S7-200PLC的硬件构造分析

德国西门子（SIEMENS）公司的SIMATIC系列PLC经历了C3、S3、S5及S7系列，已成为应用非常广泛的可编程控制器。产品发展至今，S3、S5系列PLC已逐步退出市场，而S7系列PLC已发展成为西门子自动化系统的控制核心。

西门子S7-200系列PLC是SIMENS公司生产的小型PLC，属于西门子S7-200/300/400PLC家族中功能最精简、I/O点数最少、扩展性能最低的产品。S7-200系列PLC的基本单元将CPU、电源、I/O点集成在一个封装中，其结构紧凑，功能强大，使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。主要应用于与自动检测、自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施及环保设备等。

S7-200系列PLC构建的控制系统一般由一个必备的基本单元和若干个可选择的扩展模块组成，用户可根据系统的实际控制要求进行灵活配置。

1.基本单元

S7-200系列包括CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226共5种型号的基本单元，其主要技术指标见表2-1，外形结构如图2-1所示。

表-1 S7-200 CPU主要技术指标

图2-1 CPU224 DC/DC/DC外形图

CPU221为整体式固定I/O结构，无扩展功能，属于微型控制器。其余4种（CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226）均为基本单元加扩展的结构，其中CPU224XP是S7-200系列的升级产品，它另外集成有2路模拟量输入（10位，±DC10V），1路模拟量输出（10位，DC0～10V或DC4～20mA），有2个RS-485通信口，高速脉冲输出频率提高到100kHz，双相高速计数器频率提高到100kHz。CPU226适用于复杂的中小型控制系统，可扩展到248点数字量和35路模拟量，有2个RS-485通信接口。

S7-200 PLC的CPU模块均集成有一定数量的输入点，输入点内部带有双向光耦输入元件，其数字量输入技术指标见表2-2。

表2- S7-200数字量输入技术指标

S7-200 PLC的CPU模块均集成有一定数量的输出点，当采用CPU模块为DC电源输入时，输出采用直流晶体管驱动；当采用CPU模块为AC电源输入时，输出采用继电器接点驱动；输出均带有公共端，但点数不一。输出点内部带有光耦元件，其CPU模块的数字量输出技术指标见表2-3。

表-3 S7-200数字量输出技术指标

2.扩展模块

为了更好地满足实际工程应用要求，S7-200系列PLC提供了多种类型的扩展模块，可以通过选用不同功能的扩展模块与基本单元结合，进一步完善和发挥PLC的功能。但扩展模块只能与基本单元配合使用，不能单独构成系统。

S7-200系列PLC的基本单元与各类扩展模块之间、扩展模块与扩展模块之间均通过扩展模块自带的电缆进行连接。

（1）数字量I/O扩展模块

S7-200系列PLC提供了多种数字量I/O扩展模块，包括EM221、EM222、EM223扩展模块。可提供8点、16点或32点数字量I/O点，以满足不同的控制需要。除CPU221外，其他CPU模块均可以配接多个扩展模块，连接时CPU模块放在最左侧，扩展模块用扁平电缆与左侧的模块相连。具体数字量输入/输出模块见表2-4，外形结构如图2-2所示。

表-4 数字量扩展模块

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图2-2 EM2228点继电器输出外形图

（2）模拟量扩展模块

S7-200PLC有3种模拟量扩展模块，见表2-5，转换位数都为12位。外形结构如图2-3所示。

表-5 模拟量扩展模块

图2-3 EM231热电阻模块外形图

（3）热电偶/热电阻模块

EM231热电偶/热电阻模块是最常用的模块，具有冷端补偿电路。EM231热电偶输出的电压范围为±80mV，模块输出15位加符号位的二进制数。EM231热电偶可以用于J、K、E、N、S、T和R型热电偶，用模块下方的DIP开关来选择热电偶的类型。EM231热电阻的接线方式有2线、3线和4线三种，4线方式的精度最高，2线方式受接线误差的影响精度最低；EM231热电阻模块可以通过DIP开关来选择热电阻的类型、接线方式、测量单位和开路故障的方向。

3.特殊功能扩展模块

S7-200PLC还提供了一些特殊功能模块，用于完成特定的任务。

1）EM253：该模块为定位控制模块，能提供12Hz～200kHz的脉冲频率，用于步进电动机和伺服电动机的速度和位置的开环控制。

2）EM277：PROFIBUS-DP从站通信模块。在PROFIBUS-DP网络中，S7-200 PLC与EM277模块配合，只能作从站。

3）EM241：Modem通信模块。通过该模块可以实现S7-200 PLC通过电话交换机和电话网络的远距离通信。

4）CP243-1：工业以太网通信模块。通过该模块可以将S7-200 PLC连接在以太网上，使用时需要对其进行组态，支持STEP 7-Micro/WIN32软件。

5）CP243-1 IT：工业以太网通信模块，可提供Web/E-mail等IT应用。

6）CP243-2：AS-i主站模块，与S7-200 PLC配合使用，使S7-200 PLC接入AS-i网络。

4.相关设备

S7-200系列PLC提供了文本显示器TD-200和TD-200C，它们可以显示两行，每行20个字符，每两个字符的位置可以显示1个汉字，通过它们可以查看、监控和改变应用程序的过程变量。S7-200系列PLC支持TP070和TP170触摸屏，它们用专用的组态软件PROTOOL来生成画面，由用户自定义操作接口，例如图形、滚动条、按钮、指示灯以及输入框等。