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可编程逻辑控制器（PLC）作为现代的自动控制装置已普遍应用于工业、企业各个领域，是生产过程自动化必不可少的智能控制设备。掌握PLC的组成、原理及编程方法，熟悉PLC的应用技巧，是每一位机电类专业技术人员必须具备的基本能力之一。CPU模块主要由微处理器（CPU）和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。PLC的存储器有两种，一种是可进行读/写操作的随机存储器（RAM）；另一种为只读存储器：ROM、PROM、EPROM、EEPROM。PLC中的RAM用来存放用户编制的程序或用户数据，存于RAM中的程序可随意修改。

PLC的系统程序是由PLC生产厂家设计提供的，出厂时已固化在各种只读存储器中，不能由用户直接修改。

（2）I/O模块

输入模块和输出模块简称为I/O模块，这是PLC与被控设备相连接的接口电路，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。

① 输入模块。输入模块用来接收和采集输入信号。开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、

本章主要介绍PLC的组成、原理、分类、特点、编程语言与程序结构以及S7-200系列PLC的内部和外部结构、性能、寻址方式等基本知识。

1.1 PLC的组成和工作原理

PLC（可编程逻辑

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是以微处理器为核心的计算机控制系统，虽然各厂家产品类型繁多，功能和指令系统各不相同，但其组成和基本工作原数字拨码开关、接近开关、光电开关、限位开关、压力继电器等来的开关量输入信号。模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。为某直流输入模块的内部电路和外部接线图。图中只画出了一路输入电路，输入电流为数毫安；1M是同一组各输入点内部输入电路的公共点。S7-200 PLC可以用CPU模块输出的DC 24 V电源作输入回路的电源，它还可以为接近开关、光电开关之类的传感器提供DC 24 V电源。

外部连接的触点接通时，光电耦合器中两个反并联的发光二极管亮，光敏三极管导通；外部连接触点断开时，光耦合器中的发光二极管熄灭，光敏三极管截止，信号经内部电路传送给CPU模块。

交流输入方式适于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用，输入电压有110 V、220 V两种。直流输入电路的延时时间较短，可以直接与接近开关、光电继电器输出模块的使用电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强；但是动作速度较慢，寿命（动作次数）有一定的限制。如果系统输出量的变化不是很频繁，建议优先选用继电器型的输出模块。

场效应晶体管型输出模块用于直流负载，它的可靠性高、反应速度快、寿命长；但是过载能力稍差些。

③ 编程器。编程器用来生成用户程序，并用它进行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行情开关等电子输入装置连接。

② 输出模块。输出模块用来控制接况。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。它的体积小，价格便宜，一般用来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护。

使用编程软件可以在计算机屏幕上直接生成和编辑梯形图或指令表程序，并且可以实现不同编程语言之间的相互转换。程序被编译后下载（2）通信处理

在通信处理阶段，CPU处理从通信接口和智能模块接收到的信息，

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的信息，并存放在缓冲区中，在适当的时候将信息传送给通信请求方。

（3）读取输入

在PLC的存储器中，设置了一片区域来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。CPU以字节（8位）为单位来读写输入/输出映像寄存器。在读取输入阶段，PLC把所有外部数字量输入电路的ON/OFF状态，读入输入映像寄存器。外部的输入电路闭合时，对应的输入映像寄存器为1状态，梯形图中对应的输入点的常开触点接通，常闭触点断开。外接的输入电路断开时，对应的输入映像寄存器为0状态，梯形图中对应的输入点的常开触点断开，常闭触点闭合。

（4）执行程序

PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中顺序排列。在RUN工作模式的程序执行阶段，在没有跳转指令时，CPU从第1条指令开始，逐条顺序地执行用户程序。

在执行指令时，从I/O映像寄存器读出其I/O状态，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入到相应映像寄存器中，因此，各映像寄存器（只读的输入映像寄存器除外）的内容随着程序的执行而变化。

在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之改变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的读取输入阶段被读入。执行程序时，对输入/输出的存取通常是通过映像寄存器，而不是实际的I/O点，这样做有以下好处。

输入值是固定的，程序执行完后再用输出映像寄存器的值更新输出点，使系统的运行稳定。

② 用户程序读写I/O映像寄存器比读写I/O点快得多，这样可以提高程序的执行速度。

（5）改写输出

CPU执行完用户程序后，将输出映像寄存器的二进制数0/1状态，传送到输出模块并锁存起来。梯形图中某一输出位的线圈通电时，对应的映像寄存器的二进制数为1状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。若梯形图中输出点的线圈断电，对应的输出映像寄存器中存放的二进制数为0状态，将它送到继电器型输出模块，对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。

PLC经过这5个阶段的工作过程，称为1个扫描周期，完成1个扫描周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。在不考虑通信处理时，扫描周期T的大小为T = （输入/点时间 × 输入点数） + （运算速度 × 程序步数） +（输出/点时间 × 输出点数） + 故障诊断时间

显然扫描周期主要取决于程序的长短，一般每秒钟可扫描数十次以上。响应时间的长短对工业设备通常没有什么影响。但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就应该**计算响应时间，细心编制程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少扫描周期造成的响应延时等不良因素。

1.1.2 PLC的性能、分类及特点

1. PLC的性能指标

（1）I/O总点数制数为1个字（即两个8位的字节），每1 024个字为1千字。PLC通常以字为单位来存储指令和数据，一般的逻辑操作指令每条占1个字，定时器、计数器、