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更新時間：2025-06-14
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| 可編程控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)過程，它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系就是通過輸入輸出(I/O)模塊實(shí)現(xiàn)的，I/O模塊是可編程控制器與生產(chǎn)現(xiàn)場相聯(lián)系的橋梁。 輸入模塊用來接收和采集輸入信號，輸入信號有兩類：一類是由按鈕開關(guān)、行程開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等提供的開關(guān)量輸入信號；另一類是從電位器、熱電、測速電機(jī)、各種變送器送來的連續(xù)變化的模擬量輸入信號。輸入模塊還需要將這些不同的電平信號轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的數(shù)字信號。 輸出模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行部件能接收的信號，用來控制接觸器、電磁閥、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等，控制的另一類負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯示器和報警裝置等。 為提高抗干擾能力，一般的輸入/輸出單元都有光電隔離裝置。在數(shù)字量I/O模塊中廣泛采用由發(fā)光二極管和光電三極管組成的光電耦合器，在模擬量I/O模塊中通常采用隔離放大器。 (1)開關(guān)量I/O模塊的外部接線方式。開關(guān)量I/O模塊輸入信號只有接通和斷開兩種狀態(tài)。各輸入/輸出點(diǎn)的通/斷狀態(tài)用發(fā)光二極管顯示，外部接線一般接在模塊面板的接線端子上。某些模塊使用可拆裝的插座式端子排，不需斷開端子板上的外部接線，即可迅速地更換模塊。 開關(guān)量I/O模塊的點(diǎn)數(shù)一般是2的n次方，如4、8、16點(diǎn)。 開關(guān)量I/O模塊的外部接線方式有匯點(diǎn)式、分組式和分隔式，如圖1所示。 圖1 I/O模塊外部接線方式(a)匯點(diǎn)式；(b)分組式；(c)分隔式 匯點(diǎn)式模塊的所有輸入/輸出電路只有一個公共點(diǎn)，所有輸入/輸出點(diǎn)共用一個電源。 分組式模塊的輸入/輸出點(diǎn)分為若干組，每一組的各輸入/輸出電路有一個公共點(diǎn)，它們共用一個電源。各組之間是隔開的，可分別使用不同的電源。 分隔式模塊的各輸入/輸出點(diǎn)之間相互隔離，每一輸入/輸出點(diǎn)可使用單獨(dú)的電源，如將它們的COM端連接起來，這幾個點(diǎn)就可以使用同一電源。 (2)輸入接口電路。plc的一大優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)。在PLC的輸入端，所有的輸入信號都是經(jīng)過光電耦合并經(jīng)RC電路濾波后才送入PLC內(nèi)部放大器的。采用光電耦合和RC濾波措施后能有效地消除環(huán)境中雜散電磁波等造成的干擾，而且光耦的輸入/輸出具有很高的絕緣電阻，能承受1500V以上的高壓而不被擊穿，所以PLC的這種抗干擾手段已為其他電路所采用。 圖3-3所示為直流輸入接口電路，PLC內(nèi)部提供直流電源。當(dāng)輸入開關(guān)接通時，光電耦合導(dǎo)通，由裝在PLC面板上的發(fā)光二極管(LED)來顯示某一輸入端口（圖中只畫了一個端口）有信號輸入。 圖2 直流輸入接口電路 圖3所示為交/直流輸入接口電路。其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)與直流輸入接口電路基本相同，不同之處在于交/直流電源外接。 圖3 交/直流輸入接口電路 (3)輸出接口電路。可編程控制器的輸出方式按負(fù)載使用電源（即用戶電源）來分，有直流輸出、交流輸出和交/直流輸出三種方式。按輸出開關(guān)器件的種類來分，有晶體管、晶閘管和繼電器三種輸出方式。輸出電流典型值為0. 5～2A，負(fù)載電源由外部現(xiàn)場提供。 繼電器輸出型是利用繼電器線圈與輸出觸點(diǎn)，將PLC內(nèi)部電路與外部負(fù)載電路進(jìn)行電氣隔離，其接口電路如圖3-5所示。它既可帶直流也可帶交流負(fù)載，電源由用戶提供，繼電器同時起隔離和功率放大作用，每一路只提供一對動合觸點(diǎn)。 圖4 繼電器輸出接口電路 晶閘管輸出型采用光控晶閘管，將PLC的內(nèi)部電路與外部負(fù)載電路進(jìn)行電氣隔離，只能帶交流負(fù)載（屬于交流輸出方式），交流電源由用戶提供．其接口電路如圖5所示。 圖5 晶閘管輸出接口電路 晶體管輸出型采用光電耦合將PLC內(nèi)部電路與輸出晶體管進(jìn)行隔離，只能帶直流負(fù)載，直流電源由用戶提供，其接口電路如圖6所示。 圖6 晶體管輸出接口電路 (4)特殊功能模塊（功能模塊或智能模塊）。隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，為了增強(qiáng)可編程控制器的功能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，生產(chǎn)廠家開發(fā)了許多供用戶選用的特殊功能模塊。 1)模擬量輸入輸出模塊。模擬量的輸入在過程控制中應(yīng)用很廣泛，如溫度、壓力、流量、位移等工業(yè)檢測都是對應(yīng)電壓、電流大小的模擬量。模擬量經(jīng)傳感器或變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號，輸入模塊用A/D轉(zhuǎn)換器將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給CPU進(jìn)行處理。因此，模擬量輸入模塊又叫A/D轉(zhuǎn)換輸入模塊。 模擬量的輸出模塊是將CPU處理后的二進(jìn)制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因此，模擬量輸出模塊又叫D/A轉(zhuǎn)換輸出模塊。 小型可編程控制器往往沒有模擬量I/O模塊，或者只有通道數(shù)有限的8位A/D、D/A模塊。大中型可編程控制器可以配置成百上千個模擬量通道，它們的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器是12位的。模擬量I/O模塊的輸入、輸出信號可以是電壓或電流，可以是單極性的如0～5V、0～10V、1～5V、4～20mA，也可以是雙極性的如±5V、±10V和±20mA，模塊一般可輸入多種量程的電流或電壓。 2)高速計(jì)數(shù)模塊。高速計(jì)數(shù)模塊是工業(yè)控制中常用的智能模塊之一，它可以把過程控制變量（如位置信號、速度值、流量值累計(jì)等），送入可編程控制器。這些參量的變化速度很快，脈沖寬度小于可編程控制器掃描周期，按正常掃描輸入/輸出信號來處理會丟失部分參量。因此，使用脫離可編程控制器而獨(dú)立計(jì)數(shù)的高速計(jì)數(shù)器對這些參量進(jìn)行計(jì)數(shù)。高速計(jì)數(shù)模塊可對幾十kHz甚至上MHz的脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值等于或大于預(yù)置值時，輸出被驅(qū)動（這一過程與可編程控制器的掃描過程無關(guān)，可保證負(fù)載被及時驅(qū)動）， 3) PID過程控制模塊。比例/積分/微分(PID)控制模塊是實(shí)現(xiàn)對連續(xù)變化的模擬量閉環(huán)控制的智能模塊，可將PID模塊看作一個過程調(diào)節(jié)器。在PID模塊上有輸入/輸出接口和進(jìn)行閉環(huán)控制運(yùn)算的CPU，模塊一般可以控制多個閉環(huán)。 4)運(yùn)動控制模塊。運(yùn)動控制模塊通過輸出脈沖控制位置移動量和移動速度，可分為單坐標(biāo)控制和雙坐標(biāo)控制，雙坐標(biāo)控制可實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)運(yùn)動協(xié)調(diào)，這實(shí)際上是通過可編程控制器運(yùn)動控制模塊實(shí)現(xiàn)的數(shù)控技術(shù)。 5)中斷輸入模塊與快速響應(yīng)模塊。中斷輸入模塊適用于快速響應(yīng)的控制系統(tǒng)。接收到中斷輸入信號后，暫停正在運(yùn)行的主程序，轉(zhuǎn)而執(zhí)行中斷程序，執(zhí)行完后返回，繼續(xù)執(zhí)行主程序。 快速響應(yīng)模塊的功能與通用的開關(guān)量I/O模塊功能相似。主要區(qū)別是在相同條件下，快速響應(yīng)模塊能將輸入量的變化較快地反映在輸出量上。可編程控制器的輸入量與輸出量之間存在因掃描工作方式引起的延遲（輸入量的變化一般要在一個掃描周期后才能反映在輸出上），這種延遲長可達(dá)兩個掃描周期。用快速響應(yīng)模塊可實(shí)現(xiàn)快速輸入/輸出控制，模塊輸出響應(yīng)的延遲僅僅受電路中的硬件影響，不受可編程控制器掃描周期的影響。 6)通信模塊。可編程控制器的通信模塊相當(dāng)于局域網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)接口，通過通信模塊數(shù)據(jù)總線和可編程控制器的主機(jī)連接，用硬件和軟件一起來實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議。可編程控制器的通信模塊一般配有幾種接口，可以通過通信模塊上的選擇開關(guān)進(jìn)行接口選擇，實(shí)現(xiàn)與別的可編程控制器、智能控制設(shè)備或 |
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