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数字量扩展模块

当CPU模块I/O点数不能满足控制系统的需要时，用户可根据实际的需要对I/O点数进行扩展。数字量扩展模块不能单独使用，需要通过自带的扁平电缆与CPU模块相连。数字量扩展模块通常有3类，分别为数字量输入模块、数字量输出模块和数字量输入输出混合模块。

1.1.3　模拟量扩展模块

模拟量扩展模块为主机提供了模拟量输入/输出功能，适用于复杂控制场合。它通过自身扁平电缆与主机相连，并且可以直接连接变送器和执行器。模拟量扩展模块通常可以分为3类，分别为模拟量输入模块、模拟量输出模块和模拟量输入输出混合模块。典型模块有EM231、EM232和EM235，其中EM231为模拟量4点输入模块，EM232为模拟量2点输出模块，EM235为4点输入/1点输出模拟量输入/输出模块。

1.1.4　特殊功能模块

当需要完成特殊功能控制任务时，需要用到特殊功能模块。常见的特殊功能模块有通信模块、位置控制模块、热电阻和热电偶扩展模块等。

（1）通信模块

S7-200PLC主机集成1～2个RS-485通信接口，为了扩大其接口的数量和联网能力，各PLC还可以接入通信模块。常见的通信模块有PROFIBUS-DP从站模块EM227、调制解调器模块EM241、工业以太网模块和AS-i接口模块。

浔之漫智控技术（上海）有限公司（s）

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（2）位置控制模块

又称定位模块，常见的如控制步进电动机或伺服电动机速度模块EM253。为了输入运行和位置设置范围的需要，可外设编程软件。使用编程软件STEP7-Micro/WIN可生成位置控制模块的全部组态和移动包络信息，这些信息和程序块可一起下载到S7-200PLC中。位置控制模块所需的全部信息都储存在S7-200PLC中，当更换位置控制模块时，不需重新编程和组态。

（3）热电阻和热电偶扩展模块

热电阻和热电偶扩展模块是为S7-200CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226和CPU226XM设计的，是模拟量模块的特殊形式，可直接连接热电偶和热电阻测量温度，用户程序可以访问相应的模拟量通道，直接读取温度值。热电阻和热电偶扩展模块可以支持多种热电阻和热电偶，使用时经过简单的设置就可直接读出摄氏温度值和华氏温度值。常见的热电阻和热电偶扩展模块有EM231热电偶模块和EM231 RTD热电组模块。

相关设备是为了充分和方便地利用系统硬件及软件资源而开发和使用的一些设备，主要有编程设备、人机操作界面等。工业软件是为了更好管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序，主要有工程工具人机接口软件和运行软件。

1.2　S7-200PLC外部结构与接线

1.2.1　S7-200PLC的外部结构

CPU22X系列PLC的外部结构，其CPU单元、存储器单元、输入/输出单元及电源集中封装在同一塑料机壳内，它是典型的整体式结构。当系统需要扩展时，可选用需要的扩展模块与基本模块（又称主机、CPU模块）连接。

（1）输入端子

输入端子是外部输入信号与PLC连接的接线端子，位于底部端盖下面。此外，外部端盖下面还有输入公共端子和24V直流电源端子，24V直流电源为传感器和光电开关等提供能量。

（2）输出端子

输出端子是外部负载与PLC连接的接线端子，位于顶部端盖下面。此外，顶部端盖下面还有输出公共端子和PLC工作电源接线端子。

（3）输入状态指示灯（LED）

输入状态指示灯用于显示是否有输入控制信号接入PLC。当指示灯亮时，表示有控制信号接入PLC；当指示灯不亮时，表示没有控制信号接入PLC。

（4）输出状态指示灯（LED）

输出状态指示灯用于显示是否有输出信号驱动执行设备。当指示灯亮时，表示有输出信号驱动外部设备；当指示灯不亮时，表示没有输出信号驱动外部设备。

（5）CPU状态指示灯

CPU状态指示灯有RUN、STOP、SF三个，其中RUN、STOP指示灯用于显示当前工作方式。当RUN指示灯亮时，表示运行状态；当STOP指示灯亮时，表示停止状态；当SF指示灯亮时，表示系统故障，PLC停止工作。

（6）可选卡插槽

该插槽可以插入EEPROM存储卡、电池和时钟卡等。

① EEPROM存储卡　该卡用于复制用户程序。在PLC通电后插入此卡，通过操作可将PLC中的程序装载到存储卡中。当卡已经插在主机上，PLC通电后不需任何操作，用户程序数据会自动复制在PLC中。利用此功能，可将多台实现同样控制功能的CPU22X系列进行程序写入。

需要说明的是，每次通电就写入一次，所以在PLC运行时不需插入此卡。

② 电池　用于长时间存储数据。

③ 时钟卡　可以产生标准日期和时间信号。

（7）扩展接口

扩展接口在前盖下，它通过扁平电缆实现基本模块与扩展模块的连接。

（8）模式开关

模式开关在前盖下，可手动选择PLC的工作方式。

① CPU工作方式　CPU有2种工作方式。

a．RUN（运行）方式　CPU在RUN方式下，PLC执行用户程序。

b．STOP（停止）方式　CPU在STOP方式下，PLC不执行用户程序，此时可以通过编程装置向PLC装载或进行系统设置。在程序编辑、上下载等处理过程中，必须把CPU置于STOP方式。

② 改变工作方式的方法　改变工作方式有3种方法。

PLC应用领域非常广泛，具有容易使用、性能稳定、开发周期短、维护方便等特点。学习PLC无需深入研究其内部结构，只需了解PLC大致结构即可。PLC主要由CPU、存储器、输入/输出单元、电源等几部分组成。

①中央处理器CPU。CPU进行逻辑运算和数学运算，并协调系统工作。

②存储器：用于存放系统程序及监控运行程序、用户程序、逻辑及数学运算的过程变量和其他所有信息。

③电源：包括系统电源、备用电源和记忆电源。

④输入单元：输入单元用来完成输入信号的引入、滤波及电平转换。输入单元接口电路有直流输入和交流输入，直流输入接口，M为同一输入组输入电路的公共端。当外接触点接通时，光耦的发光二极管发光，光敏三极管饱和导通；当外接触点断开时，光耦的发光二极管熄灭，光敏三极管截止，信号经背板总线接口传送给CPU。

交流输入接口的额定输入电压为AC120V或AC230V，，用电容隔离输入信号的直流成分，交流成分经桥式整流器转换为直流。当外接触点接通时，光耦的发光二极管和显示用的发光二极管发光，光敏三极管饱和导通。当外接触点断开时，光耦的发光二极管熄灭，光敏三极管截止。

⑤输出单元。输出单元用于驱动电磁阀、继电器、接触器、指示灯等负载，输出接口有三种形式：继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出

继电器输出可以接交直流负载，负载电流允许大于2A。但受继电器触点开关速度低的限制，只能满足一般的低速控制需要。内部参考电路，当某一输出点为“1”时，通过背板总线接口和光耦，使对应的微型继电器线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载工作。当输出点为“0”时，对应的微型继电器线圈断电，其常开触点断开。

晶闸管输出只能接交流负载，开关速度较高，适合大电流、高速控制的场合。内部参考电路，当某一输出点为“1”时，通过背板总线接口和光耦，使对应的光敏双向晶闸管导通，外部负载工作。当输出点为“0”时，对应的光敏双向晶闸管截止，负载断电。

晶体管输出只能接36V以下的直流负载，开关速度高，适合高速控制的场合，负载电流约为0.5A。内部参考电路，输出信号经光耦送给输出元件，图中用带三角形符号的小方框表示输出元件。输出元件的饱和导通和截止相当于触点的接通和断开。

1.1.2 PLC的工作过程

PLC的CPU操作系统用来处理暖启动、刷新过程映像输入/输出、调用用户程序、检测中断事件和调用中断组织块、检测和处理错误、管理存储器、处理通信任务等。CPU有STARTUP（启动）、RUN（运行）和STOP（停止）操作模式，可以通过CPU面板上的状态LED查看当前的操作模式。

PLC的扫描工作过程。PLC上电后，CPU进入STARTUP模式，执行系统程序（内部处理和通信处理）。内部处理包括：①复位过程映像输入区（I区）。

②用上一次RUN模式后的值或替代值来初始化输出。

③执行一个或多个启动OB，将非保持性M存储器和数据块初始化为其初始值并启用组态的循环中断事件和时钟事件。

④将外设输入状态复制到过程映像输入区。

⑤将中断事件保存到队列，以便在RUN模式下进行处理。

⑥将过程映像输出区（Q区）的值写到外设输出。

如果有通信请求，CPU执行通信任务。

如果检查到某些错误，将禁止CPU进入RUN模式，进入STOP模式。在STOP模式下，CPU不执行用户程序，不会自动更新过程映像。

启动阶段结束后，如果没有错误，CPU进入RUN模式。为了使PLC的输出及时响应各种输入信号，CPU反复地执行下列过程（循环扫描过程）：

（1）输入刷新

在输入刷新阶段，PLC的CPU将每个输入端口的状态复制到输入数据映像寄存器（也称为输入继电器）中，程序执行和输出刷新被屏蔽。外接的输入电路接通时，对应的过程映像输入位为二进制的1，梯形图中对应输入点的常开触点接通，常闭触点断开。外接的输入电路断开时，对应的过程映像输入位为二进制的0，梯形图中对应输入点的常开触点断开，常闭触点接通。