S7-200系列PLC的基本硬件组成
西门子S7-200介绍
主 要 内 容
1、PLC基本知识介绍 2、PLC的工作方式 3、西门子S7-200的硬件组成 4、西门子S7-200的通信协议 5、西门子S7-200的硬件设计 6、西门子S7-200编程调试
PLC的工作方式
循环扫描的工作方式：扫描周期一般也就是几毫秒、 几十毫秒，最多也不会超过100到200毫秒。
地址开关: ×10=设定地址的最 高位 ×1=设定地址的最 低位
DP 从站接口引脚图
S7-200 PLC的硬件组成
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CN后缀的表示中国产，无CN的表示进口， 其功能和技术参数没有区别， 两者的订货号 不同，带后缀的尾数为8，不带后缀的尾数为 0，例如CPU224XP：
主 要 内 容
1、PLC基本知识介绍 2、PLC的工作方式 3、西门子S7-200的硬件组成 4、西门子S7-200的通信协议 5、西门子S7-200的硬件设计 6、西门子S7-200编程调试
西门子S7-200的通信协议
1）PPI协议：西门子专为S7-200开发的通讯协议 2）MPI协议：只能作从站 3）自由口模式：由用户自定义的通讯协议，用于与其他串 行通讯设备通讯（如串行打印机等），S7-200编程软件 Micro/WIN提供了通过自由口模式实现的通讯功能： 4）PROFIBUS-DP：通过EM 277 模块实现通信 S7-200 CPU上的两个通讯口基本一样，没有什么特殊 的区别。它们可以各自在不同的模式、通讯速率下工作；它 们的口地址甚至也可相同。分别连接到CPU上两个通讯口上 的设备，不属于同一个网络。S7-200 CPU不能充当网桥的 作用。
s7-200PLC教案
一、 S7-200系列PLC的构成S7-200系列PLC系统由主机(基本单元),I/O扩展单元,功能单元(模块)和外部设备等组成。
S7-200系列PLC有CPU21X和CPU22X两代产品,其中CPU22X型PLC有CPU221,CPU222,CPU224和CPU226四种基本型号。
CPU224型PLC结构分析小型PLC系统由主机,I/O扩展单元,文本/图形显示器,编程器等组成。
CPU224主机箱体外部设有RS-485通信接口,用以连接编程器,文本/图形显示器,PLC网络等外部设备；还设有工作方式开关,模拟电位器,I/O扩展接口,工作状态指示和用户程序存储卡,I/O接线端子排及发光指示等.（1）基本I/OCPU22X型PLC,具有两种不同的电源供电电压,输出电路分为继电器输出和晶体管直流输出两大类. CPU22X系列PLC可提供4个不同型号的10种基本单元CPU供用户选用,其类型及参数如表1所示.表1 CPU22X系列PLC的类型及参数CPU224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点, 可连接7个扩展模块,13KB程序和数据存储空间.（2）主机I/O及扩展（3）高速反应性CPU224PLC有6个高速计数脉冲输入端(I0.0-I0.5)，最快的响应速度为30kHZ,用于捕捉比CPU扫描周期更快的脉冲信号.CPU224PLC有两个高速脉冲输出端(Q0.0-Q0.1),输出脉冲频率可大20KHZ.用于PTO和PWM高速脉冲输出.（4）存储系统S7-200CPU存储器系统由RAM 和EEPROM两种存储器构成,用于存储用户程序,CPU组态,程序数据等.（5）模拟电位器模拟电位器用来改变特殊寄存器中的数值,以改变程序运行时的参数,如定时,计数器的预置值,过程量的控制参数等.（6）存储卡该卡可选择安装扩展卡,扩展卡有EEPROM存储卡,电池和时钟卡等模块.EEPROM存储模块用于用户程序的拷贝复制.电池模块用于长时间保存数据,使用CPU224内部存储电容数据存储时间打190小时,而使用电池模块数据存储时间可达200天.S7-200CPU连续执行用户任务的循环序列称为扫描.分为读输入,执行程序,处理通信请求,执行CPU自诊断,写输出等5个阶段.按照扫描周期的主要任务,可以把扫描周期简化为读输入,执行用户程序,和写输出3个阶段S7-200CPU有两种工作方式1.STOPCPU在停止工作方式时,不执行程序,此时可以向CPU装载程序或进行系统设置.2.RUNCPU在RUN工作方式下,运行用户程序.二、S7-200系列PLC内部元器件1、数据存储类型及寻址方式S7-200系列在存储单元所存放的数据类型有布尔型、整数型、和实数型3种，S7-200 CPU 的寻址分三种：立即寻址、直接寻址、间接寻址。
S7-200系列PLC的基本硬件组成
S7-200系列PLC的基本硬件组成S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。
其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。
1．基本单元S7-200系列PLC中可提供4种不同的基本型号的8种CPU供选择使用，其输入输出点数的分配见表4-11：表4-11 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元型号输入点输出点可带扩展模块数S7-200CPU22164—S7-200CPU222862个扩展模块78路数字量I/O点或10路模拟量I/O点S7-200CPU22414107个扩展模块168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点S7-200CPU22624162个扩展模块248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点S7-200CPU226XM24162个扩展模块248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点2．扩展单元S7-200系列PLC主要有6种扩展单元，它本身没有CPU，只能与基本单元相连接使用，用于扩展I/O点数，S7-200系列PLC扩展单元型号及输入输出点数的分配如表4-12所示。
表4-12 S7-200系列PLC扩展单元型号及输入输出点数类型型号输入点输出点数字量扩展模块EM2218无EM222无8EM2234/8/164/8/16模拟量扩展模块EM2313无EM232无2EM235313．编程器PLC在正式运行时，不需要编程器。
编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中，进行监控和故障检测。
S7-200系列PLC可采用多种编程器，一般可分为简易型和智能型。
简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低廉，是一种很好的现场编程及监测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，使用不够方便。
智能型编程器采用计算机进行编程操作，将专用的编程软件装入计算机内，可直接采用梯形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大，S7-200系列PLC的专用编程软件为STEP7-Micro/WIN。
PLC的基础理论知识
PLC的基础理论知识(S7-200系列PLC）一、S7-200PLC主机模块的基本硬件组成由一个微型处理器、一个集成电源、一定数量的数字量I/O端子、存储器等主要部分组成，其主要结构见下图所示。
PLC的一般结构的硬件组成S7-200PLC主机模块的基本组成S7—200PLC主机模块的存储器分为两种，一种为ROM只读存储器，用于存放系统程序，系统程序由厂家写入，掉电后不丢失。
另一种为RAM读写存储器,用于存放用户程序，其内容可以修改，掉电后丢失(由内部电池长期供电),RAM读写存储器的存储容量可以外部扩展,通常采用EEPROM型存储器。
二、S7-200PLC主机模块的常用型号1、CPU221 6DI/4DO2、CPU222 8DI/6DO 注意：DI为数字输入端子数,DO为数字输出端子数3、CPU224 14DI/10DO4、CPU226 24DI/16DO三、S7—200四、五、六、七、八、九、S7—200PLC主机模块的面板布置及各部分的功能CPU224 端子连接图CPU 226 DC/DC/DC 端子连接图四、S7-—200如何执行控制逻辑S7——200周而复始地执行程序中的控制逻辑和读写数据。
1、S7-—200将您的程序和物理输入输出点联系起来。
给出了一个简图,说明一个继电器图如何与S7——200联系起来.在本例中,电机启动开关的状态和其它输入点的状态结合在一起.它们计算的结果，最终决定了控制执行机构启动电机的输出点状态。
— CPU读输入状态.— CPU中存储的程序利用输入执行控制逻辑。
当程序运行时，CPU刷新有关数据。
-CPU将数据写到输出。
2、S7—-200在扫描循环中完成它的任务S7——200周而复始地执行一系列任务.任务循环执行一次称为一个扫描周期.如图4-2所示，在一个扫描周期中，S7—-200将执行部分或全部下列操作：- 读输入：S7-—200将物理输入点上的状态复制到输入过程映象寄存器中。
第4章、S7-200PLC基础知识
第4章、S7-200PLC基础知识本章重点1、硬件组成2、系统扩展方法3、内部器件资源4、数据类型5、寻址方式6、编程语言和程序结构因为目前市场上的PLC种类繁多，生产公司不同，PLC的结构和编程语言也会有或多或少的差异，即使是同一家公司的产品，产品系列不同，其编程语言也可能会不同，所以这给大家学习PLC带来了一定的麻烦。
但对此要有一个正确的认识:一、虽然PLC之间存在着一些不相同的地方，但其硬件组成和编程语言的绝大部分是相同或相似的，所以只要学习好一种PLC后，学习或使用其他PLC也就易如反掌了;二、将来基于IEC61131 - 3开放式PLC的编程语言和现在普通PLC的编程语言也比较相似，所以学习好现在的PLC，对以后学习IEC61131 - 3编程语言也有决定性的帮助。
从上面的分析情况看，作为在课堂上讲授PLC，不可能讲解多个产品，这样做也没有必要，所以需要找一种PLC作为讲课的对象。
西门子的SIMATIC S7 - 200系列PLC适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制的自动化。
S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
由于S7-200系列具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格、丰富的功能模块以及强大的指令系统，使得S7 - 200 PLC可以近乎完美地满足小规模的控制要求。
此外西门子的产品体系符合现在自动化笔域的热点技术：现场总线技术的方向，目前市场上最流行的现场总线就是以西门子为主导而开发的PROFIBUS。
所以本书以西门子的S7 - 200系列PLC为讲授对象讲解PLC的基本原理、硬件系统组成和程序设计。
本章主要介绍S7- 200 PLC的一些基础知识。
4. 1概述S7-200PLC是德国西门子公司生产的一种小型PLC，其许多功能达到大、中型PLC的水平，而价格却和小型PLC的一样，因此，它一经推出，即受到了广泛的关注。
最近几年在小型PLC 市场上S7-200 PLC成为了主流产品。
第2版第四章习题答案
第四章习题与思考题答案1.简述S7-200 PLC系统的基本构成。
答：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构成。
2.S7-200 CPU22*系列有哪些产品？各产品之间有什么差异？答：S7-200 PLC的CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU224XP五种规格中，其性能依次提高，特别是用户程序存储器容量、I/O（数字量与模拟量）数量、高速计数功能等方面有明显区别。
其中，CPU221为整体式结构，CPU222、CPU224、CPU226、CPU224XP均为基本单元加扩展模块的结构。
3.画出CPU226AC/DC/继电器模块输入/输出单元的接线图。
答：CPU226AC/DC/继电器模块输入/输出单元的接线图如下4.数字量输出模块有哪几种类型？各有什么特点？答：数字量输出模块包括直流输出模块、交流输出模块和交直流输出模块三种。
其中，直流输出模块是晶体管输出方式，响应速度快；交流输出模块是双向晶闸管输出方式，启动电流大；交直流输出模块是继电器输出方式，输出电流大，可带交直流负载，适应性强，响应速度慢。
5.S7-200 PLC模拟量扩展模块的性能指标有哪些？如何正确使用模拟量扩展模块？答：S7-200 PLC模拟量扩展模块的性能指标包括输入/输出类型与端口数量、输入/输出的电压/电流范围、模拟量与数字量之间的转换时间、分辨率、对DC 5V与传感器电源的消耗电流值等。
使用模拟量扩展模块时，应注意模块的输入/输出特性与外部接线方式。
对于模拟量输入模块而言，要注意现场信号变送器与模拟量输入模块量程的区别，能够正确找出被测物理量与A/D转换后二进制数值之间的关系。
6.用于测量温度（0~99°C）的变送器输出信号为4~20mA，模拟量输入模块将0~20mA转换为数字0~32000，试求当温度为40°C时，转换后得到的二进制数N？答：256004064001674399N⨯=+≈7.S7-200 PLC的通信模块有哪些？答：S7-200 PLC的通信模块包括EM277 PROFIBUS-DP通信模块、CP243-1通信处理器、CP243-1通信处理器。
第二章S7-200PLC硬件结构和工作原理
系统基本构成
1. 硬件 （1）基本单元 （2）扩展单元 （3）特殊功能模块 （4）相关设备 2. 工业软件 工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的 与之相配套的程序、文档及其规则的总和，它主要 由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几 大类构成。
主机结构
1. 各CPU介绍及I/O系统 （1）主机外形 SIMATIC S7-200系统CPU 22X系列PLC主机（CPU模块）的外形如 图所示：
晶闸管输出方式。 其特点是输出启动 电流大。当PLC有信 号输出时，光电二 极管导通，通过光 电耦合使双向可控 硅(晶闸管)导通，交 流负载在外部交流 电源的激励下得电。 发光二极管VL点亮， 指示输出有效。
R1 内 部 电 路 (AC SSR) VL 压 敏 U 电 阻 C
OUT R2负载Fra bibliotekCOM
第12页图2-9中:
Q0.0最小滞后SB1按钮几个扫描周期？ 最大滞后几个扫描周期？
思考：
M100(上) Y1
X2
M100
M100(下)
Y2
Y1最小、最大滞后X2按钮几个扫描周期？
3.5 S7-200系列PLC程序概念
3.4.1 梯形图编辑器（LAD） 3.4.2 语句表编辑器（STL） 3.4.3 功能块图编辑器（FBD）
I/O模块
输出模块 ：第8页图2-3 输出模块：分晶体管、晶闸管、继电器三种方式 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。
S7-200 SMART PLC硬件系统组成
S7-200 SMART PLC硬件系统组成S7-200 SMART PLC控制系统硬件由CPU模块、数字量扩展模块、模拟量扩展模块、热电偶与热电阻模块和相关设备组成。
CPU模块、扩展模块及信号板，如图1-1所示。
图1-1 S7-200 SMART PLC、信号板及扩展模块1、CPU模块CPU模块又称基本模块，它由CPU单元、存储器单元、输入输出接口单元以及电源组成。
CPU模块（这里说的CPU模块指的是S7-200 SMART PLC基本模块的型号，不是中央微处理器CPU的型号）是一个完整的控制系统，它可以单独完成一定控制任务，主要功能是采集输入信号、执行程序、发出输出信号和驱动外部负载。
CPU模块有经济型和标准型两种。
经济型CPU模块有两种，分别为CPU CR40和CPU CR60，经济型CPU价格便宜，但不具有扩展能力；标准型CPU模块有8种，分别为CPU SR20、CPU ST20、CPU SR30、CPU ST30、CPU SR40、CPU ST40、CPU SR60和CPU ST60，具有扩展能力。
CPU模块具体技术参数，如表1-1所示。
表1-1 CPU模块技术参数2、数字量扩展模块当CPU模块数字量I/O点数不能满足控制系统的需要时，用户可根据实际的需要对数字量I/O点数进行扩展。
数字量扩展模块不能单独使用，需要通过自带的连接器插在CPU模块上。
数字量扩展模块通常有3类，分别为数字量输入模块，数字量输出模块和数字量输入输出混合模块。
数字量输入模块有1个，型号为EM DI08，8点输入；数字量输出模块有2个，型号有EM DR08和EM DT08，EM DR08模块为8点继电器输出型，每点额定电流2A；EM DT08模块为8点晶体管输出型，每点额定电流0.75A；数字量输入/输出模块有4个，型号有EM DR16、EM DT16、EM DR32和EM DT32，EM DR16/DT16模块为8点输/8点输出，继电器/晶体管输出型，每点额定电流2A/0.75A；EM DR32/DT32模块为16点输/16点输出，继电器/晶体管输出型，每点额定电流2A/0.75A。
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S7-200系列PLC的基本硬件组成
S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。
其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。
1．基本单元
S7-200系列PLC中可提供4种不同的基本型号的8种CPU供选择使用，其输入输出点数的分配见表4-11：
表4-11 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元
型号
输入点
输出点
可带扩展模块数
S7-200CPU221
6
4
—
S7-200CPU222
8
6
2个扩展模块
78路数字量I/O点或10路模拟量I/O点
S7-200CPU224
14
10
7个扩展模块
168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点
S7-200CPU226
24
16
2个扩展模块
248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点
S7-200CPU226XM
24
16
2个扩展模块
248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点
2．扩展单元
S7-200系列PLC主要有6种扩展单元，它本身没有CPU，只能与基本单元相连接使用，用于扩展I/O点数，S7-200系列PLC扩展单元型号及输入输出点数的分配如表4-12所示。
表4-12 S7-200系列PLC扩展单元型号及输入输出点数
类型
型号
输入点
输出点
数字量扩展模块
EM221
8
无
EM222
无
8
EM223
4/8/16
4/8/16
模拟量扩展模块
EM231
3
无
EM232
无
2
EM235
3
1
3．编程器
PLC在正式运行时，不需要编程器。
编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中，进行监控和故障检测。
S7-200系列PLC可采用多种编程器，一般可分为简易型和智能型。
简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低廉，是一种很好的现场编程及监测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，使用不够方便。
智能型编程器采用计算机进行编程操作，将专用的编程软件装入计算机内，可直接采用梯形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大，S7-200系列PLC的专用编程软件为STEP7-Micro/WIN。
4．程序存储卡
为了保证程序及重要参数的安全，一般小型PLC设有外接EEPROM卡盒接口，通过该接口可以将卡盒的内容写入PLC，也可将PLC内的程序及重要参数传到外接EEPROM卡盒内作为备份。
程序存储卡EEPROM有6ES 7291-8GC00-0XA0和6ES 7291-8GD00-0XA 0两种，程序容量分别为8K和16K程序步。
5．写入器
写入器的功能是实现PLC和EPROM之间的程序传送，是将PLC中RAM区的程序通过写入器固化到程序存储卡中，或将PLC中程序存储卡中的程序通过写入器传送到RAM区。
6．文本显示器
文本显示器TD200不仅是一个用于显示系统信息的显示设备，还可以作为控制单元对某个量的数值进行修改，或直接设置输入/输出量。
文本信息的显示用选择/确认的方法，最多可显示80条信息，每条信息最多4个变量的状态。
过程参数可在显示器上显示，并可以随时修改。
TD200面板上的8个可编程序的功能键，每个都分配了一个存储器位，这些功能键在启动和测试系统时，可以进行参数设置和诊断。