PLC基本结构简介

SIMATIC S7-1200 PLC是一款紧凑型、模块化的PLC，可完成简单逻辑控制、高级逻辑控制、HMI和网络通信等任务。单机小型自动化系统的完美解决方案。对于需要网络通信功能和单屏或多屏HMI的自动化系统，易于设计和实施。具有支持小型运动控制系统、过程控制系统的高级应用功能。

S7-1200 PLC主要由CPU模块（简称CPU）、信号板、信号模块、通信模块和编程软件组成，各种模块安装在标准轨道上。通过CPU模块或通信模块上的通信接口，PLC被连接到通信网络上，可以与计算机、其他PLC或其他设备通信。

2.1.2.1 CPU模块

SIMATIC S7-1200 PLC有5种不同CPU模块，分别为 CPU 1211C、CPU 1212C、CPU 1214C、CPU 1215C和CPU 1217C。

CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；而存储器则用来存储程序和数据。

集成的PROFINET以太网接口用于与编程计算机、HMI（人机界面）以及其他PLC进行通信。此外，还可通过开放的以太网协议实现与第三方设备的通信。

S7-1200CPU集成有6个高速计数器。其中3个的最高输入频率为100 kHz，另外3个为30 kHz，还集成了两个100 kHz的高速脉冲输出，可以输出脉冲宽度调制（PWM）信号。

S7-1200集成了50 kB的工作存储器、最多 2 MB的装载存储器和2 kB的掉电保持存储器。使用SIMATIC存储卡最多可以扩展为24 MB装载存储器。

本教材所用实验设备是广州因明智能科技有限公司制造的，S7-1200 PLC 实验箱如图 2.1所示。该设备主要由PLC、触摸屏、交换机、控制操作面板等构成，所构成的控制系统具有简单、经济、节能、安全的特点，满足教学应用要求。该设备具有以下几个特点：

（1）可靠性高。

（2）配套齐全，功能完善，适用性强。

（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎。

（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。

（5）体积小，重量轻，能耗低。

（6）硬件配套齐全，拥护使用方便，适应性强。

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图2.1　S7-1200 PLC实验箱

2.1.2.2 信号板

每块CPU内可以安装一块信号板，安装后不会改变CPU的外形和体积。

信号板有8种型号，1种为一个模拟量输出，1种为两个数字量输入和两个数字量输出，其余6种为200 kHz的数字量输入和数字量输出。

2.1.2.3 信号模块

信号模块安装在CPU模块的右边，扩展能力最强的CPU可以扩展8个信号模块，以增加数字量和模拟量输入/输出点。

输入（lnput）模块和输出（Output）模块简称为I/O模块，数字量（又称为开关量）输入模块和数字量输出模块简称为DI模块和DO模块，模拟量输入模块和模拟量输出模块简称为AI模块和AO模块，它们统称为信号模块，简称为SM。

信号模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号，数字量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关，接近开关、光电开关、压力继电器等传来的数字量输入信号。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，或者直接接收热电阻、热电偶提供的温度信号。

数字量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备，模拟量输出模块用来控制电动调节阀、变频器等执行器。

CPU模块内部的工作电压一般为DC 5 V，而PLC的外部输入/输出信号电压一般较高，如DC 24 V或AC 220 V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU中的元器件，或使PLC不能正常工作。在信号模块中，用光耦台器、光敏晶闸管、小型继电器替器件来隔离PLC的内部电路和外部的输入、输出电路。信号模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。

2.1.2.4 通信模块

S7-1200 CPU最多可以添加3个RS-485或RS-232串行通信模块，可以使用ASCII通信协议、USS驱动协议、Modbus RTU主站和Modbus RTU从站协议。

2.1.2.5 编程软件

STEP7 V13是西门子公司新一代的PLC编程软件，它具有操作直观、上手容易、使用简单的特点。其智能功能可以提高工程组态的效率。

由于STEP 7 V13具有通用的项目视图、用于图形化工程组态的最新用户接口技术、智能的拖放功能以及共享的数据处理等特点，有效地保证了项目的质量。