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更新時間：2020-04-28
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西門子PLC的SM322數字量輸出模塊
（1）DO模板的功能
3．輸入/輸出單元
輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業生產現場之間的連接部件。 PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數據，以這些數據作為PLC對被控制對象進行控制的依據；同時PLC又通過輸出接口將處理結果送給被控制對象，以實現控制目的。
由于外部輸入設備和輸出設備所需的信號電平是多種多樣的，而PLC內部CPU的處理的信息只能是標準電平，所以I/O接口要實現這種轉換。I/O接口一般都具有光電隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力。另外，I/O接口上通常還有狀態指示，工作狀況直觀，便于維護。
PLC提供了多種操作電平和驅動能力的I/O接口，有各種各樣功能的I/O接口供用戶選用。I/O接口的主要類型有：數字量（開關量）輸入、數字量（開關量）輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。
常用的開關量輸入接口按其使用的電源不同有三種類型：直流輸入接口、交流輸入接口和交/直流輸入接口，其基本原理電路如圖3所示。
數字量輸出模塊SM322將S7-300內部信號電平轉換成過程所要求的外部信號電平，可直接用于驅動電磁閥、接觸器、小型電動機、燈和電動機啟動器等。
（2）DO模板的類型
按負載回路使用的電源不同分為：
直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊。
按輸出開關器件的種類不同分為：
晶體管輸出方式、晶閘管輸出方式和繼電器觸點輸出方式。
（3）DI模板的特點
晶體管輸出模塊只能帶直流負載，屬于直流輸出模塊；
晶閘管輸出方式屬于交流輸出模塊；
繼電器觸點輸出方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊。
S7-300 CPU模板的運行方式選擇和狀態指示
（1）CPU模板的運行方式選擇
RUN-P：可編程運行方式。 RUN：運行方式。
STOP：停止方式。 MRES：清除存儲器，不能保持。
（2）CPU的LED狀態及故障指示燈
SF（紅色）：系統出錯/故障指示燈。
BATF（紅色）：電池故障指示燈（只有CPU313和314配備）。
DC5V（綠色）：＋5V電源指示燈。 FRCE（黃色）：強制有效指示燈。
RUN（綠色）：運行狀態指示燈。 STOP（黃色）：停止狀態指示燈。
（3）CPU315-2DP CPU的另外兩個狀態及故障指示燈
BUS DF（BF）（紅色）：總線出錯指示燈（只適用于帶有DP接口的CPU）。
SF DP(紅色)：DP接口錯誤指示燈（只適用于帶有DP接口的CPU）。
時鐘和電池模塊
√ 實時時鐘和日歷
（對于 221/222 CN CPU）
√ 一般可備份 200 天
電池模塊
√ 內部數據備份（數據塊）
√ 一般可備份 200 天
內存模塊（存儲卡模塊）
√ 程序傳送和備份
√ 數據記錄文件，配方
文件和通用文件存儲
可選配件：
存儲卡模塊
實時時鐘模塊
電池模塊
盡管整體式與模塊式PLC的結構不太一樣，但各部分的功能作用是相同的，下面對PLC主要組成各部分進行簡單介紹。
1．中央處理單元（CPU）
同一般的微機一樣，CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU 隨機型不同而不同，常用有三類：通用微處理器（如Z80、8086、80286等）、單片微處理器（如8031、8096等）和位片式微處理器(如AMD29W等) 。小型PLC大多采用8位通用微處理器和單片微處理器；中型PLC大多采用16位通用微處理器或單片微處理器；大型PLC大多采用高速位片式微處理器。
目前，小型PLC為單CPU系統，而中、大型PLC則大多為雙CPU系統，甚至有些PLC中多達8 個CPU。對于雙CPU系統，一般一個為字處理器，一般采用8位或16位處理器；另一個為位處理器，采用由各廠家設計制造的芯片。字處理器為主處理器，用于執行編程器接口功能，監視內部定時器，監視掃描時間，處理字節指令以及對系統總線和位處理器進行控制等。位處理器為從處理器，主要用于處理位操作指令和實現PLC編程語言向機器語言的轉換。位處理器的采用,提高了PLC的速度，使PLC更好地滿足實時控制要求。
在PLC中CPU按系統程序賦予的功能，指揮PLC有條不紊地進行工作，歸納起來主要有以下幾個方面：
1） 接收從編程器輸入的用戶程序和數據。
2） 診斷電源、PLC內部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等。
3） 通過輸入接口接收現場的狀態或數據，并存入輸入映象寄有器或數據寄存器中。
4） 從存儲器逐條讀取用戶程序，經過解釋后執行。
5） 根據執行的結果，更新有關標志位的狀態和輸出映象寄存器的內容，通過輸出單元實現輸出控制。有些PLC還具有制表打印或數據通信等功能。
2．存儲器
存儲器主要有兩種：一種是可讀/寫操作的隨機存儲器RAM，另一種是只讀存儲器ROM、PROM、EPROM 和EEPROM。在PLC中，存儲器主要用于存放系統程序、用戶程序及工作數據。
系統程序是由PLC 的制造廠家編寫的，和PLC的硬件組成有關，完成系統診斷、命令解釋、功能子程序調用管理、邏輯運算、通信及各種參數設定等功能，提供PLC運行的平臺。系統程序關系到PLC的性能，而且在PLC使用過程中不會變動，所以是由制造廠家直接固化在只讀存儲器ROM、PROM或EPROM中，用戶不能訪問和修改。
用戶程序是隨PLC的控制對象而定的，由用戶根據對象生產工藝的控制要求而編制的應用程序。為了便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于CMOS靜態RAM中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時不會丟失信息。為了防止干擾對RAM中程序的破壞，當用戶程序經過運行正常，不需要改變，可將其固化在只讀存儲器EPROM中。現在有許多PLC直接采用EEPROM作為用戶存儲器。
CPU 221、CPU 222、CPU 224、CPU 224XP、CPU 224XPsi 與 CPU 226 相同技術參數 | |
特點 | CPU 221, 222, 224, 224 XP, 226 |
32 位浮點計算，符合 IEEE 標準 | √ |
可*組態的全集成 PID 控制器 | √，多可集成 8 個單獨的 PID 控制器 |
位處理速度 | 0.22 μs |
時間控制中斷 | 2（循環時間為 1 到 255 ms 之間，分辨率為 1 ms） |
硬件中斷（輸入處進行邊沿檢測） | 多 4 個輸入 |
標志、定時器、計數器 | 每個 256 |
高速計數器 | 4–6（取決于 CPU），多 30 kHz，CPU 224 XP 為 200 kHz |
脈沖輸出（脈寬或調頻） | 2 個輸出，每個為 20 kHz（對于 DC），CPU 224 XP 為 100 kHz |
程序和數據存儲器 | 掉電保護（非易失） |
掉電時動態數據的儲存 | 掉電保護：內部高性能電容和/或附加電池模塊保證了非易失性：使用 STEP 7-Micro/WIN、TD200C 或用戶程序向集成的 EEPROM 裝載數據 |
使用電池模塊對動態數據的掉電保護 | 一般 200 天 |
集成通信接口 | √，RS 485 接口支持下列工 作模式：PPI 主站或從站/MPI 從站/自由口（自由組態的 ASCII 協議） |
波特率 | 187.5 kbaud (PPI/MPI) 或 115.2 kbaud（自由口） |
編程軟件 | STEP 7-Micro/WIN 支持所有標準，如 STL、CSF 或 LAD |
可選的程序存儲模塊 | √，CPU 中編程，用于程序傳輸、數據記錄、配方、文檔記錄 |
DC/DC/DC | √ |
電源電壓 | 24 V DC |
數字量輸入 | 24 V DC |
數字量輸出 | 24 V DC， 0.75 A，并聯，具有更高的切換能力 |
AC/DC/繼電器 | √ |
電源電壓 | 85 – 264 V AC |
數字量輸入 | 24 V DC |
數字量輸出 | 5 – 30 V DC 或 5–250 V AC， 2 A（繼電器）
|
西門子PLC模塊CPU222CN中央處理單元
PLC的硬件組成
PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口電源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現場輸入/輸出設備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計算機等外設連接。
對于整體式PLC，所有部件都裝在同一機殼內，其組成框圖如圖1所示；對于模塊式PLC，各部件獨立封裝成模塊，各模塊通過總線連接，安裝在機架或導軌上，其組成框圖如圖2所示。無論是哪種結構類型的PLC，都可根據用戶需要進行配置與組合。
