西門(mén)子5SL6103-7CC

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I/O接口是PLC與外界連接的接口。PLC通過(guò)輸入模塊把控制現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)、信息讀入主機(jī)，通過(guò)輸出模塊把經(jīng)用戶(hù)程序的運(yùn)算與決策所得的操作輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。輸入模塊用于將控制現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)變換成CPU 能接受的信號(hào),并對(duì)其進(jìn)行濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離、放大等。輸入接口用來(lái)接收和采集兩種類(lèi)型的輸入信號(hào):一類(lèi)是由按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、數(shù)字撥碼開(kāi)關(guān)等來(lái)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)；另一類(lèi)是由電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變送器等來(lái)的模擬量輸入信號(hào)。輸出模塊用于將CPU的決策輸出信號(hào)變換成驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)(含開(kāi)關(guān)量或模擬量)，執(zhí)行元件如，接觸器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥(模擬量)、調(diào)速裝置(模擬量)等，并對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大、隔離PLC內(nèi)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(lèi)型還可按操作電平、驅(qū)動(dòng)能力和各種用途來(lái)區(qū)分。如按用途來(lái)區(qū)分，I/O模塊還包括:數(shù)據(jù)傳送/校驗(yàn)、串/并行轉(zhuǎn)換、電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)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(gòu)成濾波電路，可以濾掉輸入信號(hào)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(dāng)輸入開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，經(jīng)R1、VLC的發(fā)光二管、輸入指示燈VL構(gòu)成通路。輸入指示燈VL亮，表示該路輸入的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)為ON。輸入信號(hào)經(jīng)光電耦合器VLC隔離后，再經(jīng)濾波器濾波，轉(zhuǎn)換成5V電平的直流輸入信號(hào)，經(jīng)輸入選擇器與CPU總線(xiàn)相連，將外部輸入開(kāi)關(guān)的狀態(tài)ON的代碼“1”輸入PLC內(nèi)部。

當(dāng)輸入開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，經(jīng)R1、VLC的發(fā)光二管、輸入指示燈VL沒(méi)有構(gòu)成通路，輸入指示燈VL不亮，表示該路輸入的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)為 OFF。當(dāng)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(xiàn)相連，將外部輸入開(kāi)關(guān)的狀態(tài)OFF的代碼“0”輸入PLC內(nèi)部。圖2-2是直流開(kāi)關(guān)量輸入模塊兩路輸入信號(hào)的電路原理圖，其他各路輸入信號(hào)的原理圖與其相同。各輸入信號(hào)回路有一個(gè)公共點(diǎn)(圖中的M點(diǎn))的輸入模塊，稱(chēng)為匯點(diǎn)式輸入模塊。各輸入信號(hào)回路相互獨(dú)立的輸入模塊稱(chēng)為分隔式輸入模塊。

有的輸入模塊不需要外部電源，稱(chēng)為無(wú)源式輸入模塊。無(wú)源式輸入模塊的電路原理圖及內(nèi)部參數(shù)與直流模塊相同，只不過(guò)其電源采用的是CPU的內(nèi)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(shí)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(duì)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(kāi)關(guān)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(dāng)輸入開(kāi)關(guān)閉合時(shí),光電耦合器VLC的發(fā)光二管導(dǎo)通這時(shí)光電耦合器VLC的光敏晶體管導(dǎo)通。輸入信號(hào)經(jīng)VLC隔離后，再經(jīng)濾波器濾波，轉(zhuǎn)換成5V電平的直流輸入信號(hào)，經(jīng)輸入選擇器與CPU 總線(xiàn)相連，將外部輸入開(kāi)關(guān)的狀態(tài) ON 的代碼“1”輸入至PLC內(nèi)部。當(dāng)輸入開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，光電耦合器VLC的發(fā)光二管不發(fā)光，這時(shí)光電耦合器VILC的晶體管截止。輸入信號(hào)經(jīng)VLC隔離后，再經(jīng)濾波器濾波，轉(zhuǎn)換成0V電平的直流輸入信號(hào)，經(jīng)輸入選擇器與CPU總線(xiàn)相連，將外部輸入開(kāi)關(guān)的狀態(tài)OFF的代碼“0”輸入至PLC內(nèi)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(qū)動(dòng)，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(fù)載電源。其帶負(fù)載的能力一般每一個(gè)輸出點(diǎn)為0.75A左右。因?yàn)榫w管輸出模塊為無(wú)觸點(diǎn)輸出模塊，所以，使用壽命比較長(zhǎng)。

直流輸出模塊的工作原理:當(dāng)CPU 根據(jù)用戶(hù)程序的運(yùn)算把輸出信號(hào)送入PLC的輸出映像區(qū)后，通過(guò)內(nèi)部總線(xiàn)把輸出信號(hào)送到輸出鎖存器中。輸出鎖存器的對(duì)應(yīng)位為“1”時(shí)，其對(duì)應(yīng)的晶體管V導(dǎo)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(fù)載L和電源連通起來(lái)，使得負(fù)載L獲得電流。輸出鎖存器的對(duì)應(yīng)位為“0”時(shí)，其對(duì)應(yīng)的晶體管V截止，發(fā)光二管VL不導(dǎo)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(fù)載L和電源隔斷，使得負(fù)載L不會(huì)獲得電流。當(dāng)晶體管V由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，如果負(fù)載中含有電感的話(huà)，電感中的磁場(chǎng)能量的釋放是通過(guò)續(xù)流二管VD1來(lái)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(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)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(fù)載的能力一般為1A左右，不同型號(hào)的交流輸出模塊的外加電壓和帶負(fù)載的能力有所不同。晶閘管輸出模塊為無(wú)觸點(diǎn)輸出模塊，使用壽命較長(zhǎng)。

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(dāng)CPU 根據(jù)用戶(hù)程序的運(yùn)算把輸出信號(hào)送入PLC的輸出映像區(qū)后，通過(guò)內(nèi)部總線(xiàn)把輸出信號(hào)送到輸出鎖存器中。輸出鎖存器的對(duì)應(yīng)位為“1”時(shí)，其對(duì)應(yīng)的光電耦合器VLC中晶閘管導(dǎo)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(fù)載L和電源連通起來(lái)，使得負(fù)載L獲得電流。輸出鎖存器的對(duì)應(yīng)位為“0”時(shí)，其對(duì)應(yīng)的光電耦合器VLC中晶閘管阻斷，發(fā)光二管VL不導(dǎo)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(fù)載L和電源隔斷，使得負(fù)載L不會(huì)獲得電流。當(dāng)晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)樽钄鄷r(shí)，如果負(fù)載中含有電感的話(huà)，電感中的磁場(chǎng)能量的釋放是通過(guò)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(qū)動(dòng)電路是繼電器。繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)的接通或斷開(kāi)把負(fù)載和負(fù)載電源接通或斷開(kāi),使負(fù)載可以得電或失電。外接的負(fù)載電源可以是直流，也可以是交流。繼電器是有觸點(diǎn)的器件，它的帶負(fù)載能力比較強(qiáng)，一般在2A左右。而開(kāi)關(guān)的壽命相對(duì)于無(wú)觸點(diǎn)器件要短一些，一般為5萬(wàn)次左右。開(kāi)關(guān)動(dòng)作的頻率也相應(yīng)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(dāng)CPU根據(jù)用戶(hù)程序的運(yùn)算把輸出信號(hào)送入PLC的輸出映像區(qū)后,通過(guò)內(nèi)部總線(xiàn)把輸出信號(hào)送到輸出鎖存器中。輸出鎖存器的對(duì)應(yīng)位為“1”時(shí)，其對(duì)應(yīng)的繼電器K1的線(xiàn)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(diǎn)則把負(fù)載L和電源連通起來(lái)，使得負(fù)載L獲得電流。輸出鎖存器的對(duì)應(yīng)位為“0”時(shí)，其對(duì)應(yīng)的繼電器K1的線(xiàn)圈不帶電，發(fā)光二管VL不導(dǎo)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(diǎn)則把負(fù)載L和電源隔斷，使得負(fù)載L不會(huì)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(hào)轉(zhuǎn)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(hào)都為標(biāo)準(zhǔn)的傳感器信號(hào)。模擬量輸入模塊把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，一般多為12位二進(jìn)制數(shù)，也有比12位高的或比12位低的。應(yīng)該說(shuō)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(zhuǎn)換成外部設(shè)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(hào)都為標(biāo)準(zhǔn)的傳感器信號(hào)。模擬量輸出模塊所接收的數(shù)字信號(hào)，一般多為12位二進(jìn)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(kuò)展接口模塊

擴(kuò)展接口模塊用于將擴(kuò)展單元與基本單元相連,使PLC的配置加靈活。一般來(lái)說(shuō),

擴(kuò)展接口模塊可以分為兩種:一種是近程擴(kuò)展接口；另一種是遠(yuǎn)程擴(kuò)展接口。近程擴(kuò)展

接口是為了擴(kuò)大PLC的控制規(guī)模；遠(yuǎn)程擴(kuò)展接口是為了增大PLC的控制距離。

9)通信接口模塊

為了實(shí)現(xiàn)“人一機(jī)”或“機(jī)一機(jī)”之間的對(duì)話(huà)，PLC配有多種通信接口。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能也在不斷地增強(qiáng)。PLC通過(guò)這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機(jī)、其他的 PLC或計(jì)算機(jī)相連。

當(dāng)PLC與打印機(jī)相連時(shí)，可將過(guò)程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印；當(dāng)與監(jiān)視器(CRT)相連時(shí)，可將過(guò)程圖像顯示出來(lái)；當(dāng)與其他PLC相連時(shí)，可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的控制當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可以組成多級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合系統(tǒng)。一臺(tái)計(jì)算機(jī)和一臺(tái) PLC或多臺(tái)PLC組成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)或多點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)。大型控制工程，往往采取多臺(tái)PLC組成的通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成。

PLC在使用時(shí)，應(yīng)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(hào)有多種類(lèi)型，就應(yīng)該根據(jù)點(diǎn)數(shù)多少選用不同類(lèi)型、不同結(jié)構(gòu)的輸入模塊。如果只能選一個(gè)輸入模塊，則應(yīng)選擇分隔式輸入模塊。如果所有輸入信號(hào)都是一種類(lèi)型時(shí)，可以選擇匯點(diǎn)式輸入模塊。如果需要大電流輸出，則應(yīng)選擇繼電器型或晶閘管型。一般型號(hào)為 DC 24V/AC 220V、2A電流。如果電路需要快速開(kāi)斷或頻繁地動(dòng)作，則應(yīng)選擇用晶體管型或晶閘管型。











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