SIMATIC S7-1500CPU模块参数1511-1 PN

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PLC种类很多，但结构大同小异，典型的PLC控制系统组成方框图如图1-5所示。在组建PLC控制系统时，需要给PLC的输入端子连接有关的输入设备（如按钮、触点和行程开关等），给输出端子接有关的输出设备（如指示灯、电磁线圈和电磁阀等）。如果需要PLC与其他设备通信，可在PLC的通信接口连接其他设备；如果希望增强PLC的功能，可给PLC的扩展接口接上扩展单元。

图1-5 典型的PLC控制系统组成方框图

1.3.2  PLC内部组成单元说明

从图1-5可以看出，PLC内部主要由CPU、存储器、输入接口、输出接口、通信接口和扩展接口等组成。

1. CPU

CPU又称中央处理器，它是PLC的控制中心，它通过总线（包括数据总线、地址总线和控制总线）与存储器和各种接口连接，以控制它们有条不紊地工作。CPU的性能对PLC工作速度和效率有很大的影响，故大型PLC通常采用高性能的CPU。

CPU的主要功能有：

①接收通信接口送来的程序和信息，并将它们存入存储器。

②采用循环检测（即扫描检测）方式不断检测输入接口送来的状态信息，以判断输入设备的输入状态。

③逐条运行存储器中的程序，并进行各种运算，再将运算结果存储下来，然后通过输出接口输出，以对输出设备进行有关控制。

④监测和诊断内部各电路的工作状态。

2. 存储器

存储器的功能是存储程序和数据。PLC通常配有ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）两种存储器，ROM用来存储系统程序，RAM用来存储用户程序和程序运行时产生的数据。

系统程序由厂家编写并固化在ROM存储器中，用户无法访问和修改系统程序。系统程序主要包括系统管理程序和指令解释程序。系统管理程序的功能是管理整个PLC，让内部各个电路能有条不紊地工作。指令解释程序的功能是将用户编写的程序翻译成CPU可以识别和执行的程序。

用户程序是由用户编写并输入存储器的程序，为了方便调试和修改，用户程序通常存放在RAM中，由于断电后RAM中的程序会丢失，所以RAM专门配有后备电池供电。有些PLC采用EEPROM（电可擦写只读存储器）来存储用户程序，由于EEPROM存储器中的信息可使用电信号擦写，并且掉电后内容不会丢失，因此采用这种存储器后可不要备用电池。

3.输入/输出接口电路

输入/输出接口电路（即输入/输出电路）又称I/O接口电路或I/O模块，是PLC与外围设备之间的连接桥梁。PLC通过输入接口电路检测输入设备的状态，以此作为对输出设备控制的依据，同时PLC又通过输出接口电路对输出设备进行控制。

PLC的I/O接口能接收的输入和输出信号个数称为PLC的I/O点数。I/O点数是选择PLC的重要依据之

PLC外围设备提供或需要的信号电平是多种多样的，而PLC内部CPU只能处理标准电平信号，所以I/O接口要能进行电平转换；另外，为了提高PLC的抗干扰能力，I/O接口一般采用光电隔离和滤波功能；此外，为了便于了解I/O接口的工作状态，I/O接口还带有状态指示灯。

（1）输入接口电路

PLC的输入接口电路分为数字量输入接口电路和模拟量输入接口电路。数字量输入接口用于接收“1、0”数字信号或开关通断信号，又称开关量输入接口；模拟量输入接口用于接收模拟量信号（连续变化的电压或电流）。模拟量输入接口通常采用A/D转换电路，将模拟量信号转换成数字信号。数字量输入接口电路如图1-6所示。

当闭合按钮SB后，24V直流电源产生的电流流过I0.0端子内部电路，电流途径是24V正极→按钮SB→I0.0端子入→R1→发光二极管VD1→光电耦合器中的一个发光二极管→1M端子出→24V负极，光电耦合器的光敏管受光导通，这样给内部电路输入一个ON 信号，即I0.0端子输入为ON（或称输入为1）。由于光电耦合器内部是通过光线传递的，故可以将外部电路与内部电路进行有效的电气隔离。

输入指示灯VD1、VD2用于指示输入端子是否有输入。R2、C为滤波电路，用于滤除输入端子窜入的干扰信号，R1为限流电阻。1M端为同一组数字量（如I0.0～I0.7）的公共端。从图1-6中不难看出，DC24V电源的极性可以改变（即24V也可以正极接1M端）。

图1-6 数字量输入接口电路

（2）输出接口电路

PLC的输出接口电路也分为数字量输出接口电路和模拟量输出接口电路。模拟量输出接口电路通常采用D/A转换电路，将数字量信号转换成模拟量信号；数字量输出接口电路采用的电路形式较多，根据使用的输出开关器件不同可分为：继电器输出型接口电路、晶体管输出型接口电路和双向晶闸管输出型接口电路。

图1-7所示为继电器输出型接口电路。当PLC内部电路输出ON信号（或称输出为ON）时，会输出电流流经继电器KA线圈，继电器常开触点KA闭合，负载有电流通过，电流途径是DC电源（或AC电源）的一端→负载→Q0.1端子入→内部闭合的继电器KA触点→1L端子出→DC电源（或AC电源）的另一端。R2、C和压敏电阻RV用来吸收继电器触点断开时负载线圈产生的瞬间反峰电压。由于继电器触点无极性，所以输出端外部电源可以是直流电源，也可以是交流电源。

继电器输出型接口电路的特点是可驱动交流或直流负载，允许通过的电流大，但其响应时间长，通断变化频率低。

图1-7  继电器输出型接口电路

图1-8所示为晶体管输出型接口电路，它采用光电耦合器与晶体管配合使用。当PLC 内部电路输出ON信号（或称输出为ON）时，会输出电流流过光电耦合器的发光管使之发光，光敏管受光导通，晶体管VT的G极电压下降。由于VT为耗尽型P沟道晶体管，当G极为高电压时截止，为低电压时导通，因此光电耦合器导通时VT也导通，相当于1L 、Q0.2端子内部接通，有电流流过负载，电流途径是DC电源正极→负载→1L 端子人→导通的晶体管VT→Q0.2端子出→DC电源负极。由于晶体管有极性，所以输出端外部只能接直流电源，并且晶体管的漏极只能接电源正极，源极接电源的负极。

晶体管输出型接口电路反应速度快，通断频率高（可达20～200kHz），但只能用于驱动直流负载，且过流能力差。

图1-8  晶体管输出型接口电路

图1-9所示为双向晶闸管输出型接口电路，它采用双向晶闸管型光电耦合器。当PLC 内部电路输出ON信号（或称输出为ON）时，会输出电流流过光电双向晶闸管内部的发光管，内部双向晶闸管受光导通，电流可以从上往下流过晶闸管，也可以从下往上流过晶闸管。由于交流电源的极性是周期性变化的，所以晶闸管输出接口电路外部通常接交流电源。

双向晶闸管输出型接口电路的响应速度快，动作频率高，一般用于驱动交流负载。

图1-9  双向晶闸管输出型接口电路

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