西门子EM235CN扩展模块

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。

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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。

（1）CPU模块的组成

CPU模块由中央处理单元、存储器单元、输入输出接口单元以及电源组成。

①中央处理单元　中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU是PLC的核心，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。

CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。CPU按照系统程序赋予的功能接收并存储用户程序和数据，检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并且能够诊断用户程序中的语法错误。

②存储器单元　PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。存放系统软件的存储器称为系统存储器，存放应用软件的存储器称为用户存储器。常用的存储器有RAM、ROM、EEPROM三种。

RAM为随机存取存储器，价格便宜、改写方便，但断电后储存的信息会丢失。ROM为只读存储器，只能读出，不能写入，断电后储存的信息不会丢失。EEPROM为可电擦除可编程的只读存储器，其数据可以读出和改写，断电后信息不会丢失。但EEPROM写入数据的时间比RAM长，改写的次数有限制，一般用来存储用户程序和需要长期保存的重要数据。

③输入输出接口单元　现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路组成，其作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号传递到CPU。

现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路组成，其作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号，例如可以控制接触器线圈等电器的通、断电。

电源　PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源，使PLC能正常工作。一般交流电压波动在±10%范围内。

（2）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）。

PLC需同时协调多种设备的流程动作与通信，GRAPH语言是**选择，如何快速诊断出GRAPH中的互锁、监控、跳转条件，是保证生产稳定性的关键。

① 使用HMI中GRAPH总览控件，可以看到当前的步号，互锁、监控条件以及转换条件、动作的名称，如图19上半部分所示。

② 使用HMI中PLC代码视图控件，直接显示GRAPH源程序，互锁、监控条件一条条列出来，如图19下半部分所示。

4） 生产数据的可追溯对于故障分析、工艺改进起至关重要的作用。但对于没有 MES和 SCADA的项目来说，如何通过简单的方式让生产工程师查看生产数据就成了难点，以往的解决方法是通过HMI将数据存入U盘，但查看数据需要HMI反复上电插拔 U 盘，这样很不方便。PLC 中的数据记录功能可以通过编程选择时间点来记录多条数据，PC或者手机通过CPU集成的 Web服务器功能查看，

可编程序控制器（简称PLC）是随着现代工业自动化生产水平和微电子研发、制造水平的飞速发展，在继电器控制的基础上产生的一种新型工业控制装置，是将微型计算机技术、控制技术和通信技术融为一体，应用到工业控制领域的一种高可靠性控制器，是工业生产自动化的重要支柱。1969年第一台可编程序控制器由美国数字设备公司研发生产，虽然只有40余年的发展历史，但其已经广泛应用于冶金、机械、石油开采、化工、纺织、轻工、建筑、运输、电力等部门。