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時間：2023-03-14

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PLC的I/O模塊

I/O接口是PLC與外界連接的接口。PLC通過輸入模塊把控制現(xiàn)場的狀態(tài)、信息讀入主機，通過輸出模塊把經(jīng)用戶程序的運算與決策所得的操作輸出給執(zhí)行機構。輸入模塊用于將控制現(xiàn)場輸入信號變換成CPU 能接受的信號,并對其進行濾波、電平轉換、隔離、放大等。輸入接口用來接收和采集兩種類型的輸入信號:一類是由按鈕、選擇開關、行程開關、繼電器觸點、接近開關、光電開關、數(shù)字撥碼開關等來的開關量輸入信號；另一類是由電位器、測速發(fā)電機和各種變送器等來的模擬量輸入信號。輸出模塊用于將CPU的決策輸出信號變換成驅動控制對象執(zhí)行機構的控制信號(含開關量或模擬量)，執(zhí)行元件如，接觸器、電磁閥、指示燈、調節(jié)閥(模擬量)、調速裝置(模擬量)等，并對輸出信號進行功率放大、隔離PLC內部電路和外部執(zhí)行元件等。

I/O模塊一般包括:數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊。I/O模塊的類型還可按操作電平、驅動能力和各種用途來區(qū)分。如按用途來區(qū)分，I/O模塊還包括:數(shù)據(jù)傳送/校驗、串/并行轉換、電平轉換、電氣隔離、A/D轉換、D/A轉換以及其他功能模塊等。輸出模塊通常有3種形式:繼電器式、晶體管式和晶閘管式。

下面就各種模塊分別加以介紹。

l)直流(DV)輸入模塊

直流輸入模塊的電路原理如圖2-2所示。圖中:R1為限流電阻；R2和C構成濾波電路，可以濾掉輸入信號的諧波；VL為輸入指示燈；VLC為光電耦合器。輸入模塊的外接直流電源性可以任意選擇。

圖2-2直流輸入模塊的電路原理圖

直流輸入模塊的工作原理:當輸入開關閉合時，經(jīng)R1、VLC的發(fā)光二管、輸入指示燈VL構成通路。輸入指示燈VL亮，表示該路輸入的開關量狀態(tài)為ON。輸入信號經(jīng)光電耦合器VLC隔離后，再經(jīng)濾波器濾波，轉換成5V電平的直流輸入信號，經(jīng)輸入選擇器與CPU總線相連，將外部輸入開關的狀態(tài)ON的代碼“1”輸入PLC內部。

當輸入開關斷開時，經(jīng)R1、VLC的發(fā)光二管、輸入指示燈VL沒有構成通路，輸入指示燈VL不亮，表示該路輸入的開關量狀態(tài)為 OFF。當然，輸入選擇器的輸入端電平為 0V，經(jīng)輸入選擇器與CPU總線相連，將外部輸入開關的狀態(tài)OFF的代碼“0”輸入PLC內部。圖2-2是直流開關量輸入模塊兩路輸入信號的電路原理圖，其他各路輸入信號的原理圖與其相同。各輸入信號回路有一個公共點(圖中的M點)的輸入模塊，稱為匯點式輸入模塊。各輸入信號回路相互獨立的輸入模塊稱為分隔式輸入模塊。

有的輸入模塊不需要外部電源，稱為無源式輸入模塊。無源式輸入模塊的電路原理圖及內部參數(shù)與直流模塊相同，只不過其電源采用的是CPU的內部直流電源。

2)交流(AV)輸入模塊

交流輸入模塊的電路原理如圖2-3所示。圖中:R1為取樣電阻，同時具有吸收浪涌的作用:C為電容器，具有隔離直流而接通交流的作用；R2、R3對交流電壓起到分壓作用:VL為輸入指示燈，指示燈VL亮，表示該路輸入的開關量的狀態(tài)為ON；VLC為光電耦合器。

圖2-3交流輸入模塊的電路原理圖

交流輸入模塊的工作原理:當輸入開關閉合時,光電耦合器VLC的發(fā)光二管導通這時光電耦合器VLC的光敏晶體管導通。輸入信號經(jīng)VLC隔離后，再經(jīng)濾波器濾波，轉換成5V電平的直流輸入信號，經(jīng)輸入選擇器與CPU 總線相連，將外部輸入開關的狀態(tài) ON 的代碼“1”輸入至PLC內部。當輸入開關斷開時，光電耦合器VLC的發(fā)光二管不發(fā)光，這時光電耦合器VILC的晶體管截止。輸入信號經(jīng)VLC隔離后，再經(jīng)濾波器濾波，轉換成0V電平的直流輸入信號，經(jīng)輸入選擇器與CPU總線相連，將外部輸入開關的狀態(tài)OFF的代碼“0”輸入至PLC內部。

3)直流輸出模塊

直流輸出模塊電路原理如圖2-4所示。直流輸出模塊的輸出電路采用晶體管驅動，所以，也叫晶體管輸出模塊。其輸出方式一般為集電輸出，外加直流負載電源。其帶負載的能力一般每一個輸出點為0.75A左右。因為晶體管輸出模塊為無觸點輸出模塊，所以，使用壽命比較長。

直流輸出模塊的工作原理:當CPU 根據(jù)用戶程序的運算把輸出信號送入PLC的輸出映像區(qū)后，通過內部總線把輸出信號送到輸出鎖存器中。輸出鎖存器的對應位為“1”時，其對應的晶體管V導通，發(fā)光二管VL發(fā)光。其中發(fā)光二管VL指示該位的輸出為ON狀態(tài)，晶體管V則把負載L和電源連通起來，使得負載L獲得電流。輸出鎖存器的對應位為“0”時，其對應的晶體管V截止，發(fā)光二管VL不導通。其中發(fā)光二管VL不發(fā)光指示該位的輸出為 OFF狀態(tài)，晶體管V截止則把負載L和電源隔斷，使得負載L不會獲得電流。當晶體管V由導通變?yōu)榻刂箷r，如果負載中含有電感的話，電感中的磁場能量的釋放是通過續(xù)流二管VD1來完成的。

4)交流輸出模塊

交流輸出模塊的電路原理如圖2-5所示。交流輸出模塊的輸出電路是采用光控雙向硅開關驅動的，所以，又叫雙向二管、晶閘管輸出模塊。該模塊需要外部電源，帶負載的能力一般為1A左右，不同型號的交流輸出模塊的外加電壓和帶負載的能力有所不同。晶閘管輸出模塊為無觸點輸出模塊，使用壽命較長。

圖2-5交流輸出模塊的電路原理圖

交流輸出模塊的工作原理:當CPU 根據(jù)用戶程序的運算把輸出信號送入PLC的輸出映像區(qū)后，通過內部總線把輸出信號送到輸出鎖存器中。輸出鎖存器的對應位為“1”時，其對應的光電耦合器VLC中晶閘管導通，發(fā)光二管VL發(fā)光。其中發(fā)光二管VL指示該位的輸出為ON狀態(tài),光電耦合器VLC中晶閘管則把負載L和電源連通起來，使得負載L獲得電流。輸出鎖存器的對應位為“0”時，其對應的光電耦合器VLC中晶閘管阻斷，發(fā)光二管VL不導通。其中發(fā)光二管VL不發(fā)光，指示該位的輸出為OFF狀態(tài)，光電耦合器VLC中晶閘管阻斷則把負載L和電源隔斷，使得負載L不會獲得電流。當晶閘管由導通變?yōu)樽钄鄷r，如果負載中含有電感的話，電感中的磁場能量的釋放是通過阻容吸收電路R3、C和壓敏電阻RV吸收的。

5)繼電器輸出模塊

繼電器輸出模塊的電路原理圖如圖2-6所示。該輸出模塊的輸出驅動電路是繼電器。繼電器的常開觸點的接通或斷開把負載和負載電源接通或斷開,使負載可以得電或失電。外接的負載電源可以是直流，也可以是交流。繼電器是有觸點的器件，它的帶負載能力比較強，一般在2A左右。而開關的壽命相對于無觸點器件要短一些，一般為5萬次左右。開關動作的頻率也相應地低一些，一般為10Hz以下。

圖2-6繼電器輸出模塊的電路原理圖

繼電器輸出模塊的工作原理:當CPU根據(jù)用戶程序的運算把輸出信號送入PLC的輸出映像區(qū)后,通過內部總線把輸出信號送到輸出鎖存器中。輸出鎖存器的對應位為“1”時，其對應的繼電器K1的線圈帶電發(fā)光，二管VL發(fā)光。其中發(fā)光二管VL發(fā)光指示該位的輸出為ON狀態(tài)，繼電器K1的觸點則把負載L和電源連通起來，使得負載L獲得電流。輸出鎖存器的對應位為“0”時，其對應的繼電器K1的線圈不帶電，發(fā)光二管VL不導通。其中發(fā)光二管VL不發(fā)光指示該位的輸出為 OFF狀態(tài)，繼電器K1的觸點則把負載L和電源隔斷，使得負載L不會獲得電流。

6)模擬量輸入模塊

模擬量輸入模塊(A/D模塊)是把模擬信號轉換成PLC的CPU可以接收的數(shù)字量。模擬量輸入模塊，一般輸入模擬信號都為標準的傳感器信號。模擬量輸入模塊把模擬信號轉換成數(shù)字信號，一般多為12位二進制數(shù)，也有比12位高的或比12位低的。應該說數(shù)字量位數(shù)越多的模塊，分辨率就越高。

7)模擬量輸出模塊

模擬量輸出模塊(D/A模塊)是把PLC的CPU送往模擬量輸出模塊的數(shù)字量轉換成外部設備可以接收的模擬量(電壓或電流)。模擬量輸出模塊，一般輸出模擬信號都為標準的傳感器信號。模擬量輸出模塊所接收的數(shù)字信號，一般多為12位二進制數(shù)，也有比12位高的或比12位低的。同樣數(shù)字量位數(shù)越多的模塊，分辨率就越高。

8)擴展接口模塊

擴展接口模塊用于將擴展單元與基本單元相連,使PLC的配置加靈活。一般來說,

擴展接口模塊可以分為兩種:一種是近程擴展接口；另一種是遠程擴展接口。近程擴展

接口是為了擴大PLC的控制規(guī)模；遠程擴展接口是為了增大PLC的控制距離。

9)通信接口模塊

為了實現(xiàn)“人一機”或“機一機”之間的對話，PLC配有多種通信接口。隨著科學技術的發(fā)展，PLC的功能也在不斷地增強。PLC通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機、其他的 PLC或計算機相連。

當PLC與打印機相連時，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打??；當與監(jiān)視器(CRT)相連時，可將過程圖像顯示出來；當與其他PLC相連時，可以組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡，實現(xiàn)大規(guī)模的控制當與計算機相連時，可以組成多級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結合的綜合系統(tǒng)。一臺計算機和一臺 PLC或多臺PLC組成點對點通信網(wǎng)絡或多點通信網(wǎng)絡。大型控制工程，往往采取多臺PLC組成的通信網(wǎng)絡來完成。

PLC在使用時，應正確地選擇和使用各種接口模塊。根據(jù)不同的要求，選用不同的輸入模塊和輸出模塊。

如果輸入信號有多種類型，就應該根據(jù)點數(shù)多少選用不同類型、不同結構的輸入模塊。如果只能選一個輸入模塊，則應選擇分隔式輸入模塊。如果所有輸入信號都是一種類型時，可以選擇匯點式輸入模塊。如果需要大電流輸出，則應選擇繼電器型或晶閘管型。一般型號為 DC 24V/AC 220V、2A電流。如果電路需要快速開斷或頻繁地動作，則應選擇用晶體管型或晶閘管型。

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