S7-200 PLC的系统配置(2学时)

四、PLC的组成和工作原理 PLC的组成
硬 件
+
软 件


PLC的硬件系统
基本单元（S7-200 CPU模块）也称为主机。

由中央处理单 元（CPU）、存储器、数字量输入、输出单元、通信口、 以及电源等部分组成。

这些都被紧凑地安装在一个独立的 装置中。

基本单元可以构成一个独立的控制系统。

CPU模块的
存储器卡


PLC硬件系统结构组成
PLC基本单元
～110V/220V市电 现场用户输入设备 现场信号 按钮、开关 传感器 外部设备 编程设备 计算机 打印机等 通 讯 及 编 程 接 口 系 统 存 储 器 用 户 存 储 器 I/O 扩 展 接 口 输 入 部 件 电源模块 电 池
LED
现场用户输出设备 执行器
微处理器（CPU）
输 出 部 件
中间继电器 电磁阀 扩展设备 扩展单元 通讯模块 功能模块
PLC系统结构示意图


PLC硬件系统结构组成
PLC基本单元
～110V/220V市电 现场用户输入设备 现场信号 按钮、开关 传感器 外部设备 编程设备 计算机 打印机等 通 讯 及 编 程 接 口 输 入 部 件 电源变换器 电 池
现场用户输出设备 执行器
微处理器（CPU）
输 出 部 件
中间继电器 电磁阀
微处理器（CPU）
系 统 存 储 器 户 储 扩 接
扩展设备
扩展单元 诊断--电源、PLC工作状态及程序的语法错误； I/O 用
接收--接收输入信号，送入数据寄存器并保存； 存 展 通讯模块 执行--顺序读取、解释、执行用户程序，完成 器 口
功能模块
用户程序的各种操作；
输出--将用户程序的执行结果送至输出端。

PLC系统结构示意图


PLC硬件系统结构组成
PLC基本单元
～110V/220V市电 现场用户输入设备 现场信号 按钮、开关 传感器 外部设备 编程设备 计算机 打印机等 通 讯 及 编 程 接 口 系 统 存 储 器 用 户 存 储 器 输 入 部 件 电源变换器 电 池
现场用户输出设备 执行器 输 出 微处理器（CPU） 中间继电器 系统存储器—程序存储器+数据存储器 部 系统存储器—程序存储器+数据存储器 件 存放系统工作程序（监控程序） 存放系统工作程序（监控程序） 电磁阀
I/O 扩 展用户存储器——RAM/EPROM/E2PROM 通讯模块 用户存储器——RAM/EPROM/E 2PROM 接 存放用户工作程序； 存放用户工作程序； 口 存放工作数据。

功能模块 存放工作数据。

存放模块化应用功能子程序 存放模块化应用功能子程序 存放命令解释程序 存放命令解释程序 扩展设备 存放功能子程序的调用管理程序 存放功能子程序的调用管理程序 存放存储系统参数 存放存储系统参数 扩展单元
PLC系统结构示意图


PLC硬件系统结构组成
PLC基本单元
～110V/220V市电 现场用户输入设备 现场信号 按钮、开关 传感器 外部设备 编程设备 计算机 打印机等 通 讯 及 编 程 接 口 系 统 存 储 器 用 户 存 储 器 I/O 扩 展 接 口 输 入 部 件 电源变换器 电 池
3.通信口： 连接专用编程器； 现场用户输出设备 连接个人电脑，实现编程及在线监控； 执行器 连接工 控 机，实现编程及在线监控； 输 出 连接网络设备（如调制解调器）实现远程通讯 微处理器（CPU） 中间继电器 部 连接打印机等计算机外设。

件
电磁阀 扩展设备 扩展单元 通讯模块 功能模块
PLC系统结构示意图


PLC硬件系统结构组成
PLC基本单元
～110V/220V市电 现场用户输入设备 现场信号 按钮、开关 传感器 外部设备 编程设备 计算机 打印机等 通 讯 及 编 程 接 口 系 统 存 储 器 用 户 存 储 器 I/O 扩 展 接 口 输 入 部 件 电源变换器 电 池
微处理器（CPU）
4.电源单元： 执行器 将外界提供的220/110v电源 输 转换成PLC的工作电源后,提 出 中间继电器 部 供给PLC。

件 有些电源单元也可以作为负 电磁阀 载电源，通过PLC的I/O接口 向负载提供直流24V电源。

扩展设备
扩展单元 通讯模块 功能模块
现场用户输出设备
PLC系统结构示意图


PLC硬件系统结构组成
PLC基本单元
～110V/220V市电 现场用户输入设备 现场信号 按钮、开关 传感器 外部设备 编程设备 计算机 打印机等 通 讯 及 编 程 接 口 系 统 存 储 器 用 户 存 储 器 I/O 扩 展 接 口 输 入 部 件 电源变换器 电 池
微处理器（CPU）
4.电池： 执行器 主机模块通常配有锂电池 输 ，当主机掉电时保存用户 出 中间继电器 部 程序和数据。

件 电磁阀 扩展设备 扩展单元 通讯模块 功能模块
现场用户输出设备
PLC系统结构示意图


PLC硬件系统结构组成
PLC基本单元
～110V/220V市电 现场用户输入设备 现场信号 按钮、开关 传感器 外部设备 编程设备 计算机 打印机等 通 讯 及 编 程 接 口 系 统 存 储 器 用 户 存 储 器 I/O 扩 展 接 口 输 入 部 件 电源变换器 电 池
现场用户输出设备
微处理器（CPU）
5.LED指示灯： 执行器 主机模块上安装有LED指示 输 出 灯，指示工作状态： 中间继电器 部 件电源（POWER）、 电磁阀 运行（RUN）、 编程（PROG）、 测试（TEST扩展设备 ）、 扩展单元 出错（ERROR）、 电池电量不足（BATT）、 通讯模块 警告（ALARM）
功能模块
PLC系统结构示意图


PLC硬件系统结构组成
～110V/220V市电 现场用户输入设备 现场信号 按钮、开关 传感器 外部设备 编程设备 计算机 打印机等 输 输 入 入 部 部 件 件
6.I/O端子： I/O单元是PLC与工业现场的接口，现 场信号与PLC之间的联系通过I/O单元 实现。

有的PLC在主机模块上配有少量的 I/O端子。

PLC基本单元 PLC的I/O功能主要靠扩展接口连接 电 各种I/O扩展模块来实现。

池 电源变换器
现场用户输出设备 执行器
微处理器（CPU）
输 输 出 出 部 部 件 件
中间继电器 电磁阀 扩展设备
通 讯 及 编 程 接 口
系 统 存 储 器
用 户 存 储 器
I/O I/O 扩 扩 展 展 接 接 口 口
扩展单元 通讯模块 功能模块
PLC系统结构示意图


3.2.4 输入输出单元
PLC的输入、输出单元也叫I/O单元，对于模块式的PLC来说，
数字量模拟量 功能模块
3.2.5 接口单元（对外部设备）
扩展接口通信接口编程器接口存储器接口及其它外部设备接口
¾I/O扩展接口
¾通信接口
¾编程器接口
¾存储器接口
¾其它外部设备接口
3.2.6 外部设备
¾编程设备
¾监控设备
¾存储设备
¾输入输出设备
返回
3.3.1 可编程控制器的等效电路
3.3.1 可编程控制器的等效电路
（）
程序执行
输入电路
输入映象寄存器
输出映象寄存器
输出电路
接触器
按钮按钮
输入扫描执行程序输出刷新
自诊断
通讯处理扫描输入执行程序刷新输出
开机
PLC 软件工作原理
PLC经过五个阶段的工作过程，称为一个扫描周期，完成一个扫描周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。

3.3.2 可编程控制器的工作过程
每次扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。

自诊断内容为I ／0部分、存储器、CPU 等，发现异常停机显示出错。

若自诊断正常，继续向下扫描。

自诊断通讯处理扫描输入执行程序刷新输出
开机
3.3.2 可编程控制器的工作过程
PLC的中央处理器对各个输入端进行扫描，将所有输入端的状态送到输入映象寄存器。

自诊断通讯处理扫描输入执行程序刷新输出
开机
3.3.2 可编程控制器的工作过程
3.3.2 可编程控制器的工作过程
3.3.2 可编程控制器的工作过程
¾集中采样、集中输出
¾工作过程是循环扫描的过程
¾输出对输入的响应有滞后现象
当采样阶段结束后，输入状态的变化将要等到下一个采样周期才能被接收，因此这个滞后时间的长短又主要取决于循环周期的长短
3.3.2 可编程控制器的工作过程
循环扫描工作方式会使系统的响应速度明显降低甚至会丢失、错漏高频输入信号¾
取决于用户程序扫描执行的结果¾
输出锁存器的内容，由上一次输出刷新期间输出映像寄存器中的数据决定¾
当前实际的输出状态，由输出锁存器的内容决定
第四章S7-200 PLC的系统配置
Hao_wanjun@
第4章S7-200 PLC的系统配置
学习目标：
第4章S7-200 PLC的系统配置
教学内容：
4.1 S7-200 PLC系统的基本组成4.2 S7-200 PLC的接口模块
4.3 S7-200 PLC的系统配置
4.1 S7-200 PLC 系统的基本组成
基本单元编程器编程软件通信电缆扩展单元
中央处理单元（CPU ）存储器数字量输入、输出单元、通信口、电源等部分存储器卡
4.1.1 基本单元
CPU 模块的
PLC 硬件系统结构组成
外部设备现场用户输出设备
微处理器（CPU ）
输出部件
输入部件
系统存储器
用户存储器
I/O 扩展接口
通讯及编程接口
编程设备计算机打印机等
传感器按钮、开关现场信号电磁阀中间继电器执行器
现场用户输入设备
扩展设备扩展单元通讯模块功能模块
电源模块
～110V/220V 市电PLC 基本单元
电
池
LED
PLC硬件系统结构组成
PLC基本单元
～110V/220V市电 现场用户输入设备 现场信号 按钮、开关 传感器 外部设备 编程设备 计算机 打印机等 通 讯 及 编 程 接 口 输 入 部 件 电源变换器 电 池
现场用户输出设备 执行器
微处理器（CPU）
输 出 部 件
中间继电器 电磁阀
微处理器（CPU）
系 统 存 储 器 户 储 扩 接
扩展设备
扩展单元 诊断--电源、PLC工作状态及程序的语法错误； I/O 用
接收--接收输入信号，送入数据寄存器并保存； 存 展 通讯模块 执行--顺序读取、解释、执行用户程序，完成 器 口
功能模块
用户程序的各种操作；
输出--将用户程序的执行结果送至输出端。

PLC系统结构示意图


PLC硬件系统结构组成
PLC基本单元
～110V/220V市电 现场用户输入设备 现场信号 按钮、开关 传感器 外部设备 编程设备 计算机 打印机等 通 讯 及 编 程 接 口 系 统 存 储 器 用 户 存 储 器 I/O 扩 展 接 口 输 入 部 件 电源变换器 电 池
现场用户输出设备 执行器 输 出 中间继电器 系统存储器—程序存储器+数据存储器 部 系统存储器—程序存储器+数据存储器 件 存放系统工作程序（监控程序） 存放系统工作程序（监控程序） 电磁阀
微处理器（CPU）
存放模块化应用功能子程序； 存放模块化应用功能子程序； 存放命令解释程序； 存放命令解释程序； 扩展设备 存放功能子程序的调用管理程序 存放功能子程序的调用管理程序 存放存储系统参数。

存放存储系统参数。

扩展单元
通讯模块 用户存储器—RAM/EPROM/E2PROM 用户存储器—RAM/EPROM/E2PROM 存放用户工作程序； 存放用户工作程序； 存放工作数据。

功能模块 存放工作数据。

PLC系统结构示意图


PLC硬件系统结构组成
PLC基本单元
～110V/220V市电 现场用户输入设备 现场信号 按钮、开关 传感器 外部设备 编程设备 计算机 打印机等 通 讯 及 编 程 接 口 系 统 存 储 器 用 户 存 储 器 I/O 扩 展 接 口 输 入 部 件 电源变换器 电 池
通信口： 连接专用编程器； 现场用户输出设备 连接个人电脑，实现编程及在线监控； 执行器 连接工 控 机，实现编程及在线监控； 输 出 连接网络设备（如调制解调器）实现远程通讯 微处理器（CPU） 中间继电器 部 连接打印机等计算机外设。

件
电磁阀 扩展设备 扩展单元 通讯模块 功能模块
PLC系统结构示意图


PLC硬件系统结构组成
PLC基本单元
～110V/220V市电 现场用户输入设备 现场信号 按钮、开关 传感器 外部设备 编程设备 计算机 打印机等 通 讯 及 编 程 接 口 系 统 存 储 器 用 户 存 储 器 I/O 扩 展 接 口 输 入 部 件 电源变换器 电 池
微处理器（CPU）
电池： 执行器 主机模块通常配有锂电池 输 ，当主机掉电时保存用户 出 中间继电器 部 程序和数据。

件 电磁阀 扩展设备 扩展单元 通讯模块 功能模块
现场用户输出设备
PLC系统结构示意图


PLC硬件系统结构组成
PLC基本单元
～110V/220V市电 现场用户输入设备 现场信号 按钮、开关 传感器 外部设备 编程设备 计算机 打印机等 通 讯 及 编 程 接 口 系 统 存 储 器 用 户 存 储 器 I/O 扩 展 接 口 输 入 部 件 电源变换器 电 池
现场用户输出设备
微处理器（CPU）
LED指示灯： 执行器 主机模块上安装有LED指示 输 出 灯，指示工作状态： 中间继电器 部 件电源（POWER）、 电磁阀 运行（RUN）、 编程（PROG）、 测试（TEST扩展设备 ）、 扩展单元 出错（ERROR）、 电池电量不足（BATT）、 通讯模块 警告（ALARM）
功能模块
PLC系统结构示意图


PLC硬件系统结构组成
PLC基本单元
～110V/220V市电 现场用户输入设备 现场信号 按钮、开关 传感器 外部设备 编程设备 计算机 打印机等 通 讯 及 编 程 接 口 系 统 存 储 器 用 户 存 储 器 I/O I/O 扩 扩 展 展 接 接 口 口 输 输 入 入 部 部 件 件 电源变换器 电 池
6.I/O端子： 有的PLC在主机模块上配 有少量的I/O端子。

PLC的I/O功能主要靠扩 展接口连接各种I/O扩展模 块来实现。

现场用户输出设备 执行器
微处理器（CPU）
输 输 出 出 部 部 件 件
中间继电器 电磁阀 扩展设备 扩展单元 通讯模块 功能模块
PLC系统结构示意图


4.1.2 个人计算机（PC）或编程器
个人计算机（PC）或编程器装上 step7 编程软 件，即可供用户进行程序的编辑、调试和监视。

要求个人计算机（PC）配置： CPU 为 80586 或 更 高 的 处 理 器 ， 16MB 内 存 （最低要求为：CPU80486，8MB内存）； VGA显示器（分辨率1024×768像素）； 硬盘空间至少50MB； Microsoft Windows 所 支 持 的 鼠 标 。

使 用 PC/PPI电缆可将计算机与PLC相连接。

4.1.3 STEP7-Micro/WIN32编程软件
STEP7-Micro/WIN32窗口组件


4.1.4 通信电缆
通信电缆是PLC用来与个人计算机（PC）实现 通信的： 可以用PC/PPI电缆； 使用通信处理器（CP）时，可用多点接口 （MPI）电缆； 使用MPI卡时，可用MPI卡专用通信电缆。

4.1.5 人机界面
人机界面主要指专用操作员界面，例如操作员 面板、触摸屏、文本显示器等，这些设备可以 使用户通过友好的操作界面轻松地完成各种调 试和控制的任务。

操作员面板（如OP27、OP37）和触摸屏（如 TP27、TP37）的基本功能是过程状态和过程 控制的可视化。

可以用Protool软件组态它们的 显示与控制功能。

文本显示器（如TD200）的基本功能是文本信 息显示和实施操作。

文本显示器还能扩展PLC 的输入和输出端子数。

4.2 S7-200 PLC的接口模块
当主机的输入、输出点数不够，或处理的信息是模拟量，或主机
功能不能满足复杂控制需要时，就必须使用扩
展的接口模块
返回
4.2 S7-200 PLC的接口模块
¾
¾
4.2.1 数字量I/O模块
¾
¾
¾
4.2.1 数字量I/O模块
¾
现场开关型号变成CPU能
够接受的标准信号
¾
直流输入模块：
图4-6 直流输入电路
直流输入模块（EM221 8*DC 24V ）：8个数字量输入端（0--7）内部电路公共端( COM )
DC24V 用户提供
PLC输入映像寄存器
数字量输入单元（直流）电阻R2和电容C构成RC滤波电路，光
耦将现场信号与PLC内部电路隔离。

交流输入模块：
交流输入模块（EM221 8*AC 120、230V）：8个分隔式数字量输入端每个输入点占用两个接线端子，各自使用1个独立的交流电源,可以不同相
数字量输入单元（交流）也可使用双向光电耦合器和双向
发光二极管，去了桥式整流电
路。

4.2.1 数字量I/O模块
¾
能控制一个用户的离散性（ON/OFF）负载
直流输出模块：
每组DC24V 用户提供
功率驱动
内部电路公共端
防止输出端过电压，保护场效应管。