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数字量输出模块又称为开关量输出模块,它是将PLC内部信号转换成现场执行机构所能接收的各种开关信号。数字量输出模块按照使用电源(即用户电源)的不同,分为直流输出模块、交流输出模块和交直流输出模块三种。按照输出电路所使用的开关器件不同,又分为晶体管输出、晶闸管(即可控硅)输出和继电器输出,其中晶体管输出方式的模块只能带直流负载;晶闸管输出方式的模块只能带交流负载;继电器输出方式的模块既可带交流也可带直流的负载。
①直流输出模块(晶体管输出方式) PLC某I/O点直流输出模块电路,虚线框内表示PLC的内部结构。它由VLC光电隔离耦合器件、LED二极管显示、VT输出电路、V稳压管、FU熔断器等组成。当某端需输出时,CPU控制锁存器的对应位为1,通过内部电路控制VLC输出,晶体管VT导通输出,相应的负载接通,同时输出指示灯LED亮,表示该输出端有输出。当某端不需要输出时,锁存器相应位为0,VLC光电隔离耦合器没有输出,VT晶体管截止,使负载失电,此时LED指示灯熄灭,负载所需直流电源由用户提供。
②交流输出模块(晶闸管输出方式) PLC某I/O点交流输出模块电路,虚线框内表示PLC的内部结构。图中双向晶闸管(光控晶闸管)为输出开关器件,由它和发光二极管组成的固态继电器T有良好的光电隔离作用;电阻R2和C构成了高频滤波电路,减少高频信号的干扰;浪涌吸收器起限幅作用,将晶闸管上的电压限制在600V以下;负载所需交流电源由用户提供。当某端需输出时,CPU控制锁存器的对应位为1,通过内部电路控制T导通,相应的负载接通,同时输出指示灯LED亮,表示该输出端有输出。
③交直流输出模块(继电器输出方式) PLC某I/O点交直流输出模块电路,它的输出驱动是K继电器。K继电器既是输出开关,又是隔离器件;R2和C构成灭弧电路。当某端需输出时,CPU控制锁存器的对应位为1,通过内部电路控制K吸合,相应的负载接通,同时输出指示灯LED亮,表示该输出端有输出。负载所需交直流电源由用户提供。
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为了实现微机与PLC、PLC与PLC间的对话,PLC配有多种通信接口,如打印机、上位计算机、编程器等接口。
1.2.1.6 I/O扩展接口
I/O扩展接口用于将扩展单元或特殊功能单元与基本单元相连,使PLC的配置更加灵活,以满足不同控制系统的要求。
1.2.2 PLC的工作原理
PLC虽然以微处理器为核心,具有微型计算机的许多特点,但它的工作方式却与微型计算机有很大不同。微型计算机一般采用等待命令或中断的工作方式,如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式,当有键按下或I/O动作,则转入相应的子程序或中断服务程序;无键按下,则继续扫描等待。而PLC采用循环扫描的工作方式,即“顺序扫描,不断循环”。
用户程序通过编程器或其它输入设备输入存放在PLC的用户存储器中。当PLC开始运行时,CPU根据系统监控程序的规定顺序,通过扫描,完成各输入点状态采集或输入数据采集、用户程序的执行、各输出点状态的更新、编程器键入响应和显示器更新及CPU自检等功能。
PLC的扫描可按固定顺序进行,也可按用户程序规定的顺序进行。这不仅仅因为有的程序不需要每扫描一次,执行一次,也因为在一个大控制系统,需要处理的I/O点数较多。通过不同的组织模块的安排,采用分时分批扫描执行方法,可缩短扫描周期和提高控制的实时性。
PLC采用集中采样、集中输出的工作方式,减少了外界干扰的影响。PLC的循环扫描过程分为输入采样(或输入处理)、程序执行(或程序处理)和输出刷新(或输出处理)三个阶段。
PLC与继电器控制系统的比较
PLC控制系统与电器控制系统相比,有许多相似之处,也有许多不同。现将两控制系统进行比较。
(1)从控制逻辑上进行比较
继电器控制系统控制逻辑采用硬件接线,利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑,其连线多且复杂、体积大、功耗大,系统构成后,想再改变或增加功能较为困难。另外,继电器的触点数量有限,所以继电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。而PLC采用了计算机技术,其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中,要改变控制逻辑只需改变程序,因而很容易改变或增加系统功能。PLC控制系统连线少、体积小、功耗小,而且PLC中每只软继电器的触点数理论上是无限制,因此其灵活性和可扩展性很好。
浔之漫智控技术(上海)有限公司
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(2)从工作方式上进行比较
在继电器控制电路中,当电源接通时,电路中所有继电器都处于受制约状态,即该吸合的继电器都同时吸合,不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合,这种工作方式称为并行工作方式。而PLC的用户程序是按一定顺序循环执行,所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中,受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序,同它们在梯形图中的位置有关,这种工作方式称为串行工作方式。
(3)从控制速度上进行比较
继电器控制系统依靠机械触点的动作以实现控制,工作频率低,触点的开关动作一般在几十毫秒数量级,且机械触点还会出现抖动问题。而PLC通过程序指令控制半导体电路来实现控制的,一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级,因此速度较快,PLC内部还有严格的同步控制,不会出现触点抖动问题。
PLC与单片机控制系统的比较
单片机具有结构简单、使用方便、价格便宜等优点,一般用于弱电控制。PLC是专门为工业现场的自动化控制而设计的,现将两控制系统进行比较。
(1)从使用者学习掌握的角度进行比较
单片机的编程语言一般为汇编语言或单片机C语言,这就要求设计人员具备一定的计算机硬件和软件知识,对于只熟悉机电控制的技术人员来说,需要相当的时间的学习才能掌握。PLC虽然配置上是一种微型计算机系统,但它提供给用户使用的是机电控制员所熟悉的梯形图语言,使用的术语仍然是“继电器”一类的术语,大部分指令与继电器触点的串并联相对应,这就使得熟悉机电控制的工程技术人员一目了然。对于使用者来说,不必去关心微型计算机的一些技术问题,只需用较短时间去熟悉PLC的指令系统及操作方法,就能应用到工程现场。