PLC硬件结构与工作原理

2.2 PLC的工作原理
2.2.1 用触点和线圈实现逻辑运算 2.2.2 PLC的工作模式
1、工作模式：
CPU前面板上用两个发光 二极管显示当前工作方式， 绿色指示灯亮，表示为运行 状态，红色指示灯亮，表示 为停止状态。 即：PLC有两种工作模式， RUN（运行） STOPபைடு நூலகம்停止） 图中：SF指示灯亮时表示 系统故障，PLC停止工作。
2.1.1 PLC的物理结构
1.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、价格低的特点。 整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单 元组成。基本单元内有 CPU、I/O 接口、与 I/O 扩展单元相连的扩 展口，以及与编程器或 EPROM 写入器相连的接口等。扩展单元 内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用 扁平电缆连接。整体式 PLC 一般还可配备特殊功能单元，如模拟 量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。 小型PLC一般采用这种整体式结构。(如S7-200)
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。
2.1 PLC的硬件结构
2.3 S7-200系列PLC
2.3.1 CPU模块
S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，其 中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有 CPU221，CPU222，CPU224（XP）和CPU226四种基本型号。最 大可以扩展到248DI/DO或35路模拟量，最大程序或数据存储空间大 于30KB。
定时器和计 数器当前值
存储器卡
RAM
2.1 PLC的硬件结构
2.1.2 CPU模块中的存储器
存储容量
2
4
6
存储器及使用 上装和下装用户程序 定义存储器保持范围 用程序永久保存数据 存储器卡的使用
2.1 PLC的硬件结构
2.1.2 CPU模块中的存储器
存储安全: 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。 2）用户可以用程序将存储在RAM中数据备份到EEPROM存储器。
2.1 PLC的硬件结构
2.1.3 I/O模块
2. 输出模块 通常情况下,S7-200PLC的负载包括：接触器、中间继电器、信 号指示灯、可控硅等。开关量输出模块的负载，有的需要通过 直流信号来控制，有的需要通过交流来驱动，在使用时应根据 负载的性质来合理选择输出模块。
S7-200PLC开关量输出模块或电路按输出方式可分为晶体管输
自由口协议:1.2~115.2 kbit/s . 总线最长1200m,最大站点数:32,通过中继扩展最大站点 126,其中主站数最多:32个。
2.3 S7-200系列PLC
2.3.1 CPU模块
2.3 S7-200系列PLC
2.3.1 CPU模块
2.3 S7-200系列PLC
2.3.1 CPU模块（ CPU 224 ）
大、中型PLC一般采用模块式结构。(S7-300/400)
模块式PLC—S7-300
模块式PLC—S7-400
模块式PLC—S7-400
2.1 PLC的硬件结构
2.1.2 CPU模块中的存储器
个人计算机
CPU
用户程序
CPU 组态
系统 用户程序
CPU 组态 V 存储器 M 存储器 EPROM
V 存储器 M 存储器
第 2章
PLC硬件结构与工作原理
2.1 PLC的硬件结构
PLC的物理结构、CPU模块的存储器、I/O模块
2.2 PLC的工作原理
逻辑运算、工作模式、工作原理
2.3 S7-200系列PLC
简介、CPU模块、扩展模块（数字量、模拟量）
2.4 PLC的安装
模块的安装、地址分配、外部接线、电源的选择
2.1 PLC的硬件结构
2.1.3 I/O模块
输入／输出模块是PLC与外部设备相互联系的窗口。 输入模块接收现场设备向PLC提供的信号。I／O模块 有开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量I/O模 块。
2.1 PLC的硬件结构
2.1.3 I/O模块
1、输入模块：
按照输入端电源类型的不同，开关量输入单元可分为直流输入单元 和交流输入单元。 直流输入电路
输出项目 DC24V输出（不包括 CPU 224XP） DC24V DC20.4—28.8V DC24V输出 （CPU 224XP）
DC24VDC5-28.8V （0.0—Q0.4） DC20.4-28.8V （ Q0.5—Q1.1）
继电器型输出
输出电压额定值 输出电压范围 浪涌电流
DC24V或AC220V DC5—30V， AC5—250V
2.1 PLC的硬件结构
2.1.3 I/O模块（输出模块）
双向晶闸管输出形式：
主要适用于交流负载的驱动
当内部电路的状态为1时，发光二极管导通发光，相当于双向晶闸管施加了 触发信号，无论外接电源极性如何，双向晶闸管T均导通，负载得电，同时输 出指示灯LED点亮，表示该输出点接通；当对应T的内部继电器的状态为0时， 双向晶闸管施加了触发信号，双向晶闸管关断，此时LED不亮，负载失电。
2.3 S7-200系列PLC
2.3.2 数字量扩展模块
交流开关量输入电路输入信号处理电路原理图
2.3 S7-200系列PLC
2.3.2 数字量扩展模块 晶体管型开关量输出模块电路原理图
2.3 S7-200系列PLC
2.3.2 数字量扩展模块
继电器开关量输出模块驱动电路原理图
2.3 S7-200系列PLC
在用户程序中插入STOP指令，可以使CPU从RUN模式进入到 STOP模式
2.2 PLC的工作原理
2.2.3 PLC的工作原理
2.2 PLC的工作原理
2.2.3 PLC的工作原理
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 扫描周期主要可分为： （1）读输入阶段 每次扫描周期的开始，先读取输入点的当前值，然后写 到输入映像寄存器区域。 （2）执行程序阶段。 用户程序执行阶段，PLC按照梯形图的顺序，自左 而右，自上而下的逐行扫描， （3）处理通信请求阶段 （4）执行CPU自诊断测试阶段。 （5）写输出阶段 在RUN模式下，顺序执行五个阶段；在STOP模式下，执行（1）、（3） 、（4）、（5）四个阶段。
出型、继电器输出型、可控硅输出型三种。
2.1 PLC的硬件结构
2.1.3 I/O模块（输出模块）
继电器输出形式：
K 内 部 LED 电 路 R COM 负载
当内部电路的状态为1时，使继电器K的线圈通电，产生电磁吸力，触点闭 合，则负载得电，同时点亮LED，表示该路输出点有输出。当内部电路的状态 为0时，使继电器K的线圈无电流，触点断开，则负载断电，同时LED熄灭， 表示该路输出点无输出。
★ 整个过程包括内部处理、通信服 务、输入处理、程序执行、输出处 理五个阶段 ★ 整个过程扫描执行一遍所需的时 间称为扫描周期 ★ 扫描周期与 CPU 运行速度、 PLC 硬件配置及用户程序长短有关。 ★ 典型值为1～100ms
2.2 PLC的工作原理
2.2.3 PLC的工作原理（工作过程举例）
2.1 PLC的硬件结构
2.1.3 I/O模块
交流输入电路
输入电压有11OVAC和220VAC两种。 适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。
2.1 PLC的硬件结构
2.1.3 I/O模块
输入接口电路提高抗干扰能力的方法主要有 （1）利用光电耦合器提高抗干扰能力。 （2）利用滤波电路提高抗干扰能力。
2.2 PLC的工作原理
2.2.2 PLC的工作模式
2、用模拟开关改变工作模式
STOP：停止用户程序的执行； RUN： 启动用户程序的执行。 模拟开关在STOP或TERM（终端）位置时，上电后CPU自动进 入STOP模式； 模拟开关在RUN位置时，上电后CPU自动进入RUN模式；
3、用STEP7-Micro/WIN32编程软件改变工作模式 4、在程序中改变工作模式
整体式结构---S7-200
2.1 PLC的硬件结构
2.1.1 PLC的物理结构
2.模块式PLC :
将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU 模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种 功能模块。 模块式由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或 基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据 需要选配不同模块组成一个系统，而且装配方便，便于扩展 和维修。
从继电器线圈得电（或断电）到输出触点ON（或OFF）的响应时间为10ms左右，常用于开关频率不高 、响应时间要求不高的交、直流负载的控制。
2.1 PLC的硬件结构
2.1.3 I/O模块（输出模块）
大功率晶体管或场效应管输出形式：
+5v 内 部 电 路 T1 负载 R2 LED R3 R1 FU COM VT VD
最大8A/100ms
5A/4s， 占空比0.1
逻辑1输出电压 逻辑0输出电压
逻辑1最大输出电流 逻辑0最大漏电流 灯负载
DC20V DC0.1V，10K负载
0.75A（电阻负载） 10A 5W
L+减0.4V DC0.1V，10K负载