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當(dāng)CPU模塊數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)不能滿足控制系統(tǒng)的需要時(shí)，用戶可根據(jù)實(shí)際的需要對數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展。數(shù)字量擴(kuò)展模塊不能單獨(dú)使用，需要通過自帶的連接器插在CPU模塊上。
數(shù)字量擴(kuò)展模塊通常有3類，分別為數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊和數(shù)字量輸入/輸出混合模塊。
數(shù)字量輸入模塊有2個(gè)，型號分別為EM DE08和EM DE16，EM DE08為8點(diǎn)輸入，EM DE16為16點(diǎn)輸入。
數(shù)字量輸出模塊有4個(gè)，型號分別為EM DR08、EM DT08、EM QR16和EM QT16，EM DR08模塊和EM QR16模塊為8點(diǎn)和16點(diǎn)繼電器輸出型，每點(diǎn)額定電流為2A；EM DT08模塊和EM QT16為8點(diǎn)和16點(diǎn)晶體管輸出型，每點(diǎn)額定電流為0.75A。
數(shù)字量輸入/輸出混合模塊有4個(gè)，型號有EM DR16、EM DT16、EM DR32和EM DT32，EM DR16/DT16模塊為8點(diǎn)輸入/8點(diǎn)輸出、繼電器/晶體管輸出型，每點(diǎn)額定電流為2A/0.75A；EM DR32/DT32模塊為16點(diǎn)輸入/16點(diǎn)輸出、繼電器/晶體管輸出型，每點(diǎn)額定電流為2A/0.75A。
（3）信號板
S7-200 SMART PLC有3種信號板，分別為模擬量輸入/輸出信號板、數(shù)字量輸入/輸出信號板和RS-485/RS-232信號板。
模擬量輸入信號板型號為SB AE01，1點(diǎn)模擬量輸入，輸入量程有±10V、±5V、±2.5V或0～20mA四種，電壓模式的分辨率為11位+符號位，電流模式的分辨率為11位，對應(yīng)的數(shù)據(jù)字范圍為-27648～27648；模擬量輸出信號板型號為SB AQ01，1點(diǎn)模擬量輸出，輸出量程為±10V或0～20mA，對應(yīng)數(shù)據(jù)字范圍為±27648或0～27648。
數(shù)字量輸入/輸出信號板型號為SB DT04，為2點(diǎn)輸入/2點(diǎn)輸出、晶體管輸出型，輸出端子每點(diǎn)最多額定電流為0.5A。
RS-485/RS-232信號板型號為SB CM01，可以組態(tài)RS-485或R-S232通信接口。
相關(guān)設(shè)備是為了充分和方便地利用系統(tǒng)硬件和軟件資源而開發(fā)和使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備、人機(jī)操作界面等。
① 編程設(shè)備主要用來進(jìn)行用戶程序的編制、存儲(chǔ)和管理等，并將用戶程序送入PLC中，在調(diào)試過程中，進(jìn)行監(jiān)控和故障檢測。S7-200 SMART PLC 的編程軟件為STEP 7-Micro/WIN SMART。
② 人機(jī)操作界面主要指專用操作員界面。常見的如觸摸面板、文本顯示器等，用戶可以通過該設(shè)備地完成各種調(diào)整和控制任務(wù)。
S7-200 SMART PLC的CPU模塊的外部結(jié)構(gòu)如圖1-2所示，其CPU單元、存儲(chǔ)器單元、輸入輸出單元及電源集中封裝在同一塑料機(jī)殼內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)需要擴(kuò)展時(shí)，可選用需要的擴(kuò)展模塊與主機(jī)連接。
① 輸入端子：是外部輸入信號與PLC連接的接線端子，在頂部端蓋下面。此外，頂部端蓋下面還有輸入公共端子和PLC工作電源接線端子。
② 輸出端子：輸出端子是外部負(fù)載與PLC連接的接線端子，在底部端蓋下面。此外，底部端蓋下面還有輸出公共端子和24V直流電源端子，24V直流電源為傳感器和光電開關(guān)等提供能量。

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數(shù)字輸出接口電路
數(shù)字輸出接口的作用是將內(nèi)部的電平信號轉(zhuǎn)換為外部所需要的電平等級輸出信號，并傳給外部負(fù)載。每個(gè)輸出點(diǎn)的輸出電路可以等效成一個(gè)輸出繼電器，按負(fù)載使用電源的不同，可分為直流輸出、交流輸出和交直流輸出三種；按輸出電路所用的開關(guān)器件不同，可分為晶體管輸出、晶閘管輸出和繼電器輸出。它們所能驅(qū)動(dòng)的負(fù)載類型、負(fù)載的大小和響應(yīng)時(shí)間是不一樣的。
（1）繼電器輸出類型：繼電器輸出通過線圈的通和斷來控制觸點(diǎn)輸出，為無源觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開開關(guān)頻率較低的直流負(fù)載或交流負(fù)載回路。
如圖1.12所示，K為一小型直流繼電器，其工作原理如下：當(dāng)輸出鎖存器的對應(yīng)位為1時(shí)，K得電吸合，其常開觸點(diǎn)閉合，負(fù)載得電，LED點(diǎn)亮，表示該輸出點(diǎn)接通；當(dāng)輸出鎖存器的對應(yīng)位為0時(shí)，K失電，其常開觸點(diǎn)斷開，負(fù)載失電，LED熄滅，表示該輸出點(diǎn)斷開。
繼電器輸出點(diǎn)負(fù)責(zé)把公共端和輸出點(diǎn)之間接通。如果公共端接負(fù)，輸出就是負(fù)；如果公共端接正，輸出就是正；如果接火線L，輸出就是火線L；如果接零線N，輸出就是零線N?？偨Y(jié)成一句話就是：公共端給什么就輸出什么。
從圖1.12可以看出，繼電器輸出型PLC的負(fù)載電源可以是交流電，也可以是直流電，為有觸點(diǎn)開關(guān)，帶負(fù)載能力比較強(qiáng)，一般在2A左右，但壽命比無觸點(diǎn)開關(guān)要短，開關(guān)動(dòng)作頻率也相應(yīng)低一些，一般小于等于1Hz。
（2）晶體管輸出型：如圖1.13所示為NPN輸出接口電路，它的輸出電路采用晶體管驅(qū)動(dòng)，也叫晶體管輸出模塊。但在實(shí)際使用中，晶體管輸出模塊也不一定全采用三管，而是采用的其他晶體管，例如S7-200 SMART晶體管輸出模塊采用的就是MOSFET場效應(yīng)管。此處講解的是晶體管輸出基本知識，其他類型詳見產(chǎn)品樣本。在圖1.13中，T是光電耦合器，LED用于指示輸出點(diǎn)的狀態(tài)，VT為輸出晶體管，VD為保護(hù)二管，可防止負(fù)載電壓性接反或高電壓、交流電壓損壞晶體管。FU為熔斷器，可防止負(fù)載短路時(shí)損壞PLC。其工作原理是：當(dāng)輸出鎖存器的對應(yīng)位為1時(shí)，通過內(nèi)部電路使光電耦合器T導(dǎo)通，從而使晶體管VT飽和導(dǎo)通，使負(fù)載得電，同時(shí)點(diǎn)亮LED，以表示該路輸出點(diǎn)有輸出。當(dāng)輸出鎖存器的對應(yīng)位為0時(shí)，光電耦合器T不導(dǎo)通，晶體管VT截止，使負(fù)載失電，此時(shí)LED不亮，表示該輸出點(diǎn)狀態(tài)為0。如果負(fù)載是感性的，則必須給負(fù)載并接續(xù)流二管，使負(fù)載關(guān)斷時(shí)，可通過續(xù)流二管釋放能量，保護(hù)輸出晶體管VT免受高電壓的沖擊。
晶體管輸出電路注意：S7-200 SMART晶體管輸出為源型（高電平），公共端接正。
晶體管輸出模塊用于帶直流負(fù)載，每一個(gè)輸出點(diǎn)的帶負(fù)載能力一般為零點(diǎn)幾安培。因晶體管輸出模塊為無觸點(diǎn)輸出模塊，所以使用壽命比較長、響應(yīng)速度快。
（3）晶閘管輸出類型：晶閘管輸出電路是采用光控雙向晶閘管驅(qū)動(dòng)的，所以又叫雙向晶閘管輸出模塊。在圖1.14中，T為光控雙向晶閘管，R2和C構(gòu)成阻容吸收保護(hù)電路。其工作原理是：當(dāng)輸出鎖存器的對應(yīng)位為1時(shí)，發(fā)光二管導(dǎo)通發(fā)光，使雙向晶閘管T導(dǎo)通，從而使負(fù)載得電，同時(shí)輸出指示燈LED亮，表示該輸出點(diǎn)為ON；當(dāng)輸出鎖存器的對應(yīng)位為0時(shí)，雙向晶閘管T不導(dǎo)通，負(fù)載失電，輸出指示燈LED滅，表示該輸出點(diǎn)為OFF。
晶閘管輸出模塊需要外加交流電源，帶負(fù)載能力一般電壓為250V，而電流為1A左右，不同型號的外加電壓和帶負(fù)載的能力有所不同。雙向晶閘管為無觸點(diǎn)開關(guān)，使用壽命較長，反應(yīng)速度快，可靠性高。
PLC的輸出電路分為匯點(diǎn)式、分組式、隔離式等類型。【擴(kuò)展理解】　我們要根據(jù)實(shí)際負(fù)載的需求配置PLC輸出模塊，當(dāng)出現(xiàn)多種電流和電壓類型時(shí)，盡量采用統(tǒng)一輸出類型的模塊來減少系統(tǒng)的復(fù)雜性。例如：控制交流負(fù)載時(shí)，也可以用晶體管輸出模塊控制直流中間繼電器或者接觸器，進(jìn)而控制220V或者380V的交流負(fù)載。
PLC的電源是指將外部輸入的交直流電源轉(zhuǎn)換成供CPU、存儲(chǔ)器、輸入和輸出接口等內(nèi)部電路工作需要的直流電源。許多PLC的直流電源采用外部開關(guān)電源，不僅可以給模塊供電，還可以為輸入和輸出設(shè)備提供負(fù)載電源。
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一般繼電器輸出的CPU模塊，輸入電源是AC220V。而晶體管輸出的CPU模塊，輸入電源是DC24V。有些CPU模塊還集成了負(fù)載電源。
20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)的工業(yè)控制主要是以繼電器-接觸器組成的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)存在著設(shè)備體積大，調(diào)試和維護(hù)工作量大，通用性及靈活性差，可靠性低，功能簡單，不具有現(xiàn)代工業(yè)控制所需要的數(shù)據(jù)通信、運(yùn)動(dòng)控制及網(wǎng)絡(luò)控制等功能。
1968年，美國通用汽車制造公司為了適應(yīng)汽車型號的不斷翻新，試圖尋找一種新型的工業(yè)控制器，以解決繼電器-接觸器控制系統(tǒng)普遍存在的問題。因而設(shè)想把計(jì)算機(jī)的完備功能、靈活及通用等優(yōu)點(diǎn)與繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制成一種適于工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡化，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司根據(jù)通用汽車的要求首先研制成功一臺可編程序控制器，稱之為可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），并在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。2.PLC的定義
1985年，國際電工委員會(huì)（IEC）PLC定義為：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它作為可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)并執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，且通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！?br>PLC是可編程序邏輯控制器的英文縮寫，隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)出邏輯控制功能，應(yīng)稱之為可編程序控制器（PC），為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer，PC）相區(qū)別，故仍將可編程序控制器簡稱為PLC
PLC一般由CPU（中央處理器）、存儲(chǔ)器、通信接口和輸入/輸出模塊幾部分組成
CPU的功能是完成PLC內(nèi)所有的控制和監(jiān)視操作，一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成。CPU通過控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線與存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路連接。
（2）存儲(chǔ)器在PLC中有兩種存儲(chǔ)器：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用來存放由PLC生產(chǎn)廠家編寫好的系統(tǒng)程序，并固化在ROM（只讀存儲(chǔ)器）內(nèi)，用戶不能直接改。存儲(chǔ)器中的程序負(fù)責(zé)解釋和編譯用戶編寫的程序、監(jiān)控I/O接口的狀態(tài)、對PLC進(jìn)行自診斷、掃描PLC中的用戶程序等。用戶程序存儲(chǔ)器是用來存放用戶根據(jù)控制要求而編制的應(yīng)用程序。目前大多數(shù)PLC采用可隨時(shí)讀寫的快閃存儲(chǔ)器（Flash）作為用戶程序存儲(chǔ)器，它不需要后備電池，掉電時(shí)數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。
用戶程序存儲(chǔ)器屬于隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM），主要用于存儲(chǔ)中間計(jì)算結(jié)果和數(shù)據(jù)、系統(tǒng)管理，主要包括I/O狀態(tài)存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。
（3）輸入/輸出模塊PLC的輸入/輸出模塊是PLC與工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備相連接的接口。PLC的輸入和輸出信號可以是數(shù)字量或模擬量，其接口是PLC內(nèi)部弱電信號和工業(yè)現(xiàn)場強(qiáng)電信號聯(lián)系的橋梁。接口主要起到隔離保護(hù)作用（電隔離電路使工業(yè)現(xiàn)場與PLC內(nèi)部進(jìn)行隔離）和信號調(diào)整作用（把不同的信號調(diào)整成CPU可以處理的信號）。2.PLC的特點(diǎn)（1）編程簡單，容易掌握
梯形圖是使用最多的PLC編程語言，其電路符號和表達(dá)式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員很快就能學(xué)會(huì)梯形圖語言，并用來編制用戶程序。（2）功能強(qiáng)，性價(jià)比高
PLC內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元器件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器控制系統(tǒng)相比，具有很高的性價(jià)比。（3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)