸屏、文本显示器，这些设备可以使用户通过友好的操作界面完成各种调试和控制任务。,(1)文本显示器,应用于,S7-200 PLC,的文本显示器有,TD200C,、,TD400C,等。通过它们，,可以查看、监控和改变应用程序中的过程变量,。,(2)触摸屏,西门子,S7-200 PLC,系统有多种触摸屏，如,TP070,、,TP170A,、,TP170B,、,TP177micro,、,K-TP178micro,等。,K-TP178micro,是为中国用户量身定做的触摸屏。,通过点对点连接,(PPI,或者,MPI,协议,),完成和,S7-200,控制器的连接，,可以显示图形、变量和操作按钮，为用户提供一个友好的人机界面。除了,TP070,之外，这些触摸屏用西门子人机界面组态软件,WinCC flexible,组态。,4.1S7-200 PLC控制系统的基本构成,4.人机界面 人机界面（HMI）主要指专用操作员界面，如,13,5. WinCC,flexible,和,WinCC V7,组态软件,WinCC flexible,为,SIMATIC HMI,操作员提供工程软件，从而达到控制和监视设备的目的；同时为基于,Windows 2000/XP,的单个用户提供运行版可视化软件。,在这种情况下，可将项目传输到不同的,HMI,平台，并在其上运行而无需转变。基于,Windows-CE,（另一种操作系统）的设备，,WinCC flexible,软件完全兼容,ProTool,（西门子人机界面过去的组态软件）制作的项目，即可通过,WinCC flexible,使用先前的工程。,4.1S7-200 PLC控制系统的基本构成,5. WinCC flexible和WinCC V7组态软件,14,5. WinCC,flexible,和,WinCC V7,组态软件,西门子视窗控制中心,WinCC,是,HMI/SCADA,软件中的后起之秀，,1996,年进入世界工控软件组态市场，以最短的时间发展成第三个在世界范围内成功的,SCADA,系统。,WinCC V7.0,采用标准的,Microsoft SQI Server 2000,数据库进行生产数据的归档，同时具有,Web,浏览器功能，可使监控人员在办公室看到生产流程的动态画面，从而更好地调度指挥生产,，是工业企业中,NES,和,ERP,系统首选的生产实时数据平台软件。,WinCC,可与,SIMATIC S5,、,S7 PLC,实现方便连接和高效通信；也可与,STEP7,软件紧密结合；并可对,SIMATIC PLC,进行系统诊断。,4.1S7-200 PLC控制系统的基本构成,5. WinCC flexible和WinCC V7组态软件,15,4.2S7-200 PLC的输入/输出接口模块,4.2.1数字量模块4.2.2模拟量模块4.2.3S7-200 PLC的智能模块,当,S7-200 PLC,主机的,I/O,点数不能满足控制要求时，可以选配各种输入,/,输出接口模块来扩展。通常，,I/O,扩展包括,I/O,点数扩展和功能扩展两类。,S7-200 PLC,可扩展的接口模块有：,4.2S7-200 PLC的输入/输出接口模块4.2.1,16,4.2.1数字量模块,1.数字量输入模块,2.数字量输出模块,3.数字量输入输出模块,模块名称,模块描述,DC+5V,电流消耗,数字量输入模块,EM221 DI824VDC,30mA,EM221 DI8120/230VAC,30mA,EM221 DI1624VDC,70mA,数字量输出模块,EM222 DO424VDC,40mA,EM222 DO4,继电器,30mA,EM222 DO824VDC,50mA,EM222 DO8120/230VAC,110mA,EM222 DO8,继电器,40mA,数字量输入输出模块,EM223 DI4/DO424VDC,40mA,EM223 DI4/DO424VDC/,继电器,40mA,EM223 DI8/DO824VDC,80mA,EM223 DI8/DO824VDC/,继电器,80mA,EM223 DI16/DO1624VDC,160mA,EM223 DI16/DO1624VDC/,继电器,150mA,EM223 DI32/DO3224VDC,240mA,EM223 DI32/DO3224VDC/,继电器,205mA,表,4-2,S7-200 PLC,数字量扩展模块一览表,4.2.1数字量模块1.数字量输入模块2.数字量输出模块,17,1.数字量输入模块,直流输入模块,交流输入模块,4.2.1数字量模块,数字量输入模块的每一个输入点可接收来自用户设备的开关信号,，典型的输入设备有按钮、行程开关、选择开关、继电器触点、接触器辅助触点等。,每一个输入点与且仅与一个输入电路相连，通过输入接口电路把现场开关信号变成,CPU,所能接收的标准电信号。,1.数字量输入模块直流输入模块4.2.1数字量模块,18,1.数字量输入模块,直流输入模块,交流输入模块,4.2.1数字量模块,(1)直流输入模块,端子接线图,图中所示为,EM221 DI8DC24V,模块的端子接线图。,图中，,8,个数字量输入点分为,2,组，,1M,、,2M,分别是两组输入点内部电路的公共端，每组需用户提供一个,DC24V,电源。,1.数字量输入模块直流输入模块4.2.1数字量模块(1)直,19,1.数字量输入模块,直流输入模块,交流输入模块,4.2.1数字量模块,(1)直流输入模块,图中所示为直流输入模块的输入电路,，只画出了,2,路输入电路，其他各路输入电路的原理图与之相同。,电路组成及各部分的作用,：,R1,是限流电阻,，限制输入电流大小，,还与,C,构成低通滤波器限制输入信号中的高频干扰,。,R2,为滤波电容的泄放电阻,。,光耦合器是为了防止现场强电信号干扰进入,PLC,，实现现场与,PLC,电气上的隔离。,使外部信号通过光耦合变成内部电路能接收的标准电信号，保持系统的可靠性。,双向发光二极管,VL,用作状态指示,。,输入电路,1.数字量输入模块直流输入模块4.2.1数字量模块(1)直,20,1.数字量输入模块,直流输入模块,交流输入模块,4.2.1数字量模块,(1)直流输入模块,直流输入电路的工作原理：,当现场开关闭合后,，经,R1,、双向光耦合器的发光二极管、,VL,构成通路，输入指示灯,VL,亮，表明该路输入的开关量状态为,1,，输入信号经光耦合器隔离后，经内部电路与,CPU,相连，将外部输入开关的状态“,1”,输入,PLC,内部。,当现场开关断开后,，,R1,、双向光耦合器的发光二极管、,VL,不构成通路，输入指示灯,VL,不亮，表明该路输入的开关量状态为,0,，输入信号经光耦合器隔离后，经内部电路与,CPU,相连，将外部输入开关的状态“,0”,输入,PLC,内部。,输入电路,1.数字量输入模块直流输入模块4.2.1数字量模块(1)直,21,1.数字量输入模块,直流输入模块,交流输入模块,4.2.1数字量模块,(,2),交流输入模块,端子接线图,图中所示为,EM221 DI8AC120V/230V,模块的端子接线图。,图中，有,8,个分隔式数字量输入点，每个输入点都占用两个接线端子，各使用一个独立的交流电源（由用户提供），这些交流电源可以不同相。,1.数字量输入模块直流输入模块4.2.1数字量模块(2)交,22,4.2.1数字量模块,(,2),交流输入模块,图中所示为交流输入模块的输入电路,，只画出了,1,路输入电路，其他各路输入电路的原理图与之相同。,电路组成及各部分的作用,：,R1,是取样电阻,，同时具有吸收浪涌的作用。,C,具有隔离直流，接通交流的作用,。,R2,和,R3,对交流电压起到分压作用。,光耦合器是为了防止现场强电信号干扰进入,PLC,，实现现场与,PLC,电气上的隔离。,使外部信号通过光耦合变成内部电路能接收的标准电信号，保持系统的可靠性。,双向发光二极管,VL,用作状态指示,。,输入电路,4.2.1数字量模块(2)交流输入模块 图中所示为交流,23,4.2.1数字量模块,(,2),交流输入模块,交流输入电路的工作原理：,当现场开关闭合后,，交流电源经,C,、,R2,、双向光耦合器的发光二极管，通过光耦合使光敏晶体管接收光信号，并将该信号送至,PLC,内部电路，供,CPU,处理，同时状态指示灯,VL,亮，表明该路输入的开关量状态为,1,。,反之，,当现场开关断开后，该路输入的开关量状态为,0,。,输入电路,4.2.1数字量模块(2)交流输入模块 交流输,24,2.,数字量输出模块,4.2.1数字量模块,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。,每一个输出点与且仅与一个输出电路相连，通过输出电路把,CPU,运算处理的结果转换成驱动现场执行机构的各种大功率开关信号。,2.数字量输出模块4.2.1数字量模块 数字量输出,25,2.数字量输出模块,(1)直流输出模块(晶体管输出方式),特点：响应速度快,(2)交流输出模块(双向晶闸管输出方式),特点：启动电流大,(3)交直流输出模块(继电器输出方式),特点：输出电流大，可带交、直流负载，适应性强，但响应速度慢,4.2.1数字量模块,2.数字量输出模块(1)直流输出模块(晶体管输出方式),26,2.,数字量输出模块,4.2.1数字量模块,(1)直流输出模块(晶体管输出方式),端子接线图,图中所示为,EM222 DO8DC24V,模块的端子接线图。,图中，,8,个数字量输出点分为,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,电源。,2.数字量输出模块4.2.1数字量模块(1)直流输出模块(,27,4.2.1数字量模块,图中所示为直流输出模块的输出电路,，只画出了,1,路输出电路，其他各路输出电路的原理图与之相同。,电路组成及各部分的作用,：,光耦合器实现光电隔离。,场效应管是功率驱动的开关器件。,稳压管用于防止输出端过电压以保护场效应管。,发光二极管,VL,用作输出状态指示。,(1)直流输出模块(晶体管输出方式),输出电路,4.2.1数字量模块 图中所示为直流输出模块的输出电,28,4.2.1数字量模块,直流输出电路的工作原理,：,当,PLC,进入输出刷新阶段时，通过数据总线把,CPU,的运算结果，由输出映像寄存器集中传送给输出锁存器，当对应的输出映像寄存器状态为“,1”,时，输出锁存器的输出使光耦合器的发光二极管发光，光敏晶体管受光导通后，使场效应管饱和导通，相应的直流负载在外部直流电源的激励下特点工作。,反之，当对应的输出映像寄存器为状态“,0”,时，外部负载断电，停止工作。,特点：响应速度快。,(1)直流输出模块(晶体管输出方式),输出电路,4.2.1数字量模块 直流输出电路的工作原理：,29,4.2.1数字量模块,(,2),交流输出模块(双向晶闸管输出方式),端子接线图,图中所示为,EM222 DO8AC120V/230V,模块的端子接线图。,图中，有,8,个分隔式数字量输出点，每个输出点都占用两个接线端子，各使用一个独立的交流电源（由用户提供），这些交流电源可以不同相。,2.,数字量输出模块,4.2.1数字量模块(2)交流输出模块(双向晶闸管输出方式,30,4.2.1数字量模块,(,2),交流输出模块(双向晶闸管输出方式),图中所示为交流输出模块的输出电路,，只画出了,1,路输出电路，其他各路输出电路的原理图与之相同。,电路组成及各部分的作用,：,双向晶闸管,VTH,，可以看做是两个普通晶闸管的反并联（驱动信号是单极性的），只要门极是高电平，,VTH,就双向导通，从而接通交流电源向负载供电。,R2,和,C,组成高频滤波电路,。,压敏电阻,RV,起过电压保护,的作用，消除尖峰电压。,电阻,R3,将光耦合器输出的电流信号转换为电压信号，用来驱动,VTH,的门极。,光耦合器,是为了防止现场强电信号干扰进入,PLC,，实现现场与,PLC,电气上的隔离。,发光二极管,VL,用作状态指示。,交流输出电路,4.2.1数字量模块(2)交流输出模块(双向晶闸管输出方式,31,4.2.1数字量模块,(,2),交流输出模块(双向晶闸管输出方式),交流输出电路的工作原理：,当输出映像寄存器状态为“,1”,时,，输出锁存器的输出使光耦合器的发光二极管发光，光敏晶体管受光导通后，,VTH,门极为高电平，在外接电压的正半轴，,VTH,中的正向导通；在外接电压的负半轴，,VTH,中的反向导通，则负载侧被接通。,当输出映像寄存器状态为“,0”,时,，则光耦合器的发光二极管不发光，双向晶闸管,VTH,门极没有信号，,VTH,不导通，则负载侧不接通。,特点：启动电流大。,交流输出电路,4.2.1数字量模块(2)交流输出模块(双向晶闸管输出方式,32,4.2.1数字量模块,(,3),交直流输出模块(继电器输出方式),端子接线图,图中所示为,EM222 DO8,继电器 模块的端子接线图。,图中，,8,个数字量输出点分为,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外部电源（直流或交流）。,2.,数字量输出模块,4.2.1数字量模块(3)交直流输出模块(继电器输出方式),33,4.2.1数字量模块,(,3),交直流输出模块(继电器输出方式),图中所示为继电器输出模块的输出电路,，只画出了,1,路输出电路，其他各路输出电路的原理图与之相同。,电路组成及各部分的作用,：,继电器,是功率放大的开关器件，同时又是电气隔离器件。触点用于控制负载通断。,为消除继电器火花，并联有阻容熄弧电路。,电阻,R1,和发光二极管,VL,组成输出状态指示电路。,继电器输出电路,4.2.1数字量模块(3)交直流输出模块(继电器输出方式),34,4.2.1数字量模块,(,3),交直流输出模块(继电器输出方式),继电器输出电路的工作原理：,当输出映像寄存器状态为“,1”,时,，输出接口电路使继电器线圈得电，继电器触点闭合使负载回路接通，同时状态指示发光二极管,VL,亮。,当输出映像寄存器状态为“,0”,时,，继电器线圈失电，继电器触点断开，使负载回路不接通。,根据负载的性质来选择负载回路的电源。,特点：输出电流大（可达,2-4A,），可带交流和直流负载，适应性强。但响应速度慢，从继电器线圈得电到触点接通的响应时间约为,10ms,。,继电器输出电路,4.2.1数字量模块(3)交直流输出模块(继电器输出方式),35,3.数字量输入输出模块,S7-200 PLC,配有数字量输入输出模块,(EM223,模块,)(,见表,4-2),。,在一个模块上既有数字量输入点又有数字量输出点，这种模块称为组合模块或输入输出模块。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。,在同一个模块上，输入、输出电路类型的组合是多种多样的，用户可根据控制需求选用。有了数字量输入输出模块可使系统配置更加灵活。,4.2.1数字量模块,3.数字量输入输出模块 S7-200 PLC配,36,4.2.2模拟量模块（输入输出信号是模拟信号的模块）,1.PLC对模拟量的处理2.模拟量输入模块3.模拟量输出模块4.模拟量输入输出模块,模块类型及名称,分辨率,电流消耗(DC5V)/mA,模拟量输入模块,EM231 AI4,12位,20,EM231 AI8,模拟量输出模块,EM232 AQ2,12位（电压输出）,11位（电流输出）,20,EM232 AQ4,模拟量输入输出模块,EM235 AI4/AQ1,输入同EM231模块,输出同EM232模块,30,表,4-3,S7-200 PLC,模拟量扩展模块,4.2.2模拟量模块（输入输出信号是模拟信号的模块）1.P,37,1.PLC对模拟量的处理,4.2.2模拟量模块,工业控制中，某些输入是模拟量，某些执行机构要求,PLC,输出模拟量信号，而,PLC,的,CPU,只能处理数字量,。所以，,输入,PLC,内部的模拟量首先被传感器和变送器转换成标准量程的电流或电压信号（如,4-20mA,的直流电流信号，,0-5V,或,-5V+5V,的直流电压信号），经滤波、放大后，,PLC,用,A/D,转换器将其转换为数字信号，,经光耦合器进入,PLC,内部电路，在输入采样阶段进入模拟量输入映像寄存器，执行用户程序后，,PLC,输出的数字量信号存放在模拟量输出映像寄存器，在输出刷新阶段由内部电路送至光耦合器的输入端，再进入,D/A,转换器，转换后的直流模拟量信号经运算放大器放大后驱动输出。,模拟量,I/O,模块的主要任务就是实现,A/D,转换和,D/A,转换。,1.PLC对模拟量的处理4.2.2模拟量模块,38,1.PLC对模拟量的处理,4.2.2模拟量模块,工业控制中，某些输入是模拟量，某些执行机构要求,PLC,输出模拟量信号，而,PLC,的,CPU,只能处理数字量。所以，输入,PLC,内部的模拟量首先被传感器和变送器转换成标准量程的电流或电压信号（如,4-20mA,的直流电流信号，,0-5V,或,-5V+5V,的直流电压信号），经滤波、放大后，,PLC,用,A/D,转换器将其转换为数字信号，经光耦合器进入,PLC,内部电路，,1.PLC对模拟量的处理4.2.2模拟量模块,39,2.模拟量输入模块,(1)模拟量输入模块的输入特性,4.2.2模拟量模块,EM231 AI4,有,4,个模拟量输入端口，每个通道占用存储器,AI,区域,2,个字节，输入值为只读数据。,电压输入范围：单极性,0-10V,、,0-5V,，双极性,-5V+5V,、,-2.5+2.5V,。,电流输入范围：,0-20mA,。,模拟量到数字量的最大转换时间为,250,s,。,模块需要,DC24V,供电，可由,CPU,的传感器电源供电，也可由用户提供外部电压。,2.模拟量输入模块(1)模拟量输入模块的输入特性4.2.2,40,2.模拟量输入模块,(1)模拟量输入模块的输入特性,4.2.2模拟量模块,分辨率：以,A/D,转换后的二进制数字量的位数表示。,EM231,模块的分辨率是,12,位。,MSB,和,LSB,分别是最高有效位和最低有效位。,单极性数据格式中,：,最高位是,0,，表示是正值数据,；最低位是连续的,3,个,0,，相当于,A/D,转换值被乘以,8,；中间,12,位数据的最大值是,2,15,-8=32760,。,全量程输入范围对应的数字量为,0-32000,，差值,32760-32000=760,则用于偏置,/,增益，由系统完成。,双极性数据格式中，最高有效位是符号位，,0,表示正值，,1,表示负值；,最低位是连续的,4,个,0,，相当于,A/D,转换值被乘以,16,。,全量程输入范围对应的数字量为,-32000+32000,。,2.模拟量输入模块(1)模拟量输入模块的输入特性4.2.2,41,2.模拟量输入模块,(,2),模拟量输入模块的端子接线图,4.2.2模拟量模块,模块上部共有,12,个端子，每,3,个点为一组可作为一路模拟量的输入通道，共,4,组。,电压信号只用,2,个端子，电流信号需用,3,个端子，其中,RC,与,C+,端子短接，未用的输入通道应短接。,模块下部,M,、,L+,端接入,DC24V,电源，右端分别是校准电位器和配置开关,DIP,。,2.模拟量输入模块(2)模拟量输入模块的端子接线图4.2.2,42,2.模拟量输入模块,(,2),模拟量输入模块的输入数据值转换为实际的物理量,4.2.2模拟量模块,转换时应考虑现场信号变送器的输入,/,输出量程（,4-20mA,）与模拟量输入输出模块的量程（如,0-20mA,），找出被测物理量与,A/D,转换后的二进制数值之间的关系。,2.模拟量输入模块(2)模拟量输入模块的输入数据值转换为实际,43,2.模拟量输入模块,(,2),模拟量输入模块的输入数据值转换为实际的物理量,4.2.2模拟量模块,例,4-1,量程为,0-10NTU,的浊度仪的输出信号为,4-20mA,的电流，模拟量输入模块将,0-20mA,的电流信号转换为,0-32000,的数字量，设转换后的二进制数为,x,，求以,NTU,为单位的浊度值,y,。,解：由于浊度仪的输出信号是电流，模拟量输入模块应采用,0-20mA,量程，因此,A/D,转换后的二进制数据是一个单极性数据（数字量输出范围为,0-32000,）。,4-20mA,的模拟量对应于数字量,6400-32000,，即,0-10NTU,对应于数字量,6400-32000,。当转换后的二进制数为,x,时，对应的浊度为：,2.模拟量输入模块(2)模拟量输入模块的输入数据值转换为实际,44,3.,模拟量输出模块,(1)模拟量输出模块的输出特性,4.2.2模拟量模块,EM232 AQ2,有,2,个模拟量输出端口，每个通道占用存储器,AQ,区域,2,个字节。,输出信号的范围：电压输出为,-10V+10V,，电流输出为,0-20mA,。,电压输出的设置时间是,100,s,，电流输出的设置时间是,2ms,。,最大驱动能力：电压输出时负载电阻最小是,5000,欧，电流输出时负载电阻最大是,500,欧。,模块需要,DC24V,供电，可由,CPU,的传感器电源供电，也可由用户提供外部电压。,3.模拟量输出模块(1)模拟量输出模块的输出特性4.2.2,45,3.,模拟量输出模块,(1)模拟量输出模块的输出特性,4.2.2模拟量模块,分辨率：以,D/A,转换前待转换的二进制数字量的位数表示电压输出和电流输出的分辨率分别是,12,位和,11,位。,MSB,和,LSB,分别是最高有效位和最低有效位。,电流输出的数据,：其,2B,的存储单元的低,4,位均为,0,；,最高位是,0,，表示是正值数据；全量程输入范围对应的数字量为,0-32000,。,电压输出的数据,：其,2B,的存储单元的低,4,位均为,0,；,最高有效位是符号位，,0,表示正值，,1,表示负值；全量程输入范围对应的数字量为,-32000+32000,。,在,D/A,转换前，低位的,4,个,0,被截断，不会影响输出信号值。,3.模拟量输出模块(1)模拟量输出模块的输出特性4.2.2,46,3.,模拟量输出模块,(,2),模拟量输出模块的端子接线图,4.2.2模拟量模块,模块上部共有,7,个端子，左端起的每,3,个点为一组可作为一路模拟量的输出通道，共,2,组。,第一组，,V0,接电压负载，,I0,接电流负载，,M0,为公共端。,模块下部,M,、,L+,端接入,DC24V,电源。,3.模拟量输出模块(2)模拟量输出模块的端子接线图4.2.2,47,4.模拟量输入输出模块,4.2.2模拟量模块,端子接线图,EM235 AI4/AQ1,有,4,个模拟量输入端口和,1,个模拟量输出端口。,模拟量输入功能同,EM231,模拟量输入模块，技术参数基本相同，只是电压输入范围有所不同。,模拟量输出功能同,EM232,模拟量输出模块，技术参数基本相同。,模块需要,DC24V,供电，可由,CPU,的传感器电源供电，也可由用户提供外部电压。,4.模拟量输入输出模块4.2.2模拟量模块端子接线图,48,4.2.3S7-200 PLC的智能模块,1.EM231测温模块,2.,通信模块,S7-200 PLC,提供,PROFIBUS-DP,模块、,AS-i,接口模块和工业以太网卡供用户选择，以适应不同的通信方式，详见,8.1,节,.,为了满足更加复杂的控制功能的需要，,S7-200 PLC,还配有多种智能模块。,4.2.3S7-200 PLC的智能模块1.EM231测温,49,4.2.3S7-200 PLC的智能模块,1.EM231测温模块,S7-200 PLC,的测温模块包括,热电偶模块（,EM231 AI4,热电偶,）和热电阻模块（,EM231 AI2,RTD,）,两种，,可以直接连接热电偶（,TC,）和热电阻,(RTD),来测量温度,。用户程序可以访问相应的模拟量通道，读取温度值。,EM231,热电偶、热电阻模块具有冷端补偿电路，如果环境温度迅速变化，会产生额外的误差。所以热电偶和热电阻模块应安装在稳定的温度、湿度环境中，才能达到最大的准确度。,EM 231,热电偶模块有,4,个输入通道，可以连接,7,种热电偶类型，但所有连接到模块上的热电偶必须是相同类型,。输入的电压范围是,-80+80mV,，模块输出,15,位加符号位的二进制数。,4.2.3S7-200 PLC的智能模块1.EM231测温,50,4.2.3S7-200 PLC的智能模块,1.EM231测温模块,组态,DIP,开关位于模块的底部，可以选择热电偶的类型、断线检测、温度范围和冷端补偿。为了使,DIP,开关设置起作用，用户需要给,PLC,断电后再通电。,EM231热电偶/热电阻模块的DIP开关,EM231,热电阻输入模块有,2,个模拟量输入端口，可与多种热电阻连接，通过设置相应的,DIP,开关来选择热电阻类型。,DIP,开关的设置和使用与热电偶输入模块相同。改变,DIP,开关后需将,PLC,断电后再通电。,4.2.3S7-200 PLC的智能模块1.EM231测温,51,4.3S7-200 PLC的系统配置,4.3.1主机加扩展模块的最大I/O配置4.3.2I/O点数的扩展与编址4.3.3内部电源的负载能力4.3.4PLC外部接线与电源要求,S7-200 PLC,任一型号的基本单元（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 PLC,各型号主机的,I/O,点数是固定的，它们的,I/O,地址也是固定的。,可以采用主机带扩展模块的方法来扩展,S7-200 PLC,的系统配置。,采用数字量模块或模拟量模块可扩展系统的,控制规模,，采用智能模块可扩展系统的,控制功能,。,4.3S7-200 PLC的系统配置4.3.1主机加扩展,52,4.3.1主机加扩展模块的最大I/O配置,S7-200 PLC,主机带扩展模块进行扩展配置时会受到相关因素（主机的技术指标）的限制。,每种主机的最大,I/O,配置必须服从以下限制：,1.允许主机所带扩展模块的数量,CPU221,模块（整体型,PLC,）不允许带扩展模块；,CPU222,模块最多可带,2,个扩展模块；,CPU224,模块、,CPU224XP,模块、,CPU226,模块最多可带,7,个扩展模块，且,7,个扩展模块中最多只能带,2,个智能扩展模块。,4.3.1主机加扩展模块的最大I/O配置 S7-20,53,4.3.1主机加扩展模块的最大I/O配置,2.数字量输入/输出映像寄存器区的大小,S7-200 PLC,各类主机提供的数字量,I/O,映像区为：,128,个输入映像寄存器（,I0.0,I15.7,）,128,个输出映像寄存器（,Q0.0,Q15.7,）,数字量的最大配置不能超过此区域。,3.模拟量输入/输出映像寄存器区的大小,S7-200 PLC,各类主机提供的模拟量,I/O,映像区为：,CPU222,模块为,16,入,/16,出,CPU224,模块、,CPU224XP,模块、,CPU226,模块为,32,入,/32,出,模拟量的最大配置不能超过此区域。,4.3.1主机加扩展模块的最大I/O配置2.数字量输入/输,54,4.3.2I/O点数的扩展与编址,编址,：对,I/O,模块上的,I/O,点进行编码，以便程序执行时可以唯一地识别每个,I/O,点。,方法是,：同种类型输入点或输出点的模块进行顺序编制，其他类型模块的有无及所处的位置都不影响本类型模块的编号。,具体有以下几个原则,：,1)S7-200 CPU有一定数量的本机I/O，本机I/O有固定的地址。,可以用扩展,I/O,模块来增加,I/O,点数，扩展模块安装在主机的右边，其,I/O,点的地址由模块类型和同类,I/O,模块链中的位置决定，按照由左到右的顺序对地址编码依次排序。,4.3.2I/O点数的扩展与编址 编址：对I,55,4.3.2I/O点数的扩展与编址,2),数字量I/O点的编址是以字节长(8位)为单位，采用存储器区域标识符(I或Q)、字节号、位号的组成形式，在字节号和位号之间以点分隔。,如,I0.3,、,Q1.2,等。,3)数字量扩展模块是以一个字节(8位)递增的方式来分配地址的，若本模块实际位数不满8位，未用位不能分配给I/O链的后续模块。,例如：,CPU 224,有,10,个输出点，但它要占用逻辑输出区,16,个点的地址。而一个,4DI/4DO,模块占用逻辑空间,8,个输入点和,8,个输出点。,4.3.2I/O点数的扩展与编址 2)数字,56,4.3.2I/O点数的扩展与编址,4),模拟量I/O点的编址是以字长(16位)为单位，在读/写模拟量信息时，模拟量I/O以字为单位读/写。模拟量输入只能进行读操作，模拟量输出只能进行写操作。,每个模拟量,I/O,点地址由存储器区域标识符（,AI,或,AO,）、数据长度标志位（,W,）、字节地址（偶数）组成。模拟量端口的地址从,0,开始，以,2,递增，不允许奇数编址。,5),模拟量扩展模块是以2个端口(4字节)递增的方式来分配地址的，就是每个模拟量扩展模块至少占用两个端口的地址。,例如：,EM235,模块有,4,个模拟量输入和,1,个模拟量输出，但它占用了,4,个输入端口的地址和,2,个输出端口的地址。,4.3.2I/O点数的扩展与编址 4)模拟量,57,4.3.2I/O点数的扩展与编址,举例：基本单元采用,CPU224,，扩展单元由,1,个,EM221,模块、,1,个,EM223,模块、,2,个,EM235,模块构成，模块的链接形式和各模块的编址情况如图所示。,4.3.2I/O点数的扩展与编址 举例：基本,58,各模块的链接形式：,主机,模块1,模块2,模块3,模块4,CPU224,8IN,4IN/4OUT,4AI/1AQ,4AI/1AQ,I0,.0,Q0,.0,I0,.1,Q0,.1,I0,.2,Q0,.2,I0,.3,Q0,.3,I0,.4,Q,0.4,I0,.5,Q0,.5,I0,.6,Q0,.6,I0,.7,Q0,.7,I1,.0,Q1,.0,I1,.1,Q1,.1,I1,.2,I1,.3,I1,.4,I1,.5,I2,.0,I2,.1,I2,.2,I2,.3,I2,.4,I2,.5,I2,.6,I2,.7,I3,.0,Q2,.0,I3,.1,Q2,.1,I3,.2,Q2,.2,I3,.3,Q2,.3,AIW0AQW0,AIW2,AIW4,AIW6,AIW8AQW4,AIW10,AIW12,AIW14,4.3.2I/O点数的扩展与编址,各模块的编址情况,各模块的链接形式：主机模块1模块2模块3模块4CPU2248,59,4.3.3内部电源的负载能力,1.PLC内部DC5V电源的负载能力,2.PLC内部DC24V电源的负载能力,4.3.3内部电源的负载能力1.PLC内部DC5V电源的负,60,4.3.3内部电源的负载能力,1.PLC内部DC5V电源的负载能力,基本单元和扩展模块正常工作时，需要,DC 5V,电源。,S7-200 PLC,基本单元（,CPU,模块）内部提供,DC5V,电源，扩展模块需要的,DC 5V,电源是由,CPU,模块通过总线连接器提供的。,CPU,模块能提供的,DC 5V,电源的电流值是有限的。因此，,在配置扩展模块时，为确保电源不超载，应使各扩展模块消耗,DC 5V,电源的电流总和不超过,CPU,模块所提供的电流值,。否则，要对系统重新进行配置。,4.3.3内部电源的负载能力1.PLC内部DC5V电源的负,61,4.3.3内部电源的负载能力,1.PLC内部DC5V电源的负载能力,S7-200 PLC,各类主机（,CPU,模块）为扩展模块能提供的,DC 5V,电源的最大电流见表,4-1,，各扩展模块对,DC 5V,电源的电流消耗，见表,4-2,和表,4-3,。,例如，上例中所示主机带扩展模块的形式，,CPU224,提供,DC 5V,电源的电流为,660mA,，,4,个扩展模块,DC 5V,电源的总电流为,30mA+40mA+30mA+30mA=130mA,，小于,660mA,，因此配置是可行的。,4.3.3内部电源的负载能力1.PLC内部DC5V电源的负,62,4.3.3内部电源的负载能力,1.PLC内部DC,24V,电源的负载能力,S7-200 PLC,主机的内部电源模块还提供,DC24V,电源。如图,4-4,。,DC24V,电源也称为传感器电源，它可以作为,CPU,模块和扩展模块的输入端检测电源。如果用户使用传感器的话，也可以作为传感器电源。,一般情况下，,CPU,模块和扩展模块的输入、输出点所用的,DC24V,电源是由用户外部提供的。如果使用,CPU,模块内部的,DC24V,电源，要注意,CPU,模块和各扩展模块消耗的电流总和，不能超过内部,DC24V,电源提供的最大电流。,4.3.3内部电源的负载能力1.PLC内部DC24V电源的,63,4.3.4PLC外部接线与电源要求,1.现场接线的要求2.使用隔离电路时的接地点与电路参考点3.交流电源系统的外部电路4.直流电源系统的外部电路5.对感性负载的处理6.电源的选择,4.3.4PLC外部接线与电源要求1.现场接线的要求2.,64,4.3.4PLC外部接线与电源要求,1.现场接线的要求,S7-200 PLC,采用截面积,0.5-1.5mm,2,的导线，导线要尽量成对使用，应将交流线和电流大的线与弱电信号线分隔开。,2.使用隔离电路时的接地点与电路参考点,使用同一个电源且有同一个参考点的电路时，其参考点只能有一个接地点。将,CPU,自带的,DC24V,电源的,M,端接地，可以提高抑制噪声的能力。,3.交流电源系统的外部电路4.直流电源系统的外部电路,4.3.4PLC外部接线与电源要求1.现场接线的要求,65,4.3.4PLC外部接线与电源要求,5.对感性负载的处理6.电源的选择,CPU,模块自带的,DC24V,传感器电源，可以为本机的输入点或扩展模块的继电器线圈供电，如果要求的负载电流大于该电源的电流，应外加,DC24V,电源为扩展模块供电。,CPU,模块为扩展模块提高,DC5V,电源，如果扩展模块的需求超过其额定值，应减少扩展模块。,S7-200PLC,的,DC24V,传感器电源不能与外部的,DC24V,电源并联，否则可能会使,1,个或,2,个电源失效，因此这两个电源之间只能有一个连接点。,4.3.4PLC外部接线与电源要求5.对感性负载的处理6,66,本章主要介绍西门子,S7-200 PLC,的硬件特点和系统配置。介绍,S7-200 PLC,控制系统的基本构成，各种扩展模块的功能、特点和使用，,PLC,控制系统的配置以及外部电源系统的接线等内容。,重点掌握：,S7-200,各种,CPU,模块的基本技术指标；,数字量扩展模块的接口电路及其特点；,PLC,对模拟量信号的处理方式，模拟量扩展模块的数据格式，并能正确对扩展模块的外部端子接线；,掌握,S7-200 PLC,系统配置的原则；,本章小结,本章主要介绍西门子S7-200 PLC的硬件特点和系统配置。,67,