任務1

S7-1200PLC的硬件系統主講教師：童克波任務引入

目前，工業市場正在面臨著“第四次工業革命”，如何抓住這個機遇確保制造業的未來，是每個制造業都必須面對的挑戰。為了應對這些挑戰，順應電氣化、自動化、數字化生產的潮流，西門子公司提出了“全集成自動化”的概念，全集成自動化是將全部自動化組態任務完美地集成在一個單一的開發環境——“TIA博途”之中，而西門子公司推出的新一代的S7-1200、1500PLC，正是TIA全集成自動化構架的核心單元。任務目標

1.熟悉S7-1200CPU的硬件資源。2.熟悉信號板和信號模塊的硬件資源。3.掌握S7-1200PLC的硬件接線。相關知識

S7-1200PLC是西門子公司的新一代小型PLC，自2009年上市到現在，其控制功能和應用領域不斷拓展，實現了由單體設備的簡單邏輯控制到運動控制、過程控制及集散控制等各種復雜任務的跨越。現在的PLC在模擬量處理、數字運算、人機接口和工業控制網絡等方面的應用能力都已大幅提高，成為工業控制領域的主流控制設備之一。S7-1200產品定位中、低端小型PLC市場，其硬件由緊湊模塊化結構組成，且具有豐富的擴展模塊，選擇靈活度高，功能強大，有各種認證，可用于高海拔、寬溫度范圍等場合。S7-1200系統I/O點數、內存容量均比S7-200及200SMARTPLC多出30%，且將最新的控制技術和通信技術應用其中。相關知識1.S7-1200PLC的外形結構S7-1200PLC的外形結構如圖2-1所示。其中①-電源接口；②-存儲卡插槽；③-可拆卸用戶接線連接器（保護蓋下面）；④-板載I/O的狀態LED燈；⑤-以太網接口；⑥-CPU操作模式LED燈，黃色表示STOP模式，綠色表示RUN模式，閃爍表示

STARTUP模式，ERROR表示用戶程序邏輯錯誤和硬件錯誤，MAINT表示PLC當前存在維護請求。圖1-1S7-1200PLC的外形結構圖相關知識2.CPU模塊1）CPU的硬件資源CPU將微處理器、集成電源、輸入和輸出電路、內置的PROFINET接口、高速運動控制I/O以及板載模擬量輸入組合到一個設計緊湊的外殼中，形成功能強大的PLC。通過內置的PROFINET接口，借助以太網，CPU可以與HMI面板或其他CPU通信。S7-1200PLC現有5種型號的CPU模塊，其硬件資源如表2-1所示。相關知識表2-1S7-1200CPU的硬件資源特征CPU1211CCPU1212CCPU1214CCPU1215CCPU1217C用戶存儲器工作50KB75KB100KB125KB150KB負載1MB2MB4MB保持性10KB本地板載

I/O數字量I/O6/48/614/10模擬量2個輸入2個輸入2個輸入2個輸入/2個輸出過程映像大小輸入

(I)1024個字節輸出

(Q)1024個字節位存儲器

(M)4096個字節8192個字節信號模塊

(SM)擴展無28信號板

(SB)、電池板

(BB)或通信板

(CB)1通信模塊

(CM)（左側擴展）3高速計數器總計最多可組態

6個使用任意內置或

SB輸入的高速計數器1MHz無Ib.2到

Ib.5100/80kHzIa.0到

Ia.530/20kHz無Ia.6到

Ia.7Ia.6到

Ib.5Ia.6到

Ib.1相關知識表2-1S7-1200CPU的硬件資源特征CPU1211CCPU1212CCPU1214CCPU1215CCPU1217C脈沖輸出1總計最多可組態

4個使用任意內置或

SB輸出的脈沖輸出1MHz無Qa.0到

Qa.3100kHzQa.0到

Qa.3Qa.4到

Qb.120kHz無Qa.4到

Qa.5Qa.4到

Qb.1無存儲卡SIMATIC存儲卡（選件）數據日志數量每次最多打開

8個大小每個數據日志為

500MB或受最大可用裝載存儲器容量限制實時時鐘保持時間通常為

20天，40°C時最少為

12天（免維護超級電容）PROFINET以太網通信端口12實數數學運算執行速度2.3μs/指令布爾運算執行速度0.08μs/指令

注：1-對于具有繼電器輸出的CPU模塊，必須安裝數字量信號(SB)才能使用脈沖輸出。相關知識2）CPU的技術規范

每種CPU有3種不同的版本可供選擇，它們根據版本不同，具有不同的電源電壓、輸入電壓和輸出電壓，具體類別見表2-2所示。表2-2CPU的類型版本電源電壓DI輸入電壓DO輸出電壓DO輸出電流DC/DC/DCDC24VDC24VDC24V0.5ADC/DC/RLYDC24VDC24VDC5~30V,AC5~250V2A,DC30W/AC200WAC/DC/RLYAC85~264VDC24VDC5~30V,AC5~250V2A,DC30W/AC200W相關知識

相同版本號的CPU輸入/輸出接線是相同的，現列舉CPU1214CAC/DC/RLY的外部接線圖如圖2-2所示，DC/DC/DC的外部接線圖如圖2-3所示。圖2-2CPU1214CAC/DC/RLY的外部接線圖相關知識

DC/DC/RLY版本號的CPU接線與圖2-2的區別在于它的電源電壓為直流24V，其它接線相同。圖2-3CPU1214CDC/DC/DC的外部接線圖圖2-2、2-3中①表示24VDC傳感器電源輸出，②表示對于漏型輸入，將“-”連接到“M”（如圖所示）。對于源型輸入，將“+”連接到“M”。相關知識

2.信號板和信號模塊1）信號板（SB）

信號板用符號SB表示，用于只需要少量增加I/O的情況，可以直接插到每個CPU前面的插座中，并且不會增加安裝的空間，信號板可以與所有CPU一起使用，信號板安裝示意圖如圖2-4所示。圖2-4信號板示意圖①-可拆卸用戶接線連接器；②-SB上的狀態LED相關知識

信號板分為數字量信號板和模擬量信號板，數字量信號板的類型如表2-3所示，模擬量信號板的類型如表2-4所示。表2-3數字量信號板類型數字信號板輸入DI輸出DQ訂貨號SB1221DI4×24VDC，200kHz--6ES7221-3BD30-0XB0DI4×5VDC，200kHz--6ES7221-3AD30-0XB0SB1222--DQ4×24VDC，200kHz6ES7222-1BD30-0XB0--DQ4×5VDC，200kHz6ES7222-1AD30-0XB0SB1223DI2×5VDCDQ2×5VDC，200kHz6ES7223-3AD30-0XB0DI2×24VDCDQ2×24VDC，200kHz6ES7223-3BD30-0XB0DI2×24VDCDQ2×24VDC6ES7223-0BD30-0XB0相關知識

數字信號板SB1221有2種，其輸入電壓可以是24VDC或5VDC，用做高速計數器的時鐘輸入時，最高輸入頻率：單相200kHz，正交相位160kHz。

數字信號板SB1222也有2種，其每點輸出電最大0.1A，每個公共端的電流為0.4A，脈沖串輸出頻率最大200kHz，最小2Hz。

數字信號板SB1223也有3種，前2種與數字信號板SB1221、SB1222的功能相同。后一種用做高速計數器的時鐘輸入時，最高輸入頻率：單相30kHz，正交相位20kHz。其每點輸出電最大0.5A，公共端的電流為1A，可驅動5W燈負載，脈沖串輸出頻率最大20kHz，最小2Hz。數字信號板SB1223的接線圖如圖2-5所示。相關知識圖2-5SB1223接線圖相關知識表2-4模擬量信號板類型模擬信號板輸入AI輸出AQ訂貨號SB1231AI1×12位--6ES7231-4HA30-0XB0AI1×16位熱電偶--6ES7231-5QA30-0XB0AI1×16位

RTD--6ES7231-5PA30-0XB0SB1232--AQ1×12位6ES7232-4HA30-0XB0相關知識

模擬信號板SB1231有3種類型，SB1231AI1×12位為1路輸入，輸入類型可以是電壓或差動電流；輸入范圍為±10V、±5V、±2.5V或0到20mA；分辨率為11位+符號位；滿量程數據范圍：-27648到27648。接線圖如圖2-6所示，圖中，如果輸入的是電流，請將“R”和“0+”連接，連接器必須鍍金。SB1232AQ1×12位為1路輸出，輸出類型可以是電壓或電流；輸出范圍為±10V或0到20mA；分辨率為電壓12位，電流11位；滿量程數據范圍電壓：-27648到27648，電流：0到27648。接線圖如圖2-7所示，連接器必須鍍金。SB1231AI1×16位熱電偶接線圖如圖2-8所示，連接器必須鍍金。相關知識圖2-6SB1231AI1×12接線圖圖2-7SB1232AQ1×12圖2-8SB1231AI1×16位熱電偶接線圖相關知識SB1231AI1×16位RTD模擬信號板可測量連接到信號板輸入的電阻值。測量類型可選為“電阻”型或“熱電阻”型。測量電阻時，額定范圍的滿量程值將是十進制數27648。測量熱電阻時，將度數乘10得到該值，例如，25.3度將報告為十進制數253；將度數乘100得到氣候范圍值，例如，25.34度將報告為十進制數2534。接線圖如圖2-9所示，連接器必須鍍金。相關知識圖2-9SB1231AI1×16位RTD接線圖①-環接未使用的RTD輸入；②-2線制RTD；③-3線制RTD；④-4線制RTD相關知識2）信號模塊

信號模塊（SM）是CPU與控制設備之間的接口，輸入/輸出模塊統稱為信號模塊，信號模塊主要分為兩類：

①數字量模塊：數字量輸入、數字量輸出、數字量輸入/數字量輸出。

②模擬量模塊：模擬量輸入、模擬量輸出、模擬量輸入/模擬量輸出。

信號模塊作為CPU的集成I/O的補充，連接到CPU的右側可以與除CPU1211C之外的所有CPU一起使用，用來擴展數字或模擬輸入/輸出能力，模塊示意如圖2-10所示。相關知識圖2-10信號模塊示意圖①-狀態LED；②-總線連接器滑動接頭；③-可拆卸用戶接線連接器相關知識（1）數字信號模塊數字信號模塊具體型號如表2-4所示。表2-4數字信號模塊型號訂貨號輸入/輸出點數SM1221DI8x24VDC6ES7221-1BF32-0XB08輸入SM1221DI16x24VDC6ES7221-1BH32-0XB016輸入SM1222DQ8x繼電器6ES7222-1HF32-0XB08輸出SM1222DQ8繼電器切換6ES7222-1XF32-0XB08輸出SM1222DQ8x24V

DC6ES7222-1BF32-0XB08輸出SM1222DQ16x繼電器6ES7222-1HH32-0XB016輸出SM1222DQ16x24V

DC6ES7222-1BH32-0XB016輸出SM1222DQ16x24VDC漏型6ES7222-1BH32-1XB016輸出SM1223DI8x24VDC、DQ8x繼電器6ES7223-1PH32-0XB08輸入/8輸出SM1223DI16x24VDC,DQ16x繼電器6ES7223-1PL32-0XB016輸入/16輸出SM1223DI8x24VDC、DQ8x24VDC6ES7223-1BH32-0XB08輸入/8輸出SM1223DI16x24VDC,DQ16x24VDC6ES7223-1BL32-0XB016輸入/16輸出SM1223DI16x24VDC、DQ16x24VDC漏型6ES7223-1BL32-1XB016輸入/16輸出SM1223DI8x120/230VAC/DQ8x繼電器6ES7223-1QH32-0XB08輸入/8輸出相關知識SM1221DI8數字量輸入的主要技術規范，如表2-5所示；表2-5SM1221數字量輸入的主要技術規范主要技術指標說明輸入點數8點類型源型/漏型額定電壓4mA時

24VDC，額定值允許的連續電壓30VDC，最大值浪涌電壓35VDC，持續

0.5s邏輯

1信號（最小）2.5mA時

15VDC邏輯

0信號（最大）1mA時

5VDC同時接通的輸入數8電纜長度（米）500m（屏蔽）；300m（非屏蔽）相關知識SM1222DQ8x繼電器和SM1222DQ8x24VDC為例介紹數字量輸出的主要技術規范，如表2-6所示。表2-6SM12228點數字量輸出的主要技術規范主要技術指標SM1222DQ8x繼電器SM1222DQ8x24V

DC輸出點數88類型繼電器，機械式固態

-MOSFET（源型）電壓范圍5到

30VDC或5到

250VAC20.4到

28.8VDC電流（最大）2.0A0.5A燈負載30WDC/200WAC5W通態觸點電阻新設備最大為

0.2Ω最大

0.6Ω浪涌電流觸點閉合時為

7A8A，最長持續

100ms每個公共端的電流（最大）10A4A同時接通的輸出數88電纜長度（米）500m（屏蔽）；150m（非屏蔽）500m（屏蔽）；150m（非屏蔽）相關知識SM1221DI8數字量輸入模塊的接線如圖2-11所示，對于漏型輸入，將“-”連接到“M”（如圖所示），對于源型輸入，將“+”連接到“M”。SM1222DQ8x繼電器數字量輸出模塊的接線如圖2-12所示，SM1222DQ8x24VDC數字量輸出模塊的接線如圖2-13所示。SM1222DQ8繼電器切換數字量輸出模塊的接線如圖2-14所示，切換繼電器輸出使用公共端子控制兩個電路：一個常閉觸點和一個常開觸點。當輸出點斷開時，公共端子(0L)與常閉觸點(.0X)相連并與常開觸點(.0)斷開。當輸出點接通時，公共端子(0L)與常閉觸點(.0X)斷開并與常開觸點(.0)相連。相關知識圖2-118點數字量輸入模塊接線圖圖2-128點繼電器輸出模塊接線圖圖2-138點數字量輸出模塊接線圖相關知識圖2-148點繼電器切換輸出模塊接線圖相關知識

（2）模擬信號模塊CPU可以使用4輸入或8輸入的模擬量輸入模塊，2輸出或4輸出的模擬量輸出模塊，以及4輸入/2輸出的模擬量輸入/輸出匯合模塊，實現模擬信號的擴展，其中，SM1231AI4x16位TC、SM1231AI8x16位TC為熱電偶模擬量輸入模塊，SM1231AI4xRTDx16位、SM1231AI8xRTDx16位為熱電阻模擬量輸入模塊。具體型號如表2-7所示。相關知識表2-7模擬信號模塊型號訂貨號輸入/輸出點數SM1231AI4x13位6ES7231-4HD32-0XB04路輸入SM1231AI8x13位6ES7231-4HF32-0XB08路輸入SM1231AI4x16位6ES7231-5ND32-0XB04路輸出SM1231AI4x16位

TC6ES7231-5QD32-0XB04路輸入SM1231AI8x16位

TC6ES7231-5QF32-0XB08路輸入SM1231AI4xRTDx16位6ES7231-5PD32-0XB04路輸入SM1231AI8xRTDx16位6ES7231-5PF32-0XB08路輸入SM1232AQ2x14位6ES7232-4HB32-0XB02路輸出SM1232AQ4x14位6ES7232-4HD32-0XB04路輸出SM1234AI4x13位/AQ2x14位6ES7234-4HE32-0XB04路輸入/2路輸出相關知識表2-8SM1231AI4x13模擬量輸入的主要技術規范

下面以SM1231AI4x13位為列介紹模擬量輸入的主要技術規范，如表2-8所示；以SM1232AQ2x14位為例介紹模擬量輸出的主要技術規范，如表2-9所示。主要技術指標說明輸入點數4路類型電壓或電流（差動）：可

2個選為一組范圍±10V、±5V、±2.5V、0到

20mA或

4mA到

20mA滿量程范圍（數據字）-27648到

27648電壓/0到

27648電流分辨率12位

+符號位最大耐壓/耐流±35V/±40mA輸入阻抗≥9MΩ（電壓）/≥270Ω，<290Ω（電流）工作信號范圍信號加共模電壓必須小于

+12V且大于

-12V電纜長度（米）100m，屏蔽雙絞線相關知識表2-9SM1232AQ2x14模擬量輸出的主要技術規范主要技術指標說明輸出點數2路類型電壓或電流范圍±10V、0到

20mA或

4mA到

20mA滿量程范圍（數據字）電壓：-27,648到

27,648；電流：0到

27,648分