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| 可編程控制器是一種工業(yè)控制計算機系統(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,、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模塊的點數(shù)一般是2的n次方,，如4,、8、16點,。 開關(guān)量I/O模塊的外部接線方式有匯點式,、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)匯點式,；(b)分組式；(c)分隔式 匯點式模塊的所有輸入/輸出電路只有一個公共點,，所有輸入/輸出點共用一個電源,。 分組式模塊的輸入/輸出點分為若干組，每一組的各輸入/輸出電路有一個公共點,，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/輸出點之間相互隔離,，每一輸入/輸出點可使用單獨的電源,，如將它們的COM端連接起來,，這幾個點就可以使用同一電源,。 (2)輸入接口電路。plc的一大優(yōu)點是抗干擾能力強,。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,?？删幊炭刂破鞯妮敵龇绞桨簇撦d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,，將PLC內(nèi)部電路與外部負載電路進行電氣隔離，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,。 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)部電路與外部負載電路進行電氣隔離,，只能帶交流負載（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行隔離,，只能帶直流負載,，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,，為了增強可編程控制器的功能，擴大其應(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)換為標準信號,，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)高速計數(shù)模塊。高速計數(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立計數(shù)的高速計數(shù)器對這些參量進行計數(shù),。高速計數(shù)模塊可對幾十kHz甚至上MHz的脈沖計數(shù),，當計數(shù)器的當前值等于或大于預(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/輸出接口和進行閉環(huán)控制運算的CPU，模塊一般可以控制多個閉環(huán),。 4)運動控制模塊,。運動控制模塊通過輸出脈沖控制位置移動量和移動速度，可分為單坐標控制和雙坐標控制,，雙坐標控制可實現(xiàn)兩坐標運動協(xié)調(diào),，這實際上是通過可編程控制器運動控制模塊實現(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,?？删幊炭刂破鞯妮斎肓颗c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），這種延遲長可達兩個掃描周期,。用快速響應(yīng)模塊可實現(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,?？删幊炭刂破鞯耐ㄐ拍K相當于局域網(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連接,，用硬件和軟件一起來實現(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)進行接口選擇,，實現(xiàn)與別的可編程控制器、智能控制設(shè)備或 |
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