西门子数字量输入输出模块

用可编程序控制器实施控制，如上图，其实质是按照一定的算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现。入出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点。而人出变换实际上就是信息处理，信息处理当今较常用的是微处理机技术，物理实现则要求PLC的输入应当排除干扰信号适应于工业现场。输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用。这就要求I/O电路专门设计。根据PLC实施控制的基本点的分析，PLC采用了典型的计算机结构，主要是由CPU、RAM、ROM和专门设计的输入输出接口电路等组成。

*处理机是PLC的大脑，如下图它由*处理器（CPU）和存储器等组成 。

1、*处理器（CPU）

    *处理器（CPU）一般由控制电路、运算器和寄存器组成，这些电路一般都集成在一个芯片上。CPU通西门子数字量输入输出模块过地址总线、数据总线和控制总线与存储单元。输入输出（I/O）接口电路相连接。

    它主要完成以下的功能：

（1）将输入信号送入PLC中存储起来。  

（2）按存放的先后顺序取出             

用户指令，进行编译。                  

（3）完成用户指令规定的各种操作。       

（4）将结果送到输出端。

（5）响应各种外围设备（如变程器、打印机等）的请求。

    2、存储器

PLC内部存储器有两类：一类是RAM（即随机存取存储器），可以随时由 CPU对它进行读出、写入；另一类是ROM （即只读存储器），CPU只

从中读取而不能写入。RAM主要用来存放各种暂存的数据、中间结果能及用户正在调试的程序，ROM主要存放监控程序及用户已调试好的程序，这些程序都事先烧在ROM芯片中，开机后便可运行其中程序。

     3、输入、输出接口电路

它起着PLC和外围设备之间传递信息的作用。用户设备需要输入PLC的各种控制信号，如限位开关、操作按钮以及其它一些传感器输出的开关量或模拟量（要通过模数变换进入机内）等，通过输入接口电路将这些信号转换成CPU能接收和处理的信号。输出接口电路将处理器输出的弱电信号转换成现场需要的强电信号以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。常

用接口电路的结构如下图所示。

                 输入输出接口电路

为了保证电路的正常工作，这些接口电路有以下特点；

1）输入采用光电耦合电路，可大大减少电磁干扰

2）输出也采用光电隔离并有三种方式，即继电器、晶体管和晶闸管。这使得  PLC可以适合各种用户的不同要求。如低速、大功率负载一般采用继电器输出；高速大功率则采用晶闸管输出；高速小功率可用晶体管输出。还有功率放大输出电路等，而且有些输出电路做成模块式，可插拔，更换起来十分方便。

PLC与2端传感器、3端传感器之间的连接

西门子数字量输入输出模块

1)PLC与2端传感器之间的连接——2端传感器由PLC的内部供电

2)PLC与3端传感器之间的连接——3端传感器由PLC的[24+]供电

3)PLC与3端传感器之间的连接——3端传感器接由外部电源供电

在自动控制电路中有以下保护环节，也是一般自动控制电路共有的保护环节。

（1）短路保护  电机、电器和导线的绝缘损坏或发生故障时，可能造成短路事故。很大的短路电流产生过热和电动力可能引起电器设备损坏，甚至因此引起火灾，因此要求一旦发生短路故障时，控制电路应能迅速地切断电路。

短路保护的常用方法是采用熔断器或断路器。这些保护装置不应受起动电流的影响而误动作。所以要按熔断器、断路器的选择和整定要求进行。

（2）长期过载保护和断相保护

电动机长期**载运行，绕组温升将**过其允许值，造成绝缘材料变脆、寿命缩短，严重时还会使电动机损坏。过载电流越大，达到允许温升的时间就越短。常用的长期过载保护元件是热继电器。热继电器不能兼作短路保护，因为发生短路时，它可能还来不及动作就已对电器设备造成损坏了。

据统计，因断相运行而烧坏电动机的台数，在有些单位竟多达损坏电机总台数的80%以上，所以电动机应该有断相保护的环节，也就是说要选用带断相保护功能的热继电器。

（3）零电压和欠电压保护

因某种原因电源电压突然消失，电动机都会停转。一旦电压恢复正常，如果电动机自行起动，往往会造成设备损坏或人身事故，也会因许多设备同时起动而造成对供电网络的过大冲击。因此，在电网电压消失时，要立即切断电源，实现零电压保护。

电源电压过分降低，会引起电动机转速下降甚至停转；在负载转距不变的情况下，电动机电流增大，造成绕组过热而损坏；电压过低还会引起一些电器释放，造成控制失常。因此，当电源电压降低允许值以下时，需要切断电源，实现欠电压保护。

起保停电路本身具有失压保护和欠压保护的功能。当电源失压或严重欠压时，接触器的衔铁自行释放，电动机停止运转。当电压恢复正常时，接触器线圈也不会自行通电，只有在操作人员再次按下起动按钮时，电动机才会起动。有的电路要求有更好的零压和欠压保护，还采用专门的欠压继电器或欠电压保护电路。

何为PLC 的周期扫描机制？PLC的扫描周期一般包括哪几个阶段？

当PLC运行时，CPU就要执行用户程序中的操作。但是CPU不可能同时执行多个操作，只能分时地一个操作一个操作地执行。PLC利用系统软件在其内部建立了输入输出映像区，当PLC的CPU执行用户程序时，从输入映像区中读取输入信号的状态，进行相应的操作。当CPU执行完**个操作后，将操作结果输出到输出映像区，然后再执行*二个操作，操作结果送到输出映像区。在程序执行过程中，PLC并不读取输入信号的真正状态，执行结果也并没有输出到PLC外部。只有当程序执行到结束指令（END）时，将输出映像区中执行结果向PLC外部输出一次，将输入信号的状态读取一次送到输入映像区。对输入输出信号的这一操作过程称为I/O刷新。I/O刷新完成后，CPU再从用户程序的**条指令开始，进行下一次程序执行。PLC的这种工作方式被称为扫描方式。

 PLC的扫描周期包括上电后初始处理、共同处理、上位链接服务、外设服务、运算处理、I/O刷新。

PLC的规模和几种常用名称

在实际运用中，当需要对PLC的规模作出评价时，较为普遍的作法是根据输入／输出点数的多少或者程序存储器容量（字数）的大小作为评价的标准，将PLC分为小型、中型和大型（或小规模、中规模和大规模）三类，如表1所示。

表1 PLC的规模分类

存储器容量的大小决定存储用户程序的步数或语句条数的多少。输入／输出点数与程序存储器容量之间有内在的联系。当输入／输出点数增加时，顺序程序处理的信息量增大，程序加长，因而需加大程序存储器的容量。

一般来说，数控车床、铣床、加工中心等单机数控设备所需输入或输出点数多在128点以下，少数复杂设备在128点以上。而大型数控机床，FMC、FMS、FA则需要采用中规模或大规模PLC。

为了**可编程序控制器作为工业控制装置的特点，或者为了与个人计算机“PC”或脉冲编码器“PLC”等术语相区别，除通称可编程控制器为“PLC”外，目前不少厂家，其中有些是世界着名的PLC厂家，还采用了与PLC不同的其他名称。现将几种常见名称列举如下：

    微机可编程控制器（Microprocessor Programmable Controller-MPC）；

    可编程接口控制器（Programmable Interface Controller-PIC）；

    可编程机器控制器（Programmable Machine Controller-PMC），

    可编程顺序控制器（Programmable Seguence Controller-PSC）。

S7-200PLC移位与循环移位指令

 移位与循环移位指令

名称	指令格式 （语句表）	功能	操作数
字节移位指令	SRB OUT，N	将字节OUT右移N位，较左边的位依次用0填充	IN，OUT，N：VB，IB，QB，MB，SB，SMB，LB，AC，*VD，*AC，*LD IN和N还可以是常数
	SLB OUT，N	将字节OUT左移N位，西门子数字量输入输出模块较右边的位依次用0填充
	RRB OUT，N	将字节OUT循环右移N位，从较右边移出的位送到OUT的较左位
	RLB OUT，N	将字节OUT循环左移N位，从较左边移出的位送到OUT的较右位
字移位指令	SRW OUT，N	将字OUT右移N位，较左边的位依次用0填充	IN，OUT：VW，IW，QW，MW，SW，SMW，LW，T，C，AC，*VD，*AC，*LD IN还可以是AIW和常数 N：VB，IB，QB，MB，SB，SMB，LB，AC，*VD，*AC，*LD，常数
	SLW OUT，N	将字OUT左移N位，较右边的位依次用0填充
	RRW OUT，N	将字OUT循环右移N位，从较右边移出的位送到OUT的较左位
	RLW OUT，N	将字OUT循环左移N位，从较左边移出的位送到OUT的较右位
双字移位指令	SRD OUT，N	将双字OUT右移N位，较左边的位依次用0填充	IN，OUT：VD，ID，QD，MD，SD，SMD，LD，AC，*VD，*AC，*LD IN还可以是HC和常数 N：VB，IB，QB，MB，SB，SMB，LB，AC，*VD，*AC，*LD，常数
	SLD OUT，N	将双字OUT左移N位，较右边的位依次用0填充
	RRD OUT，N	将双字OUT循环右移N位，从较右边移出的位送到OUT的较左位
	RLD OUT，N	将双字OUT循环左移N位，从较左边移出的位送到OUT的较右位
位移位寄存器指令	SHRB DATA，S_BIT，N	将DATA的值（位型）移入移位寄存器；S_BIT*移位寄存器的较低位，N*移位寄存器的长度（正向移位=N，反向移位=-N）西门子数字量输入输出模块	DATA，S_BIT：I，Q，M，SM，T，C，V，S，L N：VB，IB，QB，MB，SB，SMB，LB，AC，*VD，*AC，*LD，常数