可编程控制器原理及应用-课件(2).ppt

1、 从可编程控制器的定义可知，从可编程控制器的定义可知，PLC也是一种计也是一种计算机，它有着与通用计算机相类似的结构，即可编算机，它有着与通用计算机相类似的结构，即可编程控制器也是由中央处理器（程控制器也是由中央处理器（CPU）、存储器）、存储器（MEMORY）、输入）、输入/输出（输出（I/O）接口及电源组）接口及电源组成的。只不过它比一般的通用计算机具有更强的与成的。只不过它比一般的通用计算机具有更强的与工业过程相连的接口和更直接的适应控制要求的编工业过程相连的接口和更直接的适应控制要求的编程语言。程语言。l l PLC的基本结构。的基本结构。l l PLC各个组成部分的功能。各个组成部分

2、的功能。l l PLC的等效工作电路。的等效工作电路。l l PLC的工作过程。的工作过程。l l PLC对对I/O的处理规则。的处理规则。l l PLC的滞后响应。的滞后响应。掌握掌握PLC的硬件组成及其作用，掌握的硬件组成及其作用，掌握PLC的等的等效工作电路，掌握效工作电路，掌握PLC工作过程的两个显著特工作过程的两个显著特点：周期性顺序扫描和集中批处理。点：周期性顺序扫描和集中批处理。一、可编程控制器的基本结构一、可编程控制器的基本结构 二、可编程控制器的各个组成部分的功能二、可编程控制器的各个组成部分的功能 从可编程控制器的定义可知，从可编程控制器的定义可知，PLC也是一也是一种计算

3、机，它有着与通用计算机相类似的结构，种计算机，它有着与通用计算机相类似的结构，即可编程控制器也是由中央处理器即可编程控制器也是由中央处理器(CPU)、存、存储器储器(MEMERY)、输入、输入/输出输出()接口及电接口及电源组成的。只不过它比一般的通用计算机具有源组成的。只不过它比一般的通用计算机具有更强的与工业过程相连的接口能力和更直接的更强的与工业过程相连的接口能力和更直接的适应控制要求的编程语言。适应控制要求的编程语言。由于由于PLC的中央处理器是由通用微处理器、单的中央处理器是由通用微处理器、单片机或位片式计算机组成，且具有各种功能的片机或位片式计算机组成，且具有各种功能的接口及存储器

4、，所以也可将接口及存储器，所以也可将PLC的结构用微型计的结构用微型计算机控制系统常用的单总线结构形式来表示。算机控制系统常用的单总线结构形式来表示。PLC的组成部分的组成部分1中央处理器中央处理器(CPU)2存储器存储器 3数字量数字量(或开关量或开关量)输入部件及接口输入部件及接口 4数字量数字量(开关量开关量)输出部件及接口输出部件及接口 5模拟量输入输出接口模板模拟量输入输出接口模板6 6智能接口智能接口 7扩展接口扩展接口 8通信接口通信接口 9编程器编程器 10电源电源 11总线总线 1212PLCPLC的外部设备的外部设备 CPUCPU是计算机的核心，因此它也是是计算机的核心，因

5、此它也是PLCPLC的核心。的核心。CPUCPU的主要任务是：的主要任务是：接收与存储用户由编程器键入的用户程序和数据；接收与存储用户由编程器键入的用户程序和数据；检查编程过程中的语法错误，诊断电源及检查编程过程中的语法错误，诊断电源及PLCPLC内部的工作故障；内部的工作故障；用扫描方式工作，接收来自现场的输入信号，并输入到输入映像用扫描方式工作，接收来自现场的输入信号，并输入到输入映像寄存器和数据存储器中；寄存器和数据存储器中；在进入运行方式后，从存储器中逐条读取并执行用户程序，完成在进入运行方式后，从存储器中逐条读取并执行用户程序，完成用户程序所规定的逻辑运算、算术运算及数据处理等操作；

6、用户程序所规定的逻辑运算、算术运算及数据处理等操作；根据运算结果，更新有关标志位的状态，刷新输出映像寄存器的根据运算结果，更新有关标志位的状态，刷新输出映像寄存器的内容，再经输出部件实现输出控制、打印制表或数据通信等功能。内容，再经输出部件实现输出控制、打印制表或数据通信等功能。在模板式在模板式PLC中，中，CPU是一个专用模板，是一个专用模板，一般一般PLC的的CPU模板上还有存放系统程序的模板上还有存放系统程序的ROM或或EPROM、存放用户程序或少量数据的、存放用户程序或少量数据的RAM，以及译码电路、通信接口和编程器接，以及译码电路、通信接口和编程器接口等。口等。在整体式在整体式PLC

7、中，中，CPU是一块集成电路芯是一块集成电路芯片，通常是通用的片，通常是通用的8位的微处理器，如位的微处理器，如Z80、Z80A、8085、6800等。采用通用的微处理器等。采用通用的微处理器(如如Z80A)作作CPU，其好处是这些微处理器及其，其好处是这些微处理器及其配套的芯片普及、通用、价廉，有独立的配套的芯片普及、通用、价廉，有独立的指令，且指令格式短，有利于译码及缩短扫指令，且指令格式短，有利于译码及缩短扫描周期。描周期。随着大规模集成电路的发展，随着大规模集成电路的发展，PLC采用单片机作采用单片机作CPU的越来越多，尤其以的越来越多，尤其以Inter公司的公司的MCS-51系列作系

8、列作CPU的居多，它以高集成度，高可靠性，高功能，高速度及的居多，它以高集成度，高可靠性，高功能，高速度及低价格的优势，正在占领微型和小型低价格的优势，正在占领微型和小型PLC的市场。的市场。目前，微型和小型目前，微型和小型PLC均为单均为单CPU系统，而大、中型系统，而大、中型PLC通常是双通常是双CPU或多或多CPU系统。所谓双系统。所谓双CPU系统，是系统，是在在CPU模板上装有两个模板上装有两个CPU芯片，一个用于字处理器，芯片，一个用于字处理器，一个用于位处理器。字处理器是主处理器，它执行所有一个用于位处理器。字处理器是主处理器，它执行所有的编程器接口的功能，监视内部定时器的编程器接

9、口的功能，监视内部定时器(WDT)及扫描时及扫描时间，完成字节指令的处理，并对系统总线和微处理器进间，完成字节指令的处理，并对系统总线和微处理器进行控制。位处理器是从处理器，它主要完成对位指令的行控制。位处理器是从处理器，它主要完成对位指令的处理，以减轻字处理器的负担，提高位指令的处理速度，处理，以减轻字处理器的负担，提高位指令的处理速度，并将面向控制过程的编程语言并将面向控制过程的编程语言(如梯形图、流程图如梯形图、流程图)转换成转换成机器语言。机器语言。在高档的在高档的PLC中，常采用位片式微处理器中，常采用位片式微处理器(如如AM2900、AM2901、AM2903)作作CPU。由由于位

10、片式微处理器采用双极型工艺，所以比一于位片式微处理器采用双极型工艺，所以比一般的般的MOS型微处理器在速度上快一个数量级。型微处理器在速度上快一个数量级。位片的宽度有二位、四位、八位等，用几个位位片的宽度有二位、四位、八位等，用几个位片进行片进行“级联级联”，可以组成任意字长的微机。，可以组成任意字长的微机。另外在位片式微处理器中，都采用微程序设计，另外在位片式微处理器中，都采用微程序设计，只要改变微程序存储器中的内容，只要改变微程序存储器中的内容，就可以改变就可以改变机器的指令系统，因此，其灵活性很强。位片机器的指令系统，因此，其灵活性很强。位片式微处理器易于实现式微处理器易于实现“流水线流

11、水线”操作，即重叠操作，即重叠操作，能更有效地发挥其快速的特点。操作，能更有效地发挥其快速的特点。可编程控制器存储器中配有两种存储系可编程控制器存储器中配有两种存储系统，即用于存放系统程序的系统程序存储器统，即用于存放系统程序的系统程序存储器和存放用户程序的用户程序存储器。和存放用户程序的用户程序存储器。一般系统程序是由一般系统程序是由PLC生产厂家编写的生产厂家编写的系统监控程序，不能由用户直接存取系统监控程序，不能由用户直接存取。由用户编写的程序称为用户程序。用户由用户编写的程序称为用户程序。用户程序存放在用户程序存储器中，用户程序存程序存放在用户程序存储器中，用户程序存储器的容量不大，主

12、要存储可编程控制器内储器的容量不大，主要存储可编程控制器内部的输入输出信息，以及内部继电器、移位部的输入输出信息，以及内部继电器、移位寄存器、累加寄存器、数据寄存器、定时器寄存器、累加寄存器、数据寄存器、定时器和计数器的动作状态。和计数器的动作状态。用户程序存储器一般分为两个区，程序存用户程序存储器一般分为两个区，程序存储区和数据存储区。程序存储区用来存储由用储区和数据存储区。程序存储区用来存储由用户编写的、通过编程器输入的程序。而数据存户编写的、通过编程器输入的程序。而数据存储区用来存储通过输入端子读取的输入信号的储区用来存储通过输入端子读取的输入信号的状态、准备通过输出端子输出的输出信号的

13、状状态、准备通过输出端子输出的输出信号的状态、态、PLC中各个内部中各个内部 器件的状态以及特殊功能器件的状态以及特殊功能要求的有关数据。要求的有关数据。存存 储储 器器存存 储储 内内 容容系统程序存储器系统程序存储器系统监控程序系统监控程序用户程序存储器用户程序存储器程序存储区程序存储区 用户程序用户程序(如梯形图，指如梯形图，指令语句表等令语句表等)数据存储区数据存储区 及内部器件的状态及内部器件的状态 当用户程序很长或需存储的数据较多时，当用户程序很长或需存储的数据较多时，PLC基本组成中的存储器容量可能不够用，这基本组成中的存储器容量可能不够用，这时可考虑选用较大容量的存储器或进行存

14、储器时可考虑选用较大容量的存储器或进行存储器扩展。很多扩展。很多PLC都提供了存储器扩展功能，用都提供了存储器扩展功能，用户可将新增加的存储器扩展模板直接插入户可将新增加的存储器扩展模板直接插入CPU模板中，也有的模板中，也有的PLC机是将存储器扩展模板插机是将存储器扩展模板插在中央基板上。在存储器扩展模板上通常装有在中央基板上。在存储器扩展模板上通常装有可充电的锂电池，如果在系统运行过程中突然可充电的锂电池，如果在系统运行过程中突然停电，停电，RAM立即改由锂电池供电，使立即改由锂电池供电，使RAM中中的信息不因停电而丢失，从而保证复电后系统的信息不因停电而丢失，从而保证复电后系统可从掉电状

15、态开始恢复工作。可从掉电状态开始恢复工作。EPROM 只读存储器只读存储器 EPROM是一种可用紫外光擦除、在电压为是一种可用紫外光擦除、在电压为25V的供电状态下写入的只读存储器。使用时，写的供电状态下写入的只读存储器。使用时，写入脚悬空或接入脚悬空或接5V(窗口盖上不透光的薄箔窗口盖上不透光的薄箔)，其，其内容可长期保存。这类存储器可根据不同需要内容可长期保存。这类存储器可根据不同需要与各种微处理器兼容，并且可以和与各种微处理器兼容，并且可以和MCS-51系列系列单片机直接兼容。单片机直接兼容。EPROM一个突出的优点是把一个突出的优点是把输出元件控制输出元件控制(OE)和片选控制和片选控

16、制(CE)分开，保证分开，保证了良好的接口特性，使其在微机应用系统中的了良好的接口特性，使其在微机应用系统中的存储器部分修改、增删设计工作量最小。由于存储器部分修改、增删设计工作量最小。由于EPROM采用单一采用单一5V电源，可在静态维持方电源，可在静态维持方式下工作以及快速编程等特点，使式下工作以及快速编程等特点，使EPROM在存在存储系统设计中，具有快速、方便和经济等一系储系统设计中，具有快速、方便和经济等一系列优点。列优点。使用使用EPROM芯片时，要注意器件的擦除特性，芯片时，要注意器件的擦除特性，当把芯片放在波长约为当把芯片放在波长约为4000埃的光线下曝光时，就开埃的光线下曝光时，

17、就开始擦除。阳光和某些荧光灯含有始擦除。阳光和某些荧光灯含有30004000埃的波长，埃的波长，EPROM 器件暴露在照明日光灯下，约需三年才能擦器件暴露在照明日光灯下，约需三年才能擦除，而在直射日光下，约一周就可擦除，这些特性在除，而在直射日光下，约一周就可擦除，这些特性在使用中要特别注意。为延长使用中要特别注意。为延长EPROM芯片的使用寿命，芯片的使用寿命，必须用不透明的薄箔，贴在其窗口上，防止无意识的必须用不透明的薄箔，贴在其窗口上，防止无意识的擦除。如果真正需要对擦除。如果真正需要对EPROM芯片进行擦除操作时，芯片进行擦除操作时，必须将芯片放在波长为必须将芯片放在波长为2537埃的

18、短波紫外线下曝光，埃的短波紫外线下曝光，擦除的总光量擦除的总光量(紫外光光强紫外光光强X曝光时间曝光时间)必须大于必须大于15瓦瓦秒秒/平方厘米。用平方厘米。用12000微瓦微瓦/平方厘米紫外线灯，平方厘米紫外线灯，擦除的时间约为擦除的时间约为1520分钟，擦除操作时，需把芯片分钟，擦除操作时，需把芯片靠近灯管约靠近灯管约1英寸处。有些灯在管内放有滤色片，擦英寸处。有些灯在管内放有滤色片，擦除前需把滤色片取出，才能进行擦除。除前需把滤色片取出，才能进行擦除。EPROM用来固化完善的程序，写入速度为毫秒用来固化完善的程序，写入速度为毫秒级。固化是通过与级。固化是通过与PLC配套的专用写入器进行的

19、，不配套的专用写入器进行的，不适宜多次反复的擦写。适宜多次反复的擦写。EEPROM是近年来广泛重视的一种只读存储是近年来广泛重视的一种只读存储器，它的主要优点是能在器，它的主要优点是能在PLC工作时工作时“在线改在线改写写”，既可以按字节进行擦除和全新编程，也，既可以按字节进行擦除和全新编程，也可进行整片擦除，且不需要专门的写入设备，可进行整片擦除，且不需要专门的写入设备，写入速度也比写入速度也比EPROM快，写入的内容能在断快，写入的内容能在断电情况下保持不变，而不需要保护电源。它具电情况下保持不变，而不需要保护电源。它具有与有与RAM相似的高度适应性，又保留了相似的高度适应性，又保留了RO

20、M不易失的特点。不易失的特点。一些一些PLC出厂时配有出厂时配有EEPROM芯片，供芯片，供用户研制调试程序时使用，内容可多次反复修用户研制调试程序时使用，内容可多次反复修改。改。EEPROM的擦写电压约为的擦写电压约为20V，此电压可，此电压可由由PLC供给，也可由供给，也可由EEPROM芯片自身提供芯片自身提供使用很方便。但从保存数据的长期性、可靠性使用很方便。但从保存数据的长期性、可靠性来看，不如来看，不如EPROM。来自现场的主令元件、检测元件的信号经来自现场的主令元件、检测元件的信号经输入接口进入到输入接口进入到PLC。指令元件的信号是指由。指令元件的信号是指由用户在控制键盘用户在控

21、制键盘(或控制台、操作台或控制台、操作台)上发出的上发出的控制信号控制信号(如开机、关机、转换、调整、急停如开机、关机、转换、调整、急停等信号等信号)。检测元件的信号是指用检测元件。检测元件的信号是指用检测元件(如如各种传感器、继电器的接点，限位开关、行程各种传感器、继电器的接点，限位开关、行程开关等元件的触点开关等元件的触点)对生产过程中的参数对生产过程中的参数(如：如：压力、流量、温度、速度、位置、行程、电流、压力、流量、温度、速度、位置、行程、电流、电压等电压等)进行检测时产生的信号。这些信号有进行检测时产生的信号。这些信号有的是开关的是开关(或数字量或数字量)量，有的是模拟量，有的量，

22、有的是模拟量，有的是直流信号，有的是交流信号，要根据输入信是直流信号，有的是交流信号，要根据输入信号的类型选择合适的输入接口。号的类型选择合适的输入接口。为提高系统的抗干扰能力，各种输入接口为提高系统的抗干扰能力，各种输入接口均采取了抗干扰措施，如在输入接口内带有光均采取了抗干扰措施，如在输入接口内带有光电耦合电路，使电耦合电路，使PLC与外部输入信号进行隔离。与外部输入信号进行隔离。为消除信号噪声，在输入接口内还设置了多种为消除信号噪声，在输入接口内还设置了多种滤波电路。为便于滤波电路。为便于PLC的信号处理，输入接口的信号处理，输入接口内有电平转换及信号锁存电路。为便于与现场内有电平转换及

23、信号锁存电路。为便于与现场信号的连接，在输入接口的外部设有接线端子信号的连接，在输入接口的外部设有接线端子排。排。(1)数字量数字量(或开关量或开关量)输入模板的外部接线方式输入模板的外部接线方式 汇点式输入接线方式汇点式输入接线方式隔离式输入接线方式隔离式输入接线方式 数字量输入模板是将现场送来的开关信号数字量输入模板是将现场送来的开关信号(如按钮信号、如按钮信号、各种行程开关信号、继电器接点的闭合或打开信号等各种行程开关信号、继电器接点的闭合或打开信号等)，经光电隔离后，将电平转换成经光电隔离后，将电平转换成CPUCPU可处理的可处理的TTLTTL电平。电平。直流数字量输入模板的接口电路直

24、流数字量输入模板的接口电路(2)数字量输入模板的接口电路数字量输入模板的接口电路 这部分电路有电阻这部分电路有电阻R1、R2、稳压管、稳压管V1和电容和电容C1组组成。其中电阻成。其中电阻R1起三个作用：起三个作用：限制输入信号限制输入信号Vi的输入的输入电流的大小；与电流的大小；与V1一起构成稳压电路一起构成稳压电路(稳压值在稳压值在3V)，即可以防止输入的即可以防止输入的Vi过压，又可稳定给光电耦合器的过压，又可稳定给光电耦合器的驱动电压，还可以防止输入电压驱动电压，还可以防止输入电压Vi极性接反而击穿光极性接反而击穿光电耦合器；又与电耦合器；又与C1一起组成一个一起组成一个RC低通滤波器

25、，以抑低通滤波器，以抑制输入制输入Vi中的高频干扰。电阻中的高频干扰。电阻R2是滤波电容是滤波电容C1上电荷上电荷的泄放电阻，当的泄放电阻，当Vi是一个开关或接点送来的是一个开关或接点送来的24V直流直流电压时，在开关或接点打开后，电压时，在开关或接点打开后，Vi呈开路状态，此时呈开路状态，此时C1上的电荷通过上的电荷通过R2泄放掉。泄放掉。这部分电路由发光二极管这部分电路由发光二极管LED、光电耦合器、光电耦合器N、电、电阻阻R3和电容和电容C3组成。当输入组成。当输入Vi为为24V(或或48V)时，时，稳压管稳压管V1两端稳压值为两端稳压值为3V，此电压使，此电压使LED发光，并使发光，并

26、使光电耦合器的原边侧点燃光电耦合器的原边侧点燃(原边侧发光二极管导通原边侧发光二极管导通)，LED的点燃发光是指示此电路输入是高电平的点燃发光是指示此电路输入是高电平(即开关即开关S闭合闭合)；光电耦合器原边点燃，导致它的付边侧产生电；光电耦合器原边点燃，导致它的付边侧产生电流，使电阻流，使电阻R3上的电压近似为上的电压近似为5V。该电压经过由。该电压经过由R3和和C3组成的滤波器组成的滤波器(也是为了抑制高频干扰也是为了抑制高频干扰)，送到下一，送到下一级数字信号锁存器的输入端。当级数字信号锁存器的输入端。当Vi为为0时时(即开关即开关S打开打开)，LED熄灭，指示该电路输入为低电平，光电耦

27、合器不熄灭，指示该电路输入为低电平，光电耦合器不导通，所以送到下一级锁存器输入端的信号为导通，所以送到下一级锁存器输入端的信号为0。这部分电路常由若干片这部分电路常由若干片(取决于该模板上的取决于该模板上的输入端口数输入端口数)8D锁存器组成。其主要作用有两锁存器组成。其主要作用有两个：一个作用是在个：一个作用是在CPU送来的选通信号控制下，送来的选通信号控制下，将光电耦合器送来的开关量信号存入锁存器；将光电耦合器送来的开关量信号存入锁存器；另一个作用是在另一个作用是在CPU模板需要读取端口信号时，模板需要读取端口信号时，按译码器确定的端口送出有关端口的数据。按译码器确定的端口送出有关端口的数

28、据。这部分电路由组合信号译码器、信号驱动这部分电路由组合信号译码器、信号驱动器及有关的总线信号组成。它要完成两项工作：器及有关的总线信号组成。它要完成两项工作：一是产生将端口信号由光电耦合器输出送入锁一是产生将端口信号由光电耦合器输出送入锁存器的选通信号；二是在存器的选通信号；二是在CPU模板在读取端口模板在读取端口信号时，按信号时，按CPU模板给出的地址确定相应的锁模板给出的地址确定相应的锁存器，并将寻址到的锁存器中的数据送到数据存器，并将寻址到的锁存器中的数据送到数据总线上去。总线上去。交流输入信号经过整流桥交流输入信号经过整流桥VD整流后，所整流后，所得直流信号作为发光二极管得直流信号作

29、为发光二极管LED和光电耦合器和光电耦合器N的工作电压。电阻的工作电压。电阻R1和电容和电容C1是直流滤波电是直流滤波电路。由于交流信号不存在极性问题，故施加到路。由于交流信号不存在极性问题，故施加到光电耦合器上的直流电压仅于整流桥的方向有光电耦合器上的直流电压仅于整流桥的方向有关。电阻关。电阻R2是降压电阻是降压电阻(限制施加到光电耦合限制施加到光电耦合器上的电压幅值器上的电压幅值)。电阻。电阻R3和电容和电容C3是交流输是交流输入信号入信号220V的交流滤波电路，用以滤除其中的的交流滤波电路，用以滤除其中的高频或尖峰脉冲干扰信号。高频或尖峰脉冲干扰信号。由由PLC产生的各种输出控制信号经输

30、出接口产生的各种输出控制信号经输出接口去控制和驱动负载去控制和驱动负载(如指示灯的亮或灭、电动如指示灯的亮或灭、电动机的起停或正反转、设备的转动、平移、升降、机的起停或正反转、设备的转动、平移、升降、阀门的开闭等阀门的开闭等)。所以。所以PLC输出接口所带的负输出接口所带的负载，通常是接触器的线圈、电磁阀的线圈、信载，通常是接触器的线圈、电磁阀的线圈、信号指示灯等。号指示灯等。汇点式输出汇点式输出 隔离式输出隔离式输出 对数字量输出接口，其输出方式分为晶体对数字量输出接口，其输出方式分为晶体管输出型，双向晶闸管管输出型，双向晶闸管(可控硅可控硅)输出型及继电输出型及继电器输出型。晶体管输出型适

31、用直流负载或器输出型。晶体管输出型适用直流负载或TTL电路，双向晶闸管电路，双向晶闸管(可控硅可控硅)输出型适用于交流输出型适用于交流负载，而继电器输出型，既可用于直流负载，负载，而继电器输出型，既可用于直流负载，又可用于交流负载。使用时，只要外接一个与又可用于交流负载。使用时，只要外接一个与负载要求相符的电源即可，因而采用继电器输负载要求相符的电源即可，因而采用继电器输出型，对用户显得方便和灵活，但由于它是有出型，对用户显得方便和灵活，但由于它是有触点输出，所以它的工作频率不能很高，工作触点输出，所以它的工作频率不能很高，工作寿命不如无触点的半导体元件长。寿命不如无触点的半导体元件长。同样，

32、为保证工作的可靠性，提高抗干扰同样，为保证工作的可靠性，提高抗干扰能力，在输出接口内也要采用相应的隔离措施，能力，在输出接口内也要采用相应的隔离措施，如光电隔离和电磁隔离或隔离放大器等措施。如光电隔离和电磁隔离或隔离放大器等措施。此电路可分为译码、控制逻辑、输出锁存、此电路可分为译码、控制逻辑、输出锁存、光电隔离和输出驱动五个部分。其中前四个部光电隔离和输出驱动五个部分。其中前四个部分与直流数字量输入模板电路非常相似，所不分与直流数字量输入模板电路非常相似，所不同之处主要有三点：输出锁存器输入和输出的同之处主要有三点：输出锁存器输入和输出的方向相反；数据流向相反；光电耦合器原边由方向相反；数据

33、流向相反；光电耦合器原边由标准标准TTL电平驱动，因此驱动电路简单。输出电平驱动，因此驱动电路简单。输出和输入模板的最大不同在于输出驱动电路，它和输入模板的最大不同在于输出驱动电路，它也是输出模板的主要部分。也是输出模板的主要部分。输出驱动电路的核心元件是作开关用的功率管输出驱动电路的核心元件是作开关用的功率管VT(可以是功率三极管，也可以是功率场效应管或双可以是功率三极管，也可以是功率场效应管或双极型功率管极型功率管)，其主要作用是作电流放大和电平转换。，其主要作用是作电流放大和电平转换。光电耦合器付边侧提供功率管的基极电流。由于光电光电耦合器付边侧提供功率管的基极电流。由于光电耦合器输出的

34、电流较小，因此增加一级中间前置放大耦合器输出的电流较小，因此增加一级中间前置放大器，同时还作了相位上的调整作用。在光电耦合器器，同时还作了相位上的调整作用。在光电耦合器N导通时，功率管导通时，功率管VT也饱和导通，发光二极管点燃发光，也饱和导通，发光二极管点燃发光，指示此端口输出高电平。电阻指示此端口输出高电平。电阻R2是光电耦合器的限流是光电耦合器的限流电阻，电阻电阻，电阻R3是功率管是功率管VT的限流电阻，同时在的限流电阻，同时在VT截截止时，对其静态漏电流起负反馈作用，以确保止时，对其静态漏电流起负反馈作用，以确保VT的可的可靠截止。熔断器靠截止。熔断器FU在输出短路或过流时熔断。以保护

35、在输出短路或过流时熔断。以保护VT不被损坏。稳压管不被损坏。稳压管V2是防止端子上是防止端子上24V电压极性电压极性接反，同时也可防止接反，同时也可防止24V误接到高电压上或交流电误接到高电压上或交流电源上而损坏。源上而损坏。V1和和V3是防止当负载为感性负载时，在是防止当负载为感性负载时，在电感中电流断开瞬间产生反向高压而击穿电感中电流断开瞬间产生反向高压而击穿VT，它们同，它们同时也可防止在多路输出且又共地的情况下产生负载电时也可防止在多路输出且又共地的情况下产生负载电流混流现象。流混流现象。当输出锁存器输出为高电平时，光电耦合当输出锁存器输出为高电平时，光电耦合器驱动功率管器驱动功率管V

36、T，使它饱和导通。，使它饱和导通。VT的集电的集电极电压极电压(即输出电压即输出电压)近似为近似为24V，负载所需，负载所需要的大电流也由要的大电流也由VT的集电极提供，当锁存器的集电极提供，当锁存器输出为低电平时，光电耦合器的付边侧不输出输出为低电平时，光电耦合器的付边侧不输出电流，电流，VT因没有基极电流而自动截止，这时因没有基极电流而自动截止，这时负载上既无电压，也无电流，即端子上的输出负载上既无电压，也无电流，即端子上的输出为为0。晶体管输出型每个输出点的最大带负载能力为晶体管输出型每个输出点的最大带负载能力为05A，但是因为有温度上升的限制，每，但是因为有温度上升的限制，每4点输点输

37、出总电流不得大于出总电流不得大于08A(每点平均每点平均02A)。晶体管输出型的接口，其响应速度较快，从光晶体管输出型的接口，其响应速度较快，从光电耦合器动作电耦合器动作(或关断或关断)到晶体管导通的时间为到晶体管导通的时间为2ms以下。以下。图中电容图中电容C2是作为高频滤波电容，可抑制高是作为高频滤波电容，可抑制高尖峰电压击穿尖峰电压击穿KP。串接电阻。串接电阻R2是限制是限制KP由截止由截止转为导通的瞬间，因电容的高速放电产生过大的转为导通的瞬间，因电容的高速放电产生过大的di/dt。Rv是压敏电阻，用它来吸收浪涌电压，以是压敏电阻，用它来吸收浪涌电压，以限制限制KP两端电压始终不超过一

38、定限度。熔断器两端电压始终不超过一定限度。熔断器FU是作为短路或过电流保护而设置的。电阻是作为短路或过电流保护而设置的。电阻R1是将光电耦合器付边侧的电流信号转换成电压信是将光电耦合器付边侧的电流信号转换成电压信号，用以驱动号，用以驱动KP的门极。光电耦合器付边电流的门极。光电耦合器付边电流如不足以驱动如不足以驱动KP正常导通时，可增加一级电流正常导通时，可增加一级电流放大电路。放大电路。双向晶闸管输出型：每点最大带负载能力为双向晶闸管输出型：每点最大带负载能力为0.51A，每，每4点输出总电流不得大于点输出总电流不得大于1.64A。双向晶闸管输出型的响应速度最快，从晶闸双向晶闸管输出型的响应

39、速度最快，从晶闸管门极驱动到双向晶闸管导通的时间为管门极驱动到双向晶闸管导通的时间为1ms以下。以下。如果采用输出继电器来接通或断开，作为数字量的输出，则如果采用输出继电器来接通或断开，作为数字量的输出，则更为自由和方便，而且它的适用场合更普遍。因此，在对动作更为自由和方便，而且它的适用场合更普遍。因此，在对动作时间和动作频率要求不高的情况下，常常采用继电器输出方式。时间和动作频率要求不高的情况下，常常采用继电器输出方式。图中光电耦合器图中光电耦合器N的付边电流作为三极管的付边电流作为三极管VT的基的基极驱动电流，从而使极驱动电流，从而使VT饱和导通，继电器饱和导通，继电器K吸合，发吸合，发光

40、二极管光二极管LED点燃并指示现在输出是高电平。点燃并指示现在输出是高电平。R1是基是基极限流电阻，极限流电阻，R2是是VT基极区电荷释放电阻，以加速基极区电荷释放电阻，以加速VT截止。同时，截止。同时，R1与与R2组成分压电路，以免基极过组成分压电路，以免基极过电压。电压。R3是是LED的限流电阻的限流电阻(LED正常点燃时，电流约正常点燃时，电流约35mA)。稳压管。稳压管V1既可防止继电器线圈过电压，同既可防止继电器线圈过电压，同时可以抑制时可以抑制VT截止瞬间使继电器线圈上产生反向高压，截止瞬间使继电器线圈上产生反向高压，从而保护从而保护VT以免反向击穿。二极管以免反向击穿。二极管V2

41、用来防止电源电用来防止电源电压的极性接反。压敏电阻压的极性接反。压敏电阻Rv并接在继电器的接点上，并接在继电器的接点上，用来防止接点之间电压过高，避免接点打开时电感性用来防止接点之间电压过高，避免接点打开时电感性负载产生高电压使接点负载产生高电压使接点“粘接粘接”。供电电源必须与继。供电电源必须与继电器线圈额定工作电压相同，它只作为输出模板的负电器线圈额定工作电压相同，它只作为输出模板的负载的自用电源，而与载的自用电源，而与PLC的输出能力无关。的输出能力无关。PLC的输的输出能力是取决于输出继电器输出接点的额定电压与电出能力是取决于输出继电器输出接点的额定电压与电流参数，即继电器接点闭合时可

42、通过的最大电流和接流参数，即继电器接点闭合时可通过的最大电流和接点打开时可承受的最高电压。点打开时可承受的最高电压。继电器输出型接口在继电器输出型接口在250VAC 以下电路电以下电路电压可驱动的负载能力为：纯电阻负载为压可驱动的负载能力为：纯电阻负载为2A/1点；点；感性负载为感性负载为80VA以下以下(AC100V或或AC200V)；灯；灯负载为负载为100W以下以下(AC 100V或或 AC200V)。继电器输出型接口响应时间最慢，从输出继电器输出型接口响应时间最慢，从输出继电器的线圈得电继电器的线圈得电(或断电或断电)到输出接点到输出接点ON(或或OFF)的响应时间均为的响应时间均为1

43、0ms。模拟量接口模板的模拟输入信号或模拟输出信模拟量接口模板的模拟输入信号或模拟输出信号可以是电压，也可以是电流。可以是单极性的，如号可以是电压，也可以是电流。可以是单极性的，如05V、010V、15V、420mA；也可以是双极性的，；也可以是双极性的，如如50mV、5V、10V、20mA。在一些高精度和高抗干扰的在一些高精度和高抗干扰的PLC控制系统中，模拟量控制系统中，模拟量接口模板也需要有光电隔离措施。由于模拟信号接口模板也需要有光电隔离措施。由于模拟信号的隔离问题远比数字信号隔离困难，因此常在模拟量的隔离问题远比数字信号隔离困难，因此常在模拟量模板上只配置若干具有隔离措施的端口，以降

44、低系模板上只配置若干具有隔离措施的端口，以降低系统的复杂度和成本。在模拟量接口模板中，一般统的复杂度和成本。在模拟量接口模板中，一般不能用光电耦合器作隔离，因为它不能保证良好的线性不能用光电耦合器作隔离，因为它不能保证良好的线性度，所以往往采用成本较高的隔离放大器来实现隔离作度，所以往往采用成本较高的隔离放大器来实现隔离作用。在模拟量接口模板中的数字逻辑部分可以采用。在模拟量接口模板中的数字逻辑部分可以采用光电耦合器来隔离。用光电耦合器来隔离。模拟量输入接口模板的任务是把现场中被模拟量输入接口模板的任务是把现场中被测的模拟量信号转变成测的模拟量信号转变成PLC可以处理的数字量可以处理的数字量信

45、号。通常生产现场可能有多路模拟量信号需信号。通常生产现场可能有多路模拟量信号需要采集，各模拟量的类型和参数都可能不同，要采集，各模拟量的类型和参数都可能不同，这就需要对模拟量信号在进入模板前，对模拟这就需要对模拟量信号在进入模板前，对模拟量进行转换和预处理，把它们变换成输入模板量进行转换和预处理，把它们变换成输入模板能统一处理的电信号，经多路转换开关进行多能统一处理的电信号，经多路转换开关进行多中选一，再将已选中的那路信号进行中选一，再将已选中的那路信号进行A/D转换，转换，转换结束进行必要处理后，送入数据总线供转换结束进行必要处理后，送入数据总线供CPU存取，或存入中间寄存器备用。存取，或存

46、入中间寄存器备用。预处理部分主要完成信号滤波、电平变换等功能，预处理部分主要完成信号滤波、电平变换等功能，先把现场的被测模拟量都规范化后，变成适于先把现场的被测模拟量都规范化后，变成适于A/D转转换的电压信号，再经过多路转换开关八中选一，进入换的电压信号，再经过多路转换开关八中选一，进入模板的输入端。模板的输入端。判断识别单元的主要任务是判断输入模拟信号的判断识别单元的主要任务是判断输入模拟信号的真伪，避免由于输入通道上断线一类故障而造成输入真伪，避免由于输入通道上断线一类故障而造成输入伪信号。识别的方法是在正常测量前，由输入模板向伪信号。识别的方法是在正常测量前，由输入模板向被测试的通道端口

47、反向输出一个恒值电流，并在端子被测试的通道端口反向输出一个恒值电流，并在端子上形成一个对应的定值电压，将此电压进行上形成一个对应的定值电压，将此电压进行A/D转换，转换，如果转换结果不符，则给出显示标志，并不再对此通如果转换结果不符，则给出显示标志，并不再对此通道进行检测。如果通道接线完好，则判断识别结果正道进行检测。如果通道接线完好，则判断识别结果正常，这时才可以对该通道进行正常测量。常，这时才可以对该通道进行正常测量。A/D转换器是模拟量输入模板的关键器件，它完成转换器是模拟量输入模板的关键器件，它完成模拟量到数字量的转换。转换时间一般为模拟量到数字量的转换。转换时间一般为10100S，A

48、/D转换器是在控制单元的控制下，完成启动转换器是在控制单元的控制下，完成启动A/D转换，转换，读取转换结果等工作过程。通常，读取转换结果等工作过程。通常，A/D转换的结果是转换的结果是以带符号的二进制形式出现。以带符号的二进制形式出现。数码转换单元的作用是将数码转换单元的作用是将A/D转换的结果按运算要转换的结果按运算要求进行码制转换，例如转换成补码或求进行码制转换，例如转换成补码或BCD码。转换后码。转换后的数据经光电隔离，再经数据驱动器，送入中间寄存的数据经光电隔离，再经数据驱动器，送入中间寄存器。当器。当CPU需要读取本通道输入信号时，再由中间寄需要读取本通道输入信号时，再由中间寄存器取

49、出，经总线驱动后送入数据总线。经数据线驱存器取出，经总线驱动后送入数据总线。经数据线驱动的输出数据也可以不经中间寄存器而直接进入总线动的输出数据也可以不经中间寄存器而直接进入总线驱动，供驱动，供 CPU立即读取。立即读取。控制单元完成模板上各单元的指挥协调任务，它控制单元完成模板上各单元的指挥协调任务，它首先根据首先根据CPU送来的地址信号确认是否选通本模板，送来的地址信号确认是否选通本模板，如果确实是选通本模板，则根据如果确实是选通本模板，则根据CPU送来的端口地址，送来的端口地址，使多路开关选中相应的输入通道；控制判断识别单元使多路开关选中相应的输入通道；控制判断识别单元完成信号真伪识别，

50、当确认输入通道正常，信号真实完成信号真伪识别，当确认输入通道正常，信号真实后，再启动后，再启动A/D，对所选通道的输入信号进行，对所选通道的输入信号进行A/D转换，转换，转换结束后，将转换数据经光电隔离器送到中间寄存转换结束后，将转换数据经光电隔离器送到中间寄存器或是直接由总线驱动，输出到数据总线。所以，模器或是直接由总线驱动，输出到数据总线。所以，模板的选通、转换、传送都是在控制单元的统一指挥下板的选通、转换、传送都是在控制单元的统一指挥下进行的。进行的。模拟量输出模板的任务是将模拟量输出模板的任务是将CPU模板送来的数字模板送来的数字量转换成模拟量，用以驱动执行机构，实现对生产过量转换成模