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PLC的I/O模块

I/O接口是PLC与外界连接的接口。PLC通过输入模块把控制现场的状态、信息读入主机，通过输出模块把经用户程序的运算与决策所得的操作输出给执行机构。输入模块用于将控制现场输入信号变换成CPU 能接受的信号,并对其进行滤波、电平转换、隔离、放大等。输入接口用来接收和采集两种类型的输入信号:一类是由按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变送器等来的模拟量输入信号。输出模块用于将CPU的决策输出信号变换成驱动控制对象执行机构的控制信号(含开关量或模拟量)，执行元件如，接触器、电磁阀、指示灯、调节阀(模拟量)、调速装置(模拟量)等，并对输出信号进行功率放大、隔离PLC内部电路和外部执行元件等。

I/O模块一般包括:数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块和模拟量输出模块。I/O模块的类型还可按操作电平、驱动能力和各种用途来区分。如按用途来区分，I/O模块还包括:数据传送/校验、串/并行转换、电平转换、电气隔离、A/D转换、D/A转换以及其他功能模块等。输出模块通常有3种形式:继电器式、晶体管式和晶闸管式。

下面就各种模块分别加以介绍。

l)直流(DV)输入模块

直流输入模块的电路原理如图2-2所示。图中:R1为限流电阻；R2和C构成滤波电路，可以滤掉输入信号的谐波；VL为输入指示灯；VLC为光电耦合器。输入模块的外接直流电源极性可以任意选择。

图2-2直流输入模块的电路原理图

直流输入模块的工作原理:当输入开关闭合时，经R1、VLC的发光二极管、输入指示灯VL构成通路。输入指示灯VL亮，表示该路输入的开关量状态为ON。输入信号经光电耦合器VLC隔离后，再经滤波器滤波，转换成5V电平的直流输入信号，经输入选择器与CPU总线相连，将外部输入开关的状态ON的代码“1”输入PLC内部。

当输入开关断开时，经R1、VLC的发光二极管、输入指示灯VL没有构成通路，输入指示灯VL不亮，表示该路输入的开关量状态为 OFF。当然，输入选择器的输入端电平为 0V，经输入选择器与CPU总线相连，将外部输入开关的状态OFF的代码“0”输入PLC内部。图2-2是直流开关量输入模块两路输入信号的电路原理图，其他各路输入信号的原理图与其相同。各输入信号回路有一个公共点(图中的M点)的输入模块，称为汇点式输入模块。各输入信号回路相互独立的输入模块称为分隔式输入模块。

有的输入模块不需要外部电源，称为无源式输入模块。无源式输入模块的电路原理图及内部参数与直流模块相同，只不过其电源采用的是CPU的内部直流电源。

2)交流(AV)输入模块

交流输入模块的电路原理如图2-3所示。图中:R1为取样电阻，同时具有吸收浪涌的作用:C为电容器，具有隔离直流而接通交流的作用；R2、R3对交流电压起到分压作用:VL为输入指示灯，指示灯VL亮，表示该路输入的开关量的状态为ON；VLC为光电耦合器。

图2-3交流输入模块的电路原理图

交流输入模块的工作原理:当输入开关闭合时,光电耦合器VLC的发光二极管导通这时光电耦合器VLC的光敏晶体管导通。输入信号经VLC隔离后，再经滤波器滤波，转换成5V电平的直流输入信号，经输入选择器与CPU 总线相连，将外部输入开关的状态 ON 的代码“1”输入至PLC内部。当输入开关断开时，光电耦合器VLC的发光二极管不发光，这时光电耦合器VILC的晶体管截止。输入信号经VLC隔离后，再经滤波器滤波，转换成0V电平的直流输入信号，经输入选择器与CPU总线相连，将外部输入开关的状态OFF的代码“0”输入至PLC内部。

3)直流输出模块

直流输出模块电路原理如图2-4所示。直流输出模块的输出电路采用晶体管驱动，所以，也叫晶体管输出模块。其输出方式一般为集电极输出，外加直流负载电源。其带负载的能力一般每一个输出点为0.75A左右。因为晶体管输出模块为无触点输出模块，所以，使用寿命比较长。

直流输出模块的工作原理:当CPU 根据用户程序的运算把输出信号送入PLC的输出映像区后，通过内部总线把输出信号送到输出锁存器中。输出锁存器的对应位为“1”时，其对应的晶体管V导通，发光二极管VL发光。其中发光二极管VL指示该位的输出为ON状态，晶体管V则把负载L和电源连通起来，使得负载L获得电流。输出锁存器的对应位为“0”时，其对应的晶体管V截止，发光二极管VL不导通。其中发光二极管VL不发光指示该位的输出为 OFF状态，晶体管V截止则把负载L和电源隔断，使得负载L不会获得电流。当晶体管V由导通变为截止时，如果负载中含有电感的话，电感中的磁场能量的释放是通过续流二极管VD1来完成的。

4)交流输出模块

交流输出模块的电路原理如图2-5所示。交流输出模块的输出电路是采用光控双向硅开关驱动的，所以，又叫双向二极管、晶闸管输出模块。该模块需要外部电源，带负载的能力一般为1A左右，不同型号的交流输出模块的外加电压和带负载的能力有所不同。晶闸管输出模块为无触点输出模块，使用寿命较长。