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1、可编程序控制器应用,第2讲 可编程序控制器的组成及工作原理,主要内容,一、PLC的硬件组成 二、PLC的基本工作原理 三、S7-200系列PLC的外部结构及连线,一、PLC的硬件组成,从系统的角度出发，PLC的核心是微处理器，因此它的组成也就同计算机有些相似，由硬件系统和软件系统组成。 从组成PLC结构的角度出发，PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块、编程装置和电源等组成，如图2-1所示。PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。,一、PLC的硬件组成,1CPU模块 CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器（RAM、ROM）组成，在PLC控制系统中，CPU模块不断采集输入信号，执
2、行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来存储程序和数据。 2I/O模块 输入（Input）模块和输出模块（Output）模块简称为I/O模块或I/O接口电路，是连接外围设备和CPU模块的桥梁。 输入模块用来接收和采集输入信号。开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等提供的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。 输出模块用来接收主机的输出信息，并传给外部负载。开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备；模拟量输出模块用来控制调节阀、变
3、频器等执行装置。,一、PLC的硬件组成,3编程装置 在对S7-200系列PLC编程时，应配备一台安装有STEP7 Micro/WIN32编程软件的计算机、一根连接计算机和PLC的RS-232/PPI通信电缆或USB/PPI电缆。用它来编辑、检查、修改用户程序，并监视用户程序的执行情况。 使用编程软件，可以在计算机的屏幕上直接生成和编辑梯形图或指令表程序，并可以实现不同编程语言之间的相互转换。程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机，程序可以存盘或打印。 4电源 S7-200系列PLC有AC 220V电源型和DC 24V电源型两种，小型PLC可以为输入电路和外部电子传感器（如
4、接近开关）提供DC 24V电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。,二、PLC的基本工作原理,PLC有两种基本的工作状态，即运行（RUN）与停止（STOP）状态。在运行状态，PLC通过反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为使PLC的输出能及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地执行，直至PLC停机或切换到STOP工作状态。 1PLC的扫描工作方式,当PLC运行时，有许多操作需要进行 但PLC的CPU不可能同时去执行多个操作，每一刻只能执行一个操作 解决的办法：采用分时操作原理 由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时
5、完成的。它只能按分时操作原理每一时刻执行一个操作。 这种分时操作的方法(过程)称为CPU的扫描工作方式。,二、PLC的基本工作原理,1PLC的扫描工作方式,二、PLC的基本工作原理,1PLC的扫描工作方式, 整个过程包括内部处理及通信服务、自诊断、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1100ms,二、PLC的基本工作原理,2PLC执行程序的过程,三、 S7-200系列PLC的外部结构及连线,S7-200系列PLC是整体式结构，具有很高性价比的小型PLC。一个完整的S7-200
6、PLC硬件系统组成如图2-4所示。,三、 S7-200系列PLC的外部结构及连线, 各部件的作用 1主机单元 S7-200系列PLC的主机单元包括CPU、存储器、基本输入/输出点、通信接口和电源。这些组件都被集成在一个紧凑、独立的外壳中。 2I/O扩展单元 主机I/O数量不能满足控制系统要求时，通过I/O扩展单元增加I/O模块。用户可以根据需要扩展各种I/O模块，扩展单元的数量和能够实际使用的I/O点数是由多种因素共同决定的。 3特殊功能单元 当需要完成某些特殊功能的控制任务时，可以与S7-200主机相联，以完成某种特殊的控制任务而特制的一种装置。例如位置控制单元EM253、PROFIBUS-
7、DP总线从站通信处理器单元EM277、调制解调器单元EM241、以太网通信处理器单元CP243-1、AS-I网主站通信处理器单元CP243-2等。,三、 S7-200系列PLC的外部结构及连线,4相关设备 为了充分和方便地利用S7-200系统的硬件和软件资源而开发和使用的一些设备，主要有编程设备、人机操作界面和网络设备等，如PG740II、PG760II、装有编程软件的计算机和PC/PPI电缆线及TD200、TD200C文本显示器，TP070、TP170触摸屏等。 2I/O扩展单元 工业软件是为了更好地管理和使用这些设备而开发的与之相匹配的程序，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等
8、几大类构成。,三、 S7-200系列PLC的外部结构及连线, 主机单元的结构及功能 CPU22X型PLC主机单元的外形如图2-5所示。,三、 S7-200系列PLC的外部结构及连线, 主机单元的结构及功能 CPU22X型PLC主机单元的外形如图2-5所示。,用于连接外部控制信号。在底部端子盖下是输入接线端子和为传感器提供的24V直流电源。,三、 S7-200系列PLC的外部结构及连线, 主机单元的结构及功能 CPU22X型PLC主机单元的外形如图2-5所示。,用于连接被控设备，在顶部端子盖下是输出接线端子和PLC的工作电源。,三、 S7-200系列PLC的外部结构及连线, 主机单元的结构及功能
9、 CPU22X型PLC主机单元的外形如图2-5所示。,CPU状态指示灯：SF、STOP、RUN,三、 S7-200系列PLC的外部结构及连线, 主机单元的结构及功能 CPU22X型PLC主机单元的外形如图2-5所示。,用于显示是否有控制信号（如按钮、行程开关、接近开关、光电开关等数字量信息）接入PLC。,三、 S7-200系列PLC的外部结构及连线, 主机单元的结构及功能 CPU22X型PLC主机单元的外形如图2-5所示。,用于显示PLC是否有信号输出到执行设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。,三、 S7-200系列PLC的外部结构及连线, 主机单元的结构及功能 CPU22X型PLC主机单元的
10、外形如图2-5所示。,通过扁平电缆，可以连接数字量I/O扩展模块、模拟量I/O扩展模块、热电偶模块和通信模块等。,三、 S7-200系列PLC的外部结构及连线, 主机单元的结构及功能 CPU22X型PLC主机单元的外形如图2-5所示。,支持PPI、MPI通信协议，有自由口通信能力。用以连接编程器（手持式或PC机）、文本/图形显示器以及PLC网络等外部设备。,三、 S7-200系列PLC的外部结构及连线, 主机单元的结构及功能 CPU22X型PLC主机单元的外形如图2-5所示。,模拟电位器用来改变特殊寄存器（SMB28、SMB29）中的数值，以改变程序运行时的参数，如定时器、计数器的预置值，过程
11、量的控制参数等。,三、 S7-200系列PLC的外部结构及连线, 主机单元的结构及功能 CPU22X型PLC主机单元的外形如图2-5所示。,模拟电位器用来改变特殊寄存器（SMB28、SMB29）中的数值，以改变程序运行时的参数，如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数等。,三、 S7-200系列PLC的外部结构及连线, 输入/输出接线 输入/输出接口电路是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。各输入/输出点的通/断状态用发光二极管（LED）显示，外部接线一般接在PLC的接线端子上。 S7-200系列CPU22X主机的输入回路为双向光耦合输入电路，输出有继电器和晶体管两种类型，用户可根
12、据需要选用。 如CPU226PLC一种是CPU226AD/DC/继电器型，其含义为交流输入电源，提供24V直流为外部元件（如传感器等），继电器输出方式，24点输入，16点输出；一种是CPU226DC/DC/DC型，其含义为直流24V输入电源，提供24V直流为外部元件（如传感器等），半导体元件直流方式输出，24点输入，16点输出。,三、 S7-200系列PLC的外部结构及连线, 输入/输出接线 1输入接线 CPU226输入电路接线图如图2-8所示。系统设置1M为输入端子I0.0I0.7、I1.0I1.4的公共端，2M为I1.5I1.7、I2.0I2.7的公共端。,三、 S7-200系列PLC的外
13、部结构及连线, 输入/输出接线 1输出接线 CPU226的输出电路有继电器和晶体管输出电路两种供用户选择。,三、 S7-200系列PLC的外部结构及连线, 输入/输出接线 1输出接线 CPU226的输出电路有继电器和晶体管输出电路两种供用户选择。,小 结,本章介绍了S7-200系列PLC的硬件和软件组成及工作原理，S7-200系列PLC的编程软件STEP7 Micro/WIN的使用。 1S7-200系列PLC的硬件系统主要由主机单元、I/O扩展单元、特殊功能单元、相关设备、工业软件等组成。 2主机单元主要由输入输出接线端子、状态指示灯、通信接口和扩展接口等组成。 3S7-200系列CPU22X主机的输入回路为双向光耦合输入电路，输出有继电器和晶体管两种类型。 4PLC的基本工作原理采用扫描工作方式，其中执行程序的过程分三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。,谢谢！,
