浅谈西门子PLC系统中IO供电
有人曾问过：S7-200的CPU能输出24VDC传感器电源，那么它是否能作为一个独立的电源，给其输入和输出或扩展输入、输出模块供电？
鉴于以上问题，我们分析，“S7-200的CPU能输出24V DC传感器电源”是指CPU模块具有24V DC供电能力，在CPU模块上有L+,M端子输出电能，此时你可以把它看作是一个24V DC的电源模块。而PLC的输入输出点需要外接电源来供电，即可以用单独的外接电源模块，也可以使用CPU模块的自带输出电源，这两种电源对于输入输出点来说都是外接电源，如果不加以考虑，直接使用CPU模块的自带输出电源给输入、输出点供电，看样子，这种操作既节约成本，也安全可靠，但不可否认存在隐患，因为24V DC电源是CPU输出，功耗有限，此时我们必须弄清楚CPU输出24V DC电源的最大电流和输入、输出点所消耗的最大电流，所以此时需要注意电源的供电能力问题。
S7-200 CPU模块提供5VDC和24VDC电源：
• 当有扩展模块时CPU通过I/O总线为其提供5V电源，所有扩展模块的5V电源消耗之和不能超过该CPU提供的电源额定。若不够用不能外接5V电源。 
• 每个CPU都有一个24VDC传感器电源，它为本机输入点和扩展模块输入点及扩展模块继电器线圈提供24VDC。如果电源要求超出了CPU模块的电源定额，你可以增加一个外部24VDC电源来提供给扩展模块。 
所谓电源计算，就是用CPU所能提供的电源容量，减去各模块所需要的电源消耗量。下表1-8为电源计算算例，
以下为S7-200系统电源数据简表。详情请参考最新的《S7-200系统手册》或模块说明书。
表1. CPU的供电能力 
CPU型号 
电流供应
 
＋5VDC 
+24VDC
CPU221 
0 mA 
180mA
CPU222
 340 mA
 180mA
CPU224/224 XP 
 660 mA
280mA
CPU226/226 XM 
 1000 mA
400mA
表2. CPU上及扩展模块上的数字量输入所消耗的电流
CPU上及扩展模块上的数字量
 电流需求
 
＋5VDC 
+24VDC
每点输入 
- 
4mA/每输入
如果数字量输入点使用外接24VDC电源，则不必纳入计算。
表3. 数字扩展模块所消耗的电流
数字扩展模块型号 
电流需求
 
＋5VDC
+24VDC
EM 221 DI 8 x 24VDC 
30 mA
4 mA/输入
EM 221 DI 8 x 120/230VAC
 30 mA
 -
EM 221 DI 16 x 24VDC 
70 mA
4 mA/输入
EM 222 DO4 x 24VDC-5A 
50 mA
-
EM 222 DO 4 x Relays-10A 
40 mA 
20mA/输出
EM 222 DO8 x 24VDC   
30 mA
-
EM 222 DO 8 x Relays 
40 mA
9mA/输出
EM 222 DO 8 x 120/230VAC 
110 mA 
-
EM 223 24VDC 4 In/4 Out 
40 mA
4 mA/输入
EM 223 24VDC 4 In/4 Relays 
40 mA
4 mA/输入 9mA/输出
EM 223 24VDC 8 In/8 Out  入
80 mA
4 mA/输
EM 223 24VDC 8 In/8 Relays 
 80 mA 
4 mA/输入9 mA/输出
EM 223 24VDC 16 In/16 Out 
 160 mA
4 mA/输入
EM 223 24VDC 16 In/16 Relays 
150 mA
4 mA/输入9mA/输出
EM 223 24VDC 32 In/32 Out 
240 mA
4 mA/输入
EM 223 24VDC 32 In/32 Relays 
 205 mA
4 mA/输入9mA/输出
表4. 模拟扩展模块所消耗的电流
模拟扩展模块
电流需求
5VDC 
+24VDC
EM 231 4 Inputs 
 20 mA
60 mA
EM 232 2 Outputs 
 20 mA
70 mA
EM 235 4 Inputs / 1 Output 
30 mA
 60 mA
表5. TC（热电偶）和RTD（热电阻）模块所消耗的电流
热电偶和热电阻模块
电流需求
 +5VDC 
+24VDC
EM 231 TC, 4 Inputs
87 mA
 60 mA
EM231 RTD, 4 Inputs   
87 mA
60 mA
 
表6. 智能模块所消耗的电流
智能模块
电流需求
        
＋5VDC
+24VDC
EM277
150 mA 
-
30 mA；通信端口激活时
60 mA；通信端口加90mA/5V负载时
180 mA；通信端口加120mA/24V负载时
EM241 
80 mA 
70 mA
EM253 
190mA 
不一定，详见技术数据
CP243-1
 55 mA 
60 mA
CP243-1 IT 
 55 mA
 60 mA
CP243-2 A
220 mA
100 mA
 注意：
• EM277模块本身不需要24VDC电源，这个电源是专供通信端口用的。24VDC电源需求取决于通信端口上的负载大小。 
• CPU上的通信口，可以连接PC/PPI电缆和TD 200并为它们供电，此电源消耗已经不必再纳入计算。 
如果PLC输入点较多，输出的负载较多、功率较大，最好接外部电源。这对PLC使用长久有好处。
从上面表格中，我们可以清楚的看到各模块的电流消耗或者承受量，通过计算如超过CPU输出容量，可以选择外加开关电源；接下来我们看一下S7-300CPU及模块的电流消耗。
S7-300模块使用的电源由S7-300背板总线提供，一些模块还需从外部负载电源供电。在组建S7-300应用系统时，考虑每块模块的电流耗量和功率损耗是非常必要的。
一个实际的S7-300 PLC系统，确定所有的模块后，要选择合适的电源模块，所选定的电源
模块的输出功率必须大于CPU模块、所有I/O模块、各种智能模块等总消耗功率之和，并且要留有30％左右的裕量。当同一电源模块既要为主机单元又要为扩展单元供电时，从主机单元到最远一个扩展单元的线路压降必须小于0.25 V。
例如，一个S7-300 PLC系统由下面的模块组成：
1块中央处理单元6SE7315-2AG10-0AB0，L+消耗800MA，功耗2.5W ( DP通讯应考虑端口L+消耗电流200MA)
1块数字量输入模块6ES7321-1BL00-0AA0 ,L+单路消耗7MA,背板消耗最大15MA，功耗6.5W
l块数字量输出模块6ES7322-1BL00-0AA0， (24 V DC施耐德中继) L+空载消耗160MA,背板消耗最大110MA，功耗6.6W，(带载24 V DC施耐德中继单个消耗37MA)
l块模拟量输入模块6ES7331-7KF02-0AB0, L+消耗30MA（若四线制）,背板消耗最大50MA，功耗1W
2块模拟量输出模块6ES7332-5HD01-0AB0,L+消耗240MA,背板消耗最大60MA，功耗3W
各模块从S7-300背板总线吸取的电流＝15＋110＋50＋2×60＝295 mA
各模块从24 V负载电源吸取的电流＝800+200+7X32＋160+37×32+30＋240X2模块电源故障＝3078 mA
各模块的功率损耗＝2.5＋6.5＋6.6＋1＋2×3＝22.6 W
从上面计算可知（具体数据参考选型手册），信号模块从S7-300背板总线吸取的总电流是295 mA，没有超过CPU 315提供的最大背板输出电流1.2 A。各模块从24 V电源吸取的总电流约为3.078 A，考虑到电源应留有30%裕量，而且电源的效率在70-85%，所以3.078/0.7计算得到4.39 A，电源模块应选PS307 5 A。PS307 5 A的功率损耗为18 W，所以该S7-300结构总的功率损耗是18＋22.6＝40.6 W。该功率不应超过机柜所能散发的最大功率，在确定机柜的大小时要确保这一点。
从上面我们能看到，S7-300电源消耗分背板和前端负载，而背板电源是由CPU提供，前端负载由前面24V电源提供，所以我认为CPU和其他模块的24V电源用两块电源独立提供，更安全可靠，如有一台电源故障，降低损失。
结合以上两款PLC的主机与模块供电情况，我们以后选择开关电源、计算系统容量时，能够
使控制系统配置更合理、更准确。消除我们以前估算偏差太大，要么浪费资源、要么影响系统运行等弊病。（技术部吕新华供稿）

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