PLC系统的硬件组态
三菱PLC的硬件组成及组态
传送带生产线控制
木材加工
印刷机械
纺织机械
灌装及包装机械
空调控制
电梯控制
2020/7/26
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1.1 PLC概述
1.1.2 PLC的概念
5．PLC的发展
（1）向高集成、高性能、高速度，大容量发展 （2）向普及化方向发展 （3） 向模块化、智能化发展 （4）向软件化发展 （5） 向通信网络化发展
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1.1 PLC概述
1.1.4 PLC的输入输出接口电路 2. 输出接口电路
（1）小型继电器输出形式
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1.1 PLC概述
1.1.4 PLC的输入输出接口电路 2. 输出接口电路
（2）大功率晶体管或场效应管输出形式
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1.1 PLC概述
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1.1 PLC概述
1.1.2 PLC的概念 2．PLC的分类 （1） 按I/O点数和功能分类 由I/O点数的多少可将PLC的I/O点数分成小型、中型和大型。
（2）按结构形式分类 PLC可分为整体式结构和模块式结构两大类。
2 PLC概述
1.1.2 PLC的概念 3．PLC的特点
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1.2 GX Developer编程软件的应用
1.2.2 GX Developer主要编程功能 1．共用功能
共用功能包括工程、在线、诊断、窗口、帮助等方面的内容。
2．设置功能
设置功能包括编辑、查找/替换、转换、显示等方面的内容。
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S7_1200_PLC的硬件与硬件组态解析
S7-1200与编程计算机的通信
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1.2 S7-1200 的硬件——集成的PROFINET接口 2/3
S7-1200与精简系列面板的通信
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1.2 S7-1200 的硬件——集成的PROFINET接口 3/3
利用工业以太网交换机CSM 1277 进行多设备的连接
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1.2 S7-1200 的硬件——通信模块 (Communication module) 1/2 有两种通信模块：CM1241 RS232 和CM1241 RS485 CPU 最多支持 3 个通信模块 各 CM 连接在 CPU 的左侧（或连接到另一 CM 的左侧）
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1.3 编程工具STEP 7 Basic——界面总览
工作区
任务卡
设备或网 络概览区 详细视图 巡视区 编辑器栏
40
1.3 编程工具STEP 7 Basic——创建新项目
“项目”“新建”，出现“创建新项目”对话框：
可以使用信号模块给 CPU 增加附加功能。信号模块连接在 CPU 右侧。
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1.2 S7-1200 的硬件——数字量I/O
可以选用 8 点、 16 点和 32 点的数字量输入 / 输出模块，来满足不 同的控制需要。
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1.2 S7-1200 的硬件——模拟量I/O
在工业控制中，某些输入量(温度、压力、流量、转速等)是模拟 量，某些执行机构(例如电动调节阀和变频器等)要求PLC输出模 拟量信号，而PLC的CPU只能处理数字量。 模拟量I/O模块的任务就是实现A/D和D/A。 模拟量首先被传感器和变送器转换为标准量程的电压或电流， 例如420mA，15V， 010V，PLC用模拟量输入模块的A/D转 换器将它们转换成数字量。带正负号的电流或电压在A/D转换后 用二进制补码来表示。
S7-200 SMART PLC硬件系统组成
S7-200 SMART PLC硬件系统组成S7-200 SMART PLC控制系统硬件由CPU模块、数字量扩展模块、模拟量扩展模块、热电偶与热电阻模块和相关设备组成。
CPU模块、扩展模块及信号板，如图1-1所示。
图1-1 S7-200 SMART PLC、信号板及扩展模块1、CPU模块CPU模块又称基本模块，它由CPU单元、存储器单元、输入输出接口单元以及电源组成。
CPU模块（这里说的CPU模块指的是S7-200 SMART PLC基本模块的型号，不是中央微处理器CPU的型号）是一个完整的控制系统，它可以单独完成一定控制任务，主要功能是采集输入信号、执行程序、发出输出信号和驱动外部负载。
CPU模块有经济型和标准型两种。
经济型CPU模块有两种，分别为CPU CR40和CPU CR60，经济型CPU价格便宜，但不具有扩展能力；标准型CPU模块有8种，分别为CPU SR20、CPU ST20、CPU SR30、CPU ST30、CPU SR40、CPU ST40、CPU SR60和CPU ST60，具有扩展能力。
CPU模块具体技术参数，如表1-1所示。
表1-1 CPU模块技术参数2、数字量扩展模块当CPU模块数字量I/O点数不能满足控制系统的需要时，用户可根据实际的需要对数字量I/O点数进行扩展。
数字量扩展模块不能单独使用，需要通过自带的连接器插在CPU模块上。
数字量扩展模块通常有3类，分别为数字量输入模块，数字量输出模块和数字量输入输出混合模块。
数字量输入模块有1个，型号为EM DI08，8点输入；数字量输出模块有2个，型号有EM DR08和EM DT08，EM DR08模块为8点继电器输出型，每点额定电流2A；EM DT08模块为8点晶体管输出型，每点额定电流0.75A；数字量输入/输出模块有4个，型号有EM DR16、EM DT16、EM DR32和EM DT32，EM DR16/DT16模块为8点输/8点输出，继电器/晶体管输出型，每点额定电流2A/0.75A；EM DR32/DT32模块为16点输/16点输出，继电器/晶体管输出型，每点额定电流2A/0.75A。
PLC控制系统概述
3.4 I/O模块
• 模拟量I/O模块是接口模块,它们能够将模拟 量转换为数字量输入(AI模块),也能将数字量 转换为模拟量输出(AO模块). • 数字量I/O模块是输入输出模块，提供了 ON/OFF检测与执行功能。
• 模块装在机架或底板上，通过可拆卸端子 模块连接所有现场方的配线。
3.4.1 模拟量模块的选型
3.4.3 I/O模块的运行
• AB I/O模块采用生产者/消费者模式，这种 通讯模式是一种模块与其它系统设备之间 的智能数据交换，在这种通讯方式中，模 块在处理数据时不需要被轮询。每个硬件 组态中的模块都有自己的电子数据表，支 持通道工程值定标，无需额外编程。 • 在ControlLogix系列中，I/O模块必须从属于 控制器才能发挥作用。控制器存储了它拥 有的每一个模块的组态数据，它通过发送 模块的组态数据来定义模块的性能，使之 在控制系统中开始工作。
• Modicon Quantum I/O模块，支持通道工程 值定标，但不能对所有通道单独定标。
3.5 热备模块
• 热备模块保持主从机架的通讯，在同步期 间检查冗余机架上对等方模块是否兼容， 通过”心跳线”监测主控制器状态，提供主从 控制器程序交叉加载的路径，当主控制器 故障时切换到从控制器。
• 冗余机架上的一对热备模块通过光纤进行 连接。 • Modicon Quantum 140 CPU 67160带热备功 能，冗余配置中不需要热备模块。
• 模拟量模块处理来自外围设备的信号，转 换为控制器所能识别的格式，控制器以一 定的时间间隔轮询各模块，在每次扫描周 期后更新通道值。
• 数字量模块实现外围通断信号与模块内部 ON/OFF低电平信号的相互转换，在程序执 行结束时将执行结果输入或输出。 • 通过以太网模块或者通讯卡可以实现CPU与 HMI之间的通讯，当HMI故障时并不影响系 统的正常运行。
西门子PLC的硬件组成与硬件配置
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Theory and Application of PLC
CPU模块分类及特点——紧凑型：
紧凑型包括CPU312C、CPU313C、CPU313C-2PtP、 CPU313C-2DP、CPU314C-2PtP、CPU314C-2DP等六种规 格。 紧凑型与标准型CPU模块的主要区别是CPU模块本身带有 数量不等的集成数字I/O点和模拟I/O通道、集成高速计数输 入，高速脉冲输出等功能，同样也可以根据需要选择不同的 I/O模块进行扩展。 与标准型一样，紧凑型的CPU312C同样不可以连接扩展机 架，其余CPU模块均可以连接最多3个扩展机架。 紧凑型CPU模块均带有固定点数的高速计数输入与高速脉 冲输出，输入/输出频率可以达到10～60kHz，
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Theory and Application of PLC
S7-300的硬件组成
S7-300的硬件结构 电源模块（Power Supply，PS） CPU模块 接口模块 （Interface Module，IM） 信号模块 （Signal Module，SM） 功能模块 （Function Module， FM） 通信模块 （Communication Module，CM） 前连接器与其它模块
S7-1200-PLC的硬件与硬件组态
CPU1211C 6I/4O 2 6
CPU1212C 8I/6O 2 8
CPU1214C 14I/10O 2 14
-
2
8
6/6
8/8
12/12
25KB/不可扩展 1MB/24MB
3点/100kHz
25KB/不可扩展
1MB/24MB
3点/100kHz 1点/30kHz
50KB/不可扩展
2MB/24MB
A/D和D/A的二进制位数反映了它们的分辨率，位数越多，分辨 率越高。
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1.2 S7-1200 的硬件——集成的PROFINET接口 1/3
实时工业以太网是现场总线发展的趋势，PROFINET是基于工业 以太网的现场总线，是开放式的工业以太网标准，它使工业以太 网的应用扩展到了控制网络最底层的现场设备。
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1.1 S7-1200 PLC 简介 ——S7-1200 PLC在西门子PLC系列产品中的定位
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1.2 S7-1200 的硬件
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1.2 S7-1200 的硬件—— CPU模块
电源接口
指示CPU 运行状态 的LED
可拆卸用户接线 连接器（保护盖 下面）
PROFINET 连接器（CPU 的底部）
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过程映像寄存器
I/O的存取通过I/O映像寄存器，而不是实际I/O，优点： 1、程序执行阶段输入固定，执行完后再用输出映像寄存器的 值更新输出点，使系统运行稳定； 2、用户程序读写I/O映像寄存器比读写I/O点快得多，可以提 高程序的执行速度。
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立即I/O的处理
在程序执行的过程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O点。 用立即I/O指令读输入点时，相应的输入过程映像寄存器的值未 被更新。 用立即I/O指令写输出点时，相应的输出过程映像寄存器的值被 更新。
西门子PLC S7-1200编程与操作三 (硬件组态与调试)
西门子PLC S7-1200编程与操作模块三硬件组态与调试任务一 STEP 7 Basic软件简介【学习目标】1.认识STEP 7软件包，并了解其对应的应用领域。
2.了解STEP 7 Basic软件特点与程序界面。
【相关知识】STEP 7软件包简介STEP 7STEP 7 是用于组态 SIMATIC S7 -300 或 S7-400 系统的基本软件包。
通过 STEP 7 可以：•组态硬件并给硬件分配参数；•组态通信；•编程；•测试和排除故障；•文档和归档；•执行诊断。
STEP 7 LiteSTEP 7 Lite 可用于编程 SIMATIC S7-300（也可以是紧凑型 CPU）。
用 STEP 7 Lite 创建的程序还可导出到 STEP 7。
无法执行 PROFIBUS(DP)或 ETHERNET 组态！但是可以执行 ET200S 或 ET200X 组态（单机）。
PLCSIM 和 Teleservice 可用作选件包。
STEP 7 MicroSTEP 7 Micro 专用于组态 S7-200。
许可证除 STEP Micro/Win 外，每个软件包都要求提供许可证。
STEP 7 ProfessionalSTEP 7 Professional 是一个软件包，它包括所有 IEC 语言：STEP 7 Basic、S7-SCL、S7-GRAPH 和仿真软件包S7-PLCSIM。
STEP 7 Professional 作为STEP 7 的升级包（Powerpack）提供。
获取Powerpack必须具有有效的 STEP 7 许可证。
STEP 7 Basic 是西门子公司开发的高集成度的工程组态系统，包括面向任务的HMI智能组态软Wincc Basic。
主要特点：•一种新的工程系统– STEP 7 Basic V10.5 包含了WinCC Basic•面向任务的、智能的以及向导型的编程软件•硬件、网络、编程、诊断等，集成于一个共享的工程框架中STEP 7 Basic和Wincc Basic两个软件集成在一起，也称为TIA (Totally Integrated Automation，全集成自动化)Portal，它提供了直观易用的编辑器，用于对S7-1200和精简系列面板进行高效组态。
PLC现场硬件模块组态和软件调试的步骤
对于各种PLC的现场硬件组态和软件调试，通常有经验的工程师应该先花一些时间对自己的现场工作进行一个简单的规划，通常应当采取如下的步骤：（1）系统的规划首先，必须深入了解系统所需求的功能，并调查可能的控制方法，同时与用户或设计院共同探讨最佳之操作程序，根据所归纳之结论来拟定系统规划，决定所采行的PLC系统架构、所需之I/O点数与I/O模块型式。
（2） I/O模块选择与地址设定当I/O模块选妥后，依据所规划之I/O点使用情形，由PLC的CPU系统自动设定I/O地址，或由使用者自定I/O模块的地址。
（3）梯形图程序的编写与系统配线在确定好实际的I/O地址之后，依据系统需求的功能，开始着手梯形图程序的编写。
同时，I/O之地址已设定妥当，故系统之配线亦可着手进行。
（4）梯形图程序的仿真与修改在梯形图程序撰写完成后，将程序写入PLC，便可先行在PC与OpenPLC系统做在线连接，以执行在线仿真作业。
倘若程序执行功能有误，则必须进行除错，并修改梯形图程序。
（5）系统试车与实际运转在线上程序仿真作业下，若梯形图程序执行功能正确无误，且系统配线亦完成后，便可使系统纳入实际运转，项目计划亦告完成。
（6）程序注释和归档为确保日后维修的便利，要将试车无误可供实际运转的梯形图程序做批注，并加以整理归档，方能缩短日后维修与查阅程序之时间。
这是职业工程师的良好习惯，无论对今后自己进行维护，或者移交用户，这都会带来极大的便利，而且是你的职业水准的一个体现。
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第8次课
3.3 PLC系统的硬件组态
3.4 可编程控制器的I/O扩展
一、教学简要说明
1. 教学重点、难点及处理方法
教学重点及处理方法：
S7-300、S7-400PLC系统的硬件组态步骤及I/O扩展步骤。
图示讲解。
教学难点及处理方法：
S7-300、S7-400PLC系统的硬件组态步骤及I/O扩展步骤。
图示讲解。
2. 教学方式（手段）、教学内容要点与时间分配
教学方式（手段）：
多媒体教学、课堂提问。
教学内容要点与时间分配：
引入 5′
1、S7-300 PLC的硬件组态 25′
2、S7-400 PLC的硬件组态 25′
3、S7-300 PLC系统的I/O扩展 15′
4、S7-400 PLC系统的I/O扩展 15′
小结 5′
3. 师生活动设计
课堂提问、讨论。
二、授课内容
1.引入
要系统的学习PLC系统，就必须在学习了PLC硬件知识的基础上，再全面学习PLC 的软件知识。
其中PLC系统的硬件组态、I/O扩展、程序编制等将是重点学习的方面。
为此，本次课将首先讲解S7-300/400的硬件组态及I/O扩展。
2.教学内容
3.3 PLC系统的硬件组态
3.3.1 S7-300 PLC的硬件组态
S7-300 PLC的硬件组态步骤：
1．选中项目名，单击Insert/Station/SIMATIC 300 Station进入中央机架硬件组态界面（见图3-13）。
图3-13 S7-300 PLC的硬件组态界面
2.打开S7-300的组态项目，根据实际硬件进行组态（见图3-14）。
图3-14 S7-300 PLC的硬件组态示例
3.3.2 S7-400 PLC的硬件组态
S7-400 PLC的硬件组态步骤如下：
1．选中项目名，单击Insert/Station/SIMATIC 400 Station进入中央机架硬件组态界面。
2. 打开S7-400的组态项目，根据实际硬件进行组态。
3.4 可编程控制器的I/O扩展
3.4.1 S7-300 PLC系统的I/O扩展
S7-300 PLC的中央机架最多可以安装8块I/O模板，根据实际需要可以使用IM360、IM361和IM365接口模板进行输入/输出扩展。
使用IM360/IM361模板进行集中扩展的步骤如下：
1. 再次选择S7-300机架作为扩展机架，然后对扩展机架进行模板组态，（见图3-17）。
图3-17 扩展机架模板组态
2. 如果在S7-300中央机架上插入IM360模板，在S7-300扩展机架上插入IM361模板，连接两个模块即可（见图3-18）。
图3-18 一个中央机架和一个扩展机架的组态
3.4.2 S7-400 PLC系统的I/O扩展
使用IM460/461模板进行集中扩展的步骤如下：
1．选择S7-400的扩展机架，然后对扩展机架进行模板组态。
2. 如果在S7-400中央机架上插入IM460模板，在S7-400扩展机架上插入IM461模板，连接两个模块即可。
3.讲课提纲、板书设计（或多媒体教学）
讲课提纲：
引入
1、S7-300 PLC的硬件组态
2、S7-400 PLC的硬件组态
3、S7-300 PLC系统的I/O扩展
4、S7-400 PLC系统的I/O扩展
小结
板书设计（或多媒体教学）：
采用多媒体教学。
4.作业布置
习题7
5.小结
S7-300、S7-400PLC系统的硬件组态步骤及I/O扩展步骤。