本文整理《S7-1200 PLC 硬件结构与启保停控制实训PLC 硬件结构与编程基础》一课是从继电接触控制进入 PLC 实训的第一课。内容分四部分第一部分讲 PLC 的硬件结构与外部接口——数字量/模拟量 I/O 单元A/D、D/A 转换010V、420mA 标准信号、I/O 扩展接口与通信接口、特殊功能模块、系统总线与人机界面/远程 I/O/变频器通信PROFINET、CM 1241、Modbus/USS第二部分讲 PLC 的循环扫描工作原理——RUN/STOP 两种模式、扫描周期、内部处理看门狗/通信服务/输入采样/程序执行/输出刷新五个阶段、输入映像寄存器与输出锁存器、系统响应滞后与窄脉冲丢失第三部分讲西门子 S7-1200 硬件——CPU 面板与型号1211C/1212C/1214C/1215C/1217C、DC/DC/DC 与 AC/DC/继电器命名含义、高速计数/PWM/PTO/运动控制/PID 等集成工艺功能、信号模块 SM/信号板 SB/通信模块 CM/电源模块 PM 及通信模块在 CPU 左侧、信号模块在右侧的组态规则第四部分是实训核心——用 TIA Portal博途完成一台电动机的启动-保持-停止启保停/自锁梯形图I/O 分配启动 SB2→I0.0、停止 SB1→I0.1、输出 Q0.0、自锁触点原理、下载与监控仿真以及晶体管输出带交流负载时用中间继电器做交直流转换和强弱电隔离。文末附例题、术语地址表、待核对清单和主动回忆题含答案要点。一、核心结论PLC 硬件由输入部分、CPU运算器存储器、输出部分继电器/晶体管/晶闸管和电源组成外部通过 I/O 端子和通信接口连接现场设备。模拟量输入单元核心是 A/D模数转换把现场连续变化的模拟信号标准为 0~10V 电压、4~20mA 电流经滤波、采样转换成 CPU 能处理的数字量模拟量输出单元核心是 D/A数模转换把 CPU 的数字量还原成模拟量去控制执行机构。主机 I/O 点数不足时通过I/O 扩展接口接扩展单元特殊功能单元包括模拟量 I/O 模块、通信模块、高速计数模块、运动控制模块各模块经系统总线与人机界面触摸屏、其他 PLC 主从站、远程 I/O、变频器交换数据PROFINET 是基于工业以太网的开放式现场总线CM 1241RS232/RS485支持 Modbus、USS 等。PLC 采用循环扫描、不断循环顺序执行的串行工作方式有RUN运行和 STOP停止两种模式完成一次循环的时间称扫描周期其长短取决于用户程序长短、指令种类和 CPU 执行速度。一个扫描周期分五个阶段①内部处理自检硬件/I/O/程序语法复位看门狗②通信服务与编程器、主从站、人机界面交换信息③输入采样集中读入全部输入并刷新输入映像寄存器④程序执行按顺序执行用户程序结果送元件/输出映像寄存器⑤输出刷新把结果送输出锁存器经继电器/晶体管/晶闸管驱动负载下次刷新前锁存器状态不变。因串行扫描PLC 对输入存在系统响应滞后系统响应时间当输入窄脉冲宽度小于扫描周期时可能丢失捕捉不到看门狗监控定时器 WDT设定时间略大于扫描周期程序跑飞、扫描超时时报警/复位。S7-1200是西门子小型模块化 PLC可装标准导轨由 CPU 模块、信号模块 SM、信号板 SB、通信模块 CM、电源模块 PM 组成CPU 集成微处理器、电源、数字量/模拟量 I/O 电路、以太网口和高速运动控制接口面板有运行/故障指示灯绿运行、红故障、可拆卸端子排和存储卡插口。CPU 型号 1211C/1212C/1214C/1215C/1217C 物理尺寸和 I/O 点数依次增大具体点数以手册为准CPU 最多可组态多个高速计数器课堂讲最多 6 个1217C 有高达 1MHz 的高速计数普通高速输入频率约 100kHz 量级待核对。电源/输入/输出类型用三段表示DC/DC/DC直流 24V 供电、直流输入、晶体管直流输出**AC/DC/继电器RLY**交流供电、直流输入、继电器触点输出可带交、直流负载。集成工艺功能高速计数、频率测量、高速脉冲输出PWM脉宽调制/PTO脉冲串、运动控制经工艺对象和 PLCopen 指令控制步进/伺服的速度与位置、PID比例-积分-微分闭环控制。博途设备组态有强制物理规则通信模块 CM 必须装在 CPU 左侧信号模块 SM 必须装在 CPU 右侧信号板 SB 装 CPU 正面槽位拖错位置软件不允许。TIA Portal博途课堂 V16至少约 32GB 硬盘空间开发流程新建项目→添加新设备选 S7-1200 CPU如 1215C DC/DC/DC→设备组态→建变量表命名地址→用梯形图 LAD 编程→编译→经以太网下载到 CPU→用监控表/PLCSIM 仿真调试。启保停自锁控制按下启动按钮 SB2I0.0 常开电机连续运行松手不停靠 Q0.0 常开自锁触点与启动触点并联保持按下停止按钮 SB1I0.1 常闭电机停止。梯形图为启动常开 I0.0 与自锁常开 Q0.0 并联 → 串停止常闭 I0.1 → 输出线圈 Q0.0。DC/DC/DC 晶体管输出只能带直流低压负载若接触器 KM 线圈是交流如 AC220V须先用 Q0.0 驱动直流中间继电器 KA再用 KA 触点控制交流接触器实现交直流转换和强弱电隔离。相比纯继电器硬件接线PLC 在控制点多、逻辑复杂时占地小、可整区集中控制、改逻辑只需改程序而不必重新接线。二、知识结构PLC 硬件结构与接口输入/CPU/输出/电源数字量与模拟量 I/OA/D、D/A、010V、420mAI/O 扩展、通信接口、特殊功能模块、系统总线、PROFINET/CM1241工作原理RUN/STOP、扫描周期、五阶段、映像寄存器/锁存器响应滞后、窄脉冲丢失、看门狗S7-1200 硬件CPU 面板/型号点数DC/DC/DC 命名集成工艺功能SM/SB/CM/PM 模块与左通信、右信号组态规则博途软件与开发流程启保停实训I/O 分配、自锁梯形图、下载与监控仿真、中间继电器隔离、PLC 优势三、详细笔记3.1 PLC 的硬件基本组成小型 PLC 内部主要由四部分组成输入单元输入端子与输入电路、CPU中央处理器含运算器和存储器、输出单元继电器/晶体管/晶闸管输出电路与输出端子和电源。现场的按钮、行程开关、传感器接到输入端子接触器线圈、指示灯、电磁阀等执行元件接到输出端子CPU 按用户程序对输入信号运算后控制输出。I/O 点数输入/输出端子数量是 PLC 的重要规格点数不够时靠扩展模块增加。3.2 数字量与模拟量输入输出单元数字量开关量I/O处理只有通/断1/0两种状态的信号如按钮、限位开关、指示灯、接触器线圈。模拟量输入单元AI现场温度、压力、流量、转速等是连续变化的模拟量变送器把它们变换成标准的电信号常用0~10V 直流电压或 4~20mA 直流电流模拟量输入单元对信号滤波后进行A/D 转换模数转换把连续模拟量量化成若干位二进制数字量送入 CPU。模拟量输出单元AO把 CPU 运算得到的数字量经 **D/A 转换数模转换**还原成 010V/420mA 等模拟信号去调节变频器、调节阀等执行机构。3.3 外部接口、扩展单元与通信I/O 扩展接口当主机 I/O 点数不足时通过它连接 I/O 扩展单元。特殊功能单元模块为增强 PLC 功能而开发包括模拟量 I/O 模块、通信模块、高速计数模块、运动控制模块等。通信接口与系统总线各模块通过系统总线和通信口连接实现 PLC 与编程器电脑、人机界面 HMI触摸屏、其他 PLC 主/从站、远程 I/O、变频器等设备之间的数据交换。常见通信方式了解PROFINET基于工业以太网的开放式现场总线是现场总线发展趋势可一直延伸到最底层现场设备S7-1200 CPU 自带以太网口支持CM 1241 通信模块提供 RS232/RS485 接口可使 S7-1200 作为Modbus主站或从站并支持USS协议与变频器通信另有 GPRS 远程通信模块如 CP 1242/1243 系列可实现远距离监视与控制。3.4 PLC 的循环扫描工作方式与运行模式PLC 有两种基本运行模式RUN运行和STOP停止。在 RUN 模式下CPU 周而复始地按固定顺序执行称为循环扫描。扫描周期完成一次完整扫描循环所需要的时间它与用户程序长短、指令种类简单/复杂指令以及 CPU 执行指令的速度有关。优化程序、精简指令可缩短扫描周期。循环扫描是 PLC 区别于继电器控制的根本特征本质是一种串行工作方式继电器电路是并行、同时动作。3.5 扫描过程的五个阶段内部处理阶段CPU 自检检查自身功能是否正常、I/O 连接是否正常、用户程序是否有语法错误同时定期复位监控定时器看门狗 WDT。看门狗的设定时间略大于正常扫描周期若程序陷入死循环或跑飞、扫描时间超限看门狗得不到及时复位就会报警并引起系统复位保证安全。通信服务阶段完成与编程器、PLC 主从站、操作站、人机交互界面等设备的通信和信息交换。输入处理输入采样阶段CPU 把所有外部输入电路的接通/断开状态集中采样一次并存入相应的输入映像寄存器该阶段内输入映像寄存器被刷新在本次扫描的其余时间里即使外部输入变化输入映像寄存器内容也保持到下一扫描周期才更新。程序执行阶段CPU 按用户程序从上到下、从左到右的顺序从输入映像寄存器和其他元件映像寄存器读取状态进行逻辑运算结果写入输出映像寄存器元件映像寄存器。输出处理输出刷新阶段CPU 把输出映像寄存器输出锁存器的状态集中送到输出接口经继电器、晶体管或晶闸管驱动外部负载在下一个输出刷新阶段到来之前输出锁存器的状态保持不变。3.6 系统响应滞后与窄脉冲丢失由于串行循环扫描从输入信号发生变化的时刻到 PLC 输出改变、外部负载状态相应改变需要经过一段时间称为系统响应时间系统响应滞后。窄脉冲丢失PLC 只在每个扫描周期的输入采样阶段读输入若某输入信号是一个很窄的脉冲、其脉冲宽度小于扫描周期就可能恰好在采样时刻之外出现而不被检测到造成信号丢失要求可靠捕捉的输入脉冲宽度应大于扫描周期或使用高速计数器/中断输入。串行扫描还与数字电路中的竞争与冒险概念相关信号在时间上的先后会影响结果分析时序时要注意这种滞后。3.7 S7-1200 硬件组成与 CPU 面板S7-1200 是西门子紧凑型小型 PLC采用模块化结构可方便地安装在标准导轨上主要包括CPU 模块、信号模块 SM、信号板 SB、通信模块 CM、电源模块 PM。CPU 模块把微处理器、集成电源、数字量/模拟量输入输出电路、以太网接口、高速运动控制接口等紧凑集成在一台主机上。CPU 面板上一般有可拆卸的接线端子排、I/O 状态指示灯、CPU 运行状态指示灯绿色表示运行正常、红色表示故障、存储卡插口、以太网网线接口等。3.8 CPU 型号与 I/O 点数常见型号有CPU 1211C、1212C、1214C、1215C、1217C等型号数字越大物理尺寸越大、本机集成的数字量输入/输出点数越多、可扩展能力越强如课堂展示的 1212C 点数较少、1214C/1215C 点数更多。各型号具体的几入几出以教材/选型手册为准待核对。3.9 电源配置与 DC/DC/DC、AC/DC/继电器命名S7-1200 CPU 型号后缀用三段表示电源电压 / 输入类型 / 输出类型DC/DC/DC第一段 DC 表示 CPU 用直流 24V 供电第二段 DC 表示数字量输入为直流接直流 24V 开关信号第三段 DC 表示输出为晶体管直流输出只能带直流负载、动作快、适合高速脉冲。AC/DC/继电器RLY第一段 AC 表示 CPU 用交流电源供电第二段 DC 表示直流输入第三段继电器表示输出为继电器触点输出触点可接通直流或交流负载、容量较大但动作速度慢、有机械寿命。选型时要根据现场电源、输入信号和负载直流/交流、容量综合选择。3.10 S7-1200 的集成工艺功能高速计数与频率测量CPU 可组态多个高速计数器课堂讲最多 6 个可使用 CPU 内置输入或信号板输入1217C 有高达 1MHz 的高速计数通道普通高速输入频率在 100kHz 量级具体数值待核对用于接编码器等脉冲信号并测频。高速脉冲输出**PWM脉宽调制**输出周期固定、占空比可调的脉冲经滤波可得到近似模拟量**PTO脉冲串输出**输出一定数量和频率的脉冲。运动控制高速脉冲输出配合工艺对象和 PLCopen 运动控制指令对步进电机或伺服电机进行速度和位置控制。PID 控制CPU 内置比例-积分-微分闭环控制功能用于温度、压力、速度等连续量的闭环调节。3.11 信号模块、信号板、通信模块与电源模块信号模块 SM装在 CPU 右侧提供数字量 I/O、模拟量 I/O 等扩展点数模块上有状态指示灯绿色为运行、红色为故障。信号板 SB装在 CPU 正面顶部的小槽内只增加少量 I/O/通信能力不额外占用右侧空间、不增大整机宽度。通信模块 CM装在 CPU 左侧如 CM 1241 的 RS232/RS485、PROFINET 等。电源模块 PM把市电变换为直流 24V为 CPU、信号板/信号模块、通信模块以及现场传感器供电当扩展模块所需功率超出 CPU 本体供电能力时需外加电源模块。设备组态强制规则考点在博途中组态机架时所有通信模块必须配置在 CPU 左侧所有信号模块必须配置在 CPU 右侧把模块拖到错误一侧软件不接受这与实际安装位置一一对应。3.12 TIA Portal博途软件与项目开发流程编程软件为TIA Portal博途课堂用 V16 版本市面 V18/V19 亦可软件较大安装至少需要约 32GB 硬盘空间建议在实验室或配置较高的电脑上安装。界面有 Portal 视图入口向导和项目视图工程组态包含菜单栏、工作区、任务卡、巡视详细信息窗口等。基本开发流程创建新项目、打开项目视图添加新设备→控制器→选 SIMATIC S7-1200→选具体 CPU 型号和版本教材用 CPU 1215C DC/DC/DC订货号/固件版本以教材为准添加后自动生成机架导轨进行设备组态左侧拖通信模块、右侧拖信号模块在**变量表PLC 变量**中为每个 I/O 命名并指定地址如启动按钮 I0.0用梯形图 LAD触点、线圈等图形符号编写主程序 OB1编译检查无错误警告酌情处理计算机经网线与 CPU 以太网口连接选择通信接口、搜索在线访问到设备后下载程序用监控表强制/修改变量值0/1或用PLCSIM 仿真器、Factory IO等进行离线/三维仿真调试还可组态触摸屏 HMI。3.13 实训电动机启保停启动-保持-停止控制控制要求用 S7-1200教材用 CPU 1214C/1215C DC/DC/DC控制一台电动机——按下启动按钮 SB2电动机启动并连续运行松开 SB2 仍运行按下停止按钮 SB1电动机停止。I/O 分配表元件功能PLC 地址程序中触点启动按钮 SB2常开启动输入 I0.0常开触点停止按钮 SB1常闭/演示常开停止输入 I0.1常闭触点接触器/中间继电器线圈 KKM/KA控制电机输出 Q0.0输出线圈梯形图启保停/自锁电路从左母线出发把启动按钮常开触点 I0.0与输出 Q0.0 的常开辅助触点并联再串联停止按钮常闭触点 I0.1最后接输出线圈 Q0.0到右母线。用文字表达逻辑关系Q0.0(I0.0Q0.0)⋅I0.1‾Q0.0(I0.0Q0.0)\cdot\overline{I0.1}Q0.0(I0.0Q0.0)⋅I0.1工作过程启—保—停启动按下 SB2I0.0 常开触点闭合能流经停止常闭触点 I0.1 使输出线圈 Q0.0 得电电机启动保持自锁/自保Q0.0 得电的同时与其并联的 Q0.0 常开触点闭合松开 SB2 后 I0.0 断开但能流改经已闭合的 Q0.0 触点继续给线圈供电把输出状态记忆/保持下来电机连续运行停止按下 SB1串联在回路中的 I0.1 常闭触点断开线圈 Q0.0 失电其常开自锁触点也随之断开即使松开停止按钮也不会自行再启动电机停止。该梯形图与前面继电接触控制中的启动常开按钮并联接触器自锁常开触点、再串停止常闭按钮、接接触器线圈完全对应只是把硬件接线逻辑改用 PLC 程序实现二者思路相通。监控仿真在监控表中把 I0.0 修改为 1相当于按住启动Q0.0 变为 1 并自锁保持再把 I0.0 改回 0松手Q0.0 仍为 1把停止 I0.1 修改为 1 使其常闭断开Q0.0 变为 0。注意变量必须先在变量表中正确定义监控时才能修改。3.14 输出类型不匹配与中间继电器隔离DC/DC/DC 型 CPU 的输出是晶体管直流输出直流 24V 等级若现场接触器 KM 线圈是交流负载如 AC220V具体电压以图纸为准PLC 输出不能直接驱动。做法用 PLC 的 Q0.0 先驱动一个直流中间继电器 KA的线圈再用 KA 的触点去接通交流接触器 KM 的线圈和交流主回路。作用①实现交直流转换过渡②实现强电与弱电的隔离保护 PLC 输出点类似手机充电器把交流变换成直流给手机供电。3.15 PLC 控制相对继电器控制的优势当工业现场要控制几十、几百甚至上千台设备、逻辑较复杂时PLC 相比传统继电器柜占用空间小、可整区集中控制、可靠性高最关键的是改变控制逻辑只需修改程序、重新下载不必像继电器电路那样重新接线、改动硬件调试和改造方便。四、例题与案例分析4.1 扫描阶段排序题给出输出刷新、输入采样、内部处理、程序执行、通信服务要求按一个扫描周期排序内部处理→通信服务→输入采样→程序执行→输出刷新。4.2 窄脉冲与看门狗判断某输入脉冲宽度为 2ms而 PLC 扫描周期为 10ms该脉冲可能在两次输入采样之间出现并消失PLC 捕捉不到信号丢失应缩短扫描周期或改用高速计数/中断输入若用户程序死循环使扫描时间超过看门狗设定值看门狗不能被复位将报警并使系统复位。4.3 模块安装位置判断在博途中为 S7-1200 组态CM 1241 通信模块只能拖到 CPU 左侧数字量/模拟量信号模块 SM 只能拖到右侧信号板 SB 装 CPU 正面拖错位置系统不接受。4.4 CPU 型号后缀含义CPU 1214C DC/DC/DC直流 24V 供电、直流输入、晶体管直流输出CPU 1214C AC/DC/RLY交流供电、直流输入、继电器触点输出可直接带交流负载。4.5 启保停梯形图分析见 3.13指出启动触点 I0.0、自锁触点 Q0.0、停止常闭 I0.1 和输出线圈 Q0.0说明为什么松开启动按钮电机仍运行自锁触点闭合自供电、按下停止为何能停机且不能自行重启线圈失电后自锁触点断开。4.6 晶体管输出带交流负载DC/DC/DC 型 PLC 控制 AC220V 接触器Q0.0→直流中间继电器 KA 线圈KA 常开触点→交流接触器 KM 线圈回路完成交直流转换与强弱电隔离。五、术语、地址或关键表达术语/符号含义AI/AO、A/D、D/A模拟量输入/输出、模数/数模转换010V、420mA映像寄存器/输出锁存器输入采样集中存入/输出刷新集中送出并保持RUN/STOP运行/停止模式扫描周期完成一次循环扫描的时间与程序长度、指令、CPU 速度有关看门狗 WDT监控定时器扫描超时未复位则报警/系统复位系统响应时间输入变化到输出负载状态改变的滞后时间SM/SB/CM/PM信号模块右/信号板正面/通信模块左/电源模块DC/DC/DC直流供电/直流输入/晶体管直流输出AC/DC/RLY交流供电/直流输入/继电器输出PWM/PTO脉宽调制/脉冲串高速脉冲输出PID比例-积分-微分闭环控制PROFINET / CM1241工业以太网现场总线 / RS232·RS485Modbus、USSI0.0 / I0.1 / Q0.0启动 SB2 / 停止 SB1 / 输出中间继电器或接触器启保停逻辑Q0.0(I0.0Q0.0)⋅I0.1‾Q0.0(I0.0Q0.0)\cdot\overline{I0.1}Q0.0(I0.0Q0.0)⋅I0.1TIA Portal博途编程软件V16约 32GB 空间六、课堂任务与复习安排课后自行安装 TIA Portal博途软件并熟悉编程环境项目视图、设备组态、变量表、梯形图编辑器、监控表。完成电动机启停启保停控制的梯形图编程练习建项目、组态 CPU、做 I/O 分配、写自锁梯形图、编译并用仿真/监控表验证启动保持与停止。复习要求说清 PLC 硬件组成和模拟量 A/D、D/A 转换过程及标准信号背出循环扫描五个阶段、扫描周期影响因素、输入映像寄存器和输出锁存器作用解释系统响应滞后、窄脉冲丢失和看门狗看懂 S7-1200 型号与 DC/DC/DC、AC/DC/RLY 命名记住模块左通信、右信号组态规则独立画出启保停梯形图、写 I/O 分配表并说明自锁原理和中间继电器隔离作用。七、待核对与疑问问题原因建议核对方式各 CPU1211C/1212C/1214C/1215C/1217C准确 I/O 点数录音口述6入4出/8入6出/14入10出含糊查 S7-1200 选型手册/教材高速计数器数量与最高频率6 个、1MHz、100kHz/80kHz录音数字含糊、单位疑似把 kHz 说成 Hz查教材/技术数据教材 CPU 订货号与固件版本1215C DC/DC/DC录音6ES7 215…AG40不清查教材设备组态截图博途版本与所需硬盘空间V16、约 32GB不同版本要求不同以安装说明/教材为准停止按钮实际用常闭还是常开、程序触点对应现场习惯常闭安全课堂仿真用常开结合接线图与安全规范确认接触器/中间继电器线圈电压录音八伏疑为 220VASR 识别错误以实训图纸为准CM/CP 通信模块具体型号1241/1242/1243、RS232/485课堂仅展示、要求了解查教材通信一节八、复习与主动回忆复习清单用 3 分钟说出 PLC 硬件四大部分和数字量/模拟量 I/O 的区别。用 3 分钟讲清模拟量输入 A/D、输出 D/A 的过程和 010V、420mA 标准信号。用 4 分钟背出循环扫描五个阶段及每阶段做什么。用 3 分钟解释扫描周期、系统响应滞后、窄脉冲丢失和看门狗。用 3 分钟说清 S7-1200 DC/DC/DC 与 AC/DC/RLY 三段命名含义和适用负载。用 3 分钟说明 SM、SB、CM、PM 各是什么、装在 CPU 哪一侧。用 3 分钟列出博途从建项目到下载调试的步骤。用 5 分钟独立画出启保停梯形图、写 I/O 分配表并口述启保停过程与中间继电器隔离。主动回忆题PLC 硬件由哪几部分组成模拟量输入单元和输出单元各完成什么转换标准模拟信号有哪些主机 I/O 点数不够怎么办特殊功能模块有哪些PLC 通过什么与触摸屏、变频器、其他 PLC 通信PLC 有哪两种运行模式什么是扫描周期它与哪些因素有关按顺序写出 PLC 一个扫描周期的五个阶段并说明输入映像寄存器和输出锁存器在其中的作用。什么是系统响应滞后为什么宽度小于扫描周期的窄脉冲可能丢失看门狗起什么作用S7-1200 的 DC/DC/DC 和 AC/DC/继电器分别表示什么晶体管输出和继电器输出各适合什么负载S7-1200 有哪些集成工艺功能信号模块、信号板、通信模块、电源模块的代号和安装位置规则是什么简述用博途完成一个 PLC 控制项目的主要步骤。写出电动机启保停控制的 I/O 分配和梯形图逻辑表达式说明启动—保持—停止分别由哪些触点实现、为什么松手不停。DC/DC/DC 的 PLC 要控制一个交流 220V 接触器为什么不能直接接应怎样用中间继电器解决答案要点PLC 由输入单元、CPU运算器存储器、输出单元继电器/晶体管/晶闸管和电源组成。模拟量输入单元完成 A/D模数转换把 010V、420mA 等连续模拟量经滤波、采样变成数字量送 CPU模拟量输出单元完成 D/A数模转换把数字量还原成模拟量控制执行机构。数字量 I/O 只处理通/断1/0信号。I/O 点数不足时通过 I/O 扩展接口连接扩展单元信号模块特殊功能模块包括模拟量 I/O 模块、通信模块、高速计数模块、运动控制模块等PLC 经系统总线和通信接口PROFINET 工业以太网、CM1241 的 RS232/RS485、Modbus/USS 等与触摸屏 HMI、其他 PLC 主从站、远程 I/O、变频器交换数据。有 RUN运行和 STOP停止两种模式。扫描周期是 CPU 完成一次完整循环扫描所需的时间其长短取决于用户程序长短、指令种类和 CPU 执行指令的速度程序越简洁、CPU 越快扫描周期越短。五阶段依次为①内部处理自检硬件、I/O、程序语法并复位看门狗②通信服务与编程器、主从站、人机界面交换信息③输入采样集中读入全部输入并刷新输入映像寄存器④程序执行按顺序运算、结果写入输出/元件映像寄存器⑤输出刷新把结果送输出锁存器并经输出接口驱动负载下次刷新前锁存器保持不变。输入映像寄存器保证一个扫描周期内输入状态一致输出锁存器使输出在周期内保持稳定。系统响应滞后是从输入信号变化到输出负载状态改变所经历的时间由串行扫描造成。PLC 只在每周期输入采样阶段读输入若窄脉冲宽度小于扫描周期、又恰好落在两次采样之间就检测不到而丢失应缩短扫描周期或用高速计数/中断。看门狗监控定时器设定时间略大于正常扫描周期程序死循环/跑飞使扫描超时时看门狗得不到复位就报警并复位系统。三段依次表示电源电压/输入类型/输出类型。DC/DC/DC 表示直流 24V 供电、直流输入、晶体管直流输出只能带直流负载、动作快、适合高速脉冲AC/DC/RLY继电器表示交流供电、直流输入、继电器触点输出触点可带交流或直流负载、容量大但动作慢、有机械寿命。集成工艺功能有高速计数、频率测量、高速脉冲输出 PWM/PTO、运动控制控制步进/伺服速度位置、PID 闭环控制。SM 信号模块装 CPU 右侧扩展数字量/模拟量 I/OSB 信号板装 CPU 正面小槽少量扩展、不增宽CM 通信模块装 CPU 左侧PM 电源模块提供直流 24V 供电组态时通信模块必须在左、信号模块必须在右拖错软件不接受。博途开发步骤新建项目并进入项目视图→添加新设备选 S7-1200 及 CPU 型号版本→设备组态左通信、右信号→在变量表命名并分配 I/O 地址→用梯形图 LAD 编写程序→编译查错→经以太网搜索并下载到 CPU→用监控表修改变量或 PLCSIM/Factory IO 仿真调试必要时组态 HMI。I/O 分配启动按钮 SB2常开→I0.0停止按钮 SB1常闭→I0.1控制电机的接触器/中间继电器线圈→Q0.0。梯形图逻辑为Q0.0(I0.0Q0.0)⋅I0.1‾Q0.0(I0.0Q0.0)\cdot\overline{I0.1}Q0.0(I0.0Q0.0)⋅I0.1启动常开 I0.0 与输出常开 Q0.0 并联后串停止常闭 I0.1再接 Q0.0 线圈。按下 SB2I0.0 闭合使 Q0.0 得电启动Q0.0 常开触点随之闭合松手后 I0.0 断开但能流经 Q0.0 自锁触点继续供电保持按下 SB1I0.1 常闭断开Q0.0 失电且自锁触点断开停止不会自行重启。DC/DC/DC 是晶体管直流输出只能接直流低压负载不能直接接通 AC220V 交流接触器线圈否则不匹配且不安全。应让 Q0.0 先驱动一个直流中间继电器 KA 的线圈再用 KA 的常开触点去接通交流接触器 KM 的线圈和交流主回路这样既完成交直流转换又实现强电与弱电PLC 与交流主回路的隔离保护 PLC 输出点。 
长河君 · 2026/10/18 15:06:19 · 阅读 1.2k S7-1200 PLC硬件与启保停实训：CPU选型与DC/DC/DC、循环扫描五阶段、博途组态及电动机启停自锁梯形图（含考点）
本文整理《S7-1200 PLC 硬件结构与启保停控制实训PLC 硬件结构与编程基础》一课是从继电接触控制进入 PLC 实训的第一课。内容分四部分第一部分讲 PLC 的硬件结构与外部接口——数字量/模拟量 I/O 单元A/D、D/A 转换010V、420mA 标准信号、I/O 扩展接口与通信接口、特殊功能模块、系统总线与人机界面/远程 I/O/变频器通信PROFINET、CM 1241、Modbus/USS第二部分讲 PLC 的循环扫描工作原理——RUN/STOP 两种模式、扫描周期、内部处理看门狗/通信服务/输入采样/程序执行/输出刷新五个阶段、输入映像寄存器与输出锁存器、系统响应滞后与窄脉冲丢失第三部分讲西门子 S7-1200 硬件——CPU 面板与型号1211C/1212C/1214C/1215C/1217C、DC/DC/DC 与 AC/DC/继电器命名含义、高速计数/PWM/PTO/运动控制/PID 等集成工艺功能、信号模块 SM/信号板 SB/通信模块 CM/电源模块 PM 及通信模块在 CPU 左侧、信号模块在右侧的组态规则第四部分是实训核心——用 TIA Portal博途完成一台电动机的启动-保持-停止启保停/自锁梯形图I/O 分配启动 SB2→I0.0、停止 SB1→I0.1、输出 Q0.0、自锁触点原理、下载与监控仿真以及晶体管输出带交流负载时用中间继电器做交直流转换和强弱电隔离。文末附例题、术语地址表、待核对清单和主动回忆题含答案要点。一、核心结论PLC 硬件由输入部分、CPU运算器存储器、输出部分继电器/晶体管/晶闸管和电源组成外部通过 I/O 端子和通信接口连接现场设备。模拟量输入单元核心是 A/D模数转换把现场连续变化的模拟信号标准为 0~10V 电压、4~20mA 电流经滤波、采样转换成 CPU 能处理的数字量模拟量输出单元核心是 D/A数模转换把 CPU 的数字量还原成模拟量去控制执行机构。主机 I/O 点数不足时通过I/O 扩展接口接扩展单元特殊功能单元包括模拟量 I/O 模块、通信模块、高速计数模块、运动控制模块各模块经系统总线与人机界面触摸屏、其他 PLC 主从站、远程 I/O、变频器交换数据PROFINET 是基于工业以太网的开放式现场总线CM 1241RS232/RS485支持 Modbus、USS 等。PLC 采用循环扫描、不断循环顺序执行的串行工作方式有RUN运行和 STOP停止两种模式完成一次循环的时间称扫描周期其长短取决于用户程序长短、指令种类和 CPU 执行速度。一个扫描周期分五个阶段①内部处理自检硬件/I/O/程序语法复位看门狗②通信服务与编程器、主从站、人机界面交换信息③输入采样集中读入全部输入并刷新输入映像寄存器④程序执行按顺序执行用户程序结果送元件/输出映像寄存器⑤输出刷新把结果送输出锁存器经继电器/晶体管/晶闸管驱动负载下次刷新前锁存器状态不变。因串行扫描PLC 对输入存在系统响应滞后系统响应时间当输入窄脉冲宽度小于扫描周期时可能丢失捕捉不到看门狗监控定时器 WDT设定时间略大于扫描周期程序跑飞、扫描超时时报警/复位。S7-1200是西门子小型模块化 PLC可装标准导轨由 CPU 模块、信号模块 SM、信号板 SB、通信模块 CM、电源模块 PM 组成CPU 集成微处理器、电源、数字量/模拟量 I/O 电路、以太网口和高速运动控制接口面板有运行/故障指示灯绿运行、红故障、可拆卸端子排和存储卡插口。CPU 型号 1211C/1212C/1214C/1215C/1217C 物理尺寸和 I/O 点数依次增大具体点数以手册为准CPU 最多可组态多个高速计数器课堂讲最多 6 个1217C 有高达 1MHz 的高速计数普通高速输入频率约 100kHz 量级待核对。电源/输入/输出类型用三段表示DC/DC/DC直流 24V 供电、直流输入、晶体管直流输出**AC/DC/继电器RLY**交流供电、直流输入、继电器触点输出可带交、直流负载。集成工艺功能高速计数、频率测量、高速脉冲输出PWM脉宽调制/PTO脉冲串、运动控制经工艺对象和 PLCopen 指令控制步进/伺服的速度与位置、PID比例-积分-微分闭环控制。博途设备组态有强制物理规则通信模块 CM 必须装在 CPU 左侧信号模块 SM 必须装在 CPU 右侧信号板 SB 装 CPU 正面槽位拖错位置软件不允许。TIA Portal博途课堂 V16至少约 32GB 硬盘空间开发流程新建项目→添加新设备选 S7-1200 CPU如 1215C DC/DC/DC→设备组态→建变量表命名地址→用梯形图 LAD 编程→编译→经以太网下载到 CPU→用监控表/PLCSIM 仿真调试。启保停自锁控制按下启动按钮 SB2I0.0 常开电机连续运行松手不停靠 Q0.0 常开自锁触点与启动触点并联保持按下停止按钮 SB1I0.1 常闭电机停止。梯形图为启动常开 I0.0 与自锁常开 Q0.0 并联 → 串停止常闭 I0.1 → 输出线圈 Q0.0。DC/DC/DC 晶体管输出只能带直流低压负载若接触器 KM 线圈是交流如 AC220V须先用 Q0.0 驱动直流中间继电器 KA再用 KA 触点控制交流接触器实现交直流转换和强弱电隔离。相比纯继电器硬件接线PLC 在控制点多、逻辑复杂时占地小、可整区集中控制、改逻辑只需改程序而不必重新接线。二、知识结构PLC 硬件结构与接口输入/CPU/输出/电源数字量与模拟量 I/OA/D、D/A、010V、420mAI/O 扩展、通信接口、特殊功能模块、系统总线、PROFINET/CM1241工作原理RUN/STOP、扫描周期、五阶段、映像寄存器/锁存器响应滞后、窄脉冲丢失、看门狗S7-1200 硬件CPU 面板/型号点数DC/DC/DC 命名集成工艺功能SM/SB/CM/PM 模块与左通信、右信号组态规则博途软件与开发流程启保停实训I/O 分配、自锁梯形图、下载与监控仿真、中间继电器隔离、PLC 优势三、详细笔记3.1 PLC 的硬件基本组成小型 PLC 内部主要由四部分组成输入单元输入端子与输入电路、CPU中央处理器含运算器和存储器、输出单元继电器/晶体管/晶闸管输出电路与输出端子和电源。现场的按钮、行程开关、传感器接到输入端子接触器线圈、指示灯、电磁阀等执行元件接到输出端子CPU 按用户程序对输入信号运算后控制输出。I/O 点数输入/输出端子数量是 PLC 的重要规格点数不够时靠扩展模块增加。3.2 数字量与模拟量输入输出单元数字量开关量I/O处理只有通/断1/0两种状态的信号如按钮、限位开关、指示灯、接触器线圈。模拟量输入单元AI现场温度、压力、流量、转速等是连续变化的模拟量变送器把它们变换成标准的电信号常用0~10V 直流电压或 4~20mA 直流电流模拟量输入单元对信号滤波后进行A/D 转换模数转换把连续模拟量量化成若干位二进制数字量送入 CPU。模拟量输出单元AO把 CPU 运算得到的数字量经 **D/A 转换数模转换**还原成 010V/420mA 等模拟信号去调节变频器、调节阀等执行机构。3.3 外部接口、扩展单元与通信I/O 扩展接口当主机 I/O 点数不足时通过它连接 I/O 扩展单元。特殊功能单元模块为增强 PLC 功能而开发包括模拟量 I/O 模块、通信模块、高速计数模块、运动控制模块等。通信接口与系统总线各模块通过系统总线和通信口连接实现 PLC 与编程器电脑、人机界面 HMI触摸屏、其他 PLC 主/从站、远程 I/O、变频器等设备之间的数据交换。常见通信方式了解PROFINET基于工业以太网的开放式现场总线是现场总线发展趋势可一直延伸到最底层现场设备S7-1200 CPU 自带以太网口支持CM 1241 通信模块提供 RS232/RS485 接口可使 S7-1200 作为Modbus主站或从站并支持USS协议与变频器通信另有 GPRS 远程通信模块如 CP 1242/1243 系列可实现远距离监视与控制。3.4 PLC 的循环扫描工作方式与运行模式PLC 有两种基本运行模式RUN运行和STOP停止。在 RUN 模式下CPU 周而复始地按固定顺序执行称为循环扫描。扫描周期完成一次完整扫描循环所需要的时间它与用户程序长短、指令种类简单/复杂指令以及 CPU 执行指令的速度有关。优化程序、精简指令可缩短扫描周期。循环扫描是 PLC 区别于继电器控制的根本特征本质是一种串行工作方式继电器电路是并行、同时动作。3.5 扫描过程的五个阶段内部处理阶段CPU 自检检查自身功能是否正常、I/O 连接是否正常、用户程序是否有语法错误同时定期复位监控定时器看门狗 WDT。看门狗的设定时间略大于正常扫描周期若程序陷入死循环或跑飞、扫描时间超限看门狗得不到及时复位就会报警并引起系统复位保证安全。通信服务阶段完成与编程器、PLC 主从站、操作站、人机交互界面等设备的通信和信息交换。输入处理输入采样阶段CPU 把所有外部输入电路的接通/断开状态集中采样一次并存入相应的输入映像寄存器该阶段内输入映像寄存器被刷新在本次扫描的其余时间里即使外部输入变化输入映像寄存器内容也保持到下一扫描周期才更新。程序执行阶段CPU 按用户程序从上到下、从左到右的顺序从输入映像寄存器和其他元件映像寄存器读取状态进行逻辑运算结果写入输出映像寄存器元件映像寄存器。输出处理输出刷新阶段CPU 把输出映像寄存器输出锁存器的状态集中送到输出接口经继电器、晶体管或晶闸管驱动外部负载在下一个输出刷新阶段到来之前输出锁存器的状态保持不变。3.6 系统响应滞后与窄脉冲丢失由于串行循环扫描从输入信号发生变化的时刻到 PLC 输出改变、外部负载状态相应改变需要经过一段时间称为系统响应时间系统响应滞后。窄脉冲丢失PLC 只在每个扫描周期的输入采样阶段读输入若某输入信号是一个很窄的脉冲、其脉冲宽度小于扫描周期就可能恰好在采样时刻之外出现而不被检测到造成信号丢失要求可靠捕捉的输入脉冲宽度应大于扫描周期或使用高速计数器/中断输入。串行扫描还与数字电路中的竞争与冒险概念相关信号在时间上的先后会影响结果分析时序时要注意这种滞后。3.7 S7-1200 硬件组成与 CPU 面板S7-1200 是西门子紧凑型小型 PLC采用模块化结构可方便地安装在标准导轨上主要包括CPU 模块、信号模块 SM、信号板 SB、通信模块 CM、电源模块 PM。CPU 模块把微处理器、集成电源、数字量/模拟量输入输出电路、以太网接口、高速运动控制接口等紧凑集成在一台主机上。CPU 面板上一般有可拆卸的接线端子排、I/O 状态指示灯、CPU 运行状态指示灯绿色表示运行正常、红色表示故障、存储卡插口、以太网网线接口等。3.8 CPU 型号与 I/O 点数常见型号有CPU 1211C、1212C、1214C、1215C、1217C等型号数字越大物理尺寸越大、本机集成的数字量输入/输出点数越多、可扩展能力越强如课堂展示的 1212C 点数较少、1214C/1215C 点数更多。各型号具体的几入几出以教材/选型手册为准待核对。3.9 电源配置与 DC/DC/DC、AC/DC/继电器命名S7-1200 CPU 型号后缀用三段表示电源电压 / 输入类型 / 输出类型DC/DC/DC第一段 DC 表示 CPU 用直流 24V 供电第二段 DC 表示数字量输入为直流接直流 24V 开关信号第三段 DC 表示输出为晶体管直流输出只能带直流负载、动作快、适合高速脉冲。AC/DC/继电器RLY第一段 AC 表示 CPU 用交流电源供电第二段 DC 表示直流输入第三段继电器表示输出为继电器触点输出触点可接通直流或交流负载、容量较大但动作速度慢、有机械寿命。选型时要根据现场电源、输入信号和负载直流/交流、容量综合选择。3.10 S7-1200 的集成工艺功能高速计数与频率测量CPU 可组态多个高速计数器课堂讲最多 6 个可使用 CPU 内置输入或信号板输入1217C 有高达 1MHz 的高速计数通道普通高速输入频率在 100kHz 量级具体数值待核对用于接编码器等脉冲信号并测频。高速脉冲输出**PWM脉宽调制**输出周期固定、占空比可调的脉冲经滤波可得到近似模拟量**PTO脉冲串输出**输出一定数量和频率的脉冲。运动控制高速脉冲输出配合工艺对象和 PLCopen 运动控制指令对步进电机或伺服电机进行速度和位置控制。PID 控制CPU 内置比例-积分-微分闭环控制功能用于温度、压力、速度等连续量的闭环调节。3.11 信号模块、信号板、通信模块与电源模块信号模块 SM装在 CPU 右侧提供数字量 I/O、模拟量 I/O 等扩展点数模块上有状态指示灯绿色为运行、红色为故障。信号板 SB装在 CPU 正面顶部的小槽内只增加少量 I/O/通信能力不额外占用右侧空间、不增大整机宽度。通信模块 CM装在 CPU 左侧如 CM 1241 的 RS232/RS485、PROFINET 等。电源模块 PM把市电变换为直流 24V为 CPU、信号板/信号模块、通信模块以及现场传感器供电当扩展模块所需功率超出 CPU 本体供电能力时需外加电源模块。设备组态强制规则考点在博途中组态机架时所有通信模块必须配置在 CPU 左侧所有信号模块必须配置在 CPU 右侧把模块拖到错误一侧软件不接受这与实际安装位置一一对应。3.12 TIA Portal博途软件与项目开发流程编程软件为TIA Portal博途课堂用 V16 版本市面 V18/V19 亦可软件较大安装至少需要约 32GB 硬盘空间建议在实验室或配置较高的电脑上安装。界面有 Portal 视图入口向导和项目视图工程组态包含菜单栏、工作区、任务卡、巡视详细信息窗口等。基本开发流程创建新项目、打开项目视图添加新设备→控制器→选 SIMATIC S7-1200→选具体 CPU 型号和版本教材用 CPU 1215C DC/DC/DC订货号/固件版本以教材为准添加后自动生成机架导轨进行设备组态左侧拖通信模块、右侧拖信号模块在**变量表PLC 变量**中为每个 I/O 命名并指定地址如启动按钮 I0.0用梯形图 LAD触点、线圈等图形符号编写主程序 OB1编译检查无错误警告酌情处理计算机经网线与 CPU 以太网口连接选择通信接口、搜索在线访问到设备后下载程序用监控表强制/修改变量值0/1或用PLCSIM 仿真器、Factory IO等进行离线/三维仿真调试还可组态触摸屏 HMI。3.13 实训电动机启保停启动-保持-停止控制控制要求用 S7-1200教材用 CPU 1214C/1215C DC/DC/DC控制一台电动机——按下启动按钮 SB2电动机启动并连续运行松开 SB2 仍运行按下停止按钮 SB1电动机停止。I/O 分配表元件功能PLC 地址程序中触点启动按钮 SB2常开启动输入 I0.0常开触点停止按钮 SB1常闭/演示常开停止输入 I0.1常闭触点接触器/中间继电器线圈 KKM/KA控制电机输出 Q0.0输出线圈梯形图启保停/自锁电路从左母线出发把启动按钮常开触点 I0.0与输出 Q0.0 的常开辅助触点并联再串联停止按钮常闭触点 I0.1最后接输出线圈 Q0.0到右母线。用文字表达逻辑关系Q0.0(I0.0Q0.0)⋅I0.1‾Q0.0(I0.0Q0.0)\cdot\overline{I0.1}Q0.0(I0.0Q0.0)⋅I0.1工作过程启—保—停启动按下 SB2I0.0 常开触点闭合能流经停止常闭触点 I0.1 使输出线圈 Q0.0 得电电机启动保持自锁/自保Q0.0 得电的同时与其并联的 Q0.0 常开触点闭合松开 SB2 后 I0.0 断开但能流改经已闭合的 Q0.0 触点继续给线圈供电把输出状态记忆/保持下来电机连续运行停止按下 SB1串联在回路中的 I0.1 常闭触点断开线圈 Q0.0 失电其常开自锁触点也随之断开即使松开停止按钮也不会自行再启动电机停止。该梯形图与前面继电接触控制中的启动常开按钮并联接触器自锁常开触点、再串停止常闭按钮、接接触器线圈完全对应只是把硬件接线逻辑改用 PLC 程序实现二者思路相通。监控仿真在监控表中把 I0.0 修改为 1相当于按住启动Q0.0 变为 1 并自锁保持再把 I0.0 改回 0松手Q0.0 仍为 1把停止 I0.1 修改为 1 使其常闭断开Q0.0 变为 0。注意变量必须先在变量表中正确定义监控时才能修改。3.14 输出类型不匹配与中间继电器隔离DC/DC/DC 型 CPU 的输出是晶体管直流输出直流 24V 等级若现场接触器 KM 线圈是交流负载如 AC220V具体电压以图纸为准PLC 输出不能直接驱动。做法用 PLC 的 Q0.0 先驱动一个直流中间继电器 KA的线圈再用 KA 的触点去接通交流接触器 KM 的线圈和交流主回路。作用①实现交直流转换过渡②实现强电与弱电的隔离保护 PLC 输出点类似手机充电器把交流变换成直流给手机供电。3.15 PLC 控制相对继电器控制的优势当工业现场要控制几十、几百甚至上千台设备、逻辑较复杂时PLC 相比传统继电器柜占用空间小、可整区集中控制、可靠性高最关键的是改变控制逻辑只需修改程序、重新下载不必像继电器电路那样重新接线、改动硬件调试和改造方便。四、例题与案例分析4.1 扫描阶段排序题给出输出刷新、输入采样、内部处理、程序执行、通信服务要求按一个扫描周期排序内部处理→通信服务→输入采样→程序执行→输出刷新。4.2 窄脉冲与看门狗判断某输入脉冲宽度为 2ms而 PLC 扫描周期为 10ms该脉冲可能在两次输入采样之间出现并消失PLC 捕捉不到信号丢失应缩短扫描周期或改用高速计数/中断输入若用户程序死循环使扫描时间超过看门狗设定值看门狗不能被复位将报警并使系统复位。4.3 模块安装位置判断在博途中为 S7-1200 组态CM 1241 通信模块只能拖到 CPU 左侧数字量/模拟量信号模块 SM 只能拖到右侧信号板 SB 装 CPU 正面拖错位置系统不接受。4.4 CPU 型号后缀含义CPU 1214C DC/DC/DC直流 24V 供电、直流输入、晶体管直流输出CPU 1214C AC/DC/RLY交流供电、直流输入、继电器触点输出可直接带交流负载。4.5 启保停梯形图分析见 3.13指出启动触点 I0.0、自锁触点 Q0.0、停止常闭 I0.1 和输出线圈 Q0.0说明为什么松开启动按钮电机仍运行自锁触点闭合自供电、按下停止为何能停机且不能自行重启线圈失电后自锁触点断开。4.6 晶体管输出带交流负载DC/DC/DC 型 PLC 控制 AC220V 接触器Q0.0→直流中间继电器 KA 线圈KA 常开触点→交流接触器 KM 线圈回路完成交直流转换与强弱电隔离。五、术语、地址或关键表达术语/符号含义AI/AO、A/D、D/A模拟量输入/输出、模数/数模转换010V、420mA映像寄存器/输出锁存器输入采样集中存入/输出刷新集中送出并保持RUN/STOP运行/停止模式扫描周期完成一次循环扫描的时间与程序长度、指令、CPU 速度有关看门狗 WDT监控定时器扫描超时未复位则报警/系统复位系统响应时间输入变化到输出负载状态改变的滞后时间SM/SB/CM/PM信号模块右/信号板正面/通信模块左/电源模块DC/DC/DC直流供电/直流输入/晶体管直流输出AC/DC/RLY交流供电/直流输入/继电器输出PWM/PTO脉宽调制/脉冲串高速脉冲输出PID比例-积分-微分闭环控制PROFINET / CM1241工业以太网现场总线 / RS232·RS485Modbus、USSI0.0 / I0.1 / Q0.0启动 SB2 / 停止 SB1 / 输出中间继电器或接触器启保停逻辑Q0.0(I0.0Q0.0)⋅I0.1‾Q0.0(I0.0Q0.0)\cdot\overline{I0.1}Q0.0(I0.0Q0.0)⋅I0.1TIA Portal博途编程软件V16约 32GB 空间六、课堂任务与复习安排课后自行安装 TIA Portal博途软件并熟悉编程环境项目视图、设备组态、变量表、梯形图编辑器、监控表。完成电动机启停启保停控制的梯形图编程练习建项目、组态 CPU、做 I/O 分配、写自锁梯形图、编译并用仿真/监控表验证启动保持与停止。复习要求说清 PLC 硬件组成和模拟量 A/D、D/A 转换过程及标准信号背出循环扫描五个阶段、扫描周期影响因素、输入映像寄存器和输出锁存器作用解释系统响应滞后、窄脉冲丢失和看门狗看懂 S7-1200 型号与 DC/DC/DC、AC/DC/RLY 命名记住模块左通信、右信号组态规则独立画出启保停梯形图、写 I/O 分配表并说明自锁原理和中间继电器隔离作用。七、待核对与疑问问题原因建议核对方式各 CPU1211C/1212C/1214C/1215C/1217C准确 I/O 点数录音口述6入4出/8入6出/14入10出含糊查 S7-1200 选型手册/教材高速计数器数量与最高频率6 个、1MHz、100kHz/80kHz录音数字含糊、单位疑似把 kHz 说成 Hz查教材/技术数据教材 CPU 订货号与固件版本1215C DC/DC/DC录音6ES7 215…AG40不清查教材设备组态截图博途版本与所需硬盘空间V16、约 32GB不同版本要求不同以安装说明/教材为准停止按钮实际用常闭还是常开、程序触点对应现场习惯常闭安全课堂仿真用常开结合接线图与安全规范确认接触器/中间继电器线圈电压录音八伏疑为 220VASR 识别错误以实训图纸为准CM/CP 通信模块具体型号1241/1242/1243、RS232/485课堂仅展示、要求了解查教材通信一节八、复习与主动回忆复习清单用 3 分钟说出 PLC 硬件四大部分和数字量/模拟量 I/O 的区别。用 3 分钟讲清模拟量输入 A/D、输出 D/A 的过程和 010V、420mA 标准信号。用 4 分钟背出循环扫描五个阶段及每阶段做什么。用 3 分钟解释扫描周期、系统响应滞后、窄脉冲丢失和看门狗。用 3 分钟说清 S7-1200 DC/DC/DC 与 AC/DC/RLY 三段命名含义和适用负载。用 3 分钟说明 SM、SB、CM、PM 各是什么、装在 CPU 哪一侧。用 3 分钟列出博途从建项目到下载调试的步骤。用 5 分钟独立画出启保停梯形图、写 I/O 分配表并口述启保停过程与中间继电器隔离。主动回忆题PLC 硬件由哪几部分组成模拟量输入单元和输出单元各完成什么转换标准模拟信号有哪些主机 I/O 点数不够怎么办特殊功能模块有哪些PLC 通过什么与触摸屏、变频器、其他 PLC 通信PLC 有哪两种运行模式什么是扫描周期它与哪些因素有关按顺序写出 PLC 一个扫描周期的五个阶段并说明输入映像寄存器和输出锁存器在其中的作用。什么是系统响应滞后为什么宽度小于扫描周期的窄脉冲可能丢失看门狗起什么作用S7-1200 的 DC/DC/DC 和 AC/DC/继电器分别表示什么晶体管输出和继电器输出各适合什么负载S7-1200 有哪些集成工艺功能信号模块、信号板、通信模块、电源模块的代号和安装位置规则是什么简述用博途完成一个 PLC 控制项目的主要步骤。写出电动机启保停控制的 I/O 分配和梯形图逻辑表达式说明启动—保持—停止分别由哪些触点实现、为什么松手不停。DC/DC/DC 的 PLC 要控制一个交流 220V 接触器为什么不能直接接应怎样用中间继电器解决答案要点PLC 由输入单元、CPU运算器存储器、输出单元继电器/晶体管/晶闸管和电源组成。模拟量输入单元完成 A/D模数转换把 010V、420mA 等连续模拟量经滤波、采样变成数字量送 CPU模拟量输出单元完成 D/A数模转换把数字量还原成模拟量控制执行机构。数字量 I/O 只处理通/断1/0信号。I/O 点数不足时通过 I/O 扩展接口连接扩展单元信号模块特殊功能模块包括模拟量 I/O 模块、通信模块、高速计数模块、运动控制模块等PLC 经系统总线和通信接口PROFINET 工业以太网、CM1241 的 RS232/RS485、Modbus/USS 等与触摸屏 HMI、其他 PLC 主从站、远程 I/O、变频器交换数据。有 RUN运行和 STOP停止两种模式。扫描周期是 CPU 完成一次完整循环扫描所需的时间其长短取决于用户程序长短、指令种类和 CPU 执行指令的速度程序越简洁、CPU 越快扫描周期越短。五阶段依次为①内部处理自检硬件、I/O、程序语法并复位看门狗②通信服务与编程器、主从站、人机界面交换信息③输入采样集中读入全部输入并刷新输入映像寄存器④程序执行按顺序运算、结果写入输出/元件映像寄存器⑤输出刷新把结果送输出锁存器并经输出接口驱动负载下次刷新前锁存器保持不变。输入映像寄存器保证一个扫描周期内输入状态一致输出锁存器使输出在周期内保持稳定。系统响应滞后是从输入信号变化到输出负载状态改变所经历的时间由串行扫描造成。PLC 只在每周期输入采样阶段读输入若窄脉冲宽度小于扫描周期、又恰好落在两次采样之间就检测不到而丢失应缩短扫描周期或用高速计数/中断。看门狗监控定时器设定时间略大于正常扫描周期程序死循环/跑飞使扫描超时时看门狗得不到复位就报警并复位系统。三段依次表示电源电压/输入类型/输出类型。DC/DC/DC 表示直流 24V 供电、直流输入、晶体管直流输出只能带直流负载、动作快、适合高速脉冲AC/DC/RLY继电器表示交流供电、直流输入、继电器触点输出触点可带交流或直流负载、容量大但动作慢、有机械寿命。集成工艺功能有高速计数、频率测量、高速脉冲输出 PWM/PTO、运动控制控制步进/伺服速度位置、PID 闭环控制。SM 信号模块装 CPU 右侧扩展数字量/模拟量 I/OSB 信号板装 CPU 正面小槽少量扩展、不增宽CM 通信模块装 CPU 左侧PM 电源模块提供直流 24V 供电组态时通信模块必须在左、信号模块必须在右拖错软件不接受。博途开发步骤新建项目并进入项目视图→添加新设备选 S7-1200 及 CPU 型号版本→设备组态左通信、右信号→在变量表命名并分配 I/O 地址→用梯形图 LAD 编写程序→编译查错→经以太网搜索并下载到 CPU→用监控表修改变量或 PLCSIM/Factory IO 仿真调试必要时组态 HMI。I/O 分配启动按钮 SB2常开→I0.0停止按钮 SB1常闭→I0.1控制电机的接触器/中间继电器线圈→Q0.0。梯形图逻辑为Q0.0(I0.0Q0.0)⋅I0.1‾Q0.0(I0.0Q0.0)\cdot\overline{I0.1}Q0.0(I0.0Q0.0)⋅I0.1启动常开 I0.0 与输出常开 Q0.0 并联后串停止常闭 I0.1再接 Q0.0 线圈。按下 SB2I0.0 闭合使 Q0.0 得电启动Q0.0 常开触点随之闭合松手后 I0.0 断开但能流经 Q0.0 自锁触点继续供电保持按下 SB1I0.1 常闭断开Q0.0 失电且自锁触点断开停止不会自行重启。DC/DC/DC 是晶体管直流输出只能接直流低压负载不能直接接通 AC220V 交流接触器线圈否则不匹配且不安全。应让 Q0.0 先驱动一个直流中间继电器 KA 的线圈再用 KA 的常开触点去接通交流接触器 KM 的线圈和交流主回路这样既完成交直流转换又实现强电与弱电PLC 与交流主回路的隔离保护 PLC 输出点。