S7-200系列PLC的硬件系统
虽然S7-200系列已被更先进的S7-200 SMART系列所取代，但它作为一款经典的小型PLC，其硬件结构具有很高的代表性。
S7-200 PLC的硬件系统采用紧凑的模块化设计，主要由以下几个基本部分构成：
- 一、核心大脑：中央处理单元（CPU模块）
CPU模块是PLC系统的运算和控制中心，如同人体的大脑和心脏。它本身就是一个功能完整的独立单元。
核心构成与功能：
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- 微处理器与存储器：负责执行用户编写的控制程序、进行逻辑运算、处理数据，并协调系统内所有部件的工作。
- 集成电源：内部集成了电源电路，能将外部输入的交流电（如220V AC）或直流电（如24V DC）转换为系统所需的工作电平，并为自身及后续连接的扩展模块提供直流电源（通常是24V DC）。
- 集成I/O（输入/输出）点：数字量I/O：所有CPU都集成了数量不等的数字量输入点（I）和输出点（O）。输入点用于接收来自按钮、开关、传感器的开关信号（ON/OFF）；输出点用于驱动指示灯、继电器线圈、接触器等。示例：一个启动按钮接在I0.0上，一个电机接触器接在Q0.0上。程序可设计为“当I0.0为1（启动按下）时，让Q0.0输出1（电机启动）”。模拟量I/O：部分高端型号（如CPU 224XP）还集成了模拟量输入点（AI）和输出点（AO），可直接连接温度、压力等连续变化的信号，无需额外扩展模块。示例：一个0-10V的压力传感器接在CPU 224XP的模拟量输入点上，PLC可以直接读取一个具体的压力值（如5.5V对应5.5MPa）。
- 通信端口：标配一个RS-485物理接口（Port 0），用于连接编程电脑（通过PC/PPI电缆）、触摸屏（HMI）或其他支持此协议的设备（如另一台PLC）。部分型号（如CPU 226）提供两个通信口，便于构建更复杂的网络。
- 工作模式开关：RUN（运行）：PLC执行用户程序，实现控制功能。STOP（停止）：PLC停止执行程序，此模式下可进行程序下载、上传和调试监控。TERM（终端）：模式由编程软件（STEP 7-Micro/WIN）远程控制，方便调试。
常见CPU型号举例:
- CPU 221：I/O点最少，无法扩展模块，适用于超小型应用。
- CPU 222：I/O点较少，但可以连接扩展模块。
- CPU 224：最常用的型号，I/O点数适中，扩展能力良好。
- CPU 224XP：功能增强型，集成模拟量I/O和第二个通信口，适用于需要本体模拟量控制或更多通信的应用。
- CPU 226：I/O点最多，有两个通信口，适用于较复杂的控制系统。
2. 信号扩展模块
当CPU本体集成的I/O点数不够用时，可以通过扁平电缆连接扩展模块来增加I/O数量。S7-200提供了丰富的扩展模块：
- 数字量扩展模块：EM 221：数字量输入模块（例如8点/16点输入）。EM 222：数字量输出模块（例如8点/16点输出）。EM 223：数字量输入/输出混合模块（例如4入/4出，8入/8出等）。
- 模拟量扩展模块：EM 231：模拟量输入模块（通常4路或8路，可测量电压或电流信号）。EM 232：模拟量输出模块（通常2路或4路，可输出电压或电流信号）。EM 235：模拟量输入/输出混合模块（通常4路输入/1路输出）。
- 特殊功能模块：EM 253：位置控制模块，用于步进电机或伺服电机的精确定位。EM 277：PROFIBUS-DP从站模块，用于将S7-200连接到PROFIBUS-DP网络。
3. 功能模块（或称为特殊模块）
如上所述，如EM 253和EM 277，它们为实现特定复杂功能而设计。
4. 通信设备
用于网络连接和远程通信。
- 通信端口：CPU本体的RS-485口。
- 通信模块：EM 241：调制解调器模块，支持通过电话线进行远程编程、短信或数据传输。
- 通信接口：PC/PPI电缆：最常用的编程电缆，用于连接电脑的串口和PLC的RS-485口。CP 243-1：工业以太网模块，让S7-200可以接入以太网。CP 243-2：AS-Interface主站模块，用于连接AS-i总线设备。
5. 编程设备和人机界面
- 编程设备：通常是安装了STEP 7-Micro/WIN编程软件的个人电脑。
- 人机界面：如西门子的TD文本显示器或更高级的触摸屏，用于现场操作和监控。
6. 相关附件
- 安装导轨：标准的DIN导轨（35mm宽），用于安装CPU和扩展模块。
- 总线连接器：用于连接CPU和扩展模块的扁平电缆和插头。
- 电源：虽然CPU模块自带电源，但如果扩展模块过多或外部负载过大，可能需要额外的外部24V DC电源。
系统构成示意图
一个典型的S7-200系统连接方式如下：
[编程电脑] <--(PC/PPI电缆)--> [CPU 224] <--(扁平扩展电缆)--> [EM 231 模拟量输入模块] <--(信号线)--> [传感器] | <--(扁平扩展电缆)--> [EM 223 数字量混合模块] <--(信号线)--> [按钮/指示灯] | <--(通信线)--> [TD 200 文本显示器]
总结
S7-200 PLC的硬件系统核心是 “CPU本体 + 扩展模块” 的模块化结构。这种结构非常灵活，用户可以根据实际控制需求（需要的I/O点数、类型和特殊功能）来选择最合适的CPU型号，并像搭积木一样添加所需的扩展模块，从而构建一个既经济又满足功能要求的控制系统。
