2.2 西门子PLC扩展模块

在西门子PLC中，CPU主机通常可与具有其他特定功能的模块配合构成完成的硬件控制系统，常见的扩展模块包括电源模块（PS）、信号扩展模块（SM）、通信模块（CP）、功能模块（FM）和接口模块（IM）等。

2.2.1 电源模块（PS）

电源模块是指由外部为PLC供电的功能单元。不同类型的CPU主机所需的供电电压不同，电源模块的规格也有所不同。

（1）西门子S7-200 SMART系列PLC的电源模块

西门子S7-200 SMART系列PLC的CPU有一个内部电源，用于为CPU、扩展模块、信号板提供电源和满足其他24V DC用户电源需求。

表2-5、表2-6为西门子S7-200 SMART系列PLC内部电源模块的规格参数。

（2）西门子S7-200系列PLC的电源模块

西门子S7-200系列PLC作为一体化紧凑型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5V的直流电源，如图2-6所示。

西门子S7-200系列PLC内部的电源模块，在容量允许时，还可通过I/O接口提供给外部24V的直流电压，供本机输入点和扩展模块继电器线圈使用。

根据信号不同一般有DC24V和AC220V两种规格，相关参数信息如表2-7所列。

（3）西门子S7-300/400系列PLC的电源模块

西门子S7-300/400系列PLC均属于模块式结构，其电源供电部分均属于独立的模块单元。不同型号的PLC所采用的电源模块不相同，西门子S7-300系列PLC采用的电源模块主要有PS305和PS307两种，西门子S7-400系列PLC采用的电源模块主要有PS405和PS407两种，如图2-7所示。

西门子S7-300/400系列PLC中，不同型号的电源模块具有不同的规格参数和应用场合，如表2-8所列。

2.2.2 数字量扩展模块（DI/DO）

各类型的西门子PLC在实际应用中，为了实现更强的控制功能，可以采用扩展I/O点的方法扩展其系统配置和控制规模，其中各种扩展用的I/O模块统称为信号扩展模块（SM）。不同类型的PLC所采用的信号扩展模块不同，但基本都包含了数字量扩展模块和模拟量扩展模块两种。

西门子PLC除本机集成的数字量I/O端子外，可连接数字量扩展模块（DI/DO）用以扩展更多的数字量I/O端子。数字量扩展模块包括数字量输入模块和数字量输出模块。

其中，数字量输入模块的作用是将现场过程送来的数字高电平信号转换成PLC内部可识别的信号电平。通常情况下数字量输入模块可用于连接工业现场的机械触点或电子式数字传感器。

图2-8为西门子S7系列PLC中常见数字量输入模块。

数字量输出模块的作用是将PLC内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平。通常情况下可用于直接驱动电磁阀、接触器、指示灯、变频器等外部设备和功能部件。

图2-9为西门子S7系列PLC中常见数字量输出模块。

图2-10为PLC的数字量输入模块、数字量输出模块工作过程示意图。

西门子S7各系列可匹配使用的数字量输入、输出模块类别及其相关参数、特性不同，具体根据模块的规格参数而定。

表2-9为西门子S7系列PLC常见数字量扩展模块的相关参数。

2.2.3 模拟量扩展模块（AI/AO）

在PLC的数字系统中，不能输入和处理连续的模拟量信号，但在很多自动控制系统所控制的量为模拟量，因此为使PLC的数字系统可以处理更多的模拟量，除本机集成的模拟量I/O端子外，可连接模拟量扩展模块（AI/AO）用以扩展更多的模拟量I/O端子。模拟量扩展模块包括模拟量输入模块和模拟量输出模块两种。

其中，模拟量输入模块用于将现场各种模拟量测量传感器输出的直流电压或电流信号转换为PLC内部处理用的数字信号（核心为A-D转换）。电压和电流传感器、热电偶、电阻或电阻式温度计均可作为传感器与之连接。

图2-11为西门子S7系列PLC中常见模拟量输入模块实物外形。

模拟量输出模块的作用是将PLC内部的数字信号转换为系统所需要的模拟量信号，用于控制模拟量执行器件（核心为D-A转换），如图2-12所示。

西门子S7各系列可匹配使用的模拟量输入、输出模块类别及其相关参数、特性不同，见表2-10所列。

2.2.4 通信模块（CP）

西门子PLC有很强的通信功能，除其CPU模块本身集成的通信接口外，还扩展连接通信模块，用以实现PLC与PLC、计算机、其他功能设备之间的通信。

不同型号的PLC可扩展不同类型或型号的通信模块，用以实现强大的通信功能，如图2-13所示。

通信模块型号不同，相应的规格参数及应用特点也不同。实际使用和连接时需要详细了解西门子各系列PLC可扩展的通信模块相关参数，如表2-11所列。

2.2.5 功能模块（FM）

功能模块（FM）主要用于要求较高的特殊控制任务，西门子PLC中常用的功能模块主要有计数器模块、进给驱动位置控制模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块、定位和连续路径控制模块、闭环控制模块、称重模块、位置输入模块和超声波位置解码器等。

图2-14为西门子S7系列PLC中常见的功能模块。

2.2.6 接口模块（IM）

接口模块（IM）用于组成多机架系统时连接主机架（CR）和扩展机架（ER），多应用于西门子S7-300/400系列PLC系统中。

图2-15为西门子S7系列PLC中常见的接口模块。

不同型号的接口模块，其规格参数及应用特点也不同，在选用接口模块时需要详细了解相应接口模块的特点及应用场合，如表2-12所列。

2.2.7 其他扩展模块

西门子PLC系统中，除上述的基本组成模块和扩展模块外，还有一些其他功能的扩展模块，该类模块一般作为一系列PLC专用的扩展模块。

例如，热电偶或热电阻扩展模块（EM231），该模块是专门与S7-200（CPU224、CPU224XP、CPU226、CPU226XM）PLC匹配使用的。它是一种特殊的模拟量扩展模块，可以直接连接热电偶（TC）或热电阻（RTD）以测量温度，该温度值可通过模拟量通道直接被用户程序访问。

另外较常见还有电子凸轮控制器FM352、高速布尔处理器FM352-5、超声波位置解码器模块FM338等，如图2-16所示。