2.2 S7-200 CPU和扩展模块

2.2.1 S7-200 CPU

1.S7-200 CPU规格

S7-200 CPU的外形如图2-1所示。

S7-200 CPU将一个微处理器、一个集成的电源和若干数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中,组成一个功能强大的PLC。西门子提供多种类型的CPU,以适应各种应用要求,主要类型有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226和CPU226MX等型号。

小型PLC中,CPU221价格低廉能满足多种集成功能的需要。CPU222是S7-200家族中低成本的单元,通过可连接的扩展模块即可处理模拟量。CPU224具有更多的输入、输出点及更大的存储器。CPU226和226XM是功能最强的单元,可完全满足一些中小型复杂控制系统的要求。

图2-1 S7-200 CPU的外形

不同的类型的CPU,具有不同的数字量I/O点数、内存容量等规格参数。参见表2-1。

表2-1 S7-200 CPU规格

对于每个型号,西门子提供DC(24V)和AC(120~220V)两种电源供电的CPU类型。如CPU224有CPU224DC/DC/DC和CPU224AC/DC/Relay两种类型。其中CPU224DC/DC/DC表示PLCCPU为西门子S系列的224型,CPU是直流供电,直流数字量输入,数字量输出点是晶体管直流电路;CPU224AC/DC/Relay表示PLCCPU为西门子S系列的224型,CPU是交流供电,直流数字量输入,数字量输出点是继电器触点。

CPU技术参数参见表2-2。

表2-2 S7-200 CPU技术参数

2.S7-200 CPU外插卡

CPU提供了一个可选卡插槽,可根据需要插入三种插卡中的一种,如图2-2所示。

图2-2 外插卡

(1)MC291:存储器卡,提供EEPROM存储单元。在CPU上插入存储器卡后,可使用编程软件Step7-Micro/WIN将CPU中的存储内容(系统块、程序块和数据块等)复制到卡中;把存储器卡插到其他CPU上,通电时存储器卡的内容会自动复制到CPU中。存储器卡用于传递程序,被写入的CPU必须和提供内容来源的CPU相同,或更新,型号更高。

(2)CC292:日期/时钟电池卡。用于CPU221和CPU222两种不具备内部实时时钟的CPU,以提供日期/时钟功能,同时提供内存后备电池。

(3)BC293:电池卡。为所有类型的CPU提供数据保持的后备电池。电池在超级电容放电完毕后起作用。

3.S7-200 CPU工作方式

(1)CPU的工作方式

CPU前面板上用两个发光二极管显示当前工作方式:绿色指示灯亮,表示为运行状态;红色指示灯亮,表示为停止状态;在标有SF指示灯亮时表示系统故障,PLC停止工作。

①STOP(停止)。CPU在停止工作方式时,不执行程序,此时可以通过编程装置向PLC装载程序或进行系统设置。在程序编辑、上下载等处理过程中,必须把CPU置于STOP方式。

②RUN(运行)。CPU在RUN工作方式下,PLC按照自己的工作方式运行用户程序。

(2)改变工作方式的方法

①用工作方式开关改变工作方式。

工作方式开关有3个挡位:STOP、TERM(Terminal)、RUN。

将工作方式开关切到STOP位,可以停止程序的执行。

将工作方式开关切到RUN位,可以起动程序的执行。

将工作方式开切到TERM(暂态)或RUN位,允许STEP7-Micro/WIN软件设置CPU工作状态。

如果工作方式开关设为STOP或TERM,电源上电时,CPU自动进入STOP工作状态。设置为RUN时,电源上电时,CPU自动进入RUN工作状态。

②用编程软件改变工作方式。

把方式开关切换到TERM(暂态),可以使用STEP7-Micro/WIN编程软件设置工作方式。

③在程序中使用指令改变工作方式。

在程序中插入一个STOP指令,CPU可由RUN方式进入STOP工作方式。

2.2.2 扩展模块

S7-200 CPU为了扩展I/O点和执行特殊的功能,可以连接扩展模块(CPU221除外)。扩展模块主要有四类:数字量I/O扩展模块、模拟量1/O扩展模块、通信模块和特殊功能模块。

1.数字量I/O扩展模块

S7-200 PLC系列目前总共可以提供3类数字量输入输出扩展模块,见表2-3所列。

表2-3 数字量扩展模块

续上表

(1)EM221:数字量输入扩展模块。包括3种类型:

①8点DC 24 V输入;

②8点AC120/230V输入;

③16点DC 24 V输入。

(2)EM222:数字量输出扩展模块,包括5种类型:

①8点DC 24 V(晶体管)输出;

②8点继电器输出;

③8点AC120/230V输出;

④4点DC 24 V输出,每点5A;

⑤4点继电器输出,每点10A。

(3)EM223:数字量输入/输出扩展模块,共有6种类型:

①4点DC 24 V输入/DC 4 V输出;

②4点DC 24 V输入/4V继电器输出;

③8点DC 24 V输入/DC 8 V输出;

④8点DC 24 V输入/8V继电器输出;

⑤16点24V输入/DC 16 V输出:

⑥16点DC 24 V输入/16V继电器输出。

2.模拟量I/O扩展模块

在工业控制中,被控对象往往是温度、压力、流量等模拟量,而PLC内部执行的是数字量,这样就需要一种转换设备,在模拟量和数字量之间进行转换。模拟量扩展模块就具有这种转换功能,它可以将PLC外部的模拟量转换为数字量送入PLC内;经PLC处理后,再由模拟量扩展模块将PLC输出的数字量转换为模拟量送给控制对象。模拟量扩展模块优点如下:

(1)最佳适应性。可适用于复杂的控制场合,直接与传感器和执行器相连,例如EM235模块可直接与PT100热电阻相连。

(2)灵活性。当实际应用变化时,PLC可以相应地进行扩展,并可非常容易地调整用户程序。

常见的模拟量I/O扩展模块有:EMV231、EMV232和EMV235,见表2-4。

3.温度测量模块

温度测量模块是模拟量模块的特殊形式。温度测量模块有EMV231TC(热电偶输入模块)和EMV231RTD(热电阻输入模块)两种类型。EM231热电偶、热电阻扩展模块是为S7-200 CPU222、CPU224和CPU226/226MX设计的模拟量扩展模块。EM231热电偶模块具有特殊的冷端补偿电路,该电路测量模块连接器上的温度,并适当改变测量值,以补偿参考温度与模块温度之间的温度差。如果EM231热电偶模块安装区域的环境温度迅速变化,则会产生额外的误差。要想达到最大的精度和重复性,热电阻和热电偶模块应安装在稳定的环境温度中。

表2-4 模拟量扩展模块

EM231热电偶模块用于7种热电偶类型J、K、E、N、S、T和R型。用户必须用DIP开关来选择热电偶的类型,连到同模块上的热电偶必须是相同类型。其技术规范见表2-5。

表2-5 温度测量模块技术规范

4.定位模块

EM253模块,是用于位置定位控制的模块。EM253模块,不但可以实现速度与精度的协调,而且使用简单、控制精度高。EMV253模块的控制范围从微型步进电机到智能伺服驱动器。

5.通信模块

S7-200系列PLC除了CPU226本机集成了两个通信口以外,其他均在其内部集成了一个通信口,通信口采用了RS-485总线。此外,各PLC还可以接入通信模块,以扩大其接口的数量和联网能力。

(1)EM277模块:是PROFIBUS-DP从站模块,同时也支持MPI从站通信。

(2)EM241:调制解调器(Modem)通信模块。

(3)CP243-1:工业以太网通信模块。

(4)CP243-1IT:工业以太网通信模块,同时提供Web/E-mail等IT应用。

(5)CP243-2:AS-Ⅰ主站模块,可连接最多62个AS-Ⅰ从站。

2.2.3 S7-200系列PLC的安装

S7-200 CPU和扩展模块的设计便于安装,可以使用安装孔将模块安装在面板上,也可以使用内装夹片将模块安装在标准DIN上。S7-200可以横放,也可以竖放。安装如图2-3所示。

如果S7-200 CPU和扩展模块不能安装在一条导轨上,可以选用总线延长电缆,以适应灵活安装的需求。电缆长度0.8m,一个S7-200系统只能安装一条总线延长电缆,如图2-4所示。

2.2.4 电源预算

所有的S7-200 CPU都有一个内置电源,为CPU、扩展模块和其他DC 24 V用户提供5V和直流电源。

图2-3 S7-200系列PLC的安装示意图

图2-4 S7-200系列PLC的延长

扩展模块通过与CPU连接的总线连接电缆取得5V直流电源。

CPU还向外提供一个24V直流电源,从电源输出点(L+,M)引出。此电源可为CPU和扩展模块上的I/O点供电,也为一些特殊或智能模块提供电源。此电源还从S7-200 CPU上的通信口输出,提供给PC/PPI编程电缆或TD200文本显示操作界面等设备。

通过表2-2可以看出,不同规格的CPU提供DC 5 V和DC 24 V电源的容量不同。每个实际应用项目都要根据电源容量进行规划计算。

请特别注意系统配置,确保CPU可提供所选扩展模块要求的5V电源。如果配置要求的电源超出CPU提供的电源范围,则必须移除一个模块,或选择一个功能更强大的CPU。如果所需24V电源超出电源的容量,需要增加外接DC 24 V电源。S7-200 CPU上提供的电源不能和外接电源并联,但它们必须共地。

下面是一个电源预算的例子,见表2-6。

表2-6 电源预算示例

续上表