西门子公司为了满足用户的不同要求，推出了多种PLC产品，每种PLC产品可构成控制系统的硬件结构有所不同，下面以西门子S7系列 PLC为例进行介绍，如图1-19所示。

【图1-19　西门子PLC的结构组成】

1　西门子PLC的主机（CPU模块）

      PLC主机是构成西门子PLC硬件系统的核心单元，主要包括负责执行程序和存储数据的微处理器，因此也常称为CPU（中央处理器）模块。西门子PLC主机外部主要由电源输入接口、输入接口、输出接口、通信接口、PLC状态指示灯、输入/输出LED指示灯、可选配件、传感器输出接口、检修口等构成，如图1-20所示。

【图1-20　西门子PLC主机的外部结构】

【图1-20　西门子PLC主机的外部结构（续）】

【图1-20　西门子PLC主机的外部结构】

     取下西门子PLC的外壳后，即可以看到内部结构，图1-21为西门子S7-200系列PLC的内部结构。从图中可以看出，该PLC主要由CPU电路板、输入/输出接口电路板和电源电路板构成。

【图1-21　西门子S7-200系列PLC的内部结构（续）】

     西门子各系列PLC主机的类型和功能各不相同，且每一系列的主机又都包含多种类型的中央处理器（CPU），以适应不同的应用要求，如图1-22所示。

【图1-22　西门子S7各系列PLC主机的类型和功能】

2　西门子PLC的电源模块

电源模块是指由外部为PLC供电的功能单元。西门子PLC的电源模块

主要有两种形式：一种是集成在PLC主机内部的电源模块；一种是独立

的电源模块。如图1-23所示。

【图1-23　西门子PLC的电源模块】

3　西门子PLC的接口模块

【图1-24　西门子PLC的接口模块】

  接口模块（IM）用于组成多机架系统时连接主机架（CR）和扩展机架（ER），多应用于西门子S7-300/400系列PLC系统中，如图1-24所示。

4　西门子PLC的信息扩展模块

在实际应用中，为了实现更强的控制功能，各类型的西门子PLC可以采用扩展I/O点的方法扩展其系统配置和控制规模，其中各种扩展用的I/O模块统称为信息扩展模块（SM）。不同类型的PLC所采用的信息扩展模块不同，但基本都包含了数字量扩展模块和模拟量扩展模块两种，如图1-25所示。

【图1-25　西门子PLC的信息扩展模块】

【图1-25　西门子PLC的信息扩展模块（续）】

5　西门子PLC的通信模块

西门子PLC有很强的通信功能，除CPU模块本身集成的通信接口外，还可扩展连接不同类型（信号）的通信模块，用以实现PLC与PLC之间、PLC与计算机之间、PLC与其他功能设备之间的通信，实现强大的通信功能，如图1-26所示。

 【图1-26　西门子PLC的通信模块】

6　西门子PLC的功能模块

功能模块（FM）主要用于要求较高的特殊控制任务，西门子PLC中常用的功能模块如图1-27所示。

【图1-27　西门子PLC的功能模块】

附加说明

西门子PLC系统除上述的基本组成模块和扩展模块外，还有一些其他功能扩展模块，一般作为系列PLC专用的扩展模块。例 如 ， 热 电 偶 或 热 电 阻 扩 展 模 块 （ EM231 ） ， 专门 与 S7-200（CPU224、CPU224XP、CPU226、CPU226XM）PLC匹配使用，是一种特殊的模拟量扩展模块，可以直接连接热电偶（TC）或热电阻（RTD）测量温度。该温度值可通过模拟量通道直接被用户程序访问。

1.3　PLC的工作原理

1.3.1　PLC的工作条件

PLC是一种以微处理器为核心的可编程控制装置，由电源电路提供所需的工作电压。图1-28为PLC的整机控制及供电过程。

【图1-28　PLC的整机控制及供电过程】

【图1-29　将计算机编程软件编写的程序输入到PLC中】

1.3.2　PLC的工作过程

PLC整个工作过程主要可以分为PLC用户程序的输入、PLC内部用户程序的编译处理、PLC用户程序的执行过程。

1　PLC用户程序的输入

PLC的用户程序是由工程技术人员通过编程设备（简称编程器）输入的，如图1-29所示。

2　PLC内部用户程序的编译处理

将用户编写的程序存入PLC后，CPU会向存储器发出控制指令，从程序存储器中调用解释程序将编写的程序进一步编译，使之成为PLC认可的编译程序，如图1-30所示。

【图1-30　用户程序在PLC内的编译过程】

【图1-31　PLC用户程序的执行过程】

3　PLC用户程序的执行过程

用户程序的执行过程为PLC工作的核心内容，其执行过程如图1-31所示。

【图1-32　PLC系统等效功能电路示意图】

    为了更清晰地了解PLC的工作过程，我们将PLC内部等效为三个功能电路，即输入电路、运算控制电路、输出电路，如图1-32所示。

     输入电路主要为输入信号采集部分，其作用是将被控对象的各种控制信息及操作命令转换成PLC输入信号，然后送给运算控制电路部分，如图1-33所示。

【图1-33　PLC输入电路的工作过程】

    输出电路即开关量的输出单元，由PLC输出接口电路、连接端子和外部设备及功能部件构成，CPU完成的运算结果由该电路提供给被控负载，完成PLC主机与工业设备或生产机械之间的信息交换，如图1-34所示。

【图1-34　PLC输出电路的工作过程】

【图1-34　PLC输出电路的工作过程（续）】

【图1-34　PLC输出电路的工作过程（续）】

上述三种PLC输出电路都有各自的特点，也可将其作为选用PLC时的重要参考因素，使PLC控制系统达到最佳控制状态。图1-35为三种PLC输出电路的特点。

【图1-35　三种PLC输出电路的特点】

附加说明

常见PLC根据输入电路或输出电路公共端子接线方式可分为共点式、分组式、隔离式输入或输出电路：

◆ 共点式输入或输出电路是指输入或输出电路中所有I/O点共用一个公共端子；

◆ 分组式输入或输出电路是指将输入或输出电路中所有I/O点分为若干组，每组各共用一个公共端子；

◆ 隔离式输入或输出电路是指具有公共端子的各组输入或输出点之间互相隔离，可各自使用独立的电源。

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