2第2章S7200 PLC硬件系统及编程资源Word下载.docx
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S7-200还支持高速脉冲输出功能，其输出点Q0.0和Q0.1可形成高速脉冲串（PTO）或脉宽调制（PWM）控制信号。
（3）对数字量输入加滤波器
S7-200允许用户为某些或者全部本机数字量输入点选择输入滤波器，并可以对滤波器定义0.2ms～12.8ms的延迟时间，系统默认的延迟时间为6.4ms。
该延迟时间能滤除输入杂波，从而减小输入状态发生意外改变的可能。
输入滤波器是系统块的一部分，它需要通过编程软件下载并储存在S7-200CPU中。
（4）对模拟量输入加滤波器
S7-200允许用户对每一路模拟量输入选择软件滤波器，滤波值是多个模拟量输入采样值的平均值。
滤波器具有快速相应的特点，可以反映信号的快速变换，系统默认为对所有模拟量输入进行滤波配置。
（5）设置停止模式下的数字量/模拟量输出状态
S7-200输出表可以用来设置数字量/模拟量的输出状态，用于指明在从运行模式进入停止模式后，是将已知值传送至数字量/模拟量输出点，还是使输出保持停止模式之前的状态。
输出表是系统块的一部分，它需要通过编程软件下载并储存在S7-200CPU中。
（6）捕捉窄脉冲
S7-200为每个本机数字量输入提供脉冲捕捉功能，该功能允许PLC捕捉到持续时间很短的高电平脉冲或者低电平脉冲。
当一个输入设置了脉冲捕捉功能，输入端的状态变换就被锁存一直保持到下一个扫描循环刷新，这样就能确保一个持续时间很短的脉冲被捕捉到，并一直保持到S7-200读取该输入点。
（7）设置掉电保护存储区
S7-200允许用户定义最多6个掉电保护区的地址范围，变量存储器V、位存储器M、计数器C和定时器T。
在缺省情况下，M存储器的前14个字节是非保持的。
对于定时器，只有保持型定时器TONR可以设为掉电保护。
而且定时器和计数器只有当前值可以保持，定时器位和计数器位是不能保持的。
（8）快速响应中断服务程序
S7-200允许用户在程序扫描周期中使用中断，与中断事件相关的中断服务程序作为程序的一部分被保存。
在正常的程序扫描周期中，有中断请求就立即执行中断事件。
在中断优先级相同的情况下，S7-200遵循“先来先服务”的原则来执行中断服务程序。
（9）实现PID运算操作
S7-200PLC设置了PID回路指令，通过程序设置PID回路表参数，可以十分方便地通过执行PID回路指令，对模拟量构成闭环控制系统。
（10）提供模拟电位器
S7-200提供有模拟电位器，位于模块前盖下面，可以用小螺丝刀进行调节。
调节电位器能增加/减小存于特殊存储器中的值，这些只读值在程序中可有很多功能，如更新定时器或计数器的当前值，输入或修改预置值、限定值等。
（11）提供四层口令保护
S7-200所有型号都提供口令保护功能，用以限制对特殊功能的访问。
对CPU功能及存储器的访问权限是通过设置口令来实现的。
S7-200CPU提供了限制CPU访问功能的四个等级，若要进行四个等级的访问，需输入正确的口令。
2.1.2S7-200CPU模块结构和技术指标
S7-200有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226五种不同结构配制的CPU单元，供用户根据不同需要选用。
1．CPU模块结构
S7-200的CPU模块是一个功能强大的整体式PLC，它集成了一个微处理器、一个集成电源、输入/输出（I/O）若干端点（口）及RAM、EEPROM等，被封装在一个紧凑的外壳内。
CPU模块负责执行程序，输入点用于从现场设备中采集信号，输出点则负责输出控制信号，用于驱动外部负载。
CPU22x系列PLC主机（CPU模块）的外形示意图，如图2-3所示。
图2-3S7-200系列PLC主机模块外形功能示意图
其中，前翻盖下面有模式选择开关、模拟电位器以及扩展端口。
S7-200PLC有RUN和STOP两种工作模式，可由模式选择开关选择。
当模式选择开关处于STOP位置时，不执行程序但可以对其编写程序；
当开关处于RUN位置时，PLC处于运行状态，此时不能对其编写程序；
当开关处于TERM监控状态时，可以运行程序也可以进行读/写操作。
扩展端口用于连接扩展模块，实现I/O扩展。
端子下翻盖下面为输入端子和传感器电源端子，输入端子的运行状态可以由端子盖上方的一排指示灯显示，正常工作时对应指示灯被点亮。
端子上翻盖下面为输出端子和PLC供电电源端子，输出端子的运行状态可以由端子盖下方的一排指示灯显示，正常工作时对应指示灯被点亮。
运行状态指示灯用于显示CPU所处的工作状态。
当CPU处于STOP状态（停机方式）或重新启动时，黄灯常量；
当CPU处于RUN状态（运行方式）时，绿灯常亮；
当CPU处于SF状态（硬件故障或软件错误）时，红灯常亮。
可选卡插槽可以插入存储卡、时钟卡、电池卡等，存储器卡用来在没有供电的情况下（不需要电池）保存用户程序。
通讯接口可以连接RS-485通信电缆，可以通过专用PPI通信电缆连接上位机（RS-232）或编程设备或文本显示器或其它的CPU，实现PLC与上位机或者其他PLC之间的通讯。
CPU22x系列PLC主机（CPU模块）实物外形如图2-4所示。
CPU221CPU222CNCPU224CN
CPU224XPCNCPU226CN
CPU224XPCN实物端口功能注释
图2-4S7-200CN系列CPU实物图片
2．S7-200技术指标
CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226五种不同结构配制的CPU单元。
（1）S7-200CPU电源技术规范
CPU221~CPU226分别设定了DC24V和AC120~220V两种电源供电模式。
例如，CPU222DC/DC/DC，其中第1个参数DC表示CPU工作供电为直流电源（20.4~28.8V），第2个DC表示输入信号控制电压为直流电源，第3个参数DC表示输出控制电压（负载的工作电源）为直流电源.。
CPU直流供电如图2-5（a）所示。
（a）（b）
图2-5CPU供电电源
例如，例如，CPU222AC/DC/继电器，其中第1个参数AC表示CPU工作供电为交流电源（AC85～265V），第2个DC表示输入信号控制电压为直流电源，第3个参数表示继电器输出，其触头控制负载的电压可以为交、直流电源（电流<
2A，电压85～265V）。
CPU交流供电如图2-5（b）所示。
（2）S7-200CPU单元技术指标
S7-200CPU单元技术指标见表2-1。
表2-1S7-200PLC技术指标
特性
CPU221
CPU222
CPU224
CPU224XP
CPU226
用户程
序长度
运行模式
4096字节
8192字节
12288字节
16384字节
不在运行
24576字节
数据存储区
2048字节
10240字节
掉电保护时间
50小时
100小时
本机I/O
数字量
6入/4出
8入/6出
14入/10出
24入/16出
模拟量
无
2入/1出
扩展模块数量
0个模块
2个模块
7个模块
高速
计数器
单相
4路30KHz
6路30KHz
4路30kHz
2路200kHz
两相
2路20KHz
4路20KHz
3路20kHz
1路100kHz
脉冲输出（DC）
2路100kHz
模拟电位器
1
2
实时时钟
配时钟卡
内置
通讯口
1RS-485
2RS-485
I/O映象区
256（128入/128出）
布尔指令执行速度
0.22μs/指令
1）CPU221PLC集成了6输入/4输出数字量I/O点（即CPU只能读取6个外部开关量信号、输出4个开关量信号控制负载），6KB程序和数据存储空间；
4个独立的30kHz高速计数器、2路独立的20kHz高速脉冲输出；
1个RS485通信编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯功能。
CPU221PLC无I/O扩展功能，适合于I/O点数较少的小型控制系统。
2）CPU222CNPLC集成了8输入/6输出数字量I/O点，6KB程序和数据存储空间；
具有实现PID运算控制功能，构成闭环控制系统；
CPU222CNPLC可以连接2个扩展模块。
CPU222CNPLC是具有可扩展、应用广泛的全功能控制器。
3）CPU224CNPLC集成了14输入/10输出数字量I/O点；
16KB程序和数据存储空间间；
6个独立的30kHz高速计数器、2路独立的20kHz高速脉冲输出；
具有实现PID运算控制功能，构成闭环控制系统；
CPU224CNPLC具有较强的控制功能
CPU224CNPLC可以连接7个扩展模块，最大扩展为168路数字量I/O点或35路模拟量I/O端口，CPU224CNPLC是具有较强控制能力的控制器。
4）CPU224XPCNPLC集成了14输入/10输出数字量I/O点、2输入/1输出模拟量I/O端口；
22KB程序和数据存储空间间；
6个独立的100kHz高速计数器、2路独立的100kHz高速脉冲输出；
2个RS485通信编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯功能；
内置模拟量I/O、自整定PID、线性斜坡脉冲指令等功能。
CPU224XPCNPLC可以连接7个扩展模块，最大扩展为168路数字量I/O点或38路模拟量I/O端口。
CPU224XPCNPLC是具有强大控制能力的新型CPU。
5）CPU226CNPLC集成了24输入/16输出数字量I/O点、2输入/1输出模拟量I/O端口；
26KB程序和数据存储空间；
2个RS485通信编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯功能。
CPU226CNPLC可以连接7个扩展模块，最大扩展为248路数字量I/O点或35路模拟
量I/O端口，CPU226CNPLC具有更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊，完全能够适应一些较复杂的中、小型控制系统。
3．存储系统及功能
（1）硬件组成
S7-200PLC的存储系统由随机存储器（RAM）和可以可编程的只读存储器（EEPROM）构成，CPU模块内部配备一定容量的RAM和EEPROM，其存储容量以字节（B）为单位，如图2-6所示。
同时，CPU模块支持可选的EEPROM存储器卡。
还增设了超级电容和电池模块，用于长时间保存RAM中的数据。
用户数据可通过主机的超级电容存储若干天；
电池模块可选，使用锂电池模块可使数据的存储时间延长到1～3年。
例如，CPU224CNPLC程序存储器在运行模式下为8192B，数据存储器为8192B。
上传
图2-6S7-200PLC存储系统示意图
（2）程序存储空间
存储空间可分为系统程序存储器和用户程序存储器。
系统程序由PLC产品设计者设计并由生产厂商固化在EEPROM中，对用户不透明，它反映了PLC技术水平，它能够智能化地管理和完成PLC规定的各种基本操作，用户不能修改；
用户程序（在需要时含数据块、CPU组态设置）是根据PLC用户要求实现的特定功能而设计的程序。
（3）程序下载和上传
用户程序、数据块（可选）及CPU组态（可选）需要通过上位机编程下载到CPU存储器RAM区，CPU会自动地将其拷贝到EEPROM中，在存储器RAM和EEPROM中互为映像空间，以利于长期保存，以利于提高系统的可靠性。
当需要上传程序时，从CPU的RAM中将用户程序及CPU配置上传到上位机。
（4）开机恢复及掉电保持
CPU上电后，将自动从EEPROM中将用户程序、数据及CPU配置恢复到RAM中，当CPU模块掉电时，如果在编程软件中设置为保持，通用辅助存储器M的前14个字节（MB0~MB13）数据自动保存在EEPROM中。
2.1.3数字量输入输出（I/O）扩展模块
在S7-200CPU输入或输出点不能满足系统需要时，可以通过数字量I/O扩展模块扩展输入输出点。
扩展模块外部连接如图2-7所示。
除CPU221外，其它CPU模块均可配接一个或多个扩展模块，连接时CPU模块放在最左侧，扩展模块用扁平电缆与左侧的模块依次相连，形成扩展I/0链，如图2-8所示。
通信电缆
图2-7扩展模块连接实物示意图
CPU扩展模块
图2-8扩展模块实物
注意，控制模块依次连接的顺序可以不受位置限制，但各扩展I/O模块端口地址是按其I/O扩展链中的顺序由CPU进行统一编址的。
S7-200PLC提供了3种类型的数字量扩展模块，分别是数字量输入模块EM221、数字量输出模块EM222、数字量输入/输出模块EM223，其技术数据见表2-2。
这些扩展模块有直流输入模块和交流输入模块；
有直流输出模块、交流输出模块和继电器输出模块；
有8点、16点和32点的数字量输入/输出模块，方便用户灵活选择，以完善CPU的功能，满足不同的控制需要。
表2-2S7-200数字量扩展模块技术数据
型号
类型
EM221输入模块
8点输入、DC24V
8点输入、AC120/230V
16输入、DC24V
EM222输出模块
4点输出、DC24V
4点继电器输出
8点输出、AC120/230V
8点输出、DC24V
8点继电器输出
EM223输入/输出模块
4点输入、DC24V
8点输入、DC24V
16点输入、DC24V
16点输出、DC24V
32点输入、DC24V
32点输出、DC24V
16点继电器输出
32点继电器输出
S7-200数字量扩展模块的每一个I/O点与S7-200CPU的I/O点统一按字节序编址，便于用户编程。
2.1.4模拟量输入输出扩展模块
在工业控制过程中，常需要对一些模拟量（连续变化的物理量）实现输入或输出控制，如温度、压力、流量等都是模拟输入量，某些执行机构（如电动调节阀、晶闸管调速装置和变频器等）也要求PLC输出模拟信号。
由于CPU直接处理的只能是数字信号，在模拟信号输入时，必须将模拟信号转换为CPU能够接受的数字信号，即进行模/数（A/D）转换；
在模拟信号输出时，必须将CPU输出的数字信号转换为模拟信号，即进行数/模（D/A）转换。
在PLC的CPU不能满足模拟信号输入输出通道数量要求时，可以使用模拟量扩展模块来实现A/D转换（模拟量输入）和D/A转换（模拟量输出）。
在S7-200CPU系列中，仅CPU224XP自带2输入/1输出模拟量端口。
S7-200配备了3种模拟量扩展模块，系列号分别为EM231、EW232、EW235，其技术数据见表2-3。
表2-3模拟量输入输出扩展模块
模块
EM231
EM232
EM235
点数
4路模拟量输入
2路模拟量输出
4路输入、1路输出
S7-200的模拟量扩展模块中A/D、D/A转换器的数字量位数均为12位。
1.模拟量输入模块
模拟量输入模块EM231可以实现4路模拟量输入，输入信号为差分输入，可以实现电压单极性、电压双极性基电流三种输入模式（量程）；
其输出信号为12位数字量，由CPU读入。
（1）模拟量输入模块。
EM231模拟量输入模块有5档量程供用户选择：
直流单极输入0～10V、0～5V、电流输入0～20mA、直流双极输入±
10V、±
5V，用户可以通过模块下部的DIP开关设置不同的输入量程，如图2-9所示。
量程为0～10V时的分辨率为2.5mV。
图2-9EM231配置DIP开关
图2-9中的DIP开关1、2、3的不同组合可以选择模拟量的输入量程，设置选择见表2-4（ON表示开，OFF表示关）。
表2-4EM231模拟量输入量程DIP开关设置表
单极性
满量程输入
分辨率
SW1
SW2
SW3
ON
OFF
0到10V
2.5mV
0到5V
1.25mV
双极性
±
5V
2.5V
（2）数字量数据格式
模拟量转换为数字量的数据格式如图2-10所示。
图2-10模拟量转换为数字量格式
模拟量输入模块的有效数据位为12位，在单极性格式中，最低三个位均为0，即A/D转换有效数据位每变化一个最小位，数字量则以8为单位变化，相当于12位数据×
8=212×
8=32768，因此，取全量程范围的数字量输出对应为0～32000；
在双极性格式中，最低四个位均为0，即A/D转换有效数据位每变化一个最小位，数字量则以16为单位变化，相当于12位数据×
16，由于含一位双极性符号位，全量程范围的数字量输出相当于-32000～32000。
EM231模拟量输入模块电压输入时输入阻抗≥10MΩ；
电流输入时输入电阻为250Ω；
A/D转换时间为<
150μs；
模拟量阶跃输入响应时间为1.5ms。
2.模拟量输出模块
EM232模拟量输出模块可以实现2路模拟量输出，输入信号为CPU写入的12位数字量，其输出模拟信号范围为：
10V或0～20mA。
EM232数字量数据格式如图2-11所示。
图2-11EM232数字量格式
当输出信号为±
10V时，全量程范围的数字量输入相当于-32000～+32000；
当输出信号为0～20mA时，全量程范围的数字量输入相当于0～+32000。
EM232模拟量输出模块转换精度为±
0.5%；
电压输出时响应时间为100μs、其负载电阻≥5kΩ；
电流输出时响应时间为2ms、其负载电阻≤500Ω。
3.模拟量输入/输出模块
EM235模拟量输出模块可以实现4路模拟量输入/1路模拟量输出，输入模拟量量程档位多，方便用户选择，适合在一般单闭环控制系统中使用。
EM235可以通过模块下部的DIP开关设置不同的输入量程和分辨率，如图2-12所示。
图2-12EM235配置DIP开关
图2-12中的DIP开关1～6的不同组合可以选择模拟量的输入范围和分辨率，设置选择见表2-5（ON表示开，OFF表示关）。
EM235数字量数据格式与EM231同。
表2-5选择模拟量量程和精度的EM235配置DIP开关表
SW4
SW5
SW6
0到50mV
12.5μV
0到100mV
25μV
OF
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