河南西门子S7-200SMART代理经销商

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西门子S7-200通信的自由口通信

    自由口通信模式(Freeport Mode)是S7-200 PLC的一个很有特色的功能。借助于自由口通信，可以通过用户程序对通信口进行操作，自己定义通信协议（如ASCII协议）。自由口通信方式使S7-200 PLC可以与任何通信协议且具有串口的智能设备和控制器进行通信，也可以实现两个PLC之间的简单数据交换。

    当连接的智能设备具有RS-485接口时，可以通过双绞线进行连接，如果连接的智能设备具有RS-232接口时，可以通过PC/PPI电缆连接起来进行自由口通信。

    自由口通信速率从1.2kbit/s到9.6kbit/s、19.2kbit/s或115.2kbit/s，用户可使用自定义的通信信议与所用的智能设备通信。

   多点通信( Multi-Point Interface，MPI)是S7系列产品之间的一种通信协议。MPI协议可以是主/主协议或主/从协议，协议如何操作有赖于通信设备的类型。如果是S7-300/400 PLC之间通信，那就建立主/主连接，因为所有的S7-300/400 PLC在网站中都是主站。如果设备是一个主站与S7-200通信，那么就建立主/从连接，因为S7-200 PLC在MPI网络中只能作为从站。MPI协议用于S7-300和S7-400与S7-200之间的通信，通信速率为19.2kbit/s和187.5kbit/s。
   S7-200 CPU对模拟量扩展模块的操作是通过模拟量输入/输出寄存器(AIWx/AQWx)进行，无需其他任何的操作，所以使用非常方便，模拟量扩展模块的地址分配也是非常有规律的，都是以两个字为单位往扩展方向递增，比如CPU222扩展两个模块EM235 (41/1Q×12bit)和EM232 (2Q×12bit)，EM235的地址是AIW0、AIW2、AIW4、AIW6和AQW0，EM232的地址是AQW2和AQW4，分布如图7-3所示。如果一个CPU同时扩展模拟量模块和数字量模块，它们的地址是互相独立，互不影响的。如图7-4所示，假设CPU226基本单元的输入地址是IB0、IB1，输出地址是QB0、QB1，EM231是4路模拟量输入模块，则地址是AIW0、AIW2、AIW4、AIW6，EM233是数字量输入/输出模块，其地址是IB2、QB2，EM235是4路模拟量输入和1路模拟量输出，其输入地址是AIW8、AIW10、AIW12、AIW14，输出地址是AQW0，EM223的地址是IB3和QB3。

    模拟量模块分为通用模块和特殊模块。

    通用模拟量模块其通用性体现在输入或者输出信号是标准信号，如果是电压的话，就是0～5V或者是0～10V，电流信号就是4～20mA，通用模拟量模块在实际工程中用得多，其与外围设备的接线如图7-5所示。

    EM232 (6ES7 232-0HB22-0A0)是通用模拟量输出模块，能输出两路模拟量，可以电压输出，也可以是电流输出，电压输出或是

    S7-200 CPU的扩展模块分为数字量模块、模拟量模块和功能模块。

    S7-200中不同型号的CPU，其扩展模块的能力不同，CPU221是不能加扩展的，CPU222可以加两个模块(0～1)，CPU224/226可以加7个模块(0～6)。

    S7-200 PLC常用的数字量扩展模块（I/O扩展）有：EM221( 81)、EM222 (8Q)、EM223( 41/4Q)、EM223 (81/8Q)和EM223 (161/16Q)。

    S7-200 PLC常用的模拟量扩展模块有：EM231 (41×12bit)、EM232 (2Q×12bit)、EM235 (41/1Q×12bit)。

    CPU对数字量扩展模块的访问是通过用户对I/O地址进行编程，而无需其他任何额外操作，数字量模块的I/O地址分配是非常有规律的，都是以字节为单位往扩展方向递增，比如CPU222扩展两个数字量扩展模块EM221和EM222，CPU基本单元占用IB0和QB0，EM221的地址就是IB1，EM222的地址是QB1，如图7-1所示。

    又比如CPU224扩展3个数字量扩展模块EM221、EM222、EM223 (161/16Q)，如果CPU的基本单元占用IBO、IB1和QBO、QB1。按如图7-2所示的接法进行扩展，则EM223的地址是IB2、IB3和QB2、QB3，EM222的地址是QB4，EM221的地址是IB4。
   PLC虽然是在开关量控制的基础上发展起来的工业控制装置，但为了适应现代工业控制系统的需要，其功能在不断增强，第二代PLC就能实现模拟量控制。当今第四代PLC已增加了许多模拟量处理的功能，完*胜任各种较为复杂的模拟控制，除具有较强的PID（比例积分微分）控制外，还具有各种各样的过程控制模块等。近年来PLC在模拟量控制系统中的应用也越来越广泛，已成功地应用于冶金、化工、机械等行业的模拟量控制系统中。

    输入信号和输出信号均为模拟量的控制系统称为模拟量控制系统。过程控制系统是指被控制量为温度、压力、流量、液位、成份等这一类连续变化的模拟量控制系统。

    图2-10所示为典型的模拟量闭环控制系统结构框图。图中，虚线部分可由PLC的基本单元加上模拟量输入/输出扩展单元来承担。即由PLC自动采样来自检测元件或变送器的模拟输入信号，同时将采样的信号转换为数字量，存在的数据寄存器中，经过PLC运算处理后输出给执行机构去执行。

    图2-10    典型模拟量闭环控制系统的结构框图

    因此，要将PLC应用于模拟量闭环控制系统中，首先要求PLC必须具有A/D和D/A转换功能，能对现场的模拟量信号与PLC内部的数字量信号进行转换；其次PLC必须具有数据处理能力，特别是应具有较强的算术运算功能，能根据控制算法对数据进行处理，以实现控制目的；同时还要求PLC有较高的运行速度和较大的用户程序存储容量。现在的PLC -般都有A/D和D/A模块，许多PLC还设有PID功能指令，在大、中型PLC中还配有专门的PID过程控制模块。

    初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：

    1)继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，则该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）无论在继电器控制电路的哪个位置上都会立即同时动作。

    2) PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。

    为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式——扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。

    一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通信等，如图2-8所示，即一个扫描周期等于自诊断、通信、输入采样、用户程序执行和输出刷新等所有时间的总和。

    为了增强PLC的抗*力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。为了能实现继电器控制电路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。以上两个主要原因，使得PLC的I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统慢得多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。

    所谓I/O响应时间是指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。其短的I/O响应时间与长的I/O响应时间如图2-9所示。

    以上是一般的PLC的工作原理，但在现代出现的比较*的PLC中，输入映像刷新循环、程序执行循环和输出映像刷新循环已经各自独立地工作，提高了PLC的执行效率。在实际的工控应用之中，编程人员应当知道以上的工作原理，才能编写出质量好、效率高的工艺程序。

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