4.2 西门子 PLC 硬件系统的组成
随着控制系统的规模和复杂程度的增加，一套完整的西门子 PLC 控制系统不仅仅局限于单个 PLC 主机独立工作，而是由多个硬件组合而成，且根据 PLC 类型、应用场合、环境、功能等因素的不同，构成一个系统的硬件数量、类型、要求也不相同，不同系统的具体结构、组配模式、硬件规模也有很大差异。
下面重点介绍组成西门子 PLC 控制系统的各种硬件，具体了解各种组成硬件的基本配置及相关信息，在此基础上完成对西门子 PLC 系统结构的认知。
4.2.1 西门子 PLC 的硬件组成
西门子公司为了满足用户的不同要求，推出了多种 PLC 产品。每种 PLC 产品可构成控制系统的硬件结构有所不同。这里主要以西门子 S7 系列 PLC（包括 S7-200 系列、S7-300 系列和 S7-400 系列）为例进行介绍。
西门子 PLC 的硬件系统主要包括 PLC 主机（CPU 模块）、电源模块（PS）、信号模块（SM）、通信模块（CP）、功能模块（FM）及接口模块（IM）等部分。图 4-26 为典型西门子 PLC 的硬件组成。
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图 4-26 典型西门子 PLC 的硬件组成
1. PLC 主机（CPU 模块）
PLC 主机是构成西门子 PLC 硬件系统的核心单元。由于主要包括负责执行程序和存储数据的微处理器，因此也常称其为 CPU（中央处理器）模块。
西门子各系列 PLC 主机的类型和功能各不相同，且每一系列的主机又都包含多种类型的中央处理器（CPU），以适应不同的应用要求。
（1）西门子 S7-200 系列 PLC 的 CPU 模块
西门子 S7-200 系列 PLC 的主机将 CPU、基本输入/输出和电源等集成封装在一个独立、紧凑的设备中，从而构成一个完整的微型 PLC 系统。因此，该系列的 PLC 主机可以单独构成一个独立的控制系统，以实现相应的控制功能。
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西门子 S7-200 系列 PLC 主机的 CPU 包括多种型号，主要有 CPU221、CPU222、CPU224、CPU224 XP/CPUXPsi、CPU226 等几种。图 4-27 为其实物外形。
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图 4-27 西门子 S7-200 系列 PLC 中不同型号 CPU 主机的实物外形
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图 4-27 西门子 S7-200 系列 PLC 中不同型号 CPU 主机的实物外形（续）
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西门子 S7-200 系列 PLC 中，不同型号的 CPU 具有不同的规格参数，见表 4-19。
表 4-19 西门子 S7-200 系列 PLC 不同型号 CPU 的规格参数
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（2）西门子 S7-300 系列 PLC 的 CPU 模块
西门子 S7-300 系列 PLC 采用模块式结构，有多种不同型号的中央处理器（CPU）模块，不同型号 CPU 模块有不同的性能，如有些模块集成了数字量和模拟量的 I/O 端子，有些则集成了现场总线通信接口（PROFIBUS）。
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西门子 S7-300 系列 PLC 常见的 CPU 型号主要有 CPU313、CPU314、CPU315/CPU315-2DP、CPU316-2DP、CPU312IFM、CPU312C、CPU313C、CPU315F 等。图 4-28 为西门子 S7-300 系列 PLC 的中央处理器（CPU）模块实物外形。
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图 4-28 西门子 S7-300 系列 PLC 的中央处理器（CPU）模块实物外形
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西门子 S7-300 系列 PLC 中，不同型号的 CPU 具有不同的规格及特点，见表 4-20。
表 4-20 西门子 S7-300 系列 PLC 不同型号 CPU 的规格及特点
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（3）西门子 S7-400 系列 PLC 的 CPU 模块
西门子 S7-400 系列 PLC 采用大模块结构，一般适用于对可靠性要求极高的大型复杂控制系统。
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西门子 S7-400 系列 PLC 常见的 CPU 型号主要有 CPU412-1、CPU413-1/413-2、CPU414-1/414-2 DP、CPU416-1 等。图 4-29 为西门子 S7-400 系列 PLC 的中央处理器（CPU）模块实物外形。
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图 4-29 西门子 S7-400 系列 PLC 的中央处理器（CPU）模块实物外形
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西门子 S7-400 系列 PLC 中，不同型号的 CPU 具有不同的规格参数，见表 4-21。
表 4-21 西门子 S7-400 系列 PLC 不同型号 CPU 的规格参数
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2. 电源模块（PS）
电源模块是指由外部为 PLC 供电的功能单元。
（1）西门子 S7-200 系列 PLC 的电源模块
西门子 S7-200 系列 PLC 作为一种一体化紧凑型的 PLC，其电源模块集成在 PLC 主机内部，与 CPU 模块封装在一起，并通过连接总线为 CPU 模块、扩展模块提供 5 V 直流电源。
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图 4-30 为西门子 S7-200 系列 PLC 内部的电源模块。根据信号不同，一般有 24 V DC、220 V AC 两种。该电源模块在容量允许时，还可以通过 I/O 接口提供给外部 24 V 直流电压，供本机输入点和扩展模块继电器线圈使用。
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图 4-30 西门子 S7-200 系列 PLC 内部的电源模块
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西门子 S7-200 系列 PLC 中，由于其内置电源的特点，因此若需连接扩展模块，则需考虑扩展模块对 5V 直流供电电源的需求量，若此需求量过大（超过 CPU 的 5 V 电源模块的容量），则必须减少扩展模块的数量。另外，若内置电源输出的 24 V 直流电源不能满足需求，则可增加一个外部 24 V 直流电源，为扩展模块供电。但需注意，该外部电源不能与 S7-200 的传感器电源并联使用。表 4-22 为西门子 S7-200 系列 PLC 电源的相关技术指标。
表 4-22 西门子 S7-200 系列 PLC 电源的相关技术指标
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