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西门子S7-200系列PLC的硬件系统

2014-10-28 09:39| 编辑:电工学习网| 查看: 14585| 评论: 0

   1. S7200系列plc系统基本构成
    SIMATIC S7—200硬件系统的配置方式采用整体式加积木式,即主机中包含一定数量的本机I/O,同时还可以扩展各种功能模块。一个完整的PLC系统如图1所示。 

图1 S7—200硬件系统组成
    CPU模块又称为主机是系统的核心,它包括CPU、存储器、基本输入输出点和电源等。它实际就是一个完整的控制系统,可以单独完成一定的控制任务。
    主机I/O数量不能满足控制系统的要求时,用户可以根据需要扩展各种I/O模块,所能连接的扩展单元的数量和实际所能使用的I/O点数是由多种因素共同决定的。当需要完成某些特殊功能的控制任务时,可扩展特殊功能模块,以完成某种特殊的控制任务。
    利用网络接口,可以充分和方便地利用为SIMATICS7—200系统的硬件和软件资源而开发和使用的一些设备,主要有编程设备、人机操作界面和网络设备等。
    所有以上这些硬件设备,都在一个统一的工业软件平台上编程和运行,为了更好地管理和使用这些设备,S7—200PLC配备了许多功能强大的专用功能指令,方便地实现各种控制目的。
   2. 主机(CPU)模块
    S7—200系统CPU 22*系列PLC主机(CPU模块)的外形如图2所示。 S7—200CPU模块包括一个中央处理单元、存储器、电源以及数字I/O点,这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序,以便对工业自动化控制任务或过程进行控制。输人部分从现场设备中采集信号,输出部分则输出控制信号,控制工业过程中的设备。 

图2 CPU 22*系列PLC的CPU外形
    从CPU模块的功能来看,SIMATICS7—200系列小型可编程序控制器发展至今,经历了两代:第一代产品的CPU模块为CPU 21*,现已停产。第二代产品的CPU模块为CPU 22*,是在21世纪初投放市场的。其速度快,具有极强的通讯能力。它具有四种不同结构配置的CPU单元。
    (1)CPU 221 CPU 221具有6输入/4输出,共计10个点的I/O,无扩展能力,有6 KB程序和数据存储空间。还具有4个独立的30 kHz高速计数器,2路独立的20 kHz高速脉冲输出端,1个RS—485通讯/编程口,具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由通讯方式。非常适合于小点数的控制系统。
    (2)CPU 222 CPU 222除了具有CPU 221的功能外,其不同点在于:它有8输人/6输出,共计14点I/O。可以带两个扩展模块,最多扩展8路模拟量和64个I/O,因此是更广泛的全功能控制器。
    (3)CPU 224 它在CPU 222的基础上使主机的输入输出点数增为24点,有14输入/10输出,可以带7个扩展模块,最大可扩展为168点数字量或者35点模拟量的输入和输出;存储容量也进一步增加,有内置时钟,还增加了一些数学指令和高速计数器的数量,具有较强的控制能力。
    (4)CPU 226 这种模块在CPU 224的基础上功能又进一步增强,有24输入/16输出,主机输入和输出点数增到40点,最大可扩展为248点数字量或35点模拟量;增加了通讯口的数量,通讯能力大大增强;它可用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。
    现在西门子公司新推出了一种增强型的CPU 226XM,它在用户程序存储容量上扩大到8K字,其他指标和CPU 226相同。
    每一款主机模块上都集成了24V直流电源,可以直接用于连接传感器和执行机构。利用EEPROM存储存储程序和配置信息。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,可使数据的存储时间延长到200天。可以用普通输入端子捕捉比CPU扫描周期更快的脉冲信号,利用中断输入,允许以极快的速度对信号的上升沿做出响应。速度为30 kHz的高速计数器可以编程,并具有复位输入端,多个独立的输入端,可同时用作加减计数,可以连接相应数量的相位差为90度的A/B相增量编码器。2路最大可达20kHz的高频脉冲输出,可用以驱动步进电机伺服电机以实现准确定位任务。可以用模块上的电位器来改变它对应的特殊寄存器中的数值,可以即时更改程序运行中的一些参数,如定时/计数器的设定值、过程量的控制参数等。实时时钟可用以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。S7—22*各主机的主要技术性能指标如表所列。 

技术指标

CPU221

CPU222

CPU224

CPU226

外型尺寸/mm

90*80*62

90*80*62

120.5*80*62

190*80*62

存储器

用户程序

2048字

2048字

4096字

4096字

用户数据

1024字

1024字

2560字

2560字

用户存储器类型

EEPROM

EEPROM

EEPROM

EEPROM

数据后备(超级电容)

50小时

50小时

50小时

50小时

输入/输出

本机I/O

6入/4出

8入/6出

14入/10出

24入/16出

可扩展模块数量

2

7

7

数字量I/O映像区

(128入/128出)

(128入/128出)

(128入/128出)

(128入/128出)

模拟量I/O映像区

16入/16出

32入/32出

32入/32出

布尔指令执行速度

0.37 μs/指令

0.37 μs/指令

0.37 μs/指令

0.37 μs/指令

主要内部继电器

I/O映像寄存器

128I和128Q

128I和128Q

128I和128Q

128I和128Q

内部通用继电器

256

256

256

256

计数器/定时器

256/256

256/256

256/256

256/256

字入/字出

16/16

32/32

32/32

顺序控制继电器

256

256

256

256

附加功能

内置高速计数器

4H/2W(20KHz)

4H/2W(20KHz)

6H/4W(20KHz)

6H/4W(20KHz)

模拟量调节电位器

1

1

2

2

高速脉冲输出

2(20 kHz,DC)

2(20 kHz,DC)

2(20 kHz,DC)

2(20 kHz,DC)

通讯中断

1发送/2接受

1发送/2接受

1发送/2接受

1发送/2接受

硬件输入中断

4,输入滤波器

4,输入滤波器

4,输入滤波器

4,输入滤波器

定时中断

2(1-255 ms)

2(1-255 ms)

2(1-255 ms)

2(1-255 ms)

实时时钟

有(时钟卡)

有(时钟卡)

有(内置)

有(内置)

口令保护

通讯功能

通讯口数量

1(RS-485)

1(RS-485)

1(RS-485)

2(RS-485)

支持协议
0号口
1号口

PPI,DP/T
自由口
N/A

PPI,DP/T
自由口
N/A

PPI,DP/T
自由口
N/A

PPI,DP/T
自由口
(同0号口)

PPI主站点到点

NETR/NETW

NETR/NETW

NETR/NETW

NETR/NETW

表 S7—22*各主机的主要技术性能指标 
   3. 扩展模块
    输入和输出点是系统与被控制对象的连接点。用户可以使用主机I/O和扩展I/O。S7—200系列CPU提供一定数量的主机数字量I/O点,但在主机点数不够的情况下,就必须使用扩展模块的I/O点。有时需要完成过程量控制时,可以扩展模拟量的输入/输出模块。当需要完成某些特殊功能的控制任务时,S7—200主机可以扩展特殊功能模块。所以S7—200扩展模块包括数字量输入/输出扩展模块、模拟量输入/输出扩展模块和功能扩展模块。典型的输入/输出模块和特殊功能模块有:
    (1) 数字量I/O扩展模块
    S7—200PLC系列目前总共可以提供几类数字量输入/输出扩展模块:
    输入扩展模块EM221有三种:8点DC24V输入;16点DC24V输入;8点光电隔离输入,交直流通用,可直接输入交流220V。
    输出扩展模块EM222有五种:4点DC24V输出;4点继电器输出;8点DC24V输出,8点继电器输出;8点光电隔离晶闸管输出。
    输入/输出混合扩展模块EM223有六种:分别为4点、8点、16点输入/4点、8点、16点输出的各种组合,三种为DC24V输出,另三种为继电器输出。
    (2) 模拟量I/O扩展模块
    模拟量输入扩展模块EM231有3种:4路模拟量输入,输入量程可配置为4——20mA、0——5V、0——10V、±5V或±10V等;2路热电阻输入;4路热电偶输入。12位精度。
    模拟量输出扩展模块EM232:具有2路模拟量输出。12位精度。
    模拟量输入/输出扩展模块EM235:具有4路模拟量输入和1路模拟量输出(占用2路输出地址)。12位精度。
    (3)功能扩展模块
    功能扩展模块有EM253位置控制模块、EM277 PROFIBUS-DP模块、EM241调制解调器模块、CP243-1以太网模块和CP243-2 AS-i接口模块等。
    扩展模块时,通过CPU模块和扩展模块上的扩展电缆把各个扩展模块依次串接起来,形成一个扩展链。在进行最大I/O配置的预算时要考虑以下几个因素的限制:允许的扩展模块数、映像寄存器的数量、CPU为扩展模块所能提供的最大电流和每种扩展模块消耗的电流。

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