2.2　S7-1200 PLC常用模塊及其接線

S7-1200 PLC的硬件主要包括電源模塊、CPU模塊、信號模塊、通信模塊和信號板（CB和SB）。S7-1200 PLC最多可以擴展8個信號模塊和3個通信模塊，最大本地數(shù)字I/O點數(shù)為284個，最大本地模擬I/O點數(shù)為69個。S7-1200 PLC外形如圖2-1所示，通信模塊安裝在CPU模塊的左側(cè)，信號模塊安裝在CPU模塊的右側(cè)，西門子早期的PLC產(chǎn)品，擴展模塊只能安裝在CPU模塊的右側(cè)。

2.2.1　S7-1200 PLC的CPU模塊及接線

S7-1200 PLC的CPU模塊是S7-1200 PLC系統(tǒng)中最核心的成員。目前，S7-1200 PLC的CPU有5類：CPU 1211C、CPU 1212C、CPU 1214C、CPU 1215C和CPU 1217C。每類CPU模塊又細分三種規(guī)格：DC/DC/DC、DC/DC/RLY和AC/DC/RLY，印刷在CPU模塊的外殼上。其含義如圖2-2所示。

AC/DC/RLY的含義是：CPU模塊的供電電壓是交流電，范圍為120～240VAC；輸入電源是直流電源，范圍為20.4～28.8VDC；輸出形式是繼電器輸出。

（1）CPU模塊的外部介紹

S7-1200 PLC的CPU模塊將微處理器、集成電源、模擬量I/O點和多個數(shù)字量I/O點集成在一個緊湊的盒子中，形成功能比較強大的S7-1200系列微型PLC，如圖2-3所示。以下按照圖中序號為順序介紹其外部的各部分的功能。

①電源接口。用于向CPU模塊供電的接口，有交流和直流兩種供電方式。

②存儲卡插槽。位于上部保護蓋下面，用于安裝SIMATIC存儲卡。

③接線連接器。也稱為接線端子，位于保護蓋下面。接線連接器具有可拆卸的優(yōu)點，便于CPU模塊的安裝和維護。

④板載I/O的狀態(tài)LED。通過板載I/O的狀態(tài)LED指示燈（綠色）的點亮或熄滅，指示各輸入或輸出的狀態(tài)。

⑤集成以太網(wǎng)口（PROFINET連接器）。位于CPU的底部，用于程序下載、設(shè)備組網(wǎng)。這使得程序下載更加方便快捷，節(jié)省了購買專用通信電纜的費用。

⑥運行狀態(tài)LED。用于顯示CPU的工作狀態(tài)，如運行狀態(tài)、停止狀態(tài)和強制狀態(tài)等，詳見下文介紹。

（2）CPU模塊的常規(guī)規(guī)范

要掌握S7-1200 PLC的CPU的具體技術(shù)性能，必須要查看其常規(guī)規(guī)范，見表2-2。

（3）S7-1200 PLC的指示燈

①S7-1200 PLC的CPU狀態(tài)LED指示燈　S7-1200 PLC的CPU上有三盞狀態(tài)LED，分別是STOP/RUN、ERROR和MAINT，用于指示CPU的工作狀態(tài)，其亮滅狀態(tài)代表一定的含義見（表2-3）。

②通信狀態(tài)的LED指示燈　S7-1200 PLC的CPU還配備了兩個可指示PROFINET通信狀態(tài)的LED指示燈。打開底部端子塊的蓋子可以看到這兩個LED指示燈，分別是Link和Rx/Tx，其點亮的含義如下：

? Link（綠色）點亮，表示通信連接成功；

? Rx/Tx（黃色）點亮，表示通信傳輸正在進行。

③通道LED指示燈　S7-1200 PLC的CPU和各數(shù)字量信號模塊（SM）為每個數(shù)字量輸入和輸出配備了I/O通道LED指示燈。通過I/O通道LED指示燈（綠色）的點亮或熄滅，指示各輸入或輸出的狀態(tài)。例如Q0.0通道LED指示燈點亮，表示Q0.0線圈得電。

（4）CPU的工作模式

CPU有以下三種工作模式：STOP模式、STARTUP模式和RUN模式。CPU前面的狀態(tài)LED指示當前工作模式。

①在STOP模式下，CPU不執(zhí)行程序，但可以下載項目。

②在STARTUP模式下，執(zhí)行一次啟動OB（如果存在）。在啟動模式下，CPU不會處理中斷事件。

③在RUN模式，程序循環(huán)OB重復(fù)執(zhí)行。可能發(fā)生中斷事件，并在RUN模式中的任意點執(zhí)行相應(yīng)的中斷事件OB。可在RUN模式下下載項目的某些部分。

CPU支持通過暖啟動進入RUN模式。暖啟動不包括儲存器復(fù)位。執(zhí)行暖啟動時，CPU會初始化所有的非保持性系統(tǒng)和用戶數(shù)據(jù)，并保留所有保持性用戶數(shù)據(jù)值。

存儲器復(fù)位將清除所有工作存儲器、保持性及非保持性存儲區(qū)、將裝載存儲器復(fù)制到工作存儲器并將輸出設(shè)置為組態(tài)的“對CPU STOP的響應(yīng)”（Reaction to CPU STOP）。

存儲器復(fù)位不會清除診斷緩沖區(qū)，也不會清除永久保存的IP地址值。

注意：目前S7-1200/1500 CPU僅有暖啟動模式，而部分S7-400 CPU有熱啟動和冷啟動。

（5）CPU模塊的接線

S7-1200 PLC的CPU規(guī)格雖然較多，但接線方式類似，因此本書僅以CPU 1215C為例進行介紹，其余規(guī)格產(chǎn)品請讀者參考相關(guān)手冊。

①CPU 1215C（AC/DC/RLY）的數(shù)字量輸入端子的接線　S7-1200 PLC的CPU數(shù)字量輸入端接線與三菱的FX系列的PLC的數(shù)字量輸入端接線不同，后者不必接入直流電源，其電源可以由系統(tǒng)內(nèi)部提供，而S7-1200 PLC的CPU輸入端則必須接入直流電源。

下面以CPU 1215C（AC/DC/RLY）為例介紹數(shù)字量輸入端的接線。“1M”是輸入端的公共端子，與24V DC電源相連，電源有兩種連接方法，對應(yīng)PLC的NPN型和PNP型接法。當電源的負極與公共端子相連時，為PNP型接法，如圖2-4所示，“N”和“L1”端子為交流電的電源接入端子，輸入電壓范圍為120～240V AC，為PLC提供電源。“M”和“L+”端子為24V DC的電源輸出端子，可向外圍傳感器提供電源。

②CPU 1215C（DC/DC/RLY）的數(shù)字量輸入端子的接線　而當電源的正極與公共端子1M相連時，為NPN型接法，其輸入端子的接線如圖2-5所示。

注意：在圖2-5中，有兩個“L+”和兩個“M”端子，有箭頭向CPU模塊內(nèi)部指向的“L+”和“M”端子是向CPU供電電源的接線端子，有箭頭向CPU模塊外部指向的“L+”和“M”端子是CPU向外部供電的接線端子，切記兩個“L+”不要短接，否則容易燒毀CPU模塊內(nèi)部的電源。

初學(xué)者往往不容易區(qū)分PNP型和NPN型的接法，經(jīng)常混淆，若讀者掌握以下的方法，就不會出錯。把PLC作為負載，以輸入開關(guān)（通常為接近開關(guān)）為對象，若信號從開關(guān)流出（信號從開關(guān)流出，向PLC流入），則PLC的輸入為PNP型接法；把PLC作為負載，以輸入開關(guān)（通常為接近開關(guān)）為對象，若信號從開關(guān)流入（信號從PLC流出，向開關(guān)流入），則PLC的輸入為NPN型接法。三菱的FX2系列PLC只支持NPN型接法。

【例2-1】　有一臺CPU 1215C（AC/DC/RLY），輸入端有一只三線PNP接近開關(guān)和一只二線PNP接近開關(guān)，應(yīng)如何接線？

解　對于CPU 1215C（AC/DC/RLY），公共端接電源的負極。而對于三線PNP接近開關(guān)，只要將其正、負極與電源的正、負極相連，將信號線與PLC的“I0.0”相連即可；而對于二線PNP接近開關(guān)，只要將電源的正極與其正極相連，將信號線與PLC的“I0.1”相連即可，如圖2-6所示。

③CPU 1215C（DC/DC/RLY）的數(shù)字量輸出端子的接線　CPU 1215C的數(shù)字量輸出有兩種形式，一種是24V直流輸出（即晶體管輸出），另一種是繼電器輸出。標注為“CPU 1215C（DC/DC/DC）”的含義是：第一個DC表示供電電源電壓為24V DC，第二個DC表示輸入端的電源電壓為24V DC，第三個DC表示輸出為24V DC，在CPU的輸出點接線端子旁邊印刷有“24V DC OUTPUTS”字樣，含義是晶體管輸出。標注為“CPU 1215C（AC/DC/RLY）”的含義是：AC表示供電電源電壓為120～240V AC，通常用220V AC，DC表示輸入端的電源電壓為24V DC，“RLY”表示輸出為繼電器輸出，在CPU的輸出點接線端子旁邊印刷有“RELAY OUTPUTS”字樣，含義是繼電器輸出。

CPU 1215C輸出端子的接線（繼電器輸出）如圖2-7所示。可以看出，輸出是分組安排的，每組既可以是直流電源，也可以是交流電源，而且每組電源的電壓大小可以不同，接直流電源時，CPU模塊沒有方向性要求。

在給CPU進行供電接線時，一定要注意分清是哪一種供電方式，如果把220V AC接到24V DC供電的CPU上，或者不小心接到24V DC傳感器的輸出電源上，都會造成CPU的損壞。

④CPU 1215C（DC/DC/DC）的數(shù)字量輸出端子的接線　目前24V直流輸出只有一種形式，即PNP型輸出，也就是常說的高電平輸出，這點與三菱FX系列PLC不同，三菱FX系列PLC（FX3U除外，F(xiàn)X3U有PNP型和NPN型兩種可選擇的輸出形式）為NPN型輸出，也就是低電平輸出，理解這一點十分重要，特別是利用PLC進行運動控制（如控制步進電動機）時，必須考慮這一點。

CPU 1215C輸出端子的接線（晶體管輸出）如圖2-8所示，負載電源只能是直流電源，且輸出高電平信號有效，因此是PNP輸出。

⑤CPU 1215C的模擬量輸入/輸出端子的接線　CPU 1215C模塊集成了兩個模擬量輸入通道和兩個模擬量輸出通道。模擬量輸入通道的量程范圍是0～10V，模擬量輸出通道的量程范圍是0～20mA。

CPU 1215C的模擬量輸入/輸出端子的接線如圖2-9所示。左側(cè)的方框代表模擬量輸出的負載，常見的負載是變頻器或各種閥門。右側(cè)的圓框代表模擬量輸入，一般與各類模擬量的傳感器或變送器相連接，圓框中的“+”和“-”代表傳感器的正信號端子和負信號端子。

注意：應(yīng)將未使用的模擬量輸入通道短路。

2.2.2　S7-1200 PLC數(shù)字量擴展模塊及接線

S7-1200 PLC的數(shù)字量擴展模塊比較豐富，包括數(shù)字量輸入模塊（SM1221）、數(shù)字量輸出模塊（SM1222）、數(shù)字量輸入/直流輸出模塊（SM1223）和數(shù)字量輸入/交流輸出模塊（SM1223）。以下將介紹幾個典型的擴展模塊。

（1）數(shù)字量輸入模塊（SM1221）

①數(shù)字量輸入模塊（SM1221）的技術(shù)規(guī)范　目前S7-1200 PLC的數(shù)字量輸入模塊有多個規(guī)格，其部分典型模塊的技術(shù)規(guī)范見表2-4。

②數(shù)字量輸入模塊（SM1221）的接線　數(shù)字量輸入模塊有專用的插針與CPU通信，并通過此插針由CPU向擴展輸入模塊提供5V DC的電源。SM1221數(shù)字量輸入模塊的接線如圖2-10所示，可以為PNP輸入，也可以為NPN輸入。

（2）數(shù)字量輸出模塊（SM1222）

①數(shù)字量輸出模塊（SM1222）的技術(shù)規(guī)范　目前S7-1200 PLC的數(shù)字量輸出模塊有十多個規(guī)格，其典型模塊的技術(shù)規(guī)范見表2-5。

②數(shù)字量輸出模塊（SM1222）的接線　SM1222數(shù)字量繼電器輸出模塊的接線如圖2-11（a）所示，L+和M端子是模塊的24V DC供電接入端子，而1L和2L可以接入直流和交流電源，給負載供電，這點要特別注意。可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)字量輸入輸出擴展模塊的接線與CPU的數(shù)字量輸入輸出端子的接線是類似的。

SM1222數(shù)字量晶體管輸出模塊的接線如圖2-11（b）所示，只能為PNP輸出。

（3）數(shù)字量輸入/直流輸出模塊（SM1223）

①數(shù)字量輸入/直流輸出模塊（SM1223）的技術(shù)規(guī)范　目前S7-1200 PLC的數(shù)字量輸入/直流輸出模塊有十多個規(guī)格，其典型模塊的技術(shù)規(guī)范見表2-6。

②數(shù)字量輸入/直流輸出模塊（SM1223）的接線　有的資料將數(shù)字量輸入/輸出模塊（SM1223）稱為混合模塊。數(shù)字量輸入/直流輸出模塊既可是PNP輸入也可是NPN輸入，根據(jù)現(xiàn)場實際情況決定。根據(jù)不同的工況，可以選擇繼電器輸出或者晶體管輸出。在圖2-12（a）中，輸入為PNP輸入（也可以改換成NPN輸入），但輸出只能是PNP輸出，不能改換成NPN輸出。

在圖2-12（b）中，輸入為NPN輸入（也可以改換成PNP輸入），輸出只能是繼電器輸出，輸出的負載電源可以是直流或者交流電源。

2.2.3　S7-1200 PLC模擬量模塊

S7-1200 PLC模擬量模塊包括模擬量輸入模塊（SM1231）、模擬量輸出模塊（SM1232）、熱電偶和熱電阻模擬量輸入模塊（SM1231）和模擬量輸入/輸出模塊（SM1234）。

2.2.3.1　模擬量輸入模塊（SM1231）

（1）模擬量輸入模塊（SM1231）的技術(shù)規(guī)范

目前S7-1200 PLC的模擬量輸入模塊（SM1231）有多個規(guī)格，其典型模塊的技術(shù)規(guī)范見表2-7。

（2）模擬量輸入模塊（SM1231）的接線

S7-1200 PLC的模擬量輸入模塊主要用于處理電流或者電壓信號。模擬量輸入模塊SM1231的接線如圖2-13所示，通道0和1不能同時測量電流和電壓信號，只能二選其一；通道2和3也是如此。信號范圍：±10V、±5V、±2.5V和0～20mA；滿量程數(shù)據(jù)字格式：-27648～+27648，這點與S7-300/400 PLC相同，但不同于S7-200 PLC。

模擬量輸入模塊有兩個參數(shù)容易混淆，即模擬量轉(zhuǎn)換的分辨率和模擬量轉(zhuǎn)換的精度（誤差）。分辨率是AD模擬量轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換精度，即用多少位的數(shù)值來表示模擬量。若模擬量模塊的轉(zhuǎn)換分辨率是12位，能夠反映模擬量變化的最小單位是滿量程的1/4096。模擬量轉(zhuǎn)換的精度除了取決于AD轉(zhuǎn)換的分辨率，還受到轉(zhuǎn)換芯片的外圍電路的影響。在實際應(yīng)用中，輸入模擬量信號會有波動、噪聲和干擾，內(nèi)部模擬電路也會產(chǎn)生噪聲、漂移，這些都會對轉(zhuǎn)換的最后精度造成影響。這些因素造成的誤差要大于AD芯片的轉(zhuǎn)換誤差。

當模擬量的擴展模塊正常狀態(tài)時，LED指示燈為綠色顯示，而當為供電時，為紅色閃爍。

使用模擬量模塊時，要注意以下問題。

①模擬量模塊有專用的插針接頭與CPU通信，并通過此電纜由CPU向模擬量模塊提供5V DC的電源。此外，模擬量模塊必須外接24V DC電源。

②每個模塊能同時輸入/輸出電流或者電壓信號，對于模擬量輸入的電壓或者電流信號選擇和量程的選擇都是通過軟件組態(tài)選擇，如圖2-14所示，模塊SM1231的通道0設(shè)定為電壓信號，量程為±2.5V。而S7-200的信號類型和量程是由DIP開關(guān)設(shè)定。

雙極性就是信號在變化的過程中要經(jīng)過“零”，單極性不過零。由于模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量是有符號整數(shù)，所以雙極性信號對應(yīng)的數(shù)值會有負數(shù)。在S7-1200 PLC中，單極性模擬量輸入/輸出信號的數(shù)值范圍是0～27648；雙極性模擬量信號的數(shù)值范圍是-27648～27648。

③對于模擬量輸入模塊，傳感器電纜線應(yīng)盡可能短，而且應(yīng)使用屏蔽雙絞線，導(dǎo)線應(yīng)避免彎成銳角。靠近信號源屏蔽線的屏蔽層應(yīng)單端接地。

④一般電壓信號比電流信號容易受干擾，應(yīng)優(yōu)先選用電流信號。電壓型的模擬量信號由于輸入端的內(nèi)阻很高，極易引入干擾。一般電壓信號是用在控制設(shè)備柜內(nèi)電位器設(shè)置，或者距離非常近、電磁環(huán)境好的場合。電流型信號不容易受到傳輸線沿途的電磁干擾，因而在工業(yè)現(xiàn)場獲得廣泛的應(yīng)用。電流信號可以傳輸比電壓信號遠得多的距離。

⑤前述的CPU和擴展模塊的數(shù)字量的輸入點和輸出點都有隔離保護，但模擬量的輸入和輸出則沒有隔離。如果用戶的系統(tǒng)中需要隔離，則需另行購買信號隔離器件。

⑥模擬量輸入模塊的電源地和傳感器的信號地必須連接（工作接地），否則將會產(chǎn)生一個很高的上下振動的共模電壓，影響模擬量輸入值，測量結(jié)果可能是一個變動很大的不穩(wěn)定的值。

⑦西門子的模擬量模塊的端子排是上下兩排分布，容易混淆。在接線時要特別注意，先接下面的端子的線，再接上面端子的線，而且不要弄錯端子號。

2.2.3.2　模擬量輸出模塊（SM1232）

（1）模擬量輸出模塊（SM1232）的技術(shù)規(guī)范

目前S7-1200 PLC的模擬量輸出模塊（SM1232）有多個規(guī)格，其典型模塊的技術(shù)規(guī)范見表2-8。

（2）模擬量輸出模塊（SM1232）的接線

模擬量輸出模塊SM1232的接線如圖2-15所示，兩個通道的模擬輸出電流或電壓信號，可以按需要選擇。信號范圍：±10V、0～20mA和4～20mA；滿量程數(shù)據(jù)字格式：-27648～+27648，這點與S7-300/400PLC相同，但不同于S7-200PLC。

2.2.3.3　熱電偶和熱電阻模擬量輸入模塊（SM1231）

（1）熱電偶和熱電阻模擬量輸入模塊（SM1231）的技術(shù)規(guī)范

如果沒有熱電偶和熱電阻模擬量輸入模塊，那么也可以使用前述介紹的模擬量輸入模塊測量溫度，工程上通常需要在模擬量輸入模塊和熱電阻或者熱電偶之間加專用變送器。目前S7-1200 PLC的熱電偶和熱電阻模擬量輸入模塊有多個規(guī)格，其典型模塊的技術(shù)規(guī)范見表2-9。

（2）熱電偶模擬量輸入模塊（SM1231）的接線

限于篇幅，本書只介紹熱電偶模擬量輸入模塊的接線，如圖2-16所示。

2.2.4　S7-1200 PLC信號板及接線

S7-1200 PLC的CPU上可安裝信號板，S7-200/300/400 PLC沒有種信號板。目前有模擬量輸入板、模擬量輸出板、數(shù)字量輸入板、數(shù)字量輸出板、數(shù)字量輸入/輸出板和通信板，以下分別介紹。

（1）數(shù)字量輸入板（SB1221）

數(shù)字量輸入板安裝在CPU模塊面板的上方，節(jié)省了安裝空間，其接線如圖2-17所示，目前只能采用NPN輸入接線，其電源可以是24V DC或者5V DC。HSC時鐘輸入最大頻率，單相200kHz，正交相位160kHz。

（2）數(shù)字量輸出板（SB1222）

數(shù)字量輸出板安裝在CPU模塊面板的上方，節(jié)省了安裝空間，其接線如圖2-18所示。目前只能采用PNP輸出方式，其電源可以是24V DC或者5V DC。脈沖串輸出頻率：最大200kHz，最小2Hz。

（3）數(shù)字量輸入/輸出板（SB1223）

數(shù)字量輸入/輸出板（SB1223）是2個數(shù)字量輸入點和2個數(shù)字量輸出點，輸入點只能是NPN輸入，輸出點是PNP輸出，其電源可以是24V DC或者5V DC。數(shù)字量輸入/輸出板的接線如圖2-19所示。

（4）模擬量輸入板（SB1231）

模擬量輸入板（SB1231）的量程范圍為±10V、±5V、±2.5V和0～20mA。模擬量輸入板的接線如圖2-20所示。

（5）模擬量輸出板（SB1232）

模擬量輸出板（SB1232）只有一個輸出點，由CPU供電，不需要外接電源。輸出電壓或者電流，其范圍是電流0～20mA，對應(yīng)滿量程為0～27648，電壓范圍是±10V，對應(yīng)滿量程為-27648～27648。模擬量輸出板（SB1232）的接線如圖2-21所示。

（6）通信板（CB1241）

通信板（CB1241）可以作為RS-485模塊使用，它集成的協(xié)議有：自由端口、ASCII、Modbus和USS。通信板（CB1241）的接線如圖2-22所示。自由口通信一般與第三方設(shè)備通信時采用，而USS通信則是西門子PLC與西門子變頻器專用的通信協(xié)議。

2.2.5　S7-1200 PLC通信模塊

S7-1200 PLC通信模塊安裝在CPU模塊的左側(cè)，而一般擴展模塊安裝在CPU模塊的右側(cè)。

S7-1200 PLC通信模塊規(guī)格較為齊全，主要有串行通信模塊CM1241、緊湊型交換機模塊CSM1277、PROFIBUS-DP主站模塊CM1243-5、PROFIBUS-DP從站模塊CM1242-5、GPRS模塊CP1242-7和I/O主站模塊CM1278。S7-1200 PLC通信模塊的基本功能見表2-10。

注意：本節(jié)講解的通信模塊不包含上節(jié)的通信板。

2.2.6　其他模塊

（1）電源模塊（PM1207）

電源模塊（PM1207）是S7-1200 PLC系統(tǒng)中的一員，為S7-1200 PLC提供穩(wěn)定電源，其輸入為120/230VAC（自動調(diào)整輸入電壓范圍），輸出為24V DC/2.5 A。

（2）存儲卡

存儲卡可以組態(tài)為多種形式。

①程序卡。將存儲卡作為CPU的外部裝載存儲器，可以提供一個更大的裝載存儲區(qū)。

②傳送卡。復(fù)制一個程序到一個或多個CPU的內(nèi)部裝載存儲區(qū)而不必使用STEP 7 Basic編程軟件。

③固件更新卡。更新S7-1200 CPU固件版本（對V3.0及之后的版本不適用）。

此外，還有TS模塊和仿真模塊，限于篇幅，在此不再贅述。