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西門子S7-200數(shù)字量模塊

湖南森泓自動化設(shè)備有限公司

S7-200模擬量模塊分Classic 模擬量模塊與CN模擬量模塊，模擬信號是指在一定范圍內(nèi)連續(xù)的信號（如電壓、電流），這個“一定范圍"可以理解為模擬量的有效量程。在使用S7-200模擬量時，需要注意信號量程范圍，撥碼開關(guān)設(shè)置，模塊規(guī)范接線，指示燈狀態(tài)等信息。

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數(shù)字量輸入/輸出（DI/DO）響應(yīng)速度

• S7-200的數(shù)字量（開關(guān)量）輸入/輸出有多快？
• 數(shù)字量輸入能接多大頻率的脈沖？
• 數(shù)字量輸出點能發(fā)高速脈沖么？
• ……

•  

這些問題都是關(guān)于S7-200 PLC在處理開關(guān)量（數(shù)字量）信號時的快速響應(yīng)能力。只有在控制任務(wù)對數(shù)字量信號的處理速度要求很高時才需要考慮。

S7-200可以采用兩種方式處理數(shù)字量信號：

• 硬件電路
  S7-200在CPU單元上設(shè)有硬件電路（芯片等）處理高速數(shù)字量I/O，如高速計數(shù)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(shù)受到硬件資源的限制
• 常規(guī)處理
  按照PLC工作原理，以常規(guī)方式處理DI/DO

S7-200處理DI/DO的限制因素

典型的數(shù)字量信號處理包括從輸入信號變化，到S7-200識別、進行邏輯運算得到結(jié)果并輸出，后輸出信號狀態(tài)實際改變的整個過程。

S7-200 CPU按照以下機制循環(huán)工作：

1. 讀取輸入點的狀態(tài)到輸入映像區(qū)
2. 執(zhí)行用戶程序，進行邏輯運算，得到輸出信號的新狀態(tài)
3. 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(fù)始地執(zhí)行。在第二步中，CPU也執(zhí)行通信、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(shù)字量的處理速度受到以下幾個因素的限制：

1. 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）
2. CPU的內(nèi)部處理時間，包括：
   1. 讀取輸入點的狀態(tài)到輸入映像區(qū)
   2. 執(zhí)行用戶程序，進行邏輯運算，得到輸出信號的新狀態(tài)
   3. 將輸出信號寫入到輸出映像區(qū)
3. 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(shù)字量響應(yīng)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，不在這里討論。

輸入硬件延時

表1. 輸入點硬件延時

 以上數(shù)據(jù)都在《S7-200系統(tǒng)手冊》中標明，這里只是列表比較。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(shè)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(diào)整濾波時間可能改善信號檢測的質(zhì)量。

 支持高速計數(shù)器功能的輸入點在相應(yīng)功能開通時不受此濾波時間約束。濾波設(shè)置對輸入映像區(qū)的刷新、開關(guān)量輸入中斷、脈沖捕捉功能同樣有效。

輸出硬件延時

表2. CPU輸出硬件延時

輸出點類型		24VDC晶體管	24VDC（CPU224 XP）晶體管	繼電器
輸出延時	OFF - ON	2μs（Q0.0, Q0.1）, 15μs（其他）	0.5μs （Q0.0, Q0.1）, 15μs（其他）	-
	ON - OFF	10μs（Q0.0, Q0.1）, 130μs（其他）	1.5μs（0.0, Q0.1）, 130μs（其他）	-
	開關(guān)	-	-	10ms

 有些輸出點要比其他點更快些，是因為它們可以用于高速輸出功能，在硬件上有特殊設(shè)計。沒有專門使用硬件高速輸出功能時，它們只是和普通點一樣處理

 繼電器輸出開關(guān)頻率為1Hz。

表3. 擴展模塊輸出硬件延時

 上述數(shù)據(jù)來自《S7-200系統(tǒng)手冊》。

S7-200程序掃描時間

程序掃描時間與用戶程序的大小成正比。

《S7-200系統(tǒng)手冊》中有每個指令所需執(zhí)行時間的數(shù)據(jù)。實際上很難事先預(yù)先精確計算出程序掃描時間，特別是還沒有開始編程序時。

 可以看出，常規(guī)的PLC處理模式不適合時間響應(yīng)要求高的數(shù)字量信號。可能需要根據(jù)具體任務(wù)采用一些特別的方法。

S7-200處理快速響應(yīng)信號的對策

可以單獨或組合使用一些S7-200 CPU的高級功能：

• 使用CPU內(nèi)置的高速計數(shù)器和高速脈沖發(fā)生器處理序列脈沖信號
• 使用部分CPU數(shù)字量輸入點的硬件中斷功能，在中斷服務(wù)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(shù)字量輸入點的“脈沖捕捉”功能捕捉短暫的脈沖

 S7-200系統(tǒng)中小周期的定時任務(wù)為1ms。

 所有實現(xiàn)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(yīng)速度的信號選擇 500μs 輸出延時的硬件，顯然是不合理的。

S7-200以太網(wǎng)向?qū)渲?/strong>

可以把S7-200的以太網(wǎng)模塊CP243-1配置為CLIENT，使用STEP 7 Micro/WIN中的向?qū)нM行通信的配置即可。在命令菜單中選擇工具--以太網(wǎng)向?qū)А?/p>

圖1 打開以太網(wǎng)向?qū)?br />1是對以太網(wǎng)通信的描述，點擊下一步開始以太網(wǎng)配置。

圖2 向?qū)Ы榻B
在此處選擇模塊的位置，CPU后的第1個模塊位置為0，往后依次類推；或者在線的情況下，點擊讀取模塊搜尋CP243-1模塊（在線讀取將該模塊的命令字節(jié)載入模塊命令字節(jié)向?qū)聊唬?。點擊下一步；

圖3 讀取模塊
選擇模塊相匹配的MLFB版本，本例中的CP243-1模塊型號為6GK7243-1EX01-0XE0，如下圖所示：

圖4 模塊版本選擇
在此處填寫IP地址和子網(wǎng)掩碼。點擊下一步；

圖5 地址設(shè)置
下面的對話框?qū)⒔M態(tài)CP243-1進行S7連接的連接數(shù)量的設(shè)置，通過S7連接可以與通信伙伴進行讀寫數(shù)據(jù)操作。點擊“下一步”按鈕繼續(xù)進行S7連接組態(tài)。

圖6 模塊占用地址設(shè)置
選擇此為客戶機連接，遠程屬性TSAP （Transport Service Access Point）填寫為03.02，輸入S7-300側(cè)的IP地址。點擊數(shù)據(jù)傳輸按鈕進入數(shù)據(jù)交換的定義。
注意：如果連接遠程對象是 S7-300，TSAP為03.02；如果連接遠程對象是 S7-400，TSAP為03.0x，其中x為CPU模塊的槽位，可以從S7-400 站的硬件組態(tài)中找出PLC的槽號。

圖7 連接設(shè)置
選擇"數(shù)據(jù)傳輸"標記，并單擊"新傳輸"按鈕，進行配置：選擇是讀取數(shù)據(jù)還是寫入數(shù)據(jù)，填寫通訊數(shù)據(jù)的字節(jié)個數(shù)，填寫發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)和接收數(shù)據(jù)區(qū)的起始地址。
本例中為從S7-300的MB200開始讀取8個字節(jié)到VB1000開始的8個字節(jié)的區(qū)域中；從S7-200的VB2000開始的8個字節(jié)寫到S7-300的QB0開始的8個字節(jié)的區(qū)域中，點擊確認按鈕：
注意： 本地PLC中的地址必須是V內(nèi)存字節(jié)地址，遠程對象中的地址必須代表字節(jié)地址。當您為S7-300/ S7-400設(shè)備輸入遠程地址時，若是數(shù)據(jù)塊請使用DBx.DBBy格式。

西門子S7-200數(shù)字量模塊