PLC的输入/输出(I/O)模块

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可编程控制器是一种工业控制计算机系统，它的控制对象是工业生产过程，它与工业生产过程的联系就是通过输入输出(I/O)模块实现的，I/O模块是可编程控制器与生产现场相联系的桥梁。
输入模块用来接收和采集输入信号，输入信号有两类：一类是由按钮开关、行程开关、数字拨码开关、接近开关、光电开关、压力继电器等提供的开关量输入信号；另一类是从电位器、热电、测速电机、各种变送器送来的连续变化的模拟量输入信号。输入模块还需要将这些不同的电平信号转换成CPU能够接收和处理的数字信号。
输出模块的作用是接收中央处理器处理过的数字信号，并把它转换成现场执行部件能接收的信号，用来控制接触器、电磁阀、调节阀、调速装置等，控制的另一类负载是指示灯、数字显示器和报警装置等。
为提高抗干扰能力，一般的输入/输出单元都有光电隔离装置。在数字量I/O模块中广泛采用由发光二极管和光电三极管组成的光电耦合器，在模拟量I/O模块中通常采用隔离放大器。
(1)开关量I/O模块的外部接线方式。开关量I/O模块输入信号只有接通和断开两种状态。各输入/输出点的通/断状态用发光二极管显示，外部接线一般接在模块面板的接线端子上。某些模块使用可拆装的插座式端子排，不需断开端子板上的外部接线，即可迅速地更换模块。
开关量I/O模块的点数一般是2的n次方，如4、8、16点。
开关量I/O模块的外部接线方式有汇点式、分组式和分隔式，如图1所示。

图1 I/O模块外部接线方式(a)汇点式；(b)分组式；(c)分隔式
汇点式模块的所有输入/输出电路只有一个公共点，所有输入/输出点共用一个电源。
分组式模块的输入/输出点分为若干组，每一组的各输入/输出电路有一个公共点，它们共用一个电源。各组之间是隔开的，可分别使用不同的电源。
分隔式模块的各输入/输出点之间相互隔离，每一输入/输出点可使用单独的电源，如将它们的COM端连接起来，这几个点就可以使用同一电源。
(2)输入接口电路。plc的一大优点是抗干扰能力强。在PLC的输入端，所有的输入信号都是经过光电耦合并经RC电路滤波后才送入PLC内部放大器的。采用光电耦合和RC滤波措施后能有效地消除环境中杂散电磁波等造成的干扰，而且光耦的输入/输出具有很高的绝缘电阻，能承受1500V以上的高压而不被击穿，所以PLC的这种抗干扰手段已为其他电路所采用。
图3-3所示为直流输入接口电路，PLC内部提供直流电源。当输入开关接通时，光电耦合导通，由装在PLC面板上的发光二极管(LED)来显示某一输入端口（图中只画了一个端口）有信号输入。

图2 直流输入接口电路
图3所示为交/直流输入接口电路。其内部电路结构与直流输入接口电路基本相同，不同之处在于交/直流电源外接。

图3 交/直流输入接口电路
(3)输出接口电路。可编程控制器的输出方式按负载使用电源（即用户电源）来分，有直流输出、交流输出和交/直流输出三种方式。按输出开关器件的种类来分，有晶体管、晶闸管和继电器三种输出方式。输出电流典型值为0. 5～2A，负载电源由外部现场提供。
继电器输出型是利用继电器线圈与输出触点，将PLC内部电路与外部负载电路进行电气隔离，其接口电路如图3-5所示。它既可带直流也可带交流负载，电源由用户提供，继电器同时起隔离和功率放大作用，每一路只提供一对动合触点。

图4 继电器输出接口电路
晶闸管输出型采用光控晶闸管，将PLC的内部电路与外部负载电路进行电气隔离，只能带交流负载（属于交流输出方式），交流电源由用户提供．其接口电路如图5所示。

图5 晶闸管输出接口电路
晶体管输出型采用光电耦合将PLC内部电路与输出晶体管进行隔离，只能带直流负载，直流电源由用户提供，其接口电路如图6所示。

图6 晶体管输出接口电路
(4)特殊功能模块（功能模块或智能模块）。随着可编程控制器在工业控制中的广泛应用和发展，为了增强可编程控制器的功能，扩大其应用范围，生产厂家开发了许多供用户选用的特殊功能模块。
1)模拟量输入输出模块。模拟量的输入在过程控制中应用很广泛，如温度、压力、流量、位移等工业检测都是对应电压、电流大小的模拟量。模拟量经传感器或变送器转换为标准信号，输入模块用A/D转换器将它们转换成数字量送给CPU进行处理。因此，模拟量输入模块又叫A/D转换输入模块。
模拟量的输出模块是将CPU处理后的二进制数字信号转换为模拟电压或电流，再去控制执行机构。因此，模拟量输出模块又叫D/A转换输出模块。
小型可编程控制器往往没有模拟量I/O模块，或者只有通道数有限的8位A/D、D/A模块。大中型可编程控制器可以配置成百上千个模拟量通道，它们的A/D、D/A转换器是12位的。模拟量I/O模块的输入、输出信号可以是电压或电流，可以是单极性的如0～5V、0～10V、1～5V、4～20mA，也可以是双极性的如±5V、±10V和±20mA，模块一般可输入多种量程的电流或电压。
2)高速计数模块。高速计数模块是工业控制中常用的智能模块之一，它可以把过程控制变量（如位置信号、速度值、流量值累计等），送入可编程控制器。这些参量的变化速度很快，脉冲宽度小于可编程控制器扫描周期，按正常扫描输入/输出信号来处理会丢失部分参量。因此，使用脱离可编程控制器而独立计数的高速计数器对这些参量进行计数。高速计数模块可对几十kHz甚至上MHz的脉冲计数，当计数器的当前值等于或大于预置值时，输出被驱动（这一过程与可编程控制器的扫描过程无关，可保证负载被及时驱动），
3) PID过程控制模块。比例/积分/微分(PID)控制模块是实现对连续变化的模拟量闭环控制的智能模块，可将PID模块看作一个过程调节器。在PID模块上有输入/输出接口和进行闭环控制运算的CPU，模块一般可以控制多个闭环。
4)运动控制模块。运动控制模块通过输出脉冲控制位置移动量和移动速度，可分为单坐标控制和双坐标控制，双坐标控制可实现两坐标运动协调，这实际上是通过可编程控制器运动控制模块实现的数控技术。
5)中断输入模块与快速响应模块。中断输入模块适用于快速响应的控制系统。接收到中断输入信号后，暂停正在运行的主程序，转而执行中断程序，执行完后返回，继续执行主程序。
快速响应模块的功能与通用的开关量I/O模块功能相似。主要区别是在相同条件下，快速响应模块能将输入量的变化较快地反映在输出量上。可编程控制器的输入量与输出量之间存在因扫描工作方式引起的延迟（输入量的变化一般要在一个扫描周期后才能反映在输出上），这种延迟最长可达两个扫描周期。用快速响应模块可实现快速输入/输出控制，模块输出响应的延迟仅仅受电路中的硬件影响，不受可编程控制器扫描周期的影响。
6)通信模块。可编程控制器的通信模块相当于局域网中的网络接口，通过通信模块数据总线和可编程控制器的主机连接，用硬件和软件一起来实现通信协议。可编程控制器的通信模块一般配有几种接口，可以通过通信模块上的选择开关进行接口选择，实现与别的可编程控制器、智能控制设备或计算机之间的通信。

王栋春

PLC可以简单理解为一个受控的电气配电点

zhuanglei413

好好好好！！！谢谢楼主分享！学习了！

kid711

初学拜读，谢谢 啦！！！

秀才

不错，感谢楼主分享。。。

simonjobs007

不错不错，好贴，感谢分享