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    ?  I/O接口
    (1)  I/O擴(kuò)展結(jié)構(gòu)
    PLC的硬件結(jié)構(gòu)因其系統(tǒng)規(guī)模和特點(diǎn)不同可有多種結(jié)構(gòu)形式。有整體形非總線結(jié)構(gòu)和總線形組件結(jié)構(gòu)兩大類(lèi)。中大型系統(tǒng)一般均采用組件結(jié)構(gòu)，而微型以及部分小型PLC則趨向于整體形非總線結(jié)構(gòu)。
    ①  整體形非總線結(jié)構(gòu)  80年代，PLC的結(jié)構(gòu)多為組件式，由CPU、I/O及備用模塊等組合而成?，F(xiàn)在的小型、微型PLC結(jié)構(gòu)則趨向于將CPU、存儲(chǔ)器與I/O做成一體形結(jié)構(gòu)，整體做成平板薄形，以追求低價(jià)格和便于安裝。這種結(jié)構(gòu)的PLC往往采用非總線結(jié)構(gòu)，追求低價(jià)格和小型化，其安裝方法也與過(guò)去不同，大多安裝到配電盤(pán)或機(jī)械之中，有的不用外殼，作成插件，以降低售價(jià)。
    ②  總線形結(jié)構(gòu)　大，中型以及一部分小型PLC通常采用總線形方式，可視用戶要求進(jìn)行組合以滿足不同要求，如圖1、圖2所示這種總線結(jié)構(gòu)有多種形式，有采用微機(jī)總線，例如VME總線，PC總線，或開(kāi)發(fā)商的專用總線，例如Siemens公司的S5總線等，PLC的I/O總線擴(kuò)展可以有多種結(jié)構(gòu)方式，主要采用：
    ?  并行本地總線（如圖1所示）；

圖1  并行本地總線

    ?  串行遠(yuǎn)程通信連接（如圖2所示）。

    從圖1和圖2中，可以看到中央處理器和中央存儲(chǔ)器通過(guò)總線與輸入/輸出（I/O）交換信息。PLC以輸入/輸出接口從被控過(guò)程采集信息和用來(lái)控制被控過(guò)程，因此I/O在PLC中起重要作用。工業(yè)控制機(jī)通常使用在比較惡劣，苛刻的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，這就對(duì)I/O提出比較高的要求。盡管I/O模板的電路并不十分復(fù)雜，但PLC用的I/O，工藝都十分考究，對(duì)于抑制工業(yè)環(huán)境帶來(lái)的干擾都采取了許多有效措施（要符合EMC 電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)）。此外，為了用戶接線和檢查的方便，所有I/O模板都帶有端子或方便可靠的接插座，以及標(biāo)志狀態(tài)的指示燈。
    (2)　常用I/O接口及典型技術(shù)參數(shù)
    通常的PLC I/O接口分模擬量I/O和開(kāi)關(guān)量（包括數(shù)字量）I/O兩大類(lèi)，每一類(lèi)又區(qū)分為輸入接口和輸出接口。對(duì)于大、中、小型PLC，其I/O接口往往采用組件（即模板）式進(jìn)行組合。典型模板有：
    ①  直流開(kāi)關(guān)量輸入模板　這是比較常用的輸入模板，模板的規(guī)格是每一塊模板帶16點(diǎn)或32點(diǎn)輸入。輸入器件的形式可以是接近開(kāi)關(guān)、按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)等。輸入電源由PLC內(nèi)部或外部提供，典型值為24VDC。
    ②  直流開(kāi)關(guān)量輸出模板　直流輸出接口模板也是最經(jīng)常使用的，它由大功率晶體管作為輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)，與PLC之間有光電隔離，可以帶的負(fù)載有電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器、繼電器線圈、電磁閥線圈、指示燈等。
    ③  交流開(kāi)關(guān)量輸入模板　交流輸入模板與直流輸入模板一樣，板上有8路或16路輸入，用戶提供輸入器件的形式可以是按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)等。每個(gè)這樣的電路，使用獨(dú)立的交流電源，電源由外部提供，典型值為120V或230VAC。
    ④  交流輸出模板　交流輸出模板可以直接用來(lái)驅(qū)動(dòng)交流接觸器線圈、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器、交流氣動(dòng)閥或液壓閥等。
    ⑤  繼電器輸出模板　在開(kāi)關(guān)量I/O中有一種最常用的輸出模板就是繼電器輸出模板，其輸出的形式是繼電器的觸點(diǎn)，既可用來(lái)帶動(dòng)直流負(fù)載（直流中間繼電器線圈、直流電磁閥等）又可帶動(dòng)交流負(fù)載（交流接觸器線圈、交流氣動(dòng)閥等），而且輸入與輸出之間是電隔離的，負(fù)載電壓的類(lèi)型可以廣泛變化（DC24V，AC120V，AC230V）。由于有這些靈活性，因此應(yīng)用十分廣泛。Siemens公司S7-300的6ES7 322-1HF20-0AA0繼電器輸出模板的技術(shù)指標(biāo)如下所示。
    輸出點(diǎn)數(shù)：8個(gè)繼電器觸點(diǎn)輸出；
    光電隔離：與背板總線之間采用光電隔離；
    觸點(diǎn)允許連續(xù)電流：5A；
    繼電器類(lèi)型：SIEMENS  V23127-D0006-A402；
    觸點(diǎn)通斷能力：
    電阻負(fù)載 交流250V最大5A，
    電感負(fù)載 最大5A；
    允許操作次數(shù):交流230V 5A，0.1×106次；交流24V 5A， 0.1×106次；
    開(kāi)關(guān)頻率：最大10Hz；
    允許環(huán)境溫度：水平安裝0~60℃，垂直安裝0~40℃；
    電纜長(zhǎng)度：最大600m（1 980ft）非屏蔽電纜，最大1 000m（3 300ft）屏蔽電纜；
    對(duì)繼電器的供電電壓：正常值DC24V，允許范圍20~30V；
    電流消耗：從背板總線供電，典型45mA；從＋24V供電，典型145mA；
    模板消耗功率：2.46 W。
    ⑥  模擬量輸入模板　模擬量輸入模板的功能是將來(lái)自過(guò)程的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC的CPU能夠處理的數(shù)字量信號(hào)。由于過(guò)程的模擬量類(lèi)型很多，例如溫度、壓力、流量、電動(dòng)機(jī)的電流等，所以相適應(yīng)的模擬量輸入模板的類(lèi)型也很多。常用的有±50mV，±1V，±10V，0~5V，±20mA，4~20mA，熱電耦和Pt100（鉑電阻輸入）。Siemens公司S7-300的6ES7 331-7KF02-0AB0模擬量輸入模板的技術(shù)指標(biāo)如下所示。
    輸入點(diǎn)數(shù)：8點(diǎn)，用于電阻測(cè)量時(shí)為4點(diǎn)；
    中斷：超限中斷可以設(shè)置，診斷中斷可設(shè)置通道 0 和 2；
    輸入阻抗：溫度測(cè)量或mv 輸入/10MΩ，電壓輸入/100KΩ電流輸入/25Ω；
    傳感器連接方法：雙絞線連接；
    輸入信號(hào)的數(shù)字分辨率：?jiǎn)螛O性 9/12/12/14，雙極性9+S/12+S/12+S/14+S，S為符號(hào)位；
    測(cè)量原理：積分；
    轉(zhuǎn)換原理：電壓－時(shí)間轉(zhuǎn)換（雙積分）；
    積分時(shí)間：與分辨率有關(guān)，分別為2.5/16.67/20/100 ms；
    允許輸入電壓：最大20V；
    故障指示：紅色 LED 指示錯(cuò)誤，可以讀出診斷信息；
    基本誤差范圍：±0.6%（0~60℃溫度范圍內(nèi)）；
    屏蔽電纜長(zhǎng)度：最大200m（656ft），80mv輸入時(shí)為 50 m；
    消耗電流：背板總線供電，60 mA，從＋24V供電，典型200mA。
    ⑦　模擬量輸出模板　模擬量輸出模板是將來(lái)自PLC  CPU的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)，用來(lái)控制“過(guò)程”。與模擬量輸入模板一樣，輸出模板也有多種型號(hào)，常見(jiàn)的有DC±10V，±20mA，4~20mA，1~5V等輸出模板。Siemens公司S7-300的6ES7 332-7ND00-0AB0模擬量輸出模板具體的技術(shù)指標(biāo)如下所示。
    輸出點(diǎn)數(shù)：4點(diǎn)；
    負(fù)載阻抗：電壓輸出，最小為1 KΩ；電流輸出，（最大）500Ω；
    負(fù)載接線：4線連接；
    輸出信號(hào)數(shù)字分辨率：11 位 + 符號(hào)位（在±10V，±20mA，4~20mA，1~5V 時(shí)）；12 位（在0~10V，0~20mA 時(shí)）；
    轉(zhuǎn)換時(shí)間：每個(gè)通道0.8 ms；
    允許過(guò)載能力：近似25%；
    短路保護(hù)：有；
    短路電流：近似25 mA；
    隔離測(cè)試條件：500 V DC；
    基本誤差：電壓輸出±0.2%，電流輸出±0.3%;
    供電電壓：正常值＋24V，允許范圍20~30V;
    電流消耗：背板總線，供電60 mA；從＋24V供電，典型240 mA。
    (3)　電源，機(jī)架及擴(kuò)展箱
    PLC系統(tǒng)均包含有供系統(tǒng)使用的電源。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，有的電源自成一個(gè)單元，通過(guò)接插件與總線單元相連，提供系統(tǒng)使用。例如，Siemens公司S7-300的PS 307單元或S7-400的PS407單元。這兩種單元由外部230V或AC120V供電，生成DC24V穩(wěn)壓輸出，供CPU和I/O模板使用，PS 307最大有10A輸出能力，PS 407最大有20A輸出能力，CPU單元內(nèi)部能將DC24V轉(zhuǎn)換成DC9V供電路使用。PS 307和PS 407單元的負(fù)載能力較強(qiáng)，除了可供CPU使用外，還可以提供I/O模板（例如，24V直流輸入模板，繼電器輸出模板等）使用。
    機(jī)架最主要的功能是安放CPU模板、中央存儲(chǔ)器模板和各種I/O模板。這些模板均插入機(jī)架上的總線模板上（分9槽，18槽等），并用固定螺釘，將模塊－與機(jī)架相固定。圖3表示了Siemens公司S7-400的中央控制器機(jī)架的示意圖。
    對(duì)于中型和大型的PLC，可尋址的I/O的點(diǎn)數(shù)都非常大，例如，S7-400最小功能的CPU 412-2，它的可尋址的I/O的點(diǎn)數(shù)為32768/32768（數(shù)字量I/O）和2048/2048（模擬量I/O），由一個(gè)機(jī)架來(lái)安裝全部I/O模板，顯然是容納不下的（例如，18槽機(jī)架最多只能插16塊I/O模板，每塊32個(gè)I/O點(diǎn)，總共512點(diǎn)）。因此大型和中型PLC均有擴(kuò)展箱，擴(kuò)展箱是為擴(kuò)展I/O用的，主機(jī)架和擴(kuò)展箱上插有接口模板，通過(guò)擴(kuò)展電纜相連。用于與Siemens公司S7-400主機(jī)架（UR1，UR2）相連的擴(kuò)展箱有CR1，ER1，ER2和ER2-H等多種型號(hào)。在主機(jī)架上插有IM 460接口模板，在擴(kuò)展箱上插有IM 461接口模板，這兩種接口模板之間用擴(kuò)展電纜相連，通過(guò)IM 461模板，第一擴(kuò)展箱可以繼續(xù)擴(kuò)展帶第二擴(kuò)展箱，依次類(lèi)推。

圖3  S7-400 PLC的18槽機(jī)架

圖4  S7 400 PLC的主機(jī)架

    對(duì)于微型和小型PLC，正如前文所述，其結(jié)構(gòu)往往采用薄型或單板型一體化結(jié)構(gòu)。