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更新時(shí)間：2025-06-14
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西門子PLC的SM322數(shù)字量輸出模塊
（1）DO模板的功能
3．輸入/輸出單元
輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件。 PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控制對象進(jìn)行控制的依據(jù)；同時(shí)PLC又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對象，以實(shí)現(xiàn)控制目的。
由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU的處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O接口要實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。I/O接口一般都具有光電隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力。另外，I/O接口上通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于維護(hù)。
PLC提供了多種操作電平和驅(qū)動(dòng)能力的I/O接口，有各種各樣功能的I/O接口供用戶選用。I/O接口的主要類型有：數(shù)字量（開關(guān)量）輸入、數(shù)字量（開關(guān)量）輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。
常用的開關(guān)量輸入接口按其使用的電源不同有三種類型：直流輸入接口、交流輸入接口和交/直流輸入接口，其基本原理電路如圖3所示。
數(shù)字量輸出模塊SM322將S7-300內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換成過程所要求的外部信號電平，可直接用于驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、小型電動(dòng)機(jī)、燈和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器等。
（2）DO模板的類型
按負(fù)載回路使用的電源不同分為：
直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊。
按輸出開關(guān)器件的種類不同分為：
晶體管輸出方式、晶閘管輸出方式和繼電器觸點(diǎn)輸出方式。
（3）DI模板的特點(diǎn)
晶體管輸出模塊只能帶直流負(fù)載，屬于直流輸出模塊；
晶閘管輸出方式屬于交流輸出模塊；
繼電器觸點(diǎn)輸出方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊。
S7-300 CPU模板的運(yùn)行方式選擇和狀態(tài)指示
（1）CPU模板的運(yùn)行方式選擇
RUN-P：可編程運(yùn)行方式。 RUN：運(yùn)行方式。
STOP：停止方式。 MRES：清除存儲(chǔ)器，不能保持。
（2）CPU的LED狀態(tài)及故障指示燈
SF（紅色）：系統(tǒng)出錯(cuò)/故障指示燈。
BATF（紅色）：電池故障指示燈（只有CPU313和314配備）。
DC5V（綠色）：＋5V電源指示燈。 FRCE（黃色）：強(qiáng)制有效指示燈。
RUN（綠色）：運(yùn)行狀態(tài)指示燈。 STOP（黃色）：停止?fàn)顟B(tài)指示燈。
（3）CPU315-2DP CPU的另外兩個(gè)狀態(tài)及故障指示燈
BUS DF（BF）（紅色）：總線出錯(cuò)指示燈（只適用于帶有DP接口的CPU）。
SF DP(紅色)：DP接口錯(cuò)誤指示燈（只適用于帶有DP接口的CPU）。
時(shí)鐘和電池模塊
√ 實(shí)時(shí)時(shí)鐘和日歷
（對于 221/222 CN CPU）
√ 一般可備份 200 天
電池模塊
√ 內(nèi)部數(shù)據(jù)備份（數(shù)據(jù)塊）
√ 一般可備份 200 天
內(nèi)存模塊（存儲(chǔ)卡模塊）
√ 程序傳送和備份
√ 數(shù)據(jù)記錄文件，配方
文件和通用文件存儲(chǔ)
可選配件：
存儲(chǔ)卡模塊
實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊
電池模塊
盡管整體式與模塊式PLC的結(jié)構(gòu)不太一樣，但各部分的功能作用是相同的，下面對PLC主要組成各部分進(jìn)行簡單介紹。
1．中央處理單元（CPU）
同一般的微機(jī)一樣，CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU 隨機(jī)型不同而不同，常用有三類：通用微處理器（如Z80、8086、80286等）、單片微處理器（如8031、8096等）和位片式微處理器(如AMD29W等) 。小型PLC大多采用8位通用微處理器和單片微處理器；中型PLC大多采用16位通用微處理器或單片微處理器；大型PLC大多采用高速位片式微處理器。
目前，小型PLC為單CPU系統(tǒng)，而中、大型PLC則大多為雙CPU系統(tǒng)，甚至有些PLC中多達(dá)8 個(gè)CPU。對于雙CPU系統(tǒng)，一般一個(gè)為字處理器，一般采用8位或16位處理器；另一個(gè)為位處理器，采用由各廠家設(shè)計(jì)制造的芯片。字處理器為主處理器，用于執(zhí)行編程器接口功能，監(jiān)視內(nèi)部定時(shí)器，監(jiān)視掃描時(shí)間，處理字節(jié)指令以及對系統(tǒng)總線和位處理器進(jìn)行控制等。位處理器為從處理器，主要用于處理位操作指令和實(shí)現(xiàn)PLC編程語言向機(jī)器語言的轉(zhuǎn)換。位處理器的采用,提高了PLC的速度，使PLC更好地滿足實(shí)時(shí)控制要求。
在PLC中CPU按系統(tǒng)程序賦予的功能，指揮PLC有條不紊地進(jìn)行工作，歸納起來主要有以下幾個(gè)方面：
1） 接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。
2） 診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯(cuò)誤等。
3） 通過輸入接口接收現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映象寄有器或數(shù)據(jù)寄存器中。
4） 從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶程序，經(jīng)過解釋后執(zhí)行。
5） 根據(jù)執(zhí)行的結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內(nèi)容，通過輸出單元實(shí)現(xiàn)輸出控制。有些PLC還具有制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。
2．存儲(chǔ)器
存儲(chǔ)器主要有兩種：一種是可讀/寫操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM，另一種是只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM、EPROM 和EEPROM。在PLC中，存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)程序是由PLC 的制造廠家編寫的，和PLC的硬件組成有關(guān)，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運(yùn)算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能，提供PLC運(yùn)行的平臺(tái)。系統(tǒng)程序關(guān)系到PLC的性能，而且在PLC使用過程中不會(huì)變動(dòng)，所以是由制造廠家直接固化在只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM或EPROM中，用戶不能訪問和修改。
用戶程序是隨PLC的控制對象而定的，由用戶根據(jù)對象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應(yīng)用程序。為了便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于CMOS靜態(tài)RAM中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時(shí)不會(huì)丟失信息。為了防止干擾對RAM中程序的破壞，當(dāng)用戶程序經(jīng)過運(yùn)行正常，不需要改變，可將其固化在只讀存儲(chǔ)器EPROM中?，F(xiàn)在有許多PLC直接采用EEPROM作為用戶存儲(chǔ)器。
CPU 221、CPU 222、CPU 224、CPU 224XP、CPU 224XPsi 與 CPU 226 相同技術(shù)參數(shù) | |
特點(diǎn) | CPU 221, 222, 224, 224 XP, 226 |
32 位浮點(diǎn)計(jì)算，符合 IEEE 標(biāo)準(zhǔn) | √ |
可*組態(tài)的全集成 PID 控制器 | √，多可集成 8 個(gè)單獨(dú)的 PID 控制器 |
位處理速度 | 0.22 μs |
時(shí)間控制中斷 | 2（循環(huán)時(shí)間為 1 到 255 ms 之間，分辨率為 1 ms） |
硬件中斷（輸入處進(jìn)行邊沿檢測） | 多 4 個(gè)輸入 |
標(biāo)志、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器 | 每個(gè) 256 |
高速計(jì)數(shù)器 | 4–6（取決于 CPU），多 30 kHz，CPU 224 XP 為 200 kHz |
脈沖輸出（脈寬或調(diào)頻） | 2 個(gè)輸出，每個(gè)為 20 kHz（對于 DC），CPU 224 XP 為 100 kHz |
程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 | 掉電保護(hù)（非易失） |
掉電時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存 | 掉電保護(hù)：內(nèi)部高性能電容和/或附加電池模塊保證了非易失性：使用 STEP 7-Micro/WIN、TD200C 或用戶程序向集成的 EEPROM 裝載數(shù)據(jù) |
使用電池模塊對動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的掉電保護(hù) | 一般 200 天 |
集成通信接口 | √，RS 485 接口支持下列工 作模式：PPI 主站或從站/MPI 從站/自由口（自由組態(tài)的 ASCII 協(xié)議） |
波特率 | 187.5 kbaud (PPI/MPI) 或 115.2 kbaud（自由口） |
編程軟件 | STEP 7-Micro/WIN 支持所有標(biāo)準(zhǔn)，如 STL、CSF 或 LAD |
可選的程序存儲(chǔ)模塊 | √，CPU 中編程，用于程序傳輸、數(shù)據(jù)記錄、配方、文檔記錄 |
DC/DC/DC | √ |
電源電壓 | 24 V DC |
數(shù)字量輸入 | 24 V DC |
數(shù)字量輸出 | 24 V DC， 0.75 A，并聯(lián)，具有更高的切換能力 |
AC/DC/繼電器 | √ |
電源電壓 | 85 – 264 V AC |
數(shù)字量輸入 | 24 V DC |
數(shù)字量輸出 | 5 – 30 V DC 或 5–250 V AC， 2 A（繼電器）
|
西門子PLC模塊CPU222CN中央處理單元
PLC的硬件組成
PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口電源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接。
對于整體式PLC，所有部件都裝在同一機(jī)殼內(nèi)，其組成框圖如圖1所示；對于模塊式PLC，各部件獨(dú)立封裝成模塊，各模塊通過總線連接，安裝在機(jī)架或?qū)к壣?，其組成框圖如圖2所示。無論是哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可根據(jù)用戶需要進(jìn)行配置與組合。
