第2章PLC的硬件
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可编程序控制器原理及应用第02章
PLC的智能接口模块种类很多，如高速计数模块、闭环控制 模块、运动控制模块等。
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2.1.2 硬件组成
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2.1.2 硬件组成
图2-2 模块式PLC的硬件结构 7
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2.1.2 硬件组成
1.中央处理单元（CPU）
同一般的微机一样，CPU是PLC的核心。一般认为PLC中
的CPU有三类：通用微处理器（如Z80、8086等）、单片计
算机（如8031、8096等）和专用微处理器。历史上，小型
误等；
（3）通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映像
寄存器或数据寄存器中；
（4）从存储器逐条读取用户程序，并执行程序；
（5）根据执行的结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄
存器的内容，通过输出单元实现输出控制。有些PLC还具有制
表打印或数据通信等储器
2.1.2 硬件组成
PLC大多采用8位通用微处理器和单片微处理器；大中型PLC
大多采用16位通用微处理器和单片微处理器。
在PLC中的CPU又包含控制器和运算器，通过执行系统程
序，指挥PLC进行工作，归纳起来主要有以下几个方面作用：
（1）接收从编程装置输入的程序和数据；
（2）诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错
本章讲述的主要内容
PLC的硬件组成原理 PLC的工作原理 PLC的编程变量
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2020/3/15
本章讲述的主要内容
2.1* PLC硬件系统的基本组成 2.2 PLC的软件系统 2.3*△ PLC的工作原理 2.4 * 西门子PLC的存储区与编程变量 2.5 S7-200/300/400 PLC的硬件模块构成
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2.1.2 硬件组成
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2.1.2 硬件组成
图2-2 模块式PLC的硬件结构 7
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2.1.2 硬件组成
1.中央处理单元（CPU）
同一般的微机一样，CPU是PLC的核心。一般认为PLC中
的CPU有三类：通用微处理器（如Z80、8086等）、单片计
算机（如8031、8096等）和专用微处理器。历史上，小型
误等；
（3）通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映像
寄存器或数据寄存器中；
（4）从存储器逐条读取用户程序，并执行程序；
（5）根据执行的结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄
存器的内容，通过输出单元实现输出控制。有些PLC还具有制
表打印或数据通信等储器
2.1.2 硬件组成
PLC大多采用8位通用微处理器和单片微处理器；大中型PLC
大多采用16位通用微处理器和单片微处理器。
在PLC中的CPU又包含控制器和运算器，通过执行系统程
序，指挥PLC进行工作，归纳起来主要有以下几个方面作用：
（1）接收从编程装置输入的程序和数据；
（2）诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错
本章讲述的主要内容
PLC的硬件组成原理 PLC的工作原理 PLC的编程变量
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本章讲述的主要内容
2.1* PLC硬件系统的基本组成 2.2 PLC的软件系统 2.3*△ PLC的工作原理 2.4 * 西门子PLC的存储区与编程变量 2.5 S7-200/300/400 PLC的硬件模块构成
PLC原理及应用(2012年第2章)
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
2.1 PLC的硬件结构 2.1.1 PLC的物理结构
根据硬件结构的不同，PLC主要可分为整体式和模块式。 1.整体式可编程序控制器 小型PLC一般采用整体式结构，它的体积小、价格低。 整体式可编程序控制器将CPU模块、I／O模块和电源装在一个箱 型机壳内（见图2一l），称为基本单元。 2.模块式可编程序控制器 大、中型PLC一般采用模块式结构，它由机架和模块组成(见 图2-2)。
2.1.3 I/O（输入/输出)模块
各I／0点的通断状态用发光二极管显示，外部接线一般接在模块面板的 接线端子上。 PLC的输入输出信号类型可以是开关量、模拟量。输入输出接口单元包含 两部分：一部分是与被控设备相接的接口电路，另一部分是输入和输出的映 像寄存器。
输入单元接受来自用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、
2.2.3 PLC的工作原理
PLC的工作原理
• PLC的运行方式 – 形象理解PLC的工作方式
PLC的工作原理
• PLC对输入/输出的处理原则 • 输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上各输入 点在上一刷新期间的接通和断开状态。 • 程序执行结果取决于用户所编程序和输入/输出映 像寄存器的内容及其他各元件映像寄存器的内容。 • 输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果。 • 输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出 映像寄存器中的数据决定。 • 输出端子的接通和断开状态，由输出锁存器决定。
图2-13
CPU单元与扩展模块的连接方法
常用扩展模块的种类
模块类型 型号 输入/输出点数 8点输入（24VDC） EM221 8点输入（120/230VAC） 16点输入（24VDC） 30 30 70 4/输入 模块消耗电流（mA） +5DC +24VDC 4/输入
2.1 PLC的硬件结构 2.1.1 PLC的物理结构
根据硬件结构的不同，PLC主要可分为整体式和模块式。 1.整体式可编程序控制器 小型PLC一般采用整体式结构，它的体积小、价格低。 整体式可编程序控制器将CPU模块、I／O模块和电源装在一个箱 型机壳内（见图2一l），称为基本单元。 2.模块式可编程序控制器 大、中型PLC一般采用模块式结构，它由机架和模块组成(见 图2-2)。
2.1.3 I/O（输入/输出)模块
各I／0点的通断状态用发光二极管显示，外部接线一般接在模块面板的 接线端子上。 PLC的输入输出信号类型可以是开关量、模拟量。输入输出接口单元包含 两部分：一部分是与被控设备相接的接口电路，另一部分是输入和输出的映 像寄存器。
输入单元接受来自用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、
2.2.3 PLC的工作原理
PLC的工作原理
• PLC的运行方式 – 形象理解PLC的工作方式
PLC的工作原理
• PLC对输入/输出的处理原则 • 输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上各输入 点在上一刷新期间的接通和断开状态。 • 程序执行结果取决于用户所编程序和输入/输出映 像寄存器的内容及其他各元件映像寄存器的内容。 • 输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果。 • 输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出 映像寄存器中的数据决定。 • 输出端子的接通和断开状态，由输出锁存器决定。
图2-13
CPU单元与扩展模块的连接方法
常用扩展模块的种类
模块类型 型号 输入/输出点数 8点输入（24VDC） EM221 8点输入（120/230VAC） 16点输入（24VDC） 30 30 70 4/输入 模块消耗电流（mA） +5DC +24VDC 4/输入
三菱FX2N系列PLC的硬件资源讲解学习
Y端子：Y端子为PLC的输出（OUT）继电器的接线端子，是将PLC指 令执行结果传递到负载侧的必经通道。
输出指示灯：当某个输出继电器被驱动后，则对应的Y指示灯就会点亮。
§2.1 认识三菱PLC
第二章 三菱FX2N系列PLC的硬件资源
Date:
Байду номын сангаас
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2.1.2 FX2N系列PLC的输入输出继电器
BATT.V内部锂电池 电压低指示灯（红 如果该指示灯点亮说明锂电池电压不足，应更换。
灯）
PROG.E(CPU.E) 程序出错指示灯(红
灯)
如果该指示灯闪烁,说明出现以下类型的错误: 1、程序语法错误。 2、锂电池电压不足。 3、定时器或计数器未设置常数。 4、干扰信号使程序出错。 5、程序执行时间超出允许时间，此灯连续亮
§2.1 认识三菱PLC 3．模式转换开关与通讯接口
第二章 三菱FX2N系列PLC的硬件资源
Date:
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模式转换开关用来改变PLC的工作模式，PLC电源接通后，将转换开 关打到RUN位置上，则PLC的运行指示灯（RUN）发光，表示PLC正处于 运行状态；将转换开关打到STOP位置上，则PLC的运行指示灯（RUN） 熄灭，表示PLC正处于停止状态。
第二章 三菱FX2N系列PLC的硬件资源
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三菱FX2N系列PLC的硬件资源
§2.1 认识三菱PLC
第二章 三菱FX2N系列PLC的硬件资源
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2.1.1 FX2N系列PLC的面板
三菱FX2N系列PLC的面板
Ⅰ-----型号 Ⅱ-----状态指示灯 Ⅲ-----模式转换开关与通讯接口 Ⅳ -----PLC的电源端子与输入端子 Ⅴ-----输入指示灯 Ⅵ-----输出指示灯 Ⅶ-----输出端子
输出指示灯：当某个输出继电器被驱动后，则对应的Y指示灯就会点亮。
§2.1 认识三菱PLC
第二章 三菱FX2N系列PLC的硬件资源
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2.1.2 FX2N系列PLC的输入输出继电器
BATT.V内部锂电池 电压低指示灯（红 如果该指示灯点亮说明锂电池电压不足，应更换。
灯）
PROG.E(CPU.E) 程序出错指示灯(红
灯)
如果该指示灯闪烁,说明出现以下类型的错误: 1、程序语法错误。 2、锂电池电压不足。 3、定时器或计数器未设置常数。 4、干扰信号使程序出错。 5、程序执行时间超出允许时间，此灯连续亮
§2.1 认识三菱PLC 3．模式转换开关与通讯接口
第二章 三菱FX2N系列PLC的硬件资源
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模式转换开关用来改变PLC的工作模式，PLC电源接通后，将转换开 关打到RUN位置上，则PLC的运行指示灯（RUN）发光，表示PLC正处于 运行状态；将转换开关打到STOP位置上，则PLC的运行指示灯（RUN） 熄灭，表示PLC正处于停止状态。
第二章 三菱FX2N系列PLC的硬件资源
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三菱FX2N系列PLC的硬件资源
§2.1 认识三菱PLC
第二章 三菱FX2N系列PLC的硬件资源
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2.1.1 FX2N系列PLC的面板
三菱FX2N系列PLC的面板
Ⅰ-----型号 Ⅱ-----状态指示灯 Ⅲ-----模式转换开关与通讯接口 Ⅳ -----PLC的电源端子与输入端子 Ⅴ-----输入指示灯 Ⅵ-----输出指示灯 Ⅶ-----输出端子
第2章_PLC的硬件与工作原理(应用)
8k字左右
大型机：开关量和模拟量、2048点以上、容量16k字 以上，功能强大
2.1.1 PLC的物理结构
按结构形式分
整体式PLC
将电源、CPU、I/O接口等部件都集中 装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低 等特点。
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西门子S7-200PLC
日本三菱FX系列PLC
S7-200 CPU模块的外形图
图2-8 扫描过程
• 工作方式——集中 输入、集中输出， 周期性循环扫描的 方式进行工作的。 • 工作过程——上电 处理、扫描过程、 出错处理（自诊断） 几个阶段。
写输出
读输入
执行程序 自诊断
处理通讯
周期性循环扫描，集中输入、集 中输出，与单片机系统的区别？ 怎样增强抗干扰能力？
输入采样阶段
PLC的扫描过程
第2章 PLC的硬件与工作原理
2.1 2.2 2.3 2.4 PLC的硬件 PLC的工作原理 S7-200CN系列PLC I/O地址分配与外部接线
学习目标
熟悉PLC的硬件、分类，工作原理，IO模块， 外部接线等。
2.1 PLC的硬件
PLC按结构形式分类
整体式
模块式 按I/O容量分 小型机：开关量、I/O256点以下、容量4k字左右 中型机：开关量和模拟量、256~2048点之间、容量
KF SF1
电 源 母 线
KF KF
QA1
QA2 KF
电 源 母 线
PLC梯形图：串行工作方式
PLC梯形图：串行工作方式
SF2 I0.0 I0.1 I0.0 M0.0
（）
Q0.0 M0.0 M0.0 Q0.0
~
பைடு நூலகம்QA1
第二章 PLC的基本组成及工作原理
2.2 PLC的工作原理
继电器控制与 PLC控制的比较：
➢为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异， 考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在 100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小 于100ms。这样在对于I/O响应要求不高的场合， PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别 了。
2.1 PLC的基本组成
3)输入/输出模块
（1）输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生 的信号，转换成数字信号送入主机。
内内1
内
内
.
内
输入n
内
COM
2.1 PLC的基本组成
3)输入/输出模块
（2）输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以 驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电 器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。
并通过显示器显示出程序的内容和存储地址。 （ 2 ）检查、校验用户程序。 （ 3 ）接收现场数据。 （ 4 ）执行用户程序。 （ 5 ）故障诊断。
注意：PLC通常以字而不是以字节为单位存储和处理数 据。
描述PLC性能的几个术语
位：二进制的一位，仅有1、0 数字：4位二进制数构成一个数字 字节：2个数字或8位二进制数构成一个字节 字：两个字节构成一个字。
• 继电器输出特点：低速大功率， 用于用于直流、交流负载（隔离、功率放大）。
• 晶体管集电极输出特点：高速小功率， 用于直流负载。
• 双向可控硅（晶闸管的一种）输出特点：高速大功率， 用于交流负载。
2.1 PLC的基本组成
3)输入/输出模块-继电器输出
继电器输出
PLC
内
内
部
部
电
电J
第二章S7-200PLC硬件结构和工作原理
系统基本构成
1. 硬件 （1）基本单元 （2）扩展单元 （3）特殊功能模块 （4）相关设备 2. 工业软件 工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的 与之相配套的程序、文档及其规则的总和，它主要 由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几 大类构成。
主机结构
1. 各CPU介绍及I/O系统 （1）主机外形 SIMATIC S7-200系统CPU 22X系列PLC主机（CPU模块）的外形如 图所示：
晶闸管输出方式。 其特点是输出启动 电流大。当PLC有信 号输出时，光电二 极管导通，通过光 电耦合使双向可控 硅(晶闸管)导通，交 流负载在外部交流 电源的激励下得电。 发光二极管VL点亮， 指示输出有效。
R1 内 部 电 路 (AC SSR) VL 压 敏 U 电 阻 C
OUT R2负载Fra bibliotekCOM
第12页图2-9中:
Q0.0最小滞后SB1按钮几个扫描周期？ 最大滞后几个扫描周期？
思考：
M100(上) Y1
X2
M100
M100(下)
Y2
Y1最小、最大滞后X2按钮几个扫描周期？
3.5 S7-200系列PLC程序概念
3.4.1 梯形图编辑器（LAD） 3.4.2 语句表编辑器（STL） 3.4.3 功能块图编辑器（FBD）
I/O模块
输出模块 ：第8页图2-3 输出模块：分晶体管、晶闸管、继电器三种方式 数字量输出模块的每一个输出点能控制一个用 户的离散型（ON/OFF）负载。典型的负载包括：继 电器线圈，接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等。 每一个输出点与一个且仅与一个输出电路相连， 输出电路把CPU运算处理的结果转换成能够驱动现 场执行机构的各种大功率的开关信号。PLC的输出 端子是PLC向外部负载发出控制命令的窗口。
第2章第3讲PLC的内部器件
10、指针P/I （1）分支指令用指针：P0～P63采用十进制编号，共64
点。用于指定FNC00（CJ）条件跳转。
（2）中断用指针：I0□□～I8□□通过指令FNC01
（CALL），指定输入中断、定时中断、计数器中断的中 断子程序。
m8012产生100ms时钟脉冲m8013产生1s时钟脉冲m8033plc停止时输出保持plc停止时映象寄存器和数据寄存器数据全部保持m8034禁止全部输出虽然输出全部禁止但plc中的程序及映象寄存器仍在运行m8030电池电压下降监视当锂电池电压下降到一定值时接通3特殊辅助继电器m8000m82554状态元件s状态继电器是步进顺控中的重要元件它与步进顺控指令stl组合使用
2、输出继电器（Y）： 把PC的输出信号通过一对常开触点送到输出接线 端子，驱动外部负载，（外部信号无法直接驱动Y， 它只能在程序内部用指令驱动），其状态对应于输出 刷新阶段锁存器的输出状态，同时它还有无数对供编 程使用的内部常开、常闭触点。 编号： FX系列： Y0～Y7、Y10～Y17 （八进制）
增计数器
减计数器
8、数据寄存器D：存放16位二进制数
数据寄存器是存储数据的软元件。这些寄存器都是16位 的，可存储16位二进制数，最高位为符号位（0为正数，1为 负数）。一个存储器能处理的数值为-32768～+32767。将两 个相邻的寄存器组合可存储32位二进制数。如果指定低位 （例如D0），则紧接低位地址号的高位（D1）便被自动占 用。低位指定一般用偶数软元件号（地址号）。32位寄存器 可处理的数值为-2147483648～+2147483647。 FX系列数据寄存器可分为普通用、断电保持用和特殊用 三类。 通用：D0—D199（停电时，其存储的数据会被清零） 停电保持：D200—D7999 特殊数据寄存器：D8000~D8255
S7-1500PLC应用技术 第2章 S7-1500 PLC硬件系统
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Date: 2023/6/26
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2.3 电源模块
• 系统电源（PS）
PS模块连接到背板总线（U型连接器）并专为背板总线提供 内部所需的系统电压，系统电源为系统的各个模块提供电 源。如果CPU或接口模块未连接到24VDC负载电源时，PS 模块还可以为其供电。
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Date: 2023/6/26
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2.4 信号模块
• 模块的类型
信号模块（Signal Module）是CPU与现场设备之间的接口，分为输入模
块和输出模块。通过输入模块将现场输入变量采集并传送到CPU进行计
算和逻辑处理，然后将CPU逻辑运算结果和控制指令通过输出模块输出
并控制外部设备运行的目的。
外部信号主要包括数字量信号和模拟量信号，因此信号模块按照信号类
《S7-1500PLC应用技术》
Date: 2023/6/26
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第 2 章 S7-1500 PLC硬件系统
2.1 S7-1500PLC系统介绍 2.2 CPU模块 2.3 电源模块 2.4 信号模块 2.5 通信模块 2.6 CPU的操作模式
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Date: 2023/6/26
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2.2 CPU模块
• CPU结构
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Date: 2023/6/26
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2.2 CPU模块
• CPU结构
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2.2 CPU模块
• 模块安装及接线
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Date: 2023/6/26
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2.2 CPU模块
• 固件更新概念
第2章PLC结构及基本工作原理
2020年6月18日
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目录
第2章 PLC结构及基本工作原理
2.1.1 PLC的硬件系统
➢ 1.中央处理器（CPI的/OU部扩）件展。接当口用是户PL所C需主的机I/为O点了数扩或展类I/O型点超数过或P类LC型
主机的I/O接口单元的点数或类型时，可以通过
➢ ➢ ➢
234...I存I//OO储接扩器口展单接元口及扩C其 （ （ 语 （ （ P器 系 息 存 用 加 单 带 的外 道 形 连 设 用 RLPI。 和 为 （ （展1234CC主 法 统 ， 储 接 型和 户/CSUO） ） ） ）设 。 终 ， 接 接PP12它 处 外4存 I要 错 程 一 器 和用 程是接部/UU） ）2O接 诊 执 输接 通 端 也 口 口的 理 部户 序储任 误 序 般 一 智2P， 管口扩件开 开收 断 行 出口 过 、 可 一 是和L作 的 设程 存务 ；器存 系 般 能对 理单展C关 关P和 系 运般是 外 打 以 指R备用 信有序 放中储 统 用 型的 外 ，元L部S量 量保 统 算分P设 印 与 标C所是 号：存 在配器 程 两P4部 依核是L件输 输为存 和 结内接 机 其 准8R需C将 ，储 用有主 序 种现 赖心5P来O入 出通现 用 果部口 、 他 通实等的L输 并器 户两要 是 。场 与，M实（ （C用场 户 ，电， 用EP现。强入 将。 程种用 简P或信 主由与LP现DD接的 程 驱路的P人L电C信CR序存来 单号 机运IO现LEC。）口状 序 动的接或机PO信C号）P存存 型储生的 的算场UIM接和态 ， 现工口主对上R/号转O接送储储I系产程I器I写/O/口/专O和 实 场作，机话位扩OO。换口出器P统厂M序和入扩单处设用数现设故如计可、展L为单构的中，家扫控器C展元理备接据各备障R算与机部C元成弱。系编内描制等S部完相口；种；和P编机机件。2电用统写部过器外U件全连3两运编程对连通信能户程的,2程构围系自由接种算程接器话、常号够程序各。成设统身主的。；中、的。有转接序存种。备程不机部通的图通外简换收存储信相序件
第2章 PLC的结构和工作原理
绪论 EXIT
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2.2 可编程控制器的工作原理
2.2.1 PLC的工作方式和工作过程
PLC是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执行
用户程序和任务的循环序列称为扫描。
CPU对用户程序的执行过程是CPU的循环扫描，并用
周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的 。
绪论 EXIT
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扫描周期主要包括
绪论 EXIT
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3、输入输出接口 输入输出接口是PLC与工业控制现场各类信号连接的 部分。 输入接口用来接受生产过程的各种参数（输入信号）。 输出接口用来送出可编程控制器运算后得出的控制信 息（输出信号），并通过机外的执行机构完成工业现场的 各类控制。 为了适应可编程控制器在工业生产现场的工作，对 输入输出接口有二个主要的要求： ☆良好的抗干扰能力 ☆能满足工业现场各类信号的匹配要求
绪论 EXIT
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l 输入采样阶段
PLC以扫描方式顺序读入输入端子的通断状态（ON/OFF），并 写入相应的输入状态寄存器中，即刷新输入，接着转入程序执行阶段。
l 程序执行阶段
PLC按先左后右，自上而下的顺序对每条指令进行扫描，并将相 应的运算和处理结果写入输出状态寄存器中。
l 输出刷新阶段 在所有指令执行完毕后，输出状态寄存器的通断状态转写入输出 锁成器中，驱动相应的输出设备，产生PLC的实际输出。 经过这三个阶段，PLC完成一个扫描周期。
扫描周而复始地进行。
绪论 EXIT
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PLC与微机、继电接触器工作方式比较：
PLC的工作方式：循环扫描（串行） 微机的工作方式：等待命令 继电接触器的工作方式：并行
PLC与微机、 继电接触器 的主要区别
绪论 EXIT
PLC的硬件结构与工作原理
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
图２－１ Ｓ７－２００ＣＰＵ模块的外形图
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
２．模块式ＰＬＣ
特点：用户对硬件配置的选择余地较大、维修 时更换模块方便
大、中型ＰＬＣ一般采用模块式结构 Ｓ７－４００模块式ＰＬＣ外形图如图２－２ 所示
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
图2.6是继电器输出电路，继电器同时起隔离 和功率放大作用，每一路只给用户提供一对常
开触点。与触点并联的RC电路和压敏电阻用
来消除触点断开时产生的电弧。
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
图2-6 继电器输出电路
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
图2.7为使用场效应晶体管（MOSEET）的输
出电路。输出信号送给内部电路中的输出锁存 器，再经光电耦合器送给场效应晶体管，后者
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
S7-200 CPU为每个主机数字量输入提供了脉冲捕捉 功能，它可以使主机能够捕捉小于一个扫描周期的短 脉冲，并将其保持到主机读到这个信号，但前提是只 有通过滤波器后，脉冲捕捉才有效。此外，在一个给 定的扫描周期内如果有不只一个脉冲，则只有第一个 脉冲可以被捕捉到，几种情况下的脉冲捕捉波形如图
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
2.3 S7-200系列PLC性能简介
西门子公司的SIMATIC S7-200系列属于小 型PLC，可用于代替继电器的简单控制场合， 也可用于复杂的自动化控制系统。 因其具有极强的通信功能，故在大型网络 控制系统中也能充分发挥作用。
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
图2-9 扫描过程
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
第2章 三菱FX2N系列PLC的硬件资源
表示已全部清除，如不是，则再重复NOP的成批写入操作，即依次按 [NOP]，[A]和[GO]键。
§2.2 编程器及编程软件的应用 （2）程序写入
①基本指令的写入 基本指令有三种情况： 一是仅有指令助记符，不带元件 二是有指令助记符和一个元件， 三是有指令助记符带两个元件 写入上述三种基本指令的操作如下： 情况一：[写入功能]→[指令]→[GO]； 情况二：[写入功能]→[指令]→[元件符号]→[元件号]→[GO]； 情况三：[写入功能]→[指令]→[第1元件符号]→[第1元件 号]→[SP]→[第2元件符号]→[第2元件号]→[GO]。
§2.1 认识三菱PLC
通讯接口用来连接手编器 或电脑，通讯线一般有手持式 编程器通讯线和电脑通讯线两 种，通讯线与PLC连接时，务 必注意通讯线接口内的“针”与 PLC上的接口正确对应后才可 将通讯线接口用力插入PLC的 通讯接口，避免损坏接口。
PLC通讯线接口与连接
§2.1 认识三菱PLC 4．PLC的电源端子、输入端子与输入指示灯
§2.1 认识三菱PLC
在负载使用不同电压类型和等级时：Y0～Y3共用COM1，Y4～Y7共用 COM2，Y10～Y13共用COM3，Y14～Y17共用COM4，Y20～Y27共用COM5。对于共用 一个公共端子的同一组输出，必须用同一电压类型和同一电压等级，但不同的 公共端子组可使用不同的电压类型和电压等级。
§2.2 编程器及编程软件的应用
3.用户程序的创建、修改、编辑、开启监控的基本步骤 （1）运行软件 双击桌面图标，出现初始界面。
FX编程软件快捷方式图标
§2.2 编程器及编程软件的应用
（2）新建程序文件 单击界面中的新建文件图标， 出现PLC类型设置界面。
plc第2章s7-300plc系统组成及内部资源(改)修改至20页
/FC 位为0 /FC 位为1 /FC 位为1 /FC 位为0
● 状态位（STA）：执行位逻辑指令时，用于保存对 应位的状态。
比如下图当调用I0.0时，I0.0的状态保存在STA中， 当调用M0.0时，M0.0的状态会保存在STA中。
● 逻辑运算结果位（RLO）：用来存储执行位逻辑指令 或比较指令的结果。结果为1表示能流通过。
另外CPU和各模块的参数被恢复为默认设置。
如果有存储器卡，CPU在复位后将它里面的用户程 序和系统参数复制到工作存储区。
பைடு நூலகம்位存储器操作：
通电后从STOP 位置扳到MRES 位置，“STOP” LED 熄灭1s，亮1s，再熄灭1s 后保持亮后。
放开开关，使它自动回到STOP位置，然后又扳 回到MRES，“STOP”LED 以2Hz 的频率至少闪动3s， 表示正在执行复位，最后“STOP”LED 一直亮，表 示复位完成。
加减法下溢出（超出负数的 允许范围）
正数绝对值过 大，超出正数浮 点数表示范围
1
1
—
除法或MOD（取余数）指令 的除数为0
非法的浮点数
比如：前面浮点数运算的结果已超出浮点数的表示范围，此结果又要参与本次浮点运 算，就会出现非法的浮点数。
执行比较、移位和循环移位、逻辑指令后的CC1和CC0：
CC1 CC0
第2章 S7-300PLC系统组成及内部资源
2.1 S7-300PLC硬件系统组成
• S7-300由多种模块部件组成，包括导轨（Rack）、电 源模块（PS）、CPU模块、接口模块（IM）、输入输 出模块（SM）、功能模块（FM）、通讯处理器模块 （CP）。各种模块能以不同方式组合在一起，从而可 使控制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求。
● 状态位（STA）：执行位逻辑指令时，用于保存对 应位的状态。
比如下图当调用I0.0时，I0.0的状态保存在STA中， 当调用M0.0时，M0.0的状态会保存在STA中。
● 逻辑运算结果位（RLO）：用来存储执行位逻辑指令 或比较指令的结果。结果为1表示能流通过。
另外CPU和各模块的参数被恢复为默认设置。
如果有存储器卡，CPU在复位后将它里面的用户程 序和系统参数复制到工作存储区。
பைடு நூலகம்位存储器操作：
通电后从STOP 位置扳到MRES 位置，“STOP” LED 熄灭1s，亮1s，再熄灭1s 后保持亮后。
放开开关，使它自动回到STOP位置，然后又扳 回到MRES，“STOP”LED 以2Hz 的频率至少闪动3s， 表示正在执行复位，最后“STOP”LED 一直亮，表 示复位完成。
加减法下溢出（超出负数的 允许范围）
正数绝对值过 大，超出正数浮 点数表示范围
1
1
—
除法或MOD（取余数）指令 的除数为0
非法的浮点数
比如：前面浮点数运算的结果已超出浮点数的表示范围，此结果又要参与本次浮点运 算，就会出现非法的浮点数。
执行比较、移位和循环移位、逻辑指令后的CC1和CC0：
CC1 CC0
第2章 S7-300PLC系统组成及内部资源
2.1 S7-300PLC硬件系统组成
• S7-300由多种模块部件组成，包括导轨（Rack）、电 源模块（PS）、CPU模块、接口模块（IM）、输入输 出模块（SM）、功能模块（FM）、通讯处理器模块 （CP）。各种模块能以不同方式组合在一起，从而可 使控制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求。
第2章 PLC的硬件与工作原理
PLC经过这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。
显然扫描周期主要取决于程序的长短，一般每秒 钟可扫描数十次以上，这对于工业设备通常没有什 么影响。但对控制时间要求较严格，响应速度要求 快的系统，就ห้องสมุดไป่ตู้该精确的计算响应时间，细心编排 程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少扫描周 期造成的响应延时等不良影响。
Q0.0 KM
二、PLC的操作模式
STOP：创建和编辑用户程序，设置PLC的 硬件功能，并可将程序下载到PLC。 RUN: 执行用户程序实现控制功能。
三、PLC工作原理
PLC通电后，对硬件和软件初始化，初始化后，PLC 反复不停地分阶段处理各种不同的任务，这种周而复 始地循环工作方式称为扫描工作方式。
解：4～20mA的模拟量对应于数字量6 400～32 000，压力的计算公式为
P
(10000 0) 100 ( N 6400) ( N 6400) (kPa) (32000 6400) 256
模拟量输出模块的量程有10V和0～20mA两种：
图2-11 模拟量输出数据字的格式
(3)可电擦除可编程的只读存储器(EEPROM）
它是非易失性的，但是可以用编程装置对它编程．兼有
ROM的非易失性和RAM的随机存取优点，但是将信息写入 它所需的时间比RAM长得多。EEPROM用来存放用户程序 和需长期保存的重要数据。
三、I/O模块 （1）输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。
2.执行用户程序
在执行指令时，从I/O映像寄存器或别的位元件的映像 寄存器读出其0/1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，因此， 各映像寄存器（只读的输入过程映像寄存器除外）的内容 随着程序的执行而变化。
PLC第2章
第2章 S7－200系列PLC系统概述
主 要 内 容
系统功能概述 S7－200 PLC的结构及扩展模块 S7－200 PLC的寻址 制作：湖南工业大学 何献忠
EXIT
本章学习要求
掌握内容： S7-200的模块扩展及寻址方式 了解内容： S7-200的结构 难点内容： 间接寻址
EXIT
位寻址的举例如图所示
EXIT
字节寻址的举例如图所示
EXIT
2. 间接寻址
★指令给出了存放操作数地址的存储单元的地址 ，“&”为地址符号。 ★操作数地址的地址称为指针 ★指针用“*”号表示，例*AC1。 步骤 1.建立指针(必须用双字传送指令（MOVD）) 2.使用指针来存取数据
MOVD &VB200, AC1 [双字传送] //建立指针，把VB200的地址送入AC1
例M20.7
例MD20
EXIT
5．局部变量存储区：L
作暂时存储器 存放局部变量 为子程序传递参数 作为间接寻址的指针 不能作为间接寻址的存储器区 局部存储器是局部有效 共64个
位地址 L [字节地址].[位地址] 例 L33.0 字节、字、双字 L [长度] [起始字节地址] 例LB33
通信口
CPU22*系列PLC的CPU外形图
EXIT
2. S7-200 CPU规格
EXIT
2.2.2 扩展模块
1. 数字量扩展模块 EM221 数字量输入模块：8点DC输入、8点AC输入。 EM222 数字量输出模块：8点晶体管输出、8点AC输出、8点继电器输出。 EM223 数字量混合模块有六种：4点DC输入/4点DC输出、 4点DC输入/4点继电器输出。 2. 模拟量扩展模块 EM231：4路模拟输入，2路热电阻输入、4路热电偶输入。 EM232：2路模拟输出。 EM235：4路模拟输入/1路模拟输出。
主 要 内 容
系统功能概述 S7－200 PLC的结构及扩展模块 S7－200 PLC的寻址 制作：湖南工业大学 何献忠
EXIT
本章学习要求
掌握内容： S7-200的模块扩展及寻址方式 了解内容： S7-200的结构 难点内容： 间接寻址
EXIT
位寻址的举例如图所示
EXIT
字节寻址的举例如图所示
EXIT
2. 间接寻址
★指令给出了存放操作数地址的存储单元的地址 ，“&”为地址符号。 ★操作数地址的地址称为指针 ★指针用“*”号表示，例*AC1。 步骤 1.建立指针(必须用双字传送指令（MOVD）) 2.使用指针来存取数据
MOVD &VB200, AC1 [双字传送] //建立指针，把VB200的地址送入AC1
例M20.7
例MD20
EXIT
5．局部变量存储区：L
作暂时存储器 存放局部变量 为子程序传递参数 作为间接寻址的指针 不能作为间接寻址的存储器区 局部存储器是局部有效 共64个
位地址 L [字节地址].[位地址] 例 L33.0 字节、字、双字 L [长度] [起始字节地址] 例LB33
通信口
CPU22*系列PLC的CPU外形图
EXIT
2. S7-200 CPU规格
EXIT
2.2.2 扩展模块
1. 数字量扩展模块 EM221 数字量输入模块：8点DC输入、8点AC输入。 EM222 数字量输出模块：8点晶体管输出、8点AC输出、8点继电器输出。 EM223 数字量混合模块有六种：4点DC输入/4点DC输出、 4点DC输入/4点继电器输出。 2. 模拟量扩展模块 EM231：4路模拟输入，2路热电阻输入、4路热电偶输入。 EM232：2路模拟输出。 EM235：4路模拟输入/1路模拟输出。
第2章 三棱PLC可编程控制器的构成及工作原理
2.1 PLC的硬件组成
全球生产可编程控制器的型号和外观多种多 样，但作为工业控制的专用计算机，PLC与一般 计算机的结构及组成非常相似。PLC的基本组成 包括中央处理单元（CPU）、存储器、输入/输出 （I/O）接口、电源及编程器等设备构成。
电源 手动开关 输 入 接 口 选择器开关 外 部 设 备 接 口 I/O 扩 展 接 口 中央处理单元 （CPU） 运算器 控制器 输 出 接 口 指示灯 I/O 扩 展 单 元 继电器线圈
编程器 计算机 打印机 条码扫描仪 EPROM写入器
存储器 EPROM RAM 系统程序 用户程序 及数据
一、中央处理器
中央处理器是可编程控制器的核心,它在系统程序 的控制下,完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各 部分工作等任务。
可编程控制器中采用的 CPU的三大类
通用微处理器,如80286、80386等 单片机芯片,如8031、8096等 位处理器,如 AMD2900、AMD2903等
2.3
一、软件的分类
1.系统软件
PLC的软件
系统软件含系统的管理程序,用户指令的解释程序, 另外还包括一些供系统调用的专用标准程序块等。 2.应用软件 应用软件也叫用户软件,是用户为达到某种控制目 的,采用专用编程语言自主编制的程序。
• 二、应用软件常用的编程语言
1.梯形图(Ladder diagram)
接触器控制电路
PLC控制方案
动画演示
符号对照表
符号名称 常开触点 常闭触点 线圈
继电器电 路图符号
梯形图符 号
2.指令表(Instruction list)
指令表也叫做语句表。它和单片机程序中的 指令表 汇编语言有点类似,由语句指令依一定的顺序排 列而成。一条指令一般可分为二部分,一为助记 符,二为操作数。 指令表语言和梯形图有严格的对应关系。 指令表语言和梯形图有严格的对应关系 对指令表运用不熟悉的人可先画出梯形图,再转 换为语句表。另一方面,程序编制完毕装入机内 运行时,简易编程设备都不具备直接读取图形的 功能,梯形图程序只有改写为指令表才有可能送 入可编程控制器运行。
第二章 PLC的基础知识
常用的功能模块有： 模拟量输入模块 模拟量输出模块 动态输入/输出模块 温度传感器模块 高速计数模块 PID模块 远程I/O模块 通讯模块
5．扩展口 扩展口是PLC的总线接口。主机与近程扩展机之 间利用扩展口相连接。 6．编程器 编程器是PLC最常用的外设，也是PLC中唯一不 需要通过功能模块而直接与总线相连接的外 设。
（1）直流开关量输入模块：
输入
滤 波
......
R1 DC 24V COM 图2-4 D 直流开关量输入模块原理图 C R2 T 滤 波
. . .
输 入 选 择 器
（2）交流开关量输入模块：
输入
滤 波 输 入 选 择 器
C AC 200~240V COM
R2 R3
......
滤
. . .
R1
T D 图2-5
2.3 可编程序控制器的扩展构成
在实际应用中，经常遇到仅用主机不能满足控 制要求的情况。例如，有的场合控制规律不 太复杂，但信号较多，这时仅用主机就可能 出现输入/输出点数不够用，而选用高档PLC 虽然输入/输出点数够用，但成本较高。在这 种情况下，应考虑采用主机带扩展机的方式。
2.3.1 近程扩展方式 当CPU主机上的I/O点数不能满足需要时，或组合式 PLC选用的模块较多在主机上安装不开时，可通过 扩展口进行近程扩展。
可编程序控制器构成的存储程序控制系统的 组成部分： 输入部分：它们直接接受来自操作台上的操 作命令，或来自被控对象上的各种状态信息， 如按钮、开关、传感器等。 输出部分：它们用来接受程序执行结果的状 态，以操作各种被控对象，如电动机、电磁 阀、状态指示部件等。 控制部分：采用微处理器和存储器，执行按 照被控对象的实际要求编制并存入程序存储 器的程序，来完成控制任务。
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PLC的分类：按结构形式
• 模块式：由框架和模块组成，模块插在模块插座上，模块插座焊在框架中的 总线连接板上。 特点：可按控制要求，选用不同档次的CPU模块、I/O模块和其它特殊模块， 构成不同功能的控制系统。配置灵活、组装方便，容易扩展。缺点是结构较
复杂，造价较高。一般大、中型PLC都采用该结构，如三菱A2NQ系列PLC 。
IN
IN ～
输入LED
内 部 电 路
COM
交流输入接口电路示意图
2.2.2 I/O模块：开关量输入模块
SB1 IN C R2 光电耦合 内 R1 R3 VL 部 电 路 COM
交流输入电路
2.2.2 I/O模块：开关量输入模块
2.2.2 I/O模块：开关量输入模块
2.2.2 I/O模块：开关量输入模块
PLC电源：将外部输入的交流电处理后转换成满足PLC的CPU、 存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电
Hale Waihona Puke 源模块。许多PLC的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电 压供内部电路使用，而且还可为输入设备提供标准电源。 一般小型PLC的电源包含在基本单元内，大中型PLC才配有专用电源。 PLC内部还带有锂电池后备电源。
2.2.2 I/O模块：模块的外部接线方式
COM X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7
汇点式
2.2.2 I/O模块：模块的外部接线方式
COM1
Y0
Y1
COM2
Y2
Y3
分组式
2.2.2 I/O模块：模块的外部接线方式
YO COM0 Y1
COM1
Y2 COM2 Y3 COM3 分割式
第2章 PLC的硬件：电源模块、扩展模块、通信接口
FX2N系列PLC
PLC系统组成
• 基板/机架
• CPU模块
• 电源模块 • 编程器（手持式、计算机） • 编程软件 • 联网模块 • 开关量输入模块 • 开关量输出模块
• 模拟量输入模块 • 模拟量输出模块
• 智能模块
• 输入／输出部件 • 电源:DC24V； AC220V
PLC的基本组成
SB KM
的内容,写入新内容。 • 可电擦除(EEPROM: Electrical EPROM) ：非易失性，具有 ROM的非易失性和RAM的随机存取的优点.但价格比较高。 RAM存放用户程序 ROM存放系统程序
系统程序：相当于微机的操作系统系统，完成系统诊断、命令 解释、功能子程序调用、管理、逻辑运算、通信及各种参数设定 等功能。 由PLC制造厂家编写，直接固化在只读存储器ROM、 PROM或EPROM中。用户不能访问和修改。 用户程序：用户编制的应用程序。一般存于CMOS静态RAM中 （便于读出、检查和修改），用锂电池为后备电源，掉电时，信
型：
继电器输出型：有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流 负载回路。
晶闸管输出型：无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载。
晶体管输出型：无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的直流电源负载。
2.2.2 I/O模块
为什么要用输入/输出(I/O)接口电路？ ① 数据锁存：向外设输出数据时的需要。
微处理器功能 1.诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 2.采集现场的状态或数据，并送入PLC的寄存器中。 3.逐条读取指令，完成各种运算和操作。 4.将处理结果送至输出端。 5.响应各种外部设备的工作请求。
2.2.1 CPU模块：微处理、存储器
二、存储器：系统程序存储器、用户程序存储器。
③输入电压/电流： DC24V/7mA
X010后：DC24V/5mA。为可靠，ON电流>4.5mA/3.5mA，OFF电流<1.5m。
④ 利用外接电源驱动光电开关等传感器时，要求外接电源电压同内部电源电压，
允许范围：DC24V±4V。 ⑤有交流输入型扩展模块与TTL电平输入扩展模块。
2.2.2 I/O模块：开关量输出模块
直流输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。 输入端子 PLC
内 部 1000PF 电 470 路
发光二极管
3.3k
Xn
24V – + + – 直流电源 COM
发光二极管
光电三极管
2.2.2 I/O模块：开关量输入模块
2.2.2 I/O模块：开关量输入模块
L1 N
有8个分隔式数字量 输入端子，每个输 入点都占用二个接 线端子。
扩展接口：将扩展单元与基本单元相连，使PLC的配置更灵活。 通信接口：PLC与监视器、打印机、其他PLC或计算机相连， 实现“人－机”或“机－机”之间对话。
2.2.4编程器
一、手持编程器 采用助记符语言编程，具有编辑、检索、修改程序、进 行系统设置、内存监控等功能。可一机多用，具有使用方便、
价格低廉的特点。缺点：不够直接。
存储器 系统程序存储器 程序存储区 存储内容 系统监控程序 用户程序（梯形图、语名表等） I/O及内部器件状态
用户程序存储器
数据存储区
工作数据：PLC运行中经常变化、存取的数据，包括输入输出 状态、计数、计时、全局变量、局部变量等。它们存放在RAM中 ，供系统和用存取。PLC的工作数据存储器中，设有输入/输出映 像存储区、中间辅助变量存储区、定时器、计数器等特殊结构的 存储区，存储区的状态或数据由用户程序的初始设置和运行情况 确定。掉电后需要保持状态的数据，用后备电池进行保护，该存 储区域称为保持数据区。
按结构形式
• 整体式： CPU模块、I/O模块和电源装在一个箱状机壳内。又称单元式、箱
体式，包括基本单元和扩展单元。一般小型以下PLC采用该结构，如三菱公
司的FX2N、FX0N、FX1S系列等。 特点：结构紧凑、体积小巧、重量
轻、价格低，适用于嵌入控制设备
的内部，常用于单机控制。
2.1 FX系列PLC的硬件结构
说明
◆系统程序和工作数据与用户无直接联系 ◆ 在PLC产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量是指用 户程序存储器。 ◆ 当PLC提供的用户存储器容量不够用，许多PLC还提供有存储 器扩展功能。
2.2.2 I/O模块
一、输入输出接口电路：光电耦合
• 输入接口电路：将限位开关、手动开关、编码器等设备的控制 信号转换为CPU能接受和处理的数字信号。 • 输出接口电路：将CPU处理过的信号转换成现场需要的强电信 号输出，驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。有三种类
2.2.2 I/O模块：开关量输出模块
输出映象寄存器为“1”状态时 ——负载在外部电源激励下通电工作 输出映象寄存器为“0”状态时 ——外部负载断电，停止工作
继电器输出
内 部
PLC
Y
内 部 J
COM + 交流电源或 直流电源
电
路
电
路
2.2.2 I/O模块：开关量输出模块
晶体管输出
优点：寿命长，无触点，无噪声，可靠性高，响应快，I/O响应时间为0.2ms。
2.1 FX系列PLC的硬件结构
PLC的分类：按I/O点数和功能
类型 微型 小型 中型 大型 超大型
I/O点数 ＜64 64 ～128 128 ～512 512 ～8192 ＞8192
存储容量(KB) ＜2 2～4 4 ～16 16 ～64 >64
机型 三菱FX1S系列 三菱FX2N系列 三菱A1N系列 三菱A3N系列 西门子SU-155
二、编程软件 可通过PLC的RS232外设通讯口(或RS422口配以适配器)与 计算机联机，利用专用工具软件（GX Developer、 FXGP_WIN_C）对PLC进行编程和监控。利用计算机进行编
程和监控比手持编程工具更加直观和方便。
2.3 FX系列PLC性能简介
一、FX系列 PLC 的型号
1. FX系列 PLC 的型号名称的含义： FX ① ② ③ ④
SQ
SA
输 入 单 元
微处理器 存储器 电源
输 出 单 元
YV HL
编程器或其他编程设备
2.2 FX系列PLC的基本结构
CPU模块、输入模块、输出模块、编程器
2.2.1 CPU模块：微处理、存储器
不同型号PLC的CPU芯片不同，有通用CPU芯片8031、8051、8086、80286等，也有 厂家设计的专用CPU芯片：西门子公司的S7-200系列PLC。
② 电平隔离：使外设和CPU电路之间直流电平互不影响。
③ 速度协调：使外设和CPU之间，准备好后才传送数据。
④ 数据变换：串/并变换、并/串变换、A/D变换、D/A变换等。
2.2.2 I/O模块：开关量输入模块
IN
IN
输入LED 内 部 电 路
COM
直流输入接口电路示意图 公用端子COM，并非一定要接在电源的负极上。 一个PLC模块上可能有多个COM端子，在PLC内部并没有 将这些COM端子连在一起。
• 随机存取存储器(RAM: Random Access Memory)：可读可写， 无断电保持功能。 • 只读存储器(ROM:Read Only Memory) ：只读，不能写。 • 可擦除可编程序的只读存储器(EPROM: Erasable ROM) ：
非易失性.用紫外线照射芯片上的透镜窗口，可以擦除已写入
息不会丢失。为了防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经
过运行正常，不需要改变，可固化在EPROM中。现在有许多PLC 直接采用EEPROM作为用户存储器。不同型号的PLC编程区域的 空间大小也不同。
2.2.1 CPU模块：微处理、存储器
常用几种存储器： （1）随机存取存储器（RAM） （2）只读存储器（ROM） （3）可擦除可编程序的只读存储器（EPROM） （4）可电擦除的EPROM（或EEPROM）
• 模块式：由框架和模块组成，模块插在模块插座上，模块插座焊在框架中的 总线连接板上。 特点：可按控制要求，选用不同档次的CPU模块、I/O模块和其它特殊模块， 构成不同功能的控制系统。配置灵活、组装方便，容易扩展。缺点是结构较
复杂，造价较高。一般大、中型PLC都采用该结构，如三菱A2NQ系列PLC 。
IN
IN ～
输入LED
内 部 电 路
COM
交流输入接口电路示意图
2.2.2 I/O模块：开关量输入模块
SB1 IN C R2 光电耦合 内 R1 R3 VL 部 电 路 COM
交流输入电路
2.2.2 I/O模块：开关量输入模块
2.2.2 I/O模块：开关量输入模块
2.2.2 I/O模块：开关量输入模块
PLC电源：将外部输入的交流电处理后转换成满足PLC的CPU、 存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电
Hale Waihona Puke 源模块。许多PLC的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电 压供内部电路使用，而且还可为输入设备提供标准电源。 一般小型PLC的电源包含在基本单元内，大中型PLC才配有专用电源。 PLC内部还带有锂电池后备电源。
2.2.2 I/O模块：模块的外部接线方式
COM X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7
汇点式
2.2.2 I/O模块：模块的外部接线方式
COM1
Y0
Y1
COM2
Y2
Y3
分组式
2.2.2 I/O模块：模块的外部接线方式
YO COM0 Y1
COM1
Y2 COM2 Y3 COM3 分割式
第2章 PLC的硬件：电源模块、扩展模块、通信接口
FX2N系列PLC
PLC系统组成
• 基板/机架
• CPU模块
• 电源模块 • 编程器（手持式、计算机） • 编程软件 • 联网模块 • 开关量输入模块 • 开关量输出模块
• 模拟量输入模块 • 模拟量输出模块
• 智能模块
• 输入／输出部件 • 电源:DC24V； AC220V
PLC的基本组成
SB KM
的内容,写入新内容。 • 可电擦除(EEPROM: Electrical EPROM) ：非易失性，具有 ROM的非易失性和RAM的随机存取的优点.但价格比较高。 RAM存放用户程序 ROM存放系统程序
系统程序：相当于微机的操作系统系统，完成系统诊断、命令 解释、功能子程序调用、管理、逻辑运算、通信及各种参数设定 等功能。 由PLC制造厂家编写，直接固化在只读存储器ROM、 PROM或EPROM中。用户不能访问和修改。 用户程序：用户编制的应用程序。一般存于CMOS静态RAM中 （便于读出、检查和修改），用锂电池为后备电源，掉电时，信
型：
继电器输出型：有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流 负载回路。
晶闸管输出型：无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载。
晶体管输出型：无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的直流电源负载。
2.2.2 I/O模块
为什么要用输入/输出(I/O)接口电路？ ① 数据锁存：向外设输出数据时的需要。
微处理器功能 1.诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 2.采集现场的状态或数据，并送入PLC的寄存器中。 3.逐条读取指令，完成各种运算和操作。 4.将处理结果送至输出端。 5.响应各种外部设备的工作请求。
2.2.1 CPU模块：微处理、存储器
二、存储器：系统程序存储器、用户程序存储器。
③输入电压/电流： DC24V/7mA
X010后：DC24V/5mA。为可靠，ON电流>4.5mA/3.5mA，OFF电流<1.5m。
④ 利用外接电源驱动光电开关等传感器时，要求外接电源电压同内部电源电压，
允许范围：DC24V±4V。 ⑤有交流输入型扩展模块与TTL电平输入扩展模块。
2.2.2 I/O模块：开关量输出模块
直流输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。 输入端子 PLC
内 部 1000PF 电 470 路
发光二极管
3.3k
Xn
24V – + + – 直流电源 COM
发光二极管
光电三极管
2.2.2 I/O模块：开关量输入模块
2.2.2 I/O模块：开关量输入模块
L1 N
有8个分隔式数字量 输入端子，每个输 入点都占用二个接 线端子。
扩展接口：将扩展单元与基本单元相连，使PLC的配置更灵活。 通信接口：PLC与监视器、打印机、其他PLC或计算机相连， 实现“人－机”或“机－机”之间对话。
2.2.4编程器
一、手持编程器 采用助记符语言编程，具有编辑、检索、修改程序、进 行系统设置、内存监控等功能。可一机多用，具有使用方便、
价格低廉的特点。缺点：不够直接。
存储器 系统程序存储器 程序存储区 存储内容 系统监控程序 用户程序（梯形图、语名表等） I/O及内部器件状态
用户程序存储器
数据存储区
工作数据：PLC运行中经常变化、存取的数据，包括输入输出 状态、计数、计时、全局变量、局部变量等。它们存放在RAM中 ，供系统和用存取。PLC的工作数据存储器中，设有输入/输出映 像存储区、中间辅助变量存储区、定时器、计数器等特殊结构的 存储区，存储区的状态或数据由用户程序的初始设置和运行情况 确定。掉电后需要保持状态的数据，用后备电池进行保护，该存 储区域称为保持数据区。
按结构形式
• 整体式： CPU模块、I/O模块和电源装在一个箱状机壳内。又称单元式、箱
体式，包括基本单元和扩展单元。一般小型以下PLC采用该结构，如三菱公
司的FX2N、FX0N、FX1S系列等。 特点：结构紧凑、体积小巧、重量
轻、价格低，适用于嵌入控制设备
的内部，常用于单机控制。
2.1 FX系列PLC的硬件结构
说明
◆系统程序和工作数据与用户无直接联系 ◆ 在PLC产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量是指用 户程序存储器。 ◆ 当PLC提供的用户存储器容量不够用，许多PLC还提供有存储 器扩展功能。
2.2.2 I/O模块
一、输入输出接口电路：光电耦合
• 输入接口电路：将限位开关、手动开关、编码器等设备的控制 信号转换为CPU能接受和处理的数字信号。 • 输出接口电路：将CPU处理过的信号转换成现场需要的强电信 号输出，驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。有三种类
2.2.2 I/O模块：开关量输出模块
输出映象寄存器为“1”状态时 ——负载在外部电源激励下通电工作 输出映象寄存器为“0”状态时 ——外部负载断电，停止工作
继电器输出
内 部
PLC
Y
内 部 J
COM + 交流电源或 直流电源
电
路
电
路
2.2.2 I/O模块：开关量输出模块
晶体管输出
优点：寿命长，无触点，无噪声，可靠性高，响应快，I/O响应时间为0.2ms。
2.1 FX系列PLC的硬件结构
PLC的分类：按I/O点数和功能
类型 微型 小型 中型 大型 超大型
I/O点数 ＜64 64 ～128 128 ～512 512 ～8192 ＞8192
存储容量(KB) ＜2 2～4 4 ～16 16 ～64 >64
机型 三菱FX1S系列 三菱FX2N系列 三菱A1N系列 三菱A3N系列 西门子SU-155
二、编程软件 可通过PLC的RS232外设通讯口(或RS422口配以适配器)与 计算机联机，利用专用工具软件（GX Developer、 FXGP_WIN_C）对PLC进行编程和监控。利用计算机进行编
程和监控比手持编程工具更加直观和方便。
2.3 FX系列PLC性能简介
一、FX系列 PLC 的型号
1. FX系列 PLC 的型号名称的含义： FX ① ② ③ ④
SQ
SA
输 入 单 元
微处理器 存储器 电源
输 出 单 元
YV HL
编程器或其他编程设备
2.2 FX系列PLC的基本结构
CPU模块、输入模块、输出模块、编程器
2.2.1 CPU模块：微处理、存储器
不同型号PLC的CPU芯片不同，有通用CPU芯片8031、8051、8086、80286等，也有 厂家设计的专用CPU芯片：西门子公司的S7-200系列PLC。
② 电平隔离：使外设和CPU电路之间直流电平互不影响。
③ 速度协调：使外设和CPU之间，准备好后才传送数据。
④ 数据变换：串/并变换、并/串变换、A/D变换、D/A变换等。
2.2.2 I/O模块：开关量输入模块
IN
IN
输入LED 内 部 电 路
COM
直流输入接口电路示意图 公用端子COM，并非一定要接在电源的负极上。 一个PLC模块上可能有多个COM端子，在PLC内部并没有 将这些COM端子连在一起。
• 随机存取存储器(RAM: Random Access Memory)：可读可写， 无断电保持功能。 • 只读存储器(ROM:Read Only Memory) ：只读，不能写。 • 可擦除可编程序的只读存储器(EPROM: Erasable ROM) ：
非易失性.用紫外线照射芯片上的透镜窗口，可以擦除已写入
息不会丢失。为了防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经
过运行正常，不需要改变，可固化在EPROM中。现在有许多PLC 直接采用EEPROM作为用户存储器。不同型号的PLC编程区域的 空间大小也不同。
2.2.1 CPU模块：微处理、存储器
常用几种存储器： （1）随机存取存储器（RAM） （2）只读存储器（ROM） （3）可擦除可编程序的只读存储器（EPROM） （4）可电擦除的EPROM（或EEPROM）