S7-200系列PLC输入/输出的扩展
核心概念：模块化扩展
S7-200 PLC采用模块化结构进行扩展。其基本单元（CPU模块）自带固定数量的I/O点（称为本体I/O）。当这些I/O点不够用时，可以通过CPU右侧的扩展接口连接专门的扩展模块来增加I/O数量或增加特殊功能。
一、扩展模块的类型
S7-200的扩展模块主要分为以下几大类：
1. 数字量扩展模块（DI/DO）
用于增加开关量输入/输出点。
- EM 221： 纯数字量输入模块。例如：EM 221 8x24V DC输入。
- EM 222： 纯数字量输出模块。例如：EM 222 8x24V DC输出（晶体管）。例如：EM 222 4继电器输出。
- EM 223： 数字量混合模块（既有输入又有输出）。例如：EM 223 4输入/4输出（DC/继电器），EM 223 8输入/8输出（DC/继电器）等。组合非常丰富。
2. 模拟量扩展模块（AI/AO）
用于连接模拟量传感器（如温度、压力、流量）或控制模拟量执行器（如变频器、调节阀）。
- EM 231： 纯模拟量输入模块。例如：EM 231 4x12位模拟量输入（可接电压或电流信号）。例如：EM 231 4x热电偶输入（专用温度模块）。例如：EM 231 2x热电阻输入（RTD专用模块）。
- EM 232： 纯模拟量输出模块。例如：EM 232 2x12位模拟量输出。
- EM 235： 模拟量混合模块。例如：EM 235 4输入/1输出（最常用）。
3. 通信扩展模块（CP）
用于增加通信接口，实现网络连接。
- EM 277： PROFIBUS-DP从站模块。允许S7-200作为从站连接到PROFIBUS-DP网络，与上位机（如西门子S7-300/400、WinCC）或其他主站通信。
- CP 243-2： AS-Interface主站模块。用于连接AS-i总线设备。
- CP 243-1： 工业以太网模块。允许S7-200通过以太网连接到工业网络，支持S7通信等。
二、扩展规则与能力（非常重要！）
扩展不是无限制的，需要遵循硬件的限制。这些限制因CPU型号而异。
1. S7-200（经典系列）扩展能力：
- 最大模块数量： 最多能连接7个扩展模块（包括信号板和信号模块，但信号板不占用扩展口位置）。
- 最大数字量I/O： 数字量映像区的大小限制了最大I/O点数，通常为256（128输入/128输出）。
- 最大模拟量I/O： 模拟量映像区的大小限制了最大通道数，通常为64（32输入/32输出）。
- 5VDC电源负载： 这是最关键的硬性限制！每个扩展模块都需要从CPU的+5V DC电源上取电。每个CPU能提供的+5V DC电流是有限的（例如，CPU 224约为660mA）。您必须确保所有连接的扩展模块的5V电流消耗总和不能超过CPU的供电能力。
举例： 一个CPU 224（本体14输入/10输出）可以扩展为：
- 1个EM223（8DI/8DO） + 1个EM235（4AI/1AO） + 1个EM221（8DI） + 1个EM277（通信模块）。
- 需要查手册核对每个模块的5V电流消耗，确保总和未超标。
2. S7-200 SMART（新一代系列）扩展能力：
S7-200 SMART的扩展能力更强，设计也更直观。
- 最大模块数量： 最多可连接6个扩展模块（信号板除外）。
- CPU型号决定能力：标准型CPU（如SR20/ST20, SR30/ST30, SR40/ST40, SR60/ST60）： 支持所有类型的扩展模块（数字量、模拟量、温度、通信）。经济型CPU（如CR20s, CR30s, CR40s, CR60s）： 不能连接扩展模块，只能使用本体I/O和信号板。
- 电源计算： 同样需要进行电源计算，包括+5V DC（供扩展模块）和+24V DC（供传感器负载）的负载能力。
三、扩展模块的地址分配
PLC系统会自动为扩展模块分配地址，规则非常清晰：
- 顺序分配： 地址是连续分配的，按照模块在导轨上的物理连接顺序（从左到右：CPU -> 第一个扩展模块 -> 第二个...）进行。
- 独立分配： 数字量I/O和模拟量I/O的地址区域是分开的。
- 以字节为单位： 数字量I/O以8位（一个字节） 为单位分配。即使模块只有4点，也会占用一个字节的地址。
- 模拟量以字为单位： 模拟量I/O以16位（一个字） 为单位分配，每个通道占一个字。
举例说明（S7-200 SMART）：
假设系统配置为：CPU ST30 (本体：18输入/12输出) -> EM DE08 (8DI) -> EM AQ04 (4AO) -> EM DR08 (8继电器输出)
- CPU ST30 本体I/O地址：输入： I0.0 ~ I2.1 (共18点，占用3个字节)输出： Q0.0 ~ Q1.5 (共14点，占用2个字节)
- 第一个模块 EM DE08 (8DI)：它紧接在本体输入之后分配地址。输入： I3.0 ~ I3.7 (占用1个字节)
- 第二个模块 EM AQ04 (4AO)：模拟量输出地址从AQW0开始。输出： AQW0, AQW2, AQW4, AQW6 (4个通道，每个占1个字)
- 第三个模块 EM DR08 (8DO)：它紧接在本体输出之后分配地址。输出： Q2.0 ~ Q2.7 (占用1个字节)
在编程时，您只需要使用这些系统自动分配的地址即可。
四、扩展配置步骤总结
- 评估需求： 统计需要多少数字量输入/输出、模拟量输入/输出，以及是否需要特殊通信。
- 选择CPU： 根据控制复杂度和基本I/O需求选择一款CPU。
- 选择扩展模块： 根据缺少的I/O点数和类型，从产品目录中选择合适的扩展模块。
- 校验硬件限制： 务必查阅所选CPU和扩展模块的技术规范手册，进行5VDC电源校验，确保总电流消耗在CPU能力范围内。
- 分配地址： 确定模块的连接顺序，并列出最终的I/O地址分配表，用于编程。
实践建议
- 查阅手册： 西门子的官方网站提供了非常完整的手册，这是最权威的信息来源。
- 使用选型工具： 西门子提供在线或离线的选型工具（如S7-200 SMART的S7-200 SMART Product Selection Guide），可以自动校验电源和配置。
- 预留余量： 在选型时，建议为I/O点和电源预留10%-20%的余量，以备将来项目修改或升级。
