3 S7-200的组成和系统配置
3 S7-200的组成和系统配置
本章以西门子公司生产的 S7-200系列小型可编程序控制器为例,介绍具体型号的 PLC,内容包括：
l S系列 PLC发展概述
l S7-200 可编程序控制器的主机结构组成
l 扩展模块简介
l S7-200 可编程序控制器系统配置
3.1 S系列 PLC发展概述
德国的西门子（ SIEMENS）公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商。其第一代可编程序控制器是 1975年投放市场的
SIMATIC S3系列的控制系统。
在 1979年，微处理器技术被应用到可编程序控制器中，产生了 SIMATIC S5系列，
取代了 S3系列，之后在 20世纪末又推出了
S7系列产品。
最新的 SIMATIC产品为 SIMATIC S7、
M7和 C7等几大系列。
3.2 S7-200 PLC系统组成
SIMATIC S7-200系列属小型可编程序控制器，发展至今，大致经历了两代：
第一代产品其 CPU模块为 CPU 21X，主机都可进行扩展，它具有四种不同结构配置的 CPU单元,CPU 212,CPU 214，
CPU 215和 CPU 216，对第一代 PLC产品不再作具体介绍。
第二代产品其 CPU模块为 CPU 22X，是在 21世纪初投放市场的，速度快，具有较强的通信能力。它具有四种不同结构配置的 CPU单元,CPU 221,CPU 222，
CPU 224和 CPU 226，除 CPU 221之外，
其他都可加扩展模块。
3.2.1 系统基本构成
SIMATIC S7-200系统由硬件和工业软件两大部分构成,如图 3.1所示 。
E M 1
扩展模块
E M 2
扩展模块
E M n
扩展模块
T D 2 0 0
文本显示器
TP 系列触摸屏通信及网络设备计算机工业软件
C P U
主机其他设备图
3.
1
S
7-
20
0P
LC
系统组成基本单元扩展单元特殊功能模块外部设备现场用户输出设备微处理器（ CPU）
运算器 控制器输出部件输入部件系统存储器用户存储器
I/O
扩展接口通讯及编程接口编程设备计算机打印机等传感器按钮、开关现场信号电磁阀中间继电器执行器现场用户输入设备扩展设备扩展单元通讯模块功能模块电源变换器～ 110V/220V市电
PLC基本单元
PLC系统结构示意图
系统基本构成
1,硬件
（ 1）基本单元
（ 2）扩展单元
（ 3）特殊功能模块
（ 4）相关设备
2,工业软件
工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序,文档及其规则的总和,
它主要由标准工具,工程工具,运行软件和人机接口等几大类构成 。
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3.2.2 主机结构
1,各 CPU介绍及 I/O系统
（ 1） 主机外形
SIMATIC S7-200系统 CPU 22X系列 PLC主机 （ CPU模块 ）
的外形如图 3.2所示：
图 3.2 S7-200主机外形状态显示通信口顶部端子盖电 源及输出端子前盖 方式开关,
电位器、扩展I / O 连接底部端子盖输入端子、传感器电源存储器卡组成
CPU模块的顶部端子盖内,电源及输出端子
底部端子盖内,输入端子及传感器电源
中部右侧前盖内,CPU工作方式开关
（ RUN/STOP）、模拟调节电位器和扩展 I/O接口
左侧,状态指示灯 LED、存储卡、及通讯口
状态指示灯 —— 显示 CPU的工作方式、本机
I/O的状态、系统错误状态。存储卡
（ EEPOM卡）可以存储 CPU程序。
RS-485的串行通讯端口 —— PLC主机实现人一机对话、机 — 机对话的通道。实现 PLC
与上位计算机的连接，实现 PLC与 PLC、编程器、彩色图形显示器、打印机等外部设备的连接。
扩展接口 —— PLC主机与输入、输出扩展模块的接口，作扩展系统之用。主机与扩展模块之间由导轨固定，并用扩展电缆连接。
（主机与扩展模块）
2,个人计算机（ PC）或编程器个人计算机（ PC）或编程器需装上
STEP7-Micro/WIN32编程软件后，才可供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视等。
要求个人计算机 CPU为 80586或更高的处理器,16M内存（最低要求为：
CPU80486,8M内存）。
手编器
工业上用的各厂商的可编程序控制器的使用中，手编器曾是主要编程设备，后来出现了图形输入设备，又出现了计算机编程软件。
通过通信设备，使 PLC和计算机相连，用编程软件可直接在计算机上编程，由于计算机的显示器屏幕较大，对程序的编制和修更加方便高效。但即使是现在，手编器的使用仍十分广泛，特别是用小型和微型 PLC实现的小规模系统。
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3,STEP7-Micro/WIN32编程软件
STEP7-Micro/WIN32编程软件的 基本功能 是创建、编辑、调试用户程序、组态系统等。
编程软件的 使用环境,支持 Windows
的应用软件。
4．通讯电缆通讯电缆是 PLC用来与个人计算机
（ PC）实现通讯的。可以用 PC/PPI电缆
（ RS232— RS485），也可用一个通讯处理器（ CP）和多点接口（ MP1）电缆，或者用一块 MPI卡及随 MPI卡提供的一根通讯电缆。
5．人机界面人机界面 主要指专用操作员界面，例如操作员面板、触摸屏、文本显示器等，
这些设备可以使用户通过友好的操作界面轻松地完成各种调整和控制的任务。
文本显示器
1,构造特点文本显示区：可显示两行信息（每行 20个字符）
的液晶显示 LCD 。
按键：共有 9个键 。
通信：通过 TD/CPU电缆（通用 RS232接口）可以提供可编程序控制器与 TD 200的通信，同时可以提供 TD的电源，而不必再另接电源。
电源：如果不用 TD/CPU通信电缆，可以通过面板右侧的电源接口连接外部电源。
2,主要功能
可以显示从 CPU主机读出的信息 （ 如读取指令,
数据,当前值及状态 ） ；
可以调整运行中选定的程序变量；
可以提供对输入输出点的强制功能；
可以为实时时钟设置日期和时间；
支持多种语言形式的菜单和提示并支持中文 。
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3.2.3 S7-200PLC主机性能
S7-200 CPU22X系列产品,CPU221模块、
CPU222模块,CPU224模块,CPU226模块,CUP226XM模块。
S7-200 22X各主机的主要技术性能指标如下表所示 。
CPU226模块 I/O总点数 为 40点（ 24/ 16
点），可带 7个扩展模块 ；
用户程序存储器 容量 为 6.6K字；
内置 6个 高速计数器,具有 PID控制的功能；
有 2个高速脉冲输出 端和 2个 RS-485通讯口；
具有 PPI通讯协议,MPI通讯协议和 自由口 协议的通讯能力。
CPU226AC/DC/继电器模块输入、输出单元的接线图
1 L 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,02 L 3 L 1,1 1,2
N1,71,41,3 L 1 A C1,5 1,6
1 M 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,0 1,1 1,2 1,41,3 2 M 1,5 1,6 2,32,22,12,01,7 2,4 2,5 2,6 2,7 LM
+
2 4 V D C
1 2 0 / 2 4 0 V A C
24点输入
16点输出
24个数字量输入点分成二组,
1.第一组由输入端子 I0.0~I0.7,I1.0~I1.4共 13
个输入点组成,每个外部输入的开关信号均由各输入端子接出，经一个直流电源终至公共端 1M；
1 L 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,02 L 3 L 1,1 1,2 N1,71,41,3 L 1 A C1,5 1,6
1 M 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,0 1,1 1,2 1,41,3 2 M 1,5 1,6 2,32,22,12,01,7 2,4 2,5 2,6 2,7 LM +
2 4 V D C
1 2 0 / 2 4 0 V A C
2,第二组 由输入端子 I1.5~I1.7,I2.0~I2.7
共 11个输入点组成，各输入端子的接线与第一组类似，公共端为 2M。
1 L 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,02 L 3 L 1,1 1,2 N1,71,41,3 L 1
A C1,5 1,6
1 M 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,0 1,1 1,2 1,41,3 2 M 1,5 1,6 2,32,22,12,01,7 2,4 2,5 2,6 2,7 LM +
2 4 V D C
1 2 0 / 2 4 0 V A C
由于是直流输入模块，所以采用直流电源作为检测各输入接点状态的电源（用户提供）。 M、
L+两个端子提供 24VDC/400mA传感器电源，
可以为传感器提供电源，也可以作为输入端的检测电源使用。
1 L 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,02 L 3 L 1,1 1,2 N1,71,41,3 L 1 A C1,5 1,6
1 M 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,0 1,1 1,2 1,41,3 2 M 1,5 1,6 2,32,22,12,01,7 2,4 2,5 2,6 2,7 LM +
2 4 V D C
1 2 0 / 2 4 0 V A C
16个数字量输出点分成三组,
1.由输出端子 Q0.0~Q0.3共四个输出点与公共端 1L组成
1 L 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,02 L 3 L 1,1 1,2 N1,71,41,3 L 1 A C1,5 1,6
1 M 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,0 1,1 1,2 1,41,3 2 M 1,5 1,6 2,32,22,12,01,7 2,4 2,5 2,6 2,7 LM +
2 4 V D C
1 2 0 / 2 4 0 V A C
2,第二组由输出端子 Q0.4~Q0.7,Q1.0
共 5个输出点与公共端 2L组成
1 L 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,02 L 3 L 1,1 1,2 N1,71,41,3 L 1 A C1,5 1,6
1 M 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,0 1,1 1,2 1,41,3 2 M 1,5 1,6 2,32,22,12,01,7 2,4 2,5 2,6 2,7 LM +
2 4 V D C
1 2 0 / 2 4 0 V A C
3,第三组由输出端子 Q1.1~Q1.7共 7个输出点与公共端 3L组成。每个负载的一端与输出点相连，另一端经电源与公共端相连。
1 L 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,02 L 3 L 1,1 1,2 N1,71,41,3 L 1 A C1,5 1,6
1 M 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,0 1,1 1,2 1,41,3 2 M 1,5 1,6 2,32,22,12,01,7 2,4 2,5 2,6 2,7 LM +
2 4 V D C
1 2 0 / 2 4 0 V A C
对于继电器输出方式，既可带直流负载，也可带交流负载。
负载的激励源由负载性质确定。输出端子排的右端 N,L1端子是供电电源
120/240VAC输入端。
该电源电压允许范围为 85~264VAC。
1 L 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,02 L 3 L 1,1 1,2 N1,71,41,3
L 1 A C1,5 1,6
1 M 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,0 1,1 1,2 1,41,3 2 M 1,5 1,6 2,32,22,12,01,7 2,4 2,5 2,6 2,7 LM
+
2 4 V D C
1 2 0 / 2 4 0 V A C
3.3 S7-200 PLC的接口模块
S7-200 PLC的接口模块有 数字量模块、模拟量模块、智能模块等 。（扩展规模、功能）
3.3.1数字量模块数字量输出模块数字量输入输出模块数字量输入模块数字量扩展模块
EM222
EM221
EM223
（一）数字量输入模块 EM221
分为直流输入模块和交流输入模块。
每一个输入点可接收一个来自用户设备的离散信号（ ON/OFF）。
输入设备,按钮、限位开关、选择开关、
继电器触点等。
1.直流输入模块 EM221
1）外部接线图：
.2,3
.6,7
1M,0,1
2M,4,5
.
.
+
+
直流输入模块
（ EM221 8× 24VDC）有 8
个数字量输入端子。接线图中,8个数字量输入点分成 2组。 1M,2M分别是 2
组输入点内部电路的公共端，每组需用户提供一个
24VDC电源。
2）直流输入电路：
内部电路
IN
COM
R1
R2
VL
光电耦合
C
SB1
24VDC
- +
+
-
现场开关通 /断状态，对应输入映象寄存器的 1/0状态，即当现场开关闭合时，对应的输入映象寄存器为,1”状态 ；当现场开关断开时，对应的输入映象寄存器为,0”
状态 。当输入端的发光二极管 VL点亮，即指示现场开关闭合。，外部直流电源用于检测输入点的状态，其极性可以任意接入。
电阻 R2和电容 C 的作用？
双向光电耦合器 的作用？
2．交流输入模块
1）外部接线图,ON 0N
4N
N
L1
N
L1
.0 1N 1N,1 2N 2N,2 3N 3N,3
.4 5N 5N,5 6N 6N,6 7N 7N,7有 8个 分隔式 数字量输入端子，每个输入点都占用二个接线端子。
它们 各自使用 1个独立的交流电源 （由用户提供）。这些交流电源可以不同相。（ 交流 I/O都是分隔式的 ）
2）交流输入电路：
SB1 IN
R1
内部电路
C
R2
R3
VL
COM
光电耦合交流输入模块的输入电路中，当现场开关闭合后，交流电源经 C,R2、双向光电耦合器的发光二极管，使发光二极管发光，
经光电耦合，光电三极管接收光信号，并将该信号送至 PLC内部电路，供 CPU处理。双向发光二极管 VL指示输入状态。
(二 ) 数字量输出模块 EM222
分为 直流输出模块、交流输出模块、交直流输出模块 三种（晶体管、晶闸管、继电器输出方式）。
数字量输出模块的每一个输出点能控制一个用户的离散型（ ON/OFF）负载。典型的负载包括：继电器线圈，接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等。
每一个输出点与一个且仅与一个输出电路相连，
输出电路把 CPU运算处理的结果转换成能够驱动现场执行机构的各种大功率的开关信号。 PLC的输出端子是 PLC向外部负载发出控制命令的窗口。
1,直流输出模块
1）外部接线图：
.
1M 1L+,0,1,2,3
2M 2L+,4,5,6,7
+
+
直流输出模块（ EM222
8× 24VDC），有 8个数字量输出点，接线图中 8
个数字量输出点分成 2组。
1L+,2L+分别是两组输出点内部电路的公共端，
每组需用户提供一个
DC24V的电流。
2）直流输出电路：
内部电路负载
DC24V
COM
OUT
输出映象寄存器为,1”状态时
—— 负载在外部电源激励下通电工作
输出映象寄存器为
,0”状态时 ——
外部负载断电，停止工作
2．交流输出模块
1）外部接线图：
N
L1
OL
L1
N
.0
.4
4-11
OL
4L
1L 1L,I 2L 2L,2 3L
5L 5L,5 6L 6L,6 7L交流输出模块
（ EM222
8× 120V/230VAC），
有 8个分隔式数字量输出点，接线图中每个输出点占用二个接线端子，且它们各自都由用户提供一个独立的交流电源，这些交流电源可以不同相。
2）交流输出电路：
交流输出模块是可控硅 (晶闸管 )输出方式。
其特点是输出启动电流大。当 PLC有信号输出时，光电二极管导通，
通过光电耦合使双向可控硅 (晶闸管 )导通，交流负载在外部交流电源的激励下得电。发光二极管 VL点亮，指示输出有效。
内部电路
OUT
COM
U
C
R2
R1
负载压敏电阻
VL
(AC SSR)
3,交、直流输出模块（继电器输出方式）
1）外部接线图：
交直流输出模块
（ EM222 8× 继电器）
有 8个输出点，分成 2
组,1L,2L是每组输出点的公共端。每组需用户提供一个外部电源（可以是直流或交流电源）。
M
.3
.7
.2
.6
L(+)
N(-)
,1L,0,1
L+ 2L,4,5
L(+)
N(-)
2）继电器输出电路：
1.接有阻容熄弧电路 ——
消除继电器触点的火花
2.继电器的触点两端接有金属氧化膜压敏电阻
—— 不使继电器触点在断开时出现两端电压过高的现象，从而保护了该触点
4-14
KAR1
LED C
COM
OUT
负载内部电路
R2
U
压敏电阻
- +
3.电阻 R1和发光二极管 VL —— 输出状态显示电路输出电流大（可达 2A～ 4A），可带交流、直流负载，适应性强，但响应速度慢。
(三 ) 数字量输入输出模块 EM223
组合模块或输入输出模块,在一块模块上既有数字量输入点又有数字量输出点 。
特点,使系统配置更加灵活
例如,若有 CPU 226：主机 I/O 24/16；
欲扩展至 27/19； 缺 3/3； 配 I/O 4/4。
数字量输入输出模块的输入电路及输出电路的类型与上述介绍的相同。在同一块模块上，
输入、输出电路类型的组合有多种多样，用户可根据控制需求选用。
3.3.2模拟量模块模拟量模块有：
模拟量输入模块 EM231：
4模拟输入点,2W,12位模拟量输出模块 EM232：
2模拟输出点,2W,12位模拟量输入输出模块。 EM235：
4模拟输入点,1模拟量输出点,2W,12位
(一 ) 模拟量输入模块（ A/D）
作用,PLC只能接收数字量信号，模拟量信号是一种连续变化的物理量。为实现模拟量控制，必须先对模拟量进行模 /数（ A/D）
转换，将模拟信号转换成 PLC所能接受的数字信号。模拟量输入模块的功能就是实现模 /
数（ A/D）转换。
组成滤波内部电路A/D
光电耦合
由滤波、模数转换 A/D，光电耦合等部分组成 。
光电耦合器起防止电磁干扰的作用 。
对多通道的模拟量输入单元，通常设置多路转换开关进行通道的切换，且在输出端设置信号寄存器。
使用及特性
一般先用信号变送器把它们变换成统一的标准信号（如 4-20mA的直流电流信号，
1-5V的直流电压信号等），然后再送入模拟量输入模块 。
模拟量输入模块（ EM231）具有 4个模拟量输入通道。
1）外部接线图：
模块上部共有 12个端子，每 3个点为一组，共 4组。
每组可作为一路模拟量的输入通道（电压信号或电流信号），电压信号用两个端子
（ A+,A— ），电流信号用 3个端子（ RC,C+，
C— ），其中 RC与 C+端子短接。未用的输入通道应短接（ B+,B— ）。
该模块需要直流 24V供电（ M,L+端）。
可由 CPU模块的传感器电源 24VDC/400mA供电，也可由用户提供外部电源。右端分别是校准电位器和配置 DIP设定开关。
2）模拟量输入模块的特性
EM231的电压输入范围：
单极性 0~10V,0~5V；（数字量,0~+32000 ）
双极性 ± 5V,± 2.5V （ -32000~+32000）
电流输入范围,0～ 20mA 0~+32000
模拟量到数字量的最大转换时间,250μs
每个通道占用存储器 AI区域 2个字节。该模块模拟量的输入值为只读数据。
模拟量输入模块（ EM231）的输入信号经模数（ A/D）转换后的数字量数据值是
12位二进制数。数据值的 12位在 CPU中存放格式如图所示。最高有效位是符号位,0
表示正值数据,1表示负值数据。
符号位 12为数字量 为 0
0 0 0
① 单极性数据格式（ 0~10V,0~5V）
2个字节的存储单元的 低 3位均为 0，
数据值 12位（单极性数据）是存放在第 3~
14位 区域。这 12位数据的最大值应为 215-
8=32760。单极性数据格式的全量程范围设置为 0~32000。差值 32760-
32000=760则用于偏置 /增益，由系统完成。由于第 15位为 0，表示是正值数据。
思考题
一个温度检测系统，用 Pt100热电阻，测温范围为 0~200度 (电流输出 )，如测得实际值为 AIW，问实际环境温度？
0~200度 对应 4~20mA
12为数字量
12为数字量
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0
3 2 7 6 0712 15 0001100110011655242032760
0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0
测量的实际温度 =(AIW-6552)/[(32760-
6552)/200]
② 双极性数据格式（ ± 5V,± 2.5V）
2个字节存储单元的低 4位均为 0，数据值
12位（双极性数据）是存放在第 4~15位区域。最高有效位是符号位，双极性数据格式的全量程范围设置为 -32000~+32000
模拟量输入模块的分辨率通常以 A/D转换后的二进制数数字量的位数来表示
（ 12/11位）。
12为数字量 为 0
0 0 0 0
(二 ) 模拟量输出模块（ D/A）
模拟量输出模块由光电耦合器、数模转换器 D/A和信号驱动等环节组成。光电耦合器防止电磁干扰。
内部电路驱动信号光电耦合
D/A
1）外部接线图：
左端起的每 3个点为一组，共二组。每组可作为一路模拟量输出（电压或电流信号）。
第一组 V0端接电压负载,I0端接电流负载,M0为公共端。
第二组的接法与第一组类同。
该模块需要直流
24V供电。
2）模拟量输出模块的特性
输出信号的范围：电压输出为 ± 10V，电流输出为 0-20mA。电压输出的设置时间为
100μs，电流输出的设置时间为 2ms。每个输出通道占用存储器 AQ区域 2个字节。用户程序无法读取模拟量输出值。
PLC运算处理后的 12位数字量信号（ BIN数）
在 CPU中存放格式如图所示。最高有效位是符号位,0表示是正值,1表示是负值。
符号位 12为数字量 为 0
0 0 0
① 电流输出数据格式
2个字节的存储单元的低 3位均为 0，数据值 12位数据是存放在第 3~14位区域。电流输出数据字格式为 0~+32000。第 15位为
0，表示是正值数据。
2．电压输出的数据格式
2个字节的存储单元的低 4位均为 0，数据值的 12位是存放在第 4~15位区域。电压输出数据格式为 -32000~ +32000。
模拟量输出模块的分辨率通常以 D/A转换前待转换的二进制数数字量的位数表示。
(三 ) 模拟量输入输出模块（ EM235）
EM235具有 4个模拟量输入通道,1个模拟量输出通道 。
模拟量输入功能同 EM231模拟量输入模块，技术参数基本相同 。
电压输入范围有所不同，单极性为 0~10V,0~5V、
0~1V,0~500mv,0~100mv,0~50mv。双极性为 ± 10V,± 5V,± 2.5V,± 1V,± 500mV、
± 250mv,± 100mv,± 50mv,± 25mv。
该模块的模拟量输出功能同 EM232模拟量输出模块。
技术参数也基本相同。
该模块需要直流 24V供电。可由 CPU模块的传感器电源 24VDC/400mA供电。也可由用户提供外部电源。
3.3.3特殊功能模块
通信扩展模块
EM277 PROFIBUS-DP模块用于 PLC现场总线通信连接。波特率可从 9600~12M波特。
现场设备接口模块
CP 243-2通信处理器是 AS-I主站连接部件，专门用于 S7-200 CPU 22x，连接的同时显著增加了 S7-200可利用的 I/O点数。
3.4 S7-200 PLC的系统配置
S7-200 PLC主机（基本配置），可构成一个独立的控制系统（基本配置）。基本配置的 I/O配置是固定的，它们具有固定的
I/O地址。
输入 I0.0~I*.* 输出 Q0.0~ Q*.*
主机配以扩展模块后，可扩展 PLC的系统。数字量模块或模拟量模块可扩展系统的控制规模；智能模块可扩展系统的控制功能。
进行扩展配置时应考虑以下相关的因素：
扩展配置时应考虑相关的因素：
主机允许带扩展模块的数量
CPU输入输出映象区的大小
PLC内部电源的负载能力
3.4.1 主机允许带扩展模块的数量各类主机可带扩展模块的数量是不同的。
CPU221模块不允许带扩展模块；
CPU222模块最多可带 2个扩展模块；
CPU224模块,CPU226模块、
CPU226XM模块最多可带 7个扩展模块，
且 7个扩展模块中最多只能带 2个智能扩展模块。
3.4.2 CPU输入输出映象区的大小
1.数字量 I/O映象区的大小
主机提供的数字量 I/O映象区区域为,128个输入映象寄存器（ I0.0~I15.7）和 128个输出映象寄存器（ Q0.0-Q15.7），见表 4-1。最大 I/O配置不能超出此区域。
PLC系统配置时，要对各模块的输入、输出点进行编址。 主机提供的 I/O具有固定的 I/O地址 。
扩展模块的地址由 I/O模块类型及模块在 I/O链中的位置决定。编址时,按同类型的模块对各输入点（或输出点）顺序编址。
数字量输入、输出映象区的逻辑空间是以 8
位（ 1个字节）为递增的。编址时，对数字量模块物理点的分配也是按 8点来分配地址的。即使有些模块的端子数不是 8的整数倍，但仍以 8点来分配地址。例如 4入 /4出模块占用 8个输入点和 8个输出点的地址。
那些未用的物理点地址不能分配给 I/O链中的后续模块。那些与未用物理点相对应的 I/O映象区的空间就会丢失。对于输出模块，这些丢失的空间可用来作内部标志位存储器（内部线圈）；
对于输入模块却不可，因为每次输入更新时，
CPU都对这些空间清零。
2,模拟量 I/O映象区的大小主机提供的模拟量 I/O映象区区域为,CPU222
模块,16输入通道 /16输出通道； CPU224模块、
CPU226模块,CPU226XM模块,32入 /32出。模拟量的最大 I/O配置不能超出此区域。模拟量扩展模块总是以 2个字节递增方式来分配空间。（有效地址）
16路输入地址 AIW0,AIW2,AIW4..,AIW30
16路输出地址 AQW0,AQW2,AQW4..,
AQW30
例如：以 CPU224扩展两块 EM223(4I/4O)
主机地址,14I/10O
I0.0,I0.1,.,I0.7,I1.0,I1.1 … I1.5
Q0.0,Q0.1 … Q0.7,Q1.0,Q1.1
扩展单元 1地址
I2.0,I2.1,I2.2,I2.3
Q2.0,Q2.1,Q2.2,Q2.3
扩展单元 2地址
I3.0,I3.1,I3.2,I3.3
Q3.0,Q3.1,Q3.2,Q3.3
3.4.3 PLC内部电源的负载能力
PLC内部 5VDC电源的负载能力主机和扩展模块正常工作时，需要 5VDC工作电源。主机内部电源单元提供的 5VDC电源为主机和扩展模块提供了工作电源。
系统配置后，必须对主机内部的 5VDC电源的负载能力进行校验。
校验举例,CPU226模块扩展
CPU226提供 5VDC电源的最大电流为 1000mA。
各扩展模块对 5VDC电源的电流消耗,EM221
DI8× DC24V 30 mA
EM223 DI4/DO4× DC24V/继电器 40 mA
EM235 AI4/AQ1× 12位
30 mA× 2=60 mA
共计 30+40+60=130 mA<1000mA 。
例如，某一控制系统选用 CPU 224，系统所需的输入输出点数各为：数字量输入 24点、数字量输出 20点、模拟量输入 6点、模拟量输出 2点。
本系统可有多种不同模块的选取组合，表 3.6所示为其中的一种可行的系统输入输出组态状况。
若按表 3.6的扩展方式,各模块在 I/O链中的位置排列方式也可以有多种,图 3.6所示为其中的一种模块连接形式 。
图 3.6 扩展连接图主机
C P U 2 2 4
模块1
E M 2 2 1
D I 8 X
D C 2 4 V
模块2
E M 2 2 2
D O 8 X
D C 2 4 V
模块3
E M 2 3 5
A I 4 / A Q 1
X 1 2 位模块4
E M 2 2 3
D I 4 / D Q 4
X D C 2 4 V
/ 继电器模块 5
E M 2 3 5
A I 4 / A Q 1
X 1 2 位负载能力校验
CPU224的负载能力 660mA
EM221 30mA
EM222 50mA
EM223 40mA
EM235 30mA
EM235 30mA
共计,180mA
校验合格练习题 1
一个 PLC控制系统如果需要数字量输入点 36个，
数字量输出点 22个,6路模拟量输入,2路模拟量输出。请给出 2种配置方案：
1） CPU主机型号
2）扩展模块型号和数量
3）假定参考价如表请给出性 /价比最优的配置
4）画出主机与各个模板的示意连接图，并进行地址分配序号 名称 规格型号 参考价格 (元 )
1 CPU主机单元 CPU221晶体管 1400
2 CPU主机单元 CPU222晶体管 1900
3 CPU主机单元 CPU222继电器 2100
4 CPU主机单元 CPU224晶体管 2900
5 CPU主机单元 CPU224继电器 3000
6 CPU主机单元 CPU226继电器 3100
7 数字量输入模块 EM221 8DI晶体管 750
8 数字量输出模块 EM222 8DO 920晶 — 1000继
9 数字量输入 /出模块 EM223 4DI/ 4DO 830晶 ---900继
10 数字量输入 /出模块 EM223 8DI/ 8DO 1310晶 --1420继
11 数字量输入 /出模块 EM223 16DI/ 16DO 2620晶 --2820继
12 模拟量输入模块 EM231 4AI 1650
13 模拟量输出模块 EM232 2AO 1800
14 模拟量输入 /出模块 EM235 4AI/AO 2200
本章小结
了解：
PLC结构、组成
掌握：
S7-200输入与输出的接线
系统的硬件配置
3 S7-200的组成和系统配置
本章以西门子公司生产的 S7-200系列小型可编程序控制器为例,介绍具体型号的 PLC,内容包括：
l S系列 PLC发展概述
l S7-200 可编程序控制器的主机结构组成
l 扩展模块简介
l S7-200 可编程序控制器系统配置
3.1 S系列 PLC发展概述
德国的西门子（ SIEMENS）公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商。其第一代可编程序控制器是 1975年投放市场的
SIMATIC S3系列的控制系统。
在 1979年，微处理器技术被应用到可编程序控制器中，产生了 SIMATIC S5系列，
取代了 S3系列，之后在 20世纪末又推出了
S7系列产品。
最新的 SIMATIC产品为 SIMATIC S7、
M7和 C7等几大系列。
3.2 S7-200 PLC系统组成
SIMATIC S7-200系列属小型可编程序控制器，发展至今，大致经历了两代：
第一代产品其 CPU模块为 CPU 21X，主机都可进行扩展，它具有四种不同结构配置的 CPU单元,CPU 212,CPU 214，
CPU 215和 CPU 216，对第一代 PLC产品不再作具体介绍。
第二代产品其 CPU模块为 CPU 22X，是在 21世纪初投放市场的，速度快，具有较强的通信能力。它具有四种不同结构配置的 CPU单元,CPU 221,CPU 222，
CPU 224和 CPU 226，除 CPU 221之外，
其他都可加扩展模块。
3.2.1 系统基本构成
SIMATIC S7-200系统由硬件和工业软件两大部分构成,如图 3.1所示 。
E M 1
扩展模块
E M 2
扩展模块
E M n
扩展模块
T D 2 0 0
文本显示器
TP 系列触摸屏通信及网络设备计算机工业软件
C P U
主机其他设备图
3.
1
S
7-
20
0P
LC
系统组成基本单元扩展单元特殊功能模块外部设备现场用户输出设备微处理器（ CPU）
运算器 控制器输出部件输入部件系统存储器用户存储器
I/O
扩展接口通讯及编程接口编程设备计算机打印机等传感器按钮、开关现场信号电磁阀中间继电器执行器现场用户输入设备扩展设备扩展单元通讯模块功能模块电源变换器～ 110V/220V市电
PLC基本单元
PLC系统结构示意图
系统基本构成
1,硬件
（ 1）基本单元
（ 2）扩展单元
（ 3）特殊功能模块
（ 4）相关设备
2,工业软件
工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序,文档及其规则的总和,
它主要由标准工具,工程工具,运行软件和人机接口等几大类构成 。
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3.2.2 主机结构
1,各 CPU介绍及 I/O系统
（ 1） 主机外形
SIMATIC S7-200系统 CPU 22X系列 PLC主机 （ CPU模块 ）
的外形如图 3.2所示：
图 3.2 S7-200主机外形状态显示通信口顶部端子盖电 源及输出端子前盖 方式开关,
电位器、扩展I / O 连接底部端子盖输入端子、传感器电源存储器卡组成
CPU模块的顶部端子盖内,电源及输出端子
底部端子盖内,输入端子及传感器电源
中部右侧前盖内,CPU工作方式开关
（ RUN/STOP）、模拟调节电位器和扩展 I/O接口
左侧,状态指示灯 LED、存储卡、及通讯口
状态指示灯 —— 显示 CPU的工作方式、本机
I/O的状态、系统错误状态。存储卡
（ EEPOM卡）可以存储 CPU程序。
RS-485的串行通讯端口 —— PLC主机实现人一机对话、机 — 机对话的通道。实现 PLC
与上位计算机的连接，实现 PLC与 PLC、编程器、彩色图形显示器、打印机等外部设备的连接。
扩展接口 —— PLC主机与输入、输出扩展模块的接口，作扩展系统之用。主机与扩展模块之间由导轨固定，并用扩展电缆连接。
（主机与扩展模块）
2,个人计算机（ PC）或编程器个人计算机（ PC）或编程器需装上
STEP7-Micro/WIN32编程软件后，才可供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视等。
要求个人计算机 CPU为 80586或更高的处理器,16M内存（最低要求为：
CPU80486,8M内存）。
手编器
工业上用的各厂商的可编程序控制器的使用中，手编器曾是主要编程设备，后来出现了图形输入设备，又出现了计算机编程软件。
通过通信设备，使 PLC和计算机相连，用编程软件可直接在计算机上编程，由于计算机的显示器屏幕较大，对程序的编制和修更加方便高效。但即使是现在，手编器的使用仍十分广泛，特别是用小型和微型 PLC实现的小规模系统。
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3,STEP7-Micro/WIN32编程软件
STEP7-Micro/WIN32编程软件的 基本功能 是创建、编辑、调试用户程序、组态系统等。
编程软件的 使用环境,支持 Windows
的应用软件。
4．通讯电缆通讯电缆是 PLC用来与个人计算机
（ PC）实现通讯的。可以用 PC/PPI电缆
（ RS232— RS485），也可用一个通讯处理器（ CP）和多点接口（ MP1）电缆，或者用一块 MPI卡及随 MPI卡提供的一根通讯电缆。
5．人机界面人机界面 主要指专用操作员界面，例如操作员面板、触摸屏、文本显示器等，
这些设备可以使用户通过友好的操作界面轻松地完成各种调整和控制的任务。
文本显示器
1,构造特点文本显示区：可显示两行信息（每行 20个字符）
的液晶显示 LCD 。
按键：共有 9个键 。
通信：通过 TD/CPU电缆（通用 RS232接口）可以提供可编程序控制器与 TD 200的通信，同时可以提供 TD的电源，而不必再另接电源。
电源：如果不用 TD/CPU通信电缆，可以通过面板右侧的电源接口连接外部电源。
2,主要功能
可以显示从 CPU主机读出的信息 （ 如读取指令,
数据,当前值及状态 ） ；
可以调整运行中选定的程序变量；
可以提供对输入输出点的强制功能；
可以为实时时钟设置日期和时间；
支持多种语言形式的菜单和提示并支持中文 。
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3.2.3 S7-200PLC主机性能
S7-200 CPU22X系列产品,CPU221模块、
CPU222模块,CPU224模块,CPU226模块,CUP226XM模块。
S7-200 22X各主机的主要技术性能指标如下表所示 。
CPU226模块 I/O总点数 为 40点（ 24/ 16
点），可带 7个扩展模块 ；
用户程序存储器 容量 为 6.6K字；
内置 6个 高速计数器,具有 PID控制的功能；
有 2个高速脉冲输出 端和 2个 RS-485通讯口；
具有 PPI通讯协议,MPI通讯协议和 自由口 协议的通讯能力。
CPU226AC/DC/继电器模块输入、输出单元的接线图
1 L 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,02 L 3 L 1,1 1,2
N1,71,41,3 L 1 A C1,5 1,6
1 M 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,0 1,1 1,2 1,41,3 2 M 1,5 1,6 2,32,22,12,01,7 2,4 2,5 2,6 2,7 LM
+
2 4 V D C
1 2 0 / 2 4 0 V A C
24点输入
16点输出
24个数字量输入点分成二组,
1.第一组由输入端子 I0.0~I0.7,I1.0~I1.4共 13
个输入点组成,每个外部输入的开关信号均由各输入端子接出，经一个直流电源终至公共端 1M；
1 L 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,02 L 3 L 1,1 1,2 N1,71,41,3 L 1 A C1,5 1,6
1 M 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,0 1,1 1,2 1,41,3 2 M 1,5 1,6 2,32,22,12,01,7 2,4 2,5 2,6 2,7 LM +
2 4 V D C
1 2 0 / 2 4 0 V A C
2,第二组 由输入端子 I1.5~I1.7,I2.0~I2.7
共 11个输入点组成，各输入端子的接线与第一组类似，公共端为 2M。
1 L 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,02 L 3 L 1,1 1,2 N1,71,41,3 L 1
A C1,5 1,6
1 M 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,0 1,1 1,2 1,41,3 2 M 1,5 1,6 2,32,22,12,01,7 2,4 2,5 2,6 2,7 LM +
2 4 V D C
1 2 0 / 2 4 0 V A C
由于是直流输入模块，所以采用直流电源作为检测各输入接点状态的电源（用户提供）。 M、
L+两个端子提供 24VDC/400mA传感器电源，
可以为传感器提供电源，也可以作为输入端的检测电源使用。
1 L 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,02 L 3 L 1,1 1,2 N1,71,41,3 L 1 A C1,5 1,6
1 M 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,0 1,1 1,2 1,41,3 2 M 1,5 1,6 2,32,22,12,01,7 2,4 2,5 2,6 2,7 LM +
2 4 V D C
1 2 0 / 2 4 0 V A C
16个数字量输出点分成三组,
1.由输出端子 Q0.0~Q0.3共四个输出点与公共端 1L组成
1 L 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,02 L 3 L 1,1 1,2 N1,71,41,3 L 1 A C1,5 1,6
1 M 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,0 1,1 1,2 1,41,3 2 M 1,5 1,6 2,32,22,12,01,7 2,4 2,5 2,6 2,7 LM +
2 4 V D C
1 2 0 / 2 4 0 V A C
2,第二组由输出端子 Q0.4~Q0.7,Q1.0
共 5个输出点与公共端 2L组成
1 L 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,02 L 3 L 1,1 1,2 N1,71,41,3 L 1 A C1,5 1,6
1 M 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,0 1,1 1,2 1,41,3 2 M 1,5 1,6 2,32,22,12,01,7 2,4 2,5 2,6 2,7 LM +
2 4 V D C
1 2 0 / 2 4 0 V A C
3,第三组由输出端子 Q1.1~Q1.7共 7个输出点与公共端 3L组成。每个负载的一端与输出点相连，另一端经电源与公共端相连。
1 L 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,02 L 3 L 1,1 1,2 N1,71,41,3 L 1 A C1,5 1,6
1 M 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,0 1,1 1,2 1,41,3 2 M 1,5 1,6 2,32,22,12,01,7 2,4 2,5 2,6 2,7 LM +
2 4 V D C
1 2 0 / 2 4 0 V A C
对于继电器输出方式，既可带直流负载，也可带交流负载。
负载的激励源由负载性质确定。输出端子排的右端 N,L1端子是供电电源
120/240VAC输入端。
该电源电压允许范围为 85~264VAC。
1 L 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,02 L 3 L 1,1 1,2 N1,71,41,3
L 1 A C1,5 1,6
1 M 0,0 0,1 0,60,50,40,30,2 0,7 1,0 1,1 1,2 1,41,3 2 M 1,5 1,6 2,32,22,12,01,7 2,4 2,5 2,6 2,7 LM
+
2 4 V D C
1 2 0 / 2 4 0 V A C
3.3 S7-200 PLC的接口模块
S7-200 PLC的接口模块有 数字量模块、模拟量模块、智能模块等 。（扩展规模、功能）
3.3.1数字量模块数字量输出模块数字量输入输出模块数字量输入模块数字量扩展模块
EM222
EM221
EM223
（一）数字量输入模块 EM221
分为直流输入模块和交流输入模块。
每一个输入点可接收一个来自用户设备的离散信号（ ON/OFF）。
输入设备,按钮、限位开关、选择开关、
继电器触点等。
1.直流输入模块 EM221
1）外部接线图：
.2,3
.6,7
1M,0,1
2M,4,5
.
.
+
+
直流输入模块
（ EM221 8× 24VDC）有 8
个数字量输入端子。接线图中,8个数字量输入点分成 2组。 1M,2M分别是 2
组输入点内部电路的公共端，每组需用户提供一个
24VDC电源。
2）直流输入电路：
内部电路
IN
COM
R1
R2
VL
光电耦合
C
SB1
24VDC
- +
+
-
现场开关通 /断状态，对应输入映象寄存器的 1/0状态，即当现场开关闭合时，对应的输入映象寄存器为,1”状态 ；当现场开关断开时，对应的输入映象寄存器为,0”
状态 。当输入端的发光二极管 VL点亮，即指示现场开关闭合。，外部直流电源用于检测输入点的状态，其极性可以任意接入。
电阻 R2和电容 C 的作用？
双向光电耦合器 的作用？
2．交流输入模块
1）外部接线图,ON 0N
4N
N
L1
N
L1
.0 1N 1N,1 2N 2N,2 3N 3N,3
.4 5N 5N,5 6N 6N,6 7N 7N,7有 8个 分隔式 数字量输入端子，每个输入点都占用二个接线端子。
它们 各自使用 1个独立的交流电源 （由用户提供）。这些交流电源可以不同相。（ 交流 I/O都是分隔式的 ）
2）交流输入电路：
SB1 IN
R1
内部电路
C
R2
R3
VL
COM
光电耦合交流输入模块的输入电路中，当现场开关闭合后，交流电源经 C,R2、双向光电耦合器的发光二极管，使发光二极管发光，
经光电耦合，光电三极管接收光信号，并将该信号送至 PLC内部电路，供 CPU处理。双向发光二极管 VL指示输入状态。
(二 ) 数字量输出模块 EM222
分为 直流输出模块、交流输出模块、交直流输出模块 三种（晶体管、晶闸管、继电器输出方式）。
数字量输出模块的每一个输出点能控制一个用户的离散型（ ON/OFF）负载。典型的负载包括：继电器线圈，接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等。
每一个输出点与一个且仅与一个输出电路相连，
输出电路把 CPU运算处理的结果转换成能够驱动现场执行机构的各种大功率的开关信号。 PLC的输出端子是 PLC向外部负载发出控制命令的窗口。
1,直流输出模块
1）外部接线图：
.
1M 1L+,0,1,2,3
2M 2L+,4,5,6,7
+
+
直流输出模块（ EM222
8× 24VDC），有 8个数字量输出点，接线图中 8
个数字量输出点分成 2组。
1L+,2L+分别是两组输出点内部电路的公共端，
每组需用户提供一个
DC24V的电流。
2）直流输出电路：
内部电路负载
DC24V
COM
OUT
输出映象寄存器为,1”状态时
—— 负载在外部电源激励下通电工作
输出映象寄存器为
,0”状态时 ——
外部负载断电，停止工作
2．交流输出模块
1）外部接线图：
N
L1
OL
L1
N
.0
.4
4-11
OL
4L
1L 1L,I 2L 2L,2 3L
5L 5L,5 6L 6L,6 7L交流输出模块
（ EM222
8× 120V/230VAC），
有 8个分隔式数字量输出点，接线图中每个输出点占用二个接线端子，且它们各自都由用户提供一个独立的交流电源，这些交流电源可以不同相。
2）交流输出电路：
交流输出模块是可控硅 (晶闸管 )输出方式。
其特点是输出启动电流大。当 PLC有信号输出时，光电二极管导通，
通过光电耦合使双向可控硅 (晶闸管 )导通，交流负载在外部交流电源的激励下得电。发光二极管 VL点亮，指示输出有效。
内部电路
OUT
COM
U
C
R2
R1
负载压敏电阻
VL
(AC SSR)
3,交、直流输出模块（继电器输出方式）
1）外部接线图：
交直流输出模块
（ EM222 8× 继电器）
有 8个输出点，分成 2
组,1L,2L是每组输出点的公共端。每组需用户提供一个外部电源（可以是直流或交流电源）。
M
.3
.7
.2
.6
L(+)
N(-)
,1L,0,1
L+ 2L,4,5
L(+)
N(-)
2）继电器输出电路：
1.接有阻容熄弧电路 ——
消除继电器触点的火花
2.继电器的触点两端接有金属氧化膜压敏电阻
—— 不使继电器触点在断开时出现两端电压过高的现象，从而保护了该触点
4-14
KAR1
LED C
COM
OUT
负载内部电路
R2
U
压敏电阻
- +
3.电阻 R1和发光二极管 VL —— 输出状态显示电路输出电流大（可达 2A～ 4A），可带交流、直流负载，适应性强，但响应速度慢。
(三 ) 数字量输入输出模块 EM223
组合模块或输入输出模块,在一块模块上既有数字量输入点又有数字量输出点 。
特点,使系统配置更加灵活
例如,若有 CPU 226：主机 I/O 24/16；
欲扩展至 27/19； 缺 3/3； 配 I/O 4/4。
数字量输入输出模块的输入电路及输出电路的类型与上述介绍的相同。在同一块模块上，
输入、输出电路类型的组合有多种多样，用户可根据控制需求选用。
3.3.2模拟量模块模拟量模块有：
模拟量输入模块 EM231：
4模拟输入点,2W,12位模拟量输出模块 EM232：
2模拟输出点,2W,12位模拟量输入输出模块。 EM235：
4模拟输入点,1模拟量输出点,2W,12位
(一 ) 模拟量输入模块（ A/D）
作用,PLC只能接收数字量信号，模拟量信号是一种连续变化的物理量。为实现模拟量控制，必须先对模拟量进行模 /数（ A/D）
转换，将模拟信号转换成 PLC所能接受的数字信号。模拟量输入模块的功能就是实现模 /
数（ A/D）转换。
组成滤波内部电路A/D
光电耦合
由滤波、模数转换 A/D，光电耦合等部分组成 。
光电耦合器起防止电磁干扰的作用 。
对多通道的模拟量输入单元，通常设置多路转换开关进行通道的切换，且在输出端设置信号寄存器。
使用及特性
一般先用信号变送器把它们变换成统一的标准信号（如 4-20mA的直流电流信号，
1-5V的直流电压信号等），然后再送入模拟量输入模块 。
模拟量输入模块（ EM231）具有 4个模拟量输入通道。
1）外部接线图：
模块上部共有 12个端子，每 3个点为一组，共 4组。
每组可作为一路模拟量的输入通道（电压信号或电流信号），电压信号用两个端子
（ A+,A— ），电流信号用 3个端子（ RC,C+，
C— ），其中 RC与 C+端子短接。未用的输入通道应短接（ B+,B— ）。
该模块需要直流 24V供电（ M,L+端）。
可由 CPU模块的传感器电源 24VDC/400mA供电，也可由用户提供外部电源。右端分别是校准电位器和配置 DIP设定开关。
2）模拟量输入模块的特性
EM231的电压输入范围：
单极性 0~10V,0~5V；（数字量,0~+32000 ）
双极性 ± 5V,± 2.5V （ -32000~+32000）
电流输入范围,0～ 20mA 0~+32000
模拟量到数字量的最大转换时间,250μs
每个通道占用存储器 AI区域 2个字节。该模块模拟量的输入值为只读数据。
模拟量输入模块（ EM231）的输入信号经模数（ A/D）转换后的数字量数据值是
12位二进制数。数据值的 12位在 CPU中存放格式如图所示。最高有效位是符号位,0
表示正值数据,1表示负值数据。
符号位 12为数字量 为 0
0 0 0
① 单极性数据格式（ 0~10V,0~5V）
2个字节的存储单元的 低 3位均为 0，
数据值 12位（单极性数据）是存放在第 3~
14位 区域。这 12位数据的最大值应为 215-
8=32760。单极性数据格式的全量程范围设置为 0~32000。差值 32760-
32000=760则用于偏置 /增益，由系统完成。由于第 15位为 0，表示是正值数据。
思考题
一个温度检测系统，用 Pt100热电阻，测温范围为 0~200度 (电流输出 )，如测得实际值为 AIW，问实际环境温度？
0~200度 对应 4~20mA
12为数字量
12为数字量
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0
3 2 7 6 0712 15 0001100110011655242032760
0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0
测量的实际温度 =(AIW-6552)/[(32760-
6552)/200]
② 双极性数据格式（ ± 5V,± 2.5V）
2个字节存储单元的低 4位均为 0，数据值
12位（双极性数据）是存放在第 4~15位区域。最高有效位是符号位，双极性数据格式的全量程范围设置为 -32000~+32000
模拟量输入模块的分辨率通常以 A/D转换后的二进制数数字量的位数来表示
（ 12/11位）。
12为数字量 为 0
0 0 0 0
(二 ) 模拟量输出模块（ D/A）
模拟量输出模块由光电耦合器、数模转换器 D/A和信号驱动等环节组成。光电耦合器防止电磁干扰。
内部电路驱动信号光电耦合
D/A
1）外部接线图：
左端起的每 3个点为一组，共二组。每组可作为一路模拟量输出（电压或电流信号）。
第一组 V0端接电压负载,I0端接电流负载,M0为公共端。
第二组的接法与第一组类同。
该模块需要直流
24V供电。
2）模拟量输出模块的特性
输出信号的范围：电压输出为 ± 10V，电流输出为 0-20mA。电压输出的设置时间为
100μs，电流输出的设置时间为 2ms。每个输出通道占用存储器 AQ区域 2个字节。用户程序无法读取模拟量输出值。
PLC运算处理后的 12位数字量信号（ BIN数）
在 CPU中存放格式如图所示。最高有效位是符号位,0表示是正值,1表示是负值。
符号位 12为数字量 为 0
0 0 0
① 电流输出数据格式
2个字节的存储单元的低 3位均为 0，数据值 12位数据是存放在第 3~14位区域。电流输出数据字格式为 0~+32000。第 15位为
0，表示是正值数据。
2．电压输出的数据格式
2个字节的存储单元的低 4位均为 0，数据值的 12位是存放在第 4~15位区域。电压输出数据格式为 -32000~ +32000。
模拟量输出模块的分辨率通常以 D/A转换前待转换的二进制数数字量的位数表示。
(三 ) 模拟量输入输出模块（ EM235）
EM235具有 4个模拟量输入通道,1个模拟量输出通道 。
模拟量输入功能同 EM231模拟量输入模块，技术参数基本相同 。
电压输入范围有所不同，单极性为 0~10V,0~5V、
0~1V,0~500mv,0~100mv,0~50mv。双极性为 ± 10V,± 5V,± 2.5V,± 1V,± 500mV、
± 250mv,± 100mv,± 50mv,± 25mv。
该模块的模拟量输出功能同 EM232模拟量输出模块。
技术参数也基本相同。
该模块需要直流 24V供电。可由 CPU模块的传感器电源 24VDC/400mA供电。也可由用户提供外部电源。
3.3.3特殊功能模块
通信扩展模块
EM277 PROFIBUS-DP模块用于 PLC现场总线通信连接。波特率可从 9600~12M波特。
现场设备接口模块
CP 243-2通信处理器是 AS-I主站连接部件，专门用于 S7-200 CPU 22x，连接的同时显著增加了 S7-200可利用的 I/O点数。
3.4 S7-200 PLC的系统配置
S7-200 PLC主机（基本配置），可构成一个独立的控制系统（基本配置）。基本配置的 I/O配置是固定的，它们具有固定的
I/O地址。
输入 I0.0~I*.* 输出 Q0.0~ Q*.*
主机配以扩展模块后，可扩展 PLC的系统。数字量模块或模拟量模块可扩展系统的控制规模；智能模块可扩展系统的控制功能。
进行扩展配置时应考虑以下相关的因素：
扩展配置时应考虑相关的因素：
主机允许带扩展模块的数量
CPU输入输出映象区的大小
PLC内部电源的负载能力
3.4.1 主机允许带扩展模块的数量各类主机可带扩展模块的数量是不同的。
CPU221模块不允许带扩展模块；
CPU222模块最多可带 2个扩展模块；
CPU224模块,CPU226模块、
CPU226XM模块最多可带 7个扩展模块，
且 7个扩展模块中最多只能带 2个智能扩展模块。
3.4.2 CPU输入输出映象区的大小
1.数字量 I/O映象区的大小
主机提供的数字量 I/O映象区区域为,128个输入映象寄存器（ I0.0~I15.7）和 128个输出映象寄存器（ Q0.0-Q15.7），见表 4-1。最大 I/O配置不能超出此区域。
PLC系统配置时，要对各模块的输入、输出点进行编址。 主机提供的 I/O具有固定的 I/O地址 。
扩展模块的地址由 I/O模块类型及模块在 I/O链中的位置决定。编址时,按同类型的模块对各输入点（或输出点）顺序编址。
数字量输入、输出映象区的逻辑空间是以 8
位（ 1个字节）为递增的。编址时，对数字量模块物理点的分配也是按 8点来分配地址的。即使有些模块的端子数不是 8的整数倍，但仍以 8点来分配地址。例如 4入 /4出模块占用 8个输入点和 8个输出点的地址。
那些未用的物理点地址不能分配给 I/O链中的后续模块。那些与未用物理点相对应的 I/O映象区的空间就会丢失。对于输出模块，这些丢失的空间可用来作内部标志位存储器（内部线圈）；
对于输入模块却不可，因为每次输入更新时，
CPU都对这些空间清零。
2,模拟量 I/O映象区的大小主机提供的模拟量 I/O映象区区域为,CPU222
模块,16输入通道 /16输出通道； CPU224模块、
CPU226模块,CPU226XM模块,32入 /32出。模拟量的最大 I/O配置不能超出此区域。模拟量扩展模块总是以 2个字节递增方式来分配空间。（有效地址）
16路输入地址 AIW0,AIW2,AIW4..,AIW30
16路输出地址 AQW0,AQW2,AQW4..,
AQW30
例如：以 CPU224扩展两块 EM223(4I/4O)
主机地址,14I/10O
I0.0,I0.1,.,I0.7,I1.0,I1.1 … I1.5
Q0.0,Q0.1 … Q0.7,Q1.0,Q1.1
扩展单元 1地址
I2.0,I2.1,I2.2,I2.3
Q2.0,Q2.1,Q2.2,Q2.3
扩展单元 2地址
I3.0,I3.1,I3.2,I3.3
Q3.0,Q3.1,Q3.2,Q3.3
3.4.3 PLC内部电源的负载能力
PLC内部 5VDC电源的负载能力主机和扩展模块正常工作时，需要 5VDC工作电源。主机内部电源单元提供的 5VDC电源为主机和扩展模块提供了工作电源。
系统配置后，必须对主机内部的 5VDC电源的负载能力进行校验。
校验举例,CPU226模块扩展
CPU226提供 5VDC电源的最大电流为 1000mA。
各扩展模块对 5VDC电源的电流消耗,EM221
DI8× DC24V 30 mA
EM223 DI4/DO4× DC24V/继电器 40 mA
EM235 AI4/AQ1× 12位
30 mA× 2=60 mA
共计 30+40+60=130 mA<1000mA 。
例如，某一控制系统选用 CPU 224，系统所需的输入输出点数各为：数字量输入 24点、数字量输出 20点、模拟量输入 6点、模拟量输出 2点。
本系统可有多种不同模块的选取组合，表 3.6所示为其中的一种可行的系统输入输出组态状况。
若按表 3.6的扩展方式,各模块在 I/O链中的位置排列方式也可以有多种,图 3.6所示为其中的一种模块连接形式 。
图 3.6 扩展连接图主机
C P U 2 2 4
模块1
E M 2 2 1
D I 8 X
D C 2 4 V
模块2
E M 2 2 2
D O 8 X
D C 2 4 V
模块3
E M 2 3 5
A I 4 / A Q 1
X 1 2 位模块4
E M 2 2 3
D I 4 / D Q 4
X D C 2 4 V
/ 继电器模块 5
E M 2 3 5
A I 4 / A Q 1
X 1 2 位负载能力校验
CPU224的负载能力 660mA
EM221 30mA
EM222 50mA
EM223 40mA
EM235 30mA
EM235 30mA
共计,180mA
校验合格练习题 1
一个 PLC控制系统如果需要数字量输入点 36个，
数字量输出点 22个,6路模拟量输入,2路模拟量输出。请给出 2种配置方案：
1） CPU主机型号
2）扩展模块型号和数量
3）假定参考价如表请给出性 /价比最优的配置
4）画出主机与各个模板的示意连接图，并进行地址分配序号 名称 规格型号 参考价格 (元 )
1 CPU主机单元 CPU221晶体管 1400
2 CPU主机单元 CPU222晶体管 1900
3 CPU主机单元 CPU222继电器 2100
4 CPU主机单元 CPU224晶体管 2900
5 CPU主机单元 CPU224继电器 3000
6 CPU主机单元 CPU226继电器 3100
7 数字量输入模块 EM221 8DI晶体管 750
8 数字量输出模块 EM222 8DO 920晶 — 1000继
9 数字量输入 /出模块 EM223 4DI/ 4DO 830晶 ---900继
10 数字量输入 /出模块 EM223 8DI/ 8DO 1310晶 --1420继
11 数字量输入 /出模块 EM223 16DI/ 16DO 2620晶 --2820继
12 模拟量输入模块 EM231 4AI 1650
13 模拟量输出模块 EM232 2AO 1800
14 模拟量输入 /出模块 EM235 4AI/AO 2200
本章小结
了解：
PLC结构、组成
掌握：
S7-200输入与输出的接线
系统的硬件配置
