【文章內(nèi)容簡介】 分為開關(guān)量輸入（ DI），開關(guān)量輸出（ DO），模擬量輸入（ AI），模擬量輸出（ AO）等模塊。 常用的 I/O 分類如下： 1 開關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 2 模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（ 420mA,020mA）、電壓型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 3 除 了上述通用 IO 外，還有特殊 IO 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 4 按 I/O 點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU 所能 管 理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。 PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備 編程設(shè)備：編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。小編程器 PLC 一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。 人機(jī)界 面：最簡單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及 基于 PLC 的交通燈控制系統(tǒng) 31 PLC的通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出 網(wǎng)絡(luò)就是控制器 的觀點(diǎn)說法。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制?，F(xiàn)在幾乎所有的 PLC 新產(chǎn)品都有通信 聯(lián)網(wǎng)功能，它和計(jì)算機(jī)一樣具有 RS232 接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內(nèi)交換信息。 當(dāng)然， PLC 之間的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的， PLC 與計(jì)算機(jī)之間的通訊，一些生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，并向標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議靠攏，這將使不同機(jī)型的 PLC 之間、 PLC 與計(jì)算機(jī)之間可以方便地進(jìn)行通訊與聯(lián)網(wǎng) 外部設(shè)備 外部設(shè)備是 PLC 系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類 1. 編程設(shè)備：有簡易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編 程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。 2. 監(jiān)控設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。 基于 PLC 的交通燈控制系統(tǒng) 32 3. 存儲(chǔ)設(shè)備：有存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)磁帶、軟磁盤或只讀存儲(chǔ)器，用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失，如 EPROM、 EEPROM 寫入器等。 4. 入輸出設(shè)備：用于接收信號(hào)或輸出信號(hào)，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。 了解了 PLC 的基本結(jié)構(gòu)，我們?cè)谫徺I程控器時(shí)就有了一個(gè)基本配置的概念，做到既經(jīng)濟(jì)又合理，盡可能發(fā)揮 PLC 所提供的最佳 PLC的基本性能指標(biāo) 1． PLC 的主要特點(diǎn) （ 1）高可靠性 1）所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。 2）各輸入端均采用 RC 濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為 10~20ms。 3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。 5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。 6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟、硬件發(fā)生異常情況， CPU 立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。 7）大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng) 或有三 CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng) ,使可靠性更進(jìn)一步提高。 （ 2）豐富的 I/O 接口模塊 PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場信號(hào)，如： 交流或直流； 基于 PLC 的交通燈控制系統(tǒng) 33 開關(guān)量或模擬量； 電壓或電流； 脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等。 有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如： 按鈕 行程開關(guān) 接近開關(guān) 傳感器及變送器 電磁線圈 控制閥 直接連接另外為了提高操作性能，它還有多種人 機(jī)對(duì)話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。 （ 3）采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制 需要除了單元式的小型 PLC 以外絕大多數(shù) PLC 均 采用模塊化結(jié)構(gòu) PLC 的各個(gè)部件包括 CPU 電源 I/O 等均采用模塊化設(shè)計(jì)由 機(jī)架及電纜將各模塊連接起來系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合 （ 4）編程簡單易學(xué) PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式對(duì)使用者來說 不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和 基于 PLC 的交通燈控制系統(tǒng) 34 掌握 （ 5）安裝簡單維修方便 PLC 不需要專門的機(jī)房可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行使用時(shí)只需將現(xiàn) 場的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接即可投入運(yùn)行各種模塊上均有運(yùn)行和 故障指示裝置便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障 由于采用模塊化結(jié)構(gòu)因此一旦某模塊發(fā)生故障用戶可以通過更換模塊的 方法使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行 2． PLC 的功能 （ 1） 邏輯控制 （ 2） 定時(shí)控制 （ 3） 計(jì)數(shù)控制 （ 4） 步進(jìn)（順序）控制 （ 5） PID 控制 （ 6） 數(shù)據(jù)控制 PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力 （七） 通信和聯(lián)網(wǎng) （八） 其它 PLC 還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊， CRT 模塊。 可編程控制器的基本性能可用如下八條予以概括： 一、 工作速度 基于 PLC 的交通燈控制系統(tǒng) 35 工作速度是指 PLC 的 CPU 執(zhí)行指令的速度及對(duì)急需處理的輸入信號(hào)的響應(yīng)速度。工作速度是 PLC 工作的基礎(chǔ)。速度高了，才可能通過運(yùn)行程序?qū)崿F(xiàn)控制，才可能不斷擴(kuò)大控制規(guī)模，才可能發(fā)揮 PLC 的多種多樣的作用。 PLC 的指令是很多的。不同的 PLC。指令的條數(shù)也不同。少的幾十條，多的幾百條。指令不同，執(zhí)行的時(shí)間也不同。但各種 PLC 總有一些基本指令，而且各種的 PLC 都有這些基本指令，故常以執(zhí)行一條基本指令的時(shí)間來衡量這個(gè)速度。這個(gè)時(shí)間當(dāng)然越短越好，已從微秒級(jí)縮短到零點(diǎn)微秒級(jí)。并隨著微處理器技術(shù)的進(jìn)步，這個(gè)時(shí)間還在縮短。 執(zhí)行時(shí)間短可加快 PLC 對(duì)一般輸入信號(hào)的響應(yīng)速度。從討論 PLC 的工作原理知，從對(duì) PLC 加入輸入信號(hào)，到 PLC 產(chǎn)生輸出，最理想的情況也要延遲一個(gè) PLC 運(yùn)行程序的周期。因?yàn)?PLC 監(jiān)測(cè)到輸入信號(hào)，經(jīng)運(yùn)行程序后產(chǎn)生的輸出，才是對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)。不理想時(shí)，還要多延長一個(gè)周期。當(dāng)輸入信號(hào)送入 PLC 時(shí)， PLC 的輸入刷新正好結(jié)束，就是這種情況。這時(shí)，要多等待一個(gè)周期， PLC 的輸入映射區(qū)才能接受到這個(gè)新的輸入信號(hào)。對(duì)一般的輸入信號(hào)，這個(gè)延遲雖可以接受，但對(duì)急需響應(yīng)的輸入信號(hào)，就不能接受了。對(duì)急需處理的輸人信號(hào)延遲多長時(shí)間 PLC 能予以響應(yīng)，要另作 要求。 為了處理急需響應(yīng)的輸入信號(hào)， PLC 有種種措施。不同的 PLC 措施也不完全相同，提高響應(yīng)速度的效果也不同。一般的作法是采用輸入中斷，然后再輸出即時(shí)刷新，即中斷程序運(yùn)行后，有關(guān)的輸出點(diǎn)立即刷新，而不等到整個(gè)程序運(yùn)行結(jié)束后再刷新。 基于 PLC 的交通燈控制系統(tǒng) 36 這個(gè)效果可從兩個(gè)方面來衡量：一是能否對(duì)幾個(gè)輸入信號(hào)作快速響應(yīng)；二是快速響應(yīng)的速度有多快。多數(shù) PLC 都可對(duì)一個(gè)或多個(gè)輸入點(diǎn)作快速響應(yīng)，快速響應(yīng)時(shí)間僅幾個(gè)毫秒。性能高的、大型的 PLC 響應(yīng)點(diǎn)數(shù)更多。 工作速度關(guān)系到 PLC 對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)速度，是 PLC 對(duì)系統(tǒng)控制是否及時(shí)的前提?？刂撇?及時(shí)，就不可能準(zhǔn)確與可靠，特別是對(duì)一些需作快速響應(yīng)的系統(tǒng)。這就是把工作速度作為 PLC 第一指標(biāo)的原因。 二、 控制規(guī)模 控制規(guī)模代表 PLC 控制能力，看其能對(duì)多少輸入、輸出點(diǎn)及對(duì)多少路模擬進(jìn)行控制。 控制規(guī)模與速度有關(guān)。因?yàn)橐?guī)模大了，用戶程序也長，執(zhí)行指令的速度不快，勢(shì)必延長 PLC 循環(huán)的時(shí)間，也必然會(huì)延長 PLC 對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)。為了避免這個(gè)情況， PLC 的工作速度就要快。所以，大型 PLC 的工作速度總是比小的要快。 控制規(guī)模還與內(nèi)存區(qū)的大小有關(guān)。規(guī)模大，用戶程序長，要求有更大的用戶存儲(chǔ)區(qū)。同時(shí)點(diǎn)數(shù)多，系統(tǒng)的 存儲(chǔ)器輸入、輸出的信號(hào)區(qū)（輸入輸出繼電器區(qū)或稱輸入、輸出映射區(qū)）也大。這個(gè)區(qū)大，相應(yīng)地內(nèi)部器件（解釋見后）也要增多，這些都要求有更大的系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)。 控制規(guī)模還與輸入、輸出電路數(shù)有關(guān)。如控制規(guī)模為 1024 點(diǎn)，那就得有 1024 條 I/O 電路。這些電路集成于 I/O 模塊中，而每個(gè)模塊有多少路的 I/O 點(diǎn)總是有數(shù)的。所以，規(guī)模大，所使用的模塊也多。 基于 PLC 的交通燈控制系統(tǒng) 37 控制規(guī)模還與 PLC 指令系統(tǒng)有關(guān)。規(guī)模大的 PLC 指令條數(shù)多，指令的功能也強(qiáng)，才能應(yīng)付對(duì)點(diǎn)數(shù)多的系統(tǒng)進(jìn)行控制的需要。 控制規(guī)模是對(duì) PLC 其它性能指標(biāo)起著制約作用的指標(biāo)；也是 PLC 劃分為微、小、中、大和特大型 三、 組成模塊 PLC 的結(jié)構(gòu)雖有箱體及模塊式之分，但從質(zhì)上看，箱體也是模塊，只是它集成了更多的功能。在此，不妨把 PLC 的模塊組成當(dāng)作所有 PLC 的結(jié)構(gòu)性能。 這個(gè)性能含義是指某型號(hào) PLC 具有多少種模塊，各種模塊都有什么規(guī)格，并各具什么特點(diǎn)。 一般講，規(guī)模大的 PLC，檔次高的 PLC 模塊的種類也多，規(guī)格也多，反映它的特點(diǎn)的性能指標(biāo)也高。但模塊的功能則單一些。相反，小型 PLC、檔次低的 PLC 模塊種類也少，規(guī)格也少，指標(biāo)也低。但功能則多樣些，以至于集成為箱體。 組成 PLC 的 模塊是 PLC 的硬件基礎(chǔ)，只有弄清所選用的 PLC 都具有那些模塊及其特點(diǎn)，才能正確選用模塊，去組成一臺(tái)完整的 PLC，以滿足控制系統(tǒng)對(duì) PLC 的要求。 常見的 PLC 模塊有： CPU 模塊，它是 PLC 的硬件核心。 PLC 的主要性能，如速度、規(guī)模都由它的性能來體現(xiàn)。 電源模塊，它為 PLC 運(yùn)行提供內(nèi)部工作電源，而且，有的還可為輸入信號(hào)提供電源。 基于 PLC 的交通燈控制系統(tǒng) 38 I/O 模塊，它集成了 I/O 電路，并依點(diǎn)數(shù)及電路類型劃分為不同規(guī)格的模塊。 內(nèi)存模塊，它主要存儲(chǔ)用戶程序，有的還為系統(tǒng)提供輔加的工作內(nèi)存。在結(jié)構(gòu)上內(nèi)存模塊都是附加于 CPU 模塊之 中。 底板、機(jī)架模塊，它為 PLC 各模塊的安裝提供基板，并為模塊間的聯(lián)系提供總線。若干底板間的聯(lián)系有的用接口模塊，有的用總線接口。不同廠家或同一廠家但不同類型的 PLC 都不大相同。 箱體式的 PLC 還有 I/O 擴(kuò)展箱體，它不含 CPU，僅有電源及 I/O 單元的功能。擴(kuò)展箱體也依 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少劃分有不同的規(guī)格。 除上述模塊， PLC 還有特殊的或稱智能或稱功能模塊。如 A/D（模入）模塊、 D/A（模出）模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、位控模塊、溫度模塊等等。這些模塊有自己的 CPU，可對(duì)信號(hào)作預(yù)處理或后處理，以簡化 PLC 的 CPU 對(duì)復(fù) 雜的程控制量的控制。智能模塊的種類、特性也大不相同，性能好的PLC，這些模塊種類多，性能也好。 通訊模塊，它接人 PLC 后，可使 PLC 與計(jì)算機(jī)，或 PLC 與 PLC 進(jìn)行通訊，有的還可實(shí)現(xiàn)與其它控制部件，如變頻器、溫控器通訊，或組成局部網(wǎng)絡(luò)。通訊模塊代表 PLC 的組網(wǎng)能力，代表著當(dāng)今 PLC 性能的重要方面。 掌握 PLC 性能，一定要了解它的模塊，并通過了解模塊的性能，去弄清楚 PLC 的性能。 除了模塊， PLC 還有外部設(shè)備。 盡管用 PLC 實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制可不用外部設(shè)備，配置好合適的模塊就行了。然而，要對(duì) PLC 編程，要 監(jiān)控 PLC 及其所控制的系統(tǒng)的工作狀 基于 PLC 的交通燈控制系統(tǒng) 39 況，以及存儲(chǔ)用戶程序、打印數(shù)據(jù)等，就得使用 PLC 的外部設(shè)備。