PLC的I/O模块：连接工业设备与生产过程的控制

PLC通过I/O模块即I/O接口与外部设备连接，实现对工业设备和生产过程的检测与控制。通过输入模块，PLC能够得到生产过程的各种信号；通过输出模块，PLC能够把运算处理的结果送至工业过程现场的执行机构实现控制功能。PLC外部端口I/O点的通/断状态用发光二极管（LED）显示，方便对用户程序进行调试。为适应工业过程现场对不同I/O信号的匹配要求，PLC配置了各种类型的I/O模块。其中常用的有以下几种类型。

1.开关量输入接口电路

由于生产过程中使用的各种开关、按钮、传感器等输入器件直接接到PLC输入接口电路上，为防止由于触点抖动或干扰脉冲引起错误的输入信号，输入接口电路必须有很强的抗干扰能力。

开关量输入接口电路按照输入端的电源类型不同，分为直流输入接口电路和交流输入接口电路等两类，分别如图3-3和图3-4所示。图中只画出了对应于一个输入点的输入电路，其他输入点对应的电路均相同。

在直流输入接口电路中，电阻R 1与R 2构成分压器，电阻R 2与电容C组成阻容滤波器。二极管VD用于防止反极性电压输入，发光二极管（LED）指示输入状态。光耦合器隔离输入电路与PLC内部电路的电气连接，并使外部信号通过光耦合器变成内部电路接收的标准信号。当外部开关SF闭合后，直流电压经过电阻分压和阻容滤波后加到光耦合器的发光二极管上，经光耦合，使光敏晶体管由截止变为导通，信号送入PLC内部电路；当CPU在循环周期的输入阶段将该输入点对应的映像寄存器状态置1时，对应输入点的外部LED指示灯被点亮，表示输入信号处于接通状态。

图3-3 直流输入接口电路

图3-4 交流输入接口电路

在交流输入接口电路中，电阻R 2与R 3构成分压器。电阻R 1为限流电阻，电容C为滤波电容。双向光耦合器起整流和隔离双重作用，双向发光二极管用作状态指示。

S7-200PLC内部提供了+24 V的直流电源，用户只需将开关接在输入端子和公共端子之间，称之为无源直流输入。交流输入接口电路的工作原理与直流输入接口电路的基本相同，只是外部输入端子接交流电源。(www.xing528.com)

2.开关量输出接口电路

按输出电路所用开关器件的不同，PLC的开关量输出接口电路可分为晶体管输出接口电路、晶闸管输出接口电路和继电器输出接口电路三类。晶体管输出接口电路用于驱动直流负载，晶闸管输出接口电路用于驱动交流负载，继电器输出接口电路既可用于直流负载又可用于交流负载。因此，在开关频率要求不太高的情况下，通常首选继电器输出控制方案。如图3-5所示为继电器输出接口电路图。

图3-5 继电器输出接口电路

在继电器输出方式中，继电器作为开关器件，同时又是隔离器件，VD作为续流二极管以消除线圈的反电动势。当某个输出点对应的内部映像寄存器状态置1时，内部电路使继电器线圈K通电，其常开触点SF闭合，使负载L通电，同时外部LED指示灯点亮。反之，当某个输出点对应的内部映像寄存器状态置0时，继电器触点SF断开，外部LED指示灯熄灭。根据负载的需要，负载回路的电源既可选用外部交流电源，也可选用外部直流电源，而PLC本身不提供负载电源。

晶体管输出方式用于直流负载，特点是反应速度快、寿命长、过载能力较差。晶闸管输出方式适合在交流供电、输出量变化快的场合。

S7-200 PLC的继电器输出接口电路可以驱动2A的电阻性负载，可以直接驱动如指示灯、电磁阀等小功率负载。对于大功率或高电压的负载，还需要通过中间继电器、接触器、电磁开关等接通大功率或高电压电源才能驱动。