跟廖常初老师学PLC:西门子S7-200简介

2016/9/6 0:29:43 人评论 次浏览 分类:PLC应用  文章地址:http://jobsreadme.com/tech/1066.html

本文节选自廖常初编写的西门子PLC经典教材《S7-300/400 PLC应用技术》,廖常初老师从S7-200的基本结构、CPU模块、扩展模块、通讯能力和编程软件几方面对西门子S7-200系列PLC作简单介绍。


1、S7-200的基本结构

西门子S7-200系列属于整体式小型PLC,用于代替继电器的简单控制场合,也可以用于复杂的自动化控制系统。
整体式PLC将CPU模块、I/O模块和电源装在一个箱型机壳内,S7-200称为CPU模块。图1中的前盖下面有RUN/STOP开关、模拟量电位器和扩展I/O连接器。S7-200系列PLC提供多种具有不同I/O点数的CPU模块和数字量、模拟量I.O扩展模块供用户选用,CPU模块和扩展模块用扁平电缆连接。
整体PLC还配备许多专用的特殊功能模块,例如模拟量输入/输出模块、热电偶、热电阻模块、通信模块等,使PLC功能得到扩展。 
S7-200系列PLC结构示意图

S7-200可以选用梯形图、语句表(即指令表)和功能模块语言来编程。它的指令丰富,指令功能强,易于掌握,操作方便。内置有高速计数器、高速输出、PID控制器、RS485通信/编程接口、PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信功能。最多可以扩展到248点数字量I/O或35路模拟量I/O。最多有26kB程序和数据存储空间。

2、S7-200的CPU模块
S7-200有5种CPU模块,CPU221无扩展功能,适于做小点数的微型控制器;CPU222有扩展功能;CPU224是具有较强控制功能的控制器;CPU226和CPU226 XM适用于复杂的中小型控制系统。

S7-200系列PLC不同型号CPU的技术参数如表1所示
S7-200 CPU型号及技术参数

S7-200有传送、比较、移位、循环、求补码、调用子程序、脉冲宽度调制、脉冲序列输出、跳转、数据转换、算数运算、字逻辑运算、浮点运算、开平方、三角函数和PID控制指令等,采用主程序、最多8级子程序和中断程序的程序结构,用户可以使用1-255ms的定时中断。用户程序可设3级口令保护,有监控定时器(看门狗)功能。

数字量输入中有4个用作硬件中断,6个用于高速功能。32位高速加/减计数器的最高计数频率为30kHz,可以对增量式编码器的两个互差90的脉冲列计数,计数值等于设定值或计数方向改变时产生中断,在中断程序中可以及时地对输出进行操作。两点高速输出可以输出频率最高为20kHz频率和宽度可调的脉冲列。 

可选的存储器卡可以永久保存程序、数据和组态信息,可选的电池卡保存数据的典型事件值为200天。DC输出型电路用场效应晶体管(MOSFET)作为功率放大器元件,仅DV输出型有高速脉冲输出,最高输出频率为20kHz。

3、S7-200的扩展模块
不同信号的S7-200 CPU上已经集成了一定数量的数字量I/O点,若实际需要的I/O点数超过该CPU的I/O点数时,则通过增加输入/输出扩展模块来达到扩展功能、扩大控制能力。扩展模块有输入/输出扩展、热电偶/热电阻输入扩展和通讯扩展三种类型,通过总线连接器(插件)和CPU模块连接。
扩展单元正常工作需要+5VDC工作电源,此电源由CPU通过总线连接器提供,扩展单元的24VDC输入点和输出点电源,可由基本单元的24VDC电源供电,但要注意基本单元所提供的最大电流能力。

CPU 221无I/O扩展能力;CPU 222最多可连接2个扩展模块(数字量或模拟量);CPU224和CPU226最多可连接7个扩展模块。

 (1)输入/输出扩展模块 
S7-200系列PLC目前提供如下扩展模块:
数字量输入扩展模块                       EM221(8DI);
数字量输出扩展模块                       EM222(8DO);
数字量输入和输出混合扩展模块      EM223(8I/O,16I/O,32I/O);
④模拟量输入扩展模块                       EM231(3AI,A/D转换时间为25μs,12位);
⑤模拟量输入和输出混合扩展模板      EM235(3AI/1AO,其中A/D转换时间为25μs,D/A转换时间100μs,位数均为12位)

(2)热电偶/热电阻扩展模块   
热电偶、热电阻模块(EM231)与CPU222,CPU224,CPU226配套使用,多种分度号热电偶(mV信号)和热电阻(电阻信号)可通过EM231模块将信号送入S7-200。用户通过EM231上的DIP开关来选择热电偶或热电阻的分度号、接线方式、测量单位和开路故障的方向。

(3)通讯扩展模块  
除了CPU集成通讯口外,S7-200还可以通过通讯扩展模块连接成更大的网络。S7-200系列目前有两种通讯扩展模块:PROFIBUS-DP扩展从站模块EM277和AS-i接口扩展模块CP243-2。

S7-200系列PLC输入/输出扩展模块的主要技术性能如表2所示。



4、S7-200的通信功能

S7-200的CPU模块自带的RS485串行通信支持PPI、DP/T、自由通信口协议和PROFIBUS点对点协议。每个网络最多126个站,最多32个主站。通信接口可以实现与下列设备的通信:运行编程软件的计算机、文本显示器TD200、OP(操作员面板)、以及S7-200 CPU之间的通信;通过自由通信口协议,可以与其他厂家的设备进行串行通信。

EM277 PROFIBUS-DP从站模块用于将S7-200 CPU连接到PROFIBUS-DP网络。通信速率为9600-12Mbit/s。

工业以太网通讯模块CP243-1的通信速率为10Mbit/s或100Mbit/s,半双工/全双工通信,RJ-45接口使用TCP/IP协议。可用STEP 7-Micro/WIN软件实现通过工业以太网配置和远程编程服务(上载、下载程序,监视状态),通过工业以太网连接其他的CPU,通过S7-OPC在计算机上处理数据。
EM241 Modem(调制解调器)模块支持远程维护或远传诊断、PLC之间的通信、PLC与PC的通信、给手机发送短消息等,EM241参数化向导集成在Micro/WIN V3.2中。

通过CP243-2 AS-i通信处理器,S7-200 CPU可作为AS-i的主站,最多可连接62个AS-i从站,接入496个远程数字量输入/输出点。

5、S7-200的编程软件
STEP 7-Micro/WIN 32是专门为S7-200设计的在个人计算机Windows操作系统下运行的编程软件。CPU通过PC/PPI电缆或插在计算机中CP 55111或CP 5611通信卡与计算机通信。通过PC/PPI电缆,可以在Windows下实现多主站通信方式。

STEP 7-Micro/WIN 32的用户程序机构简单清晰,通过一个主程序调用子程序或中断程序,还可以通过数据块进行变量的初始化设置。用户可以用语句表(STL)、梯形图(LAD)和功能块图(FBD)编程,不同的编程语言编制的程序可以相互转换,可以用符号表来定义程序中使用的变量地址对应的符号,是程序便于设计和理解。

STEP 7-Micro/WIN 32为用户提供两套指令集,即SIMATIC指令集(S7-200方式)和国际标准指令集(IEC1131-1)方式。通过调制解调器可以实现远程编程,可以用单次扫描和强制输出等方式来调试程序和进行故障诊断。

S7-200是在美国德州仪器公式的小型PLC的基础上发展起来的,S7-300/400的前身是西门子公司的S5系列PLC,其编程软件为STEP 7。S7-200和S7-300/300虽然有许多共同之处,但是在指令系统、程序结构和编程软件定方面均有相当大的差异。

SIMATIC S7-200 SMART订货数据
①中央处理单元CPU订货号
CPU SR20模块                                   主要参数:AC/DC/RLY   12DI/8DO                           订货号:6ES7 288-1SR20-0AA0
CPU SR40模块                                   主要参数:AC/DC/RLY   24DI/16DO                         订货号:6ES7 288-1SR40-0AA0
CPU ST40模块                                   主要参数:DC/DC/DC    24DI/16DO                         订货号:6ES7 288-1ST40-0AA0
CPU CR40模块                                   主要参数:AC/DC/RLY   24DI/16DO                         订货号:6ES7 288-1CR40-0AA0
CPU SR60模块                                   主要参数:AC/DC/RLY   36DI/24DO                         订货号:6ES7 288-1SR60-0AA0
CPU ST60模块                                   主要参数:DC/DC/DC    36DI/24DO                         订货号:6ES7 288-1ST60-0AA0

②I/O扩展模块EM订货号
EM DI08数字量输入模块                     主要参数:8×24VDC输入                                          订货号:6ES7 288-2DE08-0AA0
EM DR08数字量输出模块                    主要参数:8×继电器输出                                           订货号:6ES7 288-2DR08-0AA0
EM DR16数字量输入/输出模块            主要参数:8×24VDC输入/8×继电器输出                   订货号:6ES7 288-2DR16-0AA0
EM DR32数字量输入/输出模块            主要参数:16×24VDC输入/8×继电器输出                 订货号:6ES7 288-2DR32-0AA0
EM DT08数字量输入/输出模块            主要参数:8×24VDC输出                                          订货号:6ES7 288-2DT08-0AA0
EM DT16数字量输入/输出模块            主要参数:8×24VDC输入/8×24VDC输出                  订货号:6ES7 288-2DT16-0AA0
EM DT32数字量输入/输出模块            主要参数:16×24VDC输入/16×24VDC输出              订货号:6ES7 288-2DT32-0AA0
EM AI04模拟量输入模块                      主要参数:4路输入                                                   订货号:6ES7 288-3AE04-0AA0
EM AQ02模拟量输入模块                    主要参数:2路输出                                                   订货号:6ES7 288-3AQ02-0AA0
EM AM06模拟量输入/输出模块           主要参数:4路输入/2路输出                                      订货号:6ES7 288-3AM06-0AA0
EM AR02热电阻输入模块                    主要参数:2路通道                                                   订货号:6ES7 288-3AR02-0AA0

③通信扩展信号板SB订货号
SB CM01通信扩展信号板                    主要参数:R485/R232                                              订货号:6ES7 288-5CM01-0AA0
SB DT04数字量扩展信号板                  主要参数:2×24VDC输入/2×24VDC输出                 订货号:6ES7 288-5DT04-0AA0
SB AQ01模拟量扩展信号板                 主要参数:1×12位模拟量输出                                   订货号:6ES7 288-5AQ01-0AA0

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