第四章与PLC输入输出模块连接的设备
PLC接线讲解
plc输入输出回路接线一。
输入回路接线输入电路是PLC接收信号的端口(对模拟量来说一般为0-40MA直流电流或0-10V直流电压信号),输入接线是指外部输入器件(任何无源的触点和集电极开路的NPN三极管)接通输入回路闭合,同时输入指示的发光二极管亮。
常用外部输入器件有按钮，接近开关，转换开关，拨码器，各种感应器等，是对系统发出各种控制信号的主令电器。
（一）PLC输入模块与主令电器电器类设备的连接图中松下PLC为直流汇点式输入，即所以输入点共用一个公共端COM，同时COM端内带有DC24V电源，在编写程序时注意外部设备使用的是常闭还是常开触点，输入端的电气原理图中停止按钮SB0用常闭触点，串在控制线中，用于停机控制。
启动按钮SB1用常开触点。
在设计的两个梯形图完成的控制功能相同，但停机信号X0使用的触点类型不同，那么连接在端点的外部停机按钮触点类型也就不同，I/O分配SB0-X0，SB1-X1，输出K0-Y0。
当外部使用长闭触点，不操作该按钮，输出Y0正常接通，在PLC控制系统中，外部开关无论是启动还是停止一般都选用常开型。
（二）接近开关与PLC输入模块的连接：在PLC控制系统设计中接线的工作比重叫小，但它是编程设计的基础。
要保证接线工作正确性，需PLC的输入输出电路有一个清楚的了解。
1.PLC直流输入电路：分有源型（共阳极）输入电路，漏型（共阴极）输入电路。
所以漏型输入电路PLC的COM端是外接直流电源的正极，如西门子S7-400PLC直流输入模块的COM 端必须接外部电源的正极。
所以西门子PLC输入信号为低压信号,如果外部信号为高压信号应该通过中间继电器转换。
2.PLC交流输入电路电压一般为AC120V或AC230V，经过电阻的限流和电容的隔离在经过整流变成直流三个环节，所以输入信号延迟时间比直流电路长，但是输入端是高电压，输入信号的可靠信高，一般用于环境恶劣，对响应要求不高的场合。
（三）开关量信号与PLC输入模块的连接：对于不同的PLC输入电路应正确选择传感器（NPN或PNP）的输入方式，NPN型传感器动作时，OUT端为0V，（NPN型输出端OUT应和PLC的输入端漏型相连）输出低电平信号。
plc连接方法
plc连接方法
PLC（可编程逻辑控制器）的连接方法主要取决于其输入和输出设备的类型。
以下是一些常见的PLC连接方法：
1. 输入设备连接：PLC的输入设备通常包括按钮、传感器、开关等。
这些设备可以通过电缆或连接器连接到PLC的输入端口。
在连接时，需要确保输
入设备的电源和信号线正确连接，以便PLC能够正确读取输入信号。
2. 输出设备连接：PLC的输出设备通常包括马达、继电器、指示灯等。
这些设备可以通过电缆或连接器连接到PLC的输出端口。
在连接时，需要确保
输出设备的电源和信号线正确连接，以便PLC能够控制输出设备的动作。
3. 通讯连接：除了传统的输入/输出连接方式外，许多PLC还支持通讯连接方式，如Modbus、Profinet、EtherNet/IP等。
这些通讯协议可以通过网络将PLC与其它设备或计算机连接起来，实现数据传输和控制。
在连接时，需要选择合适的通讯协议和通讯接口，并按照相应的通讯规范进行连接。
总之，在连接PLC时，需要仔细阅读设备手册和技术资料，了解设备的电源、信号线、接口类型和规格等信息，以确保连接正确、可靠，并能够满足实际应用的需求。
plc讲义第四章 西门子S7-200 PLC
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6 CPU操作模式
（ 1）在PLC 上有 3个挡位（ RUN 、 TERM、 STOP ）的方式开 关。 （2）CPU有RUN、STOP两种状态。 （ 3）当方式开关处在 TERM 方式时，可用编程工具实现 RUN、STOP。
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（1）主机CPU模块内部配 备的EEPROM，上装程 序时，可自动装入并永久 保存用户程序、数据和 CPU的组态数据。
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5 存储系统
（ 2 ）用户可以定义存储器保持范围或用程序将存储在 RAM中的数据备份到EEPROM存储器。 （ 3）主机CPU 提供一个超级电容器，可使 RAM中的程序 和数据在断电后保持几天之久。 （ 4 ） CPU 提供一个可选的电池卡，可在断电后超级电容 器中的电量完全耗尽时，继续为内部RAM存储器供电， 以延长数据所存的时间。 （ 5 ）可选的存储器卡可使用户像使用计算机磁盘一样来 方便地备份和装载程序和数据。
Q1.0 Q1.1
CPU 214
I.0 I.1 I.2 I.3 I.4 I.5 I.6 I.7
DI 8 x DC24V
SIMATIC S7-200
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S7-300
S7-300是模块化的中型PLC，有5种不同档次的CPU，可 选择不同类型的扩展模块，扩展多达32个模块。
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二、主机结构及性能特点
1 主机外形
S7-200主机模块主要有：CPU 221、 CPU 222、 CPU 224 （224XP）、 CPU 226（226XM），其外型如图：
PLC的输入输出模块及其功能介绍
PLC的输入输出模块及其功能介绍PLC（可编程逻辑控制器）是一种广泛应用于自动化控制领域的设备，它负责接收和处理各类输入信号，并通过输出信号控制相关设备的运行。
PLC的输入输出模块是其中至关重要的组成部分，下面将对其进行介绍。
一、PLC的输入模块1. 开关输入模块：开关输入模块常用于检测开关的状态，如按钮、开关等。
它能够实时接收开关信号，并将其转化为数字信号输入给PLC，用于控制进程。
2. 传感器输入模块：传感器输入模块用于接收各类传感器产生的信号，如温度传感器、压力传感器、光电开关等。
它能够将传感器信号转化为数字信号，并传输给PLC进行处理，用于监测和控制各种环境参数。
3. 模拟输入模块：模拟输入模块接收模拟（连续变化）信号，如电压信号、电流信号等。
它能够将模拟信号转化为数字信号，以便PLC进行精确的测量和控制。
二、PLC的输出模块1. 开关输出模块：开关输出模块用于输出开关信号控制相关设备的运行，如继电器、电磁阀等。
它能够将PLC产生的数字信号转化为相应的开关信号，控制设备的启停、方向等。
2. 电机控制输出模块：电机控制输出模块常用于控制电机的启停、正反转等操作。
它能够提供适合电机控制的输出信号，并通过PLC对电机进行精确的控制。
3. 模拟输出模块：模拟输出模块用于输出模拟（连续变化）信号，如电压信号、电流信号等。
它能够将PLC产生的数字信号转化为模拟信号，以控制各种需要连续变化的设备。
三、PLC的输入输出模块功能介绍1. 数据采集与监测：PLC的输入输出模块能够实时采集各种输入信号，并将其转化为数字信号输入给PLC进行处理。
通过输入模块，PLC可以监测实时数据，如温度、压力、流量等，以保证系统的正常运行。
2. 逻辑控制和决策：PLC能够根据输入模块接收到的信号进行逻辑判断和决策，然后再通过输出模块控制相应设备的运行。
输入输出模块在逻辑控制过程中起到了桥梁的作用，使得PLC能够实现自动化的控制。
PLC常用的输入输出元件
PLC常用的输入输出元件输入（Input）模块和（Output）模块简称为I/O模块，它们是PLC系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。
CPU模块集成了输入电路和输出电路。
而无论是输入模块采集信号还是输出模块输出信号，都需要一些外部元件设备的帮忙，这次我们来就简单的介绍一下PLC常用的输入输出元件。
➢按钮按钮是主令元件，只能发信号给PLC，当PLC接收到按钮的电压变化，即0到1或者是1到0或通、断信号后，根据PLC中的逻辑控制程，计算控制结果，然后输出到阀，或电机，或继电器，使设备工作。
一般按钮按到PLC的输入点后，电压到时，会通过光藕合管发信号映像到PLC的输入区。
➢选择开关选择开关是把分接选择器和切换开关的功能结合在一起，能承载、通断电流的一种开关装置。
有2段、3段和组合开关。
万能开关及凸轮转换器这些都是选择开关。
常用的就是转换开关。
具体实现什么功能，主要根据程序和电路来决定。
主要就是各种设备的操作功能的转换➢拨码开关拨码开关（也叫DIP开关，拨动开关，超频开关，地址开关，拨拉开关，数码开关，指拨开关）是一款用来操作控制的地址开关，采用的是0/1的二进制编码原理。
通俗的说也就是一款能用手拨动的微型的开关，所以也通常叫指拨开关的也很多。
数字电路通常用 BCD 码表示十进制，用高、低电平表示二进制的 1 、0 ，拨码开关内部的机械触点把对应的十进制数转换成 8421码（BCD 码的一种），用来输入数据。
如定时器的定时时间、信号发生器的频率、计数器的脉冲数量等参数。
➢限位开关限位开关又称行程开关，可以安装在相对静止的物体（如固定架、门框等，简称静物）上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上。
当动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。
由开关接点开、合状态的改变去控制电路和电机。
限位开关的应用方面很多，很多电器里面都有它的身影。
它主要是起连锁保护的作用。
第四章 可编程序控制器(PLC)原理与应用)
分类 低档机 主要功能 具有逻辑运算、定时、计数、移位及自诊断、监控 等基本功能。有些还有少量模拟量I/O功能和算术运 算等功能 应用场合 开关量控制、定时、计数控制、顺序控制等场合， 有模拟量I/O功能的低档PLC应用更广 适用于既有开关量又有模拟量的较为复杂的控制 系统，如过程控制、位置控制等
年份 第一代1969~1972 第二代1973~1975 功能特点 逻辑运算、定时、计数、中小规模集成电路CPU，磁芯 存储器 增加算术运算、数据处理功能，初步行程系列，可靠性 进一步提高 增加复杂数值运算和数据处理，远程I/O和通信功能， 采用大规模集成电路，微处理器，加强自诊断、容错技 术 高速大容量多功能，采用32位微处理器，编程语言多样 化，通信能力进一步完善，智能化功能模块齐全 取代继电器控制 能同时完成逻辑控制，模拟量控制 适应大型复杂控制系统控制需要并用于联网、通信、 监控等场合 构成分级网络控制系统，实现图像动态过程监控， 模拟网络资源共享 应用范围
输 入 继 电 器
05 06 1000~1715 07 08 09 10 11 12 13 14
15
主机
15
15
扩Ⅰ
15
15
扩Ⅱ
15
15
扩Ⅲ
15
表4-7 输出继电器区域（共128点）
名称 范围 20CH 00 01 02 03 04 21CH 00 01 02 03 04 05 06 07 （08） （09） （10） （11） （12） （13） （14） 22CH 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 继电器地址通道 23CH 00 01 02 03 04 05 06 07 （08） （09） （10） （11） （12） （13） （14） 24CH 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 25CH 00 01 02 03 04 05 06 07 （08） （09） （10） （11） （12） （13） （14） 26CH 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 27CH 00 01 02 03 04 05 06 07 （08） （09） （10） （11） （12） （13） （14）
PLC输入输出回路接线方法
PLC输入输出回路接线方法一、输入回路接线输入（电路）是（PLC）接收信号的端口(对模拟量来说一般为0-40MA 直流电流或0-10V直流电压信号),输入接线是指外部输入器件(任何无源的（触点）和集电极（开路）的NPN（三极管）)接通输入回路闭合,同时输入指示的（发光二极管）亮。
常用外部输入器件有按钮，（接近开关），转换开关，拨码器，各种（感应器）等，是对系统发出各种控制信号的主令电器。
（一）PLC输入模块与主令电器电器类设备的连接图中松下PLC为直流汇点式输入，所以输入点共用一个公共端COM，同时COM端内带有DC24V（电源），在编写程序时注意外部设备使用的是常闭还是常开触点。
输入端的电气原理图中停止按钮SB0用常闭触点，串在控制线中，用于停机控制。
启动按钮SB1用常开触点。
在设计的两个梯形图完成的控制功能相同，但停机信号X0使用的触点类型不同，那么连接在端点的外部停机按钮触点类型也就不同。
（I/O）分配SB0-X0，SB1-X1，输出K0-Y0。
当外部使用长闭触点，不操作该按钮，输出Y0正常接通，在PLC控制系统中，外部（开关）无论是启动还是停止一般都选用常开型。
（二）接近开关与PLC输入模块的连接在PLC控制系统设计中接线的工作比重较小，但它是编程设计的基础。
要保证接线工作正确性，需PLC的输入输出电路有一个清楚的了解。
1.PLC直流输入电路：分有源型（共阳极）输入电路，漏型（共阴极）输入电路。
所以漏型输入电路PLC的COM端是外接直流电源的正极，如（西门子）S7-400PLC直流输入模块的COM端必须接外部电源的正极。
所以西门子PLC输入信号为低压信号,如果外部信号为高压信号应该通过（中间继电器）转换。
2.PLC交流输入电路电压一般为AC120V或AC230V，经过（电阻）的限流和（电容）的隔离在经过整流变成直流三个环节，所以输入信号延迟时间比直流电路长，但是输入端是高电压，输入信号的可靠信高，一般用于环境恶劣，对响应要求不高的场合。
电气控制与PLC应用技术课后习题答案(第四章)
习题与思考题1. 简述S7-200 SMART 控制系统的基本构成答：一个最基本的S7-200 SMART PLC 控制系统由基本单元（S7-200 SMART CPU 模块）、个人计算机、STEP7-Micro/WIN 编程软件及通信网络设备构成。
2. S7-200 SMART 标准型CPU 有哪些型号？各型号之间有什么差异？答：标准型CPU 有SR20/ST20、SR30/ST30、SR40/ST40、SR60/ST60。
主要差异在于用户程序存储器容量、I/O （数字量与模拟量）数量、最大脉冲输出频率、脉冲捕获输入点数。
3. 画出CPU SR40 AC/DC/继电器模块的外部端子接线图。
答：见教材图4-3。
4. S7-200 SMART 数字量输出有哪两种类型？分别画出它们的外部端子接线图。
答：晶体管输出和继电器输出两种类型，外部端子接线图见教材图4-5。
5. S7-200 SMART 模拟量扩展模块的性能指标有哪些？画出模拟量输入与输出模块的外部端子接线图。
答：S7-200 SMART 模拟量扩展模块的性能指标包括输入/输出类型与端口数量、输入/输出的电压/电流范围、模拟量与数字量之间的转换时间、分辨率、对DC 5V 与传感器电源的消耗电流值等。
外部端子接线图见教材图4-14。
6. 用于测量温度（0~99℃）的变送器输出信号为4~20mA ，模拟量输入模块将0~20mA 转换为数字0~27648，试求当温度为40℃时，转换后得到的二进制数N ？ 答：14467553040099553027648=+×−−=N7. S7-200 SMART 的信号板有哪几种类型？答： SB DT04，SB AE01，SB AQ01，SB CM01，SB BA01。
8. S7-200 SMART 标准型CPU 扩展配置时，应考虑哪些因素？I/O 是如何编址的？答：要考虑主机能够扩展的模块数量、数字量输入/输出映像区的大小、模拟量输入/输出映像区的大小、内部电源的负载能力。
PLC的特殊功能输入输出模块
输入输出占有点 程序上为8点（计输入或输出点均可），由PLC供电的消耗功率为 数 gcxywjp@126.c5oVm30mA
（2）模块的编号与外部连线
特殊功能模块通过软电缆接在FX2主机右侧的I/O扩展总线上 ，从最近主机的那个特殊功能模块开始顺序编号为0～7号。 同一模拟量输入模块既可连接电压信号也可连接电流信号。 接线方式如图4-2。
根据电流输入还是电压输出，使用不同端子
模拟量输出范围 DC-10～+10V (外部负载电阻1KΩ～1MΩ)
DC=4～+20mA (外部负载电阻500Ω以下 )
数字输入
带符号位的16位二进制，但有效数值为11位（-2048～+2047） 电流输出（0～＋1024）
分辨力
5mV(10V×1/2000)
20μA(20mA×1/1000)
综合精确度
±1%(相对于最大值)
转换速度
9ms×2通道（高速转换方式时，版本为V2.00以下时：3.5ms×2通 道）
隔离方式
光电隔离及采用DC/DC转换器供输出和PLC电源间隔离（但各输出 通道间不隔离）
模拟量用电源 DC24V（1±10％）130mA
输 数入gc输xy出w占jp@有1点26.co程 5mV序30上mA为8点（计输入或输出点均可）由PLC供电的消耗功率为
A/D硬件正常 在READY位置 转换值在范围内 平均数在范围内
b1b0为01B
gcxywjp@
例4-1： 要求FX2N-4AD的CH1 ～CH4均设置成电 压输入方式，CH1 通道设置成零偏置 ，增益值为2.5V。 试设计其初始化设 置程序。
gcxywjp@
2、模拟量D/A转换输出模块FX2N-2DA
第4章_S7-200PLC的基础知识
•
工作：PLC运行时，每执行完一遍程序，逻辑运算的结果就存入到相应
的一位存储器中。其中需要控制输出开关的运算结果存到输出映像存储 器中。这个输出映像存储器在PLC程序中，可以按位存取，其中的每一 位，就是一个输出继电器。
27
输入输出elay)
表4.3
16
（3）模块电流 CPU 22X可连接的各扩展模块消耗5VDC电流如 表4.4所示。
表4.4扩展模块所消耗的5VDC电流值
17
最大I/O配制的预算原则:
•映像寄存器的数量
扩展后I/O的总点数不能大于输入和输出映像寄存器的数量。
• CPU的供电能力
同一PLC系统中所有扩展模块所消耗的电流总和不得超过 CPU 所能提供的电流值。 不同型号的CPU提供5VDC和24VDC电源的容量不同。
扩展模块
设备连接
最大I/O配置的预算 I/O点数扩展和编址
第4章 S7-200 PLC的系统配置
现场用户输出设备 执行器
微处理器（ 微处理器（CPU） ）
输 出 部 件
中间继电器 电磁阀
微处理器（CPU） 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； --电源 I/O 工作状态及程序的语法错误 诊断用 电源、PLC工作状态及程序的语法错误； --
PLC系统结构示意图 系统结构示意图
用户存储器—— 用户存储器——功能模块 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。 存放工作数据。
PLC硬件系统结构组成 PLC硬件系统结构组成
PLC基本单元 基本单元
～110V/220V市电 市电 现场用户输入设备 现场信号 按钮、 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
PLC基本单元 基本单元
～110V/220V市电 市电 现场用户输入设备 现场信号 按钮、 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（ 微处理器（CPU） ）
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4.1.1 基本单元
基本单元（ 模块） 基本单元（S7-200 CPU模块）也称为主机。由中央处理单 模块 也称为主机。 元（CPU）、存储器、数字量输入、输出单元、通信口、 ） 存储器、数字量输入、输出单元、通信口、 以及电源等部分组成。 电源等部分组成 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。 装置中。基本单元可以构成一个独立的控制系统。
PLC的输入输出模块介绍
PLC的输入输出模块介绍PLC（可编程逻辑控制器）是一种常用于工业自动化领域的控制设备，其输入输出模块是PLC中至关重要的组成部分。
本文将介绍PLC 的输入输出模块的基本原理、分类以及应用。
一、输入输出模块的基本原理PLC的输入输出模块主要用于将外部传感器、执行机构等与PLC主控单元之间的相互作用进行转换和传递。
它们的基本原理是通过检测输入信号的状态变化，然后将其转换成数字信号，再通过输出接口控制执行机构的工作状态。
输入模块的作用是将外部传感器或信号源的模拟信号转换成数字信号，供PLC主控单元进行逻辑运算和处理。
常见的输入模块包括开关量输入模块、模拟量输入模块等。
开关量输入模块通常通过检测传感器或开关的状态变化，将其转化为数字信号，以表示某种状态的开与关。
而模拟量输入模块则负责将模拟信号（如温度、压力等）转换为数字量，以便PLC主控单元对其进行精确测量和处理。
输出模块的作用是将PLC主控单元经过逻辑运算和处理后的数字信号转换为相应的控制信号，然后通过输出接口控制执行机构的工作状态。
输出模块同样分为开关量输出模块和模拟量输出模块。
开关量输出模块可控制开关、继电器等执行机构的开与关状态，以实现特定的控制操作。
而模拟量输出模块则用于控制执行机构的模拟量输出，如电机的转速、阀门的开度等。
二、输入输出模块的分类根据不同的功能和特点，输入输出模块可以分为以下几类：1. 开关量输入输出模块：主要用于检测和控制开关量信号，如传感器、按钮、限位开关等。
它们通常具有高速、高稳定性和抗干扰能力强的特点，适用于对控制信号要求较高的场合。
2. 模拟量输入输出模块：主要用于检测和控制模拟量信号，如温度、压力、流量等。
它们可以将模拟量信号转换为数字量，并具备较高的精度和灵活性，适用于对精确测量和控制要求较高的场合。
3. 专用输入输出模块：根据不同的应用领域和需求，PLC也提供了一些专用的输入输出模块，如高速计数器、脉冲输出模块等。
第四章s7200PLC的系统配置与接口模块
4.1 S7-200 PLC控制系统的基本构成
（1）S7-200 CPU的外形
顶部端子盖下面是输出端子和PLC供电电源端子。输出端子的运行状态 可由指示灯显示，ON状态对应的指示灯亮。 底部端子盖下面是输入端子和传感器电源端子。输入端子的运行状态 可由指示灯显示，ON状态对应的指灯亮。 前盖下面有运行、停止开关和扩展模块接口。将开关拨向STOP位置 时，PLC处于停止状态，此时可以对其编写程序；将开关拨向RUN位置时， PLC处于运行状态，此时不能对其编写程序；将开关拨向TERM位置时， 可以运行程序，同时还可以监控程序运行的状态。扩展模块接口用于实现 I/O扩展。
4.1 S7-200 PLC控制系统的基本构成
（3）S7-200 CPU外部端子接线图
16个数字量输出点被分为3组。每个负载的一端与输出端相连，另一端经 电源与公共端相连。由于是继电器输出方式，所以既可带直流负载，也可带交 流负载，由负载性质决定。 输出端子排的右端N、L1端子是供电电源 AC120V/240V 输入端。电源电 压的允许范围是AC 85~264V。
4.1 S7-200 PLC控制系统的基本构成
3.通信电缆 西门子PLC的通信电缆主要有三种：PC/PPI通信电缆、 RS-232C/PPI多主站通信电缆和USB/PPI多主站通信电缆。 这些通信电缆将S7-200 PLC与计算机连接后，用STEP7Micro/WIN编程软件设置即可实现计算机与S7-200 PLC间 的通信和数据传输。
S7-200 CPU226 AC/DC/继电器模块的外部端子接线图
4.1 S7-200 PLC控制系统的基本构成 2.编程设备
编程设备的功能是编制程序、修改程序、测试程序，并将测 试合格的程序下载到PLC系统中。为了降低编程设备的成本，目 前广泛采用个人计算机作为编程设备，但需配置西门子提供的 专用编程软件。 S7-200 PLC的编程软件是STEP7-Micro/WIN，该软件系统在W indows平台上运行；支持语句表、梯形图、功能块图这三种编 程语言；具有指令向导功能和密码保护功能；内置USS协议库、 Modbus从站协议指令、PID整定控制界面和数据归档等；使用P PI协议通信电缆或CP通信卡，实现PC与PLC之间进行通信、上传 和下载程序；支持TD400、TD400C等文本显示界面。
PLC输入输出接线全解析,史上最全
PLC输入输出接线全解析,史上最全PLC（可编程逻辑控制器）是一种用于自动化控制系统的数字计算机。
它们被广泛应用于工业控制系统中，用于监控和控制生产过程中的各种设备和机器。
PLC的输入输出接线是PLC系统中最重要的一部分，它们用于将外部信号传递给PLC，以及将PLC的输出信号传递给外部设备。
本文将对PLC输入输出接线进行全面解析，帮助读者更好地理解和应用PLC系统。
一、PLC输入输出接线的基本原理。
PLC的输入输出接线是通过连接电缆和接线端子来实现的。
PLC系统通常包括输入模块和输出模块。
输入模块用于接收外部信号，输出模块用于向外部设备发送控制信号。
输入模块和输出模块之间通过PLC的中央处理器进行数据交换和处理。
PLC的输入输出接线通常采用数字信号，即0和1表示开关状态。
输入信号可以是开关、传感器、按钮等，输出信号可以是继电器、电机、灯等。
通过输入输出接线，PLC可以实现对外部设备的监控和控制。
二、PLC输入输出接线的连接方式。
1. 输入模块的连接。
输入模块通常包括多个输入端子，每个输入端子对应一个外部信号。
输入端子可以通过电缆连接到外部设备，也可以通过连接器连接到PLC系统的输入模块。
在连接输入模块时，需要注意输入端子的极性和接线顺序，确保输入信号能够正确传递到PLC系统。
2. 输出模块的连接。
输出模块通常包括多个输出端子，每个输出端子对应一个外部设备。
输出端子可以通过电缆连接到外部设备，也可以通过连接器连接到PLC系统的输出模块。
在连接输出模块时，需要注意输出端子的极性和接线顺序，确保PLC系统的输出信号能够正确传递到外部设备。
三、PLC输入输出接线的接线方法。
1. 输入模块的接线方法。
输入模块的接线方法包括并联接线、串联接线和混合接线。
并联接线是将多个输入信号连接到同一个输入端子，串联接线是将多个输入信号连接到不同的输入端子，混合接线是将并联接线和串联接线结合起来。
在进行输入模块的接线时，需要根据实际情况选择合适的接线方法，确保输入信号能够准确传递到PLC系统。
第四章 PLC的硬件组成及工作原理
IN
IN
输入LED 内 部 电 路
COM
直流输入接口电路示意图
IN
IN ～ COM
输入LED 内 部 电 路
交流输入接口电路示意图
OUT L 输出LED 内 部 电 路 OUT L COM ～
继电器输出接口电路示意图
OUT L 输出LED 内 部 电 路 OUT L ～ COM
双向晶闸管输出接口电路示意图
6.通讯能力 6.通讯能力 通讯能力是指可编程控制器与可编程控制器、 通讯能力是指可编程控制器与可编程控制器、可 编程控制器与计算机之间的数据传送及交换能力， 编程控制器与计算机之间的数据传送及交换能力，它 是工厂自动化的必备基础。 是工厂自动化的必备基础。目前生产的可编程控制器 不论是小型机还是中大型机，都配有一至两个、 不论是小型机还是中大型机，都配有一至两个、甚至 更多个通讯端口。 更多个通讯端口。 7.智能模块 7.智能模块 智能模块是指具有自己的CPU和系统的模块 。 和系统的模块。 智能模块是指具有自己的 和系统的模块 它作为PLC中央处理单元的下位机 ， 不参与 中央处理单元的下位机， 它作为 中央处理单元的下位机 不参与PLC的 的 循环处理过程， 但接受PLC的指挥 ， 可独立完成某 的指挥， 循环处理过程 ， 但接受 的指挥 些特殊的操作。 如常见的位置控制模块、 些特殊的操作 。 如常见的位置控制模块 、 温度控制 模块、PID控制模块、模糊控制模块等等。 模块、 控制模块、模糊控制模块等等。 控制模块
3.编程语言 3.编程语言 编程语言是可编程控制器厂家为用户设计的用 于实现各种控制功能的编程工具， 它有多种形式， 于实现各种控制功能的编程工具 ， 它有多种形式 ， 常见的是梯形图编程语言及语句表编程语言， 常见的是梯形图编程语言及语句表编程语言 ， 另还 有逻辑图编程语言、布耳代数编程语言等。 有逻辑图编程语言、布耳代数编程语言等。 4.扫描时间 4.扫描时间 扫描时间是指执行1000条指令所需要的时间。 条指令所需要的时间。 扫描时间是指执行 条指令所需要的时间 一般为10ms左右，小型机可能大于 左右， 一般为 左右 小型机可能大于40ms。 。 5.内部寄存器的种类和数量 5.内部寄存器的种类和数量 内部寄存器的种类和数量是衡量PLC硬件功能的 硬件功能的 内部寄存器的种类和数量是衡量 一个指标。它主要用于存放变量的状态、中间结果、 一个指标。 它主要用于存放变量的状态、 中间结果、 数据等，还提供大量的辅助寄存器如定时器/计数器 计数器、 数据等，还提供大量的辅助寄存器如定时器 计数器、 移位寄存器、状态寄存器等，以便用户编程使用。 移位寄存器、状态寄存器等，以便用户编程使用。
电气控制与PLC控制基础理论-第四章
编程元件的使用主要体现在程序中，一般可认为编程元件和继电接触器元件类似，具有线圈和常开/常闭触点。 由于编程元件实质为存储单元，取用它们的常开/常闭触点实质上是读取存储单元的状态，所以可以认为一个 编程元件具有无数个常开/常闭触点。 编程元件作为计算机的存储单元，在存储器中只占一位，其状态只有置1和置0两种情况，称为位元件。PLC 的位元件还可以组合使用。
顺序功能图（SFC）
顺序功能图利用状态流程框图来表达一个顺序控制 过程，是一种较新的图形化的编程方法。它将顺序流 程动作的过程分成步和转换条件，根据转换条件对控 制系统的功能流程顺序进行分配，一步步地按照顺序 动作。
图4-8所示为简单顺序功能图的示意图。
图4-8 顺序功能图示意图
功能块图（FBD）
功能块图编程语言实际上是用逻辑功能符号组成的功能块来表达命 令的图形语言，它与数字逻辑电路类似，极易表现条件与结果之间的 逻辑功能。图4-9所示为先“或”后“与”再输出操作的功能块图。
结构文本（ST）
随着PLC的飞速发展，如果许多高级功能仍然用梯形图来表示，会 很不方便。为了增强PLC的数字运算、数据处理、图表显示、报表打 印等功能，方便用户使用，许多大中型PLC都配备了PASCAL， BASIC，C等高级编程语言，这种编程方式称为结构文本。
FX系列PLC又分为FX2，FX0，FX2C，FX0N，FX0S，FX2N，FX2NC，FX1S，FX1N，FX1NC，FX3U等 几个小系列。本书以FX2N系列PLC为例进行介绍（参见图4-5）。
图4-5 FX2N系列PLC
FX2N系列PLC的命名
第4章 S7-200系列PLC系统配置《电气控制与PLC应用技术》习题参考答案
4-1 S7-200 PLC的硬件系统主要有哪些部分组成？答：S7-200 PLC的硬件系统有主机单元、扩展单元、特殊功能模块、相关设备（编程设备、人机操作界面和网络设备等）组成。
4-2 S7-200 PLC的存储系统提供了哪几种方式来保存数据？答：S7-200系列PLC提供了3种方式来保存用户程序、程序数据和组态数据，分别是：保持型数据存储器、永久存储器、存储卡。
4-3 常用的S7-200 的扩展模块有哪些？各适用于什么场合？答：S7-200 PLC的数字量扩展模块有：EM221，输入扩展模块；EM222，输出扩展模块；EM223，输入/输出混合扩展模块。
模拟量扩展模块有：（1）EM231，共有6种产品：4路（8路）AI、2路（4路）热电阻输入和4路（8路）热电偶输入。
前者是普通的模拟量模块，可以用来连接标准的电流和电压信号；后两种是专门为特定的物理量输入到PLC而设计的模块。
热电阻和热电偶可以直接连接到模块上而不需要使用变送器对其进行标准电流或电压信号的转换，模块上具有热电阻和热电偶型号选择开关，热电偶模块还具有冷端补偿功能。
（2）EM232，输出扩展模块。
（3）EM235，输入/输出扩展模块。
4-4 一个控制系统需要12点数字量输入、30点数字量输出、7点模拟量输入和2点模拟量输出。
试问：（1）选用哪种主机最合适？（2）如何选择扩展模块？（3）请画出主机和各模块连接图。
（4）主机和各模块的地址如何分配？答：（1）选择S7-200 PLC的CPU226为主机，它可以扩展7个模块，自带输入/输出点为40点（DI24/DO16）。
（2）数字量扩展模块选择2个8点的EM222；模拟量扩展模块选择2个EM235（AI4/AO1）。
此时，系统中的数字量输入点为24>12，数字量输出点为32>30，模拟量输入通道为8>7，模拟量输出通道为2=2，点数可以满足系统控制的要求。
（3）（4）CPU226的编址：I0.0~I0.7，I1.0~I1.3；Q0.0~Q0.7，Q1.0~Q1.7；模块1 EM222的编址：Q2.0~Q2.7；模块2 EM222的编址：Q3.0~Q3.5；模块3 EM235的编址：AIW0，AIW2，AIW4，AIW6；AQW0；模块4 EM235的编址：AIW8，AIW10，AIW12；AQW2。
了解PLC的输入输出模块
了解PLC的输入输出模块PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器），是一种用于工业自动化控制系统的数字计算机。
PLC的输入输出模块是其核心组成部分，负责接收外部信号并输出控制信号，实现系统的自动化运行。
本文将介绍PLC的输入输出模块的种类、功能以及其在工业控制领域的应用。
一、PLC的输入输出模块的种类PLC的输入输出模块主要分为数字输入模块（DI）和数字输出模块（DO）两大类。
数字输入模块用于接收外部信号，例如传感器的信号、开关信号等；数字输出模块用于向外部设备输出控制信号，例如驱动电机、开关继电器等。
二、PLC的输入输出模块的功能1. 数字输入模块的功能数字输入模块主要用于接收外部信号，并将其转换成二进制信号，以便PLC的处理器进行处理。
它具有以下功能：（1）信号隔离：数字输入模块可以将外部信号和PLC内部的电路隔离开，保护PLC的安全；（2）信号采样：数字输入模块具有高速采样的能力，能够及时准确地接收外部信号；（3）信号滤波：数字输入模块可以对输入信号进行滤波处理，去除噪声和干扰信号，提高信号的稳定性和可靠性。
2. 数字输出模块的功能数字输出模块主要用于向外部设备输出控制信号，以实现对外部设备的控制。
它具有以下功能：（1）信号放大：数字输出模块可以将PLC的输出信号放大到足够的电压和电流，以满足外部设备的控制要求；（2）信号隔离：数字输出模块可以将PLC的输出信号和外部设备隔离开，保护PLC的安全；（3）信号保持：数字输出模块可以将PLC的输出信号保持在一个稳定的状态，以保证外部设备的正确工作。
三、PLC输入输出模块的应用PLC的输入输出模块在工业控制领域有着广泛的应用。
以下是几个常见的应用场景：1. 自动化生产线控制在自动化生产线上，PLC的输入输出模块可以接收来自传感器的信号，检测物料的位置、温度、压力等参数，并根据预定的控制逻辑，输出控制信号，控制电机、阀门等设备的运行，实现自动化生产过程的控制。
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测量范围窄 低输出
温度变送器
接受热电偶或RTD 的输入，输出电 流与温度成正比
线性输出 可远程测量
只接受热电偶或RTD 的输入
光学高温计
将红外光聚集在IC 温度传感器的探 头，输出电流与 温度成正比
线性输出 可在高温使用 非接触测量
价格昂贵
名称
操作原理
优点 光学变换器
缺点
光敏传感器
电阻与电磁辐射 （EMR）的密度 相反 将EMR转化为电流， 电流与EMR密度 成正比 将EMR转化为电流并 注入基极，该设 备与典型晶体管 有同样的响应
响应慢 流体流动受阻 流体必须具有热传导 性
超声式
声能以一定频率自下而 上传到流体，返回 的频率与流速成正 比
非常昂贵 无移动部件， 可通过管壁检测， 流体不受阻
磁场式
流体通过磁场产生与流 无移动部件，相对 流体必须具有导电性 量成正比的电压 便宜，流体不受 阻
液位传感器 浮动式 液位上升，浮子也上升， 价格便宜 使磁力或机械开关动 作
20
至执行机构 活塞 上端 下端
线圈
框架 电气接线端 弹簧 (b) 电磁阀执行机构剖面图
电磁阀的另一种用途是方向控制，图4.10给出了其中的 一种。这种电磁阀既可以检测液体也可以检测气体。它使用 了两个电磁阀，当一个电磁阀动作时，阀打开，流体往一个 方向流动。两个电磁阀关闭时，活塞就停在中间位置，无流 体通过。当汽缸运动到中间或两端时，必须有一个通道让活 塞后面的液体排出。
回射式传感
ERM光束直接从发 发射器和接收器 感知范围限制在30 射器到反射器， 必须放在相同 英尺，需要远距 再回到接收器， 单元里 离反射器 光束受阻时目标 被检测 ERM光束射向作为 发射器和接收器 感知范围限制在10 反射器的被感知 必须放在相同 英尺，被感知物 物体，光束反射 单元里，无须 体必须具有反射 回接收器后物体 反射器 性 被检测
R1
(d)
R4
(c)
电输入变换器和传感器根据它所感应的物理变量来分类，4种主要类型是： 热、光、磁和机械电子式。图4.8是对本章讨论的变换器和传感器操作特性的 简单总结。
名称
电热调整器
操作原理
电阻与温度按反方 向变化
优点
热变换器 名义电阻大 电阻变化范围大 价格便宜 测量速度快 电阻线性变化 稳定性好 精度高 输出近似线性 温度范围广 可在高温使用 自供电
定子 转子 两个MS 型连接器
位置反馈 设备转子
外壳
轴承
位置反馈 设备定子
前面曾介绍过具有开关状态的液体阀。除此之外，有许 多种称为伺服阀的液体阀，这些阀的开度是连续的，而不仅 是开或关两种状态。伺服液体阀是PLC控制的许多其他类型 的模拟输出设备的一个例子。所有的模拟设备都需要位置指 示器（如编码器），用来将输出位置作为模拟信号反馈到 PLC输入模块，以显示输出状态。
根据执行器的位置 使触点保持和断 开 轴运转时电刷与终 端之间的电阻 （或电压）发生 变化
通常不需要外部 必须与被检测目标 接触 电源，形式多 样 耐用 需要外部电源 需要某种啮合和连 接 需要外部电源 测量系数低 需要外部电源
电位计
金属丝应力 压缩和拉伸时应力 计 改变 半导体应力 压缩和拉伸时应力 计 改变
M
I. NC
N
M O Q S
N P R T
K. Stacked SPDT
输入开关设备一些大写字母的意思
字母组合 NO 含义 常开（非激励状 态下） 常闭（非激励状 态下） 单刀单掷 字母组合 SPDT 含义 单刀双 掷 双刀单 掷 双刀双 掷
5
NC
DPST
SPST
DPDT
另一种PLC输入开关设备是限位开关。当限 位开关的机械激励器被一些部件、凸轮或其他 设备碰撞移位后，电气触点将从NO转为NC或从 NC转为NO。 重载限制
电阻变化范围大
响应慢 需要电源 对温度敏感 低输出 需要外部电源
光电传感器
自供能源 测量速度快
光敏三极管
敏感性好 高输出 测量速度快
需要外部电源
名称
操作原理
优点 光学传感方式
缺点
对置式传感
ERM光束直接从发 感知范围长 射器到接收器， 光束受阻时目标 被检测
发射器到接收器必 须精确调整且二 者要分离
扩散式传感
名称
操作原理
优点 磁场变换器
缺点
感应式
磁场和线圈的相对 运动在线圈中产 生电压 靠近低磁阻物体改 变其附近磁场， 在线圈中产生电 压
不需要电源
只检测运动
磁阻式
不需要电源
只检测运动
霍耳效应式 产生与磁场强度成 正比的电压
感知静态磁场 价格低廉
需要外部电源
名称
操作原理
优点
机电变换器
缺点
限位开关
碳式电位计 可达100mΩ 低增益和低电能 连续性好 可以是非线性 低成本 需要时效处理 有烧灼斑点
线绕式电位计 有限值,可达1kΩ 高增益和高电能 按小步长输出 线性 成本高 无需时效处理 可能没有烧灼斑点
可变线性微分变换器（LVDT）如图4.5所示。随着磁线 圈的线性移动，LVDT的AC输出跟着变化，同时其输出电压 Vout也会变化。LVDT输出电压的变化用于指示某个经过适 当连接的设备的位置，从而能使经过精心设计的PLC输入模 块能用于给PLC处理器输入位置信息。
金属A 高温 金属B 连接口（将线 扭曲、一般焊 接或对焊） (a) 金属A 低温 金属B 铜线 低温 高温 金属A
金属B
灵敏电压计 VM 低温
(b)
高温
VM
高温
A
可变低温 R3
B R2 环境温度上升 时R3电阻减少
VM
第4章 与PLC输入输出模块连接的设备 目 标：
讨论基本的开/关输入设备。 描述不同形式的输入设备的操作过程，如按钮、开关、选 择开关和限位开关。 了解电位计、线性微分转换器（LTVT）、热电偶和各种其 他的变换器与传感器。 描述电机及其启动器的PLC输出控制。 了解输出设备，如继电器、电磁阀、气压和液压缸等。 描述步进电机和伺服电机的操作过程。
缺点
非线性 温度测量范围窄 需要电源 自发热 价格昂贵 电阻变化范围小 需要电源 低输出 敏感性差 需要参考电压
电阻式温度检 电阻与温度同方向 测器 变化 热电偶 电压或电流与温度 成正比
名称
操作原理
优点 温度传感器
缺点
IC温度传感 器
电压或电流与绝对 温度在数字上等 效
线性输出 体积小 价格便宜 测量速度快
耐用
测量系数高
流体传感器 涡轮式 流体经过涡轮使叶轮旋 相对便宜 转，转动情况通过 磁力传感器检测 流体流经旋涡脱落处， 产生向下的旋涡， 合成的振动被压电 传感器检测到 探头加热到常温，传感 器测量冷却速度， 它与流速成正比 移动部少 精度高 流体流动受阻
涡流式
价格高 流体流动受阻
传热式
无移动部件， 相对便宜
25
电机 固定杯A 线圈A 线圈B 固定杯B 输出轴 (a)
(b)
图4.15 步进电机［(a)两种不同型号步进电机及其控制器， 大电机的直径大约为4.2 in，小电机的直径大约为2.3 in； (b)永磁步进电机剖面图（Parker Compumotor分部授权）］
伺服电机如图4.16所示。伺服电机不是按步旋转的，而 是连续运动的，其工作方式类似于步进电机。也可以使用特 殊的PLC输出模块来控制伺服电机。
称为接触器。
24
4.5
模拟输出设备
有许多类型的电气设备可由PLC通过其输出模块进行控制。 这一节介绍两种模拟输出设备，即步进电机（见图4.15）和 伺服电机（见图4.16）。步进电机的转动位置受其输入控制。 每当步进电机接收到一个输入脉冲时，步进电机就转动一定 的角度。每个脉冲/步进的角度（例如，2.5°、1°等）取 决于步进电机的型号。有一种微步进电机，各步之间还有中 间位置，这取决于相邻电极之间的信号相对强度。步进电机 的旋转运动通过不同的机械传动机构转换为直线运动，从而 实现定位功能。
（a）比例调节阀
（b）编码器
二次绕线1 输入电压 一次绕线 二次绕线2 可移动磁芯 一次绕线 绕线电压1 绕线电压2 (a)
Vin
1 2
Vout
ห้องสมุดไป่ตู้移动
(b)
Vin
Vin
Vin
Vout
Vout
大移位
Vout
大移位
(c)
(d)
小移位
小移位 (e)
常常需要用热电偶来为PLC提供控制过程的温 度输入信号。热电偶的基本形式见图4.6。热电 偶的输出电压信号Vm需要经过转换处理后再传给 PLC输入模块。标准热电偶的特性如图4.7所示。
绝缘体 碳材料
转轴（控制弧 刷臂的位置） 外观图
滑动 触点 内部构造 碳材料
8
电位计同PLC的电气连接如图4.4(b)所示。如果PLC的 输入电压与电位计电压的输出值及其变化不匹配，在电 位计输出和PLC输入模块之间就要加电压转换器或放大器。 图4.4(c)给出了碳式和绕线式电位计的特征比较。
电位 计 至输入 模块或 电压转 换器
侧边滚 轮限位 开关 滑轮杆限 位开关 开关
抖动激励 杆触发限 位开关
其他通用的PLC输入的开关设备
其他通用的PLC输入的开关设备，其操作过 程可以在参考书中找到，这些设备是：
压力开关
液位开关
位置开关
光电系统
霍尔设备
磁敏开关
感应开关
7
4.3
模拟输入设备
模拟输入设备能产生连续变化的输入电信号，并送到 PLC的适当的输入模块。与这些模拟输入设备相对应的PLC输 入模块也必须有处理模拟量信号的能力。 下图所示的是碳式电位计。通过轴的旋转，可以让滑动 触点沿碳素体移动。滑动触点移动时，连接到末端的电阻发 生变化。对于绕线式电位计，碳素体被线圈绕组取代。