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1、返回返回第第2章章 PLCPLC的硬件结构与工作原理的硬件结构与工作原理2.1 PLC2.1 PLC的的的的硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构2.2 PLC2.2 PLC的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理 2.3 S7-200S7-200系列系列系列系列PLC PLC 2.4 PLC2.4 PLC的安装的安装的安装的安装 7/26/20241CH2 PLC的硬件结构与工作原理2.1 PLC PLC的硬件结构的硬件结构的硬件结构的硬件结构 2.1.1 PLC2.1.1 PLC的物理结构的物理结构 2.1.2 CPU2.1.2 CPU模块中的存储器模块中的存储器2.1.3 I/O2.1.3 I
2、/O模块模块返回返回7/26/20242CH2 PLC的硬件结构与工作原理后一页后一页前一页前一页 2.1.1 PLC2.1.1 PLC的物理的物理结构结构 根据硬件结构的不同，可以将可编程序控制器分为根据硬件结构的不同，可以将可编程序控制器分为根据硬件结构的不同，可以将可编程序控制器分为根据硬件结构的不同，可以将可编程序控制器分为整整整整体式体式体式体式、模块式模块式模块式模块式和和和和混合式混合式混合式混合式。 返回返回1 1整体式整体式PLCPLC 整体式整体式又叫做又叫做单元式单元式或或箱体式箱体式，它的体积小、价格低，它的体积小、价格低，小型可编程序控制器一般采用整体式结构。小型可编
3、程序控制器一般采用整体式结构。 整体式可编程序控制器将整体式可编程序控制器将CPUCPU模块、模块、I IO O模块和电源装模块和电源装在一个箱型机壳内，称为基本单元在一个箱型机壳内，称为基本单元，S7-200S7-200S7-200S7-200称为称为称为称为CPUCPUCPUCPU模块模块模块模块。“前盖前盖”下面有下面有RUNRUNSTOPSTOP开关，模拟量电位器和扩展开关，模拟量电位器和扩展I IO O连接器。连接器。S7-200S7-200系列可编程序控制器提供多种具有不同系列可编程序控制器提供多种具有不同I IO O点数的点数的CPUCPU模块和数字量、模拟量模块和数字量、模拟量
4、I I0 0扩展模块供用户选扩展模块供用户选用用。CPUCPUCPUCPU模块和扩展模块用扁平电缆连接，可选用全输入型模块和扩展模块用扁平电缆连接，可选用全输入型模块和扩展模块用扁平电缆连接，可选用全输入型模块和扩展模块用扁平电缆连接，可选用全输入型或全输出型的数字量或全输出型的数字量或全输出型的数字量或全输出型的数字量I I I I0 0 0 0扩展单元来改变输入输出的扩展单元来改变输入输出的扩展单元来改变输入输出的扩展单元来改变输入输出的比例。比例。比例。比例。 整体式可编程序控制器还配备有许多专用的整体式可编程序控制器还配备有许多专用的特殊功能特殊功能特殊功能特殊功能模块模块模块模块，如
5、，如模拟量输入输出模块、热电偶、热电阻模块、模拟量输入输出模块、热电偶、热电阻模块、模拟量输入输出模块、热电偶、热电阻模块、模拟量输入输出模块、热电偶、热电阻模块、通信模块通信模块通信模块通信模块等，使可编程序控制器的等，使可编程序控制器的功能得到扩展功能得到扩展功能得到扩展功能得到扩展。 大大、中中型型可可编编程程序序控控制制器器(如如S7-300和和S7-400系系列列)一一般般采采用用模模块块式式结结构构，用用搭搭积积木木的的方方式式组组成成系系统统，它它由由机机架架和和模模块块组组成成(见见图图)。模模块块插插在在模模块块插插座座上上，后后者者焊焊在在机机架架中中的的总总线线连连接接板
6、板上上。可可编编程程序序控控制制器器厂厂家家备备有有不不同同槽槽数数的的机机架架供供用用户户选选用用，如如果果一一个个机机架架容容纳纳不不下下所所选选用用的的模模块块，可可以以增增设设一一个个或或数数个个扩扩展展机架，各机架之间用机架，各机架之间用I0扩展电缆相连扩展电缆相连。 用用户户可可以以选选用用不不不不同同同同档档档档次次次次的的的的CPUCPU模模模模块块块块、品品品品种种种种繁繁繁繁多多多多的的的的I IOO模模模模块块块块和和和和特特特特殊殊殊殊功功功功能能能能模模模模块块块块，对对硬硬件件配配置置的的选选择择余余地地较较大大，维维修修时时更更换换模模块也很方便。块也很方便。 整
7、整体体式式可可编编程程序序控控制制器器每每一一IO点点的的平平均均价价格格比比模模块块式式的的便便宜宜，在在小小型型控控制制系系统统中中一一般般采采用用整整体体式式结结构构。但但是是模模块块式式可可编编程程序序控控制制器器的的硬硬件件组组态态方方便便灵灵活活，I IOO点点点点数数数数的的的的多多多多少少少少、输输输输入入入入点点点点数数数数与与与与输输输输出出出出点点点点数数数数的的的的比比比比例例例例、I IOO模模模模块块块块的的的的种种种种类类类类和和和和块块块块数数数数、特特特特殊殊殊殊I I0 0模模模模块块块块的的的的使使使使用用用用等等等等方方方方面面面面的的的的选选选选择择择
8、择余余余余地地地地都都都都比比比比整整整整体体体体式式式式可可可可编编编编程程程程序序序序控控控控制制制制器器器器大大大大得得得得多多多多，维维修修时时更更换换模模块块、判判断断故故障障范范围围也也很很方方便便，因因此此较较复复杂杂的的、要要求较高的系统一般选用模块式可编程序控制器。求较高的系统一般选用模块式可编程序控制器。 2 2模块式可编程序控制器模块式可编程序控制器7/26/20246CH2 PLC的硬件结构与工作原理 S7-300模块式模块式PLC S7-400S7-400模块式模块式模块式模块式PLCPLC 2 21 12 CPU2 CPU模块中的存储器模块中的存储器返回返回虽然各种
9、虽然各种PLC的的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理，其存储空间一般包括系统程序存储区、的工作原理，其存储空间一般包括系统程序存储区、系统系统RAM存储区存储区(包括包括I/O缓冲区和系统软元件等缓冲区和系统软元件等)和用户和用户程序存储区程序存储区3个部分。个部分。1)系统程序存储区系统程序存储区系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序，包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、序，包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等，由制造商将其固化在系统
10、诊断子程序等，由制造商将其固化在ROM中，用户不能中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了直接存取。它和硬件一起决定了PLC的性能。的性能。2)系统系统RAM存储区存储区系统系统RAM存储区包括存储区包括I/O缓冲区以及各类软元件，如工作缓冲区以及各类软元件，如工作寄存器、内部继电器、定时器、计数器、数据寄存器、变址寄寄存器、内部继电器、定时器、计数器、数据寄存器、变址寄存器等。存器等。(1)I/O缓冲区缓冲区由于由于PLC投入到运行状态后，只是在输入投入到运行状态后，只是在输入采样阶段才依次读入各个输入信号的状态和数据，在输出刷采样阶段才依次读入各个输入信号的状态和数据，在输出刷新阶段才将输
11、出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元要一定数量的存储单元(RAM)来暂时存放来暂时存放I/O的状态和数据，的状态和数据，这些单元称作这些单元称作I/O缓冲区。缓冲区。一个开关量一个开关量I/O占用存储单元中的一占用存储单元中的一位位(bit)。一个模拟量一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字占用存储单元中的一个字(16位位)。整个整个I/O缓缓冲区可以看作是由开关量冲区可以看作是由开关量I/O缓冲区和模拟量缓冲区和模拟量I/O缓冲区两个缓冲区两个部分组成的。部分组成的。7/26/20249CH2 PLC的硬件结构与工作
12、原理(2)系统软元件存储区系统软元件存储区除了除了I/O缓冲区以外，系统缓冲区以外，系统RAM存储区存储区还包括还包括PLC内部各类软元件内部各类软元件(内部继电器、定时器、计数器、数内部继电器、定时器、计数器、数据寄存器和工作寄存器等据寄存器和工作寄存器等)的存储区。该存储区又分为具有掉电的存储区。该存储区又分为具有掉电保存的存储区域和掉电不保存的存储区域。前者在保存的存储区域和掉电不保存的存储区域。前者在PLC断电时，断电时，由内部的锂电池供电，数据不会丢失；后者在由内部的锂电池供电，数据不会丢失；后者在PLC断电时，数断电时，数据被清零。据被清零。内部继电器内部继电器与开关输出一样，每个
13、内部继电器占用系与开关输出一样，每个内部继电器占用系统统RAM存储区中的一位，但不能直接驱动外部负载，只存储区中的一位，但不能直接驱动外部负载，只供用户在编程中使用。其作用类似于电气控制线路中的继供用户在编程中使用。其作用类似于电气控制线路中的继电器。另外，不同的电器。另外，不同的PLC还提供数量不等的特殊内部继电还提供数量不等的特殊内部继电器，具有不同的特殊功能。器，具有不同的特殊功能。7/26/202410CH2 PLC的硬件结构与工作原理数据寄存器数据寄存器与模拟量与模拟量I/O一样，每个数据寄存器占用系一样，每个数据寄存器占用系统统RAM存储区中的一个字存储区中的一个字(16位位)，主
14、要用于模拟量处理、，主要用于模拟量处理、数据运算和通信等。另外，数据运算和通信等。另外，PLC还提供数量不等的特殊数还提供数量不等的特殊数据寄存器，用于存储系统中某些特定的数据或信息。据寄存器，用于存储系统中某些特定的数据或信息。定时器和计数器定时器和计数器PLC提供了许多定时器和计数器，提供了许多定时器和计数器，数量从几十个到几千个不等，用于满足工业生产中定时数量从几十个到几千个不等，用于满足工业生产中定时控制和计数控制的要求。控制和计数控制的要求。3)用户程序存储区用户程序存储区存放用户根据实际控制要求或生产工艺流程编写的具体控制存放用户根据实际控制要求或生产工艺流程编写的具体控制程序。不
15、同类型的程序。不同类型的PLC，其存储容量各不相同。其存储容量各不相同。7/26/202411CH2 PLC的硬件结构与工作原理2.1.3 I/O2.1.3 I/O模块模块 各各各各I IOO点的通断状态用点的通断状态用点的通断状态用点的通断状态用发光二极管显示发光二极管显示发光二极管显示发光二极管显示，外，外，外，外部接线一般接在模块面板的接线端子上。某些模部接线一般接在模块面板的接线端子上。某些模部接线一般接在模块面板的接线端子上。某些模部接线一般接在模块面板的接线端子上。某些模块使用块使用块使用块使用可拆卸的插座型端子板可拆卸的插座型端子板可拆卸的插座型端子板可拆卸的插座型端子板，不需断
16、开端子板，不需断开端子板，不需断开端子板，不需断开端子板上的外部连线，就可以迅速地更换模块。点数多上的外部连线，就可以迅速地更换模块。点数多上的外部连线，就可以迅速地更换模块。点数多上的外部连线，就可以迅速地更换模块。点数多的的的的高密度高密度高密度高密度I IOO模块的外部接线一般用插座连接模块的外部接线一般用插座连接模块的外部接线一般用插座连接模块的外部接线一般用插座连接，用户可选用连接插座的电缆和端子板。用户可选用连接插座的电缆和端子板。用户可选用连接插座的电缆和端子板。用户可选用连接插座的电缆和端子板。 返回返回7/26/202412CH2 PLC的硬件结构与工作原理I/O模块分为开关
17、量输入模块分为开关量输入(DigitalInput，DI)、开关量输出开关量输出(DigitalOutput，DO)、模拟量输入模拟量输入(AnalogInput，AI)和和模拟量输出模拟量输出(AnalogOutput，AO)等模块。等模块。开关量模块按电压水平分有开关量模块按电压水平分有220VAC、110VAC、24VDC等规格；按隔离方式分有继电器输出、晶闸管输出和等规格；按隔离方式分有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出等类型。晶体管输出等类型。模拟量模块按信号类型分有电流型模拟量模块按信号类型分有电流型(4mA20mA、0mA20mA)、电压型电压型(0V10V、0V5V、10V10
18、V)等等规格；按精度分有规格；按精度分有12位、位、14位、位、16位等规格。位等规格。7/26/202413CH2 PLC的硬件结构与工作原理 输输入入电电路路中中设设有有RCRC滤滤滤滤波波波波电电电电路路路路，以以防防止止由由于于输输入入触触点点抖抖动动或或外外部部干干扰扰脉脉冲冲引引起起错错误误的的输输入入信信号号。滤滤波波电电路路延延迟迟时时间间的的典典型型值值为为1020ms(信信号号上上升升沿沿)和和2050ms(信信号号下下降降沿沿)，输输入入电电流为数毫安。流为数毫安。 下图是某直流输入模块的内部电路和外部接线图，图中只下图是某直流输入模块的内部电路和外部接线图，图中只画出了
19、画出了一路输入电路一路输入电路，1M1M是同一输入组内各输入信号的公共点是同一输入组内各输入信号的公共点是同一输入组内各输入信号的公共点是同一输入组内各输入信号的公共点。S7-200可以用可以用CPUCPU模块输出的模块输出的模块输出的模块输出的 24V24V直流电源作为输入回路的电直流电源作为输入回路的电直流电源作为输入回路的电直流电源作为输入回路的电源源源源(见图见图)，它还可以为接近开关、光电开关之类的传感器提供，它还可以为接近开关、光电开关之类的传感器提供24V直流电源。直流电源。 1 1输入模块输入模块7/26/202414CH2 PLC的硬件结构与工作原理 当当图图中中的的外外接接
20、触触点点接接通通时时，光光耦耦合合器器中中两两个个反反并并联联的的发发光光二二极极管管亮亮，光光敏敏三三极极管管饱饱和和导导通通；外外接接触触点点断断断断开开开开时时时时，光光光光耦耦耦耦合合合合器器器器中中中中的的的的发发发发光光光光二二二二极极极极管管管管熄熄熄熄灭灭灭灭，光光光光敏敏敏敏三三三三极极极极管管管管截截截截止止止止。信信号号经经内内部部电电路路传传送送给给CPU模块。显然，可以改变图中输入回路的电源极性。模块。显然，可以改变图中输入回路的电源极性。 交交流流输输入入方方式式适适合合于于在在有有油油雾雾、粉粉尘尘的的恶恶劣劣环环境境下下使使用用，输入电压有输入电压有110V、2
21、20V两种。两种。 直流输入电路的延迟时间较短，可以直接与接近开关、光直流输入电路的延迟时间较短，可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接。电开关等电子输入装置连接。 7/26/202415CH2 PLC的硬件结构与工作原理2 2输出模块输出模块 输输出出模模块块的的功功率率放放大大元元件件有有驱驱驱驱动动动动直直直直流流流流负负负负载载载载的的的的大大大大功功功功率率率率晶晶晶晶体体体体管管管管和和和和场场场场效效效效应应应应管管管管、驱驱驱驱动动动动交交交交流流流流负负负负载载载载的的的的双双双双向向向向晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管，以以及及既既可可可可以以以以驱驱驱驱动动动动交交交交流
22、流流流负负负负载载载载又又又又可可可可以以以以驱驱驱驱动动动动直直直直流流流流负负负负载载载载的的的的小小小小型型型型继继继继电电电电器器器器。输输出出电电流流的的典典型型值值为为05-2A，负负载电源由外部现场提供。载电源由外部现场提供。 输出电流的额定值与负载的性质有关输出电流的额定值与负载的性质有关输出电流的额定值与负载的性质有关输出电流的额定值与负载的性质有关，例如，例如S7-200的继电器输出电路可以驱动的继电器输出电路可以驱动2A的电阻性负载，的电阻性负载，但是只能驱动但是只能驱动200W的白炽灯。输出电路一般分为的白炽灯。输出电路一般分为若干组，对每一组的总电流也有限制。额定输出
23、电若干组，对每一组的总电流也有限制。额定输出电流还与温度有关，温度升高时额定输出电流减小，流还与温度有关，温度升高时额定输出电流减小，有的可编程序控制器提供了有关的曲线。有的可编程序控制器提供了有关的曲线。 7/26/202416CH2 PLC的硬件结构与工作原理 图图是是继继继继电电电电器器器器输输输输出出出出电电电电路路路路。继继继继电电电电器器器器同同同同时时时时起起起起隔隔隔隔离离离离和和和和功功功功率率率率放放放放大大大大作作作作用用用用，每每每每一一一一路路路路只只只只给给给给用用用用户户户户提提提提供供供供一一一一对对对对常常常常开开开开触触触触点点点点。与与触触点点并并联联的的
24、RC电电路和压敏电阻用来消除触点断开时产生的电弧。路和压敏电阻用来消除触点断开时产生的电弧。 继继继继电电电电器器器器输输输输出出出出模模模模块块块块的的的的使使使使用用用用电电电电压压压压范范范范围围围围广广广广，导导导导通通通通压压压压降降降降小小小小，承承承承受受受受瞬瞬瞬瞬时时时时过过过过电电电电压压压压和和和和过过过过电电电电流流流流的的的的能能能能力力力力较较较较强强强强，但但但但是是是是动动动动作作作作速速速速度度度度较较较较慢慢慢慢，寿寿寿寿命命命命( (动动动动作作作作次次次次数数数数) )有有有有一一一一定定定定的的的的限限限限制制制制。如如果果系系统统输输出出量量的的变变
25、化化不不是是很很频频繁，建议优先选用继电器型的。繁，建议优先选用继电器型的。 7/26/202417CH2 PLC的硬件结构与工作原理 图图是是使使用用用用场场场场效效效效应应应应管管管管(MOSFET)(MOSFET)的的的的输输输输出出出出电电电电路路路路。输输输输出出出出信信信信号号号号送送送送给给给给内内内内部部部部电电电电路路路路中中中中的的的的输输输输出出出出锁锁锁锁存存存存器器器器，再再再再经经经经光光光光耦耦耦耦合合合合器器器器送送送送给给给给场场场场效效效效应应应应管管管管，后后后后者者者者的的的的饱饱饱饱和和和和导导导导通通通通状状状状态态态态和和和和截截截截止止止止状状状
26、状态态态态相相相相当当当当于于于于触触触触点点点点的的的的接接接接通通通通和和和和断断断断开开开开。图图中中的的稳稳压压管管用用来来抑抑制制关关断断过过电电压压和和外外部部的的浪浪涌涌电电压压，以以保保护护场效应管。场效应管输出电路的工作频率可达场效应管。场效应管输出电路的工作频率可达20kHz。 晶体管型与双向晶闸管型模块分别用于直流负载和交流晶体管型与双向晶闸管型模块分别用于直流负载和交流负载，它们的可靠性高，反应速度快，寿命长，但是过载能负载，它们的可靠性高，反应速度快，寿命长，但是过载能力稍差。力稍差。 7/26/202418CH2 PLC的硬件结构与工作原理2 22 21 1 用触点
27、和线圈实现逻辑运用触点和线圈实现逻辑运算算 2.2 PLC的工作原理的工作原理 2 22 22 PLC2 PLC的工作模式的工作模式 2 22 23 PLC3 PLC的工作原理的工作原理 返回返回7/26/202419CH2 PLC的硬件结构与工作原理2 22 21 1 用触点和线圈实现逻辑运算用触点和线圈实现逻辑运算 在在数数字字量量控控制制系系统统中中，变变量量仅仅有有两两种种相相反反的的工工作作状状态态，如如高高电电平平和和低低低低电电电电平平平平、继继电电器器线线圈圈的的通通电电和和断断断断电电电电、触触点点的的接接通通和和断断断断开开开开，可可用用逻逻辑辑代代数数中中的的1和和0 0
28、来来表表示示它它们们。在在波波形形图图中中，用高电平表示用高电平表示l状态，用低电平表示状态，用低电平表示0状态。状态。 “与与”、“或或”、“非非”逻逻辑辑运运算算的的输输入入输输出出关关系系如如下下表表所所示示，用用继继电电器器电电路路或或梯梯形形图图可可以以实实现现“与与”、“或或”、“非非”逻逻辑辑运运算算(见见图图)。用用多多个个触触点点的的串串、并并联联电电路路可可以以实实现现复复杂杂的的逻逻辑辑运运算算，例例如如下下图图中中的的继继电电器器电电路路实实现现的的逻逻辑辑运运算可用逻辑代数式表示为：算可用逻辑代数式表示为：返回返回7/26/202420CH2 PLC的硬件结构与工作原
29、理逻辑运算关系表逻辑运算关系表逻辑运算关系表逻辑运算关系表 图图图图 基本逻辑运算基本逻辑运算基本逻辑运算基本逻辑运算 a)a)与与与与 b)b)或或或或 c)c)非非非非7/26/202421CH2 PLC的硬件结构与工作原理 上上上上式式式式左左左左边边边边的的的的KMKM与与与与图图图图中中中中的的的的线线线线圈圈圈圈相相相相对对对对应应应应，右右右右边边边边的的的的KMKM与与与与KMKM的的的的常常常常开开开开触触触触点点点点相相相相对对对对应应应应，/SB2/SB2与与与与SB2SB2的的的的常常常常闭闭闭闭触触触触点点点点相相相相对对对对应应应应。在在在在继继继继电电电电器器器器
30、电电电电路路路路图图图图和和和和梯梯梯梯形形形形图图图图中中中中，线线线线圈圈圈圈的的的的状状状状态态态态是是是是输输输输出出出出量量量量或或或或被被被被控控控控量量量量，触触触触点点点点的的的的状状状状态态态态是是是是输输输输入入入入量量量量。继继电电器器的的线线圈圈通通电电时时，其其常常开开触触点点接接通通，常常闭闭触触点点断断开开；线线圈圈断断电电时时，其其常常开开触触点点断断开开，常常闭闭触触点点闭闭合合。梯梯形形图图中中的的位位操操作作元元件件(如如可可编编程程序序控控制制器器的的输输出出Q00)的的触触点和线圈也有类似的关系。点和线圈也有类似的关系。 接接触触器器的的结结构构和和工
31、工作作原原理理与与继继电电器器的的基基本本相相同同，区区别别仅仅在在于于继继电电器器触触点点的的额额定定电电流流较较小小(如如几几十十毫毫安安)，而而接接触触器器是是用用来来控控制制大大电电流流负负载载的的，例例如如它它可可以以控控制制额额定定电电流流为为几几十十安安培至上千安培的异步电动机。培至上千安培的异步电动机。 7/26/202422CH2 PLC的硬件结构与工作原理异步电动机控制电路异步电动机控制电路7/26/202423CH2 PLC的硬件结构与工作原理2 22 22 2 可编程序控制器的工作方式可编程序控制器的工作方式 可可编编程程序序控控制制器器有有两两种种工工作作方方式式，即
32、即RUN(运运行行)方方式式与与STOP(停止停止)方式。方式。 在在RUNRUN方方方方式式式式，通通通通过过过过执执执执行行行行反反反反映映映映控控控控制制制制要要要要求求求求的的的的用用用用户户户户程程程程序序序序来来来来实实实实现现现现控控控控制制制制功功功功能能能能。在在CPU模模块块的的面面板板上上用用“RUN”LED显显示示当当前前的的工工作作方方式。式。 在在STOPSTOP方方方方式式式式，CPUCPU不不不不执执执执行行行行用用用用户户户户程程程程序序序序，可可可可用用用用编编编编程程程程软软软软件件件件创创创创建建建建和和和和编编编编辑辑辑辑用用用用户户户户程程程程序序序
33、序，设设置置可可编编程程序序控控制制器器的的硬硬件件功功能能，并并将将用用户户程程序和硬件设置信息下载到可编程序控制器。序和硬件设置信息下载到可编程序控制器。 如果如果有致命错误，在消除它之前不允许从停止方式进入运有致命错误，在消除它之前不允许从停止方式进入运有致命错误，在消除它之前不允许从停止方式进入运有致命错误，在消除它之前不允许从停止方式进入运行方式行方式行方式行方式。可编程序控制器操作系统储存。可编程序控制器操作系统储存非致命错误供用户检查，非致命错误供用户检查，非致命错误供用户检查，非致命错误供用户检查，但不会从运行方式自动进人停止方式。但不会从运行方式自动进人停止方式。但不会从运行
34、方式自动进人停止方式。但不会从运行方式自动进人停止方式。 返回返回1 1 1 1 工作模式工作模式工作模式工作模式7/26/202424CH2 PLC的硬件结构与工作原理2 2用方式开关改变工作方式用方式开关改变工作方式 CPU模块上的方式开关在模块上的方式开关在STOP位置时将停止用户程序的运行；在位置时将停止用户程序的运行；在RUN位置时，将启动用户程序的运行。位置时，将启动用户程序的运行。方式开关在方式开关在方式开关在方式开关在STOPSTOP或或或或TERM(terminalTERM(terminal，终端终端终端终端) )位置时，电源通电后位置时，电源通电后位置时，电源通电后位置时，
35、电源通电后CPUCPU自动进入自动进入自动进入自动进入STOPSTOP方式方式方式方式；在在在在RUNRUN位置时，电位置时，电位置时，电位置时，电源通电后自动进入源通电后自动进入源通电后自动进入源通电后自动进入RUNRUN方式。方式。方式。方式。 3 3用用STEP7-MicroSTEP7-MicroWIN32WIN32编程软件改变工作方式编程软件改变工作方式 在在用用编编程程软软件件控控制制CPU的的工工作作方方式式之之前前，首首先先应应在在编编程程软软件件与与可可编编程程序序控控制制器器之之间间建建立立起起通通信信连连接接，并并将将方方式式开开关关设设置置在在RUN或或TERM位位置置。
36、允允允允许许许许用用用用编编编编程程程程软软软软件件件件改改改改变变变变CPUCPU的的的的工工工工作作作作方方方方式式式式。在在软软件件中中单单击击工工具具条条上上的的运运行行按按钮钮可进入运行方式，单击停止按钮可进入停止方式。可进入运行方式，单击停止按钮可进入停止方式。 选选择择PLC一一运运行行”菜菜单单命命令令可可进进入入运运行行方方式式，选选择择PLC一一停停止止”菜菜单单命令可进入停止方式。命令可进入停止方式。 4 4在程序中改变工作方式在程序中改变工作方式 在程序中插入在程序中插入STOPSTOP指令，可使指令，可使指令，可使指令，可使CPUCPU由由由由RUNRUN方式进入方式
37、进入方式进入方式进入STOPSTOP方式方式方式方式。 7/26/202425CH2 PLC的硬件结构与工作原理2 22 23 3 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作原理 可编程序控制器通电后，需要可编程序控制器通电后，需要对硬件和软件做一些初始对硬件和软件做一些初始对硬件和软件做一些初始对硬件和软件做一些初始化的工作化的工作化的工作化的工作。为了使可编程序控制器的输出及时地响应各种输。为了使可编程序控制器的输出及时地响应各种输入信号，入信号，初始化后反复不停地分阶段处理各种不同的任务，初始化后反复不停地分阶段处理各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为这种周而复始的循环工作方
38、式称为扫描工作方式扫描工作方式扫描工作方式扫描工作方式。 RUN状态状态读取输入读取输入通信信息处理通信信息处理自诊断检查自诊断检查修改输出修改输出STOP状态状态返回返回读取输入读取输入通信信息处理通信信息处理自诊断检查自诊断检查修改输出修改输出执行用户程序执行用户程序7/26/202426CH2 PLC的硬件结构与工作原理 在在可可编编程程序序控控制制器器的的存存储储器器中中，设设置置了了一一片片区区域域来来存存放放输输入入信信号号和和输输出出信信号号的的状状态态，它它们们分分别别称称为为输输入入映映像像寄寄存存器器和和输输出出映映像像寄寄存存器器。CPU以以字字节节(8位位)为为单单位位
39、来来读读写写输入输出输入输出(IO)映像寄存器。映像寄存器。 在在读读取取输输入入阶阶段段，可可编编程程序序控控制制器器把把所所有有外外部部数数字字量量输输入入电电路路的的ONOFF(I0)状状态态读读人人输输入入映映像像寄寄存存器器。外外接接的的输输入入电电路路闭闭合合时时，对对应应的的输输入入映映像像寄寄存存器器为为 1状状态态，梯梯形形图图中中对对应应的的输输入入点点的的常常开开触触点点接接通通，常常闭闭触触点点断断开开。外外接接的的输输入入电电路路断断开开时时，对对应应的的输输入入映映像像寄寄存存器器为为0状状态态，梯梯形形图图中中对对应应的的输输入入点点的的常常开开触触点点断断开开，
40、常常闭闭触触点点接接通通。图图29 扫描过程扫描过程 1 1读取输入读取输入7/26/202427CH2 PLC的硬件结构与工作原理2. 2. 执行用户程序执行用户程序 可可编编程程序序控控制制器器的的用用户户程程序序由由若若干干条条指指令令组组成成，指指令令在在存存储储器器中中按按顺顺序序排排列列。在在RUN工工作作方方式式的的程程序序执执行行阶阶段段，在在没没有有跳跳转转指指令令时时，CPU从从第第一一条条指指令令开开始始，逐逐条条顺顺序序地地执执行行用用户户程程序序，直直至至遇遇到到结结束束(END)指指令令。遇遇到到结结束指令时，束指令时，CPU检查系统的智能模块是否需要服务。检查系统
41、的智能模块是否需要服务。 在执行指令时，从在执行指令时，从I0映像寄存器或别的位元件的映映像寄存器或别的位元件的映像寄存器读出其像寄存器读出其01状态，并根据指令的要求执行相应状态，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入到相应的映像寄存器中。的逻辑运算，运算的结果写入到相应的映像寄存器中。因此，因此，各映像寄存器各映像寄存器(只读的输入映像寄存器除外只读的输入映像寄存器除外)的内的内容随着程序的执行而变化容随着程序的执行而变化。 7/26/202428CH2 PLC的硬件结构与工作原理 在在程程序序执执行行阶阶段段，即即使使外外部部输输入入信信号号的的状状态态发发生生了了变变化化，
42、输输入入映映像像寄寄存存器器的的状状态态也也不不会会随随之之而而变变，输输入入信信号号变变化化了了的的状状态态只只能能在在下下一一个个扫扫描描周周期期的的读读取取输输入入阶阶段段被被读读人人。执执行行程程序序时时，对对输输入入输输出出的的存存取取通通常常是是通通过过映映像像寄寄存存器器，而不是实际的而不是实际的I0点，这样做有以下好处：点，这样做有以下好处： (1) 程程序序执执行行阶阶段段的的输输入入值值是是固固定定的的，程程序序执执行行完完后后再再用输出映像寄存器的值更新输出点，使系统的运行稳定。用输出映像寄存器的值更新输出点，使系统的运行稳定。 (2) 用用户户程程序序读读写写I0映映像
43、像寄寄存存器器比比读读写写I0点点快快得得多多，这样可以提高程序的执行速度。这样可以提高程序的执行速度。 (3) IO点点必必须须按按位位来来存存取取，而而映映像像寄寄存存器器可可按按位位、字字节、字或双字来存取，灵活性好。节、字或双字来存取，灵活性好。7/26/202429CH2 PLC的硬件结构与工作原理3 3通信处理通信处理 在在智智能能模模块块通通信信处处理理阶阶段段，CPU模模块块检检查查智智能能模模块块是是否否需需要要服服务务，如如果果需需要要，读读取取智智能能模模块块的的信信息息并并存存放放在在缓缓冲冲区区中中，供供下下一一扫扫描描周周期期使使用用。在在通通信信信信息息处处理理阶
44、阶段段，CPU处处理理通通信信口口接接收收到到的的信信息息，在在适适当当的的时时候候将将信信息息传传送送给给通通信请求方。信请求方。 4 4CPUCPU自诊断测试自诊断测试 自诊断测试包括定期检查自诊断测试包括定期检查EEPROM、用户程序存储器、用户程序存储器、IO模块状态以及模块状态以及IO扩展总线的一致性，将监控定时器扩展总线的一致性，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。复位，以及完成一些别的内部工作。 7/26/202430CH2 PLC的硬件结构与工作原理5 5修改输出修改输出 CPU执执行行完完用用户户程程序序后后，将将输输出出映映像像寄寄存存器器的的01状状态态传传送送到
45、到输输出出模模块块并并锁锁存存起起来来。梯梯形形图图中中某某一一输输出出位位的的线线圈圈“通通电电”时时，对对应应的的输输出出映映像像寄寄存存器器为为1状状态态。信信号号经经输输出出模模块块隔隔离离和和功功率率放放大大后后，继继电电器器型型输输出出模模块块中中对对应应的的硬硬件件继继电电器器的的线线圈圈通通电电，其其常常开开触触点点闭闭合合，使使外外部部负负载载通通电电工工作作。若若梯梯形形图图中中输输出出点点的的线线圈圈“断断电电”，对对应应的的输输出出映映像像寄寄存存器器中中存存放放的的二二进进制制数数为为0，将将它它送送到到继继电电器器型型输输出出模模块块，对对应应的的硬硬件件继继电电器
46、器的的线线圈圈断断电电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。 当当CPU的工作方式从的工作方式从RUN变为变为STOP时，数字量输出被置时，数字量输出被置为系统块中的输出表定义的状态，或保持当时的状态。为系统块中的输出表定义的状态，或保持当时的状态。默认的默认的设置是将数字量输出清零，模拟量输出保持最后写的值。设置是将数字量输出清零，模拟量输出保持最后写的值。 7/26/202431CH2 PLC的硬件结构与工作原理6 6中断程序的处理中断程序的处理 如果在程序中使用了中断，中断事件发生时立即执行中如果在程序中使用了中断，中断事件发生时立即执行中断程
47、序，中断程序可能在扫描周期的任意点上被执行。断程序，中断程序可能在扫描周期的任意点上被执行。 7 7立即立即I IO O处理处理 在程序执行过程中使用立即在程序执行过程中使用立即I0指令可以直接存取指令可以直接存取IO点。用立即点。用立即I0指令读输入点的值时，相应的输入映像寄存指令读输入点的值时，相应的输入映像寄存器的值未被更新。用立即器的值未被更新。用立即IO指令来改写输出点时，相应的指令来改写输出点时，相应的输出映像寄存器的值被更新。输出映像寄存器的值被更新。 7/26/202432CH2 PLC的硬件结构与工作原理 下面用一个简单的例子来进一步说明可编程序控制下面用一个简单的例子来进一
48、步说明可编程序控制器的扫描工作过程器的扫描工作过程 图图2-10中中的的可可编编程程序序控控制制器器控控制制系系统统与与图图2-8中中的的继继电电器器控控制制电电路路的的功功能能相相同同。起起动动按按钮钮SBl和和停停止止按按钮钮SB2的的常常开开触触点点分分别别接接在在编编号号为为0.1和和0.2的的输输人人端端，接接触触器器KM的的线线圈圈接接在在编编号号为为0.0的的输输出出端端。如如果果热热继继电电器器FR动动作作其其常常闭闭触触点点断断开开后后需需手手动动复复位位，可可将将FR的的常常闭闭触触点点与与接接触触器器KM的的线线圈圈串联，这样可以少用一个可编程序控制器的输入点。串联，这样
49、可以少用一个可编程序控制器的输入点。 图图2-10梯形图中的梯形图中的I01与与I02是输入变量，是输入变量，QO.0是输是输出变量，它们都是梯形图中的编程元件。出变量，它们都是梯形图中的编程元件。I0.1与接在输入端与接在输入端子子0.1的的SBl的常开触点和输入映像寄存器，的常开触点和输入映像寄存器，I0.1相对应，相对应，Q0.0与接在输出端子与接在输出端子0.0的可编程序控制器内的输出电路和输的可编程序控制器内的输出电路和输出映像寄存器出映像寄存器Q0.0相对应。相对应。 8 8PLCPLC工作过程举例工作过程举例7/26/202433CH2 PLC的硬件结构与工作原理 PLC外部接线
50、图与梯形图外部接线图与梯形图 异步电动机控制电路异步电动机控制电路7/26/202434CH2 PLC的硬件结构与工作原理 梯形图以指令的形式储存在可编程序控制器的用户程序存梯形图以指令的形式储存在可编程序控制器的用户程序存储器中，图储器中，图210中的梯形图与下面的中的梯形图与下面的4条指令相对应，条指令相对应，“”之后是该指令的注释。之后是该指令的注释。 LD I01 接在左侧母线上的接在左侧母线上的I01的常开触点的常开触点 O Q00 与与I01的常开触点并联的的常开触点并联的Q00的常开触点的常开触点 AN I02 与并联电路串联的与并联电路串联的I02的常闭触点的常闭触点 = Q0
51、0 Q00的线圈的线圈梯形图完成的逻辑运算为梯形图完成的逻辑运算为 Q0.0（Q0.0）I0.1I0.2返回返回7/26/202435CH2 PLC的硬件结构与工作原理9 9输入输入/ /输出滞后时间输出滞后时间 输输入入输输出出滞滞后后时时间间又又称称系系统统响响应应时时间间，是是指指可可编编程程序序控控制制器器的的外外部部输输入入信信号号发发生生变变化化的的时时刻刻至至它它控控制制的的有有关关外外部部输输出出信信号号发发生生变变化化的的时时刻刻之之间间的的时时间间间间隔隔，它它由由输输入入电电路路滤滤波波时时间间、输输出出电电路路的的滞滞后后时时间间和和因因扫扫描工作方式产生的滞后时间三部
52、分组成。描工作方式产生的滞后时间三部分组成。 输输入入模模块块的的RC滤滤波波电电路路用用来来滤滤除除由由输输入入端端引引入入的的干干扰扰噪噪声声，消消除除因因外外接接输输入入触触点点动动作作时时产产生生的的抖抖动动引引起起的的不不良良影影响响，滤滤波波电电路路的的时时间间常常数数决决定定了了输输入入滤滤波波时时间间的的长长短短，有有的的可可编编程程序序控控制制器器如如S7-200的的部部分分输输入入点的输入延迟时间可以设置。点的输入延迟时间可以设置。 返回返回7/26/202436CH2 PLC的硬件结构与工作原理 输输出出模模块块的的滞滞后后时时间间与与模模块块的的类类型型有有关关，继继电
53、电器器型型输输出出电电路路的的滞滞后后时时间间一一般般在在10ms左左右右；双双向向晶晶闸闸管管型型输输出出电电路路在在负负载载接接通通时时的的滞滞后后时时间间约约为为1ms，负负载载由由导导通通到到断断开开时时的的最最大大滞滞后后时时间间为为10ms；晶晶体体管管型型输输出出电路的滞后时间小于电路的滞后时间小于1ms。 由由扫扫描描工工作作方方式式引引起起的的滞滞后后时时间间最最长长可可达达两两个个多多扫扫描周期。描周期。 可可编编程程序序控控制制器器总总的的响响应应延延迟迟时时间间一一般般只只有有几几十十毫毫秒秒，对对于于一一般般的的系系统统是是无无关关紧紧要要的的。要要求求输输入入和和输
54、输出出信信号号之之间间的的滞滞后后时时间间尽尽量量短短的的系系统统，可可以以选选用用扫扫描描速速度快的可编程序控制器或采取其他措施。度快的可编程序控制器或采取其他措施。 返回返回7/26/202437CH2 PLC的硬件结构与工作原理2.3 S7-200系列系列PLC 2 23 31 1S7S7200200新一代产品简介新一代产品简介2 23 32 2 CPUCPU模块模块 2 23 33 3数字量扩展模块数字量扩展模块 2 23 34 4模拟量扩展模块与热电偶、模拟量扩展模块与热电偶、热电阻扩展模块热电阻扩展模块 2 23 35 STEP7-Micro5 STEP7-MicroWINWIN编
55、程软件简编程软件简介介 返回返回7/26/202438CH2 PLC的硬件结构与工作原理 西西门门子子公公司司的的SIMATIC S7-200系系列列属属于于小小型型可可编编程程序序控控制制器器，可可用用于于代代替替继继电电器器的的简简单单控控制制场场合合，也也可可以以用用于于复复杂杂的的自自动动化化控控制制系系统统。由由于于它它有有极极强强的的通通信信功功能能，在在大大型型网网络络控控制制系系统中也能充分发挥其作统中也能充分发挥其作-用。用。 S7-200的的可可靠靠性性高高，可可用用梯梯形形图图、语语句句表表(即即指指令令表表)和和功功能能块块图图3种种语语言言来来编编程程。它它的的指指令
56、令丰丰富富，指指令令功功能能强强，易易于于掌掌握握、操操作作方方便便。内内置置有有高高速速计计数数器器、高高速速输输出出、PID控控制制器器、RS-485通通信信编编程程接接口口、PPI通通信信协协议议、MPI通通信信协协议议和和自自由由方方式式通通信信功功能能，IO端端子子排排可可以以很很容容易易地地拆拆卸卸。最最大大可可扩扩展展到到248点点数数字字量量IO或或35路路模模拟拟量量IO，最最多多有有30KB程程序序和和数数据据存存储空间。储空间。 2 23 31 1S7S7200200新一代产品简介新一代产品简介7/26/202439CH2 PLC的硬件结构与工作原理最最新新 升升级级的的
57、CPU224和和226完完全全兼兼容容老老产产品品，运运算算速速度度提提高高40%程程序序存存储储区区扩扩大大了了50%，数数据据存存储储区区扩扩大大了了60%。全全新新的的CPU224XP除除具具备备升升级级CPU以以外外，还还集集成成了了2路路模模拟拟量量输输入入（10位位）1路路模模拟拟量量输输出出，2个个485通通讯讯口口，高高速速脉脉冲冲输输出出频频率率提提高高到到100KHZ，2相相高高速速脉脉冲冲输输入入频频率率提提高高到到100KHZ，有有PID自自整整定功能。定功能。7/26/202440CH2 PLC的硬件结构与工作原理2 23 32 CPU2 CPU模块模块 返回返回S7
58、-200S7-200系列系列PLCPLC有有CPU21XCPU21X和和CPU22XCPU22X两代产品，其中两代产品，其中CPU22XCPU22X型型PLCPLC有有CPU221CPU221，CPU 222CPU 222，CPU 224CPU 224和和CPU 226CPU 226四种基本型号。四种基本型号。 CPU单元单元即即PLC主机，也可称为基本单元。它内部包括主机，也可称为基本单元。它内部包括中央处理器中央处理器CPU，存储单元、输入输出接口、内置存储单元、输入输出接口、内置5V和和24V直流电源、直流电源、RS-485通信接口等，是通信接口等，是PLC的核心部分。的核心部分。其功能
59、足以使它完成基本控制功能，所以其功能足以使它完成基本控制功能，所以CPU单元单独就单元单独就是一个完整的控制系统。是一个完整的控制系统。7/26/202441CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202442CH2 PLC的硬件结构与工作原理S7-200系列的系列的CPU模块外形结构图模块外形结构图7/26/202443CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202444CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202445CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202446CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202447CH2 PLC的硬件结构与工作原理vCPU221
60、主机集成主机集成6输入输入/4输出共输出共10个数字量个数字量I/O点。无点。无I/O扩展能扩展能力。力。6KB程序和数据存储空间。程序和数据存储空间。4个独立的个独立的30kHz高速计数器，高速计数器，2路独路独立的立的20kHz高速脉冲输出。高速脉冲输出。1个个RS-485通信通信/编程接口，具有编程接口，具有PPI通信通信协议、协议、MPI通信协议和自由方式通信能力，是极适合于小点数控制系通信协议和自由方式通信能力，是极适合于小点数控制系统的微型控制器。统的微型控制器。vCPU222主机集成主机集成8输入输入/6输出共输出共14个数字量个数字量I/O点。点。6KB程序和数程序和数据存储空
61、间。据存储空间。比比CPU221增加了扩展能力增加了扩展能力，可连接，可连接2个扩展模块，可扩个扩展模块，可扩展最多展最多64个个I/O点和点和8路模拟量。路模拟量。vCPU224在在CPU222的基础上，主机数字量的基础上，主机数字量I/O点增为点增为14输入输入/10输输出共出共24个。个。扩展能力大为加强扩展能力大为加强，可连接，可连接7个扩展模块，最大扩展至个扩展模块，最大扩展至168个数字量个数字量I/O点或点或35路模拟量路模拟量I/O点。点。13KB程序和数据存储空间。程序和数据存储空间。6个个独立的独立的30kHz高速计数器，高速计数器，2路独立的路独立的20kHz高速脉冲输出
62、，具有高速脉冲输出，具有PID控制器。控制器。I/O端子排可很容易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制端子排可很容易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制器。器。7/26/202448CH2 PLC的硬件结构与工作原理vv CPU224XPCPU224XP除具有除具有除具有除具有CPU224CPU224的功能外，另集成的功能外，另集成的功能外，另集成的功能外，另集成 2 2输入输入输入输入/1/1输出共输出共输出共输出共3 3个模个模个模个模拟量拟量拟量拟量I/OI/O点，程序和数据存储空间扩展为点，程序和数据存储空间扩展为点，程序和数据存储空间扩展为点，程序和数据存储空间扩展为20KB20KB
63、，高速计数器与高速脉冲高速计数器与高速脉冲高速计数器与高速脉冲高速计数器与高速脉冲输出频率达输出频率达输出频率达输出频率达100KHz100KHz。本机还新增位控特性，自整定本机还新增位控特性，自整定本机还新增位控特性，自整定本机还新增位控特性，自整定PIDPID功能，线性斜功能，线性斜功能，线性斜功能，线性斜坡脉冲指令，诊断坡脉冲指令，诊断坡脉冲指令，诊断坡脉冲指令，诊断LEDLED，数据记录及配方功能等，是具有模拟量数据记录及配方功能等，是具有模拟量数据记录及配方功能等，是具有模拟量数据记录及配方功能等，是具有模拟量I/OI/O和和和和强大控制能力的新型强大控制能力的新型强大控制能力的新型
64、强大控制能力的新型CPUCPU。vCPU226在在CPU224的基础上功能进一步强大，主机增加到的基础上功能进一步强大，主机增加到40个数个数字量字量I/O点。最大扩展至点。最大扩展至248个数字量个数字量I/O点或点或35路模拟量路模拟量I/O点。增加点。增加了通信接口数量，可以分别进行设置，同时与两个设备进行通信而互不了通信接口数量，可以分别进行设置，同时与两个设备进行通信而互不干扰，通信功能大大加强。干扰，通信功能大大加强。CPU226可用于较高要求的控制系统，更多可用于较高要求的控制系统，更多的的I/O点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集点，更强的模块扩展能力，更快
65、的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能使其完全适应于复杂的中小型控制系统。成特殊功能使其完全适应于复杂的中小型控制系统。vCPU226XM在原有的在原有的CPU226的基础上将程序存储空间和数据存储的基础上将程序存储空间和数据存储空间扩大了一倍，其他指标未变。空间扩大了一倍，其他指标未变。7/26/202449CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202450CH2 PLC的硬件结构与工作原理S7-200系列系列PLC功能强大，有着鲜明的特点。功能强大，有着鲜明的特点。(1)自带高速计数器，有多个接口可以接受最高达自带高速计数器，有多个接口可以接受最高达30kHz的高速脉冲输的高速脉冲输
66、入。可以同时做加减计数，连接两相相位差为入。可以同时做加减计数，连接两相相位差为90的的A/B相增量编码器，可通相增量编码器，可通过编程对高速计数功能相关状态字进行设置，得到多种对高速脉冲的计数模过编程对高速计数功能相关状态字进行设置，得到多种对高速脉冲的计数模式。式。(2)具有高速脉冲输出接口，最大脉冲频率可达具有高速脉冲输出接口，最大脉冲频率可达20kHz，能够直接用于能够直接用于定位控制。定位控制。(3)存储空间大，并可由超级电容对数据进行长达存储空间大，并可由超级电容对数据进行长达190分钟的掉电保护，分钟的掉电保护，若选用存储卡，则可保存若选用存储卡，则可保存200天。天。(4)运算
67、指令丰富，并具有实数运算功能，可实现复杂的计算和控制策运算指令丰富，并具有实数运算功能，可实现复杂的计算和控制策略。并允许在程序中立即读写略。并允许在程序中立即读写I/O接口，在一些需要立即响应的场合应用非常接口，在一些需要立即响应的场合应用非常方便。方便。(5)可为模拟量和数字量输入设置滤波器，输入接口可以捕捉比可为模拟量和数字量输入设置滤波器，输入接口可以捕捉比CPU扫扫描速度更快的窄脉冲信号，便于适应复杂的工业环境。描速度更快的窄脉冲信号，便于适应复杂的工业环境。(6) 内部配有内部配有+5V DC扩展电源，输出电流可达扩展电源，输出电流可达1000mA；+24V DC传感器电传感器电源
68、或负载驱动电源，输出电流可达源或负载驱动电源，输出电流可达400mA。 (7) 具有具有RS-485通信接口，可与计算机、变频器、文本显示器、手持编程器等通信接口，可与计算机、变频器、文本显示器、手持编程器等进行通信，交换数据、完成控制功能。进行通信，交换数据、完成控制功能。7/26/202451CH2 PLC的硬件结构与工作原理S7-200CPU模块共同的技术指标模块共同的技术指标 7/26/202452CH2 PLC的硬件结构与工作原理2 23 33 3 数字量扩展模块数字量扩展模块 用户选用具有不同用户选用具有不同IO点数的数字量扩展模块，点数的数字量扩展模块，可以满足不同的控制需要，节
69、约投资费用。系统规可以满足不同的控制需要，节约投资费用。系统规模扩大后，增加模扩大后，增加IO点数也很方便。用户可选用点数也很方便。用户可选用8点、点、16点和点和32点的数字量输入输出模块点的数字量输入输出模块(见下表见下表)，除，除CPU221外，其他外，其他CPU模块均可配接多个扩展模块均可配接多个扩展模块，连接时模块，连接时CPU模块放在最左侧，扩展模块用扁模块放在最左侧，扩展模块用扁平电缆与左侧的模块相连。平电缆与左侧的模块相连。 返回返回7/26/202453CH2 PLC的硬件结构与工作原理1.数字量模块的主要特点数字量模块的主要特点(1)数字量扩展模块内部没有中央控制器，所以必
70、须与数字量扩展模块内部没有中央控制器，所以必须与CPU模块相连，使用模块相连，使用CPU模块的寻址功能，对模块上的模块的寻址功能，对模块上的I/O接接口进行控制。口进行控制。(2)数字量扩展模块须由数字量扩展模块须由CPU模块通过扩展接口提供正模块通过扩展接口提供正常工作所需的常工作所需的+5VDC电源，其外部不再提供工作电源。电源，其外部不再提供工作电源。(3)数字量扩展模块数字量扩展模块I/O接口所需接口所需+24VDC电源可以由电源可以由CPU模块的传感器电源提供，但受到最大电流的限制，只能模块的传感器电源提供，但受到最大电流的限制，只能为部分接口提供电源，所以常用外部为部分接口提供电源
71、，所以常用外部DC+24V开关电源为开关电源为I/O接口供电。接口供电。(4)扩展模块秉承了整体式扩展模块秉承了整体式PLC的结构特点，也吸收了的结构特点，也吸收了模块式模块式PLC便于扩展的优势，其结构紧凑，与便于扩展的优势，其结构紧凑，与CPU模块同宽模块同宽同高而长度不同，扩展后与同高而长度不同，扩展后与CPU形成一个整齐的长方体结构，形成一个整齐的长方体结构，十分方便在控制柜内整体安装。十分方便在控制柜内整体安装。7/26/202454CH2 PLC的硬件结构与工作原理S7-200系列系列PLC为方便工程使用，提供了种类丰富的数字量扩展模块，为方便工程使用，提供了种类丰富的数字量扩展模
72、块，有单独的输入模块有单独的输入模块EM221(8路扩展输入路扩展输入)；有单独的输出模块；有单独的输出模块EM222(8路扩路扩展输出展输出)；有；有I/O混合模块混合模块EM223(具有具有8I/O、16I/O、32I/O等多种配置等多种配置)。2.数字量模块的型号与性能数字量模块的型号与性能7/26/202455CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202456CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202457CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202458CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202459CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202460
73、CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202461CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202462CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202463CH2 PLC的硬件结构与工作原理(1)不同的主机最大可扩展模块数量有限，不同的主机最大可扩展模块数量有限，CPU221不能扩展，不能扩展，CPU222只能扩展两个模块，只能扩展两个模块，CPU224、CPU226能够扩展能够扩展7个模块。个模块。(2)扩展模块消耗的总电流不能超过扩展模块消耗的总电流不能超过CPU模块能够提供的最大电流。模块能够提供的最大电流。(3)扩展总点数不能大于扩展总点数不能大于I/O映像寄存器的总数。因
74、为映像寄存器的总数。因为CPU模块对数字模块对数字量的寻址都是以量的寻址都是以8位寄存器为一个单位的，对数字量扩展模块也是相同的。位寄存器为一个单位的，对数字量扩展模块也是相同的。若某一模块的数字量若某一模块的数字量I/O不是不是8的整倍数，则余下的空地址也不会分配给其他的整倍数，则余下的空地址也不会分配给其他模块。例如对于模块。例如对于CPU224模块，本机输入地址为模块，本机输入地址为I0.0I0.7和和I1.0I1.5，输输出地址为出地址为Q0.0Q0.7和和Q1.0Q1.1。若扩展一个若扩展一个4输入、输入、4输出的输出的EM223数数字量扩展模块，则扩展模块输入地址为字量扩展模块，则
75、扩展模块输入地址为I2.0I2.3，输出地址为输出地址为Q2.0Q2.3。地址地址I1.6I1.7与与Q1.2Q1.7都不能与外部接口对应，即它们是未用位。都不能与外部接口对应，即它们是未用位。对于输出寄存器中没有使用的位，可以像使用内部存储器标志位一样使用。对于输出寄存器中没有使用的位，可以像使用内部存储器标志位一样使用。但对于输入寄存器中没有使用的位，由于每次输入更新时都把未用位清但对于输入寄存器中没有使用的位，由于每次输入更新时都把未用位清0，所以不能作为内部存储器标志位使用。所以不能作为内部存储器标志位使用。3.限制数字量模块扩展数量的几个因素限制数字量模块扩展数量的几个因素7/26/
76、202464CH2 PLC的硬件结构与工作原理2 23 34 4 模拟量扩展模块模拟量扩展模块 热电偶、热电阻扩展模块热电偶、热电阻扩展模块 在工业控制中，某些输入量在工业控制中，某些输入量(如压力、温度、流量、如压力、温度、流量、转速等转速等)是模拟量，某些执行机构是模拟量，某些执行机构(如晶闸管调速装置、如晶闸管调速装置、电动调节阀和变频器等电动调节阀和变频器等)要求可编程序控制器输出模要求可编程序控制器输出模拟信号，而可编程序控制器的拟信号，而可编程序控制器的CPU只能处理数字量。只能处理数字量。模拟量首先被传感器和变送器转换为标准的电流或电模拟量首先被传感器和变送器转换为标准的电流或电
77、压，如压，如420mA、15V、010V，可编程序控制器用可编程序控制器用AD转换器将它们转换成数字量。这些数字量可能转换器将它们转换成数字量。这些数字量可能是二进制的，也可能是十进制的，带正负号的电流或是二进制的，也可能是十进制的，带正负号的电流或电压在电压在AD转换后用二进制补码表示。转换后用二进制补码表示。 返回返回7/26/202465CH2 PLC的硬件结构与工作原理 DA转转换换器器将将可可编编程程序序控控制制器器的的数数字字输输出出量量转转换换为为模模拟拟电电压压或或电电流流，再再去去控控制制执执行行机机构构。模模拟拟量量I0模模块块的的主主要要任任务务就就是实现是实现AD转换转
78、换(模拟量输入模拟量输入)和和DA转换转换(模拟量输出模拟量输出)。 例例如如，在在温温度度闭闭环环控控制制系系统统中中，炉炉温温用用热热电电偶偶或或热热电电阻阻检检测测，温温度度变变送送器器将将温温度度转转换换为为标标准准电电流流或或标标准准电电压压后后送送给给模模拟拟量量输输入入模模块块，经经AD转转换换后后得得到到与与温温度度成成比比例例的的数数字字量量，CPU将将它它与与温温度度设设定定值值比比较较，并并按按某某种种控控制制规规律律对对差差值值进进行行运运算算，将将运运算算结结果果(数数字字量量)送送给给模模拟拟量量输输出出模模块块，经经DA转转换换后后变变为为电电流流信信号号或或电电
79、压压信信号号，用用来来控控制制电电动动调调节节阀阀的的开开度度，通通过它控制加热用的天然气的流量，实现对温度的闭环控制。过它控制加热用的天然气的流量，实现对温度的闭环控制。 AD、DA转转换换器器的的二二进进制制位位数数反反映映了了它它们们的的分分辨辨率率，位位数数越越多多，分分辨辨率率越越高高，例例如如8位位AD转转换换器器的的分分辨辨率率为为128=038。模拟量输入输出模块的另一个重要指标是转换时间。模拟量输入输出模块的另一个重要指标是转换时间。7/26/202466CH2 PLC的硬件结构与工作原理在在S7-200系列系列PLC中，除了中，除了CPU224XP模块本身自带有模拟模块本身
80、自带有模拟量量I/O接口，其他接口，其他CPU模块若要处理模拟量信号，均需扩展模模块若要处理模拟量信号，均需扩展模拟量模块。拟量模块。1.模拟量模块种类模拟量模块种类模拟量模块主要分为模拟量模块主要分为3种，即模拟量输入模块种，即模拟量输入模块EM231(4路模拟量输入路模拟量输入)、模拟量输出模块、模拟量输出模块EM232(2路模拟量输出路模拟量输出)和和模拟量模拟量I/O组合模块组合模块EM235(4路模拟量输入、路模拟量输入、1路模拟量输出路模拟量输出)。7/26/202467CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202468CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202469
81、CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202470CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202471CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202472CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202473CH2 PLC的硬件结构与工作原理EM231配置开关使用说明配置开关使用说明7/26/202474CH2 PLC的硬件结构与工作原理EM235配置开关使用说明配置开关使用说明7/26/202475CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202476CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202477CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202478CH2 PL
82、C的硬件结构与工作原理7/26/202479CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202480CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/202481CH2 PLC的硬件结构与工作原理4将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理量将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理量 转转换换时时应应考考虑虑变变送送器器的的输输入入输输出出量量程程和和模模拟拟量量输输入入模模块块的的量量程，找出被测物理量与程，找出被测物理量与AD转换后的数字之间的比例关系。转换后的数字之间的比例关系。例例21 某某发发电电机机的的电电压压互互感感器器的的电电压压比比为为10kV100V(线线电电压压)，电电流流互互感
83、感器器的的电电流流比比为为1000A5A，功功率率变变送送器器的的额额定定输输入入电电压压和和额额定定输输入入电电流流分分别别为为ACl00V和和5A，额额定定输输出出电电压压为为DC10V，模模拟拟量量输输入入模模块块将将DC10 V输输入入信信号号转转换换为为数数字字32 000+32 000。返回返回7/26/202482CH2 PLC的硬件结构与工作原理设转换后得到的数字为设转换后得到的数字为N，求以求以kW为单位的有功功率值。为单位的有功功率值。 解：根据互感器额定值计算的原边有功功率额定值为：解：根据互感器额定值计算的原边有功功率额定值为： 3X10000X1000=1732100
84、0(W)=17321(kW)由由以以上上关关系系不不难难推推算算出出互互感感器器原原边边的的有有功功功功率率与与转转换换后后的的数数字字之之间间的的关关系系为为1732132000=05413kW。转转换换后后的的数数字字为为N时时，对对应应的的有有功功功功率率为为05413N(kW)，如如果果以以kW为为单单位位显显示示功率功率P，使用定点数运算时的计算公式为：使用定点数运算时的计算公式为： P=NX541310 000(kW)返回返回7/26/202483CH2 PLC的硬件结构与工作原理EM231热热电电偶偶、热热电电阻阻模模块块具具有有冷冷端端补补偿偿电电路路，如如果果环环境境温温度度
85、迅迅速速变变化化，则则会会产产生生额额外外的的误误差差，建建议议将将热热电电偶偶和和热热电电阻阻模模块块安安装装在在环环境境温温度度稳稳定定的的地地方方。热热电电偶偶输输出出的的电电压压范范围围为为土土80mV，模块输出模块输出15位加符号位的二进制数。位加符号位的二进制数。 EM231热热电电偶偶模模块块可可用用于于J、K、E、N、S、T和和R型型热热电电偶偶，用户用模块下方的用户用模块下方的DIP开关来选择热电偶的类型。开关来选择热电偶的类型。 热热电电阻阻的的接接线线方方式式有有2线线、3线线和和4线线3种种。4线线方方式式的的精精度度最最高高，因因为为受受接接线线误误差差的的影影响响，
86、2线线方方式式的的精精度度最最低低。EM231热热电电阻阻模模块块可可通通过过DIP开开关关来来选选择择热热电电阻阻的的类类型型、接接线线方方式式、测测量量单单位位和和开开路路故故障障的的方方向向。连连接接到到同同一一个个扩扩展展模模块块上上的的热热电电阻阻必必须须是是相相同同类类型型的的。改改变变DIP开开关关后后必必须须将将可可编编程程序序控控制制器器断断电后再通电，新的设置才能起作用。电后再通电，新的设置才能起作用。 两种模块的采样周期为两种模块的采样周期为405ms(Pt l0000为为700ms)，重复性为重复性为满量程的满量程的0.05。 返回返回7/26/202484CH2 PL
87、C的硬件结构与工作原理2 23 35 STEP7-Micro5 STEP7-MicroWINWIN编程软件简编程软件简介介 STEP 7-MicroWIN是是专专门门为为S7-200设设计计的的在在个个人人计计算算机机Windows操操作作系系统统下下运运行行的的编编程程软软件件，它它的的功功能能强强大大，使使用用方方便便，简简单单易易学学。CPU通通过过PCPPI电电缆缆或或插插在在计计算算机机中中的的CP5511、CP5611通通信信卡卡与与计计算算机机通通信信。通通过过PCPPI电缆，可以在电缆，可以在Windows下实现多主站通信方式。下实现多主站通信方式。 STEP 7-MicroW
88、IN的的用用户户程程序序结结构构简简单单清清晰晰，即即通通过过一一个个主主程程序序调调用用子子程程序序或或中中断断程程序序，还还可可以以通通过过数数据据块块进进行行变变量量的的初初始始化化设设置置。用用户户可可以以用用语语句句表表(STL)、梯梯形形图图(LAD)和和功功能能块块图图编编程程，不不同同的的编编程程语语言言编编制制的的程程序序可可以以相相互互转转换换，可可以以用用符符号号表表来来定定义义程程序序中中使使用用的的变变量量地地址址对对应应的的符符号号，例例如如指指定符号定符号“起动按钮起动按钮”对应于地址对应于地址100，使程序便于设计和理解。，使程序便于设计和理解。 PID控控制制
89、器器、可可编编程程序序控控制制器器之之间间的的网网络络数数据据传传输输、高高速速计计数数器器和和TD200文文本本显显示示器器的的编编程程和和程程序序设设计计是是S7-200程程序序设设计计中中的的几几个个难难点点，STEP 7MicroWIN为为此此设设计计了了指指令令向向导导和和TD200向向导导，通通过过对对话话方方式式，用用户户只只需需要要输输入入一一些些参参数数，就就可可以以实实现现参参数数设设置置，自自动动生生成成用用户户程程序序。用用户户还还可可以以通通过系统块来完成大量的硬件设置。过系统块来完成大量的硬件设置。 STEP 7MicroWIN可为用户提供两套指令集，即可为用户提供
90、两套指令集，即SIMATIC指令集指令集(S7-200方式方式)和国际标准指令集（和国际标准指令集（IECl31-3方式方式)。通过调制解调器可实现远。通过调制解调器可实现远程编程，可用单次扫描和强制输出等方式来调试程序和进行故障诊断。程编程，可用单次扫描和强制输出等方式来调试程序和进行故障诊断。 返回返回7/26/202485CH2 PLC的硬件结构与工作原理主界面各部分功能主界面各部分功能1菜单条菜单条引导条引导条 指令树指令树 程序编辑器程序编辑器 符号表符号表 状态图表状态图表 数据块数据块输出窗口输出窗口 状态条状态条 程序察看程序察看 局部变量局部变量表菜单条 编程软件的基本使用编
91、程软件的基本使用一、项目生成一、项目生成 1新建项目新建项目 (1) 确定确定PLC的的CPU型号型号(2) 项目文件更名项目文件更名(3) 添加一个子程序添加一个子程序(4) 添加一个中断程序添加一个中断程序(5) 编辑程序编辑程序2打开已有项目文件打开已有项目文件 3上装和下装项目文件上装和下装项目文件 以以梯梯形形图图编编辑辑器器为为例例，语语句句表表和和功功能能块块图图编编辑辑器器的的操操作作类类似。似。1输输入入编编程程元元件件 梯梯形形图图的的编编程程元元件件（编编程程元元素素）主主要要有有线线圈圈、触触点点、指指令令盒盒、标标号号及及连连接接线线。输输入入方方法法：指指令令树树窗
92、窗口口中中双双击击要要输输入入的的指指令令，就就可可在在矩矩形形光光标标处处放放置置一一个个编编程程元元件件。工工具具条条上上的的编编程程按按钮钮。单单击击触触点点、线线圈圈或或指指令令盒盒按按钮钮，从从弹弹出出的的窗窗口口下下拉拉菜菜单单所所列列出出的的指指令令中中选选择择要要输输入入指指令令单单击击即可。即可。 二、程序的编辑与传送二、程序的编辑与传送 2插插入入和和删删除除 在在编编辑辑区区右右击击要要进进行行操操作作的的位位置置，弹弹出出图图示示的的下下拉拉菜菜单单，选选择择“插插入入”或或“删删除除”选选项项，弹弹出出子子菜菜单单，单单击击要要插插入入或或删删除除的的项项，然然后后进
93、进行行编编辑辑。也也可可用用菜菜单单“编编辑辑”中中相相应应的的“插插入入”或或“编编辑辑”中中的的“删删除除”项项完完成成相相同的操作。同的操作。3符号表符号表 将将梯梯形形图图中中的的直直接接地地址址编编号号用用具具有有实实际际含含义义的的符符号号代代替替。方方法法：在在编编程程时时使使用用直直接接地地址址（如如I0.0），然然后后打打开开符符号号表表，编编写写与与直直接接地地址址对对应应的的符符号号（如如与与I0.0对对应应的的符符号号为为start），编编译译后后由由软软件件自自动动转转换换名名称称。另另一一种种是是在在编编程程时时直直接接使使用用符符号号名名称称，然然后后打打开开符符
94、号号表表，编编写写与与符符号号对对应应的的直直接接地地址址，编译后得到相同的结果。编译后得到相同的结果。7/26/202490CH2 PLC的硬件结构与工作原理4局部变量表局部变量表（1）局局部部变变量量与与全全局局变变量量 程程序序中中的的每每个个POU（Program Organizational Unit，程程序序组组织织单单元元）都都有有64K字字节节L存存储储器器组组成成的的局局部部变变量量表表。局局部部变变量量只只在在他他被被创创建建POU中中有有效效。全全局局变变量量在在各各POU中中均均有有效效，只只能能在在符符号号表表（全全局局变变量量表表）做做定定义义。（2）局局部部变变量
95、量的的设设置置 将将光光标标移移到到编编辑辑器器的的程程序序编编辑辑区区的的上上边边缘缘，向向下下拖拖动动上上边边缘缘，则则自自动动出出现现局局部部变变量量表表，此此时时可可为为子子程程序和中断服务程序设置局部变量。序和中断服务程序设置局部变量。5注注释释 梯梯形形图图编编辑辑器器中中的的Network n表表示示每每个个网网络络或或梯梯级级，同同时时又又是是标标题题栏栏，可可在在此此为为每每个个网网络络或或梯梯级级加加标标题题或或必必要要的的注注释释说说明明。双双击击Network n区区域域，弹弹出出图图示示的的对对话话框框，此此时时可可以以在在“题题目目”文文本本框框键键入入相相关标题，
96、在关标题，在“注释注释”文本框键入注释。文本框键入注释。6语语言言转转换换 语语句句表表、梯梯形形图图和和功功能能块块图图三三种种编编程程语语言言（编编辑辑器器）之之间间的的任任意意切切换换。检检视视 STL（语语句句表表）、LAD（梯梯形形图图）或或FBD（功功能能块块图图）便便可可进进入入对对应应的的编编程程环环境。境。程程序序编编辑辑完完成成，可可用用菜菜单单“PLC”中中的的“编编译译”项项进进行行离离线线编编译译。编编译译结结束束后后在在输输出出窗窗口口显显示示程程序序中中的的语语法法错错误误的的数数量量、各各条条错错误误的的原原因因和和错错误误在在程程序序中中的的位位置置。双双击击
97、输输出出窗窗口口中中的的某某一一条条错错误误，程程序序编编辑辑器器中中的的矩矩形形光光标标将将会会移移到到程程序序中中该该错错误误所所在在的的位位置置。必必须须改改正正程程序序中中的的所所有有错误，编译成功后才能下载程序。错误，编译成功后才能下载程序。7编译用户程序编译用户程序8程序的下载和清除程序的下载和清除 下下载载之之前前，PLC应应处处于于STOP方方式式。单单击击工工具具栏栏的的“停停止止”按按钮钮，或或选选择择菜菜单单命命令令“PLC”中中的的“停停止止”项项，可可以以进进入入STOP状状态态。如如果果不不在在STOP状状态态，可可将将CPU模块上的方式开关扳到模块上的方式开关扳到
98、STOP位置。位置。 为了使下载的程序能正确执行，下载前必须将为了使下载的程序能正确执行，下载前必须将PLC存储器中的原程序清除。清除的方法是：单击菜单存储器中的原程序清除。清除的方法是：单击菜单“PLC”中的中的“清除清除”项，会出现清除对话框，选择项，会出现清除对话框，选择“清除全部清除全部”即可。即可。 7/26/202494CH2 PLC的硬件结构与工作原理 程序监控与调试程序监控与调试 一、选择扫描次数一、选择扫描次数STEP7可可选选择择单单次次或或多多次次扫扫描描来来监监视视用用户户程程序序，可可以以指指定定主主机机以以有有限限的的扫扫描描次次数数执执行行用用户户程程序序。通通过
99、过选选择择主主机机扫扫描描次次数数，当过程变量改变时，可监视用户程序的执行。当过程变量改变时，可监视用户程序的执行。多多次次扫扫描描时时，应应使使PLC置置于于STOP模模式式，使使用用菜菜单单命命令令“排排错错”中中的的“多多次次扫扫描描”来来指指定定执执行行的的扫扫描描次次数数，然然后后单单击击“确确认认”按钮。按钮。初初次次扫扫描描时时则则将将PLC置置于于STOP模模式式，然然后后使使用用菜菜单单命命令令“排排错错”中的中的“单次扫描单次扫描”进行。进行。二、用状态表监控程序二、用状态表监控程序 使用状态表来监视用户程序，在程序运行时，可以用状态表使用状态表来监视用户程序，在程序运行时
100、，可以用状态表来读、写监视和强制来读、写监视和强制PLC的内部变量。并可以用强制表操作修的内部变量。并可以用强制表操作修改用户程序，如图示。改用户程序，如图示。1打打开开和和编编辑辑已已有有的的状状态态表表 单单击击目目录录树树中中的的状状态态表表图图标标，或或菜菜单单“检检视视”中中的的“状状态态表表”选选项项均均可可打打开开已已有有的的状状态态表表，并并对对它它进进行行编编辑辑。多个状态表，可用状态表底部的标签切换。多个状态表，可用状态表底部的标签切换。2 创创建建新新的的状状态态表表 用用鼠鼠标标右右键键单单击击目目录录树树中中的的状状态态表表图图标标或或单单元元已已经经打打开开的的状状
101、态态表表，将将弹弹出出一一个个窗窗口口，在在窗窗口口中中选选择择“插插入入状状态态表表”选项，可创建新的状态表。选项，可创建新的状态表。 3 启启动动和和关关闭闭状状态态表表 STEP7与与PLC的的通通信信成成功功后后，打打开开状状态态表表，用用菜菜单单“排排错错”中中的的“图图状状态态”选选项项或或单单击击工工具具条条上上的的“状状态态表表”图图标标，可启动状态表，再操作一次可关闭状态表。可启动状态表，再操作一次可关闭状态表。4 单单次次读读取取状状态态信信息息 状状态态表表被被关关闭闭时时，用用菜菜单单命命令令“排排错错”中中的的“单单次次读读取取”或或单单击击工工具具条条上上的的“单单
102、项项读读取取”按按钮钮，可可以以获获得得PLC的的当当前前数数据据，并并在在状状态态表表中中将将当当前前数数值值显显示示出出来来，执执行行用用户户程程序序时时并并不不进进行行数数据据的的更更新新。要要连连续续收收集状态表信息，应启动状态表。集状态表信息，应启动状态表。 7/26/202498CH2 PLC的硬件结构与工作原理在在RUN方方式式且且对对控控制制过过程程影影响响较较小小的的情情况况下下，可可对对程程序序中中的的某某些些变变量量强强制制性性地地赋赋值值。S7-200 CPU 允允许许强强制制性性地地给给所所有有的的I/O点点赋赋值值，此此外外最最多多还还可可改改变变16个个内内部部存
103、存储储器器数数据据（V或或M）或或模模拟拟量量I/O（AI或或AQ）。V或或M可可按按字字节节、字字或或双双字字来来改改变变，模模拟拟量量只只能能从从偶偶字字节节开开始始以以字字为为单单位位（如如AIW6）来来改改变变。强强 制制 的的 数数 据据 将将 永永 久久 性性 地地 存存 储储 在在 CPU的的EEPROM中。中。5用状态表强制改变数值用状态表强制改变数值四、梯形图程序的状态监视四、梯形图程序的状态监视利利用用梯梯形形图图编编辑辑器器可可以以监监视视在在线线程程序序运运行行状状态态的的窗窗口口。梯梯形形图图中中显显示示所所有有操操作作数数的的值值，所所有有这这些些操操作作数数状状态
104、态都都是是PLC在扫描周期完成时的结果。在扫描周期完成时的结果。直直接接打打开开梯梯形形图图窗窗口口，在在工工具具条条中中单单击击 “程程序序状状态态” 按按钮。钮。致致命命错错误误 会会导导致致PLC停停止止执执行行程程序序。CPU检检测测到到致致命命错错误误时时，自自动动进进入入STOP（停停止止）方方式式，点点亮亮系系统统错错误误LED，并并关关闭闭输输出出。在在消消除除致致命命错错误误之之前前，CPU一一直直保保持这种状态。持这种状态。有有些些错错误误可可能能会会使使PLC无无法法进进行行通通信信，此此时时在在计计算算机机上上看看不不到到CPU的的错错误误代代码码。这这表表示示硬硬件件
105、出出错错，CPU模模块块需需要要修修理理，修修改改程程序序或或清清除除PLC的的存存储储器器不不能能消消除除这这种种错错误。误。非非致致命命错错误误 非非致致命命错错误误会会影影响响CPUCPU的的某某些些性性能能，但但不不会使用户程序无法执行。会使用户程序无法执行。运行错误运行错误 程序编译错误程序编译错误 程序执行错误程序执行错误 S7-200的出错处理的出错处理2 24 41 1 模块的安装与拆模块的安装与拆卸卸 2.4 PLC2.4 PLC的安装的安装 2 24 42 2 本机本机I/OI/O与扩展与扩展I/OI/O2 24 43 PLC3 PLC的外部接线的外部接线 与与电源的选择电
106、源的选择 返回返回7/26/2024102CH2 PLC的硬件结构与工作原理2 24 41 1 模块的安装与拆模块的安装与拆卸卸 1 1模块的安装与拆卸模块的安装与拆卸 S7-200可以安装在板上，也可以安装在标可以安装在板上，也可以安装在标准准DIN导轨上，利用总线连接电缆，可以很容导轨上，利用总线连接电缆，可以很容易地把易地把CPU模块和扩展模块连接在一起。需要模块和扩展模块连接在一起。需要连接的扩展模块较多时，模块连接起来会过长，连接的扩展模块较多时，模块连接起来会过长，两组模块之间可使用扩展连接电缆两组模块之间可使用扩展连接电缆(见图见图)，将，将模块安装成两排。模块安装成两排。 返回
107、返回7/26/2024103CH2 PLC的硬件结构与工作原理总体安装原则总体安装原则1、S7-200设备可以选择安装在控制柜背板上或者设备可以选择安装在控制柜背板上或者DIN标准导轨标准导轨上；可以沿水平方向或者垂直方向装设。上；可以沿水平方向或者垂直方向装设。2、注意将、注意将S7-200设备与高温发热装置、高电压装置及产生高电设备与高温发热装置、高电压装置及产生高电子噪声的装置分开装设在控制柜的不同区域，避免对子噪声的装置分开装设在控制柜的不同区域，避免对S7-200设备设备产生干扰和影响。产生干扰和影响。3、S7-200设备弱电信号线、通信电缆要与交流供电线路、开关设备弱电信号线、通信
108、电缆要与交流供电线路、开关频率高的大能量直流线路分开在不同的线槽中敷设。频率高的大能量直流线路分开在不同的线槽中敷设。4、在安装时应考虑、在安装时应考虑S7-200设备的散热，同时为接线留出足够的设备的散热，同时为接线留出足够的空间，一般要求在所装设的设备上下方至少留有空间，一般要求在所装设的设备上下方至少留有25mm的距离空的距离空间，控制柜中前面板和背板的距离不少于间，控制柜中前面板和背板的距离不少于75mm。7/26/2024104CH2 PLC的硬件结构与工作原理5、安装时应考虑电源的容量是否满足扩展模块或其他设备的供、安装时应考虑电源的容量是否满足扩展模块或其他设备的供电需求，即应考
109、虑电需求，即应考虑CPU内置内置5VDC电源和电源和24VDC传感器电源的传感器电源的容量。容量。6、当使用外部、当使用外部24VDC电源时，电源时，一定不能一定不能与与S7-200自带的自带的24VDC传感器电源传感器电源并联并联使用，使用，否则会造成严重的设备损坏或人否则会造成严重的设备损坏或人员伤亡。员伤亡。7、所有电源的公共端应该接在一起，以减少电子噪声干扰。、所有电源的公共端应该接在一起，以减少电子噪声干扰。7/26/2024105CH2 PLC的硬件结构与工作原理 S7-200CPU模模块块和和扩扩展展模模块块采采用用自自然然对对流流散散热热方方式式，每每个个单单元元的的上上方方和
110、和下下方方应应留留25mm的的散散热热空空间间。如如果果安安装装在在垂垂直直导导轨轨上上，应应使使用用DIN导导轨轨固固定定端端子子。在在有有剧剧烈烈振振动动的的情情况况下下，应在板上用应在板上用M4螺钉固定模块。螺钉固定模块。 一一般般情情况况下下可可在在DIN导导轨轨上上安安装装，安安装装方方法法是是：打打开开位位于于模模块块底底部部的的DIN导导轨轨夹夹子子，将将模模块块放放在在DIN导导轨轨上上，合合上上DIN夹夹子子，检检查查模模块块是是否否已已固固定定好好，IO模模块块应应放放在在CPU模模块块的的右右侧侧，固固定定好好各各模模块块后后，将将扩扩展展模模块块的的电电缆缆插插到到其其
111、左边的模块前盖下的连接器上。左边的模块前盖下的连接器上。 拆卸模块之前应切断可编程序控制器的电源，拆卸与模拆卸模块之前应切断可编程序控制器的电源，拆卸与模块相连的所有接线和电缆线后，松开固定螺钉或块相连的所有接线和电缆线后，松开固定螺钉或DIN夹子，夹子，然后取下模块。然后取下模块。 7/26/2024106CH2 PLC的硬件结构与工作原理垂直安装时，注意允许的环境温度比水平安装要低垂直安装时，注意允许的环境温度比水平安装要低10摄氏度，摄氏度，CPU应安装在所有扩展模块的下方。应安装在所有扩展模块的下方。7/26/2024107CH2 PLC的硬件结构与工作原理2 2 现场接线端子排与可拆
112、卸的端子连接器现场接线端子排与可拆卸的端子连接器 采用可选的现场接线端子排时，现场接线固定在端子排采用可选的现场接线端子排时，现场接线固定在端子排上，后者固定在模块的接线端子上。更换上，后者固定在模块的接线端子上。更换S7-200的模块时，的模块时，可将端子排整体取下来，这样可以减少更换模块的时间，还可将端子排整体取下来，这样可以减少更换模块的时间，还可以保证在拆卸和重装模块时现场接线固定不变。要取下端可以保证在拆卸和重装模块时现场接线固定不变。要取下端子连接器时，先抬起模块的端子上盖，将旋具插入端子块中子连接器时，先抬起模块的端子上盖，将旋具插入端子块中央的槽口中，用力向下压并撬出端子连接器
113、。将端子连接器央的槽口中，用力向下压并撬出端子连接器。将端子连接器装入模块时，将它向下压人模块，直到连接器被扣住。装入模块时，将它向下压人模块，直到连接器被扣住。 7/26/2024108CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/2024109CH2 PLC的硬件结构与工作原理7/26/2024110CH2 PLC的硬件结构与工作原理上图上图7/26/2024111CH2 PLC的硬件结构与工作原理拆卸拆卸CPU和扩展模块和扩展模块拆卸拆卸/安装模块端子排安装模块端子排7/26/2024112CH2 PLC的硬件结构与工作原理2 24 42 2 本机本机I/OI/O与扩展与扩展I/OI/O
114、S7-200CPU有一定数量的本机有一定数量的本机IO，本机本机I0有固定有固定的地址。可用扩展的地址。可用扩展IO模块来增加模块来增加I0点数，扩展模块安装点数，扩展模块安装在在CPU模块的右边，其模块的右边，其I0点的地址由模块的类型和模块在点的地址由模块的类型和模块在同类同类I0模块链中的位置来决定。模块链中的位置来决定。CPU分配给数字量分配给数字量IO模模块的地址以字节块的地址以字节(8位位)为单位，其中未用的位不会分配给为单位，其中未用的位不会分配给I0链中的后续模块。输出模块保留字节中的未用位，可像内链中的后续模块。输出模块保留字节中的未用位，可像内部存储器标志位那样来使用它们。
115、对于输入模块，每次更新部存储器标志位那样来使用它们。对于输入模块，每次更新输入时都将输入字节中未用的位清零，因此不能将它们用作输入时都将输入字节中未用的位清零，因此不能将它们用作内部存储器标志位。模拟量扩展模块以内部存储器标志位。模拟量扩展模块以4字节递增的方式来字节递增的方式来分配地址。分配地址。 返回返回7/26/2024113CH2 PLC的硬件结构与工作原理2 24 43 3 PLCPLC的外部接线的外部接线 与电与电源的选择源的选择 1 1现场接线的要求现场接线的要求 S7-200采采用用0515mm2的的导导线线，导导线线要要尽尽量量成成对对使使用用，应应将将交交流流线线、电电流流
116、大大且且变变化化迅迅速速的的直直流流线线与与弱弱电电信信号号线分隔开，干扰较严重时应设置浪涌抑制设备。线分隔开，干扰较严重时应设置浪涌抑制设备。返回返回7/26/2024114CH2 PLC的硬件结构与工作原理 2 2使用隔离电路时的接地与电路参考点使用隔离电路时的接地与电路参考点 直直流流电电源源的的0V是是它它供供电电的的电电路路的的参参考考点点，有有时时将将某某些些参参考考点点接接地地。将将相相距距较较远远的的参参考考点点连连接接在在一一起起时时，由由于于各各参参考考点点的的电电位位不不同同，可可能能出出现现预预想想不不到到的的电电流流，导导致致逻逻辑辑错错误误或或损损坏坏设设备备。使使
117、用用同同一一个个电电源源，有有同同一一个个参参考考点点的的电电路路，其其参参考考点点只只能能有有一一个个接接地地点。将给传感器供电的点。将给传感器供电的M端子接地，可提高抑制噪声的能力。端子接地，可提高抑制噪声的能力。 S7-200产产品品内内装装有有隔隔离离电电路路，隔隔离离电电压压小小于于1500VAC时时只只能能作作功功能能隔隔离离，不不能能作作安安全全隔隔离离。下下面面三三组组电电路路之之间间的的隔隔离离电电压压为为1500VAC。 继继电电器器输输出出、AC输输出出和和输输入入与与CPU逻逻辑辑电电路路之之间间；继继电电器器输输出出组组之之间间；AC电电源源线线和和零零线线与与地地、
118、CPU逻逻辑辑电电路路及及所所有有IO之之间。间。 将将几几个个具具有有不不同同地地电电位位的的CPU连连到到一一个个PPI通通信信网网络络时时，应应使使用隔离的用隔离的RS-485中继器中继器7/26/2024115CH2 PLC的硬件结构与工作原理3 3交流电源系统的外部接线交流电源系统的外部接线 交交流流电电源源系系统统的的外外部部电电路路如如图图所所示示，用用单单刀刀开开关关将将电电源源与与可可编编程程序序控控制制器器隔隔离离开开。可可用用过过流流保保护护设设备备(如如空空气气开开关关)保保护护CPU的的电电源源和和IO电电路路，也也可可以以为为输输出出点点分分组或分点设置熔断器。组或
119、分点设置熔断器。 所所有有的的地地线线端端子子集集中中到到一一起起后后，在在最最近近的的接接地地点点用用1.5mm2的的导导线线一一点点接接地地。将将传传感感器器电电源源的的M端端子子接接地地，可获得最佳的噪声抑制。可获得最佳的噪声抑制。7/26/2024116CH2 PLC的硬件结构与工作原理直流电源系统的外部接线直流电源系统的外部接线 4 4直流电源系统的外部接线直流电源系统的外部接线 使使用用直直流流电电源源的的接接线线图图如如图图2-14所所示示，用用单单刀刀开开关关将将电电源源与与可可编编程程序序控控制制器器隔隔离离开开，可可用用过过流流保保护护设设备备(如如空空气气开开关关)保保护
120、护CPU的的电电源源和和IO电电路路，可可为为输输出出点点分分组组或或分分点点设设置熔断器。接地的处理同交流电源系统。置熔断器。接地的处理同交流电源系统。 在在外外部部ACDC电电源源的的输输出出端端接接大大容容量量的的电电容容器器，负负载载突突变变时时，可可以以维维持持电电压压稳稳定定，以以确确保保DC电电源源有有足足够够的的抗抗冲冲击击能能力力。把把所所有的有的DC电源接地可获得最佳的噪声抑制。电源接地可获得最佳的噪声抑制。 未未接接地地的的DC电电源源的的公公共共端端M与与保保护护地地PE之之间间用用RC并并联联电电路路连连接接，电电阻阻和和电电容容的的典典型型值值为为1M和和4700p
121、F。电电阻阻提提供供了了静静电电释释放通路，电容用来提供高频噪声通路。放通路，电容用来提供高频噪声通路。 24VDC电电源源回回路路与与设设备备之之间间，以以及及220V AC电电源源与与危危险险环环境境之之间间，应应提提供供安安全全电电气气隔离。隔离。 7/26/2024117CH2 PLC的硬件结构与工作原理5 5感性负载的处理感性负载的处理 感感性性负负载载有有储储能能作作用用，触触点点断断开开时时，电电路路中中的的感感性性负负载载会会产产生生高高于于电电源源电电压压数数倍倍甚甚至至数数十十倍倍的的反反电电势势；触触点点闭闭合合时时，会会因因触触点点的的抖抖动动而而产产生电弧，它们都会对
122、系统产生干扰。对此可采取以下措施：生电弧，它们都会对系统产生干扰。对此可采取以下措施： 晶晶体体管管输输出出端端接接有有大大电电感感频频繁繁开开关关的的感感性性负负载载时时，应应在在它它两两端端并并联联续续流流二二极极管管(见见图图)，或或将将二二极极管管与与82V5W的的稳稳压压管管串串联联后后再再与与电电感感负载并联，二极管可选负载并联，二极管可选1N4001。输出电路的处理输出电路的处理 返回返回VDC7/26/2024118CH2 PLC的硬件结构与工作原理 继电器驱动直流负载时，可在电感负载两端并联继电器驱动直流负载时，可在电感负载两端并联RC串联电路，串联电路，R=VDCIL(最小
123、最小12)，C=KIL，式中：式中：KIL为负载电流，为负载电流，K=0.5l FA。也可以用反接的二极管来抑过电压，如果使用稳压管，其稳压值应大于也可以用反接的二极管来抑过电压，如果使用稳压管，其稳压值应大于36V。 继电器驱动交流负载时，应在继电器触点两端并联继电器驱动交流负载时，应在继电器触点两端并联RC电路电路(见图见图2-15)，也可以用压敏电阻来限制尖峰电压，压敏电阻的工作电压应比正常，也可以用压敏电阻来限制尖峰电压，压敏电阻的工作电压应比正常的电源电压的电源电压y的峰值高的峰值高20。当触点断开时，电容。当触点断开时，电容C为漏电流提供通道，为漏电流提供通道，应保证漏电流应保证漏
124、电流I=314CV满足要求。满足要求。 其中其中R0.5V（），），电容量电容量C按每按每10VA负载容量取负载容量取0.002-0.005 F计算。计算。输出电路的处理输出电路的处理 VDC7/26/2024119CH2 PLC的硬件结构与工作原理 S7-200的的CPU单单元元有有一一个个内内部部电电源源，它它为为CPU模模块块、扩扩展展模模块和块和24V DC用户供电，应根据下述的原则来确定电源的配置。用户供电，应根据下述的原则来确定电源的配置。 每每一一个个CPU模模块块都都有有一一个个24VDC传传感感器器电电源源，它它为为本本机机的的输输入入点点或或扩扩展展模模块块的的继继电电器器
125、线线圈圈提提供供电电源源，如如果果要要求求的的负负载载电电流流大于该电源的额定值，应增加一个大于该电源的额定值，应增加一个24VDC电源为扩展模块供电。电源为扩展模块供电。 CPU模模块块为为扩扩展展模模块块提提供供5VDC电电源源，如如果果扩扩展展模模块块对对5V DC电源的需求超过其额定值，必须减少扩展模块。电源的需求超过其额定值，必须减少扩展模块。 S7-200的的24V DC传传感感器器电电源源不不能能与与外外部部的的24V DC电电源源并并联联，这这种种并并联联可可能能会会使使一一个个或或两两个个电电源源失失效效，并并使使可可编编程程序序控控制制器器产生不正确的操作，上述两个电源之间只能有一个连接。产生不正确的操作，上述两个电源之间只能有一个连接。返回返回6 6电源的选择电源的选择7/26/2024120CH2 PLC的硬件结构与工作原理
