电气控制技术及PLC课件：第2章 PLC的硬件结构

1、1青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC第第2章章 PLC的硬件结构的硬件结构 2.1 PLC的基本结构的基本结构2.4 可编程序控制器的接线可编程序控制器的接线2.3 S7-300/400 PLC的硬件结构的硬件结构2.2 S7-200 PLC的硬件结构的硬件结构2青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC2.1 PLC的基本结构的基本结构 PLC从结构形式上一般分为从结构形式上一般分为整体式整体式和和模块式模块式两种，但在逻辑结构上基本相同。两种，但在逻辑结构上基本相同。 整体式整体式PLC一般由一般由CPU、I/

2、O板、显示面板、板、显示面板、存储器和电源等组成，各部分整合为一个整体，一存储器和电源等组成，各部分整合为一个整体，一般微型小型般微型小型PLC如西门子如西门子S7-200系列都是整体式系列都是整体式结构；结构；3青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC 而模块式而模块式PLC一般由一般由CPU模块、模块、I/O模块、存模块、存储器模块、电源模块、底板和机架等组成，如西门储器模块、电源模块、底板和机架等组成，如西门子子S7-300，S7-400系列系列PLC。不论哪种结构类型的不论哪种结构类型的PLC，都属于总线式的开放结，都属于总线式的开放结构，其构，其

3、I/O能力可根据用户需要进行扩展和组合。能力可根据用户需要进行扩展和组合。4青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLCCPU输入接口输入接口输出接口输出接口存储器存储器电源电源外围接口外围接口编程设备编程设备PLC结构示意图结构示意图 5青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC 与通用计算机的与通用计算机的CPU一样，一样，PLC中中CPU也是整个系统的也是整个系统的核心部件，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之核心部件，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成。此外，还间联系

4、的地址总线、数据总线和控制总线构成。此外，还有外围芯片、总线接口及有关电路。有外围芯片、总线接口及有关电路。CPU在很大程度上决在很大程度上决定了定了PLC的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量等。和内存容量等。1、CPUCPU中的控制器中的控制器控制控制PLC工作，由它读取指令，解释并工作，由它读取指令，解释并执行命令。工作的时序（节奏）则由振荡信号控制。执行命令。工作的时序（节奏）则由振荡信号控制。CPU中的运算器用中的运算器用于完成算术或逻辑运算，在控制器的于完成算术或逻辑运算，在控制器的指挥下工作。指挥下工作。CPU中的寄存器中的

5、寄存器参与运算，并存储运算的中间结果。它参与运算，并存储运算的中间结果。它也是在控制器的指挥下工作。也是在控制器的指挥下工作。作为作为PLC的核心，的核心，CPU的功能主要包括以下几个方面：的功能主要包括以下几个方面：6青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC（1）CPU接收从编程器或计算机输入的程序和数据，并送接收从编程器或计算机输入的程序和数据，并送入用户程序存储器中存储。入用户程序存储器中存储。（2）监视电源、）监视电源、PLC内部各个单元电路的工作状态。内部各个单元电路的工作状态。（3）诊断编程过程中的语法错误，对用户程序进行编译。）诊断编程过程中

6、的语法错误，对用户程序进行编译。（4）在）在PLC进入运行状态后，从用户程序存储器中逐条读进入运行状态后，从用户程序存储器中逐条读取指令，并分析、执行该指令。取指令，并分析、执行该指令。（5）采集由现场输入装置送来的数据，并存入指定的寄存）采集由现场输入装置送来的数据，并存入指定的寄存器中。器中。（6）按程序进行处理，根据运算结果，更新有关标志位的）按程序进行处理，根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出状态或数据寄存器的内容。状态和输出状态或数据寄存器的内容。（7）根据输出状态或数据寄存器的有关内容，将结果送到）根据输出状态或数据寄存器的有关内容，将结果送到输出接口。输出接口。（8）响应中断

7、和各种外围设备（如编程器、打印机等）的）响应中断和各种外围设备（如编程器、打印机等）的任务处理请求。任务处理请求。7青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC当当PLC处于运行状态时，首先以扫描的方式接收现场各处于运行状态时，首先以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入相应的输入缓冲区。输入装置的状态和数据，并分别存入相应的输入缓冲区。然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行完毕之后，最后将解释后，按指令的规定执行完毕之后，最后将I/O缓冲区缓冲区的各输出状态或输出

8、寄存器内的数据传送到相应的输出的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置。如此循环运行，直到装置。如此循环运行，直到PLC处于编程状态，用户程处于编程状态，用户程序停止运行。序停止运行。CPU模块的外部表现就是具有工作状态的显示、各种接模块的外部表现就是具有工作状态的显示、各种接口及设定或控制开关。口及设定或控制开关。CPU模块一般都有相应的状态指模块一般都有相应的状态指示灯，如电源指示、运行停止指示、输入示灯，如电源指示、运行停止指示、输入/输出指示和故输出指示和故障指示等。总线接口用于扩展连接障指示等。总线接口用于扩展连接I/O模块或特殊功能模模块或特殊功能模块，内存接口用于外部

9、存储器，外设接口用于连接编程块，内存接口用于外部存储器，外设接口用于连接编程器等外部设备，通信接口则用于通信。此外，器等外部设备，通信接口则用于通信。此外，CPU模块模块上还有用来设定工作方式和内存区等的设定开关。上还有用来设定工作方式和内存区等的设定开关。8青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC2、存储器、存储器 存储器分为系统程序存储器和用户程序存储存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序相当于个人计算机的操作系统，能器。系统程序相当于个人计算机的操作系统，能够完成够完成PLC设计者规定的各种工作。系统程序由设计者规定的各种工作。系统程序由

10、可编程序控制器生产厂家设计并固化在可编程序控制器生产厂家设计并固化在ROM（只（只读存储器）中，用户不能读取。用户程序由用户读存储器）中，用户不能读取。用户程序由用户设计，它使设计，它使PLC完成用户要求的特定功能。用户完成用户要求的特定功能。用户程序存储器的容量以字（程序存储器的容量以字（16位二进制数）为单位。位二进制数）为单位。可编程序控制器使用以下几种物理存储器：可编程序控制器使用以下几种物理存储器：9青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC（1）随机存取存储器（）随机存取存储器（RAM）（2）只读存储器（）只读存储器（ROM） ROM的内容只能读

11、出，不能写入。它是非易的内容只能读出，不能写入。它是非易失的，它的电源消失后，仍能保存储存的内容。失的，它的电源消失后，仍能保存储存的内容。ROM一般用来存放可编程序控制器的系统程序。一般用来存放可编程序控制器的系统程序。 用户可以用可编程序装置读出用户可以用可编程序装置读出RAM中的内容，也可以中的内容，也可以将用户程序写入将用户程序写入RAM，因此，因此RAM又叫读又叫读/写存储器。它是易写存储器。它是易失性的存储器，电源中断后，储存的信息将会丢失。失性的存储器，电源中断后，储存的信息将会丢失。 RAM的工作速度高，价格便宜，改写方便。在关断的工作速度高，价格便宜，改写方便。在关断PLC的

12、外部电源后，可用锂电池保存的外部电源后，可用锂电池保存RAM中的用户程序和某些中的用户程序和某些数据。锂电池可用数据。锂电池可用25年，需要更换锂电池时，由可编程序年，需要更换锂电池时，由可编程序控制器发出信号，通知用户。现在部分可编程序控制器仍用控制器发出信号，通知用户。现在部分可编程序控制器仍用RAM来储存用户程序。来储存用户程序。10青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC 它是非易失性的，但是可以用编程装置对它编程，兼有它是非易失性的，但是可以用编程装置对它编程，兼有ROM的非易失性和的非易失性和RAM的随机存取等优点，但是将信息写的随机存取等优点

13、，但是将信息写入它所需的时间比入它所需的时间比RAM长得多。长得多。EEPROM用来存放用户程用来存放用户程序以及需要长期保存的重要数据。序以及需要长期保存的重要数据。（3）可电擦除可编程序的只读存储器（）可电擦除可编程序的只读存储器（EEPROM或或E2PROM）11青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC3、输入输出电路、输入输出电路 输入模块输入模块用来接收和采集输入信号。数字量用来接收和采集输入信号。数字量（或称开关量）输入模块用来接收来自按钮、选择（或称开关量）输入模块用来接收来自按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、数字拨

14、码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等的数字量信号；模拟量输入模开关、压力继电器等的数字量信号；模拟量输入模块接收来自电位器、测速发电机和各种变送器提供块接收来自电位器、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。一般输入电路的连续变化的模拟量电流电压信号。一般输入电路都设有滤波电路。都设有滤波电路。 输入（输入（Input）模块和输出（）模块和输出（Output）模块简）模块简称为称为I/O模块，是联系外部设备与模块，是联系外部设备与CPU模块的桥梁。模块的桥梁。12青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC 输入输出模块除了传递

15、信号外，还具有有电平输入输出模块除了传递信号外，还具有有电平转换与隔离的作用。另外，输入输出点的通断状态转换与隔离的作用。另外，输入输出点的通断状态由发光二极管显示，外部接线一般接在模块面板的由发光二极管显示，外部接线一般接在模块面板的接线端子上，或使用可拆卸的插座型端子板，不需接线端子上，或使用可拆卸的插座型端子板，不需断开端子板上的外部连线，就可以迅速地更换模块。断开端子板上的外部连线，就可以迅速地更换模块。 数字量数字量输出模块输出模块用来控制接触器、电磁阀、电用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等设备，磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等设备，模拟量输出模块

16、用来控制调节阀、变频器等执行装模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。置。13青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC 一是采用手持式编程器，它只能输入和编辑指一是采用手持式编程器，它只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。它的体积小，令表程序，因此又叫做指令编程器。它的体积小，价格便宜，一般用来给微型小型价格便宜，一般用来给微型小型PLC编程，便于现编程，便于现场调试和维护。场调试和维护。4、编程装置、编程装置编程装置是用来对编程装置是用来对PLC进行编程和设置各种参数的。进行编程和设置各种参数的。对对S7-200 PLC编程有两种方法：

17、编程有两种方法：14青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC 另一种方法是采用安装有另一种方法是采用安装有STEP7-Micro/WIN编程软件的编程软件的计算机和一根连接计算机和计算机和一根连接计算机和PLC的的PC/PPI通信电缆通信电缆，用户可，用户可以采用梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图等编程语言，以采用梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图等编程语言，可以实现不同编程语言的相互转换。可以实现不同编程语言的相互转换。15青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC5.电源电源 可编程序控制器使用可编程序控制器使用

18、220V交流电源或交流电源或24V直流直流电源。内部的开关电源为各模块提供电源。内部的开关电源为各模块提供5V、12V、24V等直流电源。小型等直流电源。小型PLC一般都可以为输入电路一般都可以为输入电路和外部的电子传感器和外部的电子传感器(如接近开关等如接近开关等)提供提供24V直流直流电源，驱动电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。负载的直流电源一般由用户提供。16青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC2.2 S7-200 PLC的硬件结构的硬件结构17青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC24V 24

19、V 传感器传感器 电源输出电源输出PanelPanel安装固安装固定孔定孔安装于标准安装于标准DINDIN导轨导轨上上 的夹子的夹子 可选卡可选卡插槽插槽 内部内部: :- - 电源电源- - 超级电容超级电容- - 时钟时钟(224(XP),226)(224(XP),226)通讯口通讯口(RS485 3+(RS485 3+红红 8-8-绿绿) )可插拔接线端可插拔接线端子子(224,226)(224,226)可插拔模拟量终端可插拔模拟量终端CPU CPU 状态状态 LEDLEDS7 224XP CPU面板结构面板结构图图I/O I/O 点点状态状态 LED LED模式选择开关、模式选择开关、

20、模拟电位器模拟电位器18青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLCS7-200 CPU模块概貌模块概貌 S7-200 CPUS7-200 CPU模块集成了模块集成了CPUCPU、电源、本地、电源、本地DIDI和和DODO。电源除给本机供电外，还向与其连接的扩展模块电源除给本机供电外，还向与其连接的扩展模块供电。供电。 通过自身的通信口可将通过自身的通信口可将CPUCPU与编程装置或其他设与编程装置或其他设备相连。备相连。 设有设有CPUCPU工作模式工作模式 (RUN or STOP)(RUN or STOP)、本地、本地 I/OI/O当当前状态及系统故障显

21、示的发光二极管。前状态及系统故障显示的发光二极管。 选用扩展模块可增加外接选用扩展模块可增加外接I/OI/O数量数量 ( CPU 221( CPU 221除除外外) )。 配有通信扩展模块（配有通信扩展模块（EM 227EM 227和和CP 243-2CP 243-2） 某些某些 CPUCPU模块内置实时钟，其余可将实时钟作选模块内置实时钟，其余可将实时钟作选件。件。 选件选件EEPROMEEPROM匣用于保存程序或传送程序匣用于保存程序或传送程序 选件电池匣用于保持其内选件电池匣用于保持其内RAMRAM中的数据。中的数据。19青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制

22、技术及PLC全全 系系 列列 CPU满满 足足 不不 同同 要要 求求q CPU221q CPU 222q CPU 224q CPU 224XPq CPU 226q CPU226XM20青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLCCPU 221(10 I/O Points)CPU 224XP (24 I/O + 2AI/1AO)CPU 222(14 I/O Points)CPU 224(24 I/O Points)CPU 226 (40 I/O Points)SIMATIC S7-200 CPU家家族族21青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技

23、术及电气控制技术及PLC CPU 226 8K 字节字节 5K 字节字节 24/16 32/32 0.37 us 256 256 256 256 内置内置 标准标准 标准标准 6个个 30Khz 2个个 20Khz 2 x RS485n 用户程序区用户程序区n 数据存储区数据存储区n CPU 内置内置DI / DO点数点数n AI / AO点数点数 n 扫描时间扫描时间/ 1 条指令条指令n 数字数字I/O映像区映像区 n 位存储区（内部）位存储区（内部） n 计数器计数器n 计时器计时器 n 时钟功能时钟功能n 数字量输入滤波数字量输入滤波n 模拟量输入滤波模拟量输入滤波n 高速计数器高速计

24、数器n 脉冲输出脉冲输出n 通讯口通讯口 CPU 222 4 K字节字节 2 K字节字节 8/6 16/16 0.37 us 256 256 256 256 可选可选 标准标准 标准标准 4个个 30Khz 2个个 20Khz 1 x RS485 CPU 221 4 K字节字节 2 K字节字节 6/4 无无 0.37 us 256 256 256 256 可选可选 标准标准 N/A 4个个30Khz 2个个20Khz 1x RS485 CPU 224 8 K字节字节 5 K字节字节 14/10 32/32 0.37 us 256 256 256 256 内置内置 标准标准 标准标准 6个个 3

25、0Khz 2个个 20Khz 1 x RS 485CPU 226XM 16K 字节字节 10K 字节字节 24/16 32/32 0.37 us 256 256 256 256 内置内置 标准标准 标准标准 6个个30Khz 2个个20Khz 2 x RS485性能指标性能指标22青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLCCPU与扩展模块的与扩展模块的连接连接为满足不同的应用，为满足不同的应用，S7-200S7-200的系列中包括了丰的系列中包括了丰富的各种扩展模块。利用这些扩展模块会给富的各种扩展模块。利用这些扩展模块会给CPUCPU增加许多附加的功能。增

26、加许多附加的功能。23青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC现场使用的现场使用的S7-200扩展模块扩展模块24青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC8DI 16DI8 DO (DC, AC or relay)4DO 5A4DO 10A4 AI4 AI / 1AO2 AO 2 AI or 4 AI Thermo couples RTD modules PROFIBUS DP AS-i-Master Modem Ethernet4DI / 4DO8DI / 8DO16DI / 16DOTeleserviceCommu

27、ni-cationMessagingPosition module for stepper solution丰富的扩展模块丰富的扩展模块数字量数字量I/O模块模块模拟量模拟量I/O模块模块测温测温模块模块通讯通讯扩展模块扩展模块Modem模块模块定位定位模块模块以太网以太网模块模块(IT)Ethernetmodule25青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC通讯扩展模块通讯扩展模块以太网以太网模拟电话网模拟电话网PROFIBUS 网络网络(从站从站)AS-Interface 现场总线现场总线PPI/MPI 网络网络l 自由口通讯自由口通讯(RS485)

28、CP 243-2EM 277CP243-1EM 241CP243-1 IT+ Email+ HTML+ FTPS7-22X26青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC影响影响S7-200的最大的最大I/O能力的几个因素能力的几个因素 CPU 的输入的输入/输出过程变量映像区大小：输出过程变量映像区大小： 128 DI/128 DO；32 AI/32 AO CPU本体的本体的I/O点数：点数： CPU221（6DI/4DO）；）；CPU222（8DI/6DO） CPU224/224XP(14DI/10DO）；）； CPU226（24DI/16D）；）； CP

29、U带扩展模块的数目：带扩展模块的数目： CPU221-无；无；CPU222-2； CPU224/224XP-7； CPU226-7； CPU所带智能模块对所带智能模块对I/O地址的占用地址的占用 CPU的的5VDC电源是否满足所有扩展模块的需要电源是否满足所有扩展模块的需要27青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLCSIMATIC - S7200 CPU电源电源设计设计S7-200 CPU的扩展模块数量应该考虑的扩展模块数量应该考虑S7-200 CPU的电源设计内容：的电源设计内容：v S7-200本机单元有一个内部电源，为本机单元、扩展模块以及本机单元有

30、一个内部电源，为本机单元、扩展模块以及 24VDC传感器电源供电；传感器电源供电；v 每个每个S7-200 CPU模块提供模块提供5VDC和和24VDC电源：电源： 每个每个CPU模块都有一个模块都有一个24VDC传感器电源，为本机输入点和扩展模传感器电源，为本机输入点和扩展模块继电器线圈提供块继电器线圈提供24VDC，如果电源要求超出了，如果电源要求超出了CPU模块模块24VDC电电源的定额，可以增加一个外部源的定额，可以增加一个外部24VDC电源来供给扩展模块的电源来供给扩展模块的24VDC； 当有扩展模块连接时当有扩展模块连接时CPU模块也为其提供模块也为其提供5V电源，如果扩展模块的电

31、源，如果扩展模块的5V电源要求超出了电源要求超出了CPU模块的电源定额，必须去掉扩展模块，直到模块的电源定额，必须去掉扩展模块，直到需求在电源预定值之内才行；需求在电源预定值之内才行； 结论：结论：S7-200 CPU扩展模块最主要考虑的是扩展模块最主要考虑的是CPU集成电源提供的集成电源提供的5VDC电源，电源，24VDC电源可以通过外部的直流电源来提供，而不一定电源可以通过外部的直流电源来提供，而不一定使用使用CPU提供的集成提供的集成24VDC电源。电源。CPU已经为集成的输出提供了需要的电源，在计算时无需计算集成已经为集成的输出提供了需要的电源，在计算时无需计算集成输出的电源要求。输出

32、的电源要求。 28青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLCSIMATIC - S7200 CPU及扩展模块电源一览及扩展模块电源一览表表v各各CPU提供的内部电源设计一览表：提供的内部电源设计一览表：v各数字量扩展模块需要的内部电源一览表：各数字量扩展模块需要的内部电源一览表：29青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLCSIMATIC S7-200 CPU电源耗能计电源耗能计算算举例说明：如何考虑举例说明：如何考虑S7-200 CPU的扩展能力。的扩展能力。假设有一个假设有一个S7-200 系统包括如下模块：系统包括如

33、下模块：CPU 224 AC/DC/RLY3个个EM2238数字量输入数字量输入/8继电器输出继电器输出 1个个EM2218数字量输入数字量输入得到如下得到如下的电源计的电源计算实例：算实例：30青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLCSIMATIC - S7200 最大最大IO扩展扩展能力能力CPU 222 CN:40CPU 222 CN:40入入/38/38出出=78=78数字量数字量 模拟量模拟量 8 8入或入或4 4出或出或 8 8入入/2/2出出CPU 224/XP CN:94CPU 224/XP CN:94入入/74/74出出=168 =168

34、 数字数字量量模拟量模拟量 2828入或入或1414出或出或 2828入入/7/7出出CPU 226 CN:128CPU 226 CN:128入入/120/120出出=248=248数字量数字量模拟量模拟量 2828入或入或1414出或出或 2828入入/7/7出出最大最大2 2个模块个模块最大最大7 7个模块个模块CPUCPU集成：集成：数字量数字量 8入入/6出出 2个个16入入16出出DI: 8+2*16=40 DO: 6+2*16=38S7-200 CPU集成电源提供的集成电源提供的5V背板电源足够的情况下：背板电源足够的情况下：CPUCPU集成：集成：14入入/10出出+ 2*32入

35、入/32出出+ 1*16入入/16出出DI: 14+2*32+1*16=94 DO: 10+2*32+1*16=74CPUCPU集成：集成：24入入/16出出+ 3*32入入/32出出+1*8入入/8出出DI: 24+3*32+8=128 DO: 16+3*32+8=120最大最大7 7个模块个模块222222224/224/XPXP226226模块数模块数 映像区映像区 5V电源电源 31青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC扩展模块的基本型号扩展模块的基本型号 Digital Input EM 221 DI8 X24 VDC Digital Outp

36、ut EM 222 DO8X24 VDC(场效应管场效应管) EM 222 DO8XRelay(继电器触点继电器触点) DI/DO混合模块混合模块 EM 223 DI 4 / DO 4 X24 VDC EM 223 DI 4 / DO 4 X24 VDC / Relay EM 223 DI 8 / DO 8 X24 VDC EM 223 DI 8 / DO 8 X24 VDC/Relay EM 223 DI 16 / DO 16 X24 VDC EM 223 DI 16 / DO 16 X24 VDC/Relay32青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC

37、 AI模块模块 EM 231 AI 4 x 12 Bit（输入范围？）（输入范围？） EM 231 AI 4 x Thermocouple EM 231 AI 2 x RTD AQ模块模块 EM 232 AQ 2 x 12 Bit AI/AQ模块模块 EM 235 AI 4/AQ 1 x 12 Bit 智能模块智能模块 EM 277 PROFIBUS-DP Module33青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC2.3 S7-300/400 PLC的硬件结构的硬件结构S7-30034青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及P

38、LCS7-300: 技术参数技术参数CPU 314CPU312 IFM工作存储器工作存储器:6 K 字节字节12 K 字节字节 24 K 字节字节 24 K 字节字节 48 K 字节字节装载存储器装载存储器 (内部集成内部集成 RAM.):20 K 字节字节 20 K 字节字节 40 K 字节字节 40 K 字节字节 80 K 字节字节 装载存储器装载存储器 (Flash EPROM)-512 K 字节字节 512 K 字节字节 -512 K 字节字节 (最多可接最多可接)DI / DQ: 1281285129921024AI / AQ:323264248128本机本机 I/O点点DI / D

39、Q10 / 6-20 / 16-AI/ AQ 4 / 1程序执行时间程序执行时间0.6ms0.6 ms0.3 ms0.3 ms0.3 ms（1K二进制指令）二进制指令）存储器标志位存储器标志位10242048204820482048计数器计数器 /定时器定时器32 / 6464 /12864/12864/12864/128集成功能集成功能有有 无无 无无 有有 无无例如：计数器例如：计数器/频率测量频率测量同时通过同时通过MPI通讯的节点通讯的节点44444CPU 313CPU 315CPU314IFM35青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLCS7-30

40、0: 模块模块 PS(可选可选)CPU IM(可选可选)SM: DISM: DOSM: AISM: AO FM:- 计数计数- 定位定位- 闭环控制闭环控制 CP:- 点点-到到-点点- PROFIBUS- 工业以太网工业以太网36青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLCCPU314SIEMENSSFBATFDC5VFRCERUNSTOPRUN-PRUNSTOPM RESSIMATIC S7-300BatterieMPICPU315-2 DPSIEMENSRUN-PRUNSTOPM RESSIMATIC S7-300BatterieDPSFBATFDC5V

41、FRCERUNSTOPMPISF DPBUSFS7-300: CPU 设计设计37青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLCS7-400: 概述概述38青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLCS7-400: CPU 技术参数（技术参数（1）*) 1 Byte = 8 数字量输入数字量输入/输出输出 2 Byte = 1 模拟量输入模拟量输入/输出输出每条二进制指令的每条二进制指令的 执行时间执行时间 装入装入/传递传递 (字字) 16位定点数位定点数 (+/-) IEEE 浮点数浮点数 (+/-)用户存储器用户存储器 工

42、作存储器工作存储器 装载存储器装载存储器 (内部集成内部集成) 装载存储器装载存储器 (外部外部)操作资源操作资源 存储器标志存储器标志(位位) 时钟存储器时钟存储器 定时器定时器 计数器计数器块类型块类型/数目数目 FB 块块 FC 块块 DB 块块过程映象区大小过程映象区大小 (输入输入/输出输出)最大的最大的 I/O 地址区地址区集成接口集成接口 CPU 414-1100 nsec100 nsec100 nsec600 nsec128 KB8 KB16 MB8192825625651210241024p. 256 Bytep. 8 KByte*)MPICPU 416-1/-2DP/-2D

43、P80 nsec80 nsec80 nsec480 nsec512 KB/ 0.8MB/ 1.6MB16 KB16 MB163848512512204820484096p. 512 Bytep. 16 KByte*)MPICPU 414-2 DP100 nsec100 nsec100 nsec600 nsec128 KB/ 384KB8 KB16 MB8192825625651210241024p. 256 Bytep. 8 KByte*)MPI, DPCPU 412-1200 nsec200 nsec200 nsec1200 nsec48 KB8 KB16 MB409682562562562

44、56512p. 128 Bytep. 2 KByte*)MPICPU 413-2 DP200 nsec200 nsec200 nsec1200 nsec72 KB8 KB16 MB40968256256256256512p. 128 Bytep. 2 KByte*)MPI, DPCPU 413-1200 nsec200 nsec200 nsec1200 nsec72 KB8 KB16 MB40968256256256256512p. 128 Bytep. 2 KByte*)MPI, 39青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLCS7-400: CPU 技术参

45、数（技术参数（2）组织块组织块 主循环扫描主循环扫描 日期时间中断日期时间中断 时间延时中断时间延时中断 看门狗中断看门狗中断 硬件中断硬件中断 多处理器中断多处理器中断 启动启动 故障故障, 异步异步 故障故障, 同步同步局部数据区局部数据区块的最大长度块的最大长度块的最大嵌套深度块的最大嵌套深度MPI和和 K总线上总线上在线激活的最大节点数在线激活的最大节点数MPI和和 K总线上最大节点数总线上最大节点数 每个每个GD组的数据大小组的数据大小CPU 414-1OB 1OB 10-13OB 20-23OB 32-35OB 40-43OB 60OB 100,101OB 80-87OB 121,

46、1228 KB64 KB16323264 ByteCPU 416-1/ -2DP/ -2DPOB 1OB 10-17OB 20-23OB 30-38OB 40-47OB 60OB 100,101OB 80-87OB 121,12216 KB64 KB16643264 ByteCPU 414-2OB 1OB 10-13OB 20-23OB 32-35OB 40-43OB 60OB 100,101OB 80-87OB 121,1228 KB64 KB16323264 ByteCPU 412-1OB 1OB 10,11OB 20,21OB 32,35OB 40,41OB 60OB 100,101OB

47、 80-87OB 121,1224 KB64 KB1683232 ByteCPU 413-1OB 1OB 10,11OB 20,21OB 32,35OB 40,41OB 60OB 100,101OB 80-87OB 121,1224 KB64 KB16163232 ByteCPU 413-2OB 1OB 10,11OB 20,21OB 32,35OB 40,41OB 60OB 100,101OB 80-87OB 121,1224 KB64 KB16163232 ByteDate:2021-9-25File:SSP1_01C.40SIMATIC S7Siemens AG 2000. All ri

48、ghts reserved.Information and Training CenterKnowledge for AutomationS7-400: 模块模块 PSCPUSM: DISM: DOSM: AISM: AOCPFMSMIMDate:2021-9-25File:SSP1_01C.41SIMATIC S7Siemens AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for AutomationEXT.-BATT.5.15V DCX3X1414 - 2XG00 - 0AB0CPU 414-2

49、X 2 3 4INTFEXTFSTOPRUNCRSTFRCECRSTWRSTRUN-PRUNSTOPCMRESINTFEXTFBUSFDPEXT.-BATT.5.15V DCX1421 - 1BL00 - 0AA0DI 32xDC24VX 2 3 4INTFEXTFSTOPRUNCRSTFRCECRSTWRSTRUN-PRUNSTOPCMRES 启动模式开关 模式选择器例如：例如：CPU412-1例如：例如：CPU416-2DP* 其他的 CPU请参见样本目录S7-400: CPU 设计（设计（1）Date:2021-9-25File:SSP1_01C.42SIMATIC S7Siemens

50、AG 2000. All rights reserved.Information and Training CenterKnowledge for AutomationS7-400: CPU 设计（设计（2）EXT.-BATT.5.15V DCX3X1414 - 2XG00 - 0AB0CPU 414-2X 2 3 4INTFEXTFSTOPRUNCRSTFRCECRSTWRSTRUN-PRUNSTOPCMRESINTFEXTFBUSFDPEXT.-BATT.5.15V DCX1421 - 1BL00 - 0AA0DI 32xDC24VX 2 3 4INTFEXTFSTOPRUNCRSTFRC

51、ECRSTWRSTRUN-PRUNSTOPCMRESCPU故障指示 LED 存储器卡插槽MPI 接口外部电池DP接口故障指示LED DP 接口43青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC2.4 可编程序控制器的接线可编程序控制器的接线输入输出接线（输入输出接线（DI，DO，AI，AO）电源配线电源配线44青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLCDI输入形式输入形式数字量输入类型有源型和漏型两种。数字量输入类型有源型和漏型两种。 DIDI输入皆为无源触点输入皆为无源触点（行程开关、接点温度计、压力计）。（行程开关、接点温

52、度计、压力计）。45青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC不同形式的直流输入信号如何与不同形式的直流输入信号如何与PLCPLC连接连接 直流有源输入信号，一般都是直流有源输入信号，一般都是5V5V、12V12V、24V24V等。而等。而PLCPLC输入输入模块输入点的最大电压范围是模块输入点的最大电压范围是30V30V，但和其他无源开关量，但和其他无源开关量信号以及其他来源的直流电压信号混合接入信号以及其他来源的直流电压信号混合接入PLCPLC输入点时输入点时一定注意电压的一定注意电压的0V0V点一定要连接。点一定要连接。46青岛大学自动化工程学院青岛大

53、学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLCPLCPLC的直流电源的容量无法支持过多的负载或者外部检测设的直流电源的容量无法支持过多的负载或者外部检测设备的电源不能使用备的电源不能使用24V24V电源，而必须电源，而必须5V5V、12V12V等。在这种情等。在这种情况下，就必须设计外部电源，为这些设备提供电源，（这况下，就必须设计外部电源，为这些设备提供电源，（这些设备输出的信号电压也可能不同）。些设备输出的信号电压也可能不同）。不同形式的直流输入信号如何与不同形式的直流输入信号如何与PLCPLC连接连接47青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC继

54、电器输出模块继电器输出模块，其特点是使用电压范围广，导通，其特点是使用电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但是动作速度较慢，寿命（动作次数）有一定的限制，是动作速度较慢，寿命（动作次数）有一定的限制，如果系统输出量的变化不是很频繁，建议优先选用如果系统输出量的变化不是很频繁，建议优先选用继电器型的；继电器型的；晶体管型与双向晶闸型输出模块晶体管型与双向晶闸型输出模块分别用于直流负载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，但是过载能力稍差。长，但是过载能力稍差。

55、数字量输出有两种类型：数字量输出有两种类型：48青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC晶体管输出形式（晶体管输出形式（DODO）负载能力较弱（小型的指示灯、小型继电器线圈负载能力较弱（小型的指示灯、小型继电器线圈等），响应相对较快。等），响应相对较快。49青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC继电器输出形式（继电器输出形式（DO）负载能力较强（能驱动接触器等），响应相对较慢。负载能力较强（能驱动接触器等），响应相对较慢。50青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLCCPU 224

56、 XP在在CPU上集成了两个模拟量输入端上集成了两个模拟量输入端口和一个模拟量输出端口。模拟量口和一个模拟量输出端口。模拟量I/O有自己的一有自己的一组端子，如果不用，端子可以移走。组端子，如果不用，端子可以移走。 CPU 224 XP本机集成模拟量本机集成模拟量I/O规格规格 电压信号电压信号电流信号电流信号模拟量输入模拟量输入 x 210 V模拟量输出模拟量输出 x 1 0 - 10 V 0 - 20 mA 51青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLCCPU 224 XP本机集成的模拟量本机集成的模拟量I/O接线图如下：接线图如下：a：此处表示：此处表

57、示A+和和B+都可以接都可以接10V信号信号 b：电流型负载接在：电流型负载接在I和和M端子之间端子之间 c：电压型负载接在：电压型负载接在V和和M端子之间端子之间52青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC温度测量型模块温度测量型模块有：有：EM231 TC：4通道热电偶输入模块；通道热电偶输入模块； EM231 RTD：2通道热电阻输入模块。通道热电阻输入模块。 S7-200 CPU要附加模拟量扩展模块才能实现要附加模拟量扩展模块才能实现模拟量输入模拟量输入/输出的功能。输出的功能。普通模拟量模块普通模拟量模块有：有： EM231：4通道电流通道电流/

58、电压输入模块；电压输入模块； EM232：2通道电流通道电流/电压输出模块；电压输出模块； EM235：4通道电流通道电流/电压输入，电压输入，1通道电流通道电流/电压输出。电压输出。53青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC四线制外供电电流型信号接线四线制外供电电流型信号接线 54青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC二线制电流测量接线二线制电流测量接线 L+和和M属于为模拟属于为模拟量模块供电的量模块供电的 CPU 传感器电源。如果传感器电源。如果使用其他外接电源，使用其他外接电源，只要用相应电源的只要用相应电

59、源的输出端取代上图中输出端取代上图中的的L+和和M，而且要，而且要使其使其 M 和为模块供和为模块供电的电的 M 连接起来，连接起来，如下图。如下图。 55青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC三线制电流信号测量接线三线制电流信号测量接线 56青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC四线制电压信号测量四线制电压信号测量 57青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLC三线制电压信号测量三线制电压信号测量 58青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PL

60、C120 VAC/230 VAC120 VAC/230 VAC交流配电交流配电aa 设置电源总开关。用于切断设置电源总开关。用于切断 CPUCPU和所有输入输出回路的和所有输入输出回路的电源。电源。59青岛大学自动化工程学院青岛大学自动化工程学院电气控制技术及电气控制技术及PLCS7-200 S7-200 交交流配电要点流配电要点 bb 应设置过电流装置（如空气开关），保护应设置过电流装置（如空气开关），保护CPUCPU和所有和所有输入输出点。输入输出点。 各输出回路还可分别加装熔断器，以获得各输出回路还可分别加装熔断器，以获得更可靠的保护。更可靠的保护。 cc 当利用当利用PLCPLC自身的