系统学习第一章：PLC 基础部分

系统学习第一章：PLC 基础部分

适用对象：西门子 S7-1200 系列
本章重点：CPU 核心参数、运行环境、脉冲频率、常用模块（SB/SM）、数字量/模拟量 IO、信号分辨率、启动模式与故障诊断。

一、CPU 技术规范与运行环境

1.1 核心运算性能

性能指标 参数值
实数数学运算执行速度 2.3 μs / 指令
布尔运算执行速度 0.08 μs / 指令
实时时钟保持时间 通常为 20 天，40℃ 时最少为 12 天（免维护超级电容）

1.2 运行环境条件

安装方式 温度范围
水平安装 -20℃ ~ +60℃
垂直安装 -20℃ ~ +50℃

注意：垂直安装时散热条件变差，最高允许温度比水平安装低 10℃。

二、脉冲输出与频率分配

S7-1200 本体集成高速脉冲输出，可直接驱动伺服/步进，无需额外扩展模块。

2.1 脉冲输出总览

CPU 型号 总计脉冲输出 1 MHz 100 KHz 20 KHz
CPU 1211C 最多 4 路 — — —
CPU 1212C 最多 4 路 — — Qa.4 ~ Qa.5
CPU 1214C 最多 4 路 — Qa.0 ~ Qa.3 Qa.4 ~ Qb.1
CPU 1215C 最多 4 路 — Qa.0 ~ Qa.3 Qa.4 ~ Qb.1

说明：
• 100 KHz：仅 Qa.0 ~ Qa.3 支持（晶体管输出型 CPU）。<
• 20 KHz：Qa.4 及之后地址支持。
• 继电器输出型 CPU 不支持高速脉冲输出。

三、常用信号板（SB）与通信板

信号板直接插在 CPU 正面，不占用导轨空间，适合少量 IO 扩展。

3.1 数字量信号板

型号 规格参数
SB 1221 4 DI, DC 5V, 200 kHz HSC（源型）<
4 DI, DC 24V, 200 kHz HSC（源型）
SB 1222 4 DQ DC 5V, 0.1A, 200 kHz PWM/PTO（源/漏型）<
4 DQ DC 24V, 0.1A, 200 kHz PWM/PTO（源/漏型）
SB 1223 2 DI DC 5V / 2 DQ DC 5V, 0.1A, 200 kHz HSC/PWM/PTO
2 DI DC 24V / 2 DQ DC 24V, 0.1A, 30 kHz/20 kHz（漏/源型）

3.2 模拟量信号板

型号 通道 信号类型 分辨率
SB 1231 AI 1 AI ±10VDC、±5VDC、±2.5VDC、0~20 mA 12 bit
SB 1231 RTD 1 AI PT10/50/100/200/500/1000、Ni100/120/200/500/1000、LG-Ni1000、Cu10/50/100、电阻 150/300/600 Ω —
SB 1231 TC 1 AI J、K、T、E、R、S、B、N、C、TXK/XK(L)、±80 mV —
SB 1232 AQ 1 AO ±10VDC 或 0~20 mA 12 bit / 11 bit

3.3 通信板与电池板

型号 功能说明
CB 1241 RS485 通信板，用于 Modbus RTU / 自由口通信
BB 1297 电池板，用于系统时钟长期保持（掉电后时钟不丢失）

四、信号模块（SM）— 数字量

信号模块安装在 CPU 右侧导轨，用于大规模 IO 扩展。

4.1 数字量输入（SM 1221）

序号 规格
18 DI, 24V DC
216 DI, 24V DC

4.2 数字量输出（SM 1222）

序号 规格
1DQ 8x RLY（继电器）
2DQ 8x 24 VDC（晶体管）
3DQ 16x RLY（继电器）
4DQ 8x RLY（继电器）
5DO 16x 24 VDC（晶体管）

4.3 数字量输入/输出混合（SM 1223）

序号 规格
1DI 8x 24 VDC / DQ 8x RLY
2DI 8 / DQ 8 24 VDC
3DI 16x 24 VDC / DQ 16x RLY
4DI 16 / DQ 16 24 VDC
5DI 8 x 120/230 V AC / DQ 8 x relays

选型提示：
• RLY（继电器）：可接交流/直流负载，寿命长但响应慢（约 10 ms），不适合高频脉冲。
• 24 VDC（晶体管）：仅接直流负载，响应快（μs 级），支持高速脉冲输出。

五、信号模块（SM）— 模拟量

5.1 模拟量输入（SM 1231）

序号 规格
14 AI, 13 bit
28 AI, 13 bit
34 AI, 16 bit
44 AI, 16 bit TC（热电偶）
58 AI, 16 bit TC（热电偶）
64 AI, 16 bit RTD（热电阻）
78 AI, 16 bit RTD（热电阻）

5.2 模拟量输入/输出混合（SM 1234）

类型 规格
AI 4 AI, 13 bit, ±10V / ±5V / ±2.5V / 0~20 mA / 4~20 mA
AQ 2 AQ, 14 bit, ±10V / 0~20 mA / 4~20 mA

5.3 模拟量输出（SM 1232）

序号 规格
12 AQ, ±10V, 14 bit 或 0~20 / 4~20 mA, 13 bit
24 AQ, ±10V, 14 bit 或 0~20 / 4~20 mA, 13 bit

六、模拟量输入分辨率详解

6.1 什么是分辨率？

分辨率是 A/D（模拟/数字）转换芯片的转换精度，表示模拟信号被量化成多少个数字等级。

6.2 位宽与增量数的关系

分辨率 单极性增量数 说明
12 bit4096—
13 bit409613 位中 1 位为符号位，有效 12 位
14 bit16384—
16 bit65536精度最高

示例：模拟量输入模块分辨率为 13 位时，单极性测量值共有 4096 个增量。
精度每增加 1 位，增量数将增加一倍（翻倍）。

6.3 16 位 vs 13 位 位分布示意

位号 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
16 位 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1
13 位 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0

解读：13 位模块仅使用高 13 位有效数据，低 3 位（位 2、1、0）补 0，因此精度比 16 位低。

七、启动模式（Startup Mode）

S7-1200 CPU 上电后支持三种启动模式，可在 TIA Portal 的 "启动" 属性中设置：

启动模式 行为说明
不重新启动（暖启动） 保持上次运行状态，程序从断点继续（需配合保持性存储器）
暖启动 - 转到 RUN 上电后自动执行启动 OB（OB100），然后进入 RUN 模式，输出从 0 开始
冷启动 清除所有过程映像和非保持性数据，重新初始化并运行 OB100

建议：调试阶段常用 "暖启动 - 转到 RUN"；正式运行如需断电恢复，需配置保持性存储区。

八、故障诊断方法

8.1 本体诊断指示灯

LED 状态 含义
RUN 常亮（绿色） CPU 处于 RUN 模式
STOP 常亮（黄色） CPU 处于 STOP 模式
ERROR 闪烁（红色） 程序错误、访问非法地址或硬件故障
MAINT 常亮（黄色） 维护请求（如固件更新、存储卡问题）

8.2 TIA Portal 在线诊断

<
  1. 项目树 → 在线访问 → 双击"在线和诊断"
  2. 查看 "诊断状态"：
    • 模块状态（是否缺失、故障）
    • 通信状态（PROFINET 连接中断）
    • 程序错误（看门狗超时、除零、数组越界）
  3. 强制表 / 监控表：在线修改变量，快速定位逻辑问题。

8.3 常见故障速查

故障现象 可能原因 排查方法
输出点不亮 负载过大、晶体管损坏、程序未驱动 万用表量电压，检查 Q 点状态
模拟量读数为 0 接线反了、通道损坏、量程不匹配 检查 4~20 mA 极性，查看组态量程
高速计数不计数 接线未接高速输入点、滤波时间太长 确认使用 I0.0~I0.3，滤波设为 6.4 μs
时钟掉电丢失 超级电容耗尽、未装电池板 检查 BB 1297 电池板或更换 CPU

九、本章小结

知识点 核心记忆点
CPU 性能 布尔 0.08 μs，实数 2.3 μs，时钟保持 20 天
脉冲输出 最多 4 路，100 KHz 用 Qa.0~3，20 KHz 用 Qa.4 以后
SB 信号板 插 CPU 前面，不占导轨，适合少量高速 IO
SM 信号模块 插 CPU 右侧，分数字量（1221/1222/1223）和模拟量（1231/1232/1234）
分辨率 13 位 = 4096 增量，16 位 = 65536 增量，位越多越精细
启动模式 暖启动最常用，冷启动会清零非保持数据
故障诊断 先看 LED 灯，再上 TIA Portal 在线诊断，最后用万用表查接线

下一章预告：S7-1200 数据类型、存储区与寻址方式（I/Q/M/DB 详解）。

posted @ 2026-06-08 15:53  鬼门元歌  阅读(8)  评论(0)    收藏  举报