模拟量输入模块的电源地和传感器的信号地必须连接（工作接地），否则将会产生一个很高的上下振动的共模电压，影响模拟量输入值，测量结果可能是一个变动很大的不稳定的值。

⑦西门子的模拟量模块的端子排是上下两排分布，容易混淆。在接线时要特别注意，先接下面端子的线，再接上面端子的线，而且不要弄错端子号。

所谓电源计算，就是用CPU所能提供的电源容量减去各模块所需要的电源消耗量。S7-200 SMART CPU模块提供DC 5V和DC 24V电源。当有扩展模块时，CPU通过I/O总线为其提供5V电源，所有扩展模块的5V电源消耗之和不能超过该CPU提供的电源额定值。若不够用则不能外接5V电源。

每个CPU都有一个DC 24V传感器电源，它为本机输入点和扩展模块输入点及扩展模块继电器线圈提供DC 24V。如果电源要求超出了CPU模块的电源定额，可以增加一个外部DC 24V电源来供给扩展模块

PLC的输出电路有共点式、分组式、隔离式之别。输出只有一个公共端子的称为共点式；分组式是将输出端子分成若干组，每组共用一个公共端子；隔离式是各输出点具有单独的端子，点与点之间互相隔离，可各自使用独立的电源。

（4）电源电路。可编程控制器一般都使用220V，50Hz的交流电源。小型整体式可编程控制器内部有一个开关稳压电源，通过它将交流电变换成内部电路所需的直流电，此电源可为CPU板、I/O板及扩展单元提供5V DC，并可为外部输入元件提供24V DC，该电源由“L+”、“M”两个接线端子引出。

（5）扩展接口。扩展接口用于将扩展单元与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活。

（6）通信接口。为了实现“人—机”或“机—机”之间的对话，PLC配有多种通信接口。PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机以及其他的PLC或计算机相连。

当PLC与打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印。当与监视器（CRT）相连时，可将过程图像显示出来；当与其他PLC相连时，可以组成多机系统或连成网络，实现更大规模的控制；当与计算机相连时，可以组成多级计算机控制系统，实现控制与管理相结合的综合系统。

（7）智能I/O接口。为了满足更加复杂的控制功能的需要，PLC配有多种智能I/O接口。

（8）控制模板以及对高速脉冲进行计数和处理的高速计数模板等，这类智能模板都有其自身的处理器系统。

（9）编程工具。编程工具供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视，常用的是编程器。编程器有简易型和智能型两类。简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符（指令表）后才能输入，它一般由简易键盘和发光二极管或其他显示器件组成。智能型的编程器又称图形编程器，它可以联机，也可以脱机编程，具有LCD或CRT图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。

（10）文本显示器单元。图1-10是两款用于S7-200系列PLC的文本显示器（TD）单元，显示器单元是一种价格低廉的人机界面，用于显示文本信息以及应用程序有关的其他数据，通过它能查看、监视和改变应用程序的过程变量。

图1-10　文本显示器（TD）单元

PLC厂家为自己的产品设计了计算机辅助编程软件，运行这些软件可以编辑、修改用户程序，监控系统的运行，打印文件，采集和分析数据，在屏幕上显示系统运行状态，对工业现场和系统进行仿真等。若要直接与可编程控制器通信，还要配有相应的通信电缆。

2.可编程控制器的单元式结构

可编程控制器的结构通常分为单元式和模块式，但近年来有将这两种形式结合起来的趋势。单元式的特点是结构非常紧凑，它将所有的电路都装入一个模块内，构成一个整体。小型可编程控制器的结构吸收了模块式结构的特点，将各种不同点数的可编程控制器及其扩展单元都做成同宽同高不同长度的模块，这样几个模块拼装起来后就成了一个整齐的长方体结构。

由于在一个单元内集中了CPU板、输入/输出板、电源板等，对于某一个单元的输入输出就有一定的比例关系。FX2N系列PLC基本单元（亦称CPU单元）的输入输出比为1∶1

PLC的软件系统指PLC所使用的各种程序的集合。它由系统程序（系统软件）和用户程序（应用软件）组成。

（1）系统程序。系统程序包括监控程序、输入译码程序及诊断程序等。监控程序用于管理、控制整个系统的运行；输入译码程序则把应用程序（梯形图）输入翻译成统一的数据格式，并对输入接口送来的输入量进行各种算术、逻辑运算处理，通过输出接口实现控制；诊断程序用来检查、显示本机的运行状态，方便使用和维修；系统程序由PLC生产厂家提供，并固化在EPROM中，用户不能直接读写。

（2）用户程序。用户程序是用户根据现场控制的需要，用PLC的编程语言（如梯形图）编制的应用程序，通过编程器将其输入到PLC内存中，用来实现各种控制要求。

）CPU模块的数字量输入输出电路

①数字量输入电路　如图1-1所示，输入采用光电耦合电路，1M是同一组输入点内部电路的公共点。当外部触点接通时，电路中有电流通过，发光二极管发光，使光敏三极管饱和导通；当电流从输入端流入时为漏型输入，反之则为源型输入。输入电流为数毫安

①数字量扩展模块　当CPU模块I/O点数不能满足控制系统的需要时，用户可对I/O点数进行扩展。数字量扩展模块不能单独使用，需要与CPU模块相连。数字量扩展模块通常有3类，分别为数字量输入模块、数字量输出模块和数字量输入输出混合模块。常见扩展模块如图1-4所示。

②模拟量扩展模块　模拟量输入模块将模拟量转换为多位数字量。模拟量输出模块将PLC中的多位数字量转换为模拟量电压或电流。

模拟量扩展模块为主机提供了模拟量输入输出功能，适用于复杂控制场合。它通过自身扁平电缆与主机相连，并且可以直接连接变送器和执行器。模拟量扩展模块通常可以分为3类，分别为模拟量输入模块、模拟量输出模块和模拟量输入输出混合模块。

③特殊功能扩展模块　当需要完成特殊功能控制任务时，需要用到特殊功能扩展模块。常见的特殊功能扩展模块有通信模块、热电阻和热电偶扩展模块等。

a．通信模块。S7-200 SMART PLC主机集成1个RS485通信接口和一个以太网接口（CR系列只有以太网接口），为了扩大其接口的数量和联网能力，各PLC还可以接入通信模块。常见的通信模块有PROFIBUS-DP从站模块（EMDP01）、RS485/232信号板（SB CM01）。

b．热电阻和热电偶扩展模块。热电阻和热电偶扩展模块是模拟量模块的特殊形式，可直接连接热电偶和热电阻测量温度。热电阻和热电偶扩展模块可以支持多种热电阻和热电偶，使用时经过简单的设置就可直接读出摄氏温度值和华氏温度值。常见的热电阻扩展模块有EMAR02、EMAR04，热电偶模块有EMAT04。温度测量的分辨率为0.1℃/0.1℉[注]，电阻测量的分辨率为15位＋符号位。

浔之漫智控技术（上海）有限公司

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上海西门子S7-200一级供应商

（2）信号板

西门子S7-200 SMART系列PLC的CPU模块中间有一块盖板，需要的时候可以将盖板取下，插接一块信号板（Signal Board）。

1) S7-1500系列PLC：整个控制系统的核心，具有强大的通信能力，使用GRAPH语言编写设备间的动作逻辑顺序。

2) S7-1200系列PLC：小型经济的PLC用于伺服的脉冲控制。

3) ABB机器人：对PCB进行抓取与放置。

4) 2台康耐视相机与1台工控机：1台相机抓取PCB定位图像，另1台抓取PCB点胶范围图像，工控机根据图像分析出PCB偏移量与点胶量。

5) 4台聚焦机与4台PC：PC控制聚焦机对PCB进行聚焦与点胶固化。

6) TP700触摸屏：对整个项目设备进行控制、故障与通信诊断、数据存储。

S7-1500支持多种工业以太网协议。选用哪种通信协议简单、经济、安全是非常关键的。

① 与相机的工控机通信采用开放式通信，因为仅相机数据传输，那么开放式通信无疑是简单的。

② 与4台聚焦机PC通信采用S7通信，因为机器人要将PCB放入聚焦机内聚焦，那么聚焦机的当前安全状态需要实时了解，通过S7协议，PC可以将当前状态不断写入PLC的DB，让PLC进行判断。

③ 与S7-1200采用PROFINET通信，因为S7-1200支持PROFINET IO，而且PROFINET实时性非常高（可以达到5ms以内），S7-1200组态IO映射后，S7-1500程序中可以直接使用IO，非常简单。

③ 对S7通信诊断，因为S7通信为单边通信，所以PC需要不断地对固定字节进行累加写入，PLC通过判断字节累加与否从而得知连接状态，如表2聚焦机反馈至PLC字节B0所示。

2.网络结构图

网络采用星形结构，如图6所示，S7-1500与1台工控机、1个机器人采用开放式通信，与4台聚焦PC采用S7通信，与1个S7-1200采用PROFINET通信。

二、可编程控制器的工作原理

1.可编程控制器的等效电路

可编程控制器是一个执行逻辑功能的工业控制装置。为便于理解可编程控制器是怎样完成逻辑控制的，可以用类似于继电器控制的等效电路来描述可编程控制器内部工作情况。

PLC由CPU模块、输入模块和输出模块、电源等组成。CPU模块又称基本模块和主机，是一个完整的控制系统，它可以单独完成一定的控制任务，主要功能是采集输入信号、执行程序、发出输出信号和驱动外部负载。