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PLC的组成与基本结构
**生产的可编程控制器外观各异，但作为工业控制计算机，其硬件系统都大体相同，主要由*处理器模块、存储器模块、输入/输出模块、编程器和电源等几部分构成
1.*处理器（CPU）
CPU是PLC的部件，主要用来运行用户程序、监控输入/输出接口状态及进行逻辑判断和数据处理。CPU用扫描的方式读取输入装置的状态或数据，从内存逐条读取用户程序，通过解释后按指令的规定产生控制信号，然后分时、分渠道地执行数据的存取、传送、比较和变换等处理过程，完成用户程序所设计的逻辑或算术运算任务，并根据运算控制输出设备响应外部设备的请求及进行各种内部诊断。2.存储器
可编程控制器的存储器由只读存储器ROM、随机存储器RAM和可电擦写的存储器EEPROM三大部分构成，主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。
只读存储器ROM用来存放系统程序，可编程控制器在生产过程中将系统程序固化在ROM中，用户是不可改变的。用户程序和中间运算数据存放在随机存储器RAM中，RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。它存储的内容是易失的，掉电后内容丢失；当系统掉电时，用户程序可以保存在只读存储器EEPROM或由高能电池支持的RAM中。EEPROM兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点，用来存放需要长期保存的重要数据。3.电源
PLC的电源是指为CPU、存储器和I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关电源。电源的交流输入端一般都有脉冲吸收电路，交流输入电压范围一般都比较宽，抗干扰能力比较强。电源的直流输出电压多为直流5V和直流24V。直流5V电源供PLC内部使用，直流24V电源除供内部使用外还可以供输入/输出单元和各种传感器使用。4.输入/输出接口单元
输入/输出接口单元即I/O单元（输入/输出接口电路）。PLC内部输入电路的作用是将PLC外部电路（如行程开关、按钮、传感器等）提供的符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光电耦合电路送至PLC内部电路。输入电路有直流输入电路、交流输入电路和交直流输入电路。输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力，输入响应时间一般在0.1～15ms。根据输入信号形式的不同，可分为模拟量I/O单元、数字量I/O单元两大类。根据输入单元形式的不同，可分为基本I/O单元、扩展I/O单元两大类。PLC内部输出电路的作用是将输出映像寄存器的通过输出接口电路驱动外部的负载（如接触器线圈、电磁阀、指示灯等），输出电路还具有隔离PLC内部电路和外部执行元件的作用，以及功率放大的作用。输出电路有晶体管输出型、可控硅输出型和继电器输出型3种。功能模块是一些智能化的输入/输出电路，如温度模块、位置检测模块、位置控制模块和PID控制模块等。
由于生产过程中使用的各种开关、按钮、传感器等输入器件直接接到PLC输入接口电路上，为防止由于触点抖动或干扰脉冲引起错误的输入信号，输入接口电路必须有很强的抗干扰能力。以直流输入电路为例，如图1-2所示，输入接口电路提高抗干扰能力的方法主要有利用光耦合器提高抗干扰能力和利用滤波电路提高抗干扰能力
）输出接口电路
根据驱动负载元件不同可将输出接口电路分以下为3种。
（1）小型继电器输出形式，如图1-3所示。这种输出形式既可驱动交流负载，又可驱动直流负载。驱动负载的能力在2A左右。它的优点是适用电压范围比较宽，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力强；缺点是动作速度较慢，动作次数（寿命）有一定的限制。建议在输出量变化不频繁时**选用，不能用于高速脉冲的输出。图1-3所示电路工作原理：当内部电路的状态为1时，继电器KM的线圈通电，产生电磁吸力，触点闭合，则负载得电，同时点亮LED，表示该路输出点有输出。当内部电路的状态为0时，继电器KM的线圈无电流，触点断开，则负载断电，同时LED熄灭，表示该路输出点无输出。
（2）大功率晶体管输出形式，如图1-4所示。这种输出形式只可驱动直流负载。驱动负载的能力：每一个输出点为零点几安培。它的优点是可靠性强，执行速度快，寿命长；缺点是过载能力差。其适合在直流供电、输出量变化快的场合选用。图1-4所示电路工作原理：当内部电路的状态为1时，光耦合器T1导通，使大功率晶体管VT饱和导通，则负载得电，同时点亮LED，表示该路输出点有输出。当内部电路的状态为0时，光耦合器T1断开，大功率晶体管VT截止，则负载失电，LED熄灭，表示该路输出点无输出。VD为保护二管，可防止负载电压性接反或高电压、交流电压损坏晶体管。FU的作用是防止负载短路时损坏PLC。当负载为电感性负载、VT关断时会产生较高的反电势，所以必须给负载并联续流二管，为其提供放电回路，避免VT承受过电压。
（3）双向晶闸管输出形式，如图1-5所示。这种输出形式适合驱动交流负载。由于双向可控硅和大功率晶体管同属于半导体材料元件，所以优缺点与大功率晶体管或场效应管输出形式的相似，适合在交流供电、输出量变化快的场合选用。图1-5所示电路工作原理：当内部电路的状态为1时，发光二管导通发光，相当于双向晶闸管施加了触发信号，无论外接电源性如何，双向晶闸管T均导通，负载得电，同时输出指示灯LED点亮，表示该输出点接通；当对应T的内部继电器的状态为0时，双向晶闸管没有施加触发信号，双向晶闸管关断，此时LED不亮，负载失电。这种输出接口电路驱动负载的能力为1A左右。
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I/O电路的常见问题
（1）用三管等有源元件作为无触点开关的输出设备，与PLC输入单元连接时，由于三管自身有漏电流存在，或者电路不能保三管可靠截止而处于放大状态，使得即使在截止时，仍会有一个小的漏电流流过，当该电流值大于1.3mA时，就可能引起PLC输入电路发生误动作。可在PLC输入端并联一个旁路电阻来分流，使流入PLC的电流小于1.3mA。
（2）应在输出回路串联熔断器，避免负载电流过大，损坏输出元件或电路板。
（3）由于晶体管、双向晶闸管型输出端子漏电流和残余电压的存在，当驱动不同类型的负载时，需要考虑电平匹配和误动等问题。
（4）感性负载断电时产生很高的反电势，对输出单元电路产生冲击，对于大电感或频繁关断的感性负载应使用外部抑制电路，一般采用阻容吸收电路或二管吸收电路。5.外部设备接口
外部设备接口电路用于连接编程器或其他图形编程器、文本显示器、触摸屏、变频器等通过外设接口组成PLC的控制网络。PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过RS-485接口与计算机连接，可以实现编程、监控、联网等功能。6.I/O扩展接口
扩展接口用于扩展输入/输出单元，它使PLC的控制规模配置加灵活，这种扩展接口实际上为总线形式，可以配置开关量的I/O单元，也可配置模拟量和高速计数等特殊I/O单元及通信适配器等。
1.2 S7-200系列PLC介绍
1.2.1 S7-200系列PLC系统
德国的西门子公司是欧洲较大的电子和电气设备制造商，生产的SIMATIC可编程控制器在欧洲处于良好地位。较新的SIMATIC产品为SIMATIC S7、M7和C7等几大系列。SIMATIC S7系列产品分为通用逻辑模块（LOGO！）、微型PLC（S7-200系列）、中小型PLC（S7-300系列）和大中型PLC（S7-400系列）4个产品系列。从CPU模块的功能来看，SIMATIC S7-200系列微型PLC发展至今大致经历了两代。一代产品（21版），其CPU模块为CPU21X，主机都可进行扩展；二代产品（22版），其CPU模块为CPU22X，是在21世纪初投放市场的，速度快，具有较强的通信能力。
S7-200系列PLC的硬件主要包括CPU和扩展模块。扩展模块则包括模拟量I/O扩展模块、数字量I/O扩展模块、温度测量扩展模块、特殊功能模块（如定位模块）和通信模块等。其外部结构如图1-6所示。它是整体式PLC，它将输入/输出模块、CPU模块、电源模块均装在一个机壳内，当系统需要扩展时，可选用需要的扩展模块与基本单元（主机）连接。