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S7—200硬件系统组成

        CPU模块又称为主机是系统的核心，它包括CPU、存储器、基本输入输出点和电源等。它实

际就是一个完整的控制系统，可以单独完成一定的控制任务。主机I/O数量不能满足控制系统的要求

时，用户可以根据需要扩展各种I/O模块，所能连接的扩展单元的数量和实际所能使用的I／O点数是

由多种因素共同决定的。当需要完成某些特殊功能的控制任务时，可扩展特殊功能模块，以完成某

种特殊的控制任务。利用网络接口，可以充分和方便地利用为SIMATICS7—200系统的硬件和软件资

源而开发和使用的一些设备，主要有编程设备、人机操作界面和网络设备等。

所有以上这些硬件设备，都在一个统一的工业软件平台上编程和运行，为了更好地管理和使用这些

设备，S7—200PLC配备了许多功能强大的专用功能指令，方便地实现各种控制目的。

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S7—200PLC系统主机（CPU）模块的外形和模块功能简介

S7—200系统CPU 22*系列PLC主机(CPU模块)的外形如图1所示。 S7—200CPU模块包括一个中央处理

单元、存储器、电源以及数字I／O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序

以便对工业自动化控制任务或过程进行控制。输人部分从现场设备中采集信号，输出部分则输出

控制信号，控制工业过程中的设备。

从CPU模块的功能来看，SIMATICS7—200系列小型可编程序控制器发展至今，经历了两代产

品的CPU模块为CPU 21*，现已停产。第二代产品的CPU模块为CPU 22*，是在21世纪初投放市场的。

其速度快，具有*的通讯能力。它具有四种不同结构配置的CPU单元。

(1)CPU 221 CPU 221具有6输入／4输出，共计10个点的I／O，无扩展能力，有6 KB程序和数据存储

空间。还具有4个独立的30 kHz高速计数器，2路独立的20 kHz高速脉冲输出端，1个RS—485通讯／

编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由通讯方式。非常适合于小点数的控制系统。

(2)CPU 222 CPU 222除了具有CPU 221的功能外，其不同点在于：它有8输人／6输出，共计14点I／O

。可以带两个扩展模块，多扩展8路模拟量和64个I／O，因此是更广泛的全功能控制器。

(3)CPU 224 它在CPU 222的基础上使主机的输入输出点数增为24点，有14输入／10输出，可以带7个

扩展模块，大可扩展为168点数字量或者35点模拟量的输入和输出；存储容量也进一步增加，有内

置时钟，还增加了一些数学指令和高速计数器的数量，具有较强的控制能力。

(4)CPU 226 这种模块在CPU 224的基础上功能又进一步增强，有24输入／16输出，主机输入和输出

点数增到40点，大可扩展为248点数字量或35点模拟量；增加了通讯口的数量，通讯能力大大增强

；它可用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。
现在西门子公司新推出了一种增强型的CPU 226XM，它在用户程序存储容量上扩大到8K字，其他指标

和CPU 226相同。

每一款主机模块上都集成了24V直流电源，可以直接用于连接传感器和执行机构。利用EEPROM存储存

储程序和配置信息。用户数据可通过主机的超级电容存储若干天，电池模块可选，可使数据的存储

时间延长到200天。可以用普通输入端子捕捉比CPU扫描周期更快的脉冲信号，利用中断输入，允许

以极快的速度对信号的上升沿做出响应。速度为30 kHz的高速计数器可以编程，并具有复位输入端

多个独立的输入端，可同时用作加减计数，可以连接相应数量的相位差为90度的A／B相增量编码

器。2路大可达20kHz的高频脉冲输出，可用以驱动步进电机和伺服电机以实现准确定位任务。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，可以即时更改程序运行中的一些参数，

如定时／计数器的设定值、过程量的控制参数等。实时时钟可用以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。

西门子PLC S7-200处理快速响应信号的对策有那些？

使用CPU内置的高速计数器和高速脉冲发生器处理序列脉冲信号

使用部分CPU数字量输入点的硬件中断功能，在中断服务程序中处理；进入中断的延时可以忽略S7-

200拥有“直接读输入”和“直接写输出”指令，可以越过程序扫描周期的时间限制，使用部分CPU

数字量输入点的“脉冲捕捉”功能捕捉短暂的脉冲 。

注意： S7-200系统中小周期的定时任务为1ms。所有实现快速信号处理的措施，都要考虑所有限

制因素的影响。例如，为一个需要毫秒级响应速度的信号选择500μs输出延时的硬件，显然是不合

理的。

 S7-400可编程控制器I/O模板的默认编址与S7-300不同，它的输入/输出地址分别按顺序排列。数字

I/O模板的输入/输出默认首地址为0，模拟I/O模板的输入/输出默认首地址为512。模拟I/O模板的输

入/输出地址可能占用32个字节，也可能占用16个字节，它是由模拟量I/O模板的通道数来决定的。
S7-200在CPU单元上设有硬件电路（芯片等）处理高速数字量I/O，如高速计数器（输入）、高速脉

冲输出。这些硬件电路在用户程序的控制下工作，可以达到很高的频率；但点数受到硬件资源的限

制。

S7-200 CPU按照以下机制循环工作：

读取输入点的状态到输入映像区

执行用户程序，进行逻辑运算，得到输出信号的新状态

将输出信号写入到输出映像区

只要CPU处于运行状态，上述步骤就周而复始地执行。在第二步中，CPU也执行通讯、自检等工作。

上述三个步骤是S7-200 CPU的软件处理过程，可以认为就是程序扫描时间。

实际上，S7-200对数字量的处理速度受到以下几个因素的限制：

输入硬件延时（从输入信号状态改变的那一刻开始，到CPU刷新输入映像区时能够识别其改变的时间

）

CPU的内部处理时间，包括：

读取输入点的状态到输入映像区

执行用户程序，进行逻辑运算，得到输出信号的新状态

将输出信号写入到输出映像区

输出硬件延时（从输出缓冲区状态改变到输出点真实电平改变的时间）

上述A,B,C三段时间，就是限制PLC处理数字量响应速度的主要因素。

一个实际的系统可能还需要考虑输入、输出器件的延时，如输出点外接的中间继电器动作时间等 。

CPU上的部分输入点延时（滤波）时间可以在编程软件Micro/WIN的“系统块”中设置，其缺省的滤

波时间是6.4ms。

如果把容易受到干扰的信号接到CPU上可改变滤波时间的DI点上，调整滤波时间可能改善信号检测的

质量。