数字量输入输出模块优化

1.基本原理

（1）数字量输入模块

1）直流输入模块 直流输入模块外接直流电源，电路如图2-18所示。有的输入模块内部提供24V直流电源，称作无源式输入模块，用户只需将开关接在输入端子和公共端子之间即可。

图2-18 直流输入电路

2）交流输入模块 交流输入模块外接交流电源，电路如图2-19所示。

在如图2-18和图2-19所示的输入电路中，输入端子有一个公共端子COM，即有一个公共汇集点，因此称为汇点式输入方式。除此之外，输入模块还有分组式和分隔式。分组式输入模块的输入端子分为若干组，每组共用一个公共端子和一个电源。分隔式输入模块的输入端子互相隔离，互不影响，各自使用独立的电源。

图2-18 直流输入电路

2）交流输入模块 交流输入模块外接交流电源，电路如图2-19所示。

在如图2-18和图2-19所示的输入电路中，输入端子有一个公共端子COM，即有一个公共汇集点，因此称为汇点式输入方式。除此之外，输入模块还有分组式和分隔式。分组式输入模块的输入端子分为若干组，每组共用一个公共端子和一个电源。分隔式输入模块的输入端子互相隔离，互不影响，各自使用独立的电源。

图2-19 交流输入电路

（2）数字量输出模块

1）晶体管输出模块 在晶体管输出模块中，输出电路采用晶体管作为开关器件，电路如图2-20所示。晶体管数字量输出模块为无触点输出，使用寿命长，响应速度快。

2）继电器输出模块

在继电器输出模块中，输出电路采用的开关器件是继电器，电路如图2-21所示。继电器输出电路中的负载电源可以根据需要选用直流或交流。继电器的工作寿命有限，触点的电气寿命一般为10万～30万次，因此在需要输出点频繁通断的场合（如脉冲输出），应使用晶体管型输出电路模块。另外，继电器线圈得电到触点动作，存在延迟时间，这是造成输出滞后输入的原因之一。

图2-19 交流输入电路

（2）数字量输出模块

1）晶体管输出模块 在晶体管输出模块中，输出电路采用晶体管作为开关器件，电路如图2-20所示。晶体管数字量输出模块为无触点输出，使用寿命长，响应速度快。

2）继电器输出模块

在继电器输出模块中，输出电路采用的开关器件是继电器，电路如图2-21所示。继电器输出电路中的负载电源可以根据需要选用直流或交流。继电器的工作寿命有限，触点的电气寿命一般为10万～30万次，因此在需要输出点频繁通断的场合（如脉冲输出），应使用晶体管型输出电路模块。另外，继电器线圈得电到触点动作，存在延迟时间，这是造成输出滞后输入的原因之一。

图2-20 晶体管输出电路

图2-20 晶体管输出电路

图2-21 继电器输出电路

3）双向晶闸管输出模块 在双向晶闸管输出模块中，输出电路采用的开关器件是光控双向晶闸管，电路如图2-22所示。

图2-21 继电器输出电路

3）双向晶闸管输出模块 在双向晶闸管输出模块中，输出电路采用的开关器件是光控双向晶闸管，电路如图2-22所示。

图2-22 晶闸管输出电路

输出模块按照使用公共端子的情况分类，有汇点式、分组式和分隔式三种接线方式。

在一些晶体管I/O模块中，对外接设备的电流方向是有要求的，即有灌电流（Sink）与拉电流（Source）之分。4种不同的输入/输出接线方式如图2-23所示。

图2-22 晶闸管输出电路

输出模块按照使用公共端子的情况分类，有汇点式、分组式和分隔式三种接线方式。

在一些晶体管I/O模块中，对外接设备的电流方向是有要求的，即有灌电流（Sink）与拉电流（Source）之分。4种不同的输入/输出接线方式如图2-23所示。

图2-23 4种直流输入/输出接线方式

2.ControlLogix的数字量输入输出模块

ControlLogix提供了种类丰富的数字量输入和输出模块，以适应各种场合的要求。这些数字量I/O模块提供如下的功能：

•多种电压规格接口；

•隔离型模块和非隔离型模块；

•通道的故障诊断；

•可选直接连接方式或者框架优化的连接方式；

•可选支持现场诊断能力的模块。

输入模块的原理如图2-24所示。

图2-23 4种直流输入/输出接线方式

2.ControlLogix的数字量输入输出模块

ControlLogix提供了种类丰富的数字量输入和输出模块，以适应各种场合的要求。这些数字量I/O模块提供如下的功能：

•多种电压规格接口；

•隔离型模块和非隔离型模块；

•通道的故障诊断；

•可选直接连接方式或者框架优化的连接方式；

•可选支持现场诊断能力的模块。

输入模块的原理如图2-24所示。

图2-24 输入模块的原理

输出模块的原理如图2-25所示。

图2-24 输入模块的原理

输出模块的原理如图2-25所示。

图2-25 输出模块原理

输入/输出模块的外部视图如图2-26所示。

图2-25 输出模块原理

输入/输出模块的外部视图如图2-26所示。

图2-26 输入输出模块外部视图

1756系列的I/O模块有可拆卸的端子块，这使得接线极为方便，为了防止误操作，端子块设有引导插口和锁销。模块的前部还有诊断指示灯，可以精确到位级。

站控系统中常用的数字量输入输出模块分别采用1756-IB16/1756-IB16D和1756-OB16E/1756-OB16D模块。1756-IB16模块是带有16通道的数字量输入模块，它的标准输入电压为DC 24V，但是它可以承受的电压范围为DC 10～31V，它可以承受的电流范围为2～10mA之间。1756-IB16D是带诊断的数字量输入模块，可以防止输入的误报。1756-OB16E模块是带有电子熔断的16通道数字量输出模块，它可以防止过多的电流流经模块，它的标准输入电压也是DC 24V，但是可以承受的电压范围为DC 10～31V，该模块具有浪涌保护功能，每点的浪涌电流为2A，持续时间为10ms。1756-OB16D是带诊断的数字量输出模块这4个模块的共有功能包括：1）可带电插拔，这个功能使得整个控制系统具有更强的可用性，因为移除或插入模块时，对控制工程的其余部分没有附加的影响。2）模块故障报告，发生模块故障时，该模块可以同时提供硬件指示和软件指示。3）完全可以通过软件配置，RSLogix5000软件使用自定义且易于理解的界面编写配置。所有模块功能都可以通过该软件的I/O配置部分启动或禁用。

3.ControlLogix的数字量输入输出模块的接线方法

若要查看模块的接线信息，打开RSLogix 5000软件，选择如下路径：Help→Contents→Wiring Diagrams来查看接线图，如图2-27所示为1756-IB16的接线图。首先将GND端接到DC-24V，将模块的16个输入端子分别接入开关再接到DC+24V就完成了该模块的接线。

图2-26 输入输出模块外部视图

1756系列的I/O模块有可拆卸的端子块，这使得接线极为方便，为了防止误操作，端子块设有引导插口和锁销。模块的前部还有诊断指示灯，可以精确到位级。

站控系统中常用的数字量输入输出模块分别采用1756-IB16/1756-IB16D和1756-OB16E/1756-OB16D模块。1756-IB16模块是带有16通道的数字量输入模块，它的标准输入电压为DC 24V，但是它可以承受的电压范围为DC 10～31V，它可以承受的电流范围为2～10mA之间。1756-IB16D是带诊断的数字量输入模块，可以防止输入的误报。1756-OB16E模块是带有电子熔断的16通道数字量输出模块，它可以防止过多的电流流经模块，它的标准输入电压也是DC 24V，但是可以承受的电压范围为DC 10～31V，该模块具有浪涌保护功能，每点的浪涌电流为2A，持续时间为10ms。1756-OB16D是带诊断的数字量输出模块这4个模块的共有功能包括：1）可带电插拔，这个功能使得整个控制系统具有更强的可用性，因为移除或插入模块时，对控制工程的其余部分没有附加的影响。2）模块故障报告，发生模块故障时，该模块可以同时提供硬件指示和软件指示。3）完全可以通过软件配置，RSLogix5000软件使用自定义且易于理解的界面编写配置。所有模块功能都可以通过该软件的I/O配置部分启动或禁用。

3.ControlLogix的数字量输入输出模块的接线方法

若要查看模块的接线信息，打开RSLogix 5000软件，选择如下路径：Help→Contents→Wiring Diagrams来查看接线图，如图2-27所示为1756-IB16的接线图。首先将GND端接到DC-24V，将模块的16个输入端子分别接入开关再接到DC+24V就完成了该模块的接线。

图2-27 1756-IB16模块接线图

1756-IB16D的接线如图2-28所示，1756-IB16D模块的接线方法与1756-IB16D类似，不同处在于它在接线时要外接电阻来实现模块的诊断功能。1756-IB16D模块用在ESD程序中，ESD按钮未被触发时，此时开关闭合，输入电压为24V；ESD按钮触发时，此时开关断开，输入电压为被电阻分压后的输入电压，站场要进行紧急停站或停机动作；如果输入的线路意外断开，此时输入电压为0。这样就可以防止由于线路的断开导致ESD的误动作。

1756-OB16E的接线如图2-29所示，将DC（+）接入DC+24V，RTN OUT接入DC-24V，并将输出端口接入回路中。

1756-OB16D接线如图2-30所示。接线的方法与1756-OB16E类似，无论是什么模块，接线的思想都是形成一个闭合的回路。

图2-27 1756-IB16模块接线图

1756-IB16D的接线如图2-28所示，1756-IB16D模块的接线方法与1756-IB16D类似，不同处在于它在接线时要外接电阻来实现模块的诊断功能。1756-IB16D模块用在ESD程序中，ESD按钮未被触发时，此时开关闭合，输入电压为24V；ESD按钮触发时，此时开关断开，输入电压为被电阻分压后的输入电压，站场要进行紧急停站或停机动作；如果输入的线路意外断开，此时输入电压为0。这样就可以防止由于线路的断开导致ESD的误动作。

1756-OB16E的接线如图2-29所示，将DC（+）接入DC+24V，RTN OUT接入DC-24V，并将输出端口接入回路中。

1756-OB16D接线如图2-30所示。接线的方法与1756-OB16E类似，无论是什么模块，接线的思想都是形成一个闭合的回路。

图2-28 1756-IB16D模块接线图

图2-28 1756-IB16D模块接线图

图2-29 1756-OB16E模块接线图

图2-29 1756-OB16E模块接线图

图2-30 1756-OB16D模块接线图

4.Felx I/O的数字量输入输出模块接线图

站控系统中的数字量输入输出模块除了采用ControlLogix的模块，还用了Flex I/O。1794-IB16模块的接线如图2-31所示。该模块有16个输入通道，可接2线制或3线制输入，以0通道为例，如果是两线制设备，则接信号线接A-0，DC+24V接C-35，如果是三线制设备，则接信号线接A-0，DC-24V接B-16，DC+24V接C-35。

图2-30 1756-OB16D模块接线图

4.Felx I/O的数字量输入输出模块接线图

站控系统中的数字量输入输出模块除了采用ControlLogix的模块，还用了Flex I/O。1794-IB16模块的接线如图2-31所示。该模块有16个输入通道，可接2线制或3线制输入，以0通道为例，如果是两线制设备，则接信号线接A-0，DC+24V接C-35，如果是三线制设备，则接信号线接A-0，DC-24V接B-16，DC+24V接C-35。

图2-31 1794-IB16模块接线图

1794-OB16P模块的接线如图2-32所示。该模块有16个输出通道，以0通道为例，将输出接入A-0和B-17两端，C-34接入DC+24V。

图2-31 1794-IB16模块接线图

1794-OB16P模块的接线如图2-32所示。该模块有16个输出通道，以0通道为例，将输出接入A-0和B-17两端，C-34接入DC+24V。

图2-32 1794-OB16P模块接线图

5.ControlLogix的数字量输入模块的组态说明(www.xing528.com)

在I/O Configuration下，右键1756 Backplane，右键选择New Module，如图2-33所示，选择1756-IB16D。选择模块的主要版本号（Major Revision），单击OK，弹出对话框，如图2-34所示。

图2-32 1794-OB16P模块接线图

5.ControlLogix的数字量输入模块的组态说明

在I/O Configuration下，右键1756 Backplane，右键选择New Module，如图2-33所示，选择1756-IB16D。选择模块的主要版本号（Major Revision），单击OK，弹出对话框，如图2-34所示。

图2-33 添加数字量输入模块

图2-33 添加数字量输入模块

图2-34 建立数字量输入模块

说明：

Slot：槽号指定了模块的物理位置，控制器与模块连接寻址路径的终点，这是控制器与模块建立逻辑关系的关联点。

Comm Format：决定模块与控制器的从属关系。数字量输入模块的通信模式可以被多个拥有者选定全诊断数据输入模式，也即数字量输入模块可以有多个拥有者，但它们的组态参数必须一致。

本地数字量输入模块与控制器建立起通信后，将占用控制器1个连接，这个直接连接的数据交换，包含控制器对模块下传的组态信息，读回的状态信息和通道的数据信息。

1）模块的通信模式 在I/O Configuration下，双击已建立的IB16D模块，出现类似图2-34界面。

2）模块的连接 任何模块与控制器的通信都是建立在连接上，进入连接界面，如图2-35所示。

图2-34 建立数字量输入模块

说明：

Slot：槽号指定了模块的物理位置，控制器与模块连接寻址路径的终点，这是控制器与模块建立逻辑关系的关联点。

Comm Format：决定模块与控制器的从属关系。数字量输入模块的通信模式可以被多个拥有者选定全诊断数据输入模式，也即数字量输入模块可以有多个拥有者，但它们的组态参数必须一致。

本地数字量输入模块与控制器建立起通信后，将占用控制器1个连接，这个直接连接的数据交换，包含控制器对模块下传的组态信息，读回的状态信息和通道的数据信息。

1）模块的通信模式 在I/O Configuration下，双击已建立的IB16D模块，出现类似图2-34界面。

2）模块的连接 任何模块与控制器的通信都是建立在连接上，进入连接界面，如图2-35所示。

图2-35 数字量输入模块通信连接界面

说明：

RPI：请求发送中断时间，定义模块与控制器交换信息的时间间隔，在本地机架中，最短可定义为0.2ms，最长可定义为750ms。

Inhibit Module：此项被选择，该模块被屏蔽，控制器与模块不建立任何通信。

Major Fault On Controller If Connection Fails While in Run Mode：此项被选择，控制器在运行时，一旦模块与控制器连接失败，即在控制器中产生一个主要故障，该故障将导致控制器停机。

Module Fault：模块的连接故障信息在此显示，此时，编程软件的I/O Configuration上，该模块有黄色惊叹号，提醒用户进入检查。这与控制器LED的显示是一致的。

3）模块的配置 进入模块配置界面，如图2-36所示。

说明：

Point：对应外部的端子，端子编号与状态位一一对应。

Enable Change of State：使能逢变则报功能，对每个信号回路定义，当输入信号的状态发生改变时，模块向外送出数据，可定义从0变到1时状态改变；还可定义从1变到0时状态改变。

Enable Diagnostics for：使能通道诊断功能，对每个回路定义，当信号回路断开时，发送开路诊断信息。

Enable Diag.Latching：使能诊断信息锁存，对每个回路定义，即使回路已恢复正常，只要曾经发生过开路状态，诊断状态仍然被锁存，除非进行复位的清除操作。

Input Filter Time：选择回路的滤波时间常数，每8位共用一个定义。可分别定义前沿滤波时间（Off-On）或后延滤波时间（On-Off），滤波可防止干扰信号的进入，每个状态变化的持续时间要大过滤波时间才会被模块接受。

图2-35 数字量输入模块通信连接界面

说明：

RPI：请求发送中断时间，定义模块与控制器交换信息的时间间隔，在本地机架中，最短可定义为0.2ms，最长可定义为750ms。

Inhibit Module：此项被选择，该模块被屏蔽，控制器与模块不建立任何通信。

Major Fault On Controller If Connection Fails While in Run Mode：此项被选择，控制器在运行时，一旦模块与控制器连接失败，即在控制器中产生一个主要故障，该故障将导致控制器停机。

Module Fault：模块的连接故障信息在此显示，此时，编程软件的I/O Configuration上，该模块有黄色惊叹号，提醒用户进入检查。这与控制器LED的显示是一致的。

3）模块的配置 进入模块配置界面，如图2-36所示。

说明：

Point：对应外部的端子，端子编号与状态位一一对应。

Enable Change of State：使能逢变则报功能，对每个信号回路定义，当输入信号的状态发生改变时，模块向外送出数据，可定义从0变到1时状态改变；还可定义从1变到0时状态改变。

Enable Diagnostics for：使能通道诊断功能，对每个回路定义，当信号回路断开时，发送开路诊断信息。

Enable Diag.Latching：使能诊断信息锁存，对每个回路定义，即使回路已恢复正常，只要曾经发生过开路状态，诊断状态仍然被锁存，除非进行复位的清除操作。

Input Filter Time：选择回路的滤波时间常数，每8位共用一个定义。可分别定义前沿滤波时间（Off-On）或后延滤波时间（On-Off），滤波可防止干扰信号的进入，每个状态变化的持续时间要大过滤波时间才会被模块接受。

图2-36 数字量输入模块配置界面

6.Control Logix的数字量输出模块的组态说明

双击已经新建好的1756-OB16D模块。模块的配置界面，如图2-37所示。

图2-36 数字量输入模块配置界面

6.Control Logix的数字量输出模块的组态说明

双击已经新建好的1756-OB16D模块。模块的配置界面，如图2-37所示。

图2-37 数字量输出模块配置界面

说明：

Output State During：定义控制器在以下两种情况的模块回路输出状态，它们都有三种选择：打开、关闭和保持。

—Program Mode：对每一个点定义，当控制器转入编程状态时，模块输出回路的输出状态。控制器发生可恢复故障按此状态输出。

—Fault Mode：对每一个点定义，当模块与控制器发生通信故障时，模块输出回路的输出状态。控制器发生不可恢复故障按此状态输出。

Communication Failure：此项选定控制器处于编程状态时发生了通信故障，按两种情况的哪一种的定义输出。

Enable Diagnostics for：组态以下两种情况下的诊断使能。

—Output Verify：输出校验，校验当输出模块的相应点接收到On的信息时，其真实输出的确是On的输出，注意，只有在接收到On信息时才实施该诊断。由测试脉冲进行测试。

—No Load：空载测试，探测输出模块的相应点开路或失载，注意，只有在接收到Off信息时才实施该诊断。由测试脉冲进行测试。

Enable Diag.Latching：使能诊断锁定，当诊断信息发生后，即使回路已恢复正常，只要曾经发生过诊断状态，仍然被锁存，除非进行复位的清除操作。

7.Felx I/O的数字量输入模块的组态说明

双击已经新建好的1794-IB16模块，弹出该模块的属性选项卡，如图2-38所示。

图2-37 数字量输出模块配置界面

说明：

Output State During：定义控制器在以下两种情况的模块回路输出状态，它们都有三种选择：打开、关闭和保持。

—Program Mode：对每一个点定义，当控制器转入编程状态时，模块输出回路的输出状态。控制器发生可恢复故障按此状态输出。

—Fault Mode：对每一个点定义，当模块与控制器发生通信故障时，模块输出回路的输出状态。控制器发生不可恢复故障按此状态输出。

Communication Failure：此项选定控制器处于编程状态时发生了通信故障，按两种情况的哪一种的定义输出。

Enable Diagnostics for：组态以下两种情况下的诊断使能。

—Output Verify：输出校验，校验当输出模块的相应点接收到On的信息时，其真实输出的确是On的输出，注意，只有在接收到On信息时才实施该诊断。由测试脉冲进行测试。

—No Load：空载测试，探测输出模块的相应点开路或失载，注意，只有在接收到Off信息时才实施该诊断。由测试脉冲进行测试。

Enable Diag.Latching：使能诊断锁定，当诊断信息发生后，即使回路已恢复正常，只要曾经发生过诊断状态，仍然被锁存，除非进行复位的清除操作。

7.Felx I/O的数字量输入模块的组态说明

双击已经新建好的1794-IB16模块，弹出该模块的属性选项卡，如图2-38所示。

图2-38 Flex IO数字量输入模块配置界面

说明：

Slot：槽号指定了模块的物理位置，控制器与模块连接寻址路径的终点，这是控制器与模块建立逻辑关系的关联点。

Comm Format：决定模块与控制器的从属关系。数字量输入模块的通信模式可以被多个拥有者选定全诊断数据输入模式，也即数字量输入模块可以有多个拥有者，但它们的组态参数必须一致。

8.Felx I/O的数字量输出模块的组态说明

双击已经建立好的1794-OB16P模块，弹出该模块的属性选项卡，对于General选项卡，与输入模块类似，这里就不再进行介绍了，单击Fault/Idle Action选项卡，如图2-39所示。该界面可以配置通信失败后模块动作，编程模式下模块的动作，以及分通道设置模块在安全状态下的输出值。

图2-38 Flex IO数字量输入模块配置界面

说明：

Slot：槽号指定了模块的物理位置，控制器与模块连接寻址路径的终点，这是控制器与模块建立逻辑关系的关联点。

Comm Format：决定模块与控制器的从属关系。数字量输入模块的通信模式可以被多个拥有者选定全诊断数据输入模式，也即数字量输入模块可以有多个拥有者，但它们的组态参数必须一致。

8.Felx I/O的数字量输出模块的组态说明

双击已经建立好的1794-OB16P模块，弹出该模块的属性选项卡，对于General选项卡，与输入模块类似，这里就不再进行介绍了，单击Fault/Idle Action选项卡，如图2-39所示。该界面可以配置通信失败后模块动作，编程模式下模块的动作，以及分通道设置模块在安全状态下的输出值。

图2-39 Flex IO数字量输出模块故障配置界面

图2-39 Flex IO数字量输出模块故障配置界面