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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(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(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，將PLC內(nèi)部電路與外部負(fù)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(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。 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(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(dāng)計數(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(biāo)控制和雙坐標(biāo)控制，雙坐標(biāo)控制可實現(xiàn)兩坐標(biāo)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(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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