西门子TD200显示器

模拟量输出模块的转换精度有12位、13位和16位等几种，有2通道、4通道和8通道之分，可根据需要进行选择。S7-300系列PLC的模拟量输出模块型号以“SM332”开头。例如，SM332AO4×16bit是一个转换精度为16位、具有4个模拟量输出通道的模拟量输出模块。

　　PC侧MPI通信卡的类型，如：PCAdapter（PC适配器）一端连接PC的RS232口或通用串行总线（USB）口，另一端连接CPU的MPI，它没有网络诊断功能，通信速率高为1.5Mbit/s，价格较低CP5511/PCMCIATYPEⅡ卡，用于笔记本电脑编程和通信，它具有网络诊断功能，通信速率。

　　现场的信号必须连接在输入端子才可能将信号输入到CPU中，它提供了外部信号输入的物理接口；调理和电平转换电路十分重要，可以将工业现场的信号（如强电220VAC信号）转化成电信号（CPU可以识别的弱电信号）；电隔离电路主要利用电隔离器件将工业现场的机械或者电输入信号和PLC的CPU的信号隔开，它能确保过。

　　下面以某一输入点的直流输入模块进行讲解。直流输入模块的原理电路。外部检测开关S的一端接外部直流电源（直流12V或24V），S的另一端与PLC的输入模块的一个信号输入端子相连，外部直流电源的另一端接PLC输入模块的公共端COM。

　　图1-5交直流输入电路（2）数字量输出模块数字量输出模块又称为开关量输出模块，它是将PLC内部信号转换成现场执行机构所能接收的各种开关信号。数字量输出模块按照使用电源（即用户电源）的不同，分为直流输出模块、交流输出模块和交直流输出模块三种。

　　若梯形图中输出点的线圈断电，对应的输出映像寄存器中存放的二进制数为0状态，将它送到继电器型输出模块，对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。PLC经过这5个阶段的工作过程，称为1个扫描周期，完成1个扫描周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。

　　其中，G120系列变频器可实现对交流异步电动机进行低成本、高精度的转速/转矩控制。从结构形式的不同，主要分为内置式变频器（例如G120、G120P、G120L）、紧凑型变频器（例如G120C）和分布式变频器（例如G120D）。

　　PLC编程元件主要有输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、数据寄存器和常数寄存器等。1.输入继电器（I）输入继电器又称输入过程映像寄存器，它与PLC的输入端子连接，只能受PLC外部开关信号驱动，当端子外接开关接通时，该端子内部的输入继电器为ON（1状态），反之为OFF（0状态）。

　　需要说明的是，扩展模块由输入接线端子、输出接线端子、状态指示灯和扩展接口等构成，情况基本与主机（基本模块）相同，这里不做过多说明。1.2.2外部接线图在PLC编程中，外部接线图也是其中的重要组成部分之一。

交流数字量输入电路也有多种形式，有些采用桥式整流电路将交流信号转换成直流，然后经过光耦合器隔离输入内部电路；而有些PLC则直接使用双向光耦合器和双向发光二极管，从而省去了桥式整流电路。

PLC的数字量输出有三种形式：继电器模式、晶体管模式、晶闸管模式，分别用于驱动不同形式的负载。图1-6给出了继电器输出模式的原理图，图中的KA为输出继电器，继电器输出模式可以带交流、直流两种负载。2.模拟量I/O（AI/AO）

PLC的模拟量I/O接口用于处理连续变化的电压或电流信号，在过程控制领域以及数据采集及监控系统中用途极广。

（1）模拟量输入单元

传感器将被控对象中连续变化的物理量（例如温度、压力、流量、速度等）转换成对应的连续电量（电压或电流）并送给PLC，PLC的模拟量输入单元将其转换成数字量后，CPU可对其进行运算处理。因此，模拟量输入单元的核心部件是A-D转换器，对于多路输入的模块，需要多路开关配合使用。

模拟量输入信号可以是电压或电流，在选型时要考虑输入信号的范围以及系统要求的A-D转换精度。常见的输入范围有DC±10V、0～10V、±20mA、4～20mA等，转换精度有8位、10位、11位、12位、16位等，PLC生产厂家的相关技术手册都会提供这些参数。此外，选型时还需要考虑接线形式是否与传感器匹配。

（2）模拟量输出单元

模拟量输出的过程与输入正相反，它将PLC运算处理过的二进制数字转换成相应的电量（例如4～20mA、0～10V等），输出至现场的执行机构，它的核心部件是D-A转换器。图1-8为模拟量输出单元的原理框图。

模拟量输出单元的主要技术指标同样包括输出信号形式（电压或电流）、输出信号范围（例如4～20mA、0～10V等），以及接线形式等，在选型时要充分考虑到这些因素与工业现场执行元件相互结合的问题。

图1-8 模拟量输出单元原理框图二、PLC的配置

PLC的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法等各有特点，适用场合也各有侧重。站在硬件选型的角度，首先需要考虑的是设备容量与性能是否与任务相适应；其次要看PLC运行速度是否能够满足实时控制的要求。

所谓设备容量，主要是指系统I/O点数的多少以及扩充的能力。对于纯开关量控制的应用系统，如果对控制速度的要求不高，比如单台机械的自动控制，可选用小型一体化PLC，例如三菱公司的FX2N系列PLC。

对于以开关量控制为主，带有部分模拟量控制的应用系统，如工业中常遇到的温度、压力、流量、液位等，应配备模拟量I/O（AI/AO），并且选择运算功能较强的小型PLC，例如西门子公司的S7-200系列PLC。

对于比较复杂，控制功能要求较高的系统，比如需要PID调节、位置控制、高速计数、通信联网等功能时，应当选用中、大型PLC，这一类PLC多为模块式结构，除了基本的模块外，还提供专用的特殊功能模块。当系统的各个部分分布在不同的地域时，可以利用远程I/O组成分布式控制系统。适合这一类型的产品有西门子公司的S7-300/400系列PLC等。

PLC的输出控制相对于输入的变化总是有滞后的，大可至2～3个循环周期，这对于一般的工业控制是允许的。但有些系统的实时性要求较高，不允许有较大的滞后时间，在这种要求比较高的场合，必须格外重视PLC的指令执行速度指标，选择高性能、模块式结构的PLC较为理想。例如西门子公司的S7-300/400 PLC，浮点运算指令的执行时间可以达到微秒级，另一个好处是可以配备专用的智能模块，这些模块都自带CPU独立完成操作，可大大提高控制系统的实时性。

一体化机型的PLC将电源部件集成在主机内，只需从电网引入外界电源即可，扩展单元的用电可通过扩展电缆馈送。模块式PLC通常需要专用的电源模块，在选择电源模块时要考虑功率的问题，可以通过查阅模块技术手册得到各个模块的功耗，其总和再加上裕量就是选择电源模块的依据。注意，有些情况下需要PLC电源通过I/O单元驱动传感器和负载，这一部分功耗也必须考虑在内。第五节 PLC的软件基础

PLC是一种通用的、商业化的工业控制计算机，与个人计算机相仿，用户程序必须在系统程序的管理下才能运行。本节首先介绍PLC系统监控程序的运行情况，然后再介绍用户指令系统的相关内容。一、系统监控程序

系统监控程序的运行从设备上电开始，经过初始化程序后进入循环执行阶段。在循环执行阶段要完成的操作有四大类：以故障诊断、通信处理为主的公共操作；联系工业现场的数据输入、输出操作；执行用户程序的操作；服务于外部设备的操作。图1-9是系统监控程序执行过程框图，图中的输入刷新、用户程序执行、输出刷新三部分内容在第三节专门讲过，这里只介绍其他几部分。1.初始化程序

作用是清零各个标志寄存器，清零输入、输出映像寄存器，清零所有计数器，复位定时器等，即为PLC开始正常工作“清理现场”。2.CPU自诊断

自诊断主要包括检查电源电压是否正常，I/O单元的连接是否正常，用户程序是否存在语法错误，对监控定时器定期复位等。监控定时器又常被称为“看门狗”（Watch Dog Timer，WDT），其定时时间略长于整个程序的循环周期，系统程序总在某一固定阶段对它重新装入定时初值，所以只要系统工作正常，监控定时器就永远不会申请定时到中断。否则，如果监控定时器申请定时时间到中断，就一定意味着系统的某处出现了问题，系统会响应其中断，并在中断处理程序中对故障信息做相应处理。

3.通信信息处理

这个阶段PLC要完成与网络及总线上其他设备的通信任务，包括与PLC、计算机、智能I/O模块、数字处理器（Data Processing Unit，DPU）等设备之间的信息交换

PLC在这个阶段与外部设备交换信息，包括编程器、图形监视器（监控设备）、打印机等。PLC允许在线编程，能够与人机界面实时交换信息，所以要在每个循环周期内执行此项操作。二、用户应用程序

用户程序是由用户编写的，能够完成系统控制任务的指令序列。不同厂家的PLC会提供不同的指令集，但基本的编程元件和编程形式有许多共同之处。

PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。一、按结构形式分类

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西门子TD200显示器

根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。

（1）整体式PLC

整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。

（2）模块式PLC

模块式PLC是将PLC各组成部分，分别做成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成，模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。