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PLC学习前置知识点汇集
- PLC自动化
- 2026-09-05
- 254人已阅读
PLC学习前置知识点汇集
***OB在拖拽调用FB时自动生成的DB会自动映射保存FB中的静态变量，为好维护可定义一个全局DB所有模块可访问***
***PLC的输入输出端口需要格外供电，有源输出本身带电，无源输出只是通断***
***继电器输出都只是通断，并不供电，需外部供电。晶体管(接直流-输出区分PNP还是NPN型》又分)与晶闸管(接交流，COM一般接零线，端口通过负载接火线)有源输出带电***
晶体管输出带不动大功率设备时可使用-》中间继电器-》设备
传感器NPN = 漏型（Sink，灌入电流，COM口接+24V，IO口常态0V）；传感器PNP = 源型（Source，流出电流，COM口接0V，IO口常态+24V），是否有电流通过IO作为是否有信号
不管是NPN还是PNP，只要传感器感应到物体（动作了），PLC程序里读到的就是“1”
无论NPN还是PNP传感器说白了就是通断信号,输入端口是外部传感器控制通断，输出端口是PLC控制通断
西门子全系普通晶体管出厂固定为 PNP‑源型输出，硬件不能切换成 NPN（漏型）
通俗解释（200‑SMART / S7‑1200 / S7‑1500）
1. 晶体管输出公共端子 1M 接 0V、1L + 接 DC24V 正极
2. Q 点导通之后，输出端子直接送出 +24V 高电平（标准 PNP 源型）
西门子直流输入是双向光耦，可以自由切换 NPN / PNP，只靠公共端子 1M 接线决定
OB主程序，FB功能块【可用静态变量】，FC函数块，DB存储块
***SCL代码内部写 VAR_TEMP / VAR_INPUT / VAR_OUTPUT / VAR_IN_OUT / VAR_STAT … END_VAR，1200 全部不支持，所有局部变量强制在块上方接口表格定义,Constant是常量都是用加#访问，用拖拽FC、FB到OB实现调用***
临时变量、输入变量、输出变量、常量直接在OB、FB、FC中的接口定义，PLC的变量是为了能方便访问I Q M存储区，DB是静态存储类似硬盘存储
开关电源超载时候尽量保持的最大输出电流，而不是电压
220V 市电本质是**电压源，目标是稳住 220V 不变**，**没有内置限流功能**
锂电池本身是电压源，不会自己限流；限流、过流保护全部来自 BMS 保护板。并且绝大多数普通 BMS ≠ 恒流限流。
理想电压源：输出电压强制不变，电流由外接负载决定
**老手经验**：坏板子十有八九是 "电源 + 电容 + 虚焊"，先扫这三样，能省一半时间
机械部分
PLC部分
电流流过电路，电能 100% 全部转换成热能，没有别的形式能量产出，就是纯电阻电路。 没有磁场储能、没有电场储能、不会产生机械能、不会产生反电动势
元件举例：
- 电炉丝、加热棒、白炽灯（老式钨丝灯）、水泥电阻、滑动变阻器
要获得小电压直流，先交流-》变低压交流-》整流-》滤波-》稳压
输出：
交流市电 → 整流桥之后出来叫**脉动直流（馒头波，含有很大纹波）**。
想要变成平稳稳压直流电，分两大路线：**线性稳压 (LDO)**、**开关稳压 (DC‑DC 降压)**。
## 完整流程总框图
交流电 AC →【整流桥】→ 脉动直流 →【大容量滤波电容】→ 未稳压直流（高压） → **稳压电路** → 纯净稳压直流输出
## 第一步：整流后先做一级滤波（必不可少）
整流桥输出，先并联**电解电容**，先把剧烈起伏的馒头波变成波纹较小的直流。
公式参考：
50Hz 全波整流，纹波频率 100Hz
电容经验：
- 电流 1A → 选 **1000μF‑2200μF**
- 电流 0.5A → 470‑1000μF
⚠️电容耐压必须＞整流之后的峰值电压。
例：AC220V 整流之后峰值≈311V，电容耐压至少选 **400V**。
经过电容滤波之后得到的电压：**空载≈√2× 交流有效值；带载后电压会下跌，随负载、电网波动** → 这就是**未稳压直流电压，还不能直接给芯片 / PLC 供电**。
# 方案一：线性稳压电源（LDO，78XX 系列，最简单）
适合：**压差小，电流不大，低发热，对纹波要求极高**
## 典型电路
整流→滤波电容 → **7805 /7812 /7824** →输出稳压直流
- 7805：输出固定 +5V
- 7812：输出固定 +12V
- 7824：输出固定 +24V
### 硬性条件（最重要）
输入电压必须比输出电压高 **2V‑3V 以上**
例：想要输出 12V，滤波后的直流输入至少≥15V。
### 优缺点
✅优点：电路简单，纹波极小，输出干净，干扰低
❌缺点：**多余电压全部变成热量烧掉，压差大的时候发热严重、效率很低**；不能升压，只能降压。
高压大电流场景绝对不要用线性稳压，散热扛不住。
### 可调线性稳压：LM317
可以通过电阻调节，输出任意稳压电压。
# 方案二：开关电源（DC‑DC 降压模块，工业最常用！）
也就是我们常说的**开关稳压**，PLC、触摸屏、伺服驱动器电源全部是这个原理。
整流滤波后的高压未稳压直流 → **开关降压芯片** →稳压低压直流。
## 两种形态
1. **成品隔离开关电源模块（最省事）**
AC220V 直接输入，直接输出 DC24V /12V /5V。
内部已经集成：整流桥 + 滤波 + 开关稳压全套电路，你外部不用自己搭整流。
例：明纬 LRS‑35‑24，AC85‑264V 进，稳定 DC24V 输出。
2. **非隔离 DC‑DC 降压板**
你已经自己完成整流滤波得到高压直流，再接降压模块，得到稳压低压。
✅优点：效率高 80‑95%，发热很小，允许很大输入压差，适合工业大功率供电。
❌缺点：会产生少量高频开关纹波干扰，需要输出端加小电容滤波。
# 方案三：如果你需要升压稳压
整流滤波后的电压太低，想要更高稳压直流 → **DC‑DC 升压模块（Boost）**
# 两个非常容易踩坑的误区
1. ❌「整流桥 + 大电容 = 稳压电源」**大电容只能平滑波纹，不能稳压！**
负载一变、市电一变，电压就上下浮动，绝对不能直接给 PLC、步进伺服驱动器供电。
2. 线性稳压压差过大，会瞬间发烫烧坏芯片。
比如整流滤波得到 DC30V，想转 DC5V，压差 25V，电流 1A，功耗 25W，7805 直接过热烧毁。**这种场景必须用开关电源**。
## 给你自动化项目的实战选型建议
如果你给 PLC / 触摸屏 / 步进伺服驱动器供电：
👉直接买成品**工业开关电源（AC220V‑DC24V）**，不要自己搭建整流 + 稳压电路，稳定性最高。
如果你是小电路板，自己做低压稳压：整流滤波 + LDO 线性稳压。
# 220V 交流电得到 5V 稳压直流两条正确路线
## 方案 A（最简单、工业首选，推荐）
**成品隔离开关电源模块 AC220V → DC5V**
买回来直接插 220V，输出稳定 5V。
不需要自己搭整流桥、滤波、稳压。
## 方案 B，自己分步搭建（不推荐新手）
220V AC → 工频降压变压器 (220V 转 9‑12V 交流) → 整流桥 → 电解电容滤波（得到约 12V 直流） →7805 →5V 稳压
恒压电源的使命**根本就不是维持功率不变**。
它的控制环路只盯着输出电压，芯片不停调整，让电压死死稳住 24V。
至于流出多少电流，电源完全不去管；电流大小，看负载电阻：`I=U/R`。
电流一变，P=U×I 自然跟着变，功率必然波动。
## 自来水类比再对应一遍
恒压电源 = 水压恒定供水系统
- 水压（电压）保持不变
- 水流大小（电流），由你水龙头开多大（负载电阻）决定
- 水泵最大供水能力（额定功率）只是上限，不会一直输出最大水量
# 一句话总结
普通 220V 转 24V 工业开关电源：
**不过载时恒定 →电压；
电流、实时输出功率，永远不恒定；
铭牌额定功率只是最大上限，不是运行时恒定输出的值。**
# 个非常容易踩的思维误区
❌错误想法：24V 电源接很小电阻，电流会变得无限大
✅真相：电源不会无限输出电流。一旦电流触碰到上限，电源放弃维持 24V，电压下降。电流被钳住，不会无限飙升
直流电机
- U：电源电压
- E：反电动势（机械能对应的电压）
- R：线圈铜线直流电阻
- I：回路电流
单相交流电‑非纯电阻（线圈、变压器、交流电机）
三相交流电机（工业伺服、异步电机，最常用）
非线性负载
西门子 PLC 的晶体管输出（DQ，数字量输出）基本都是 **24 V DC 开关型**，核心参数是**每点电流**，功率 = 24 V × 电流。
## 关键约束（比单点功率更重要）
1. **每组总电流受限**：晶体管输出通常按 "组" 划分，每组（4 点或 8 点共用公共端）总电流一般不超过 **4 A**，8 个点同时满负载会超限。
2. **模块总功耗**：模块自身有功耗上限，所有点加起来的总输出电流不能超过模块额定值（常见 4A / 模块或 8A / 模块）。
3. **只能驱动 DC 负载**：晶体管输出是**纯直流开关**，不能接 AC 220V；需要接交流负载必须选**继电器输出**模块或加中间继电器。
4. **感性负载要加续流二极管**：驱动电磁阀、继电器线圈时，必须反向并联续流二极管，否则关断瞬间的反电动势会击穿晶体管。
## 实际选型建议
- 驱动**小型电磁阀、中间继电器、指示灯** → 晶体管输出直接够用（12 W）。
- 驱动**电机、大功率负载、交流设备** → 晶体管输出点接**中间继电器**或**接触器**，由后者去带大功率负载。
- 需要**高速脉冲输出（PTO/PWM，控制伺服 / 步进）** → 选专用的高速输出点或工艺模块，普通 DQ 点不适合高频开关。
一句话总结：西门子晶体管输出每点标准是 **24V / 0.5A / 12W**，比 Arduino 强 100 倍以上，但仍然是**开关量信号级**，不是功率驱动级，大功率负载必须加继电器 / 接触器扩流。
## 1、核心参数
- **额定电压**：单相 **220V**（有效值）
- **频率**：**50 Hz**（Hz（赫兹）= 每秒变化的次数，一个周期耗时：T=1/f=1/50=0.02秒）
- **相数**：居民用电：**单相交流电**；工业动力：**三相交流电 380V**
三相线电压 380V，相电压 220V。
## 2、详细指标（国标 GB/T 156‑2017）
### 电压允许偏差
1. 220V 单相居民供电：**±10%**
正常范围：**198V ～ 242V**
2. 三相 380V 工业：电压偏差 ±7%
### 波形
- 理想波形：**正弦波**
- 实际电网含有少量谐波
补充：美国 / 日本市电常见 110V‑60Hz，和国内不能直接通用。
## 通俗例子
1. 家里灯泡：电流每秒来回换向 50 次，灯光其实每秒闪烁 100 次（一亮一暗），人眼察觉不到；
2. 电机、冰箱、风扇转速和频率挂钩：国内电机按 50Hz 设计；拿到 60Hz（美日）电网转速会变快。
简单记：**频率越高，电压来回变化越快**。
交流电正弦波是**一直在变化**的：0 → + 峰值 → 0 → ‑峰值 → 0，不停波动。
**220V 不是瞬时的电压，是【有效值】。**
市电正弦波峰值（最高点电压）并不是 220V
也就是说家里插座电压一瞬间最高能冲到 **311V**，最低‑311V。
电压每时每刻都在变，你没法拿一个 “瞬时电压” 当做电器标称电压。
## 有效值是什么（最通俗解释）
**交流电有效值 = 和它产生同等发热效果的直流电压**
举例子：
把交流电和 220V 直流电，分别接到同一个电阻上。
如果相同时间内，电阻发出来热量一模一样，那这个交流电的有效值就是 220V。
**380V 同样也是有效值！**
相电压有效值 = 220V
线电压有效值 = 220×√3≈380V
它的峰值：
正弦波电压时刻都在波动，220V 是等效直流效果的有效值，是一个代表这路交流电 “强度” 的固定标称数值。
以50Hz 电机接到 60Hz 电源
## 纯电阻负载（电炉丝、白炽灯、电热水器）
👉 **几乎不受频率影响**
## 异步交流电机（风扇、洗衣机、空压机、三相电机）⭐影响最大
**电机同步转速公式：**
- n：转速 (r/min)
- f：电源频率
- p：电机磁极对数（固定不变）
举例子：2 极电机 (p=1)
- 50Hz：转速 = (60×50)/1 = **3000 转 / 分钟**
- 60Hz：转速 = (60×60)/1 = **3600 转 / 分钟**
### 后果
1. 50Hz 电机接到 60Hz 电源：**转速直接变快 20%**
- 风扇吹得更猛；水泵流量变大
- 电机发热增加，轴承磨损加剧，寿命缩短，甚至过载烧坏
2. 60Hz 电机接到 50Hz 电源：转速变慢 20%，出力不足
这就是为什么国内 50Hz 电器不能直接插美国 60Hz 插座。
## 电感类设备（变压器、线圈、电抗器）
电感的**感抗（阻碍交流电的阻力）**
L= 线圈电感值（固定）；f= 频率
👉 **频率越高，线圈阻碍电流的能力越大**
举例：一个 50Hz 设计的变压器，接上 60Hz，电压不变：
- 感抗上升 → 空载电流变小，铁芯发热反而减轻
反过来 60Hz 变压器接到 50Hz 电网：
感抗下降 → 励磁电流猛增，铁芯严重过热，很容易烧变压器。
## 电容负载
容抗公式：
👉频率越高 → 电容对电流阻碍越小，电流变大。
## 开关电源（手机充电器、笔记本电源）
现在宽电压适配器：标注 100‑240V 50/60Hz
👉**几乎不受频率影响**
电源内部先把交流电整流变成直流电，之后和输入频率没关系。
# 一句话直观理解表象
频率就是**电压来回摆动的快慢**。
对电阻看不见区别；
对电机最直观：**频率越高，电机转得越快**。
## 定义
- **上拉电阻**：电阻一端 → **VCC (电源正极)**，另一端 → **单片机 / 芯片 IO 引脚**
- **下拉电阻**：电阻一端 → **GND (地，0V)**，另一端 → **单片机 / 芯片 IO 引脚**
通俗：上拉电阻是一端接电源正，下拉电阻是一端接地
## 它到底干什么（最通俗解释）
芯片 IO 有一种状态叫**高阻态（浮空 / 悬空）**
浮空的时候引脚既没有接电源也没有接地，电压飘忽不定，容易受干扰，电平乱跳。
- **上拉电阻：把悬空引脚 “拉向高电平”**
当外部开关断开，没有信号输入时，引脚默认是高电平；
开关按下接地，才变成低电平。
- **下拉电阻：把悬空引脚 “拉向低电平”**
外部开关断开时，引脚默认低电平；
开关接到电源，才变成高电平。
## 举一个最经典按键例子
### 按键 + 上拉电阻
- IO 引脚 <──上拉电阻──5V
- IO 引脚 <──按键──GND
- 按键松开：上拉把引脚拉到 5V（高电平）
- 按键按下：引脚直接接地 → 0V（低电平）
### 按键 + 下拉电阻
- IO 引脚 <──下拉电阻──GND
- IO 引脚 <──按键──5V
- 按键松开：引脚 0V（低电平）
- 按键按下：引脚 5V（高电平）
## 阻值为什么经常选 4.7k‑10k？（经验值）
不能太小，比如 100Ω 上拉：
按键按下的时候，5V 经过 100Ω 直接流到地，**电流很大，耗电发热**
不能太大，比如 1MΩ：
电阻太大，“拉力” 太弱，抗干扰差，电平容易飘。
4.7k~10k 就是平衡功耗与抗干扰的黄金区间。