数字量输入/输出（DI/DO）响应速度
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S7-200的数字量（开关量）输入/输出有多快？
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数字量输入能接多大频率的脉冲？
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数字量输出点能发高速脉冲么？
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……
这些问题都是关于S7-200 PLC在处理开关量（数字量）信号时的快速响应能力。只有在控制任务对数字量信号的处理速度要求很高时才需要考虑。
S7-200可以采用两种方式处理数字量信号：
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硬件电路
S7-200在CPU单元上设有硬件电路（芯片等）处理高速数字量I/O，如高速计数器（输入）、高速脉冲输出。这些硬件电路在用户程序的控制下工作，可以达到很高的频率；但点数受到硬件资源的限制
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常规处理
按照PLC工作原理，以常规方式处理DI/DO
S7-200处理DI/DO的限制因素
典型的数字量信号处理包括从输入信号变化，到S7-200识别、进行逻辑运算得到结果并输出，最后输出信号状态实际改变的整个过程。
S7-200 CPU按照以下机制循环工作：
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读取输入点的状态到输入映像区
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执行用户程序，进行逻辑运算，得到输出信号的新状态
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将输出信号写入到输出映像区
只要CPU处于运行状态，上述步骤就周而复始地执行。在第二步中，CPU也执行通信、自检等工作。
上述三个步骤是S7-200 CPU的软件处理过程，可以认为就是程序扫描时间。
实际上，S7-200对数字量的处理速度受到以下几个因素的限制：
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输入硬件延时（从输入信号状态改变的那一刻开始，到CPU刷新输入映像区时能够识别其改变的时间）
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CPU的内部处理时间，包括：
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读取输入点的状态到输入映像区
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执行用户程序，进行逻辑运算，得到输出信号的新状态
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将输出信号写入到输出映像区
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输出硬件延时（从输出缓冲区状态改变到输出点真实电平改变的时间）
上述A,B,C三段时间，就是限制PLC处理数字量响应速度的主要因素。
一个实际的系统可能还需要考虑输入、输出器件的延时，如输出点外接的中间继电器动作时间等，不在这里讨论。
西门子6SL3210-1PE27-5AL0
输入硬件延时
表1. 输入点硬件延时
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输入点类型
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CPU集成输入点（部分）
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扩展模块输入点
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24VDC
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120/230VAC
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输入延时
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0.2 - 12.8ms（可选）
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4.5ms
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15ms
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以上数据都在《S7-200系统手册》中标明，这里只是列表比较。CPU上的部分输入点延时（滤波）时间可以在编程软件Micro/WIN的“系统块”中设置，其缺省的滤波时间是6.4ms。
如果把容易受到干扰的信号接到CPU上可改变滤波时间的DI点上，调整滤波时间可能改善信号检测的质量。
支持高速计数器功能的输入点在相应功能开通时不受此滤波时间约束。滤波设置对输入映像区的刷新、开关量输入中断、脉冲捕捉功能同样有效。
输出硬件延时
表2. CPU输出硬件延时
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输出点类型
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24VDC晶体管
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24VDC（CPU224 XP）晶体管
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继电器
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输出延时
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OFF - ON
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2μs（Q0.0, Q0.1）, 15μs（其他）
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0.5μs （Q0.0, Q0.1）, 15μs（其他）
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-
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ON - OFF
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10μs（Q0.0, Q0.1）, 130μs（其他）
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1.5μs（0.0, Q0.1）, 130μs（其他）
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-
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开关
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-
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-
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10ms
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有些输出点要比其他点更快些，是因为它们可以用于高速输出功能，在硬件上有特殊设计。没有专门使用硬件高速输出功能时，它们只是和普通点一样处理
继电器输出开关频率为1Hz。
表3. 扩展模块输出硬件延时
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输出点类型
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24VDC
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继电器
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120/230VAC
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0.75A
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5A
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2A
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10A
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输出延时
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OFF - ON
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50μs
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500μs
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-
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0.2ms + 1/2AC周期
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ON - OFF
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200μs
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开关
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-
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-
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10ms
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15ms
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-
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较大开关频率
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-
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1Hz
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10Hz
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上述数据来自《S7-200系统手册》。
S7-200程序扫描时间
程序扫描时间与用户程序的大小成正比。
《S7-200系统手册》中有每个指令所需执行时间的数据。实际上很难事先预先精确计算出程序扫描时间，特别是还没有开始编程序时。
可以看出，常规的PLC处理模式不适合时间响应要求高的数字量信号。可能需要根据具体任务采用一些特别的方法。
S7-200处理快速响应信号的对策
可以单独或组合使用一些S7-200 CPU的高级功能：
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使用CPU内置的高速计数器和高速脉冲发生器处理序列脉冲信号
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使用部分CPU数字量输入点的硬件中断功能，在中断服务程序中处理；进入中断的延时可以忽略
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S7-200拥有“直接读输入”和“直接写输出”指令，可以越过程序扫描周期的时间限制
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使用部分CPU数字量输入点的“脉冲捕捉”功能捕捉短暂的脉冲
S7-200系统中较小周期的定时任务为1ms。
所有实现快速信号处理的措施，都要考虑所有限制因素的影响。例如，为一个需要毫秒级响应速度的信号选择 500μs 输出延时的硬件，显然是不合理的。
S7-200的电源需求与计算
S7-200 CPU模块提供5VDC和24VDC电源：
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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**过该CPU提供的电源额定。若不够用不能外接5V电源。
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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**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。
电源计算的例子可参见《S7-200系统手册》。
以下为S7-200系统电源数据简表。详情请参考较新的《S7-200系统手册》或模块说明书。
表1. CPU的供电能力
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CPU型号
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电流供应
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＋5VDC
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+24VDC
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CPU221
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0 mA
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180mA
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CPU222
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340 mA
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180mA
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CPU224/224 XP
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660 mA
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280mA
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CPU226/226 XM
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1000 mA
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400mA
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表2. CPU上及扩展模块上的数字量输入所消耗的电流
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CPU上及扩展模块上的数字量
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电流需求
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＋5VDC
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+24VDC
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每点输入
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-
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4mA/每输入
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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
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数字扩展模块型号
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电流需求
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＋5VDC
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+24VDC
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EM 221 DI 8 x 24VDC
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30 mA
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4 mA/输入
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EM 221 DI 8 x 120/230VAC
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30 mA
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-
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EM 221 DI 16 x 24VDC
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70 mA
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4 mA/输入
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EM 222 DO4 x 24VDC-5A
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50 mA
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-
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EM 222 DO 4 x Relays-10A
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40 mA
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20mA/输出
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EM 222 DO8 x 24VDC
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30 mA
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-
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EM 222 DO 8 x Relays
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40 mA
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9mA/输出
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EM 222 DO 8 x 120/230VAC
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110 mA
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-
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EM 223 24VDC 4 In/4 Out
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40 mA
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4 mA/输入
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EM 223 24VDC 4 In/4 Relays
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40 mA
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4 mA/输入
9mA/输出
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EM 223 24VDC 8 In/8 Out
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80 mA
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4 mA/输入
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EM 223 24VDC 8 In/8 Relays
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80 mA
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4 mA/输入
9 mA/输出
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EM 223 24VDC 16 In/16 Out
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160 mA
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4 mA/输入
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EM 223 24VDC 16 In/16 Relays
|
150 mA
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4 mA/输入
9mA/输出
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EM 223 24VDC 32 In/32 Out
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240 mA
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4 mA/输入
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EM 223 24VDC 32 In/32 Relays
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205 mA
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4 mA/输入
9mA/输出
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表4. 模拟扩展模块所消耗的电流
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模拟扩展模块订货号
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电流需求
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＋5VDC
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+24VDC
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EM 231 4 Inputs
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20 mA
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60 mA
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EM 231 8 Inputs
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20 mA
|
60 mA
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EM 232 2 Outputs
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20 mA
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70 mA
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EM 232 4 Outputs
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20 mA
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60 mA
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EM 235 4 Inputs / 1 Output
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30 mA
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60 mA
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表5. TC（热电偶）和RTD（热电阻）模块所消耗的电流
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热电偶和热电阻模块型号
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电流需求
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＋5VDC
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+24VDC
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EM 231 TC, 4 Inputs
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87 mA
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60 mA
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EM 231 TC, 8 Inputs
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87mA
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60mA
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EM231 RTD, 2 Inputs
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87 mA
|
60 mA
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EM231 RTD, 4 Inputs
|
87 mA
|
60 mA
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表6. 智能模块所消耗的电流
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智能模块订货号
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电流需求
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＋5VDC
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+24VDC
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EM277
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150 mA
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－
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30 mA；通信端口激活时
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60 mA；通信端口加90mA/5V负载时
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180 mA；通信端口加120mA/24V负载时
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EM241
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80 mA
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70 mA
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EM253
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190mA
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不一定，详见技术数据
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CP243-1
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55 mA
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60 mA
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CP243-1 IT
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55 mA
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60 mA
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CP243-2
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220 mA
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100 mA
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注意：
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EM277模块本身不需要24VDC电源，这个电源是*通信端口用的。24VDC电源需求取决于通信端口上的负载大小。
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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。
西门子6SL3210-1PE27-5AL0
