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西門子SM1223輸入輸出模塊      西門子SM1223輸入輸出模塊

潯之漫智控技術（上海）有限公司  上海詩慕自動化設備有限公司

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概述

• 為CPU的本機I/O提供更多的數字量輸入/輸出

• 用于使控制器靈活地適應相關任務的要求

• 用于使用附加輸入端和輸出端對系統(tǒng)進行后續(xù)擴展

應用

數字量 I/O 模塊允許：

• 將控制器與過程中的數字信號連接

• 將數字信號從控制器輸出到過程

這為用戶提供了下列優(yōu)勢：

• *適應性：
  使用可以根據需要混合的信號模塊，用戶可以使其控制器準確地滿足相關任務的要求,。這可以避免產生不必要的投資,。可以使用帶有 8 個、16 個和 32 個輸入/輸出通道的模塊,。

• 靈活性：
  如果任務后續(xù)有所擴展,，可以升級控制器。更新用戶程序非常簡單,。

功能

SM 1223 數字量輸入/輸出信號模塊

• 將過程中的外部數字信號電平轉換為 S7-1200 的內部信號電平,，

• 還可將 SIMATIC S7-1200 的內部信號電平轉換為過程所需的外部信號電平。

技術規(guī)范

圖1 S7—200硬件系統(tǒng)組成

        CPU模塊又稱為主機是系統(tǒng)的核心,，它包括CPU,、存儲器、基本輸入輸出點和電源等,。它實

際就是一個完整的控制系統(tǒng),，可以單獨完成一定的控制任務。主機I/O數量不能滿足控制系統(tǒng)的要求

時,，用戶可以根據需要擴展各種I/O模塊,，所能連接的擴展單元的數量和實際所能使用的I／O點數是

由多種因素共同決定的,。當需要完成某些特殊功能的控制任務時，可擴展特殊功能模塊,，以完成某

種特殊的控制任務,。利用網絡接口，可以充分和方便地利用為SIMATICS7—200系統(tǒng)的硬件和軟件資

源而開發(fā)和使用的一些設備,，主要有編程設備,、人機操作界面和網絡設備等。

所有以上這些硬件設備,，都在一個統(tǒng)一的工業(yè)軟件平臺上編程和運行,，為了更好地管理和使用這些

設備，S7—200PLC配備了許多功能強大的功能指令,，方便地實現各種控制目的,。

@
S7—200PLC系統(tǒng)主機（CPU）模塊的外形和模塊功能簡介

S7—200系統(tǒng)CPU 22*系列PLC主機(CPU模塊)的外形如圖1所示。 S7—200CPU模塊包括一個*處理

單元,、存儲器、電源以及數字I／O點,，這些都被集成在一個緊湊,、獨立的設備中。CPU負責執(zhí)行程序

,，以便對工業(yè)自動化控制任務或過程進行控制,。輸人部分從現場設備中采集信號，輸出部分則輸出

控制信號,，控制工業(yè)過程中的設備,。

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圖1 CPU 22*系列PLC的CPU外形

從CPU模塊的功能來看，SIMATICS7—200系列小型可編程序控制器發(fā)展至今,，經歷了兩代產

品的CPU模塊為CPU 21*,，現已停產。第二代產品的CPU模塊為CPU 22*,，是在21世紀初投放市場的,。

其速度快，具有*的通訊能力,。它具有四種不同結構配置的CPU單元,。

(1)CPU 221 CPU 221具有6輸入／4輸出，共計10個點的I／O,，無擴展能力,，有6 KB程序和數據存儲

空間。還具有4個獨立的30 kHz高速計數器,，2路獨立的20 kHz高速脈沖輸出端,，1個RS—485通訊／

編程口,，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由通訊方式,。非常適合于小點數的控制系統(tǒng),。

(2)CPU 222 CPU 222除了具有CPU 221的功能外，其不同點在于：它有8輸人／6輸出,，共計14點I／O

,。可以帶兩個擴展模塊,，多擴展8路模擬量和64個I／O,，因此是更廣泛的全功能控制器。

(3)CPU 224 它在CPU 222的基礎上使主機的輸入輸出點數增為24點,，有14輸入／10輸出,，可以帶7個

擴展模塊，大可擴展為168點數字量或者35點模擬量的輸入和輸出,；存儲容量也進一步增加,，有內

置時鐘，還增加了一些數學指令和高速計數器的數量,，具有較強的控制能力,。

(4)CPU 226 這種模塊在CPU 224的基礎上功能又進一步增強，有24輸入／16輸出,，主機輸入和輸出

點數增到40點,，大可擴展為248點數字量或35點模擬量；增加了通訊口的數量,，通訊能力大大增強

,；它可用于點數較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng),。
現在西門子公司新推出了一種增強型的CPU 226XM,，它在用戶程序存儲容量上擴大到8K字，其他指標

和CPU 226相同,。

每一款主機模塊上都集成了24V直流電源,，可以直接用于連接傳感器和執(zhí)行機構。利用EEPROM存儲存

儲程序和配置信息,。用戶數據可通過主機的超級電容存儲若干天,，電池模塊可選，可使數據的存儲

時間延長到200天,?？梢杂闷胀ㄝ斎攵俗硬蹲奖菴PU掃描周期更快的脈沖信號，利用中斷輸入,，允許

以極快的速度對信號的上升沿做出響應,。速度為30 kHz的高速計數器可以編程,，并具有復位輸入端

，多個獨立的輸入端,，可同時用作加減計數,，可以連接相應數量的相位差為90度的A／B相增量編碼

器。2路大可達20kHz的高頻脈沖輸出,，可用以驅動步進電機和伺服電機以實現準確定位任務,。可

以用模塊上的電位器來改變它對應的特殊寄存器中的數值,，可以即時更改程序運行中的一些參數,，

如定時／計數器的設定值、過程量的控制參數等,。實時時鐘可用以對信息加注時間標記,，記錄機器

運行時間或對過程進行時間控制。

@
西門子PLC S7-200處理快速響應信號的對策有那些,？

使用CPU內置的高速計數器和高速脈沖發(fā)生器處理序列脈沖信號

使用部分CPU數字量輸入點的硬件中斷功能,，在中斷服務程序中處理；進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

數字量輸入點的“脈沖捕捉”功能捕捉短暫的脈沖 。

注意： S7-200系統(tǒng)中小周期的定時任務為1ms,。所有實現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速度的信號選擇500μs輸出延時的硬件，顯然是不合

理的,。

 S7-400可編程控制器I/O模板的默認編址與S7-300不同,，它的輸入/輸出地址分別按順序排列。數字

I/O模板的輸入/輸出默認首地址為0,，模擬I/O模板的輸入/輸出默認首地址為512,。模擬I/O模板的輸

入/輸出地址可能占用32個字節(jié)，也可能占用16個字節(jié),，它是由模擬量I/O模板的通道數來決定的,。
S7-200在CPU單元上設有硬件電路（芯片等）處理高速數字量I/O，如高速計數器（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，可以達到很高的頻率,；但點數受到硬件資源的限

制,。

S7-200 CPU按照以下機制循環(huán)工作：

讀取輸入點的狀態(tài)到輸入映像區(qū)

執(zhí)行用戶程序,，進行邏輯運算，得到輸出信號的新狀態(tài)

將輸出信號寫入到輸出映像區(qū)

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

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

實際上,，S7-200對數字量的處理速度受到以下幾個因素的限制：

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

）

CPU的內部處理時間,，包括：

讀取輸入點的狀態(tài)到輸入映像區(qū)

執(zhí)行用戶程序,，進行邏輯運算，得到輸出信號的新狀態(tài)

將輸出信號寫入到輸出映像區(qū)

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處理數字量響應速度的主要因素,。

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 ,。

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，調整濾波時間可能改善信號檢測的

質量,。