第三章 PLC硬件结构与工作原理

教学内容： PLC的组成模块(了解) PLC的工作原理(掌握重点) PLC的扩展模块(了解) S7-200的扩展和编址(重点和难点)

第2章 PLC的硬件与工作原理2.1 PLC的硬件 2.1.1 PLC的物理结构

PLC的物理结构：整体式、模块式 PLC按结构形式有不同分为： 整体式PLC 模块式PLC 整体式：CPU模块、I/O模块和电源模块都是 封装在一个机壳里的。S7-200通常把这种整 体式PLC,又称为“CPU模块”。

PLC控制系统示意图P43

I/O LED 状态LED 系统错误/诊断 (SF/DIAG) RUN( 运行) STOP( 停止) 可选卡插槽 存储器卡 时钟卡 电池卡

前盖下面有 模式选择开关(RUN/STOP) 模拟电位器 扩展端口

用 及应 C编程 PL 用及应 编程 PLC

接线端子排

通信口

用于在DIN导轨 上安装的卡子

图2-1 S7-200 CPU模块的外形图

模块式PLC:所有的硬件、所有的单元皆通过系统总线 挂接在其上。

由PLC模块及后方机架构成，机架上焊接有模 块插槽与总线相连，所有模块都插在模块插槽上。 搭建比较灵活，可根据设计需要选取合适的模块， 通常在大中型PLC中使用。 当一个机架不能满足要求时，还可增设机架， 机架间通过电缆相连。

整体式PLC特点: 体积小,每个I/O点相对比较便宜; 小型控制系统中常用. 如S7-200模块式PLC特点: 硬件组合灵活方便,I/O点的种类、多少、 比例控制选择方便，维修、调试方便，价 位高，用于要求高、复杂的控制系统中。 S7-300 S7-400

根据PLC中I/O点数，按规模 PLC还可做以下分类： 类 型 I / O 点数 微型 64点以下小型 中型 大 型 超大型 64点—128点 128点—512点 512点—8192点 8192点以上

存储容量(字节) 1—2KB2—4KB 4—16KB 16—64KB 64—128KB

运算器、控制器

2.1.2

CPU模块

CPU模块 主要由CPU芯片、存储器、内部电源所组成。 1、 CPU芯片功能： 1) 采集输入信号、执行用户程序、刷新系统的输出； 2) 诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语言 错误。动作步骤： 用扫描方式接收输入信号，送入PLC的输入映像寄存器中保存起 来。 PLC进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序， 进行解释和执行完成用户程序规定的各种操作 将用户程序的执行结果送到输出映像寄存器和刷新输出端 CPU是主控，它决定其它部件的动作。

2、存储器的功能：

用来存储系统程序、用户程序、工作数据等信息。

1、系统程序存储器 用来存储用于控制和完成PLC各种功能的程序，这 些程序是由PLC制造厂家利用相应的CPU指令系统 编写的，并固化在ROM中。 2、用户程序、工作数据存储器 用来存放由编程器或其他编程设备输入的用户程序。 用户程序由使

用者根据工程现场的生产过程和工艺要 求而编写，可通过编程器或编程软件修改上传。同 时存入该存储器的程序又可下载到编程软件中(下 载)。

在PLC中使用的存储器类型：(与普通计算机一致，可相互替代) 1、ROM非易失性(断电不会消失),可读不可写，错误操作不会 对其有影响，可用来存放系统程序，也可用来固化用户程序和 一些重要参数，但运行速度慢。

2、RAM易失性，可读可写，存放一般用户程序和系统参数，运行速度 快，断电后可通过锂电池保存这些信息。

3、EPROM 可用电擦除可编程的ROM 在PLC中广泛应用，ROM 的非易失性 可读不可写； RAM 的易失性 可读可写；其内容可用电擦除修改， 存放用户程序和需长期保存的数据同。

同时具有

2.1.3 I/O模块

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各I/O点的通断状态用发光二极管显示， 其外部接线直接接在模块面板的接线端子 上。 前面我们提到，为保证PLC的稳定性， 采用了许多抗干扰措施，最重要的有光电 耦合，也就是说外部信号，不能直接进入 PLC内部电路中去，外部I/O信号与PLC内 部间无电气联系。 那么外部信号是如何进入I/O模块的啦？

直流输入模块电路

直流输入模块电路特点： 使用电气隔离技术；(光电耦合器)

交流输入模块电路

交流输入模块电路： 双向电气隔离技术； 防止信号抖动；---RC滤波电路

继电器输出型： 输出信号与外设间通信，通过继电器原理实现； 灭弧结构； RC回路 压敏电阻 特点：可用于低频、大功率、交直流负载 由于继电器可通直流也可能交流, 其结构决定 其触点不能频繁开关,所以可适用于低频的直流 交流负载.

场效应晶体管输出型 光电耦合器作用 场效应晶体管作用 稳压管作用 晶体管输出电路,适用于高频小功率直流负载. 因为场效应晶体管不能通过较大的功率,而且 有电流的单向性,所以只能用于高频小功率直 流负载. 同时还需要一个外接电源,而且是直流的.