西門子S7-200SMART中可編程控制器CPUST20 西門子S7-200SMART中可編程控制器CPUST20
S7-200 SMART 系列包括許多微型可編程邏輯控制器 （Micro PLC， Micro Programmable Logic Controller），這些控制器可以控制各種自動化應(yīng)用。S7-200 SMART 結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉且具有功能強大的指令集，這使其成為控制小型應(yīng)用的完美解決方案。 S7-200 SMART 產(chǎn)品多種多樣且提供基于 Windows 的編程工具，這使得您可以靈活地解決各種自動化問題。本手冊提供了有關(guān) S7-200 SMART CPU 的安裝和編程信息，適用于具備可編程邏輯控制器基本知識的工程師、編程人員、安裝人員和電氣人員。
S7-200 SMART 系列微型可編程邏輯控制器 （Micro PLC， Micro Programmable Logic Controller） 可以控制各種設(shè)備以滿足您的自動化控制需要。 CPU 根據(jù)用戶程序控制邏輯監(jiān)視輸入并更改輸出狀態(tài)，用戶程序可以包含布爾邏輯、計數(shù)、定時、復(fù)雜數(shù)學(xué)運算以及與其它智能設(shè)備的通信。 S7-200 SMART 結(jié)構(gòu)緊湊、組態(tài)靈活且具有功能強大的指令集，這些優(yōu)勢的組合使它成為控制各種應(yīng)用的完美解決方案。
CPU 將微處理器、集成電源、輸入電路和輸出電路組合到一個結(jié)構(gòu)緊湊的外殼中，形成功能強大的 Micro PLC。下載用戶程序后，CPU 將包含監(jiān)控應(yīng)用中的輸入和輸出設(shè)備所需的邏輯。
西門子S7-200 CPU224可編程控制器的結(jié)構(gòu)、性能指標
l 西門子S7-200 CPU224可編程控制器工作方式
l 擴展模塊介紹
l S7-200系列可編程控制器編址、尋址方式
l 可編程控制器元件功能及地址分配
2.1 S7-200系列PLC概述
西門子S7系列可編程控制器分為S7-400、S7-300、S7-200三個系列，分別為S7系列的大、中、小型可編程控制器系統(tǒng)。S7-200系列可編程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，其中CPU22X型可編程控制器提供了4個不同的基本型號，常見的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226 4種基本型號。
小型PLC中，CPU221價格低廉能滿足多種集成功能的需要。CPU 222是S7-200家族中低成本的單元，通過可連接的擴展模塊即可處理模擬量。CPU 224具有更多的輸入輸出點及更大的存儲器。CPU 226和226XM是功能的單元，可完全滿足一些中小型復(fù)雜控制系統(tǒng)的要求。四種型號的PLC具有下列特點：
（1）集成的24V電源
可直接連接到傳感器和變送器執(zhí)行器，CPU 221和CPU222具有180mA 輸出。CPU224輸出280mA，CPU 226、CPU 226XM輸出400mA 可用作負載電源。
（2）高速脈沖輸出
具有2 路高速脈沖輸出端，輸出脈沖頻率可達20KHz，用于控制步進電機或伺服電機，實現(xiàn)定位任務(wù)。
（3）通信口
CPU 221、CPU222和CPU224具有1個RS-485通信口。CPU 226、CPU 226XM具有2個RS-485通信口。支持PPI、MPI通信協(xié)議，有自由口通信能力。
（4）模擬電位器
CPU221/222有1個模擬電位器，CPU224/226/226XM有2個模擬電位器。模擬電位器用來改變特殊寄存器（SMB28，SMB29）中的數(shù)值，以改變程序運行時的參數(shù)。如定時器、計數(shù)器的預(yù)置值，過程量的控制參數(shù)。
（5）中斷輸入允許以極快的速度對過程信號的上升沿作出響應(yīng)。
（6）EEPROM 存儲器模塊（選件）
可作為修改與拷貝程序的快速工具，無需編程器并可進行輔助軟件歸檔工作。
（7）電池模塊
用戶數(shù)據(jù)（如標志位狀態(tài)、數(shù)據(jù)塊、定時器、計數(shù)器）可通過內(nèi)部的超級電容存儲大約5 天。選用電池模塊能延長存儲時間到200天（10年壽命）。電池模塊插在存儲器模塊的卡槽中。
（8）不同的設(shè)備類型
CPU 221~226 各有2種類型CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓。
（9）數(shù)字量輸入/輸出點
CPU 221具有6個輸入點和4個輸出點；CPU 222具有8個輸入點和6個輸出點；CPU 224 具有14個輸入點和10個輸出點；CPU226/226XM 具有24個輸入點和16個輸出點。CPU22X主機的輸入點為24V直流雙向光電耦合輸入電路，輸出有繼電器和直流（MOS型）兩種類型。
（10）高速計數(shù)器
CPU 221/222有4個30KHz高速計數(shù)器，CPU224/226/226XM有6個30KHz的高速計數(shù)器，用于捕捉比CPU掃描頻率更快的脈沖信號。
各型號PLC功能見表2-1。
2.2 S7-200系列CPU224型PLC的結(jié)構(gòu)
2.2.1 CPU224型PLC外型及端子介紹
1. CPU224型PLC外型
CPU224型PLC外型如圖2-1所示，其輸入、輸出、CPU、電源模塊均裝設(shè)在一個基本單元的機殼內(nèi)，是典型的整體式結(jié)構(gòu)。當系統(tǒng)需要擴展時，選用需要的擴展模塊與基本單元連接。
圖2-1 S7-200 PLC外型
底部端子蓋下是輸入量的接線端子和為傳感器提供的24V直流電源端子。
基本單元前蓋下有工作模式選擇開關(guān)、電位器和擴展I/O連接器，通過扁平電纜可以連接擴展I/O模塊。西門子整體式PLC配有許多擴展模塊，如數(shù)字量的I/O擴展模塊、模擬量的I/O擴展模塊、熱電偶模塊、通信模塊等，用戶可以根據(jù)需要選用，讓PLC的功能更強大。
2. CPU224型PLC端子介紹
（1）基本輸入端子
CPU224的主機共有14個輸入點（I0.0～I0.7、I1.0～I1.5）和10個輸出點（Q0.0～Q0.7，Q1.0～Q1.1），在編寫端子代碼時采用八進制，沒有0.8和0.9。CPU224輸入電路參見圖2-2，它采用了雙向光電耦合器，24V直流極性可任意選擇，系統(tǒng)設(shè)置1M為輸入端子（I0.0～I0.7）的公共端，2M為（I1.0～I1.5）輸入端子的公共端。
圖2-2 PLC輸入端子
（2）基本輸出端子
CPU224的10個輸出端參見圖2-3，Q0.0～Q0.4共用1M和1L公共端，Q0.5～Q1.1共用2M和2L公共端，在公共端上需要用戶連接適當?shù)碾娫�，為PLC的負載服務(wù)。
CPU224的輸出電路有晶體管輸出電路和繼電器輸出兩種供用戶選用。在晶體管輸出電路中（型號為6ES7 214-1AD21-0xB0）中，PLC由24V直流供電，負載采用了MOSFET功率驅(qū)動器件，所以只能用直流為負載供電。輸出端將數(shù)字量輸出分為兩組，每組有一個公共端，共有1L，2L兩個公共端，可接入不同電壓等級的負載電源。在繼電器輸出電路中（型號為6ES7 212-1BB21-0xB0），PLC由220V交流電源供電，負載采用了繼電器驅(qū)動，所以既可以選用直流為負載供電，也可以采用交流為負載供電。在繼電器輸出電路中，數(shù)字量輸出分為三組，每組的公共端為本組的電源供給端，Q0.0～Q0.3共用1L，Q0.4～Q0.6共用2L，Q0.7～Q1.1共用3L，各組之間可接入不同電壓等級、不同電壓性質(zhì)的負載電源。如圖2-4所示。
圖2-3 PLC晶體管輸出輸出端子
圖2-4 繼電器輸出形式PLC輸出端子
（3）高速反應(yīng)性
CPU224 PLC有6個高速計數(shù)脈沖輸入端（I0.0～I0.5），最快的響應(yīng)速度為30KHz用于捕捉比CPU掃描周期更快的脈沖信號.
CPU224 PLC 有2個高速脈沖輸出端（Q0.0，Q0.1），輸出頻率可達20KHz，用于PTO （高速脈沖束）和PWM（寬度可變脈沖輸出）高速脈沖輸出。
（4）模擬電位器
模擬電位器用來改變特殊寄存器（SM28，SM29）中的數(shù)值，以改變程序運行時的參數(shù)。如定時器、計數(shù)器的預(yù)置值，過程量的控制參數(shù)。
（5）存儲卡
該卡位可以選擇安裝擴展卡。擴展卡有EEPROM存儲卡，電池和時鐘卡等模塊。存儲卡用于用戶程序的拷貝復(fù)制。在PLC通電后插此卡，通過操作可將PLC中的程序裝載到存儲卡。當卡已經(jīng)插在基本單元上，PLC通電后不需任何操作，卡上的用戶程序數(shù)據(jù)會自動拷貝在PLC中。利用這一功能，可對無數(shù)臺實現(xiàn)同樣控制功能的CPU22X系列進行程序?qū)懭搿?/span>
注意：每次通電就寫入一次，所以在PLC運行時，不要插入此卡。
電池模塊用于長時間保存數(shù)據(jù)，使用CPU224內(nèi)部存儲電容數(shù)據(jù)存儲時間達190小時，而使用電池模塊數(shù)據(jù)存儲時間可達200天。
2.2.2 CPU224型PLC的結(jié)構(gòu)及性能指標
CPU224型可編程控制器主要由CPU、存儲器、基本I/O接口電路、外設(shè)接口、編程裝置、電源等組成（見圖2-5）。
圖2-5 可編程控制器結(jié)構(gòu)
CPU224型可編程控制器有兩種，一種是CPU 224 AC/DC/繼電器，交流輸入電源，提供24V直流給外部元件（如傳感器等），繼電器方式輸出，14點輸入，10點輸出；一種是CPU 224 DC/DC/DC，直流24V輸入電源，提供24V直流給外部元件（如傳感器等），半導(dǎo)體元件直流方式輸出，14點輸入，10點輸出。用戶可根據(jù)需要選用。它們的主要技術(shù)參數(shù)參看表2-1～表2-4。
2.2.3 PLC的CPU的工作方式
1. CPU的工作方式
CPU前面板上用兩個發(fā)光二極管顯示當前工作方式，綠色指示燈亮，表示為運行狀態(tài)，紅色指示燈亮，表示為停止狀態(tài)，在標有SF指示燈亮?xí)r表示系統(tǒng)故障，PLC停止工作。
（1）STOP（停止）。CPU在停止工作方式時，不執(zhí)行程序，此時可以通過編程裝置向PLC裝載程序或進行系統(tǒng)設(shè)置，在程序編輯、上下載等處理過程中，必須把CPU置于STOP方式。
（2）RUN（運行）。CPU在RUN工作方式下，PLC按照自己的工作方式運行用戶程序。
2. 改變工作方式的方法
（1）用工作方式開關(guān)改變工作方式。
工作方式開關(guān)有3個擋位：STOP、TERM（Terminal）、RUN。
把方式開關(guān)切到STOP位，可以停止程序的執(zhí)行。
把方式開關(guān)切到RUN位，可以起動程序的執(zhí)行。
把方式開切到TERM（暫態(tài)）或RUN位，允許STEP7- Micro/WIN32軟件設(shè)置CPU工作狀態(tài)。
如果工作方式開關(guān)設(shè)為STOP或TERM，電源上電時，CPU自動進入STOP工作狀態(tài)。
設(shè)置為RUN時，電源上電時，CPU自動進入RUN工作狀態(tài)。
（2）用編程軟件改變工作方式。
把方式開關(guān)切換到TERM（暫態(tài)），可以使用STEP 7-Micro/WIN32編程軟件設(shè)置工作方式。
（3）在程序中用指令改變工作方式。
在程序中插入一個STOP指令，CPU可由RUN方式進入STOP工作方式。
2.3 擴展功能模塊
2.3.1 擴展單元及電源模塊
1. 擴展單元
擴展單元沒有CPU，作為基本單元輸入/輸出點數(shù)的擴充，只能與基本單元連接使用。不能單獨使用。S7-200的擴展單元包括數(shù)字量擴展單元，模擬量擴展單元，熱電偶、熱電阻擴展模塊，PROFIBUS-DP通信模塊。
用戶選用具有不同功能的擴展模塊，可以滿足不同的控制需要，節(jié)約投資費用。連接時CPU模塊放在最左側(cè)，擴展模塊用扁平電纜與左側(cè)的模塊相連。
2. 電源模塊
外部提供給PLC的電源，有24VDC、220VAC兩種，根據(jù)型號不同有所變化。S7-200的CPU單元有一個內(nèi)部電源模塊，S7-200小型PLC的電源模塊與CPU封裝在一起，通過連接總線為CPU模塊、擴展模塊提供5V的直流電源，如果容量許可，還可提供給外部24V直流的電源，供本機輸入點和擴展模塊繼電器線圈使用。應(yīng)根據(jù)下面的原則來確定I/O電源的配置。
（1）有擴展模塊連接時，如果擴展模塊對5VDC電源的需求超過CPU的5V電源模塊的容量，則必須減少擴展模塊的數(shù)量。
（2）當+24V直流電源的容量不滿足要求時，可以增加一個外部24V直流電源給擴展模塊供電。此時外部電源不能與S7-200的傳感器電源并聯(lián)使用，但兩個電源的公共端（M）應(yīng)連接在一起。
