西门子PLC工控机代理通信模块

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S7-200PLC主机CPU模块及性能特点

 1.主机模块

    CPU22*系列PLC主机(CPU模块)的外形如图4-2所示。S7-200PLC的CPU模块包括一个中央处理单元、电源以及I/O点，这些都被集成在一个紧凑、立的设备中。CPU负责执行程序，输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则输出控制信号，驱动外部负载。

  CPU22*系列PLC的CPU外形图

    新一代的CPU模块按I/O点数多少不同和效能不同而有五种不同结构配置的品种，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226，每个品种里又分出2种类型:一种是DC24V供电/晶体管输出;-种是AC220V供电/继电器输出，所以一共有10种CPU模块。

    新一代的CPU模块在运算速度、程序存储区容量、变量存储区容量和其他性能方面都有的提高。只有新的CPU模块才支持新版本的编程软件STEP 7-Micro/WIN4.0(及以上)中新增加的指令和某些软件工具的功能

    (1)CPU221本机集成6输入/4输出，无扩展能力，程序和数据存储容量较小，有一定的高速计数功能和通信功能，非常适合于少点数的或特定的控制系统使用。

    (2)CPU222本机集成8输入/6输出，和CPU221相比，它名可以扩展2个模块，因此是应用更广泛的全功能控制器。

    (3) CPU224本机集成14输入/10输出，和前两者相比，程序存储容量扩人了一倍，数据存储容量扩大了四倍，它多可以有7个扩展模块，有内置时钟，有更强的模拟量和高速计数的处理能力，是使用得多的S7-200产品。

    (4) CPU224XP这些新推出的一种实用机型，其大部分功能和CPU224相同，但和CPU224相比，它的程序存储容量和数据存储容量都增加了不少，处理高速计数器的能力也有增强;其大的区别是在主机上增加了2输入/1输出的模拟量单元和一个通信口，非常适合在有少量模拟量信号的系统中使用，在有复杂通信要求的场合也非常合适。

    (5) CPU226本机集成24输入//16输出，I/O共计40点，和CPU224相比，程序存储容量扩大了一倍，数据存储容量增加到10KB，它具有2个通信口，通信能力大大增强。它可用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。

    2.CPU模块的主要特点和技术规范

    CPU的主要特点:

    (1)供电电压直流24V和交流220V两种供电电源电压。

    (2)输出方式;输出类型有品体管(DC)和继电器(DC/AC)两种输出方式。

    (3)集成电源;主机集成有24V直流电源，可以直接用干传感器和执行机构的供电。

    (4)高速计数;它可以用普通输入端子捕提比CPU扫描周期更快的脉冲信号，进行高速计数，输入脉冲额率可达200kHz(CPU224XP)。

    (5)脉冲输出;2路大可达100kHz(CPU224XP)的高频脉冲输出，可用以驱动步进电动机和伺服电动机以实现准确定位任务。

    (6)集成模拟电位器; 可以用模块上的电位器来改变它对应的特殊寄存器中的数值，可以实时更改程序运行中的一些参数，如定时器/计数器的设定值和过程量的控制参数等(该功能使用较少)。

    (7)实时时钟;可用于对信息加注时间标记，记录机器运行时间或对过程进行时间控制。

    附录C中列出了S7-200PLCCPU的主要技术规范，包括CPU规范.CPU输入规范和CPU输出规范。这些技术数据对了解PLC的性能和进行PLC选择非常有用，请大家使用时参考。

    3.存储系统

    早的PLC，不仅它们的数据需要电池保护，而且用户程序也需要电池保护，一旦电池寿命到期，如果不及时更换电池，将面临整个程序丢失的危险。由于采用了新的存储技术，现在的PLC不再需要电池来保护用户程序，对于一些需要临时保存的数据，也可以由超级电容保护，需要时间较长的保护时才使用电池卡，S7-200系列PLC提供了三种方式来保存用户程序、程序数据和组态数据。

    (1)保持型数据存储器 在有效的存储器中，变量V、中间继电器M、定时器T和计数器C的存储器可以进行组态使其成为掉电保持型的存储器。在断电情况下，这些数据如果由超级电容保护，则可以维持50~100h;如果由电池卡保护，则可以维持200天。一般来说，没有必要保存这些数据或保存这么长的时间，所以现在很少使用电池卡了。

    (2)存储器用户程序、数据块、系统块、强制设定值、组态为掉电保存的M存储器

    (MB0~MB13)和在用户程序的控制下写人的值可以被保存，用户不必担心这些数据由于PLC断电而造成的丢失。需要说明的是使用用户程序把一些数据写人存储器(EEPROM)的操作参数是有限的(小于100万次)，超过规定的次数后有可能损坏EEPROM，

    PLC的循环扫描周期非常快，虽然100万次看起来很多，但如果设置的存储时间间隔过短，也会很快用完的，所以要慎用该功能。

    (3)存储卡这是一种可以移动的存储卡，是一个可选件。可以用它来存储用户程序、数据块、系统块、强制设定值、配方和数据归档等，也可以将文档文件存放到存储卡上。因为需要另外付费，所以一般情况下很少使用存储卡。

    各CPU主机单元的存储容量如附录C中表C-4所列。

PLC的基本工作原理简要介绍

 PLC以微处理器为核心，具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。
   微机一般采用等待命令的工作方式工作。
   PLC是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。每一次循环扫描所用的时间称为一个扫描周期。
   对每个程序，CPU从条指令开始执行，按顺序逐条地执行指令做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至结束又返回条指令，如此周而复始不断循环。
   PLC在每次扫描工作过程中除了执行用户程序外，还要完成内部处理、输入采样、通信服务、程序执行、自诊断、输出刷新等工作。PLC工作的全过程包括三个部分，即上电处理、扫描过程和出错处理。PLC工作的全过程可用图4所示的运行框图来表示。
   PLC通电后，CPU在系统程序的控制下行内部处理，包括硬件初始化、I/O模块配置检查、停电保持范围设定及其他初始化处理等工作。
    PLC有很强的自诊断功能，PLC每扫描一次执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常，如电源检测、内部硬件是否正常、程序语法是否有错等。如检查出异常时，CPU面板的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码；CPU能根据错误类型和程度发出信号，甚至进行相应的出错处理，使PLC停止扫描或强制变成STOP状态。
   PLC运行正常时，扫描周期的长短与用户应用程序的长短、CPU的运算速度、I/O点的情况等有关。通常用PLC执行1KB指令所需时间来说明其扫描速度（一般1-10ms/KB）。值得注意的是，不同指令执行时间是不同的，故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。若用于高速系统要缩短扫描周期时，可从软硬件上同时考虑。PLC周期性循环扫描工作方式的显著特点是：可靠性高、抗干扰能力强，但响应滞后、速度慢。