PLC的硬件基礎(chǔ)知識(shí)32頁

1、第1章 PLC的硬件詳細(xì)介紹目前市場(chǎng)上主要有德國西門子(SIEMENS);日本三菱(MITSUBISHI)、歐姆龍（OMRON）、富士電機(jī)（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(chǔ)器（RAM、ROM）、輸入輸出單元（I/O）、電源、I/O擴(kuò)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(yùn)算器控制器輸出部件輸入部件系統(tǒng)存儲(chǔ)器用戶存

2、儲(chǔ)器II/O擴(kuò)展接口通訊及編程接口 編程設(shè)備 計(jì)算機(jī) 打印機(jī)等 傳感器按鈕、開關(guān) 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) 電磁閥中間繼電器 執(zhí)行器輸入設(shè)備擴(kuò)展設(shè)備 擴(kuò)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(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲(chǔ)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(jī)（Intel公司的MCS-96系列單片機(jī)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(jī)或?qū)Ｓ肅PU，中型PLC大多采用16/32位微處理器或單片機(jī)，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(chǔ)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(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算等1.1.2 存儲(chǔ)器（RAM、ROM）PLC的存儲(chǔ)器（內(nèi)部存儲(chǔ)器）包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來存放由PLC廠家編寫的系統(tǒng)程序（機(jī)械源代碼、BIOS程序等），系統(tǒng)存儲(chǔ)器一般是ROM存儲(chǔ)器，用戶一般不能更改。用戶存儲(chǔ)器包括用戶程序存儲(chǔ)區(qū)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)兩部分，用戶存儲(chǔ)器一般是ROM、EPROM或

4、EEPROM存儲(chǔ)器。用戶程序存儲(chǔ)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(chǔ)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(yùn)算結(jié)果。PLC的存儲(chǔ)器由隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、可擦寫存儲(chǔ)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(huì)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(chǔ)用戶程序和中間運(yùn)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(jìn)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(jī)存取的優(yōu)點(diǎn)

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(chǔ)系統(tǒng)參數(shù)。1.1.3 輸入輸出單元（I/O）I/O單元實(shí)際上是I/O電路，PLC的CPU 模塊I/O單元和擴(kuò)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(kuò)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(hào)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(hào)由電位器、熱電偶、測(cè)速電機(jī)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(hào)，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(diǎn)抖動(dòng)或干擾脈沖引起錯(cuò)誤的輸入信號(hào)，因此輸入接口電路必須有很強(qiáng)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(fù)載一般是AC250V/DC50V以下，負(fù)載電流可達(dá)2A，容量可達(dá)80100VA（電壓電流），因此，PLC的輸出一般不宜直接驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載（一般通過一個(gè)小負(fù)載來驅(qū)動(dòng)大負(fù)載，如PLC的輸出可以接一個(gè)電流比較小的中間繼電器，再由中間繼電器觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)大負(fù)載，如接觸器線圈等）。PLC繼電器輸出電路的繼電器觸點(diǎn)的使用壽命也有限制

8、（一般數(shù)十萬次左右，根據(jù)負(fù)載而定，如連接感性負(fù)載時(shí)的壽命要小于阻性負(fù)載）。此外，繼電器輸出的響應(yīng)時(shí)間也比較慢（10ms）左右，因此，在要求快速響應(yīng)的場(chǎng)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(chǎng)合；由于晶體管是無機(jī)械觸點(diǎn)，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(dòng)能力要小于繼電器輸出，允許負(fù)載電壓一般為DC5V30V，允許負(fù)載電流為0.2A0.5A。晶體管輸出型電路的主要有兩種：

9、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(dòng)能力要比繼電器輸出型的要小，允許負(fù)載電壓一般為AC85242V；單點(diǎn)輸出電流為0.2A0.5A，當(dāng)多點(diǎn)共用公共端時(shí)，每點(diǎn)的輸出電流應(yīng)減小（如單點(diǎn)驅(qū)動(dòng)能力為0.3A的雙向晶閘管輸出，在4點(diǎn)共用公共端時(shí)，最大允許輸出為0.8A/4點(diǎn)）。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(hù)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/22左右）和壓敏電阻，因此在晶閘管關(guān)斷時(shí)，PLC的輸出仍然有12mA的開路

10、漏電流，這就可能導(dǎo)致一些小型繼電器在PLC輸出OFF時(shí)無法關(guān)斷的情況。1.1.4 I/O擴(kuò)展接口當(dāng)PLC的CPU基本I/O單元的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)不夠使用和不能滿足使用條件時(shí)，用I/O擴(kuò)展接口接連接擴(kuò)展模塊，以滿足輸入/輸出點(diǎn)數(shù)和使用條件。1.1.5 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供24V的直流電壓，但使用時(shí)要注意其自帶電源的容量。1.1.6 其他部件和外設(shè)接口通信接

11、口用于與PC機(jī)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(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)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(tái)微型計(jì)算機(jī)，其工作原理與普通計(jì)算機(jī)類似，具有許多相似特點(diǎn)，但其工作方式卻與微機(jī)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

12、過程，稱為一個(gè)掃描周期，PLC完成一個(gè)周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)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(shí)際使用時(shí)PLC的選型原則和注意事項(xiàng)在實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)根據(jù)受控對(duì)象的性能、特點(diǎn)和控制系統(tǒng)的要求，選擇質(zhì)量、性價(jià)比較高品牌，能滿足系統(tǒng)性能要求的PLC 。其選用PLC時(shí)主要考慮一下幾點(diǎn)：1.輸入點(diǎn)數(shù)、輸出點(diǎn)數(shù)，輸入量的形式，輸出驅(qū)動(dòng)負(fù)載的特點(diǎn)。輸入量有數(shù)字量和模擬量?jī)煞N，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(kuò)展模塊

13、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(diǎn)數(shù)不夠或不能滿足性能要求時(shí)，需要增加擴(kuò)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(fù)載一般是AC250V/DC50V以下，負(fù)載電流可達(dá)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(chǎng)合；比繼電器輸出型的壽命長，允許負(fù)載電壓一般為DC5V30V，允許負(fù)載電流為0.2A0.5A。雙向晶閘管輸出型允許負(fù)載電壓一般為AC85242V；單點(diǎn)輸出電流為0.2A0.5A，當(dāng)多點(diǎn)共用公共端時(shí)，每點(diǎn)的輸出電流應(yīng)減?。ㄈ鐔吸c(diǎn)驅(qū)動(dòng)能力為0.3A的雙向

14、晶閘管輸出，在4點(diǎn)共用公共端時(shí)，最大允許輸出為0.8A/4點(diǎn)）。2.存儲(chǔ)器容量的大小程序容量應(yīng)小于存儲(chǔ)器容量。存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量應(yīng)小于存儲(chǔ)器容量。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來替代。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的1015倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)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(yùn)算功能、控制功能、指令系

15、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?。┑膱?chǎng)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(duì)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(xiàng)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(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)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(xiàng)目中（如要實(shí)現(xiàn)運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(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(jī)。其中高檔機(jī)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(gè)工廠的自動(dòng)化等。4.PLC的CPU模塊自帶電源（DC5V、DC24V）的容

16、量不能過載，PLC的CPU模塊能連接擴(kuò)展模塊的數(shù)量，其能否滿足系統(tǒng)的要求。當(dāng)有擴(kuò)展模塊時(shí)CPU模塊通過I/O總線為其提供DC5V電源，所有擴(kuò)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(gè)CPU模塊都有一個(gè)DC24V傳感器電源，它為本機(jī)輸入點(diǎn)、擴(kuò)展模塊輸入點(diǎn)和擴(kuò)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，你可以增加一個(gè)外部DC24V電源來提供給擴(kuò)展模塊。 5.PLC的CPU模塊前面板上用兩個(gè)發(fā)光二級(jí)管顯示當(dāng)前工作狀態(tài)，PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，綠色指示燈點(diǎn)亮；PLC處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，紅色指示燈點(diǎn)亮；在標(biāo)有SF的指示燈點(diǎn)亮?xí)r表示系統(tǒng)出現(xiàn)

17、故障，PLC停止工作。當(dāng)PLC輸入端口指示燈點(diǎn)亮?xí)r，表示PLC輸入端有信號(hào)輸；當(dāng)PLC的CPU模塊和擴(kuò)展模塊的電源指示燈點(diǎn)亮?xí)r，表示其工作電源已接通；當(dāng)PLC輸出端口指示燈點(diǎn)亮?xí)r，表示PLC輸出端有有輸出。 6.PLC檢查出異常時(shí)，CPU面板上的LED及異常繼電器會(huì)接通，在特殊結(jié)存器中會(huì)存入出錯(cuò)代碼；當(dāng)PLC出現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)，CPU被強(qiáng)制為STOP方式，所有的掃描便停止。7.清楚的了解PLC的分類有助于合理的選擇PLC的型號(hào)。按控制規(guī)?？梢苑譃榇笮蜋C(jī)、中型機(jī)和小型機(jī)；按控制性能可以分為高檔機(jī)、中檔機(jī)和低檔機(jī)；按結(jié)構(gòu)可分為整體式、組合式和疊裝式。小型機(jī): 小型機(jī)的控制點(diǎn)一般在256點(diǎn)之內(nèi),適合于單

18、機(jī)控制或小型系統(tǒng)的控制。西門子小型機(jī)有S7-200：處理速度0.81.2ms ；存貯器2k ；數(shù)字量248點(diǎn)；模擬量35路 。中型機(jī):中型機(jī)的控制點(diǎn)一般不大于2048點(diǎn),可用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行直接控制，還可以對(duì)多個(gè)下一級(jí)的可編程序控制器進(jìn)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(jī)有S7-300：處理速度0.81.2ms ；存貯器2k ；數(shù)字量1024點(diǎn)；模擬量128路 ；網(wǎng)絡(luò)PROFIBUS；工業(yè)以太網(wǎng)；MPI。大型機(jī)：大型機(jī)的控制點(diǎn)一般大于2048點(diǎn),不僅能完成較復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算還能進(jìn)行復(fù)雜的矩陣運(yùn)算。它不僅可用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行直接控制，還可以對(duì)多個(gè)下一級(jí)的可編程序控制器進(jìn)行監(jiān)控。西門子大型機(jī)

19、有S7-400 ：處理速度0.3ms / 1k字；存貯器512k ；I/O點(diǎn)12672。低檔機(jī)：這類可編程序控制器，具有基本的控制功能和一般的運(yùn)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(jī)：這類可編程序控制器，具有較強(qiáng)的控制功能和較強(qiáng)的運(yùn)算能力。它不僅能完成一般的邏輯運(yùn)算，也能完成比較復(fù)雜的三角函數(shù)、指數(shù)和PID運(yùn)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(jī)：這類可編程序控制器，具有強(qiáng)大的控制功能和強(qiáng)大的運(yùn)算能

20、力。它不僅能完成邏輯運(yùn)算、三角函數(shù)運(yùn)算、指數(shù)運(yùn)算和PID運(yùn)算，還能進(jìn)行復(fù)雜的矩陣運(yùn)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(chǔ)器、I/O系統(tǒng)都集成在一個(gè)單元內(nèi)，該單元叫做作基本單元。一個(gè)基本單元就是一臺(tái)完整的PLC?？刂泣c(diǎn)數(shù)不符合需要時(shí)，可再接擴(kuò)展單元。整體式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)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(gè)組成部分按功能分成若干個(gè)模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊

21、、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(cè)模塊、位置檢測(cè)模塊、PID控制模塊、通訊模塊等等。組合式結(jié)構(gòu)的PLC特點(diǎn)是CPU、輸入、輸出均為獨(dú)立的模塊。模塊尺寸統(tǒng)一、安裝整齊、I/O點(diǎn)選型自由、安裝調(diào)試、擴(kuò)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、安裝方便和組合式結(jié)構(gòu)的I/O點(diǎn)搭配靈話、安裝整齊的優(yōu)點(diǎn)于一身。它也是由各個(gè)單元的組合構(gòu)成。其特點(diǎn)是CPU自成獨(dú)立的基本單元（由CPU和一定的I/O點(diǎn)組成），其它I/O模塊為擴(kuò)展單元。在安裝時(shí)不用基板，僅用電纜進(jìn)行單元間的聯(lián)接，

22、各個(gè)單元可以一個(gè)個(gè)地疊裝。使系統(tǒng)達(dá)到配置靈活、體積小巧。 8.在實(shí)際選用PLC時(shí)，一定要注意PLC的市場(chǎng)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(shí)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(shí)，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.PLC的基本模塊或擴(kuò)展模塊I/O的“.”，表示空端子。注意不能對(duì)空端子進(jìn)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；

23、輸出負(fù)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(diǎn)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(shí)，乃會(huì)有一個(gè)小的漏電流流過，當(dāng)該電流的值大于1.3mA時(shí)，就可能引起PLC輸入電路發(fā)生誤動(dòng)作。解決辦法：在PLC輸入端并聯(lián)一個(gè)旁路電阻分流，使得流入PLC電流小于1.3mM。2）在使用PLC時(shí)，應(yīng)注意在輸出回路串聯(lián)熔斷器，避免負(fù)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(dòng)不同類型的負(fù)載時(shí)，應(yīng)考慮

24、電平匹配和誤動(dòng)作等問題。輸出觸點(diǎn)接感性負(fù)載斷電時(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的反向電動(dòng)勢(shì)，對(duì)輸出電路產(chǎn)生沖擊；因此，對(duì)于大電感負(fù)載或頻繁管關(guān)斷的感性負(fù)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(duì)直流電路，應(yīng)并接續(xù)流二極管，對(duì)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，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(hù)(a)直流輸入輸出點(diǎn)的保護(hù)(b)交流輸入輸出點(diǎn)的保護(hù)R51120；C0.10.47F第二章 西門子PLC 的硬件詳細(xì)介紹西

25、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(dòng)化工程，并可通過取代大量的時(shí)間開關(guān)和繼電器、計(jì)數(shù)器和保護(hù)繼電器使得自動(dòng)化系統(tǒng)的建立變得簡(jiǎn)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（Micro PLC）,其設(shè)計(jì)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(kuò)展32個(gè)模塊

26、,能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)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(yùn)算速度；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)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(shí)，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；具備強(qiáng)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(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)；多點(diǎn)接口（MPI）集成在CPU中，用于同時(shí)連接編程器、

27、PC機(jī)、人機(jī)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(kuò)展300個(gè)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(jì)，可靠耐用，同時(shí)可以選用多種級(jí)別（功能逐步升級(jí)）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(kuò)大或升級(jí)時(shí)，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０澹隳苁瓜到y(tǒng)升級(jí)和充分滿足需要。S7-300/400可以組成MPI（多點(diǎn)接口）、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)以太網(wǎng)等。其特點(diǎn)有如下：可以用C、C+或CFC這類高級(jí)語言來對(duì)M7-300/400 PLC編程, 由S7-300 PLC、HMI（人機(jī)接

28、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(jià)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(dú)立運(yùn)行，也可連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)集散自動(dòng)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(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域 。2.1 SIMATIC S7-200CN小型PLC 的硬件詳細(xì)介紹2.1.1 SIMATIC S7-200CN小型PLC的CPU模塊詳細(xì)介紹SIMATIC S7-200CN小型PLC的CPU模塊有CPU221、CPU222CN、CP

29、U224CN、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(diǎn)能接5250VAC/530VDC負(fù)載；晶體管輸出型的工作電源是DC24V，輸出觸點(diǎn)只能接直流額定電壓24VDC負(fù)載。其訂貨號(hào)和主要規(guī)范見表2.1.1，其CPU模塊的主要性能參數(shù)見表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(hào)的CPU，在設(shè)計(jì)上具有如下特點(diǎn)和功能：1）集成的24V負(fù)載電源。 2）不同的設(shè)備類型的數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)。3）模擬量輸入/輸出點(diǎn)。

30、4)中斷輸入 。5）高速計(jì)數(shù)器。6)可方便地用數(shù)字量和模擬量等擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。7)模擬電位器。8)脈沖輸出實(shí)時(shí)時(shí)鐘。9）EEPROM 存儲(chǔ)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(qiáng)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(gè)通信協(xié)議。2）MPI 方式：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(hào)詳細(xì)表和主要規(guī)范型號(hào)C

31、PU221CPU222CPU224CPU226XP/XPsiCPU226用戶存數(shù)據(jù)儲(chǔ)器類型EEPROMEEPROMEEPROMEEPROMEEPROM程序存儲(chǔ)器：可在運(yùn)行模式下編輯不可在運(yùn)行模式下編輯4KB4KB4KB4KB8/12KB8/12KB12/16KB12/16KB16/24KB16/24KB用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)2KB2KB8KB10KB10KB數(shù)據(jù)后備(超級(jí)電容)典型值/H（小時(shí)）5050100100100主機(jī)數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)主機(jī)模擬量I/O點(diǎn)數(shù)6/4無8/6無14/10無14/102/124/16無可擴(kuò)展模塊無277724V PLC自帶電源最大電流/電源限制(mA)180/600180

32、/600280/600280/600400/約1500I/O擴(kuò)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(fù)載電流24VDC 4mA/最大2A晶體管輸出型PLC輸入電流/負(fù)載電流24VDC 4mA/24VDC 0.75A沖擊電流繼電器輸出型(264VAC)時(shí)，20A,晶體管輸出型(28.8VDC)時(shí)10A隔離（現(xiàn)場(chǎng)與邏輯）繼電器輸出型不隔離,晶體管輸出型1500VAC保持時(shí)間（掉電）繼電器輸出型10ms,24VDC,晶體管輸出型20/80 120/240VAC保險(xiǎn)（不可

33、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(diǎn)數(shù)運(yùn)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(hào)CPU221CPU222CPU224CPU226XPCPU226內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器單相雙相(A/B)計(jì)數(shù)器4路30kHz2路20kHz4路30kHz2路20kHz6路30kHz4路20kHz4路30kHz2路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(gè)8位1個(gè)8位2個(gè)8位2個(gè)8

34、位2個(gè)8位實(shí)時(shí)時(shí)鐘有（時(shí)鐘卡）有（時(shí)鐘卡）有（內(nèi)置）有（內(nèi)置）有（內(nèi)置）通信接口1個(gè)RS4851個(gè)RS4852個(gè)RS4852個(gè)RS4852個(gè)RS485個(gè)各組輸入點(diǎn)數(shù)4,24，48,613,1113,11各組輸出點(diǎn)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,（AC電源） 注意：西門子S7-200CN小型PLC詳細(xì)介紹和詳細(xì)參數(shù)，請(qǐng)參考西門子S7-200CN系統(tǒng)手冊(cè)和手冊(cè)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

35、 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(kuò)展模塊詳細(xì)介紹S7-200CN系列PLC擴(kuò)展模塊有數(shù)字量模塊、模擬量模塊、智能模塊。數(shù)字量擴(kuò)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種數(shù)字量輸入/輸出擴(kuò)展模塊。模擬量擴(kuò)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(diǎn)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

36、PROFIBUS-DP共5種。其他模塊主要有ASI模塊。西門子S7-200CN小型PLC擴(kuò)展模塊詳細(xì)型號(hào)和類型見表2.1.4。其擴(kuò)展模塊的主要技術(shù)參數(shù)見表2.1.5，其擴(kuò)展模塊的其他技術(shù)參數(shù)請(qǐng)參考西門子S7-200CN系統(tǒng)手冊(cè)和手冊(cè)的技術(shù)規(guī)范。模塊類別輸入型（型號(hào)）輸出型（型號(hào)）混合型-輸入/輸出（型號(hào)）數(shù)字量模塊EM221 8/16x24VDCEM221 8x120/230VACEM222 4x24VDC-5AEM222 8x24DC-0.75AEM222 4x繼電器-10AEM222 8x繼電器-0.75AEM222 8x120/230VACEM223 4/8/16/32x24VDC/24

37、DC-0.75AEM223 4/8/16/32x24VDC/繼電器-2A模塊類別輸入型（型號(hào)）輸出型（型號(hào)）混合型-輸入/輸出（型號(hào)）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 243-1 IT）因特網(wǎng)、EM227 PROFIBUS-DP、（CP 243-2）ASI 表2.1.4 西門子S7-200CN小型PLC擴(kuò)展模塊詳細(xì)型號(hào)和類別數(shù)字量擴(kuò)展模塊型號(hào)模塊工作電源需求（DC5V）輸入/

38、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(cè)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EM222 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

39、/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/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(kuò)展模塊型號(hào)

40、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(cè)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20mA）EM235 4輸入/1輸出30mA60mA（兩輸出都是20mA）智能模塊型號(hào)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

41、參數(shù)不同詳見西門子S7-200CN系統(tǒng)手冊(cè)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表2.1.5 西門子S7-200CN小型PLC擴(kuò)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(jì)算S7-200CN小型PLC的CPU模塊提供DC5V和DC24V電源：當(dāng)有擴(kuò)展模塊時(shí)CPU通過I/O總線為其提供DC5V電源，所有擴(kuò)展模塊的DC5V電源消耗之和不能超過該CPU提供的電源

42、額定，不夠用不能外接DC5V電源。 每個(gè)CPU都有一個(gè)DC24V傳感器電源，它可以為本機(jī)輸入點(diǎn)和擴(kuò)展模塊輸入點(diǎn)及擴(kuò)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(gè)外部DC24V電源來提供給擴(kuò)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(jì)算。所謂電源計(jì)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。但要注意：如果輸入/輸出點(diǎn)使用外接DC24V電源，則不必納入計(jì)算。EM277模塊本身不需要DC24V電源，這個(gè)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(fù)載大小。電源

43、計(jì)算的例子參見下表2.1.6。表2.1.6 電源計(jì)算的例子2.1.4 實(shí)際使用西門子S7-200CN小型PLC的硬件注意事項(xiàng)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(fù)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(shí)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(kuò)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(gè)發(fā)光二級(jí)管顯示當(dāng)前工作狀態(tài)，PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，綠色指示燈點(diǎn)亮；PLC處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，紅色指示燈點(diǎn)亮；在標(biāo)有SF的指示燈點(diǎn)亮?xí)r表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障