东莞西门子S7-1200培训之硬件结构

东莞西门子S7-1200培训之硬件结构：

西门子产品S7-1200主要由CPU模块（简称为CPU）、信号板、信号模块、通信模块和编程软件组成，各种模块安装在标准导轨上。S7-1200的硬件组成具有高度的灵活性，用户可以根据自身需求确定PLC的结构，系统扩展十分方便。

1、CPU模块

S7-1200的CPU模块（见图1）将微处理器、电源、数字量输入/输出电路、模拟量输入/输出电路、PROFINET以太网接口、高速运动控制功能组合到一个设计紧凑的外壳中。每块CPU内可以安装一块信号板（见图2），安装以后不会改变CPU的外形和体积。微处理器相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出，存储器用来储存程序和数据。S7-1200集成的PROFINET接口用于与编程计算机、HMI（人机界面）、其他PLC或其他设备通信。此外它还通过开放的以太网协议支持与第三方设备的通信。

图1 东莞西门子S7-1200 PLC培训

图2 西门子S7-1200 PLC安装信号板

2、信号模块

输入（Input）模块和输出（Output）模块简称为I/O模块，数字量（又称为开关量）输入模块和数字量输出模块简称为DI模块和DO模块，模拟量输入模块和模拟量输出模块简称为AI模块和AO模块，它们统称为信号模块，简称为SM。
信号模块安装在CPU模块的右边，扩展能力最强的CPU可以扩展8个信号模块，以增加数字量和模拟量输入、输出点。
信号模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号，数字量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的数字量输入信号。模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流、电压信号，或者直接接收热电阻、热电偶提供的仪表温度信号。
数字量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备，模拟量输出模块用来控制电动调节阀、变频器等执行器。
CPU模块内部的工作电压一般是DC5V，而PLC的外部输入/输出信号电压一般较高，例如DC24V或AC220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU中的元器件，或使PLC不能正常工作。在信号模块中，用光耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的输入、输出电路。信号模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。

3、通信模块

通信模块安装在CPU模块的左边，最多可以添加3块通信模块，可以使用点对点通信模块、PROFIBUS模块、工业远程通信模块、AS-i接口模块和IO-link模块。

4、SIMATIC HMI精简系列面板

与S7-1200配套的第二代精简面板的64K色高分辨率宽屏显示器的尺寸有4.3in、7in、9in和12in这4种，支持垂直安装，用TIA博途中的WinCC组态。它们有一个RS-422/RS-485接口或一个RJ45以太网接口，还有一个USB 2.0接口。USB接口可连接键盘、鼠标或条形码扫描仪，可用优盘实现数据记录。

5、编程软件

TIA是Totally Integrated Automation（全集成自动化）的简称，TIA博途（TIA Portal）是西门子自动化的全新工程设计软件平台。S7-1200用TIA博途中的STEP 7 Basic（基本版）或STEP 7 Professional（专业版）编程。

本文来自廖常初老师新作《S7-1200 PLC编程及应用第3版》，如果您有兴趣，可到本站“自动化书籍”栏目先睹为快。

为便于大家尽快熟悉S7-1200 PLC，昌晖仪表网在本文深度介绍不同S7-1200 CPU型号的性能特点、功能和接线，干货技术文章。

1、S7-1200 CPU的共性

① 可以使用梯形图（LAD）、函数块图（FDB）和结构化控制语言（SCL）这3种编程语言。布尔运算指令、字传送指令和浮点数数学运算指令的执行速度分别为0.08μs/指令、1.7μs/和2.3μs/指令。

② S7-1200集成了最大150kB（B是字节的缩写）的工作存储器、最大4MB的装载存储器和10KB的掉电保持存储器。CPU 1211C和CPU 1212C的位存储器（M）为4096B，其他CPU为8192B。可以用可选的SIMATIC存储卡扩展存储器的容量和更新PLC的固件。还可以用存储卡将程序传输到其他CPU。

③ 过程映像输入、过程映像输出各1024B。集成的数字量输入电路的输入类型为漏型/源型，电压额定值为DC24V，输入电流为4mA。1状态允许的最小电压/电流为DC15V/2.5mA，0状态允许的最大电压/电流为DC 5V/1mA。输入延迟时间可以组态为0.1μs-20ms，有脉冲捕获功能。在过程输入信号的上升沿或下降沿可以产生快速响应的中断输入。

继电器输出的电压范围为DC5-30V或AC5-250V。最大电流2A，白炽灯负载为DC30W或AC200W。DC/DC/DC型MOSFET（场效应管）的1状态最小输出电压为DC20V，0状态最大输出电压为DC0.1V，输出电流0.5A。最大白炽灯负载为5W。

脉冲输出最多4路，CPU 1217支持最高1MHz的脉冲输出，其他DC/DC/DC型的CPU本机最高100kHz，通过信号板可输出200kHz的脉冲。

④ 有2点集成的模拟量输入（0-10V），10位分辨率，输入电阻大于等于100kΩ。

⑤ 集成的DC24V电源可供传感器和编码器使用，也可以用来做输入回路的电源。

⑥ CPU 1215C和CPU 1217C有两个带隔离的PROFINET以太网端口，其他CPU有一个以太网端口，传输速率为10M/100Mbit/s。

⑦ 实时时钟的保存时间通常为20天，40℃时最少为12天，最大误差为±60s/月。

2、S7-1200 CPU的技术规范

S7-1200现在有5种型号的CPU模块（简称为CPU，见表1），此外还有故障安全型CPU。CPU可以扩展1块信号板，左侧可以扩展3块通信模块。

表1 西门子S7-1200 CPU技术规范

S7-1200 CPU特性 CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C CPU 1215C CPU 1217C

本机数字量I/O点数 6入/4出 8入/6出 14入/10出 14入/10出 14入/10出

本机模拟量I/O点数 2入 2入 2入 2入/2出 2入/2出

工作存储器/装载存储器 50KB/1MB 75KB /1MB 100KB/4MB 125KB/4MB 150KB/4MB

信号模块扩展个数 无 2 8 8 8

最大本地数字量I/O点数 14 82 284 284 284

最大本地模拟量I/O点数 13 19 67 69 69

高速计数器点数 3点 5点 6点 同前 6点

单相 3点/100kHz 3点/100kHz，1点/30kHz 3点/100kHz，3点/30kHz 同前 4点/1MHz，2点/100kHz

正交相位 3点/80kHz 3点/80kHz，1点/20kHz 3点/80kHz，3点/20kHz 同前 3点/1MHz，3点/100kHz

脉冲输出（最多4点） 100kHz 100kHz或20kHz 100kHz或20kHz 同前 1MHz或100kHz

上升沿/下降沿中断点数 6/6 8/8 12/12 14/14 14/14

脉冲捕获输入点数 6 8 14 14 14

传感器电源输出电流/mA 300 300 400 400 400

外形尺寸/mm 90×100×75 90×100×75 110×100×75 130×100×75 150×100×75

图1中的①是集成的I/O（输入/输出）的状态LED（发光二极管）；②是3个指示CPU运行状态的LED；③是PROFINET以太网接口的RJ45连接器；④是存储卡插槽（在盖板下面）；⑤是可拆卸的接线端子板。

每种CPU有3种具有不同电源电压和输入、输出电压的版本（见表2）。

表2 西门子S7-1200 CPU的3种版本

CPU版本 电源电压 DI输入电压 DQ输出电压 DQ输出电流

DC/DC/DC DC24V DC24V DC24V 0.5A，MOSFET

DC/DC/Relay DC24V DC24V DC5-30V，AC5-250V 2A，DC30W/AC200W

AC/DC/Relay AC85-264V DC24V DC5-30V，AC5-250V 2A，DC30W/AC200W

3、CPU的外部接线图

CPU 1214C AC/DC/Rly（继电器）型的外部接线图见图2。输入回路一般使用图中标有①的CPU内置的DC24V传感器电源，漏型输入时需要去除图2中标有②的外接DC电源，将输入回路的1M端子与DC24V传感器电源的M端子连接起来，将内置的24V电源的L+端子接到外接触点的公共端。源型输入时将DC24V传感器电源的L+端子连接到1M端子。

CPU 1214C DC/DC/Rly的接线图与图1-4的区别在于前者的电源电压为DC 24V。

图2 CPU 1214C AC/DC/Relay的外部接线图

CPU 1214C DC/DC/DC的接线图见图2，其电源电压、输入回路电压和输出回路电压均为DC24V。输入回路也可以使用内置的DC24V电源。

4、CPU集成的工艺功能

S7-1200集成的工艺功能包括高速计数与频率测量、高速脉冲输出、PWM控制、运动控制和PID控制。

①高速计数器

CPU集成了最多6点高速计数器（与型号有关），CPU 1217C有4点最高频率为1MHz的高速计数器。其他CPU有3点最高频率为100kHz（单相）或80kHz（互差90°的正交相位信号）的高速计数器。其余各点的最高频率为30kHz（单相）或20kHz（正交相位信号）。如果使用信号板，还可以测量频率高达200kHz的单相脉冲信号，或最高160kHz的正交相位信号。

②高速输出

各种型号的CPU最多4点高速脉冲输出（包括信号板的DQ输出）。CPU本体100kHz，信号板200kHz，CPU1217最多支持1MHz的高速脉冲输出。

图3 CPU 1214C DC/DC/DC的外部接线图

③运动控制S7-1200的高速输出可以用于步进电机或伺服电机的速度和位置控制。通过一个轴工艺对象和PLCopen运动控制指令，它们可以输出脉宽调制信号来控制步进电机速度、阀位置或加热元件的占空比。除了返回原点和点动功能以外，还支持绝对位置控制、相对位置控制和速度控制。轴工艺对象有专用的组态窗口、调试窗口和诊断窗口。

④用于闭环控制的PID功能

PID功能用于对闭环过程进行控制，建议PID控制回路的个数不要超过16个。STEP 7中的PID调试窗口提供用于调节的形象直观的曲线图。还支持PID参数整定功能，可以自动计算PID参数的最佳调节值。

东莞西门子S7-1200培训硬件结构就讲到这里.