SIMATICS7-200系列PLC的硬件构成

及系统特性

德国西门子的S7系列PLC包括S7-200、S7-300、

S7-400，分别应用于小型、中型、大型自动化系统

S7-200一般适用于小型自动化系统、

S7-300适用于中型自动化系统、

S7-400，适用于大型自动化系统

2.3.1SIMATICS7-200系列PLC的硬件构成

S7-200系列

CPU22X

编程设备

通信处理器

CP243

数字量输入/输出

扩展模块

模拟量输入/输出

扩展模块

调制解调器模块

EM241

文本显示器

TD200

可选扩展卡

……

（1）CPU单元（也称PLC主机），实际上它内部包括：

CPU、存储单元、输入/输出接口、RS485通信接口、

5VDC和24VDC电源、它本身就是一台能独立工作

的PLC。SIMATICS7-200系列有若干型号的CPU

单元供用户选择。

（2）编程设备，用来对PLC进行编程与调试，有两种

编程设备供用户使用，一种是手持式编程器，一种

是装有PLC编程软件的普通PC计算机。

以上两种设备就可构成PLC的最小应用系统

（4）模拟量输入/输出扩展模块，当输入/输出信号为

为模拟量（如电压、温度等）需要使用模拟量

输入/输出扩展模块。有不同型号的模拟量输入/

输出扩展模块可供用户选择。

（3）数字量输入/输出扩展模块，当CPU单元自身带

的数字量输入/输出控制点数不够用时，可用它

来进行扩展，有不同型号的数字量输入/输出扩

展模块可供用户选择。

（5）TD200文本显示器，是一种简易的人机接口，

在PLC运行时操作人员可以通过它读取信息、

输入命令。有多种不同面板模式的文本显示器

可供用户选择。此外用户还可以选择触摸屏单

元作为人机接口设备。

（6）可选扩展卡,根据应用需要配置的扩展存储卡

时钟卡等．

（７）通信处理模块，用于实现多个ＰＬＣ实现主

从通信，一个主ＰＬＣ主站最多可连接３２

个ＰＬＣ从站．

（８）智能扩展模块，模块本身含有ＣＰＵ实现

更多扩展功能的模块．

2.3.2SIMATICS7-200系列PLC的CPU单元

1.CPU模块的外型结构

2.S7-200的S7-22X系列CPU单元

S7-200有5种型号的CPU单元供用户选择，分别为：

CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226,

它们的输入/输出配置如下表所示：

3.CPU单元的主要特点

（1）自身有高速计数器，最快的响应速度为30KHz

（2）自身有高速脉冲输出接口，最高频率为20KHz

（3）配有超级电容，可实现断电保护最长为100分钟

（4）运算指令功能丰富，并具有实数运算功能

（5）可为输入信号设置滤波器，提高抗干扰能力

（6）内部配有+5VDC电源，电流输出能力为1000mA;

内部配有+24VDC电源，电流输出能力为400mA

(7)具有RS-485通信接口,可与计算机、手持编程

器、文本显示器等通信

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

数字量输入输出模块的特点：

（1）数字量输入输出模块本身无CPU，使用时必须

与CPU连接一起使用

（2）数字量输入输出模块本身无电源，正常工作需

要的5VDC电源由CPU单元提供

（3）数字量输入输出模块需要的24VDC电源可以由

CPU单元提供，当电源输出电流不够时需使用

外部开关电源供电

（4）扩展数字量输入输出模块与CPU单元结构连接

一般采用标准DIN导轨连接结构

CPU单元

扩展I/O模块

DIN连接导轨

使用多个标准DIN导轨连接的情况

模拟量输入/输出扩展模块主要有下列型号：

1.模拟量输入输出模块的特点

（1）采用12位A/D芯片，转换精度达0.01%

转换的机器数数据格式为：

1）输入数据格式

单极性输入

双极性输入

2）输出数据格式

电流输出

电压输出

（2）模拟量输入输出模块有多种量程(16种)输入范围:

0~5V，0~1V，0~10V,0~20V0~50mV,0~100mV,

0~500mV,(单极性)

±2.5V,±0.5V,±5V,±10V,±25mV,±50mV,

±100mV,±250mV,±500mV(双极性)

量程输入范围可以通过模拟量输入输出模块上的

DIP开关进行设置,祥见各模块说明书.

（3）模拟量输入输出模块带有模拟输入滤波器,可

对输入信号进行滤波

(4)可对输入模拟信号进行校准

(5)转换速度较高,典型转换时间为250µs

2.模拟量与PLC的机器数值对应关系

模拟量的数值－模拟量的起点值

=

机器数值－机器数起点值

模拟量的最大值－模拟量的起点值

机器数最大值－机器数起点值

例：量程为0-10MPa的压力变送器输出信号为4-20mA，模拟量输

入模块将0-20mA转换为PLC的机器数0-32000，设模拟量转换

后得到的机器数值为7680，求以KPa为单位的压力值。

练习：量程为0-10MPa的压力变送器输出信号为4-20mA，模拟量

输入模块将0-20mA转换为PLC的机器数0-32000，当压力值

为1MPa时，PLC中对应的机器数为多少？

2.3.5温度测量模块

温度测量模块是包括EM231TC热电偶模块（4点）和

EM231RTD热电阻模块（2点），在PLC采用热电偶

或热电阻测量温度时使用。

EM231热电偶模块可适用多种型号热电偶，当使用不同型号热电偶时，通过模块上的一个8位DIP开关设置，祥见说明书。

同样，EM231热电阻模块可适用多种型号热电阻，当使用不同型号热电阻或采用不同连接方式时，也通过模块上一个8位DIP开关设置，祥见说明书。

2.3.6S7-200PLC的本机I/O地址和扩展I/O地址

1.CPU单元的本机I/O地址

CPU单元带有的输入输出点具有固定的本机I/O映像

地址，如CPU221：

CPU221

输出点的映像地址

输入点的映像地址

I03

表示输入

输入映像寄存器号

Q02

表示输出

输出映像寄存器号

点号

点号

扩展输入输出模块与CPU单元统一编址，但数字量与

模拟量是分开编址的。数字量的地址开头使用I或O；

模拟量地址开头使用AIW或AQW。例：由CPU224XP

和3个输入输出扩展模块组成的系统I/O映像地址如下：

2.扩展输入输出模块的I/O地址

CPU224XP

EM223

…

…

AIW0

AIW2

…

AQW0

EM235

AIW4AQW2

AIW6

AIW8

AIW10

EM222

2.3.7S7-200PLC的外部接线

1.PLC交流系统的外部接线

2.PLC直流系统的外部接线

3.PLC外部接线的注意事项

（1）要将流过交变大电流的导线与流过小信号的导线

分开布线；

（2）将CPU为输入和输出电路供电的DC24V电源的M

端接地可提高抑制噪声的能力；

（3）使用同一个电源，其参考点只能有一个接地点；

（4）DC24V电源回路与设备之间、AC220V电源与危

险环境之间应提供电气隔离与保护；

（5）对感性负载应采取特殊措施避免干扰。

练习题：一个应用系统有20个开关量输入点，4个

模拟量输入点，15个开关量输出点（输出点电源为

220VAC），2个模拟量输出点。如果采用S7-200PLC

组成控制系统，回答下面问题：

（1）进行硬件选型设计，列出采购清单。

（2）给出该PLC控制系统的I/O映像地址