PLC的硬件基礎(chǔ)知識

1、第1章 PLC的硬件詳細介紹目前市場上主要有德國西門子(SIEMENS);日本三菱(MITSUBISHI)、歐姆龍（OMRON）、富士電機（FUJI）、松下電工；法國施耐德（SCHNEIDER、MODICON）,韓國三星（SAMSUNG）、ABB、GE、日立等公司生產(chǎn)的PLC，雖然廠商不一樣，但其PLC的原理基本一致。1.1 PLC硬件結(jié)構(gòu)和電路PLC主要由中央處理器（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、輸入輸出單元（I/O）、電源、I/O擴展接口、外設(shè)接口以及外圍編程設(shè)備等幾大部分組成。其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1.1所示。外部設(shè)備輸出設(shè)備微處理器（CPU）運算器控制器輸出部件輸入部件系統(tǒng)存儲器用戶存

2、儲器II/O擴展接口通訊及編程接口 編程設(shè)備 計算機 打印機等 傳感器按鈕、開關(guān) 現(xiàn)場信號 電磁閥中間繼電器 執(zhí)行器輸入設(shè)備擴展設(shè)備 擴展單元 通訊模塊 功能模塊 電源變換器110V/220V市電PLC基本單元圖1.1.1 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖1.1.1 中央處理器（CPU）中央處理單元（CPU）一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲器、輸入輸出接口電路連接。CPU常用的微處理器通常有通用型微處理器（Intel公司的8086、80186、奔騰等系列芯片）、單片機（Intel公司的MCS-96系列單片機等）和位片式微處理器（AMD2

3、900系列微處理器）等三類。小型PLC多采用單片機或?qū)Ｓ肅PU，中型PLC大多采用16/32位微處理器或單片機，大型和超大型PLC大多采用高速位片式處理器，具有高速處理能力。CPU的主要功能： 1) 從存儲器中讀取指令 2) 執(zhí)行指令 3) 順序取指令 4) 處理中斷、數(shù)據(jù)傳送、邏輯運算、算術(shù)運算等1.1.2 存儲器（RAM、ROM）PLC的存儲器（內(nèi)部存儲器）包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器用來存放由PLC廠家編寫的系統(tǒng)程序（機械源代碼、BIOS程序等），系統(tǒng)存儲器一般是ROM存儲器，用戶一般不能更改。用戶存儲器包括用戶程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)兩部分，用戶存儲器一般是ROM、EPROM或

4、EEPROM存儲器。用戶程序存儲區(qū)用來存放用戶用編程軟件編寫的程序，用戶根據(jù)具體的情況可以更改；數(shù)據(jù)存儲區(qū)用來存放用戶程序中所使用器件的ON/OFF狀態(tài)、數(shù)值和數(shù)據(jù)等中間運算結(jié)果。PLC的存儲器由隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、可擦寫存儲器EEPROM3大部分構(gòu)成。ROM用于存放系統(tǒng)程序，用戶不可以改變，其數(shù)據(jù)斷電后不會消失，PLC在生產(chǎn)過程中就已經(jīng)將程序固化在其程序中。RAM用于存儲用戶程序和中間運算數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)斷電后消失，在關(guān)斷PLC的外部電源后，可以用鋰電池保存RAM中的用戶程序和某些數(shù)據(jù)（目前已經(jīng)采用更先進的技術(shù)保存其數(shù)據(jù)）。EEPROM皆有ROM的非易失性和RAM的隨機存取的優(yōu)點

5、，用于存放需要長期保存的重要數(shù)據(jù)。其主要功能：1) 存放模塊化應(yīng)用功能子程序；2) 存放命令解釋程序；3) 存放功能子程序的調(diào)用管理程序；4) 存放存儲系統(tǒng)參數(shù)。1.1.3 輸入輸出單元（I/O）I/O單元實際上是I/O電路，PLC的CPU 模塊I/O單元和擴展模塊的I/O 單元，一般小型PLC（西門子S7-200、三菱F2N系列PLC）的CPU模塊I/O口大多數(shù)只有開關(guān)量I/O口；擴展模塊的I/O單元有開關(guān)量、模擬量、熱電偶等。PLC內(nèi)部輸入電路將PLC外部電路(開關(guān)量信號從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等輸入.模擬量信號由電位器、熱電偶、測速電機和各

6、種變送器等輸入),通過光耦合電路送至PLC內(nèi)部電路。輸入單元的作用是接收和采集輸入信號，輸出單元的作用是控制輸出設(shè)備，執(zhí)行裝置。1. 輸入接口電路為了防止由于觸點抖動或干擾脈沖引起錯誤的輸入信號，因此輸入接口電路必須有很強的抗干擾能力。其抗干擾的方法有：利用光耦合器提高抗干擾能力和利用濾波電路提高抗干擾能力。輸入接口電路圖1.1.2所示.圖1.1.2 直流高電平有效輸入接口電路根據(jù)輸入電路的電壓類型和電路形式的不同，可以分為干結(jié)式、直流輸入式和交流輸入式;按電平的有效形式可分為高電平有效型和低電平有效型，上圖是直流輸入式高電平有效型接口電路。一般直流數(shù)字量輸入端口電壓定額一般接DC24V(PL

7、C西門子S7-200、三菱F2N系列PLC,但三菱F2N系列PLC由于輸入接口電路已經(jīng)帶有24VDC電源，因此不再接入電源)。2. 輸出接口電路根據(jù)PLC的輸出電路結(jié)構(gòu)的不同可將輸出接口電路分為：小型繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型3種。PLC小型PLC繼電器輸出電路型允許負載一般是AC250V/DC50V以下，負載電流可達2A，容量可達80100VA（電壓×電流），因此，PLC的輸出一般不宜直接驅(qū)動大電流負載（一般通過一個小負載來驅(qū)動大負載，如PLC的輸出可以接一個電流比較小的中間繼電器，再由中間繼電器觸點驅(qū)動大負載，如接觸器線圈等）。  PLC繼電器輸

8、出電路的繼電器觸點的使用壽命也有限制（一般數(shù)十萬次左右，根據(jù)負載而定，如連接感性負載時的壽命要小于阻性負載）。此外，繼電器輸出的響應(yīng)時間也比較慢（10ms）左右，因此，在要求快速響應(yīng)的場合不適合使用此種類型的電路輸出。繼電器輸出型電路見下圖1.1.3所示。圖1.1.3 小型繼電器輸出型電路晶體管輸出型電路相比于繼電器輸出響應(yīng)快（一般在0.2ms以下），適用于要求快速響應(yīng)的場合；由于晶體管是無機械觸點，因此比繼電器型輸出電路的壽命長。 晶體管輸出型電路的電源只能是直接電源，這是其應(yīng)用局限的一方面。另外，晶體管輸出驅(qū)動能力要小于繼電器輸出，允許負載電壓一般為DC5V30V，允許負載電流為

9、0.2A0.5A。晶體管輸出型電路的主要有兩種：NPN和PNP型集電極開路輸出。PLC晶體管型輸出電路見下圖1.1.4所示。圖1.1.4 晶體管輸出形式電路 雙向晶閘管輸出型的驅(qū)動能力要比繼電器輸出型的要小，允許負載電壓一般為AC85242V；單點輸出電流為0.2A0.5A，當(dāng)多點共用公共端時，每點的輸出電流應(yīng)減?。ㄈ鐔吸c驅(qū)動能力為0.3A的雙向晶閘管輸出，在4點共用公共端時，最大允許輸出為0.8A/4點）。晶閘管輸出型電路見圖1.1.5所示。圖1.1.5 晶閘管輸出型電路注意： 為了保護晶閘管，通常在PLC內(nèi)部電路晶閘管的兩端并接RC阻容吸收元件（一般為0.015uF/2

10、2左右）和壓敏電阻，因此在晶閘管關(guān)斷時，PLC的輸出仍然有12mA的開路漏電流，這就可能導(dǎo)致一些小型繼電器在PLC輸出OFF時無法關(guān)斷的情況。 I/O擴展接口當(dāng)PLC的CPU基本I/O單元的輸入/輸出點數(shù)不夠使用和不能滿足使用條件時，用I/O擴展接口接連接擴展模塊，以滿足輸入/輸出點數(shù)和使用條件。 電源 電源單元是由電源電路構(gòu)成，電源單元的作用是把外部電源（220V的交流電源）轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。PLC使用220V交流電源或24V直流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供DC5V、±12V和±24V等直流電源，使PLC能正常工作。PLC通常還可以為外部電路和電子傳感器提

11、供24V的直流電壓，但使用時要注意其自帶電源的容量。 其他部件和外設(shè)接口通信接口用于與PC機等通信設(shè)備相連。外設(shè)接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能通過外設(shè)接口組成PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。PLC通過PC/PPI電纜或使用MPI卡通過RS-485接口與計算機連接，可以實現(xiàn)編程、監(jiān)控、連網(wǎng)等功能。1.2 PLC的工作原理PLC在本質(zhì)上是一臺微型計算機，其工作原理與普通計算機類似，具有許多相似特點，但其工作方式卻與微機有較大的不同，具有一定的特殊性。PLC的工作方式是周期循環(huán)掃描，其工作過程是：輸入處理階段（輸入采樣） 程序執(zhí)行階段（程序掃描） 輸出處理階段（輸出刷新）。其程序執(zhí)行

12、原理如圖1.2.1所示圖1.2.1 其程序執(zhí)行原理PLC執(zhí)行完上圖中所示的所有過程，稱為一個掃描周期，PLC完成一個周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進行。其工作的流程圖見圖1.2.2所示，其掃描過程圖見圖1.2.3所示。 圖1.2.2 PLC工作的流程圖圖1.2.3 掃描工作過程圖1.3 實際使用時PLC的選型原則和注意事項在實際運用中應(yīng)根據(jù)受控對象的性能、特點和控制系統(tǒng)的要求，選擇質(zhì)量、性價比較高品牌，能滿足系統(tǒng)性能要求的PLC 。其選用PLC時主要考慮一下幾點：1.輸入點數(shù)、輸出點數(shù)，輸入量的形式，輸出驅(qū)動負載的特點。輸入量有數(shù)字量和模擬量兩種，一般小型PLC（西門子S7-200

13、、三菱F2N系列PLC）的CPU模塊I/O口大多數(shù)只有開關(guān)量I/O口；擴展模塊的I/O單元有開關(guān)量、模擬量、熱電偶等。當(dāng)PLC的CPU模塊的I/O口點數(shù)不夠或不能滿足性能要求時，需要增加擴展模塊來滿足系統(tǒng)的要求。PLC輸出有繼電器輸出型、晶體管輸出型、晶閘管輸出型三種。繼電器輸出型允許負載一般是AC250V/DC50V以下，負載電流可達2A。晶體管輸出型相比于繼電器輸出型響應(yīng)快（一般在0.2ms以下），適用于要求快速響應(yīng)的場合；比繼電器輸出型的壽命長，允許負載電壓一般為DC5V30V，允許負載電流為0.2A0.5A。 雙向晶閘管輸出型允許負載電壓一般為AC85242V；單點輸出電流為

14、0.2A0.5A，當(dāng)多點共用公共端時，每點的輸出電流應(yīng)減小（如單點驅(qū)動能力為0.3A的雙向晶閘管輸出，在4點共用公共端時，最大允許輸出為0.8A/4點）。2.存儲器容量的大小程序容量應(yīng)小于存儲器容量。存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量應(yīng)小于存儲器容量。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。   存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的1015倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字

15、數(shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。3.PLC的控制功能要滿足控制系統(tǒng)的要求PLC的運算功能、控制功能、指令系統(tǒng)、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性應(yīng)滿足系統(tǒng)的要求。 一般在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較?。┑?#160;場合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的。 對于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量 控制的工程項目中，一般其控制速度無須考慮，因此，選用帶轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換、加減運算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機就能滿足要求。而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項目中 （如要實現(xiàn)運算、閉環(huán)控制、通信

16、聯(lián)網(wǎng)等），可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來選用中檔或高檔機。其中高檔機主要用于大規(guī)模過程控制、全的分布式控制系 統(tǒng)以及整個工廠的自動化等。  4.PLC的CPU模塊自帶電源（DC5V、DC24V）的容量不能過載，PLC的CPU模塊能連接擴展模塊的數(shù)量，其能否滿足系統(tǒng)的要求。當(dāng)有擴展模塊時CPU模塊通過I/O總線為其提供DC5V電源，所有擴展模塊的5V電源消耗之和不能超過該CPU提供的電源額定，若不夠用不能外接5V電源。每個CPU模塊都有一個DC24V傳感器電源，它為本機輸入點、擴展模塊輸入點和擴展模塊繼電器線圈提供DC24V。如果電源要求超出了CPU模塊的電源定額，你可以

17、增加一個外部DC24V電源來提供給擴展模塊。 5.PLC的CPU模塊前面板上用兩個發(fā)光二級管顯示當(dāng)前工作狀態(tài)，PLC處于運行狀態(tài)時，綠色指示燈點亮；PLC處于停止?fàn)顟B(tài)時，紅色指示燈點亮；在標(biāo)有SF的指示燈點亮?xí)r表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障，PLC停止工作。當(dāng)PLC輸入端口指示燈點亮?xí)r，表示PLC輸入端有信號輸；當(dāng)PLC的CPU模塊和擴展模塊的電源指示燈點亮?xí)r，表示其工作電源已接通；當(dāng)PLC輸出端口指示燈點亮?xí)r，表示PLC輸出端有有輸出。 6.PLC檢查出異常時，CPU面板上的LED及異常繼電器會接通，在特殊結(jié)存器中會存入出錯代碼；當(dāng)PLC出現(xiàn)致命錯誤時，CPU被強制為STOP方式，所有的掃描便停止。7.清

18、楚的了解PLC的分類有助于合理的選擇PLC的型號。按控制規(guī)?？梢苑譃榇笮蜋C、中型機和小型機；按控制性能可以分為高檔機、中檔機和低檔機；按結(jié)構(gòu)可分為整體式、組合式和疊裝式。小型機: 小型機的控制點一般在256點之內(nèi),適合于單機控制或小型系統(tǒng)的控制。西門子小型機有S7-200：處理速度0.81.2ms ；存貯器2k ；數(shù)字量248點；模擬量35路 。中型機:中型機的控制點一般不大于2048點,可用于對設(shè)備進行直接控制，還可以對多個下一級的可編程序控制器進行監(jiān)控，它適合中型或大型控制系統(tǒng)的控制。西門子中型機有S7-300：處理速度0.81.2ms ；存貯器2k ；數(shù)字量1024點；模擬量128路 ；

19、網(wǎng)絡(luò)PROFIBUS；工業(yè)以太網(wǎng)；MPI。大型機：大型機的控制點一般大于2048點,不僅能完成較復(fù)雜的算術(shù)運算還能進行復(fù)雜的矩陣運算。它不僅可用于對設(shè)備進行直接控制，還可以對多個下一級的可編程序控制器進行監(jiān)控。西門子大型機有S7-400 ：處理速度0.3ms / 1k字；存貯器512k ；I/O點12672。低檔機：這類可編程序控制器，具有基本的控制功能和一般的運算能力。工作速度比較低，能帶的輸入和輸出模塊的數(shù)量比較少。比如，德國SIEMENS公司生產(chǎn)的S7-200就屬于這一類。中檔機：這類可編程序控制器，具有較強的控制功能和較強的運算能力。它不僅能完成一般的邏輯運算，也能完成比較復(fù)雜的三角函

20、數(shù)、指數(shù)和PID運算。工作速度比較快，能帶的輸入輸出模塊的數(shù)量也比較多，輸入和輸出模塊的種類也比較多。比如，德國SIEMENS公司生產(chǎn)的S7-300就屬于這一類。高檔機：這類可編程序控制器，具有強大的控制功能和強大的運算能力。它不僅能完成邏輯運算、三角函數(shù)運算、指數(shù)運算和PID運算，還能進行復(fù)雜的矩陣運算。工作速度很快，能帶的輸入輸出模塊的數(shù)量很多，輸入和輸出模塊的種類也很全面。這類可編程序控制器可以完成規(guī)模很大的控制任務(wù)。在聯(lián)網(wǎng)中一般做主站使用。比如，德國SIEMENS公司生產(chǎn)的S7-400就屬于這一類。整體式PLC：把電源、CPU、存儲器、I/O系統(tǒng)都集成在一個單元內(nèi)，該單元叫做作基本單元

21、。一個基本單元就是一臺完整的PLC?？刂泣c數(shù)不符合需要時，可再接擴展單元。整體式結(jié)構(gòu)的特點是非常緊湊、體積小、成本低、安裝方便。組合式PLC：把PLC系統(tǒng)的各個組成部分按功能分成若干個模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等等。其中各模塊功能比較單一，模塊的種類卻日趨豐富。比如，一些可編程序控制器，除了些基本的I/O模塊外，還有一些特殊功能模塊，像溫度檢測模塊、位置檢測模塊、PID控制模塊、通訊模塊等等。組合式結(jié)構(gòu)的PLC特點是CPU、輸入、輸出均為獨立的模塊。模塊尺寸統(tǒng)一、安裝整齊、I/O點選型自由、安裝調(diào)試、擴展、維修方便。疊裝式PLC：疊裝式結(jié)構(gòu)集整體式結(jié)構(gòu)的緊湊、體積小、安裝

22、方便和組合式結(jié)構(gòu)的I/O點搭配靈話、安裝整齊的優(yōu)點于一身。它也是由各個單元的組合構(gòu)成。其特點是CPU自成獨立的基本單元（由CPU和一定的I/O點組成），其它I/O模塊為擴展單元。在安裝時不用基板，僅用電纜進行單元間的聯(lián)接，各個單元可以一個個地疊裝。使系統(tǒng)達到配置靈活、體積小巧。 8.在實際選用PLC時，一定要注意PLC的市場狀況。目前PLC的適用范圍廣和發(fā)展速度快，PLC的生產(chǎn)廠家很可能在很短的時間內(nèi)研發(fā)出新的PLC取代原有的PLC。 9.三極管類型傳感器或編碼器與PLC連接時，要注意選擇輸入形式是PNP型還是NPN型，國內(nèi)PLC廠家多采用這樣的描述，而三菱則是稱之為源型輸入與漏型輸入。 10

23、.PLC的基本模塊或擴展模塊I/O的“.”，表示空端子。注意不能對空端子進行外部接線。 11.I/O電路的常見問題PLC的控制系統(tǒng)中的輸入設(shè)備,常見的有按鈕、行程開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、接近開關(guān)、霍爾開關(guān)、撥碼開關(guān)、各種傳感器等；輸出負載有繼電器、指示燈、電磁閥等。正確地連接輸入輸出電路,是保證PLC安全可靠工作的前提。1）用三極管等有源元件作為無觸點開關(guān)的輸出設(shè)備，與PLC輸入單元連接是，由于三極管自身有漏電流存在，或者電路不能保證三極管可靠截止而處于放大狀態(tài)，使得即使在戒截止時，乃會有一個小的漏電流流過，當(dāng)該電流的值大于1.3mA時，就可能引起PLC輸入電路發(fā)生誤動作。解決辦法：在PLC輸入端并聯(lián)

24、一個旁路電阻分流，使得流入PLC電流小于1.3mM。2）在使用PLC時，應(yīng)注意在輸出回路串聯(lián)熔斷器，避免負載電流過大，損壞PLC的輸出電路。3）由于晶體管、晶閘管型輸出端子漏電流和殘壓的存在，當(dāng)驅(qū)動不同類型的負載時，應(yīng)考慮電平匹配和誤動作等問題。輸出觸點接感性負載斷電時會產(chǎn)生很高的反向電動勢，對輸出電路產(chǎn)生沖擊；因此，對于大電感負載或頻繁管關(guān)斷的感性負載應(yīng)使用外部抑制電路，一般采用阻容吸收電路或二極管吸收電路（對直流電路，應(yīng)并接續(xù)流二極管，對交流電路，應(yīng)并接并接阻容電路）。阻容電路中電阻可取51120，電容可以取0.10.47F。電容的額定電壓應(yīng)大于電源的峰值電壓，續(xù)流二極管可以選1A的管子，

25、其額定電壓應(yīng)大于電源電壓的3倍其示意圖見圖1.3.1所示。（a）（b）圖1.3.1 輸入輸出口的保護(a)直流輸入輸出點的保護(b)交流輸入輸出點的保護R51120；C0.10.47F第二章 西門子PLC 的硬件詳細介紹西門子公司的PLC產(chǎn)品有SIMATIC S7和 LOGO!兩大系列。LOGO!邏輯模塊可以完美地適用于小型自動化工程，并可通過取代大量的時間開關(guān)和繼電器、計數(shù)器和保護繼電器使得自動化系統(tǒng)的建立變得簡單。S7系列是傳統(tǒng)意義的PLC產(chǎn)品,其包括S7-200、S7-200CN、S7-200 SMART、S7-1200、S7-300、S7-400。 S7200是小型低檔PLC（Micr

26、o PLC）,其設(shè)計更加小巧、指令執(zhí)行更加快速、功能性更加提高，新一代的S7200CN、S7-200 SMART PLC、S7-1200產(chǎn)品可以替代以前的產(chǎn)品。S7-300是模塊化中型中檔PLC系統(tǒng)，最多可以擴展32個模塊,能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng),與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.60.1s）的指令運算速度；用浮點數(shù)運算有效地實現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運算。S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序；

27、具備強大的通信功能，S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統(tǒng)；多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等。S7-400是大型高檔PLC，最多可以擴展300個模塊,能滿足性能要求高的應(yīng)用。S7-400 PLC采用模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計，可靠耐用，同時可以選用多種級別（功能逐步升級）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴大或升級時，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級和充

28、分滿足需要。S7-300/400可以組成MPI（多點接口）、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)以太網(wǎng)等。其特點有如下：可以用C、C+或CFC這類高級語言來對M7-300/400 PLC編程, 由S7-300 PLC、HMI（人機接口）操作面板、I/O、通信和過程監(jiān)控系統(tǒng)組成，面向用戶配置/編程、數(shù)據(jù)管理與通信集成在一起，具有很高的性價比SIMATIC_WinAC基于Windows NT/2000操作系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)的接口（ActiveX、OPC），提供軟件PLC或插槽PLC。既能獨立運行，也可連成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)集散自動化系統(tǒng)的復(fù)雜控制功能，應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋所有與自動檢測、自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域 。2.1 S

29、IMATIC S7-200CN小型PLC 的硬件詳細介紹 SIMATIC S7-200CN小型PLC的CPU模塊詳細介紹SIMATIC S7-200CN小型PLC的CPU模塊有CPU221、CPU222CN、CPU224CN、CPU224XP CN、CPU224XPsi CN、CPU226CN，分別有DC/DC/DC和AC/DC/Relay(繼電器)兩種。繼電器輸出的工作電源是AC85264V(4763Hz),輸出觸點能接5250VAC/530VDC負載；晶體管輸出型的工作電源是DC24V，輸出觸點只能接直流額定電壓24VDC負載。其訂貨號和主要規(guī)范見表2.1.1，其CPU模塊的主要性能參數(shù)見

30、表2.1.2，其CPU模塊的其他性能參數(shù)見表2.1.3。本系列PLC有6種基本型號的CPU，在設(shè)計上具有如下特點和功能：1）集成的24V負載電源。 2）不同的設(shè)備類型的數(shù)字量輸入/輸出點。3）模擬量輸入/輸出點。4)中斷輸入 。5）高速計數(shù)器。6)可方便地用數(shù)字量和模擬量等擴展模塊進行擴展。7)模擬電位器。8)脈沖輸出實時時鐘。9）EEPROM 存儲器模塊10）電池模塊。S7-200 CN系列PLC的CPU內(nèi)部集成的PPI 接口提供了強大的通信功能。 PPI 接口物理特性為RS485，可在三種方式下工作：1）PPI 方式 ：專為S7-200 CN 系列PLC 開發(fā)的一個通信協(xié)議。2）MPI 方

31、式：S7-200 CN可以通過內(nèi)置接口連接到MPI網(wǎng)絡(luò)上，波特率為19.2K/187.5Kbit/s。3)自由通信口方式 。表2.1.1 西門子S7-200CN小型PLC的CPU模塊的訂貨號詳細表和主要規(guī)范型號CPU221CPU222CPU224CPU226XP/XPsiCPU226用戶存數(shù)據(jù)儲器類型EEPROMEEPROMEEPROMEEPROMEEPROM程序存儲器：可在運行模式下編輯不可在運行模式下編輯4KB4KB4KB4KB8/12KB8/12KB12/16KB12/16KB16/24KB16/24KB用戶數(shù)據(jù)存儲區(qū)2KB2KB8KB10KB10KB數(shù)據(jù)后備(超級電容)典型值/H（小時

32、）5050100100100主機數(shù)字量I/O點數(shù)主機模擬量I/O點數(shù)6/4無8/6無14/10無14/102/124/16無可擴展模塊無277724V PLC自帶電源最大電流/電源限制(mA)180/600180/600280/600280/600400/約1500I/O擴展接口的DC5V電源的輸出電流（mA）0最大340最大660最大660最大1000最大模擬量輸入/輸出無16/832/2832/2832/28繼電器輸出型PLC輸入電流/負載電流24VDC 4mA/最大2A晶體管輸出型PLC輸入電流/負載電流24VDC 4mA/24VDC 0.75A沖擊電流繼電器輸出型(264VAC)時，2

33、0A,晶體管輸出型(28.8VDC)時10A隔離（現(xiàn)場與邏輯）繼電器輸出型不隔離,晶體管輸出型1500VAC保持時間（掉電）繼電器輸出型10ms,24VDC,晶體管輸出型20/80 120/240VAC保險（不可替換）繼電器輸出型3A,250V慢速熔斷,晶體管輸出型2A,250V慢速熔斷浮點數(shù)運算有I/O映象區(qū)數(shù)字量I/O映象區(qū)256（128入/128出）布爾指令執(zhí)行速度0.22us/指令型號CPU221CPU222CPU224CPU226XPCPU226內(nèi)置高速計數(shù)器單相雙相(A/B)計數(shù)器4路30kHz2路20kHz4路30kHz2路20kHz6路30kHz4路20kHz4路30kHz2路

34、200kHz3路20kHz1路100kHz6路30kHz4路20kHz脈沖輸出（脈寬或調(diào)頻）2路20kHz2路20kHz2路20kHz2路100kHz2路100kHz模擬量調(diào)節(jié)電位器1個8位1個8位2個8位2個8位2個8位實時時鐘有（時鐘卡）有（時鐘卡）有（內(nèi)置）有（內(nèi)置）有（內(nèi)置）通信接口1個RS4851個RS4852個RS4852個RS4852個RS485個各組輸入點數(shù)4,24，48,613,1113,11各組輸出點數(shù)4（DC電源）1,3（AC電源）6（DC電源）3,3（AC電源）5,5（DC電源）4，3,3（AC電源）8，8（DC電源）4，5，7,（AC電源）8，8（DC電源）4，5，7

35、,（AC電源） 注意：西門子S7-200CN小型PLC詳細介紹和詳細參數(shù)，請參考西門子S7-200CN系統(tǒng)手冊和手冊的技術(shù)規(guī)范。表2.1.2 西門子S7-200CN小型PLC 的CPU模塊主要性能參數(shù)表2.1.3 西門子S7-200CN小型PLC的CPU模塊的其他性能參數(shù) 2.1.2 西門子S7-200CN小型PLC擴展模塊詳細介紹S7-200CN系列PLC擴展模塊有數(shù)字量模塊、模擬量模塊、智能模塊。數(shù)字量擴展模塊總共可以提供輸入數(shù)字量模塊、輸出數(shù)字量模塊和混合數(shù)字量模塊3大類，并且輸入模塊有AC120/230V和DC24V共2種,輸出模塊有AC120/230V、DC24V和繼電器三種，共16

36、種數(shù)字量輸入/輸出擴展模塊。模擬量擴展模塊總共可以提供輸入模擬量模塊、輸出模擬量模塊和混合模擬量模塊3大類，并且輸入模塊有4/8點輸入、4熱電偶輸入和2熱電阻輸入3種。智能模塊有定位、以太網(wǎng)、調(diào)制解調(diào)器、互聯(lián)網(wǎng)和PROFIBUS-DP共5種。其他模塊主要有ASI模塊。西門子S7-200CN小型PLC擴展模塊詳細型號和類型見表2.1.4。其擴展模塊的主要技術(shù)參數(shù)見表2.1.5，其擴展模塊的其他技術(shù)參數(shù)請參考西門子S7-200CN系統(tǒng)手冊和手冊的技術(shù)規(guī)范。模塊類別輸入型（型號）輸出型（型號）混合型-輸入/輸出（型號）數(shù)字量模塊EM221 8/16x24VDCEM221 8x120/230VACEM

37、222 4x24VDC-5AEM222 8x24DC-0.75AEM222 4x繼電器-10AEM222 8x繼電器-0.75AEM222 8x120/230VACEM223 4/8/16/32x24VDC/24DC-0.75AEM223 4/8/16/32x24VDC/繼電器-2A模塊類別輸入型（型號）輸出型（型號）混合型-輸入/輸出（型號）模擬量模塊EM231 4/8輸入EM231 熱電阻2/4輸入EM231 熱電偶4/8輸入EM232 2/4輸出EM235 4輸入/1輸出智能模塊EM253位控模塊、稱重模塊SIMAREX MS 、(CP243-1) 以太網(wǎng)、EM241 調(diào)制解調(diào)器、(CP

38、 243-1 IT）因特網(wǎng)、EM227 PROFIBUS-DP、（CP 243-2）ASI 西門子S7-200CN小型PLC擴展模塊詳細型號和類別數(shù)字量擴展模塊型號模塊工作電源需求（DC5V）輸入/輸出電路電源需求（DC24V）輸入輸出技術(shù)要求EM221 DI 8x24VDC30 mA接通：4mA/輸入詳見西門子S7-200CN系統(tǒng)手冊的技術(shù)規(guī)范。EM221 DI 8x120/230VAC30 mAEM221 DI 16x24VDC70 mA接通：4mA/輸入EM222 DO 4x24VDC-5A40 mA接通：4mA/輸入EM222 DO 4x繼電器-10A30 mA 接通：20mA/輸出E

39、M222 DO 8x24VDC50 mA 接通：4mA/輸入EM222 DO 8x繼電器40 mA接通：9mA/輸出EM222 DO 8x120/230VAC110 mAEM223 24VDC 4入/4出40 mA接通：4mA/輸入EM223 24VDC 4入/4繼電器40 mA接通：4mA/輸入接通：9mA/輸出EM223 24VDC 8入/8 出80 mA接通：4mA/輸入EM223 24VDC 8入 /8繼電器80 mA接通：4mA/輸入接通：9mA/輸出EM223 24VDC 16入/16出160 mA接通：4mA/輸入EM223 24VDC 16入/16繼電器150 mA接通：4mA

40、/輸入接通：9mA/輸出EM223 24VDC 32入/32出240mA接通：4mA/輸入EM223 24VDC 32入/32繼電器204mA接通：4mA/輸入接通：9mA/輸出 模擬量擴展模塊型號模塊工作電源需求（DC5V）輸入/輸出電路電源需求（DC24V）輸入輸出技術(shù)要求EM231 4輸入20mA60mA詳見西門子S7-200CN系統(tǒng)手冊的技術(shù)規(guī)范。EM231 8輸入20mA60mAEM231 熱電阻2輸入87mA60mAEM231 熱電阻4輸入87mA60mAEM231 熱電偶4輸入87mA60mAEM231 熱電偶8輸入87mA60mAEM232 2輸出20mA70mA（兩輸出都是2

41、0mA）EM235 4輸入/1輸出30mA60mA（兩輸出都是20mA）智能模塊型號模塊工作電源需求（DC5V）輸入/輸出電路電源需求（DC24V）輸入輸出技術(shù)要求EM253位控模塊190mA不同的參數(shù)不同詳見西門子S7-200CN系統(tǒng)手冊的技術(shù)規(guī)范。(CP243-1) 以太網(wǎng)55mA60mAEM241 調(diào)制解調(diào)器80mA70mA(CP243-1 IT）因特網(wǎng)55mA60mAEM227 PROFIBUS-DP150mA不同的參數(shù)不同ASI（CP 243-2）接口220mA100mA 西門子S7-200CN小型PLC擴展模塊的主要技術(shù)參數(shù)2.1.3 西門子S7-200CN小型PLC的電源需求與計

42、算S7-200CN小型PLC的CPU模塊提供DC5V和DC24V電源：當(dāng)有擴展模塊時CPU通過I/O總線為其提供DC5V電源，所有擴展模塊的DC5V電源消耗之和不能超過該CPU提供的電源額定，不夠用不能外接DC5V電源。 每個CPU都有一個DC24V傳感器電源，它可以為本機輸入點和擴展模塊輸入點及擴展模塊繼電器線圈提供DC24V電源。如果電源要求超出了CPU模塊的電源定額，需要增加一個外部DC24V電源來提供給擴展模塊。 CPU上的通訊口，可以連接PC/PPI電纜和TD 200并為它們供電，此電源消耗已經(jīng)不必再納入計算。所謂電源計算，就是用CPU所能提供的電源容量，減去各模塊所需要的電源消耗量

43、。但要注意：如果輸入/輸出點使用外接DC24V電源，則不必納入計算。EM277模塊本身不需要DC24V電源，這個電源是專供通訊端口用的，DC24V電源需求取決于通訊端口上的負載大小。電源計算的例子參見。 電源計算的例子2.1.4 實際使用西門子S7-200CN小型PLC的硬件注意事項和接線圖PLC控制系統(tǒng)中的輸入元件,常見的有按鈕、行程開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、接近開關(guān)、霍爾開關(guān)、撥碼開關(guān)、各種傳感器等；輸出負載有繼電器、指示燈、電磁閥等。正確地連接輸入、輸出電路是保證PLC安全可靠工作的前提。在實際使用西門子S7-200CN小型PLC硬件應(yīng)注意以下幾方面：1） 西門子S7-200CN小型PLC的CPU模塊有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226XPsi、CPU226，分別有DC/DC/DC和AC/DC/Relay(繼電器)兩種。CPU221、CPU222、CPU224、CPU226模塊只有數(shù)字量I/O口;CPU224XP和CPU226XPsi有數(shù)字量14 IN/10 OUT和模擬量2 IN/1 OUT。擴展模塊有數(shù)字量模塊、模擬量模塊、智能模塊。2） 西門子S7-200CN小型PLC的CPU模塊前面板上用兩個發(fā)光二級管顯示當(dāng)前工作狀態(tài)，PLC處于運行狀態(tài)時，綠色指示燈點亮；PLC處于停止?fàn)顟B(tài)時，紅色指示燈點亮；在標(biāo)有SF的指示燈點亮?xí)r