S7-200 SMART PLC：硬件、原理及接线特点全解析
在工业自动化领域，PLC（可编程逻辑控制器）扮演着至关重要的角色，而 S7-200 SMART PLC 作为西门子推出的一款性能出色的产品，更是备受青睐。我们就来深入了解一下 S7-200 SMART PLC 的硬件、特点及工作原理。
一、S7-200 SMART PLC 的硬件组成
S7-200 SMART PLC 的基本结构主要包括以下几个部分：
- CPU 模块：这是 PLC 的核心，主要由 CPU 芯片和存储器组成，还集成了 I/O 点。它就像 PLC 的 “大脑”，负责处理各种指令和数据
- 扩展模块和信号板：扩展模块包括输入、输出模块（简称 I/O 模块），输入模块和 CPU 的输入电路用于采集输入信号，输出模块和 CPU 的输出电路则用于控制外部的负载和执行器，同时 I/O 模块还有电平转换与隔离的作用。信号板则能在一定程度上扩展 PLC 的功能。
SB DT04：2点数字量直流输入/2点数字量场效应管输出。
SB AE01：1点模拟量输入信号板。
SB AQ01：1点模拟量输出信号板。
SB CM01：RS485/RS232信号板。
SB BA01：电池信号板，使用CR1025 纽扣电池，保持实时时钟大约一年。
EM DP01：PROFIBUS-DP通信模块
- 数字量扩展模块与信号板：有8点、16点的输入、输出模块，16点、32点输入/输出模块。输出模块有晶体管和继电器两种。 1M是同一组输入点各内部输入电路的公共点。输入电流为数毫安。 外接触点接通时，发光二极管亮，光敏三极管饱和导通；反之发光二极管熄灭，光敏三极管截止，信号经内部电路传送给CPU模块。 电流从输入端流入为漏型输入，反之为源型输入。
- 数字量输出电路：继电器输出电路可以驱动直流负载和交流负载，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，动作速度慢，动作次数有限。 场效应管输出电路只能驱动直流负载。反应速度快、寿命长，过载能力稍差。下图为继电器输出和晶闸管输出：
- 模拟量扩展模块 ：
1．PLC对模拟量的处理
模拟量输入（AI）模块将模拟量转换为多位数字量。模拟量输出（AQ）模块将PLC中的多位数字量转换为模拟量电压或电流。
有4AI、 8AI、 2AO、 4AO、2AI/1AO、4AI/2AO、热电阻、热电偶模块。
2．模拟量输入模块
EM AE04有4种量程。电压模式的分辨率为12位+符号位，电流模式的分辨率为12位。性满量程输入范围对应的数字量输出为0～27648。双极性满量程输入范围对应的数字量输出为−27648～+27648。
3．将模拟量输入模块的数字量输出值转换为实际的物理量
【例1-1】压力变送器（0～10MPa）的输出信号为DC 4～20mA，模拟量输入模块将0～20mA转换为0～27648的数字量，设转换后得到的数字为N，试求以kPa为单位的压力值。
解：4～20mA的模拟量对应于数字量5530～27648，压力的计算公式为
- 编程软件：STEP 7-Micro/WIN SMART 是用于生成和编辑用户程序，以及监控 PLC 运行的工具，其界面友好、编程高效，融入了很多人性化设计。
- 电源：PLC 可以使用 AC 220V 电源或 DC 24V 电源，并且能为外部电子传感器提供 DC 24V 电源。
二、I/O地址分配与外部接线
用系统块组态硬件时，编程软件自动地分配各模块和信号板的地址。
三、触点和线圈实现逻辑运算
用逻辑代数中的1和0来表示数字量控制系统中变量的两种相反的工作状态。线圈通电、常开触点接通、常闭触点断开为1状态，反之为0状态。在波形图中，用高、低电平分别表示1、0状态。
按下起动按钮SB1，电流经SB1和SB2的触点流过KM的线圈。KM的主触点闭合，电动机开始运行。KM的辅助常开触点同时接通。放开起动按钮，SB1的常开触点断开，电流经KM的辅助常开触点和SB2的常闭触点流过KM的线圈。KM常开触点的功能称为“自锁”或“自保持”。 下图中的继电器电路称为起动-保持-停止电路，简称为起保停电路。逻辑代数式为
四、S7-200 SMART PLC 的特点
S7-200 SMART PLC 具有诸多亮点，使其在工业自动化应用中表现出色：
- 丰富的 CPU 模块：12 种 CPU 模块分为标准型和紧凑型，最多集成 60 个 I/O 点。标准型 CPU 最多可配置 6 个扩展模块和一块信号板，经济型 CPU 价格更实惠。
- 强大的通信能力：标准型 CPU 集成了以太网端口和 RS-485 端口，还可扩展一块通信信号板，方便与其他设备进行通信。
- 出色的脉冲输出与计数功能：场效应晶体管输出型 CPU 能输出 2 路或 3 路 100kHz 的高速脉冲，相当于集成了位置控制模块功能。标准型 CPU 有 6 个高速计数器，最高频率为单相 200kHz 或 30kHz；紧凑型 CPU 有 4 个高速计数器，最高频率是标准型的一半。
- 便捷的程序更新与升级：使用 Micro SD 卡就能实现程序的更新和 PLC 固件升级，操作简单方便。
- 良好的兼容性：与 SMART LINE 触摸屏、V20 变频器和 V90 伺服驱动系统完美整合，无缝集成，能构建更高效的自动化系统。
- 先进的程序与存储器结构：子程序用输入、输出参数作软件接口，可结构化编程；大多数存储区可以按位、字节、字和双字读写，使用灵活。
- 其他优势：还有简化复杂编程任务的向导功能、支持多种面板、强大的运动控制功能等。
五、S7-200 SMART PLC 的工作原理
PLC 的工作原理是初始化后反复不停地分 5 个阶段处理各种任务，每次循环的时间称为扫描周期，具体如下：
- 读取输入：当外部输入电路接通时，对应的过程映像输入寄存器为 ON（1 状态），梯形图中对应的常开触点闭合，常闭触点断开；反之则为 OFF（0 状态）。
- 执行用户程序：在没有跳转指令的情况下，CPU 逐条顺序地执行用户程序。执行程序时，对输入 / 输出的读写通常通过过程映像输入 / 输出寄存器，而非实际的 I/O 点。
- 通信处理：处理与其他设备的通信请求。
- CPU 自诊断测试：对 CPU 进行自我诊断，确保其正常工作。
- 改写输出：如果梯形图中某一输出位的线圈 “通电”，对应的过程映像输出寄存器为 1 状态，在改写输出阶段，CPU 将过程映像输出寄存器中的数据传送给输出模块并锁存，使外部负载通电；反之则断电。
此外，PLC 还可以通过中断程序和立即 I/O 指令提高响应速度，以应对一些紧急情况。
通过以上对 S7-200 SMART PLC 的硬件、特点和工作原理的介绍，相信大家对其有了更深入的了解。在实际应用中，这些知识将帮助我们更好地运用 S7-200 SMART PLC 构建高效、稳定的工业自动化系统。