2 西门子S7-200系列PLC的硬件单元

西门子公司的PLC产品包括S7-200、S7-300、S7-400、LOGO、HMI人机界面、工业网络、工业软件等。S7系列PLC具有体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高的优点。S7系列PLC产品可分为微型PLC（S7-200）、小规模性能要求的PLC（S7-300）和中高规模性能要求的PLC（S7-400）等。其中S7-200系列的PLC的出

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色主要表现在以下几个方面：

1. 极高的可靠性 2. 极丰富的指令集 3. 易于掌握 4. 便捷的操作

5. 丰富的内置集成功能 6. 实时特性

7. 强劲的通信能力 8. 丰富的扩展模块

S7-200系列PLC主要由下面几个部分组成。 1. 基本单元

基本单元又称为CPU模块，有的也称为主机或本机。它包括CPU、存储器、基本输入/输出点和电源等，是PLC的主要部分。实际上它就是个完整的控制系统，可以单独完成一定的任务。

2. 扩展单元

S7-200 CPU22*系列PLC具有2到7个扩展模块，用户可以根据需要扩展各种I/O模块。 3. 特殊功能模块

当需要完成某些特殊功能的控任务时，需要扩展模块和功能模块。它是完成某种特殊控制任务的一些装置。

4. 相关设备

为了充分利用系统硬件和软件资源而开发的相关设备，主要包括编辑设备、网络设备和人机操作界面等。

5. 为了能够更好地使用以上设备开发的配套程序。它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口软件等几大类构成。

2.1 主机

S7-200 CPU22*系列的CPU模块主要包括一个中央处理器、电源、通信口及I/O接口。它的主要作用有：执行程序；从现场设备中采集信号；输出控制信号；驱动外部负载。

S7-200 CPU22*系列的PLC具有以下5种不同的结构配置：

(1)CPU221具有6个输入点和4个输出点，共计10个I/O点。无扩展能力。有4路高速计数器（30KHZ），2路高速脉冲输出，1个RS485通信/编程口，2个独立的输入端，可同时作加、减计数，可连接2个相位差为90度的A/B相增量编码器。程序和数据存储容量较小，适用于少点的控制系统。

(2)CPU222具有8个输入点和6个输出点，共计14个I/O点。1个模拟量电位器，最多可扩展10AI/AO点。4KB用户程序区和2KB数据存储区。有4路高速计数器（30KHZ），2路高速脉冲输出，1个RS485通信/编程口，2个独立的输入端可同时作加、减计数，可连接2个相位差为90度的A/B相增量编码器。可以进行一定模拟量的控制和2个模块的扩展，

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因此是应用更广泛全功能控制器。

(3)CPU224具有14个输入点和10个输出点，共计24个I/O点。2个模拟量电位器，最多可扩展35AI/AO点。8KB用户程序区和5KB数据存储区。有6路高速计数器（30KHZ），2路高速脉冲输出，1个RS485通信/编程口，有7个扩展模块。它具有更强的模拟量处理能力，是S7-200系列产品中使用最多的。

(4)CPU226。具有24个输入点和16个输出点，共计40个I/O点。2个模拟量电位器，最多可扩展35AI/AO点。8KB用户程序区和5KB数据存储区。有6路高速计数器（30KHZ），2路高速脉冲输出，2个RS485通信/编程口。它主要用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。

(5)CPU226XM。这是西门子公司推出的一种增强型主机。它在用户程序存储容量和数据存储容量上进行了扩展，其他指标和CPU226相同。

2.1.1 CPU的主要特点

1. 内部集成的具有强劲的通信能力的PPI接口是S7-200的用户口，CPU接口物理特性为RS485，可在三种方式下工作。

(1)PPI方式：通过PPI方式，S7-200系列PLC与计算机之间或者是PLC相互之间可通过普通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网。

(2)MPI方式：通过MPI方式，S7-200可以通过内置接口连接到MPI网络上，它可以与S7-300/S7-400CPU进行通信。

(3)自由口通信方式；通过自由口通信方式，S7-200系列PLC可以与任何通信协议公开的其他设备、控制器进行通信。

2. 丰富的内置集成功能

(1)集成的24V负载电源，可直接连接到传感器和变送器

(2)对于不同的设备类型，其CPU各有2个类型，具有不同的电源电压和控制电压。 (3)中断输入，允许以极高的速度对过程信号的上升沿作出响应。 (4)具有4到6个高数计数器（30KHZ）。

(5)2路脉冲输出由于控制步进电机，或伺服电机的运动，从而实现对目标的定位任务。 3. 丰富的扩展模块对数字量和模拟量扩展模块可方便选用。 4. 具有易于掌握，便捷的操作以及丰富的指令集。

2.1.2 存储系统

S7-200系列PLC的存储系统由RAM和EEPROM两种类型的存储器构成，CPU模块内部配备了一定容量的RAM和EEPROM。同时，S7-200系列PLC的CPU模块支持可选的EEPROM存储器卡。在CPU模块内部的超级电容和电池模块用于长时间的保存数据，用户数据可通过主机的超级电容存储若干天。

2.2 扩展单元

当CPU需要进行某种特殊的功能控制或其I/O的扩展，通常I/O扩展包括I/O的点数扩展和功能模块的扩展两类。 1. I/O扩展模块

S7-200系列PLC提供了五大类扩展模块：

(1)数字量输入扩展模板EM221（8路扩展输入）。 (2)数字量输出扩展模板EM222（8路扩展输出）。

(3)数字量输入和输出混合扩展模板EM223（8I/O，16I/O，24I/O）。

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(4)模拟量输入扩展模块EM231，每个EM231可扩展3路模拟量输入通道，A/D转换时间25uS，分辨率为12位。

(5)模拟量输入扩展模块EM235，每个EM235可同时扩展3路模拟输入和1路模拟量输出通道，其中A/D转换时间25uS，D/A转换时间100uS，分辨率均为12位。

2. 热电偶/热电阻扩展模块 3. 通信扩展模块

表1 S7-200 I/O编址

信息类型 I_数字量 输入 Q_数字量 输出 M_中间标志位 C_计数器 T_计时器 AIW_模拟输入字 AQW_模拟输出字 0.0~15.7 0~255 0~255 —— —— 0.0~15.7 0~255 0~255 0~30 0~30 0.0~15.7 0~255 0~255 0~30 0~30 0.0~15.7 0~255 0~255 0~30 0~30 0.0~15.7 0.0~15.7 0.0~15.7 0.0~15.7 CPU221 0.0~15.7 CPU222 0.0~15.7 CPU224 0.0~15.7 CPU226 0.0~15.7

2.3 特殊功能模块

S7-200系列PLC的特殊功能模块有数字量扩展模板、模拟量扩展模块、热电偶/热电阻扩展模块、通信扩展模块和现场设备接口模块。 1. 数字量扩展模板

(1)EM221 数字量输入模板，24V，8输入。 (2)EM222 数字量输出模板，24V，8输出。 (3)EM223 数字量混合模板，24V。 2. 模拟量扩展模块

(1)EM231 4模拟输入点，2W，12位。 (2)EM232 2模拟输入点，2W，12位。

(3)EM235 4模拟输入点，1模拟输出点， 2W，12位。 3. 热电偶/热电阻扩展模块

EM231为常用的热电偶/热电阻扩展模块。其功率损失为1.8W，15位加符号位，WM231 AI4热电偶有4模拟量输入点，EM231 AI2 热电阻有2模拟量输入点。

4. 通信扩展模块

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EM277 JPROFIBU-DP模块是常用的通信扩展模块，它用于PLC现场总线通信连接。其波特变化范围为9600~11500波特。

5. 现场设备接口模块

CPU243-2通信处理器是AS-I主站连接部分，专用于S7-200 CPU22*，连接的同时显著增加了S7-200可利用的I/O点数。

2.4 内部软元件

用户使用的PLC中的每一个I/O、内部存储单元、定时器和计数器都称为软元件。各个软元件的功能不同，都有其固定的地址。软元件是PLC内部具有一定功能的器件，这些器件实际上都是由电子电路、寄存器及存储单元等组成的。它的特点是；它具有继电器的特性，但它没有机械性的特点，它的最大的优点是其触点可以无限次使用，并且它们的寿命长。编程时，用户只要记住软元件的地址就可以了。下面对软元件介绍一下。

1. 输入继电器（I） 它是PLC用来接收用户设备输入信号的接口。当外部开关信号闭合，则输入继电器的线圈得电，在程序中的常开触点闭合，常触点断开，这些触点可以在编程时任意使用，不受次数限制。输入继电器位存取的地址编号范围为I0.0~I15.7，输入继电器的数据存取可采用位、字节、字或双字来存取。

2. 输出继电器（Q）它是用来将输出信号传送到负载的接口，每一个输出继电器线圈都与相应的PLC输出端相连，并有无数对常开和常闭触点供编程时使用。输出继电器位存取的地址编号范围为Q0.0~Q15.7，输出继电器可采用位、字节、字或双字来存取。

3. 通用辅助继电器（M）通用辅助继电器又称为内部标志位存储器，它的作用和继电接触器控制系统的中间继电器相同，它是用来保存控制继电器的中间操作状态。内部标志位存储器可采用位、字节、字或双字来存取。内部标志位存储器位存取的地址编号为M0.0~M31.7，共32个字节。

4. 特殊继电器（SM） 特殊继电器是指用来存储系统的状态变量有关的控制参数和信息的具有特殊功能的辅助继电器。特殊标志位存储器能以位、字节、字或双字来存取。CPU224的SM的位地址编号范围为SM0.0~SM179.7，共180个字节。常用的特殊存储器的用途如下：

(1) SM0.0 运行监视。SM0.0始终为1状态。当PLC运行时可以利用其触点驱动输出继电器，在外部显示程序是否处于运行状态。

(2) SM0.1 初始化脉冲。

(3) SM0.3 开机进入RUN时，接通一个扫描周期，可在启动操作之前，给设备提前预热。

(4) SM0.4、0.5 占空比为50%的时钟脉冲。当PLC处于运行状态时，SM0.4产生周期为1min的时钟脉冲，SM0.5产生周期为1S的时钟脉冲。

(5) SM0.6 扫描时钟，一个扫描周期ON，另一个为OFF，循环交替。 (6) SM0.7 改造方式开关位置指示，开关放置在RUN位置时为1。 (7) SM1.0 零标志位，运算结果=0，该位置1。

(8) SM1.1 溢出标志位，结果溢出或为非法值时，该位置1。 (9) SM1.2 负数标志位，运算结果为负数时，该位置1。 (10) SM1.3 被0除标志位。

5. 变量存储器（V）变量存储器主要用于存储变量。它可以存放程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果，也可以使用变量存储器来保存与工序或任务相关的其他数据。变量存储器可以是位寻址，也可以是按字节、字、双字为单位寻址，其位存取的编号范围根据CPU的型号不同，CPU221/222为V0.0~V2047.7，共2KB存储容量，CPU224/226为V0.0~V5119.7，

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