1.3 PLC系统构成及工作原理

1.3.1 PLC系统基本构成

西门子S7-1500 PLC是模块化结构的PLC，各个模块之间可以通过组合和扩展，构成不同控制功能的PLC系统。S7-1500 PLC系统可以包括CPU模块、信号模块、通信模块、工艺模块、电源模块等，这些模块统一安装在一根安装导轨上，并通过U型连接器互相连接。一个典型的S7-1500 PLC系统的构成如图1-3所示。

1.CPU模块

中央处理器（CPU）是PLC系统的核心部件，它的主要作用是执行用户程序和连接其他自动化组件；一般由控制器、运算器和存储器组成。它将输入模块采集的外部信号，经过运算和逻辑处理后，通过输出模块的输出去控制执行机构，完成自动化控制任务。

2.信号模块

信号模块是数字量输入/输出（I/O）模块和模拟量输入/输出（I/O）模块的总称；输入/输出模块是CPU与外部检测和控制元件的接口；输入模块分为数字量输入模块和模拟量输入模块；输出模块分为数字量输出模块和模拟量输出模块。

数字量输入模块主要用于采集外部的开关量信号到CPU中，如采集按钮、接近开关等开关类器件的信号；数字量输出模块用于输出CPU的逻辑运算结果，并控制外部数字量执行元件，如控制指示灯、线圈等。

模拟量输入模块是将外部各类传感器、变送器等产生的标准电压或电流信号转换为16位数值并传送到CPU；而模拟量输出模块是将CPU计算后的16位数字量转换为标准电压或电流信号，去控制外部模拟量执行元件，如控制电动阀门、变频器等。

3.通信模块

S7-1500 PLC系统可以通过通信模块将多个相对独立的站点相互连接并建立通信关系；S7-1500系列CPU都集成有PN接口，可以实现基于PROFINET和以太网的通信连接；还可以通过增加通信模块的方式，实现更广泛的通信；S7-1500系统的通信模块有点对点通信模块、PROFIBUS通信模块和PROFINET/ETHERNET通信模块等。通过通信模块，CPU和其他的PLC、HMI、智能仪表或计算机相连，从而实现“人-机”或“机-机”之间的信息交互。

4.工艺模块

工艺模块通常可以实现单一、特殊的功能，西门子功能强大的各类工艺模块可自动完成各种工艺任务，有效降低CPU的负荷。S7-1500系统的工艺模块有计数模块、位置检测模块、基于时间的I/O模块、称重模块等；可以实现高速脉冲计数、高速脉冲输出，还可以实现高精度的速度和位置控制。

5.电源模块

S7-1500系统的电源模块有负载电源（PM）和系统电源（PS）两种。负载电源一般为220V交流电源输入，直流24V电源输出，用于向负载供电；负载电源不能通过背板总线向模块供电，不用安装在机架上。系统电源用于系统供电，它通过背板总线为CPU及模块供电，且必须安装在机架上。