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PLC的工作原理

PLC是一种存储程序的控制器。用户根据某一对象的具体控制要求，编制好控制程序后，用编程器将程序输入到PLC（或用计算机下载到PLC）的用户程序存储器中寄存。PLC的控制功能就是通过运行用户程序来实现的。

PLC运行程序的方式与微型计算机相比有较大的不同。微型计算机运行程序时，一旦执行到END指令，程序运行便结束；而PLC从0号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序，直到END指令结束。再从头开始执行，并周而复始地重复，直到停机或从运行（RUN）切换到停止（STOP）工作状态。把PLC这种执行程序的方式称为扫描工作方式。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。PLC对输入、输出信号的处理与微型计算机不同。

PLC在开始执行程序之前，扫描输入端子，按顺序将所有输入信号，读入到寄存器——输入状态的输入映像寄存器中，这个过程称为输入扫描。PLC在运行程序时，所需的输入信号不是现时取输入端子上的信息，而是取输入映像寄存器中的信息。在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变，只有到下一个扫描周期输入扫描阶段才被刷新。PLC的扫描速度很快，取决于CPU的时钟速度。

（2）程序执行

PLC完成了输入扫描工作后，按顺序从0号地址开始的程序进行逐条扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运算处理。再将程序执行的结果写入输出映像寄存器中保存。但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到输出端子上，也就是物理输出是不会改变的。扫描时间取决于程序的长度、复杂程度和CPU的功能。

在执行到END指令，即执行完用户所有程序后，PLC上将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器中进行输出，驱动用户设备。扫描时间取决于输出模块的数量。

模拟量输入模块有两个参数容易混淆，即模拟量转换的分辨率和模拟量转换的精度（误差）。分辨率是A-D模拟量转换芯片的转

换精度，即用多少位的数值来表示模拟量。若S7-200SMART模拟量模块的转换分辨率是12位，能够反映模拟量变化的*小单位是满量程的1/4096。模拟量转换的精度除了取决于A-D转换的分辨率，还受到转换芯片的外围电路的影响。在实际应用中，输入的模拟量信号会有波动、噪声和干扰，内部模拟电路也会产生噪声、漂移，这些都会对转换的*后精度造成影响。这些因素造成的误差要大于A-D芯片的转换误差。

当模拟量的扩展模块正常状态时，LED指示灯为绿色显示，而当为供电时，为红色闪烁。

使用模拟量模块时，要注意以下问题。

①模拟量模块有专用的插针接头与CPU通信，并通过此电缆由CPU向模拟量模块提供DC 5V的电源。模拟量模块必须外接DC24V电源。

②每个模块能输入/输出电流或者电压信号，对于模拟量输入的电压或者电流信号选择和量程的选择都是通过组态软件选择，如图2-15所示，模块EMAM06的通道0设定为电压信号，量程为±2.5V。而S7-200的信号类型和量程是由DIP开关设定的。

双极性就是信号在变化的过程中要经过“零”，单极性“零”。由于模拟量转换为数字量，是有符号整数，双极性信号对应的数值会有负数。在S7-200SMART中，单极性模拟量输入/输出信号的数值范围是0～27648；双极性模拟量信号的数值范围是-27648～27648。

③对于模拟量输入模块，传感器电缆线应尽可能短，应使用屏蔽双绞线，导线应避免弯成锐角。靠近信号源屏蔽线的屏蔽层应单端接地。

PLC的立即输入、输出功能

一般的PLC都有立即输入和立即输出功能。

（1）立即输出功能

所谓立即输出功能就是输出模块在处理用户程序时，能立即被刷新。PLC临时挂起（中断）正常运行的程序，将输出映像表中的信息输送到输出模块，立即进行输出刷新，再回到程序中继续运行，注意，立即输出功能并不能立即刷新所有的输出模块。

德国的西门子（SIEMENS）公司是欧洲*大的电子和电气设备制造商之一，生产的SIMATIC可编程控制器在欧洲处于领先地位。其第一代可编程控制器是1975年投放市场的SIMATIC S3 系列的控制系统。在1979年，西门子公司将微处理器技术应用到可编程控制器中，研制出了SIMATICS5系列，取代了S3系列，目前S5系列产品仍然有小部分在工业现场使用。在20世纪末，西门子又在S5系列的基础上推出了S7系列产品。*新的SIMATIC产品为SIMATICS7和C7等几大系列。C7是基于S7-300系列PLC性能，集成了HMI（人机界面）

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SIMATIC S7系列产品分为通用逻辑模块（LOGO！）、S7-200 PLC、S7-200 SMARTPLC、S7-1200 PLC、S7-300 PLC、S7-400 PLC和S7-1500PLC七个产品系列。S7-200是在西门子公司收购的小型PLC的基础上发展而来的，其指令系统、程序结构和编程软件同S7-300/400PLC有区别，在西门子PLC产品系列中是一个特殊的产品。S7-200 SMART PLC是S7-200PLC的升级版本，是西门子家族的新成员，于2012年7月发布。其绝大多数的指令和使用方法与S7-200PLC类似，编程软件也和S7-200 PLC类似，在S7-200 PLC中运行的程序，大部分都可以在S7-200 SMARTPLC中运行。S7-1200 PLC是在2009年才推出的新型小型PLC，定位于S7-200 PLC和S7-300PLC产品之间。S7-300/400 PLC是由西门子的S5系列发展而来，是西门子公司*具竞争力的PLC产品

数字量输入和输出模块有专用的插针与CPU通信，并通过此插针由CPU向扩展I/O模块提供DC 5V的电源。EMDE08数字量输入模块的接线如图2-9所示，图中为PNP型输入，也可以为NPN型输入。

EM DT08数字量晶体管型输出模块，其接线如图2-10所示，只能为PNP型输出。EMDR08数字量继电器型输出模块，其接线如图2-11所示，L+和M端子是模块的DC24V供电接入端子，而1L和2L可以接入直流和交流电源，是给负载供电的，这点要特别注意。可以发现，数字量输入和输出扩展模块的接线与CPU的数字量输入输出端子的接线是类似的。