PLC的硬件与工作原理

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1、第1章PLC硬件与工作原理成都理工大学工程技术学院自动化工程系雷永锋第1章PLC的硬件与工作原理1.1概述1．CPU模块CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成。PLC的程序分为操作系统和用户程序。RAM（随机存取存储器）的工作速度高、价格便宜、改写方便。断电后储存的信息丢失。ROM（只读存储器）只能读出，不能写入。断电后储存的信息不会丢失。EEPROM（可以电擦除可编程的只读存储器）的数据可以读出和改写，断电后信息不会丢失。写入数据的时间比RAM长。S7-200用EEPROM来存储用户程序和需要长期保存的重要数据。2．I/O模块I/O模块是输入（Input）模块和输出（Ou

2、tput）模块的简称。输入模块用来采集输入信号，输出模块用来控制外部的负载和执行器。I/O模块还有电平转换与隔离的作用。3．编程软件STEP7-Micro/WIN用来生成和编辑用户程序，和监控用户程序的运行。4．电源PLC使用AC220V电源或DC24V电源。小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器提供DC24V电源。1.2S7-200系列PLCS7-200、S7-1200和S7-200SMART是西门子的小型PLC。S7-300/S7-400和S7-1500是模块式大中型PLC。WinAC是在PC上实现PLC功能的“软PLC”。1.2.1S7-200的特点1．功能强，有

3、高速计数、高速输出、PID参数自整定、位置控制、称重、配方、数据记录等功能。2．先进的程序结构3．灵活方便的存储器结构，大多数存储区可以按位（bit）、字节、字和双字读写。4．功能强大、使用方便的编程软件5．简化复杂编程任务的向导功能6．强大的通信功能7．品种丰富的配套人机界面，Smart700IE的价格便宜8．有竞争力的价格9．完善的网上技术支持1.2.2CPU模块有CPU221/222/224/224XP/224XPsi/226，最多扩展7个扩展模块、256点数字量I/O或45路模拟量I/O，最多24KB程序存储空间和10KB用户数据存储空间。CPU221无扩展功能。2

4、56点定时器、256点计数器；集成6个有13种工作模式的高速计数器，以及两点高速脉冲发生器/脉冲宽度调制器。1个或2个模拟电位器，1个或2个RS-485接口，有实时时钟。4点输入中断，2个1～255ms的定时中断。CPU224XP集成了2AI、1AO，2个RS-485通信口，高速输入200kHz、高速输出100kHz。可使用PPI、MPI、PROFIBUS、Modbus、USS、S7通信协议，和自由端口通信方式。1.2.3数字量输入与数字量输出1．数字量输入电路图1-3中的1M是同一组输入点各内部输入电路的公共点。输入电流为数毫安。外接触点接通时，发光二极管亮，光敏三极管饱

5、和导通；反之发光二极管熄灭，光敏三极管截止，信号经内部电路传送给CPU模块。漏型输入的输入电流流进输入模块，源型输入的输入电流从模块流出。2．数字量输出电路继电器输出电路可以驱动直流负载和交流负载，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，动作速度慢，动作次数有限制。场效应管输出电路只能驱动直流负载。反应速度快、寿命长，过载能力稍差。CPU224XPsi具有MOSFET漏型输出，电流从输出端子流入。其他场效应晶体管型输出的CPU都是MOSFET源型输出，电流从输出端子流出。1.2.4扩展模块1．数字量扩展模块数字量I/O：8DI、16DI、4DO、8DO模块；4/4、8/8、16/

6、16、32/32点的DI/DO模块。输入有DC24V和AC230V两种，输出有DC24V和继电器型两种。2．PLC对模拟量的处理模拟量输入模块将模拟量转换为数字量。模拟量输出模块将PLC中的数字量转换为模拟量电压或电流。有12位的4AI、8AI、2AO、4AO、4AI/1AO模块（见表1-5）；15位4路、8路热电偶模块，2路、4路热电阻模块。3．模拟量输入模块用模块上的DIP开关设置量程。转换后的12位数据被尽可能地往高位移动，单极性全量程输入范围对应的数字量输出为0～32000。双极性全量程输入范围对应的数字量输出为−32000～+32000。电压输入时输入阻抗≥2M

7、，电流输入时输入阻抗为250。5．模拟量输出模块满量程时电压输出和电流输出的分辨率分别为12位和11位。电压输出时负载阻抗最小5k；电流输出时负载阻抗最大500。4．将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理量【例1-2】量程为0～10MPa的压力变送器的输出信号为DC4～20mA，模拟量输入模块将0～20mA转换为0～32000的数字量，设转换后得到的数字为N，试求以kPa为单位的压力值。解：4～20mA的模拟量对应于数字量6400～32000，压力的计算公式为1.3I/O地址分配与外部接线1．I/O地址分配