1. s7200系列plc系統(tǒng)基本構(gòu)成
simatic s7—200硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式加積木式，即主機(jī)中包含一定數(shù)量的本機(jī)i／o，同時(shí)還可以擴(kuò)展各種功能模塊。一個(gè)完整的plc系統(tǒng)如圖1所示。
圖1 s7—200硬件系統(tǒng)組成
cpu模塊又稱為主機(jī)是系統(tǒng)的核心，它包括cpu、存儲(chǔ)器、基本輸入輸出點(diǎn)和電源等。它實(shí)際就是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，可以單獨(dú)完成一定的控制任務(wù)。
主機(jī)i/o數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶可以根據(jù)需要擴(kuò)展各種i/o模塊，所能連接的擴(kuò)展單元的數(shù)量和實(shí)際所能使用的i／o點(diǎn)數(shù)是由多種因素共同決定的。當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時(shí)，可擴(kuò)展特殊功能模塊，以完成某種特殊的控制任務(wù)。
利用網(wǎng)絡(luò)接口，可以充分和方便地利用為simatics7—200系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)和使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備、人機(jī)操作界面和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。
所有以上這些硬件設(shè)備，都在一個(gè)統(tǒng)一的工業(yè)軟件平臺(tái)上編程和運(yùn)行，為了更好地管理和使用這些設(shè)備，s7—200plc配備了許多功能強(qiáng)大的專用功能指令，方便地實(shí)現(xiàn)各種控制目的。
2. 主機(jī)（cpu）模塊
s7—200系統(tǒng)cpu 22*系列plc主機(jī)(cpu模塊)的外形如圖2所示。 s7—200cpu模塊包括一個(gè)中央處理單元、存儲(chǔ)器、電源以及數(shù)字i／o點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。cpu負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，以便對(duì)工業(yè)自動(dòng)化控制任務(wù)或過程進(jìn)行控制。輸人部分從現(xiàn)場設(shè)備中采集信號(hào)，輸出部分則輸出控制信號(hào)，控制工業(yè)過程中的設(shè)備。
圖2 cpu 22*系列plc的cpu外形
從cpu模塊的功能來看，simatics7—200系列小型可編程序控制器發(fā)展至今，經(jīng)歷了兩代：第一代產(chǎn)品的cpu模塊為cpu 21*，現(xiàn)已停產(chǎn)。第二代產(chǎn)品的cpu模塊為cpu 22*，是在21世紀(jì)初投放市場的。其速度快，具有極強(qiáng)的通訊能力。它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的cpu單元。
(1)cpu 221 cpu 221具有6輸入／4輸出，共計(jì)10個(gè)點(diǎn)的i／o，無擴(kuò)展能力，有6 kb程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。還具有4個(gè)獨(dú)立的30 khz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20 khz高速脈沖輸出端，1個(gè)rs—485通訊／編程口，具有ppi通訊協(xié)議、mpi通訊協(xié)議和自由通訊方式。非常適合于小點(diǎn)數(shù)的控制系統(tǒng)。
(2)cpu 222 cpu 222除了具有cpu 221的功能外，其不同點(diǎn)在于：它有8輸人／6輸出，共計(jì)14點(diǎn)i／o?？梢詭蓚€(gè)擴(kuò)展模塊，最多擴(kuò)展8路模擬量和64個(gè)i／o，因此是更廣泛的全功能控制器。
(3)cpu 224 它在cpu 222的基礎(chǔ)上使主機(jī)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)增為24點(diǎn)，有14輸入／10輸出，可以帶7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大可擴(kuò)展為168點(diǎn)數(shù)字量或者35點(diǎn)模擬量的輸入和輸出；存儲(chǔ)容量也進(jìn)一步增加，有內(nèi)置時(shí)鐘，還增加了一些數(shù)學(xué)指令和高速計(jì)數(shù)器的數(shù)量，具有較強(qiáng)的控制能力。
(4)cpu 226 這種模塊在cpu 224的基礎(chǔ)上功能又進(jìn)一步增強(qiáng)，有24輸入／16輸出，主機(jī)輸入和輸出點(diǎn)數(shù)增到40點(diǎn)，最大可擴(kuò)展為248點(diǎn)數(shù)字量或35點(diǎn)模擬量；增加了通訊口的數(shù)量，通訊能力大大增強(qiáng)；它可用于點(diǎn)數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。
現(xiàn)在西門子公司新推出了一種增強(qiáng)型的cpu 226xm，它在用戶程序存儲(chǔ)容量上擴(kuò)大到8k字，其他指標(biāo)和cpu 226相同。
每一款主機(jī)模塊上都集成了24v直流電源，可以直接用于連接傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。利用eeprom存儲(chǔ)存儲(chǔ)程序和配置信息。用戶數(shù)據(jù)可通過主機(jī)的超級(jí)電容存儲(chǔ)若干天，電池模塊可選，可使數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)時(shí)間延長到200天?？梢杂闷胀ㄝ斎攵俗硬蹲奖萩pu掃描周期更快的脈沖信號(hào)，利用中斷輸入，允許以極快的速度對(duì)信號(hào)的上升沿做出響應(yīng)。速度為30 khz的高速計(jì)數(shù)器可以編程，并具有復(fù)位輸入端，多個(gè)獨(dú)立的輸入端，可同時(shí)用作加減計(jì)數(shù)，可以連接相應(yīng)數(shù)量的相位差為90度的a／b相增量編碼器。2路最大可達(dá)20khz的高頻脈沖輸出，可用以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位任務(wù)?？梢杂媚K上的電位器來改變它對(duì)應(yīng)的特殊寄存器中的數(shù)值，可以即時(shí)更改程序運(yùn)行中的一些參數(shù)，如定時(shí)／計(jì)數(shù)器的設(shè)定值、過程量的控制參數(shù)等。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可用以對(duì)信息加注時(shí)間標(biāo)記，記錄機(jī)器運(yùn)行時(shí)間或?qū)^程進(jìn)行時(shí)間控制。s7—22*各主機(jī)的主要技術(shù)性能指標(biāo)如表所列。
技術(shù)指標(biāo)
cpu221
cpu222
cpu224
cpu226
外型尺寸/mm
90*80*62
90*80*62
120.5*80*62
190*80*62
存儲(chǔ)器
用戶程序
2048字
2048字
4096字
4096字
用戶數(shù)據(jù)
1024字
1024字
2560字
2560字
用戶存儲(chǔ)器類型
eeprom
eeprom
eeprom
eeprom
數(shù)據(jù)后備（超級(jí)電容）
50小時(shí)
50小時(shí)
50小時(shí)
50小時(shí)
輸入/輸出
本機(jī)i/o
6入/4出
8入/6出
14入/10出
24入/16出
可擴(kuò)展模塊數(shù)量
無
2
7
7
數(shù)字量i/o映像區(qū)
（128入/128出）
（128入/128出）
（128入/128出）
（128入/128出）
模擬量i/o映像區(qū)
無
16入/16出
32入/32出
32入/32出
布爾指令執(zhí)行速度
0.37 μs/指令
0.37 μs/指令
0.37 μs/指令
0.37 μs/指令
主要內(nèi)部繼電器
i/o映像寄存器
128i和128q
128i和128q
128i和128q
128i和128q
內(nèi)部通用繼電器
256
256
256
256
計(jì)數(shù)器/定時(shí)器
256/256
256/256
256/256
256/256
字入/字出
無
16/16
32/32
32/32
順序控制繼電器
256
256
256
256
附加功能
內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器
4h/2w(20khz)
4h/2w(20khz)
6h/4w(20khz)
6h/4w(20khz)
模擬量調(diào)節(jié)電位器
1
1
2
2
高速脈沖輸出
2(20 khz,dc)
2(20 khz,dc)
2(20 khz,dc)
2(20 khz,dc)
通訊中斷
1發(fā)送/2接受
1發(fā)送/2接受
1發(fā)送/2接受
1發(fā)送/2接受
硬件輸入中斷
4，輸入濾波器
4，輸入濾波器
4，輸入濾波器
4，輸入濾波器
定時(shí)中斷
2（1-255 ms）
2（1-255 ms）
2（1-255 ms）
2（1-255 ms）
實(shí)時(shí)時(shí)鐘
有（時(shí)鐘卡）
有（時(shí)鐘卡）
有（內(nèi)置）
有（內(nèi)置）
口令保護(hù)
有
有
有
有
通訊功能
通訊口數(shù)量
1（rs-485）
1（rs-485）
1（rs-485）
2（rs-485）
支持協(xié)議
0號(hào)口
1號(hào)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號(hào)口）
ppi主站點(diǎn)到點(diǎn)
netr/netw
netr/netw
netr/netw
netr/netw
表 s7—22*各主機(jī)的主要技術(shù)性能指標(biāo)
3. 擴(kuò)展模塊
輸入和輸出點(diǎn)是系統(tǒng)與被控制對(duì)象的連接點(diǎn)。用戶可以使用主機(jī)i／o和擴(kuò)展i／o。s7—200系列cpu提供一定數(shù)量的主機(jī)數(shù)字量i／o點(diǎn)，但在主機(jī)點(diǎn)數(shù)不夠的情況下，就必須使用擴(kuò)展模塊的i／o點(diǎn)。有時(shí)需要完成過程量控制時(shí)，可以擴(kuò)展模擬量的輸入／輸出模塊。當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時(shí)，s7—200主機(jī)可以擴(kuò)展特殊功能模塊。所以s7—200擴(kuò)展模塊包括數(shù)字量輸入／輸出擴(kuò)展模塊、模擬量輸入／輸出擴(kuò)展模塊和功能擴(kuò)展模塊。典型的輸入／輸出模塊和特殊功能模塊有：
(1) 數(shù)字量i／o擴(kuò)展模塊
s7—200plc系列目前總共可以提供幾類數(shù)字量輸入／輸出擴(kuò)展模塊：
輸入擴(kuò)展模塊em221有三種：8點(diǎn)dc24v輸入；16點(diǎn)dc24v輸入；8點(diǎn)光電隔離輸入，交直流通用，可直接輸入交流220v。
輸出擴(kuò)展模塊em222有五種：4點(diǎn)dc24v輸出；4點(diǎn)繼電器輸出；8點(diǎn)dc24v輸出，8點(diǎn)繼電器輸出；8點(diǎn)光電隔離晶閘管輸出。
輸入／輸出混合擴(kuò)展模塊em223有六種：分別為4點(diǎn)、8點(diǎn)、16點(diǎn)輸入／4點(diǎn)、8點(diǎn)、16點(diǎn)輸出的各種組合，三種為dc24v輸出，另三種為繼電器輸出。
(2) 模擬量i／o擴(kuò)展模塊
模擬量輸入擴(kuò)展模塊em231有3種：4路模擬量輸入，輸入量程可配置為4——20ma、0——5v、0——10v、±5v或±10v等；2路熱電阻輸入；4路熱電偶輸入。12位精度。
模擬量輸出擴(kuò)展模塊em232：具有2路模擬量輸出。12位精度。
模擬量輸入／輸出擴(kuò)展模塊em235：具有4路模擬量輸入和1路模擬量輸出（占用2路輸出地址）。12位精度。
(3)功能擴(kuò)展模塊
功能擴(kuò)展模塊有em253位置控制模塊、em277 profibus-dp模塊、em241調(diào)制解調(diào)器模塊、cp243-1以太網(wǎng)模塊和cp243-2 as-i接口模塊等。
擴(kuò)展模塊時(shí)，通過cpu模塊和擴(kuò)展模塊上的擴(kuò)展電纜把各個(gè)擴(kuò)展模塊依次串接起來，形成一個(gè)擴(kuò)展鏈。在進(jìn)行最大i／o配置的預(yù)算時(shí)要考慮以下幾個(gè)因素的限制：允許的擴(kuò)展模塊數(shù)、映像寄存器的數(shù)量、cpu為擴(kuò)展模塊所能提供的最大電流和每種擴(kuò)展模塊消耗的電流。