PLC编程及应用课件第2章.ppt

1、2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理1返回返回2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理2返回返回后一页后一页前一页前一页 返回返回1 1整体式整体式PLCPLC 整体式整体式又叫做又叫做单元式单元式或或箱体式箱体式，它的体积小、价格低，它的体积小、价格低，小型可编程序控制器一般采用整体式结构。小型可编程序控制器一般采用整体式结构。整体式可编程序控制器将整体式可编程序控制器将CPUCPU模块、模块、I IO O模块和电源装模块和电源装在一个箱型机壳内，称为基本单元在一个箱型机壳内，称为基本单元，。“前盖前盖”下面有下面有RUNRUNSTOPSTOP开关，模拟量电位器和

2、扩展开关，模拟量电位器和扩展I IO O连接器。连接器。S7-200S7-200系列可编程序控制器提供多种具有不同系列可编程序控制器提供多种具有不同I IO O点数的点数的CPUCPU模块和数字量、模拟量模块和数字量、模拟量I I0 0扩展模块供用户选扩展模块供用户选用用。整体式可编程序控制器还配备有许多专用的整体式可编程序控制器还配备有许多专用的，如，如等，使可编程序控制器的等，使可编程序控制器的。2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理6 大、中型可编程序控制器大、中型可编程序控制器(如如S7-300和和S7-400系列系列)一般采用一般采用模块式结构，模块式结构，用搭积木的方

3、式组成系统用搭积木的方式组成系统，它，它由机架和模块组成由机架和模块组成(见图见图)。模块插在模块插座上模块插在模块插座上，后者焊在机架中的总线连接板，后者焊在机架中的总线连接板上。可编程序控制器厂家上。可编程序控制器厂家备有不同槽数的机架供用户选用备有不同槽数的机架供用户选用，如，如果一个机架容纳不下所选用的模块，果一个机架容纳不下所选用的模块，可以增设一个或数个扩展可以增设一个或数个扩展机架，各机架之间用机架，各机架之间用I0扩展电缆相连扩展电缆相连。用户可以选用用户可以选用，对硬件配置的选择余地较大，维修时更换模，对硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。块也很方便。整体式整体式

4、可编程序控制器每一可编程序控制器每一IO点的平均价格比模块式的点的平均价格比模块式的便宜便宜，在小型控制系统中一般采用整体式结构。但是，在小型控制系统中一般采用整体式结构。但是模块式模块式可可编程序控制器的硬件组态方便编程序控制器的硬件组态方便灵活灵活，维修时更换模块、判断故障范围也很方便，因此较复杂的、要维修时更换模块、判断故障范围也很方便，因此较复杂的、要求较高的系统一般选用模块式可编程序控制器。求较高的系统一般选用模块式可编程序控制器。2 2模块式可编程序控制器模块式可编程序控制器 S7-300模块式模块式PLC 返回返回虽然各种虽然各种PLC的的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根的最

5、大寻址空间各不相同，但是根据据PLC的工作原理，其存储空间一般包括系统程序存储区的工作原理，其存储空间一般包括系统程序存储区、系统、系统RAM存储区存储区(包括包括I/O缓冲区和系统软元件等缓冲区和系统软元件等)和用和用户程序存储区户程序存储区3个部分。个部分。1)系统程序存储区系统程序存储区 系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序，包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、序，包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等，由制造商将其固化在系统诊断子程序等，由制造商将其固化在ROM中，用户不能中，用

6、户不能直接存取。它和硬件一起决定了直接存取。它和硬件一起决定了PLC的性能。的性能。2)系统系统RAM存储区存储区 系统系统RAM存储区包括存储区包括I/O缓冲区以及各类软元件，如工作缓冲区以及各类软元件，如工作寄存器、内部继电器、定时器、计数器、数据寄存器、变址寄寄存器、内部继电器、定时器、计数器、数据寄存器、变址寄存器等。存器等。2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理9 (1)I/O缓冲区缓冲区 由于由于PLC投入到运行状态后，只是在输入投入到运行状态后，只是在输入采样阶段才依次读入各个输入信号的状态和数据，在输出刷采样阶段才依次读入各个输入信号的状态和数据，在输出刷新阶段才

7、将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元要一定数量的存储单元(RAM)来暂时存放来暂时存放I/O的状态和数据，的状态和数据，这些单元称作这些单元称作I/O缓冲区。缓冲区。一个开关量一个开关量I/O占用存储单元中的占用存储单元中的一位一位(bit)。一个模拟量一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字占用存储单元中的一个字(16位位)。整个整个I/O缓缓冲区可以看作是由开关量冲区可以看作是由开关量I/O缓冲区和模拟量缓冲区和模拟量I/O缓冲区两个缓冲区两个部分组成的。部分组成的。2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工

8、作原理10(2)系统软元件存储区系统软元件存储区 除了除了I/O缓冲区以外，系统缓冲区以外，系统RAM存储区存储区还包括还包括PLC内部各类软元件内部各类软元件(内部继电器、定时器、计数器、数内部继电器、定时器、计数器、数据寄存器和工作寄存器等据寄存器和工作寄存器等)的存储区。该存储区又分为具有掉电的存储区。该存储区又分为具有掉电保存的存储区域和掉电不保存的存储区域。前者在保存的存储区域和掉电不保存的存储区域。前者在PLC断电时断电时，由内部的锂电池供电，数据不会丢失；后者在，由内部的锂电池供电，数据不会丢失；后者在PLC断电时，断电时，数据被清零。数据被清零。内部继电器内部继电器 与开关输出

9、一样，每个内部继电器占用系与开关输出一样，每个内部继电器占用系统统RAM存储区中的一位，但不能直接驱动外部负载，只存储区中的一位，但不能直接驱动外部负载，只供用户在编程中使用。其作用类似于电气控制线路中的继供用户在编程中使用。其作用类似于电气控制线路中的继电器。另外，不同的电器。另外，不同的PLC还提供数量不等的特殊内部继电还提供数量不等的特殊内部继电器，具有不同的特殊功能。器，具有不同的特殊功能。2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理11 数据寄存器数据寄存器 与模拟量与模拟量I/O一样，每个数据寄存器占用系一样，每个数据寄存器占用系统统RAM存储区中的一个字存储区中的一个字(

10、16位位)，主要用于模拟量处理、，主要用于模拟量处理、数据运算和通信等。另外，数据运算和通信等。另外，PLC还提供数量不等的特殊数还提供数量不等的特殊数据寄存器，用于存储系统中某些特定的数据或信息。据寄存器，用于存储系统中某些特定的数据或信息。定时器和计数器定时器和计数器 PLC提供了许多定时器和计数器，提供了许多定时器和计数器，数量从几十个到几千个不等，用于满足工业生产中定时数量从几十个到几千个不等，用于满足工业生产中定时控制和计数控制的要求。控制和计数控制的要求。3)用户程序存储区用户程序存储区 存放用户根据实际控制要求或生产工艺流程编写的具体控制存放用户根据实际控制要求或生产工艺流程编写

11、的具体控制程序。不同类型的程序。不同类型的PLC，其存储容量各不相同。，其存储容量各不相同。2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理12 返回返回2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理13I/O模块分为开关量输入模块分为开关量输入(Digital Input，DI)、开关量输出、开关量输出(Digital Output，DO)、模拟量输入、模拟量输入(Analog Input，AI)和和模拟量输出模拟量输出(Analog Output，AO)等模块。等模块。开关量模块按电压水平分有开关量模块按电压水平分有220 VAC、110 VAC、24 VDC等规格；按隔离方式分

12、有继电器输出、晶闸管输出和等规格；按隔离方式分有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出等类型。晶体管输出等类型。模拟量模块按信号类型分有电流型模拟量模块按信号类型分有电流型(4mA20mA、0mA20mA)、电压型、电压型(0V10V、0V5V、10V10V)等等规格；按精度分有规格；按精度分有12位、位、14位、位、16位等规格。位等规格。2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理14 输入电路中设有输入电路中设有，以防止由于输入触点抖动或，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号。滤波电路延迟时间的典型外部干扰脉冲引起错误的输入信号。滤波电路延迟时间的典型值为值为102

13、0ms(信号上升沿信号上升沿)和和2050ms(信号下降沿信号下降沿)，输入电流，输入电流为数毫安。为数毫安。下图是某直流输入模块的内部电路和外部接线图，图中只下图是某直流输入模块的内部电路和外部接线图，图中只画出了画出了一路输入电路一路输入电路，。S7-200可以用可以用(见图见图)，它还可以为接近开关、光电开关之类的传感器提供，它还可以为接近开关、光电开关之类的传感器提供24V直流电源。直流电源。1 1输入模块输入模块2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理15 当图中的外接触点当图中的外接触点接通时，光耦合器中两个反并联的发光接通时，光耦合器中两个反并联的发光二极管亮，光敏三

14、极管饱和导通二极管亮，光敏三极管饱和导通；外接触点；外接触点信号经内部电路传送信号经内部电路传送给给CPU模块。显然，可以改变图中输入回路的电源极性。模块。显然，可以改变图中输入回路的电源极性。交流输入方式适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用，交流输入方式适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用，输入电压有输入电压有110V、220V两种。两种。直流输入电路的延迟时间较短，可以直接与接近开关、光直流输入电路的延迟时间较短，可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接。电开关等电子输入装置连接。2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理162 2输出模块输出模块 输出模块的功率放大元件有

15、输出模块的功率放大元件有、，以及既，以及既。输出电流的典型值为。输出电流的典型值为05-2A，负，负载电源由外部现场提供。载电源由外部现场提供。，例如，例如S7-200的继电器输出电路可以驱动的继电器输出电路可以驱动2A的电阻性负的电阻性负载，但是只能驱动载，但是只能驱动200W的白炽灯。输出电路一般的白炽灯。输出电路一般分为若干组，对每一组的总电流也有限制。额定输分为若干组，对每一组的总电流也有限制。额定输出电流还与温度有关，温度升高时额定输出电流减出电流还与温度有关，温度升高时额定输出电流减小，有的可编程序控制器提供了有关的曲线。小，有的可编程序控制器提供了有关的曲线。2022-7-19C

16、H2 PLC的硬件结构与工作原理17 图是图是。与触点并联的。与触点并联的RC电电路和压敏电阻用来消除触点断开时产生的电弧。路和压敏电阻用来消除触点断开时产生的电弧。如果系统输出量的变化不是很频。如果系统输出量的变化不是很频繁，建议优先选用继电器型的。繁，建议优先选用继电器型的。2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理18 图是使图是使。图中的稳压管用来抑制关断过电压和外部的浪涌电压，以保图中的稳压管用来抑制关断过电压和外部的浪涌电压，以保护场效应管。场效应管输出电路的工作频率可达护场效应管。场效应管输出电路的工作频率可达20kHz。晶体管型与双向晶闸管型模块分别用于直流负载和交流

17、晶体管型与双向晶闸管型模块分别用于直流负载和交流负载，它们的可靠性高，反应速度快，寿命长，但是过载能负载，它们的可靠性高，反应速度快，寿命长，但是过载能力稍差。力稍差。2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理19返回返回2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理20 在数字量控制系统中，变量仅有两种相反的工作状态，在数字量控制系统中，变量仅有两种相反的工作状态，如如高电平高电平和和、继电器线圈的、继电器线圈的通电通电和和、触点的、触点的接通接通和和，可用逻辑代数中的，可用逻辑代数中的1和和 来表示它们。在波形图中，来表示它们。在波形图中，用高电平表示用高电平表示l状态，用

18、低电平表示状态，用低电平表示0状态。状态。“与与”、“或或”、“非非”逻辑运算的输入输出关系逻辑运算的输入输出关系如下表所示，用继电器电路或梯形图可以实现如下表所示，用继电器电路或梯形图可以实现“与与”、“或或”、“非非”逻辑运算逻辑运算(见图见图)。用多个触点的串、并联电。用多个触点的串、并联电路可以实现复杂的逻辑运算，例如下图中的继电器电路实现路可以实现复杂的逻辑运算，例如下图中的继电器电路实现的逻辑运算可用逻辑代数式表示为：的逻辑运算可用逻辑代数式表示为：FR2SB)KM1SB(KM返回返回2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理212022-7-19CH2 PLC的硬件结构

19、与工作原理22 继电器的线圈通电时，其常开触点接通，常继电器的线圈通电时，其常开触点接通，常闭触点断开；线圈断电时，其常开触点断开，常闭触点闭合。闭触点断开；线圈断电时，其常开触点断开，常闭触点闭合。梯形图中的位操作元件梯形图中的位操作元件(如可编程序控制器的输出如可编程序控制器的输出Q00)的触的触点和线圈也有类似的关系。点和线圈也有类似的关系。接触器的结构和工作原理与继电器的基本相同，区别仅接触器的结构和工作原理与继电器的基本相同，区别仅在于继电器触点的额定电流较小在于继电器触点的额定电流较小(如几十毫安如几十毫安)，而接触器是用，而接触器是用来控制大电流负载的，例如它可以控制额定电流为几

20、十安培来控制大电流负载的，例如它可以控制额定电流为几十安培至上千安培的异步电动机。至上千安培的异步电动机。FR2SB)KM1SB(KM2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理23FR2SB)KM1SB(KM异步电动机控制电路异步电动机控制电路2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理24 可编程序控制器有两种工作方式，即可编程序控制器有两种工作方式，即RUN(运行运行)方式与方式与STOP(停止停止)方式。方式。在在在在CPU模块的面板上用模块的面板上用“RUN”LED显示当前的工作显示当前的工作方式。方式。在在，设置可编程序控制器的硬件功能，并将用户程，设置可编程序控制

21、器的硬件功能，并将用户程序和硬件设置信息下载到可编程序控制器。序和硬件设置信息下载到可编程序控制器。如果如果。可编程序控制器操作系统储存。可编程序控制器操作系统储存 返回返回2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理252 2用方式开关改变工作方式用方式开关改变工作方式 CPU模块上的方式开关在模块上的方式开关在STOP位置时将停止用户程序的运行；在位置时将停止用户程序的运行；在RUN位置时，将启动用户程序的运行。位置时，将启动用户程序的运行。；3 3用用STEP7-MicroSTEP7-MicroWIN32WIN32编程软件改变工作方式编程软件改变工作方式 在用编程软件控制在用编程

22、软件控制CPU的工作方式之前，首先应在编程软件与可编程的工作方式之前，首先应在编程软件与可编程序控制器之间建立起通信连接，并将方式开关设置在序控制器之间建立起通信连接，并将方式开关设置在RUN或或TERM位置。位置。在软件中单击工具条上的运行按钮。在软件中单击工具条上的运行按钮可进入运行方式，单击停止按钮可进入停止方式。可进入运行方式，单击停止按钮可进入停止方式。选择选择PLC一运行一运行”菜单命令可进入运行方式，选择菜单命令可进入运行方式，选择PLC一停止一停止”菜菜单命令可进入停止方式。单命令可进入停止方式。4 4在程序中改变工作方式在程序中改变工作方式 在程序中插入在程序中插入。2022

23、-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理26 可编程序控制器通电后，需要可编程序控制器通电后，需要。为了使可编程序控制器的输出及时地响应各种输。为了使可编程序控制器的输出及时地响应各种输入信号，入信号，初始化后反复不停地分阶段处理各种不同的任务，初始化后反复不停地分阶段处理各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为这种周而复始的循环工作方式称为。RUN状态状态读取输入读取输入通信信息处理通信信息处理自诊断检查自诊断检查修改输出修改输出STOP状态状态返回返回读取输入读取输入通信信息处理通信信息处理自诊断检查自诊断检查修改输出修改输出执行用户程序执行用户程序2022-7-19CH2 PL

24、C的硬件结构与工作原理27 在可编程序控制器的存储器中，设置了一片区域来存在可编程序控制器的存储器中，设置了一片区域来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。存器和输出映像寄存器。CPU以字节以字节(8位位)为单位来读写输为单位来读写输入输出入输出(IO)映像寄存器。映像寄存器。在读取输入阶段，可编程序控制器把所有外部数字量在读取输入阶段，可编程序控制器把所有外部数字量输入电路的输入电路的ONOFF(I0)状态读人输入映像寄存器。状态读人输入映像寄存器。外外接的输入电路闭合时，对应的输入映像寄存器为接的输入电路

25、闭合时，对应的输入映像寄存器为 1状态，状态，梯形图中对应的输入点的常开触点接通，常闭触点断开。梯形图中对应的输入点的常开触点接通，常闭触点断开。外接的输入电路断开时，对应的输入映像寄存器为外接的输入电路断开时，对应的输入映像寄存器为0状态，状态，梯形图中对应的输入点的常开触点断开，常闭触点接通。梯形图中对应的输入点的常开触点断开，常闭触点接通。图图29 扫描过程扫描过程 1 1读取输入读取输入2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理282.2.执行用户程序执行用户程序 可编程序控制器的用户程序由若干条指令组成，指令可编程序控制器的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按顺序排列

26、。在在存储器中按顺序排列。在RUN工作方式的程序执行阶工作方式的程序执行阶段，在没有跳转指令时，段，在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直至遇到结束顺序地执行用户程序，直至遇到结束(END)指令。遇到结指令。遇到结束指令时，束指令时，CPU检查系统的智能模块是否需要服务。检查系统的智能模块是否需要服务。在执行指令时，从在执行指令时，从I0映像寄存器或别的位元件的映像寄存器或别的位元件的映像寄存器读出其映像寄存器读出其01状态，并根据指令的要求执行相状态，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入到相应的映像寄存器中。应的逻辑运算，运算

27、的结果写入到相应的映像寄存器中。因此，因此，各映像寄存器各映像寄存器(只读的输入映像寄存器除外只读的输入映像寄存器除外)的内容的内容随着程序的执行而变化随着程序的执行而变化。2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理29 在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的读取输入阶段被读人。的状态只能在下一个扫描周期的读取输入阶段被读人。执执行程序时，对输入输出的存取通常是通过映像寄存器，行程序时，对输入输出

28、的存取通常是通过映像寄存器，而不是实际的而不是实际的I0点，这样做有以下好处：点，这样做有以下好处：(1)程序执行阶段的输入值是固定的，程序执行完后再用程序执行阶段的输入值是固定的，程序执行完后再用输出映像寄存器的值更新输出点，使系统的运行稳定。输出映像寄存器的值更新输出点，使系统的运行稳定。(2)用户程序读写用户程序读写I0映像寄存器比读写映像寄存器比读写I0点快得多，点快得多，这样可以提高程序的执行速度。这样可以提高程序的执行速度。(3)IO点必须按位来存取，而映像寄存器可按位、字点必须按位来存取，而映像寄存器可按位、字节、字或双字来存取，灵活性好。节、字或双字来存取，灵活性好。2022-

29、7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理303 3通信处理通信处理 在智能模块通信处理阶段，在智能模块通信处理阶段，CPU模块检查智能模块是否模块检查智能模块是否需要服务，如果需要，读取智能模块的信息并存放在缓冲需要服务，如果需要，读取智能模块的信息并存放在缓冲区中，供下一扫描周期使用。在通信信息处理阶段，区中，供下一扫描周期使用。在通信信息处理阶段，CPU处理通信口接收到的信息，在适当的时候将信息传送给通处理通信口接收到的信息，在适当的时候将信息传送给通信请求方。信请求方。4 4CPUCPU自诊断测试自诊断测试 自诊断测试包括定期检查自诊断测试包括定期检查EEPROM、用户程序存储器、用户

30、程序存储器、IO模块状态以及模块状态以及IO扩展总线的一致性，将监控定时扩展总线的一致性，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。器复位，以及完成一些别的内部工作。2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理315 5修改输出修改输出 CPU执行完用户程序后，将输出映像寄存器的执行完用户程序后，将输出映像寄存器的01状态传送状态传送到输出模块并锁存起来。梯形图中某一输出位的线圈到输出模块并锁存起来。梯形图中某一输出位的线圈“通电通电”时，对应的输出映像寄存器为时，对应的输出映像寄存器为1状态。信号经输出模块隔离和功状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继

31、电器的线圈通电，率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。若梯形图中输出点的其常开触点闭合，使外部负载通电工作。若梯形图中输出点的线圈线圈“断电断电”，对应的输出映像寄存器中存放的二进制数为，对应的输出映像寄存器中存放的二进制数为0，将它送到继电器型输出模块，对应的硬件继电器的线圈断电，将它送到继电器型输出模块，对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。当当CPU的工作方式从的工作方式从RUN变为变为STOP时，数字量输出被置时，数字量输出被置为系统块中的输出表定义的状态，或保持

32、当时的状态。为系统块中的输出表定义的状态，或保持当时的状态。默认的默认的设置是将数字量输出清零，模拟量输出保持最后写的值。设置是将数字量输出清零，模拟量输出保持最后写的值。2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理326 6中断程序的处理中断程序的处理 如果在程序中使用了中断，中断事件发生时立即执行中如果在程序中使用了中断，中断事件发生时立即执行中断程序，中断程序可能在扫描周期的任意点上被执行。断程序，中断程序可能在扫描周期的任意点上被执行。7 7立即立即I IO O处理处理 在程序执行过程中使用立即在程序执行过程中使用立即I0指令可以直接存取指令可以直接存取IO点。用立即点。用立即

33、I0指令读输入点的值时，相应的输入映像寄存指令读输入点的值时，相应的输入映像寄存器的值未被更新。用立即器的值未被更新。用立即IO指令来改写输出点时，相应的指令来改写输出点时，相应的输出映像寄存器的值被更新。输出映像寄存器的值被更新。2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理33 下面用一个简单的例子来进一步说明可编程序控制下面用一个简单的例子来进一步说明可编程序控制器的扫描工作过程器的扫描工作过程 图图2-10中的可编程序控制器控制系统与图中的可编程序控制器控制系统与图2-8中的继电器中的继电器控制电路的功能相同。起动按钮控制电路的功能相同。起动按钮SBl和停止按钮和停止按钮SB2的

34、常开的常开触点分别接在编号为触点分别接在编号为0.1和和0.2的输人端，接触器的输人端，接触器KM的线圈的线圈接在编号为接在编号为0.0的输出端。如果热继电器的输出端。如果热继电器FR动作其常闭触点动作其常闭触点断开后需手动复位，可将断开后需手动复位，可将FR的常闭触点与接触器的常闭触点与接触器KM的线圈的线圈串联，这样可以少用一个可编程序控制器的输入点。串联，这样可以少用一个可编程序控制器的输入点。图图2-10梯形图中的梯形图中的I01与与I02是输入变量，是输入变量，QO.0是输是输出变量，它们都是梯形图中的编程元件。出变量，它们都是梯形图中的编程元件。I0.1与接在输入端与接在输入端子子

35、0.1的的SBl的常开触点和输入映像寄存器，的常开触点和输入映像寄存器，I0.1相对应，相对应，Q0.0与接在输出端子与接在输出端子0.0的可编程序控制器内的输出电路和输的可编程序控制器内的输出电路和输出映像寄存器出映像寄存器Q0.0相对应。相对应。8 8PLCPLC工作过程举例工作过程举例2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理34 PLC外部接线图与梯形图外部接线图与梯形图 异步电动机控制电路异步电动机控制电路2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理35 梯形图以指令的形式储存在可编程序控制器的用户程序存梯形图以指令的形式储存在可编程序控制器的用户程序存储器中，图储

36、器中，图210中的梯形图与下面的中的梯形图与下面的4条指令相对应，条指令相对应，“”之后是该指令的注释。之后是该指令的注释。LD I01 接在左侧母线上的接在左侧母线上的I01的常开触点的常开触点 O Q00 与与I01的常开触点并联的的常开触点并联的Q00的常开触点的常开触点 AN I02 与并联电路串联的与并联电路串联的I02的常闭触点的常闭触点 =Q00 Q00的线圈的线圈梯形图完成的逻辑运算为梯形图完成的逻辑运算为 2.0I)0.0Q1.0I(0.0QQ0.0（Q0.0）I0.1I0.2返回返回2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理369 9输入输入/输出滞后时间输出滞后

37、时间 输入输出滞后时间又称系统响应时间，是指可编输入输出滞后时间又称系统响应时间，是指可编程序控制器的外部输入信号发生变化的时刻至它控制程序控制器的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。描工作方式产生的滞后时间三部分组成。输入模块的输入模块的RC滤波电路用来滤除由输入端引入的滤波电路用来滤除由输入端引入的干扰噪声，消除因外接输入触点动作时产生的抖动引干扰噪声，消除因外接输入触点

38、动作时产生的抖动引起的不良影响，滤波电路的时间常数决定了输入滤波起的不良影响，滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短，有的可编程序控制器如时间的长短，有的可编程序控制器如S7-200的部分输的部分输入点的输入延迟时间可以设置。入点的输入延迟时间可以设置。返回返回2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理37 输出模块的滞后时间与模块的类型有关，继电器输出模块的滞后时间与模块的类型有关，继电器型输出电路的滞后时间一般在型输出电路的滞后时间一般在10ms左右；双向晶闸管左右；双向晶闸管型输出电路在负载接通时的滞后时间约为型输出电路在负载接通时的滞后时间约为1ms，负载由，负载由导通到

39、断开时的最大滞后时间为导通到断开时的最大滞后时间为10ms；晶体管型输出；晶体管型输出电路的滞后时间小于电路的滞后时间小于1ms。由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达两个多扫由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达两个多扫描周期。描周期。可编程序控制器总的响应延迟时间一般只有几十毫可编程序控制器总的响应延迟时间一般只有几十毫秒，对于一般的系统是无关紧要的。要求输入和输出秒，对于一般的系统是无关紧要的。要求输入和输出信号之间的滞后时间尽量短的系统，可以选用扫描速信号之间的滞后时间尽量短的系统，可以选用扫描速度快的可编程序控制器或采取其他措施。度快的可编程序控制器或采取其他措施。返回返回2022-7-

40、19CH2 PLC的硬件结构与工作原理38返回返回2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理39 西门子公司的西门子公司的SIMATIC S7-200系列属于小型可编程序控制系列属于小型可编程序控制器，可用于代替继电器的简单控制场合，也可以用于复杂的自器，可用于代替继电器的简单控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。由于它有极强的通信功能，在大型网络控制系动化控制系统。由于它有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥其作统中也能充分发挥其作-用。用。S7-200的可靠性高，可用的可靠性高，可用梯形图梯形图、语句表语句表(即指令表即指令表)和和功功能块图能块图3种语言来编程。

41、它的指令丰富，指令功能强，易于掌握、种语言来编程。它的指令丰富，指令功能强，易于掌握、操作方便。操作方便。内置有高速计数器、高速输出、内置有高速计数器、高速输出、PID控制器、控制器、RS-485通信编程接口、通信编程接口、PPI通信协议、通信协议、MPI通信协议和自由方式通信协议和自由方式通信功能通信功能，IO端子排可以很容易地拆卸。最大可扩展到端子排可以很容易地拆卸。最大可扩展到248点数字量点数字量IO或或35路模拟量路模拟量IO，最多有，最多有30KB程序和数据存程序和数据存储空间。储空间。2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理40最新最新 升级的升级的CPU224和和2

42、26完全兼容老产品，运算速度提高完全兼容老产品，运算速度提高40%程序存储区扩大了程序存储区扩大了50%，数据存储区扩大了，数据存储区扩大了60%。全新的。全新的CPU224XP除具备升级除具备升级CPU以外，还集成了以外，还集成了2路模拟量输入（路模拟量输入（10位）位）1路模拟量输出，路模拟量输出，2个个485通讯口，高速脉冲输出频率提高到通讯口，高速脉冲输出频率提高到100KHZ，2相高速脉冲输入频率提高到相高速脉冲输入频率提高到100KHZ，有，有PID自整自整定功能。定功能。2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理41返回返回S7-200S7-200系列系列PLCPLC有

43、有CPU21XCPU21X和和CPU22XCPU22X两代产品，其中两代产品，其中CPU22XCPU22X型型PLCPLC有有CPU221CPU221，CPU 222CPU 222，CPU 224CPU 224和和CPU 226CPU 226四种基本型号。四种基本型号。CPU单元单元 即即PLC主机，也可称为基本单元。它内部包括主机，也可称为基本单元。它内部包括中央处理器中央处理器CPU，存储单元、输入输出接口、内置，存储单元、输入输出接口、内置5V和和24V直流电源、直流电源、RS-485通信接口等，是通信接口等，是PLC的核心部分。的核心部分。其功能足以使它完成基本控制功能，所以其功能足以

44、使它完成基本控制功能，所以CPU单元单独就单元单独就是一个完整的控制系统。是一个完整的控制系统。2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理422022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理43 S7-200系列的系列的CPU模块外形结构图模块外形结构图2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理442022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理452022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理462022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理472022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理48v CPU221 主机集成主机集成6输入输入/4输出

45、共输出共10个数字量个数字量I/O点。无点。无I/O扩展能扩展能力。力。6KB程序和数据存储空间。程序和数据存储空间。4个独立的个独立的30kHz高速计数器，高速计数器，2路独路独立的立的20kHz高速脉冲输出。高速脉冲输出。1个个RS-485通信通信/编程接口，具有编程接口，具有PPI通信通信协议、协议、MPI通信协议和自由方式通信能力，是极适合于小点数控制系通信协议和自由方式通信能力，是极适合于小点数控制系统的微型控制器。统的微型控制器。vCPU222 主机集成主机集成8输入输入/6输出共输出共14个数字量个数字量I/O点。点。6KB程序和数程序和数据存储空间。据存储空间。比比CPU221

46、增加了扩展能力增加了扩展能力，可连接，可连接2个扩展模块，可扩个扩展模块，可扩展最多展最多64个个I/O点和点和8路模拟量。路模拟量。vCPU224 在在CPU222的基础上，主机数字量的基础上，主机数字量I/O点增为点增为14输入输入/10输输出共出共24个。个。扩展能力大为加强扩展能力大为加强，可连接，可连接7个扩展模块，最大扩展至个扩展模块，最大扩展至168个数字量个数字量I/O点或点或35路模拟量路模拟量I/O 点。点。13KB程序和数据存储空间。程序和数据存储空间。6个个独立的独立的30kHz高速计数器，高速计数器，2路独立的路独立的20kHz高速脉冲输出，具有高速脉冲输出，具有PI

47、D控制器。控制器。I/O端子排可很容易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制端子排可很容易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制器。器。2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理49v CPU226 在在CPU224的基础上功能进一步强大，主机增加到的基础上功能进一步强大，主机增加到40个数个数字量字量I/O 点。最大扩展至点。最大扩展至248个数字量个数字量I/O 点或点或35路模拟量路模拟量I/O 点。增加点。增加了通信接口数量，可以分别进行设置，同时与两个设备进行通信而互了通信接口数量，可以分别进行设置，同时与两个设备进行通信而互不干扰，通信功能大大加强。不干扰，通信功能大大加强。

48、CPU226可用于较高要求的控制系统，更可用于较高要求的控制系统，更多的多的I/O点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能使其完全适应于复杂的中小型控制系统。集成特殊功能使其完全适应于复杂的中小型控制系统。vCPU226XM 在原有的在原有的CPU 226的基础上将程序存储空间和数据存储的基础上将程序存储空间和数据存储空间扩大了一倍，其他指标未变。空间扩大了一倍，其他指标未变。2022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理502022-7-19CH2 PLC的硬件结构与工作原理51S7-200系列系列PLC功

49、能强大，有着鲜明的特点。功能强大，有着鲜明的特点。(1)自带高速计数器，有多个接口可以接受最高达自带高速计数器，有多个接口可以接受最高达30kHz的高速脉冲输的高速脉冲输入。可以同时做加减计数，连接两相相位差为入。可以同时做加减计数，连接两相相位差为90的的A/B相增量编码器，可相增量编码器，可通过编程对高速计数功能相关状态字进行设置，得到多种对高速脉冲的计数通过编程对高速计数功能相关状态字进行设置，得到多种对高速脉冲的计数模式。模式。(2)具有高速脉冲输出接口，最大脉冲频率可达具有高速脉冲输出接口，最大脉冲频率可达20kHz，能够直接用于，能够直接用于定位控制。定位控制。(3)存储空间大，并

50、可由超级电容对数据进行长达存储空间大，并可由超级电容对数据进行长达 190 分钟的掉电保护分钟的掉电保护，若选用存储卡，则可保存，若选用存储卡，则可保存200天。天。(4)运算指令丰富，并具有实数运算功能，可实现复杂的计算和控制策运算指令丰富，并具有实数运算功能，可实现复杂的计算和控制策略。并允许在程序中立即读写略。并允许在程序中立即读写I/O接口，在一些需要立即响应的场合应用非常接口，在一些需要立即响应的场合应用非常方便。方便。(5)可为模拟量和数字量输入设置滤波器，输入接口可以捕捉比可为模拟量和数字量输入设置滤波器，输入接口可以捕捉比CPU扫扫描速度更快的窄脉冲信号，便于适应复杂的工业环境