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西門子S7-200系列PLC數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊

常用的數(shù)字量輸入／輸出擴(kuò)展模塊有三類，即輸入擴(kuò)展模塊、輸出擴(kuò)展模塊、輸入/輸出擴(kuò)展模塊。S7-200系列PLC數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊如表1所列。

      表1 S7-200系列PLC數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊

• 具有不同的性能等級(jí)，滿足不同的應(yīng)用領(lǐng)域。
• 5種故障安全型CPU (CPU 315F-2 DP, CPU 315F-2 PN/DP, CPU 317F-2 DP, CPU 317F-2 PN/DP, CPU 319F-3 PN/DP)
• 4 個(gè) CPU，也適用于 -25 °C 至 +60 °C 的寬環(huán)境溫度范圍 (SIPLUS)

可用于 S7-300 的其他故障安全 CPU：

• 分布式故障安全 CPU ET 200S（IM151-7F、IM151-8F）
• 故障安全軟控制器 WinAC RTX F

提供有以下故障安全型 CPU：

PROFIBUS DP

• CPU 315F-2 DP，用于采用 PROFIBUS DP 進(jìn)行分布式組態(tài)、對(duì)程序量有中/高要求的故障安全型工廠
• CPU 317F-2 DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP進(jìn)行分布式組態(tài)的故障安全工廠

PROFIBUS DP 和 PROFINET IO

• CPU 315F-2 PN/DP，用于具有中/大規(guī)模的程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進(jìn)行分布式組態(tài)的工廠，在PROFInet上實(shí)現(xiàn)基于組件的自動(dòng)化中實(shí)現(xiàn)分布式智能系統(tǒng)
• CPU 317F-2 PN/DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進(jìn)行分布式組態(tài)的工廠，在PROFInet上實(shí)現(xiàn)基于組件的自動(dòng)化中實(shí)現(xiàn)分布式智能系統(tǒng)
• CPU 319F-3 PN/DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進(jìn)行分布式組態(tài)的故障安全型工廠，在PROFInet上實(shí)現(xiàn)基于組件的自動(dòng)化中實(shí)現(xiàn)分布式智能系統(tǒng)

S7-200系列 PLC的存儲(chǔ)器空間

S7-200 PLC的存儲(chǔ)器空間大致分為三個(gè)空間，即程序空間、數(shù)據(jù)空間和參數(shù)空間。

1．程序空間

該空間主要用于存放用戶應(yīng)用程序，程序空間容量在不同的CPU中是不同的。另外CPU中的RAM區(qū)與內(nèi)置EEPROM上都有程序存儲(chǔ)器，但它們互為映像，且空間大小一樣。

2．?dāng)?shù)據(jù)空間

該空間的主要部分用于存放工作數(shù)據(jù)稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，另外有一部分作寄存器使用稱為數(shù)據(jù)對(duì)象。

（1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 它包括變量存儲(chǔ)器（V），輸入信號(hào)緩存區(qū)（輸入映象存儲(chǔ)器I），輸出信號(hào)緩沖區(qū)（輸出映象存儲(chǔ)區(qū)Q），內(nèi)部標(biāo)志位存儲(chǔ)器（M）又稱內(nèi)部輔助繼電器，特殊標(biāo)志位存儲(chǔ)器（SM）。除特殊標(biāo)志位外，其他部分都能以位、字節(jié)、和雙字的格式自由讀取或?qū)懭搿?/span>

變量存儲(chǔ)器（V）是保存程序執(zhí)行過程中控制邏輯操作的中間結(jié)果，所有的V存儲(chǔ)器都可以存儲(chǔ)在永久存儲(chǔ)器區(qū)內(nèi)，其內(nèi)容可在與EEPROM或編程設(shè)備雙向傳送。

輸入映象存儲(chǔ)器（I）是以字節(jié)為單位的寄存器，它的每一位對(duì)應(yīng)于一個(gè)數(shù)字量輸入結(jié)點(diǎn)。在每個(gè)掃描周期開始，PLC依次對(duì)各個(gè)輸入結(jié)點(diǎn)采樣，并把采樣結(jié)果送入輸入映象存儲(chǔ)器。PLC在執(zhí)行用戶程序過程中，不再理會(huì)輸入結(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，它所處理的數(shù)據(jù)為輸入映象存儲(chǔ)器中的值。

輸出映象存儲(chǔ)器（Q）是以字節(jié)為單位的寄存器，它的每一位對(duì)應(yīng)于一個(gè)數(shù)字輸出量結(jié)點(diǎn)。PLC在執(zhí)行用戶程序的過程中，并不把輸出信號(hào)隨時(shí)送到輸出結(jié)點(diǎn)，而是送到輸出映象存儲(chǔ)器，只有到了每個(gè)掃描周期的末尾，才將輸出映象寄存器的輸出信號(hào)幾乎同時(shí)送到各輸出結(jié)點(diǎn)。使用映象寄存器優(yōu)點(diǎn)：①同步地在掃描周期開始采樣所有輸入點(diǎn)，并在掃描的執(zhí)行階段凍結(jié)所有輸入值；②在程序執(zhí)行完后再?gòu)挠诚蠹拇嫫魉⑿滤休敵鳇c(diǎn)，使被控系統(tǒng)能獲得更好穩(wěn)定性；⑧存取映象寄存器的速度高于存取I/O速度，使程序執(zhí)行的更快；④I/O點(diǎn)只能以位為單位存取，但映象寄存器則能以位、字節(jié)、雙字進(jìn)行存取。因此，映象寄存器提供了更高的靈活性。另外對(duì)控制系統(tǒng)中個(gè)別I/O點(diǎn)要求實(shí)時(shí)性較高的情況下，可用直接I/O指令直接存取輸入/輸出點(diǎn)。

內(nèi)部標(biāo)志位（M）又稱內(nèi)部線圈（內(nèi)部繼電器等），它一般以位為單位使用，但也能以字、雙字為單位使用。內(nèi)部標(biāo)志位容量根據(jù)CPU型號(hào)不同而不同。

特殊標(biāo)志位（SM）用來存儲(chǔ)系統(tǒng)的狀態(tài)變量和有關(guān)控制信息，特殊標(biāo)志位分為只讀區(qū)和可寫區(qū)，具體劃分隨CPU不同而不同。

（2）數(shù)據(jù)對(duì)象  數(shù)據(jù)對(duì)象包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、高速計(jì)數(shù)器、累加器、模擬量輸入/輸出。

定時(shí)器類似于繼電器電路中的時(shí)間繼電器，但它的精度更高，定時(shí)精度分為lms，10ms和100ms三種，根據(jù)精度需要由編程者選用。定時(shí)器的數(shù)量根據(jù)CPU型號(hào)不同。

計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖由外部輸入，計(jì)數(shù)脈沖的有效沿是輸入脈沖的上升沿或下降沿，計(jì)數(shù)的方式有累加1和累減1兩種方式。計(jì)數(shù)器的個(gè)數(shù)同各CPU的定時(shí)器個(gè)數(shù)。

高速計(jì)數(shù)器與一般計(jì)數(shù)器不同之處在于，計(jì)數(shù)脈沖頻率更高可達(dá)2kHz/7kHz，計(jì)數(shù)容量大，一般計(jì)數(shù)器為16位，而高速計(jì)數(shù)器為32位，一般計(jì)數(shù)器可讀可寫，而高速計(jì)數(shù)器一般只能作讀操作。

在S7-200CPU中有4個(gè)32位累加器，即AC0～AC3，用它可把參數(shù)傳給子程序或任何帶參數(shù)的指令和指令塊。此外，PLC在響應(yīng)外部或內(nèi)部的中斷請(qǐng)求而調(diào)用中斷程序時(shí)，累加器中的數(shù)據(jù)是不會(huì)丟失的，即PLC會(huì)將其中的內(nèi)容壓入堆棧。因此，用戶在中斷程序中仍可使用這些累加器，待中斷程序執(zhí)行完返回時(shí)，將自動(dòng)從堆棧中彈出原先的內(nèi)容，以恢復(fù)中斷前累加器的內(nèi)容。但應(yīng)注意，不能利用累加器作主程序和中斷子程序之間的參數(shù)傳遞。

模擬量輸入/輸出可實(shí)現(xiàn)模擬量的A/D和D/A轉(zhuǎn)換，而PLC所處理的是其中的數(shù)字量。

3．參數(shù)空間

用于存放有關(guān)PLC組態(tài)參數(shù)的區(qū)域，如保護(hù)口令、PLC站地址、停電記憶保持區(qū)、軟件濾波、強(qiáng)制操作的設(shè)定信息等，存貯器為EEPROM。

S7-200 CPU22X 系列PLC I/O 點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展和編址

  S7-200 CPU22X 系列的每種主機(jī)所提供的本機(jī)I/O點(diǎn)的I/O地址是固定的，進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，可以在CPU右邊連接多個(gè)擴(kuò)展模塊。如圖所示，每個(gè)擴(kuò)展模塊的組態(tài)地址編號(hào)取決于各模塊的類型和該模塊在I/O鏈中所處的位置。輸入與輸出模塊的地址不會(huì)沖突，模擬量控制模塊地址也不會(huì)影響數(shù)字量。

    編址方法是同樣類型輸入或輸出點(diǎn)的模塊在鏈中按所處的位置而遞增，這種遞增是按字節(jié)進(jìn)行的，如果CPU或模塊在為物理I/0點(diǎn)分配地址時(shí)未用完一個(gè)字節(jié)，那些未用的位也不能分配給I/O鏈中的后續(xù)模塊。

    例如，某一控制系統(tǒng)選用CPU224，系統(tǒng)所需的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)為：數(shù)字量輸入24點(diǎn)、數(shù)字量輸出20點(diǎn)、模擬量輸入6點(diǎn)和模擬量輸出2點(diǎn)。

本系統(tǒng)可有多種不同模塊的選取組合，并且各模塊在I/O鏈中的位置排列方式也可能有多種，圖2所示為其中的一種模塊連接形式。表1所示為其對(duì)應(yīng)的各模塊的編址情況。

    表1  各模塊的編址

● 同類型輸入或輸出的模塊按順序進(jìn)行編制。 
● 數(shù)字量模塊總是保留以8位（1個(gè)字節(jié)）遞增的過程映象寄存器空間。如果模塊沒有給保留字節(jié)中每一位提供相應(yīng)的物理點(diǎn)，那些未用位不能分配給I/O鏈中的后續(xù)模塊。對(duì)于輸入模塊，這些保留字節(jié)中未使用的位會(huì)在每個(gè)輸入刷新周期中被清零。
● 模擬量I/O點(diǎn)總是以兩點(diǎn)遞增的方式來分配空間。如果模塊沒有給每個(gè)點(diǎn)分配相應(yīng)的物理點(diǎn)，則這些I/O點(diǎn)會(huì)消失并且不能夠分配給I/O鏈中的后續(xù)模塊。

SB 1232 模擬量輸出信號(hào)板允許使用模擬量輸出。

這為用戶提供了下列優(yōu)勢(shì)：

• 最佳適應(yīng)性：
  在空間有限的情況下，或只需要少數(shù)附加輸入/輸出的情況下，可以使用信號(hào)板。通過信號(hào)板可以對(duì) S7-1200 CPU 進(jìn)行模塊化擴(kuò)展。這不會(huì)增加控制器所需的安裝空間。
• 傳感器和執(zhí)行器的直接連接
  高達(dá) 14 位的分辨率和不同的輸出范圍允許在沒有附加放大器的情況下連接執(zhí)行器。
• 靈活性：
  如果任務(wù)后續(xù)有所擴(kuò)展，可以升級(jí)控制器。更新用戶程序非常簡(jiǎn)單。

SM 1234 模擬量輸入/輸出允許使用模擬量輸入/輸出。

這為用戶提供了下列優(yōu)勢(shì)：

• 最佳適應(yīng)性：
  使用模擬和數(shù)字?jǐn)U展模塊，用戶可以使其控制器最佳地滿足更加復(fù)雜的任務(wù)要求
• 傳感器和執(zhí)行器的直接連接
  高達(dá) 14 位的分辨率加符號(hào)位和不同的輸入/輸出范圍允許在沒有附加放大器的情況下連接傳感器和執(zhí)行器
• 靈活性：
  如果任務(wù)后續(xù)有所擴(kuò)展，可以升級(jí)控制器。更新用戶程序非常簡(jiǎn)單。

熱電偶模塊 SM 1231 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和其他 S7-1200 系列模塊的相同：

• 安裝在 DIN 導(dǎo)軌上：
  將模塊卡裝到 CPU 右側(cè)的導(dǎo)軌上，互相連接以后再通過集成背板總線連接到 CPU 12xx。
• 直接安裝：
  通過鉆孔，可將模塊直接螺栓安裝到墻壁上。在易受劇烈振動(dòng)的場(chǎng)合建議采用這種安裝方式。
• 熱電偶：
  可以使用 4 種類型的 J、K、T、E、R、S 和 N 型熱電偶。無需放大器即可直接連接到模塊上。
• 安裝位置：
  為了實(shí)現(xiàn)最大的測(cè)量和重復(fù)精度，應(yīng)將熱電偶模塊安裝在溫度變化較小的位置。

• SIMOTION CX32-2 控制器擴(kuò)展模塊
• CBE30-2 通信板
• TB30 端子模板

SIMOTION CX32-2 控制器擴(kuò)展模塊是一個(gè) SINAMICS S120 書本型變頻調(diào)速柜模塊。通過此模塊，可將 SIMOTION D4x5-2 控制單元的驅(qū)動(dòng)端計(jì)算性能加以擴(kuò)展。

通過集成驅(qū)動(dòng)器計(jì)算性能，SIMOTION D4x5-2 控制單元可以操作最多 6 個(gè)伺服軸、6 個(gè)矢量軸或 12 個(gè) V/f 軸。

利用 SIMOTION CX32-2 控制器擴(kuò)展模塊，通過最多 6 個(gè)附加伺服軸、6 個(gè)矢量軸或 12 個(gè) V/f 軸將驅(qū)動(dòng)器計(jì)算性能進(jìn)行擴(kuò)展。這樣就可以根據(jù)應(yīng)用要求來增加多軸系統(tǒng)的軸數(shù)。

如果需要，還可在一個(gè) SIMOTION D4x5-2 控制單元上操作多個(gè) CX32-2 控制器擴(kuò)展模塊。

• CX32-2 控制器擴(kuò)展模塊的寬度為 25 mm，只需要很小的空間，因此非常適合在結(jié)構(gòu)緊湊的機(jī)器上使用。
• CX32-2 控制器擴(kuò)展模塊通過 DRIVE-CliQ 連接到 SIMOTION D4x5-2，所以無需附加模塊，便可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器的高性能、等時(shí)同步閉環(huán)控制。SIMOTION D4x5-2 模塊上的通訊接口可用于其它連接。
• 控制器擴(kuò)展模塊的尋址與 PROFIBUS/PROFINET 上的尋址無關(guān)。這對(duì)于模塊化機(jī)器概念十分有利。
• 簡(jiǎn)便的布線與組態(tài)
• 來自與 SIMOTION D4x5-2 相連的饋入部分的“控制運(yùn)行”信號(hào)可極為方便地與 CX32-2 控制器擴(kuò)展模塊的驅(qū)動(dòng)器互連。
• CX32-2 控制器擴(kuò)展模塊不需要有自己的 CF 卡。數(shù)據(jù)是在 SIMOTION D4x5-2 控制單元的 CF 卡上集中管理的。這樣做有以下優(yōu)勢(shì)：
  • 模塊更換簡(jiǎn)便（無需在 CX32-2 上進(jìn)行操作，例如，更換存儲(chǔ)卡）
  • 在固件升級(jí)期間，CX32-2 控制器擴(kuò)展模塊會(huì)自動(dòng)通過 SIMOTION D4x5-2 控制單元的集成驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行升級(jí)。
  • 通過 SIMOTION D4x5-2 進(jìn)行集中許可證處理

Design

實(shí)例:12 軸系統(tǒng)，配有 SIMOTION D4x5-2 和 SIMOTION CX32-2 控制器擴(kuò)展模塊

SIMOTION CX32-2 控制器擴(kuò)展模塊通過 DRIVE-CLiQ 連接到 SIMOTION D4x5-2。

這樣就可實(shí)現(xiàn)非常緊湊的多軸系統(tǒng)，例如，帶有 12 個(gè)伺服軸。

如果需要，還可在一個(gè) SIMOTION D4x5-2 控制單元上操作多個(gè) SIMOTION CX32-2 控制器擴(kuò)展模塊。

• 一個(gè) SIMOTION D425-2 上最多可操作 3 個(gè) CX32-2
• 一個(gè) SIMOTION D435-2、D445-2 或 D455-2 上最多可操作 5 個(gè) CX32-2

原則上，也可連接第 4 個(gè)或第 6 個(gè) CX32-2 控制器擴(kuò)展模塊。在此情況下，不能再將變頻器/變頻器組件連接至 SIMOTION D4x5-2 的集成驅(qū)動(dòng)控制。所有變頻器隨后必須通過所連接的 控制器擴(kuò)展模塊來運(yùn)行。例如，這在實(shí)現(xiàn)分布式、模塊化機(jī)器概念時(shí)十分有用。

通過 SINAMICS S110/S120 控制單元以及 PROFIBUS 或 PROFINET，可執(zhí)行附加驅(qū)動(dòng)控制。

注意

SIMOTION CX32-2 控制器擴(kuò)展模塊只能與 SIMOTION D4x5-2 控制單元配套使用。不能與 SIMOTION D4x5 控制單元一起使用。

SIMOTION CX32 控制器擴(kuò)展模塊應(yīng)用于 SIMOTION D435 和 D445-1 控制單元（訂貨號(hào) 6SL3040-0NA00-0AA0）。