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输入/输出扩展环节
输入/输出扩展环节是PLC输入/输出单元的扩展部件。当用户所需的输入/输出点数或类型超出主机的输入/输出单元所允许的点数或类型时，可以通过加接输入/输出扩展环节来解决。输入/输出扩展环节与主机的输入/输出扩展接口相连，有两种类型：简单型和智能型。简单型的输入/输出扩展环节本身不带中央处理单元，对外部现场信号的输入/输出处理过程完全由主机的中央处理单元管理，依赖于主机的程序扫描过程。通常，它通过并行接口与主机通信，并安装在主机旁边，在小型PLC的输入/输出扩展时常被采用。智能型的输入/输出扩展环节本身带有中央处理单元，它对生产过程现场信号的输入/输出处理由本身所带的中央处理单元管理，而不依赖于主机的程序扫描过程。通常，它采用串行通信接口与主机通信，可以远离主机安装，多用于大中型PLC的输入/输出扩展。1.3.3 外部设备
（1）编程器。它是编制、调试PLC用户程序的外部设备，是人机交互的窗口。通过编程器可以把新的用户程序输入到PLC的RAM中，或者对RAM中已有程序进行编辑。通过编程器还可以对PLC的工作状态进行监视和跟踪，这对调试和试运行用户程序是非常有用的。
除了上述专用的编程器外，还可以利用微机（如IBM PC），配上PLC生产厂家提供的相应的软件包来作为编程器，这种编程方式已成为PLC发展的趋势。现在，有些PLC不再提供编程器，而只提供微机编程软件，并且配有相应的通信连接电缆。
（2）彩色图形显示器。大中型PLC通常配接彩色图形显示器，用以显示模拟生产过程的流程图、实时过程参数、趋势参数及报警参数等过程信息，使得现场控制情况一目了然。
（3）打印机。PLC也可以配接打印机等外部设备，用以打印记录过程参数、系统参数以及报警事故记录表等。
PLC还可以配置其他外部设备。例如：配置存储器卡、盒式磁带机或磁盘驱动器，用于存储用户的应用程序和数据；配置EPROM写入器，用于将程序写入到EPROM中。
结合PLC的组成和结构分析PLC的工作原理更容易理解。PLC是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。CPU对用户程序的执行过程是CPU的循环扫描，并用周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的。一个扫描周期主要可分为：
（1）读输入阶段。每次扫描周期的开始，先读取输入点的当前值，然后写到输入映像寄存器区域。在之后的用户程序执行的过程中，CPU访问输入映像寄存器区域，而并非读取输入端口的状态，输入信号的变化并不会影响到输入映像寄存器的状态，通常要求输入信号有足够的脉冲宽度，才能被响应。
（2）执行程序阶段。用户程序执行阶段，PLC按照梯形图的顺序，自左而右，自上而下的逐行扫描，在这一阶段CPU从用户程序的条指令开始执行直到后一条指令结束，程序运行结果放入输出映像寄存器区域。在此阶段，允许对数字量I/O指令和不设置数字滤波的模拟量I/O指令进行处理，在扫描周期的各个部分，均可对中断事件进行响应。
（3）处理通信请求阶段。这是扫描周期的信息处理阶段，CPU处理从通信端口接收到的信息。
（4）执行CPU自诊断测试阶段。在此阶段，CPU检查其硬件、用户程序存储器和所有I/O模块的状态。
（5）写输出阶段。每个扫描周期的结尾，CPU把存在输出映像寄存器中的数据输出给数字量输出端点（写入输出锁存器中），更新输出状态。然后PLC进入下一个循环周期，重新执行输入采样阶段，周而复始。
如果程序中使用了中断，中断事件出现，立即执行中断程序，中断程序可以在扫描周期的任意点被执行。
如果程序中使用了立即I/O指令，可以直接存取I/O点。用立即I/O指令读输入点值时，相应的输入映像寄存器的值未被修改；用立即I/O指令写输出点值时，相应的输出映像寄存器的值被修改。1.4.2 可编程控制器主要技术指标
可编程控制器的种类很多，用户可以根据控制系统的具体要求选择不同技术性能指标的PLC。可编程控制器的技术性能指标主要有以下几个方面：
（1）I/O点数
可编程控制器的I/O点数指外部输入、输出端子数量的总和。它是描述的PLC大小的一个重要的参数。
（2）存储容量
PLC的存储器由系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器三部分组成。PLC存储容量通常指用户程序存储器和数据存储器容量之和，表征系统提供给用户的可用资源，是系统性能的一项重要技术指标。
（3）扫描速度
可编程控制器采用循环扫描方式工作，完成1次扫描所需的时间叫做扫描周期。影响扫描速度的主要因素有用户程序的长度和PLC产品的类型。PLC中CPU的类型、机器字长等直接影响PLC运算精度和运行速度。
（4）指令系统
指令系统是指PLC所有指令的总和。可编程控制器的编程指令越多，软件功能就越强，但掌握应用也相对较复杂。用户应根据实际控制要求选择合适指令功能的可编程控制器。
（5）通信能力
通信有PLC之间的通信和PLC与其他设备之间的通信。通信主要涉及通信模块、通信接口、通信协议和通信指令等内容。PLC的组网和通信能力也已成为PLC产品水平的重要衡量指标之一。
厂家的产品手册上还提供PLC的负载能力、外形尺寸、重量、保护等级、适用的安装和使用环境（如温度、湿度等性能指标参数），供用户参考。1.5 可编程控制器的分类、特点、应用及发展1.5.1 可编程控制器的分类
（1）按I/O点数和功能分类
可编程控制器用于对外部设备的控制，外部信号的输入、PLC的运算结果的输出都要通过PLC输入、输出端子来进行接线，输入、输出端子的数目之和被称作PLC的输入、输出点数，简称I/O点数。
由I/O点数的多少可将PLC分成小型、中型和大型。
小型PLC的I/O点数小于256点，以开关量控制为主，具有体积小、价格低的优点。可用于开关量的控制、定时/计数的控制、顺序控制及少量模拟量的控制场合，代替继电器-接触器控制，在单机或小规模生产过程中使用。
中型PLC的I/O点数在256～1024之间，功能比较丰富，兼有开关量和模拟量的控制能力，适用于较复杂系统的逻辑控制和闭环过程的控制。
大型PLC的I/O点数在1024点以上。用于大规模过程控制、集散式控制和工厂自动化网络。
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（2）按结构形式分类
PLC可分为整体式结构和模块式结构两大类。
整体式是将存储器部件等组成部分集中于一体安装在印刷电路板上PLCCPU、、I/O，，并连同电源一起装在一个机壳内，形成一个整体，通常称为主机或基本单元。整体式结构的PLC具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格低的优点。一般小型或超小型PLC多采用这种结构。
模块式PLC是把各个组成部分做成独立的模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等。各模块作成插件式，并将组装在一个具有标准尺寸且带有若干插槽的机架内。模块式结构的PLC配置灵活，装配和维修方便，易于扩展。一般大中型的PLC都采用这种结构。
（3）按生产厂家分
PLC的生产厂家很多，国内国外都有，其点数、容量、功能各有差异，但都自成系列，比较有影响的厂家有：
日本立石（OMRON）公司的C系列可编程控制器；
日本三菱（MITSUBISHI）公司的F、F 1 、F 2 、FX 2 系列可编程控制器；
日本松下（PANASONIC）电工公司的FP 1 系列可编程控制器；
美国通用电气（GE）公司的GE系列可编程控制器；
美国艾伦—布拉德利（A-B）公司的PLC-5系列可编程控制器；
德国西门子（SIEMENS）公司的S5、S7系列可编程控制器。1.5.2 可编程控制器的特点
1.可编程控制器的特点
（1）编程简单，使用方便
梯形图是使用多的可编程序控制器的编程语言，其符号与继电器电路原理图相似。有继电器电路基础的电气技术人员只需很短的时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序，梯形图语言形象直观，易学易懂。
（2）控制灵活，程序可变，具有很好的柔性
可编程控制器产品采用模块化形式，配备有品种齐全的各种硬件装置，供用户选用。用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。可编程控制器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，硬件配置确定后，可以通过修改用户程序不用改变硬件，方便快速地适应工艺条件的变化，具有很好的柔性。
（3）功能强，扩充方便，性能价格比高
可编程控制器内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的逻辑判断、数据处理、PID调节和数据通信功能，可以实现非常复杂的控制功能。如果元件不够，只要加上需要的扩展单元即可，扩充非常方便。与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。
（4）控制系统设计及施工的工作量少，维修方便
可编程控制器的配线与其他控制系统的配线相比少得多，故可以省下大量的配线，减少大量的安装接线时间，开关柜体积缩小，节省大量的费用。可编程控制器有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。一般可用接线端子连接外部接线。可编程控制器的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能，便于迅速地排除故障。
（5）可靠性高，抗干扰能力强
可编程控制器是为现场工作设计的，采取了一系列硬件和软件抗干扰措施。硬件措施，如屏蔽、滤波、电源调整与保护、隔离、后备电池等。例如：西门子公司S7-200系列PLC内部EEPROM中，在一个较长时间段（190h）储存用户源程序和预设值，所有中间数据可以通过一个超级电容器保持，如果选配电池模块，可以确保停电后中间数据能保存200天。软件措施，如故障检测、信息保护和恢复、警戒时钟，加强对程序的检测和校验。以上措施提高了系统抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。可编程控制器已被广大用户公认为可靠的工业控制设备之一。
（6）体积小、重量轻、能耗低，是“机电一体化”特有的产品。
2.可编程控制器PLC与个人计算机PC的主要差异
（1）PLC工作环境要求比PC低，PLC抗干扰能力强；
（2）PLC编程比PC简单易学；
（3）PLC设计调试周期短；
（4）PC应用领域与PLC不同；
（5）PLC的输入/输出响应速度慢（一般ms级），而PC的响应速度快（μs级）；
（6）PLC维护比PC容易。
3.PLC与继电器控制的区别
PLC与继电器控制的区别主要体现在：组成器件不同，PLC中是软继电器；触点数量不同，PLC编程中无触点数的限制；实施控制的方法不同，PLC是主要软件编程控制，而继电器控制依靠硬件连线完成。
