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 S7-200數(shù)字量接線

數(shù)字量輸入接線

對于大多數(shù)輸入來講，都是24VDC輸入，因為S7-200的數(shù)字量輸入點內(nèi)部為雙向二級管，可以接成漏型（圖1）或源型（圖2），只要每一組接成一樣就行。

只有6ES7221-1EF22-0XA0這一種型號可以接成交流輸入（圖3）

 對于數(shù)字量輸入電路來說，關(guān)鍵是構(gòu)成電流回路。輸入點可以分組接不同的電源，這些電源之間沒有聯(lián)系也可以。

數(shù)字量輸出接線

• 晶體管輸出只能接成源型輸出（圖4），不能接成漏型，即輸出為24V。
• 繼電器輸出是一組共用一個公共端的干節(jié)點，可以接交流或直流，電壓等級最高到220V。例：可以接24V/110V/220V交直流信號。但要保證一組輸出接同樣的電壓（一組共用一個公共端，如1L、2L）。對于弱小信號，如小于 5V 的信號，需要自己驗證其輸出的可靠性。
  繼電器輸出點接直流電源時，公共端接正或負(fù)都可以。
• 只有6ES7222-1EF22-0XA0為可控硅輸出（圖6），其中L端即可以接成110V也可以接成220V。

 對于數(shù)字量輸出電路來說，關(guān)鍵是構(gòu)成電流回路。輸出點可以分組接不同的電源，這些電源之間沒有聯(lián)系也可以。

常問問題

 S7-200的高速輸入、輸出端子如何接線？

S7-200 CPU上的高速輸入、輸出端子，其接線與普通數(shù)字量I/O相同。但高速脈沖輸出必須使用直流晶體管輸出型的CPU（即DC/DC/DC型）。

 我的NPN/PNP輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器（和其他傳感器），能否接到S7-200 CPU上？

都可以。S7-200 CPU和擴展模塊上的數(shù)字量輸入可以連接源型或漏型的傳感器輸出，連接時只要相應(yīng)地改變公共端子的接法（是電源L＋連接到輸入公共端、還是電源的M連接到公共端）。

 S7-200能否使用兩線制的數(shù)字量（開關(guān)量）傳感器？

可以，但必須保證傳感器的靜態(tài)工作電流（漏電流）小于1mA。西門子有相關(guān)的產(chǎn)品，如用于PLC的接近開關(guān)（BERO）等。詳情請聯(lián)系西門子產(chǎn)品的經(jīng)銷商。

 S7-200是否有輸入、輸出點可以復(fù)用的模塊？

S7-200的數(shù)字量、模擬量輸入/輸出點不能復(fù)用（即既能當(dāng)作輸入，又能當(dāng)作輸出）。

CPU224 XP 高速I/O

S7-200 CPU支持6路高速數(shù)字量輸入（CPU224/226）和兩路高速數(shù)字量輸出（用于PTO/PWM）。

新產(chǎn)品CPU224 XP高速輸入中的兩路支持更加高的速度。用作單相脈沖輸入時，可以達(dá)到200KHz；用作雙相90°正交脈沖輸入時，速度可達(dá)100KHz。

CPU224 XP的兩路高速數(shù)字量輸出速率可以達(dá)到100KHz。

圖1. CPU224 XP數(shù)字量接線

圖中：

1. 高速輸出點Q0.0和Q0.1與Q0.2 - Q0.4成組支持5 - 24VDC電壓輸出
2. 特高速輸入點I0.3/I0.4/I0.5支持5 - 24VDC電壓的源型或漏型輸入；同組其他輸入點電壓可以仍然是24VDC，單要求兩者的電源的公共端在1M處連接

CPU224 XP的高速數(shù)字量輸入

除了其他高速輸入端子外，CPU224 XP特有的高速輸入端子為I0.3、I0.4、I0.5。

具體位置如圖1所示。

這些特高速輸入端可用作高速計數(shù)器輸入端，如表1所示：

表1. CPU224 XP高速輸入端子與計數(shù)器分配

根據(jù)上表可以看出：

• 要達(dá)到單相200KHz高速脈沖輸入，可以使用HSC4和HSC5，分別輸入到I0.3、I0.4
• 要實現(xiàn)雙相90°正交高速脈沖輸入，可以使用HSC4；此時HSC5因為I0.4被HSC4占用而不能使用
• HSC4可以工作在模式0、1、3、4、6、7、9、10
• HSC5可以工作在模式0

 支持特高速輸入的I0.3、I0.4、I0.5可以接受5 - 24VDC信號；它們既可以用于高速脈沖輸入，也可以用于普通輸入信號。它們與本組輸入點（I0.0 - I0.7）一起，支持源型和漏型輸入。

CPU224 XP高速脈沖輸出

CPU224 XP的高速脈沖輸出Q0.0和Q0.1支持高達(dá)100KHz的頻率。

 Q0.0和Q0.1支持5 - 24VDC輸出。但是它們必須和Q0.2 - Q0.4一起成組輸出相同的電壓。

 高速輸出只能用在CPU224 XP DC/DC/DC型號

常問問題

 CPU 224 XP 的高速計數(shù)器模式 12，是否可以計數(shù) 30 KHz 以上的脈沖？

CPU 224 XP 支持最多 100 KHz 的高速脈沖輸出。S7-200 系列 CPU 只有高速計數(shù)器 HSC0, HSC3 能夠被設(shè)置為模式 12，使用的輸入端子為I0.0, I0.1，而不是特高速輸入端子：I0.3、I0.4、I0.5。非特高速脈沖信號輸入端由于硬件電路的限制（如光電耦合等）只能支持最高 30 KHz 的高速脈沖輸入。

用戶使用高速計數(shù)器模式 12 時不需要任何外部連線，Q0.0(Q0.1) 與 I0.0(I0.1) 通過集成電路內(nèi)部關(guān)聯(lián)，越過了外部信號處理電路，因此 HSC0(HSC1) 可以計 100KHz 或者更高頻率的脈沖。用戶在使用向?qū)渲?S7-200 內(nèi)部 PTO/PWM 操作時，勾選“使用高速計數(shù)器HSCx（模式12）自動計數(shù)線性 PTO 生成的脈沖”即可。

 CPU224 XP的高速輸入（I0.3/4/5）是5VDC信號，其他輸入點是否可以接24VDC信號？

可以。只需將兩種信號供電電源的公共端都連接到1M端子。這兩種信號必須同時為漏型或源型輸入信號。

 CPU224 XP的高速輸出點Q0.0和Q0.1接5V電源，其他點如Q0.2/3/4是否可以接24V電壓？

不可以。必須成組連接相同的電壓等級。

S7-200 CPU 224XPsi 發(fā)布

新的帶有漏型輸出　SIMATIC S7-200 CPU 224XPsi CN已經(jīng)發(fā)布。CPU 224XPsi CN完善了現(xiàn)有的S7-200 CPU 的產(chǎn)品范圍。

新的 CPU 由 STEP7 MicroWIN V4.0 Service Pack 6 軟件支持。早期版本的 STEP7 MicroWIN V4.0可以通過上載 CPU 的系統(tǒng)塊更新到新的 CPU。

CPU 224XPsi CN具有漏型輸出，可以驅(qū)動具有源型輸入的設(shè)備。

產(chǎn)品特性

表 1. 新CPU 224XPsi CN規(guī)格表

CPU 224XPsi 接線圖

圖1.CPU 224XPsi 接線圖

S7-200數(shù)據(jù)尋址

• 如何調(diào)用開關(guān)量或模擬量信號？
• 怎樣讀取數(shù)據(jù)？
• 怎么使用輸入信號？
• 如何輸出控制？
• ……

上述問題都是關(guān)于如何訪問、使用數(shù)據(jù)的問題，也就是所謂“尋址”。

訪問S7-200中的數(shù)據(jù)

S7-200從外部接收信號輸入（輸入數(shù)據(jù)），在內(nèi)部按照用戶程序運算、處理后，再輸出進(jìn)行各種控制、顯示。

物理的輸入/輸出信號，在S7-200 CPU內(nèi)部是以輸入/輸出映象區(qū)的形式對應(yīng)。除此之外，CPU內(nèi)部也有各種數(shù)據(jù)區(qū)域，如變量區(qū)（V存儲區(qū)），定時器、計數(shù)器數(shù)據(jù)等。

 S7-200中的數(shù)據(jù)類型

在S7-200 PLC系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)可以被：

• 從一個地址傳送到另一個地址
• 進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)運算
• 在編程軟件上設(shè)置、查看
• 被其他設(shè)備訪問，如在HMI（人機界面）上顯示
• 作為通信消息從一個設(shè)備傳送到另一個設(shè)備
• ……

要進(jìn)行上述數(shù)據(jù)處理，需要：

• 在直接使用數(shù)據(jù)處理的指令時，指定數(shù)據(jù)地址。所謂指令的“操作數(shù)”基本都是以數(shù)據(jù)地址的形式給出
• 在編程軟件中查看、設(shè)置數(shù)據(jù)，或者在HMI配置軟件中指定變量（Tag）對應(yīng)的數(shù)據(jù)時，指定地址

總之，所有數(shù)據(jù)，在S7-200中都是通過地址訪問。

凡S7-200中能夠訪問的數(shù)據(jù)都有地址，地址是訪問所有數(shù)據(jù)的依據(jù)，訪問數(shù)據(jù)的過程本身就是“尋址”。

 《S7-200系統(tǒng)手冊》上關(guān)于PLC概念的第四章，其中對于S7-200中數(shù)據(jù)尋址的敘述非常好，建議初學(xué)者必讀！

 幾乎所有的指令、功能都與各種形式的尋址有關(guān)，不弄清楚數(shù)據(jù)尋址會給工作帶來極大的困難。

 

S7-200 CPU的集成I/O和擴展I/O尋址

在S7-200中，輸入/輸出點的地址只與其在系統(tǒng)中的物理位置有關(guān)。

各種類型的I/O按照各自的種類，如數(shù)字量輸入（I）、數(shù)字量輸出（Q）、模擬量輸入（AI）、模擬量輸出（AQ）信號，分別排列地址。

 S7-200編程時不必配置I/O地址。

S7-200擴展模塊上的I/O地址按照離CPU的距離遞增排列。離CPU越近，地址號越小。

 在模塊之間，數(shù)字量信號的地址總是以8位（1個字節(jié)）為單位遞增。如果CPU上的物理輸入點沒有完全占據(jù)一個字節(jié)，其中剩余未用的位也不能分配給后續(xù)模塊的同類信號。

 模擬量輸出模塊總是要占據(jù)兩個通道的輸出地址。即便有些模塊（EM235）只有一個實際輸出通道，它也要占用兩個通道的地址。

 在編程計算機和CPU實際聯(lián)機時，使用Micro/WIN的菜單命令“PLC > Inbation”，可以查看CPU和擴展模塊的實際I/O地址分配。

一個CPU和擴展I/O尋址的例子：

圖1. I/O地址排列舉例

數(shù)字量輸入/輸出（DI/DO）響應(yīng)速度

• S7-200的數(shù)字量（開關(guān)量）輸入/輸出有多快？
• 數(shù)字量輸入能接多大頻率的脈沖？
• 數(shù)字量輸出點能發(fā)高速脈沖么？
• ……

這些問題都是關(guān)于S7-200 PLC在處理開關(guān)量（數(shù)字量）信號時的快速響應(yīng)能力。只有在控制任務(wù)對數(shù)字量信號的處理速度要求很高時才需要考慮。

S7-200可以采用兩種方式處理數(shù)字量信號：

• 硬件電路
  S7-200在CPU單元上設(shè)有硬件電路（芯片等）處理高速數(shù)字量I/O，如高速計數(shù)器（輸入）、高速脈沖輸出。這些硬件電路在用戶程序的控制下工作，可以達(dá)到很高的頻率；但點數(shù)受到硬件資源的限制
• 常規(guī)處理
  按照PLC工作原理，以常規(guī)方式處理DI/DO

S7-200處理DI/DO的限制因素

典型的數(shù)字量信號處理包括從輸入信號變化，到S7-200識別、進(jìn)行邏輯運算得到結(jié)果并輸出，最后輸出信號狀態(tài)實際改變的整個過程。

S7-200 CPU按照以下機制循環(huán)工作：

1. 讀取輸入點的狀態(tài)到輸入映像區(qū)
2. 執(zhí)行用戶程序，進(jìn)行邏輯運算，得到輸出信號的新狀態(tài)
3. 將輸出信號寫入到輸出映像區(qū)

只要CPU處于運行狀態(tài)，上述步驟就周而復(fù)始地執(zhí)行。在第二步中，CPU也執(zhí)行通信、自檢等工作。

 上述三個步驟是S7-200 CPU的軟件處理過程，可以認(rèn)為就是程序掃描時間。

實際上，S7-200對數(shù)字量的處理速度受到以下幾個因素的限制：

1. 輸入硬件延時（從輸入信號狀態(tài)改變的那一刻開始，到CPU刷新輸入映像區(qū)時能夠識別其改變的時間）
2. CPU的內(nèi)部處理時間，包括：
   1. 讀取輸入點的狀態(tài)到輸入映像區(qū)
   2. 執(zhí)行用戶程序，進(jìn)行邏輯運算，得到輸出信號的新狀態(tài)
   3. 將輸出信號寫入到輸出映像區(qū)
3. 輸出硬件延時（從輸出緩沖區(qū)狀態(tài)改變到輸出點真實電平改變的時間）

上述A,B,C三段時間，就是限制PLC處理數(shù)字量響應(yīng)速度的主要因素。

 一個實際的系統(tǒng)可能還需要考慮輸入、輸出器件的延時，如輸出點外接的中間繼電器動作時間等，不在這里討論。

 

輸入硬件延時

表1. 輸入點硬件延時

 以上數(shù)據(jù)都在《S7-200系統(tǒng)手冊》中標(biāo)明，這里只是列表比較。CPU上的部分輸入點延時（濾波）時間可以在編程軟件Micro/WIN的“系統(tǒng)塊”中設(shè)置，其缺省的濾波時間是6.4ms。

 如果把容易受到干擾的信號接到CPU上可改變?yōu)V波時間的DI點上，調(diào)整濾波時間可能改善信號檢測的質(zhì)量。

 支持高速計數(shù)器功能的輸入點在相應(yīng)功能開通時不受此濾波時間約束。濾波設(shè)置對輸入映像區(qū)的刷新、開關(guān)量輸入中斷、脈沖捕捉功能同樣有效。

 

輸出硬件延時

表2. CPU輸出硬件延時

輸出點類型		24VDC晶體管	24VDC（CPU224 XP）晶體管	繼電器
輸出延時	OFF - ON	2μs（Q0.0, Q0.1）, 15μs（其他）	0.5μs （Q0.0, Q0.1）, 15μs（其他）	-
	ON - OFF	10μs（Q0.0, Q0.1）, 130μs（其他）	1.5μs（0.0, Q0.1）, 130μs（其他）	-
	開關(guān)	-	-	10ms

 有些輸出點要比其他點更快些，是因為它們可以用于高速輸出功能，在硬件上有特殊設(shè)計。沒有專門使用硬件高速輸出功能時，它們只是和普通點一樣處理

 繼電器輸出開關(guān)頻率為1Hz。

表3. 擴展模塊輸出硬件延時

 上述數(shù)據(jù)來自《S7-200系統(tǒng)手冊》。

S7-200程序掃描時間

程序掃描時間與用戶程序的大小成正比。

《S7-200系統(tǒng)手冊》中有每個指令所需執(zhí)行時間的數(shù)據(jù)。實際上很難事先預(yù)先精確計算出程序掃描時間，特別是還沒有開始編程序時。

 可以看出，常規(guī)的PLC處理模式不適合時間響應(yīng)要求高的數(shù)字量信號?？赡苄枰鶕?jù)具體任務(wù)采用一些特別的方法。

S7-200處理快速響應(yīng)信號的對策

可以單獨或組合使用一些S7-200 CPU的高級功能：

• 使用CPU內(nèi)置的高速計數(shù)器和高速脈沖發(fā)生器處理序列脈沖信號
• 使用部分CPU數(shù)字量輸入點的硬件中斷功能，在中斷服務(wù)程序中處理；進(jìn)入中斷的延時可以忽略
• S7-200擁有“直接讀輸入”和“直接寫輸出”指令，可以越過程序掃描周期的時間限制
• 使用部分CPU數(shù)字量輸入點的“脈沖捕捉”功能捕捉短暫的脈沖

 S7-200系統(tǒng)中最小周期的定時任務(wù)為1ms。

 所有實現(xiàn)快速信號處理的措施，都要考慮所有限制因素的影響。例如，為一個需要毫秒級響應(yīng)速度的信號選擇 500μs 輸出延時的硬件，顯然是不合理的。

 

相關(guān)問題

數(shù)字量輸入濾波器

可以為 CPU 上的數(shù)字量輸入點選擇不同的輸入濾波時間。如果輸入信號有干擾、噪音，可調(diào)整輸入濾波時間，濾除干擾，以免誤動作。

濾波時間可在 0.20 ~ 12.8ms 的范圍中選擇幾檔 。

如果濾波時間設(shè)定為 6.40ms，數(shù)字量輸入信號的有效電平（高或低）持續(xù)時間小于 6.4ms時，CPU 會忽略它；只有持續(xù)時間長于 6.4ms 時，才有可能被識別。

圖1. 數(shù)字量輸入濾波

 支持高速計數(shù)器功能的輸入點在相應(yīng)功能開通時不受此濾波時間約束。濾波設(shè)置對輸入映像區(qū)的刷新、開關(guān)量輸入中斷、脈沖捕捉功能都有效。

 DI/DO 的與高頻信號處理

常問問題

 我設(shè)置了數(shù)字量濾波，為何不能濾除連續(xù)的 50Hz 正弦干擾信號？在實驗時卻為何能夠濾除幾個正弦波干擾信號波頭，而多了就不行？

數(shù)字量濾波是對電壓信號的延時濾波。從工作原理和數(shù)值設(shè)置來看，它相當(dāng)于一個低通濾波器，只能濾除高頻的干擾脈沖，因此從原理上就不能用于濾除低頻干擾信號。

數(shù)字量輸入點的信號檢測具有其特定的過渡反應(yīng)特性。數(shù)字量濾波只有在電路檢測到輸入信號“有效”（激活）時才開始延時；能否達(dá)到“有效”的狀態(tài)，取決于信號（包括干擾信號）在輸入電路上的過渡響應(yīng)。輸入電路的過渡反應(yīng)也可以認(rèn)為是一種硬件濾波。如果干擾脈沖短暫，很可能達(dá)不到“有效”狀態(tài)；而連續(xù)的低頻信號波頭能夠不斷補充能量，達(dá)到“有效”狀態(tài)，進(jìn)而啟動濾波延時并為 CPU 識別。

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