大中型PLC的模块化结构：PLC的配置一般都采用机架配置表来完成，它可以帮助用户配置一个机架或系统。

 S7-300 PLC入门：S7-300 PLC可以选择各种不同性能分级的CPU作控制器使用，通过高效处理速率，能提供比小型PLC快得多的扫描时间来执行相同的程序。

 S7-400 PLC入门：S7-400是用于中、性能范围的PLC，具有坚固耐用、容易扩展和广泛的通信能力、容易实现分布式结构、操作界面用户友好等特点。

1.1 PLC的组成与原理1.1.1 PLC的基本概念1.PLC的产生

在20世纪60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。如图1-1所示的某汽车生产线的装配环节需要进行定时操作，A型号汽车需要1个时间继电器，而B型号汽车则需要3个时间继电器，如果汽车装配从A型号换到B型号，则势必造成继电器控制电路的重装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经

常地重新设计和安装，十分费时、费工、费料，甚至阻碍了汽车更新周期的缩短。

北京西门子PLC全国一级供货商

PLC输入接口电路有直流输入和交流输入。输入接口的电源可以由外部提供，也可以由PLC内部提供。

西门子S7-200 SMART PLC的直流输入接口电路，图中只画出对应于一个点的输入电路，各个输入点所对应的输入电路均相同。其中直流电源由外接提供，极性可以为任意极性。

2）输出接口。输出接口是将经过CPU处理的信号通过光电隔离和功率放大等处理，转换成外部设备所需要的驱动信号（数字量输出或模拟量输出），以驱动外部各种执行设备，如接触器、指示灯、报警器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等设备。

PLC的基本工作原理1 PLC的工作过程

PLC在本质上虽然是一台微型计算机，其工作原理与普通计算机类似，但是PLC的工作方式却与计算机有很大的不同。计算机一般采用等待输入-响应（运算和处理）-输出的工作方式，如果没有输入，则一直处于等待状态；而PLC采用的是周期性循环扫描的工作方式，每一个周期都要按部就班完成相同的工作，与是否有输入或输入是否变化无关。

PLC的工作过程一般包括内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段

（1）内部处理 PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，进行监控、定时器复位等工作。在运行模式下，还要检查用户程序存储器，如果发现异常，则停止并显示错误。若自诊断正常，则继续向下扫描。

（2）通信操作 在通信操作阶段，CPU自检并处理各通信端口接收到的任何信息，完成数据通信服务，即检查是否有计算机、编程器的通信请求，若有则进行相应处理。

（3）输入处理 输入处理阶段又称输入采样阶段。在此阶段，按顺序扫描输入端子，把所有外部输入电路的接通/断开状态读入到输入映像寄存器，输入映像寄存器被刷新。

（4）程序执行 用户程序在PLC中是顺序存放的。在程序执行阶段，在无中断或跳转指令的情况下，CPU根据用户程序从条指令开始按自上而下、从左至右的顺序逐条扫描执行。

（5）输出处理 当所有指令执行完毕后，进入输出处理阶段，又称输出刷新阶段。CPU将输出映像寄存器中的内容集中转存到输出锁存器，然后传送到各相应的输出端子，后再驱动外部负载。2 PLC用户程序的执行过程

在运行模式下，PLC对用户程序重复地执行输入处理、程序执行、输出处理三个阶段

在用户程序执行过程中，输入映像寄存器的内容由上一个输入采样期间输入端子的状态决定。输出映像寄存器的状态由程序执行期间的执行结果决定，随程序执行过程而变化。输出锁存器的状态由程序执行期间输出映像寄存器的后状态来确定。各输出端子的状态由输出锁存器确定。程序如何执行取决于输入、输出映像寄存器的状态。

S7-200 SMART通过可连接的扩展模块即可处理模拟量，具有更多的输入/输出点及更大的存储器，可完全满足一些中小型复杂控制系统的要求。S7-200 SMART CPU普遍具有以下特点：

（1）集成的24V电源 可直接连接到传感器、变送器和执行器，CPU的输出电流按照型号功率的大小可达到180～400mA，可用作负载电源。

（2）高速脉冲输出 具有两路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达20kHz，用于控制步进电动机或伺服电动机，实现定位任务。

（3）通信口S7-200 SMART具有一个RS485通信口和一个RJ45的以太网端口，支持PPI通信协议，有自由口通信能力。

（4）中断输入 允许以极快的速度对过程信号的上升沿做出响应。

（5）EEPROM存储器模块（选件） 可作为修改与复制程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作。

（6）数字量输入/输出点CPU SR20具有12个输入点和8个输出点；CPU ST40具有24个输入点和16个输出点；CPU SR60具有36个输入点和24个输出点。

（7）高速计数器 高速计数器独立于CPU的扫描周期对高速事件进行计数。高速计数器有一个有符号32位整数计数值（或当前值），要访问高速计数器的计数值，需要利用存储器类型（HC）和计数器编号指定高速计数器的地址。高速计数器的当前值是只读值，仅可作为双字（32位）来寻址。

PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，国际电工委员会（IEC）先后颁布了PLC标准的草案稿，第二稿，并在1987年2月通过了对它的定义：

“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于在其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”

为了避免与PC（Personal Computer，个人计算机）相混淆，所以命名为PLC（Program-mable Logic Controller，可编程序逻辑控制器），但从功能上讲，现在的PLC早已不是原来意义上的“PLC”了。

总之，PLC是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机，具有丰富的输入、输出接口，并且具有较强的驱动能力。但PLC产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。1.1.2 PLC的硬件组成

PLC的构成框图和计算机是一样的，都由中央处理器（CPU）、存储器和输入/输出接口等构成。因此，从硬件结构来说，PLC实际上就是计算机，图1-2所示为其硬件系统的简化框图。

，PLC内部主要部件有：

1.CPU

CPU（Central Processing Unit，中央处理器）是PLC的核心组成部分，与通用微机的CPU一样，它在PLC系统中的作用类似于人体的神经中枢

CPU的功能：

1）按PLC中系统程序赋予的功能，接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；

2）用扫描方式接收现场输入装置的状态式数据，并存入映象寄存器或数据寄存器中；

3）诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误；

4）在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令规定的任务，产生相应的信号，去启动或关闭相关控制电路，分时分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等操作，完成用户程序中规定的逻辑式算术运算等任务。根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，再由输出映象寄存器的位状态式数据寄存器的有关内容，实现输出控制、制表、打印式数据通信等

PLC常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。通用的微处理器常用的是8位机、16位机，甚至32位机，如Z80A、8085、80x86、6502、M6800、M6809、M68000等。单片机常用的有8039、8049、8031、8051等。双极型位片式微处理器常用的有AMD2900、AMD2903等