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CPU模块又称基本模块和主机，它由CPU单元、存储器单元、输入输出接口单元以及电源组成。CPU模块是一个完整的控制系统，它可以单独地完成一定的控制任务，主要功能是采集输入信号，执行程序，发出输出信号和驱动外部负载。CPU模块有经济型和标准型两类。经济型CPU模块有4种，分别为CPU CR20s、CPU CR30s、CPU CR40s和 CPU CR60s，其价格便宜，但不具有扩展能力；标准型CPU模块有8种，分别为CPU SR20、CPU ST20、CPU SR30、CPU ST30、CPU SR40、CPU ST40、CPU SR60和CPU ST60，具有扩展能力。

（2）数字量扩展模块

当CPU模块数字量I/O点数不能满足控制系统的需要时，用户可根据实际的需要对数字量I/O点数进行扩展。数字量扩展模块不能单独使用，需要通过自带的连接器插在CPU模块上。

数字量扩展模块通常有3类，分别为数字量输入模块、数字量输出模块和数字量输入/输出混合模块。

数字量输入模块有2个，型号分别为EM DE08和EM DE16，EM DE08为8点输入，EM DE16为16点输入。

数字量输出模块有4个，型号分别为EM DR08、EM DT08、EM QR16和EM QT16，EM DR08模块和EM QR16模块为8点和16点继电器输出型，每点额定电流为2A；EM DT08模块和EM QT16为8点和16点晶体管输出型，每点额定电流为0.75A。

数字量输入/输出混合模块有4个，型号有EM DR16、EM DT16、EM DR32和EM DT32，EM DR16/DT16模块为8点输入/8点输出、继电器/晶体管输出型，每点额定电流为2A/0.75A；EM DR32/DT32模块为16点输入/16点输出、继电器/晶体管输出型，每点额定电流为2A/0.75A。

输入映像寄存器可采用位、字节、字和双字来存取

② 输出映像寄存器（Q）　输出映像寄存器是PLC向外部负载发出控制命令的窗口，工程上经常将其称为输出继电器。在每个扫描周期的结尾，CPU都会根据输出映像寄存器的数值来驱动负载，这一过程可以形象地将输出映像寄存器比作输出继电器。在图1-9中，每个输出继电器线圈都与相应输出端子相连，当有驱动信号输出时，输出继电器线圈得电，对应的常开触点闭合，从而驱动了负载。反之，则不能驱动负载。

需要指出的是，输出继电器线圈的通断状态只能由内部指令驱动，即输出映像寄存器的数值只能由内部指令写入；输出映像寄存器有无数个常开和常闭触点供编程时使用，且在编写程序时，输出继电器触点、线圈都能出现，且线圈的通断状态表示程序终的运算结果，这与下面要讲的辅助继电器有着明显的区别。

（3）信号板

S7-200 SMART PLC有3种信号板，分别为模拟量输入/输出信号板、数字量输入/输出信号板和RS-485/RS-232信号板。

模拟量输入信号板型号为SB AE01，1点模拟量输入，输入量程有±10V、±5V、±2.5V或0～20mA四种，电压模式的分辨率为11位+符号位，电流模式的分辨率为11位，对应的数据字范围为-27648～27648；模拟量输出信号板型号为SB AQ01，1点模拟量输出，输出量程为±10V或0～20mA，对应数据字范围为±27648或0～27648。

数字量输入/输出信号板型号为SB DT04，为2点输入/2点输出、晶体管输出型，输出端子每点多额定电流为0.5A。

RS-485/RS-232信号板型号为SB CM01，可以组态RS-485或R-S232通信接口。

（4）模拟量扩展模块

模拟量扩展模块为主机提供了模拟量输入输出功能，适用于复杂控制场合。它通过自带连接器与主机相连，并且可以直接连接变送器和执行器。模拟量扩展模块通常可以分为3类，分别为模拟量输入模块、模拟量输出模块和模拟量输入/输出混合模块。

模拟量输入模块有2种，分别为2路输入和4路输入，对应型号为EM AE04和EM AE08，量程有4种，分别为±10V、±5V、±2.5V和0～20mA，其中电压型的分辨率为12位+符号位，满量程输入对应的数字量范围为-27648～27648，输入阻抗≥9MΩ；电流型的分辨率为12位，满量程输入对应的数字量范围为0～27648，输入阻抗为250Ω。

模拟量输出模块有2种，分别为2路输出和4路输出，对应型号为EM AQ02和EM AQ04，量程有2种，分别为±10V和0～20mA，其中电压型的分辨率为11位+符号位，满量程输入对应的数字量范围为-27648～27648；电流型的分辨率为11位，满量程输入对应的数字量范围为0～27648。

模拟量输入/输出混合模块有2种，分别为2路模拟量输入/1路模拟量输出和4路模拟量输入/2路模拟量输出，对应型号为EM AM03和EM AM06，实际上就是模拟量输入模块与模拟量输出模块的叠加，故不再赘述。

（5）热电阻与热电偶模块

热电阻或热电偶扩展模块是模拟量模块的特殊形式，可直接连接热电偶和热电阻测量温度。热电阻或热电偶扩展模块可以支持多种热电阻和热电偶。热电阻扩展模块型号为EM AR02和EM AR04，温度测量分辨率为0.1℃/0.1℉[注]，电阻测量精度为15位+符号位；热电偶扩展模块型号为EM AT04，温度测量分辨率和电阻测量精度与热电阻相同。

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（6）相关设备

相关设备是为了充分和方便地利用系统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、人机操作界面等。

① 编程设备主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中，进行监控和故障检测。S7-200 SMART PLC 的编程软件为STEP 7-Micro/WIN SMART。

② 人机操作界面主要指专用操作员界面。常见的如触摸面板、文本显示器等，用户可以通过该设备轻松地完成各种调整和控制任务。1.2　S7-200 SMART PLC的CPU模块外部结构及外部接线 CPU模块的外部结构

S7-200 SMART PLC的CPU模块的外部结构，其CPU单元、存储器单元、输入输出单元及电源集中封装在同一塑料机壳内。当系统需要扩展时，可选用需要的扩展模块与主机连接。

① 输入端子：是外部输入信号与PLC连接的接线端子，在顶部端盖下面。此外，顶部端盖下面还有输入公共端子和PLC工作电源接线端子。

② 输出端子：输出端子是外部负载与PLC连接的接线端子，在底部端盖下面。此外，底部端盖下面还有输出公共端子和24V直流电源端子，24V直流电源为传感器和光电开关等提供能量。

③ 输入状态指示灯（LED）：输入状态指示灯用于显示是否有输入控制信号接入PLC。当指示灯亮时，表示有控制信号接入PLC；当指示灯不亮时，表示没有控制信号接入PLC。

④ 输出状态指示灯（LED）：输出状态指示灯用于显示是否有输出信号驱动外部设备。当指示灯亮时，表示有输出信号驱动外部设备；当指示灯不亮时，表示没有输出信号驱动外部设备。

⑤ 运行状态指示灯：运行状态指示灯有RUN、STOP、ERROR三个，其中RUN、STOP指示灯用于显示当前工作方式。当RUN指示灯亮时，表示运行状态；当STOP指示灯亮时，表示停止状态；当ERROR指示灯亮时，表示系统故障，PLC停止工作。

⑥ 存储卡插口：该插口插入Micro SD卡，可以下载程序和PLC固件版本更新。

⑦ 扩展模块接口：用于连接扩展模块，采用插针式连接，使模块连接更加紧密。

⑧ 选择器件：可以选择信号板或通信板，实现**化配置的同时，又可以节省控制柜的安装空间。

⑨ RS-485通信接口：可以实现PLC与计算机之间、PLC与PLC之间、PLC与其他设备之间的通信。

⑩ 以太网接口：用于程序下载和设备组态。程序下载时，只需要1条以太网线即可，无须购买专用的程序下载线。 CPU模块的外部接线

S7-200 SMART PLC的CPU模块虽然较多，但接线方式相似，因此本书以CPU SR30/ST30为例，对S7-200 SMART PLC的CPU模块外部接线进行讲解。

（1）CPU SR30的接线

CPU SR30的接线。在图1-3中L1、N端子接交流电源，电压允许范围为85～264V。L+、M为PLC向外输出24V/大300mA直流电源，L+为电源正，M为电源负，该电源可作为输入端电源使用，也可作为传感器供电电源。

① 输入端子：CPU SR30共有18点输入，端子编号采用8进制。输入端子I0.0～I2.1，公共端为1M。

② 输出端子：CPU SR30共有12点输出，端子编号也采用8进制。输出端子共分3组，Q0.0～Q0.3为组，公共端为1L；Q0.4～Q0.7为第二组，公共端为2L；Q1.0～Q1.3为第三组，公共端为3L。根据负载性质的不同，输出回路电源支持交流和直流。

（2）CPU ST30接线

CPU ST30的接线。在图1-4中，电源为24V DC，输入点接线与CPU SR30相同。不同点在于输出点的接线，输出端子共分2组，Q0.0～Q0.7为组，公共端为2L+、2M；Q1.0～Q1.3为第二组，公共端为3L+、3M。根据负载性质的不同，输出回路电源只支持直流电源

（3）CPU模块与外围器件的接线

外围器件包括输入器件和输出器件。输入器件可分为触点型和电子型，触点型的输入器件如开关、按钮、行程开关和液位开关等，这类器件多为二线制；电子型输入器件如接近开关、光电开关、电感式传感器、电容式传感器和电磁流量计等，这类器件多为三线制。输出器件如接触器、继电器和电磁阀等。

① 输入器件与CPU模块的连接　输入器件如果是二线制，它的一端连接CPU模块的输入点，另一端经熔断器连接到输入回路电源的正极；输入器件如果是三线制，两根电源线正常供电，信号线连接到CPU模块的输入点上，② 输出器件与CPU模块的连接　输出器件的一端连接到CPU模块的输出点上，另一端连接到输出

（1）电源需求与计算概述

S7-200 SMART PLC的CPU模块有内部电源，为CPU模块、扩展模块和信号板的正常工作供电。

当有扩展模块时，CPU模块通过总线为扩展模块提供5V DC电源，因此要求所有的扩展模块消耗的5V DC不得超出CPU模块本身的供电能力。

每个CPU模块都有1个24V DC电源（L+、M），它可以为本机和扩展模块的输入点和输出回路继电器线圈提供24V DC电源，因此要求所有输入点和输出回路继电器线圈耗电不得超出CPU模块本身24V DC电源的供电能力。

基于以上两点考虑，在PLC控制系统的设计中，有必要对S7-200 SMART PLC 电源需求进行计算。计算的理论依据是：CPU供电能力表格和扩展模块的耗电表格。