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用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器。CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接I/O模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等。 2.3.2 I/O模块
PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。 2.3.3电源模块
有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。 2.3.4底板或机架
大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体 。 2.3.5 PLC的外部设备
外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类。
1) 编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。
2) 监控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。 3) 存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储
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用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。
4) 输入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等。 2.3.6 PLC的通信联网
PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。
2.4 PLC的结构和工作原理
2.4.1 PLC的模块结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。模块式（又称组合式）结构的PLC是将中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块，应用时将这些模块根据控制要求插在机架上，各模块间通过机架上的总线相互联系。模块式的PLC安装完成后，需进行登记，以便PLC对安装在总线上的各模块进行地址确认，其特点是系统构成的灵活性较高，可以构成不同控制规模和功能的PLC，但同时价格也较高。基本结构框图如图2.2所示。
图2.2模块式结构
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2.4.2 PLC的运行过程分析
PLC与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式不同，继电器控制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作，只要形成电流通路，就有可能有几个电器同时动作。而PLC则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作，而且每次它只能执行一条指令，这也就是说PLC以“串行”方式工作的，这种工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配等问题。也可以说，继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而PLC控制则需要输入传送、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程。
PLC采用循环扫描技术可以分为3个阶段：输入阶段（将外部输入信号的状态传送到PLC）、执行程序和输出阶段（将输出信号传送到外部设备）。扫描过程如图2.3所示。
图2.3循环扫描
在输入阶段中，PLC先进行自我诊断，然后与编程器或计算机通信，同时中央处理器扫描各个输入端并读取输入信号的状态和数据，并把它们存入相应的输入存储单元。
在执行阶段中，PLC按照由上到下的次序逐步执行程序指令。从相应的输入存储单元读入输入信号的状态和数据，然后根据程序内部继电器、定时器、计数器数据寄存器的状态和数据进行逻辑运算，得到运算结果，并将这些结果存入相应的输出存储器单元。
在输出阶段中，PLC将相应的输出存储单元的运算结果传送到输出模块上，并通过输出模块向外部没备传送输出信号，开始控制外部设备。
2.5 S7-200PLC系列的介绍
德国的西门子（SIEMENS）公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商，生产的SIMATIC可编程序控制器欧洲处于领先地位。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，微处理器技术被
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应用到可编程控制器中，产生了SIMATIC S5 系列，取代了S3系列，之后在二十世纪末又推出了S7系列产品。最新的SIMATIC产品为SIMATIC S7、M7和C7等几大系列。
从CPU模块的功能来看，SIMATIC S7-200系列小型PLC发展经历了两代： 第一代产品其CPU模块为CPU 21X，主机都可以进行扩展，它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU212，CPU214，CPU215和CPU216。
第二代产品其CPU模块为CPU 22X，是在二十一世纪初投放市场的，速度快，具有较强的通讯能力，它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU221，CPU222，CPU224和CPU226，除CPU221之外，其他都可以加扩展模块。
SIMATIC S7-200系统由硬件和工业软件两大部分组成如图2.4所示
图2.4 SIMATIC S7-200系统
1）硬件
基本单元、扩展单元、特殊功能模块、相关设备 2）工业软件
工业软件是为更好的管理和使用这些设备而开发的与之配套的程序、文档及其规则的总和，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几类构成。 a． CPU介绍及I/O系统（如表2.1）
表2.1不同种类CUP的I/O对比
b． 主机外形
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SIMATIC S7-200系统CPU22X系列PLC主机（CPU模块）的外形如图2.5所示。
图2.5 CPU22X系列PLC主机外形图
c． 基本结构特点
CPU各有晶体管输出(直流输出)和继电器输出（交、直流输出）两种类型，具有不同电源电压和控制电压。各类型的型号如表2.2所示
表2.2各种CPU输出电压、电流的对比
d． 扩展模块及基本功能 （1）功能模块扩展
当需要完成某些特殊功能的控制系统，CPU主机可以扩展特殊功能模块，一般是特殊功能模块有SM253位置控制模块，EM241调制解调器模块等。 （2）输入输出扩展
S7-200PLC的CPU所提供的本机I/O点和I/O地址是固定的，进行扩展时可以在CPU右边连接多个扩展模块连接。每个扩展模块的组态地址编号取决于各模块的类型和该模块在I/O链中所处的位置。编制方法就是同种类型输入或输出
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