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 S7-200数字量接线

数字量输入接线

对于大多数输入来讲，都是24VDC输入，因为S7-200的数字量输入点内部为双向二级管，可以接成漏型（图1）或源型（图2），只要每一组接成一样就行。

只有6ES7221-1EF22-0XA0这一种型号可以接成交流输入（图3）

 对于数字量输入电路来说，关键是构成电流回路。输入点可以分组接不同的电源，这些电源之间没有联系也可以。

数字量输出接线

• 晶体管输出只能接成源型输出（图4），不能接成漏型，即输出为24V。
• 继电器输出是一组共用一个公共端的干节点，可以接交流或直流，电压等级最高到220V。例：可以接24V/110V/220V交直流信号。但要保证一组输出接同样的电压（一组共用一个公共端，如1L、2L）。对于弱小信号，如小于 5V 的信号，需要自己验证其输出的可靠性。
  继电器输出点接直流电源时，公共端接正或负都可以。
• 只有6ES7222-1EF22-0XA0为可控硅输出（图6），其中L端即可以接成110V也可以接成220V。

 对于数字量输出电路来说，关键是构成电流回路。输出点可以分组接不同的电源，这些电源之间没有联系也可以。

常问问题

 S7-200的高速输入、输出端子如何接线？

S7-200 CPU上的高速输入、输出端子，其接线与普通数字量I/O相同。但高速脉冲输出必须使用直流晶体管输出型的CPU（即DC/DC/DC型）。

 我的NPN/PNP输出的旋转编码器（和其他传感器），能否接到S7-200 CPU上？

都可以。S7-200 CPU和扩展模块上的数字量输入可以连接源型或漏型的传感器输出，连接时只要相应地改变公共端子的接法（是电源L＋连接到输入公共端、还是电源的M连接到公共端）。

 S7-200能否使用两线制的数字量（开关量）传感器？

可以，但必须保证传感器的静态工作电流（漏电流）小于1mA。西门子有相关的产品，如用于PLC的接近开关（BERO）等。详情请联系西门子产品的经销商。

 S7-200是否有输入、输出点可以复用的模块？

S7-200的数字量、模拟量输入/输出点不能复用（即既能当作输入，又能当作输出）。

CPU224 XP 高速I/O

S7-200 CPU支持6路高速数字量输入（CPU224/226）和两路高速数字量输出（用于PTO/PWM）。

新产品CPU224 XP高速输入中的两路支持更加高的速度。用作单相脉冲输入时，可以达到200KHz；用作双相90°正交脉冲输入时，速度可达100KHz。

CPU224 XP的两路高速数字量输出速率可以达到100KHz。

图1. CPU224 XP数字量接线

图中：

1. 高速输出点Q0.0和Q0.1与Q0.2 - Q0.4成组支持5 - 24VDC电压输出
2. 特高速输入点I0.3/I0.4/I0.5支持5 - 24VDC电压的源型或漏型输入；同组其他输入点电压可以仍然是24VDC，单要求两者的电源的公共端在1M处连接

CPU224 XP的高速数字量输入

除了其他高速输入端子外，CPU224 XP特有的高速输入端子为I0.3、I0.4、I0.5。

具体位置如图1所示。

这些特高速输入端可用作高速计数器输入端，如表1所示：

表1. CPU224 XP高速输入端子与计数器分配

根据上表可以看出：

• 要达到单相200KHz高速脉冲输入，可以使用HSC4和HSC5，分别输入到I0.3、I0.4
• 要实现双相90°正交高速脉冲输入，可以使用HSC4；此时HSC5因为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

 支持特高速输入的I0.3、I0.4、I0.5可以接受5 - 24VDC信号；它们既可以用于高速脉冲输入，也可以用于普通输入信号。它们与本组输入点（I0.0 - I0.7）一起，支持源型和漏型输入。

CPU224 XP高速脉冲输出

CPU224 XP的高速脉冲输出Q0.0和Q0.1支持高达100KHz的频率。

 Q0.0和Q0.1支持5 - 24VDC输出。但是它们必须和Q0.2 - Q0.4一起成组输出相同的电压。

 高速输出只能用在CPU224 XP DC/DC/DC型号

常问问题

 CPU 224 XP 的高速计数器模式 12，是否可以计数 30 KHz 以上的脉冲？

CPU 224 XP 支持最多 100 KHz 的高速脉冲输出。S7-200 系列 CPU 只有高速计数器 HSC0, HSC3 能够被设置为模式 12，使用的输入端子为I0.0, I0.1，而不是特高速输入端子：I0.3、I0.4、I0.5。非特高速脉冲信号输入端由于硬件电路的限制（如光电耦合等）只能支持最高 30 KHz 的高速脉冲输入。

用户使用高速计数器模式 12 时不需要任何外部连线，Q0.0(Q0.1) 与 I0.0(I0.1) 通过集成电路内部关联，越过了外部信号处理电路，因此 HSC0(HSC1) 可以计 100KHz 或者更高频率的脉冲。用户在使用向导配置 S7-200 内部 PTO/PWM 操作时，勾选“使用高速计数器HSCx（模式12）自动计数线性 PTO 生成的脉冲”即可。

 CPU224 XP的高速输入（I0.3/4/5）是5VDC信号，其他输入点是否可以接24VDC信号？

可以。只需将两种信号供电电源的公共端都连接到1M端子。这两种信号必须同时为漏型或源型输入信号。

 CPU224 XP的高速输出点Q0.0和Q0.1接5V电源，其他点如Q0.2/3/4是否可以接24V电压？

不可以。必须成组连接相同的电压等级。

S7-200 CPU 224XPsi 发布

新的带有漏型输出　SIMATIC S7-200 CPU 224XPsi CN已经发布。CPU 224XPsi CN完善了现有的S7-200 CPU 的产品范围。

新的 CPU 由 STEP7 MicroWIN V4.0 Service Pack 6 软件支持。早期版本的 STEP7 MicroWIN V4.0可以通过上载 CPU 的系统块更新到新的 CPU。

CPU 224XPsi CN具有漏型输出，可以驱动具有源型输入的设备。

产品特性

表 1. 新CPU 224XPsi CN规格表

CPU 224XPsi 接线图

图1.CPU 224XPsi 接线图

S7-200数据寻址

• 如何调用开关量或模拟量信号？
• 怎样读取数据？
• 怎么使用输入信号？
• 如何输出控制？
• ……

上述问题都是关于如何访问、使用数据的问题，也就是所谓“寻址”。

访问S7-200中的数据

S7-200从外部接收信号输入（输入数据），在内部按照用户程序运算、处理后，再输出进行各种控制、显示。

物理的输入/输出信号，在S7-200 CPU内部是以输入/输出映象区的形式对应。除此之外，CPU内部也有各种数据区域，如变量区（V存储区），定时器、计数器数据等。

 S7-200中的数据类型

在S7-200 PLC系统中，数据可以被：

• 从一个地址传送到另一个地址
• 进行逻辑和数学运算
• 在编程软件上设置、查看
• 被其他设备访问，如在HMI（人机界面）上显示
• 作为通信消息从一个设备传送到另一个设备
• ……

要进行上述数据处理，需要：

• 在直接使用数据处理的指令时，指定数据地址。所谓指令的“操作数”基本都是以数据地址的形式给出
• 在编程软件中查看、设置数据，或者在HMI配置软件中指定变量（Tag）对应的数据时，指定地址

总之，所有数据，在S7-200中都是通过地址访问。

凡S7-200中能够访问的数据都有地址，地址是访问所有数据的依据，访问数据的过程本身就是“寻址”。

 《S7-200系统手册》上关于PLC概念的第四章，其中对于S7-200中数据寻址的叙述非常好，建议初学者必读！

 几乎所有的指令、功能都与各种形式的寻址有关，不弄清楚数据寻址会给工作带来极大的困难。

 

S7-200 CPU的集成I/O和扩展I/O寻址

在S7-200中，输入/输出点的地址只与其在系统中的物理位置有关。

各种类型的I/O按照各自的种类，如数字量输入（I）、数字量输出（Q）、模拟量输入（AI）、模拟量输出（AQ）信号，分别排列地址。

 S7-200编程时不必配置I/O地址。

S7-200扩展模块上的I/O地址按照离CPU的距离递增排列。离CPU越近，地址号越小。

 在模块之间，数字量信号的地址总是以8位（1个字节）为单位递增。如果CPU上的物理输入点没有完全占据一个字节，其中剩余未用的位也不能分配给后续模块的同类信号。

 模拟量输出模块总是要占据两个通道的输出地址。即便有些模块（EM235）只有一个实际输出通道，它也要占用两个通道的地址。

 在编程计算机和CPU实际联机时，使用Micro/WIN的菜单命令“PLC > Inbation”，可以查看CPU和扩展模块的实际I/O地址分配。

一个CPU和扩展I/O寻址的例子：

图1. I/O地址排列举例

数字量输入/输出（DI/DO）响应速度

• S7-200的数字量（开关量）输入/输出有多快？
• 数字量输入能接多大频率的脉冲？
• 数字量输出点能发高速脉冲么？
• ……

这些问题都是关于S7-200 PLC在处理开关量（数字量）信号时的快速响应能力。只有在控制任务对数字量信号的处理速度要求很高时才需要考虑。

S7-200可以采用两种方式处理数字量信号：

• 硬件电路
  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
• 常规处理
  按照PLC工作原理，以常规方式处理DI/DO

S7-200处理DI/DO的限制因素

典型的数字量信号处理包括从输入信号变化，到S7-200识别、进行逻辑运算得到结果并输出，最后输出信号状态实际改变的整个过程。

S7-200 CPU按照以下机制循环工作：

1. 读取输入点的状态到输入映像区
2. 执行用户程序，进行逻辑运算，得到输出信号的新状态
3. 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也执行通信、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：

1. 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）
2. CPU的内部处理时间，包括：
   1. 读取输入点的状态到输入映像区
   2. 执行用户程序，进行逻辑运算，得到输出信号的新状态
   3. 将输出信号写入到输出映像区
3. 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，不在这里讨论。

 

输入硬件延时

表1. 输入点硬件延时

 以上数据都在《S7-200系统手册》中标明，这里只是列表比较。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。

 支持高速计数器功能的输入点在相应功能开通时不受此滤波时间约束。滤波设置对输入映像区的刷新、开关量输入中断、脉冲捕捉功能同样有效。

 

输出硬件延时

表2. CPU输出硬件延时

输出点类型		24VDC晶体管	24VDC（CPU224 XP）晶体管	继电器
输出延时	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）	-
	开关	-	-	10ms

 有些输出点要比其他点更快些，是因为它们可以用于高速输出功能，在硬件上有特殊设计。没有专门使用硬件高速输出功能时，它们只是和普通点一样处理

 继电器输出开关频率为1Hz。

表3. 扩展模块输出硬件延时

 上述数据来自《S7-200系统手册》。

S7-200程序扫描时间

程序扫描时间与用户程序的大小成正比。

《S7-200系统手册》中有每个指令所需执行时间的数据。实际上很难事先预先精确计算出程序扫描时间，特别是还没有开始编程序时。

 可以看出，常规的PLC处理模式不适合时间响应要求高的数字量信号。可能需要根据具体任务采用一些特别的方法。

S7-200处理快速响应信号的对策

可以单独或组合使用一些S7-200 CPU的高级功能：

• 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

 S7-200系统中最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。

 

相关问题

数字量输入滤波器

可以为 CPU 上的数字量输入点选择不同的输入滤波时间。如果输入信号有干扰、噪音，可调整输入滤波时间，滤除干扰，以免误动作。

滤波时间可在 0.20 ~ 12.8ms 的范围中选择几档 。

如果滤波时间设定为 6.40ms，数字量输入信号的有效电平（高或低）持续时间小于 6.4ms时，CPU 会忽略它；只有持续时间长于 6.4ms 时，才有可能被识别。

图1. 数字量输入滤波

 支持高速计数器功能的输入点在相应功能开通时不受此滤波时间约束。滤波设置对输入映像区的刷新、开关量输入中断、脉冲捕捉功能都有效。

 DI/DO 的与高频信号处理

常问问题

 我设置了数字量滤波，为何不能滤除连续的 50Hz 正弦干扰信号？在实验时却为何能够滤除几个正弦波干扰信号波头，而多了就不行？

数字量滤波是对电压信号的延时滤波。从工作原理和数值设置来看，它相当于一个低通滤波器，只能滤除高频的干扰脉冲，因此从原理上就不能用于滤除低频干扰信号。

数字量输入点的信号检测具有其特定的过渡反应特性。数字量滤波只有在电路检测到输入信号“有效”（激活）时才开始延时；能否达到“有效”的状态，取决于信号（包括干扰信号）在输入电路上的过渡响应。输入电路的过渡反应也可以认为是一种硬件滤波。如果干扰脉冲短暂，很可能达不到“有效”状态；而连续的低频信号波头能够不断补充能量，达到“有效”状态，进而启动滤波延时并为 CPU 识别。

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