CP1系列PLC扩展单元详解

CP1系列PLC的CPU主机功能强大，其扩展功能也十分突出。CP1系列PLC所配扩展单元种类繁多，下面将重点介绍几种相关扩展单元，供用户根据需求自行选用。

1.CP1W系列扩展单元

CP1系列PLC作为CPM系列的替代型，对CPM系列PLC适用的CPM1A系列扩展单元中，除不支持CPM1A-CIF通信单元外，其他该系列扩展单元均可直接用于CP1系列PLC。鉴于CPM1A系列扩展单元已近停产，下面主要介绍欧姆龙新推出的CP1W系列扩展单元。CP1W系列扩展单元包括三种类型，即普通I／O扩展单元，特殊I／O扩展单元和可选件扩展单元。

（1）普通I／O扩展单元

普通I／O扩展单元用于扩展PLC输入／输出点的数量，包括输入扩展单元、输出扩展单元、输入／输出混合扩展单元三类。CP1W系列I／O扩展单元的具体参数见表2-13。

表2-13 CP1W系列I／O扩展单元参数表

（续）

由于同属于CP1W系列扩展单元，因此三类扩展单元在外观上相似。用户需仔细查阅相关手册选取。其中，输入扩展单元如图2-11所示，输出扩展单元如图2-12所示，输入／输出混合扩展单元如图2-13所示。

图2-11 CP1W系列输入扩展单元示意图

图2-12 CP1W系列输出扩展单元示意图

由以上内容可知，CP1W系列的三类扩展单元的区别主要在输入与输出端子排列上，用户需根据不同的端子排列来实施现场布线。扩展单元上各部分的具体功能见表2-14。

图2-13 CP1W系列输入／输出混合扩展单元示意图

表2-14 CP1W系列普通I／O扩展单元功能表

（2）特殊I／O扩展单元

特殊I／O扩展单元特指接收模拟量信号及温度信号的扩展单元。

1）模拟量输入、输出单元。CP1W系列模拟量扩展单元包括模拟量输入扩展单元，模拟量输出扩展单元和模拟量输入／输出扩展单元三类。用户需根据现场模拟量点数来合理选取模拟量扩展单元。各单元具体参数见表2-15。其中，模拟量输入扩展单元如图2-14所示，模拟量输出扩展单元如图2-15所示，模拟量输入／输出扩展单元如图2-16所示。

图2-14 CP1W系列模拟量输入扩展单元示意图

表2-15 CP1W系列模拟量扩展单元参数表

图2-15 CP1W系列模拟量输出扩展单元示意图

图2-16 CP1W系列模拟量输入／输出扩展单元示意图

CP1W系列模拟量扩展单元功能见表2-16。

表2-16 CP1W系列模拟量扩展模块功能表

2）温度传感器扩展单元。温度传感器单元根据测温体类型不同可分为CP1W-TS00□／TS10□两个型号，其中TS00□对应热电偶测温体，TS10□对应铂电阻测温体。需要注意的是，市面上热电偶分为K型和J型，铂电阻分为Pt100与JPt100，当温度单元接入测温体时，需要接入同一种热电偶或者铂电阻。温度传感器扩展单元如图2-17所示。

CP1W系列温度传感器功能见表2-17。其中，DIP开关的设定见表2-18。通过设定旋转开关，用户可设定不同种类测温体的测量范围，旋转开关的设定见表2-19。

图2-17 CP1W系列温度传感器扩展单元示意图

表2-17 CP1W系列温度传感器功能表

表2-18 CP1W系列温度传感器DIP开关功能表

表2-19 CP1W系列温度传感器旋转开关功能表

（3）可选件扩展单元

可选件扩展单元都是直接安装在PLC的CPU主机上，扩展PLC特殊功能，且不是PLC自带的扩展单元。可选件扩展单元包括串行通信选件板，LCD选件板和存储单元。

1）串行通信选件板。此单元安装在支持扩展通信的PLC选件扩展槽中，用户需要根据现场网络的需要来选用扩展单元。串行通信选件板型号见表2-20。其中，CP1W-CIF01选件板如图2-18所示，其配置见表2-21。

表2-20 CP1W系列串行通信选件板选型表

图2-18 CP1W-CIF01连接器示意图

表2-21 CP1W-CIF01选件板配置表

用户可根据上表中的通信口定义自行制作与外设连接的通信电缆，由于电缆接口所限，RS232C接口只能用于PLC与通信设备进行1∶1连接的场合；而如果进行1∶N连接，则需使用CP1W-CIF11／12选件板。CP1W-CIF11／12选件板为RS-422A／485接口，如图2-19所示。它支持通信距离较长的场合，其特点是通信接线简单，且不易受到干扰。

图2-19 CP1W-CIF11／12选件板示意图

用户可根据CP1W-CIF11／12选件板端子台上面的提示进行接线。当通信正常时，选件板上的通信状态指示灯COMM将会闪烁。在正确连接通信线后，需对选件板背面的DIP开关进行设置，只有相对应的功能设置正确才可通信。具体DIP开关的设定见表2-22。

表2-22 CP1W-CIF11／12选件板DIP开关配置表

注：①禁止回声功能5置ON。

②4线方式按1：N方式连接设备时6置ON。

③2线方式6置ON。

CP1W-CIF41选件板如图2-20所示。CP1E使用CP1W-CIF41选件板时，对应通信口的通信协议需设定为上位机链接（HostLink），传输速率设定为115200，数据格式为7，2，E。而CP1H或CP1L使用CP1W-CIF41选件板时，对应的通信口协议应设定为工具总线（TOOLBUS）方式，用户也可通过主机上的CPU拨码开关来强制设定通信口1和2为工具总

图2-20 CP1W-CIF41选件板示意图(www.xing528.com)

线（TOOLBUS）方式。

2）LCD选件板。CP1H与CP1L型PLC支持用于快速显示和设置的LCD选件板。通过此选件板，用户可监视修改系统当前状态和I／O存储器数据，修改相关定时器参数，快速备份PLC内部数据。该选件板适用于需要频繁检测PLC状态且不便携带电脑的场合。CP1W-DAM01LCD选件板如图2-21所示，按键功能见表2-23。

图2-21 LCD选件板示意图

表2-23 CP1W-DAM01LCD选件板按钮功能表

需要注意的是CP1W-DAM01LCD选件板仅可安装在CP1H或CP1L PLC的通信口1上，且CPU拨动开关2号拨为ON，即通信口1设定为TOOLBUS（工具总线）方式，才能与LCD选件板建立通信。

3）存储单元。CP1H与CP1L还支持CP1W-ME05M存储单元，用户可以通过此存储单元对PLC数据进行备份和传送。CP1W-ME05M存储单元功能见表2-24。该单元的具体使用方法见CP1H或CP1L的操作手册。

表2-24 CP1W-ME05M存储单元功能表

注意：

①以上所有欧姆龙CP1系列PLC扩展单元的安装与硬件设置，都要在PLC主机断电的情况下实施，否则带电插拔和设置会损坏PLC主机和扩展单元的接口。

②CP1E与CP1L PLC可以扩展各种CP1W系列扩展模块，总数不超过3块。而CP1H系列PLC最大可以连接7个CP1W扩展单元。但是所有特殊I／O单元和一般单元占用输入与输出通道合计，都必须在15字以下。即使连接7个单元以下时，输入或输出通道中任何一个超过15字，都会导致I／O点数超出错误，PLC无法运行。CP1W系列模块扩展不影响CJ系列高功能模块扩展。

③CP1E型PLC CPU电池为CP1W-BAT01；CP1L与CP1H型PLC内置电池型号为CJ1W-BAT01。

2.CJ系列高功能扩展单元

在一些特殊场合会需要PLC具有如远程I／O、现场总线、运动控制、超高速计数或者多路模拟量监控等高级功能，小型PLC会力不从心，而可以满足这种需求的PLC多为中型或大型机，或通过特殊模块来实现，但价格昂贵。在CP1系列PLC中，CP1H可以连接CJ系列高功能扩展单元（模块）实现特殊功能，为用户节省使用中型或者大型PLC的成本。也可在某些特殊场合增加高功能模块来提高控制品质。这一特点使CP1H在印刷、纺织、粉工艺，以及橡胶等中、大型PLC应用领域一枝独秀。

如何将CJ系列高功能扩展单元与CP1H连接？在CP1H主机体右侧面有专门连接CJ系列扩展单元的接口，如图2-22所示。通过此接口，配合使用CP1H专用于扩展CJ高功能单元的连接器CP1W-EXT01即可将此类单元连接在CP1H上。每台CP1H可以扩展2个CJ系列高功能扩展单元。在最后一块扩展单元的右侧还需安装CJ系列高功能扩展单元端板CJ1W-TER01。CP1H连接CJ系列高功能扩展单元的方式如图2-23所示。

图2-22 CP1H的CJ系列扩展单元适配器示意图

图2-23 CP1H连接CJ系列扩展单元示意图

当CP1H同时连接CJ系列扩展单元和CP系列扩展单元时，需要另外使用CP1W-CN811 I／O连接电缆连接CP1W系列扩展单元。扩展CJ系列扩展模块不影响连接CP1W系列扩展模块的数量，连接方式如图2-24所示。

CJ系列高功能扩展单元分为特殊I／O单元和CPU总线单元。其中特殊I／O单元主要适用于过程控制、位置控制与特殊I／O扩展；CPU总线单元适用于扩展PLC网络通信功能。

（1）CJ系列特殊I／O单元

CJ系列特殊I／O单元包括模拟量输入输出单元、过程输入单元、温度控制单元、位置控制单元和远程I／O单元等。

1）模拟量输入输出单元。CJ系列模拟量输入输出单元相比于同类的CP1W系列模块，接收模拟量精度更高，转换速度更快且体积更小，单一模块上最多可以接收8路模拟量。CJ系列模拟量输入输出单元如图2-25所示。

2）过程输入单元。由于控制现场过程量种类繁多，其中多数不是标准的模拟输入量，

图2-25 CJ系列模拟量输入输出单元

因此，用户需要使用种类繁多的模拟量转换器将信号转换为标准的模拟量，这样既额外占用了空间，又增加了编程量。

过程输入单元是一种多功能模拟量接入模块，通过PLC设置参数，分别设定每个端子所输入的模拟量类型，该模块就会自动将输入的模拟量转换为数字量，从而省去了模拟量转换器，且减少了编程量。由于同为模拟量输入单元，所以过程输入单元外观与模拟量输入输出单元外观相同，但其操作需要依据其对应的使用手册。过程输入单元种类见表2-25。

表2-25 CJ系列过程输入单元型号配置表

（续）

3）温度控制单元。CJ系列温度控制单元相比于同类的CP1W系列温控单元，其功能不仅局限于通过各种测温体来转化显示当前温度，而且可以通过其内部的运算芯片运行PID算法，实现相关回路的温度控制。一个温度模块就相当于多个温控器，即节省了控制柜的空间，又提高了控制品质。CJ系列温度控制单元型号命名规则见表2-26。

表2-26 CJ系列温度控制单元型号命名规则

4）位置控制单元。位置控制中，步进电动机和伺服电动机的运动都取决于PLC发出的脉冲信号。PLC发出的脉冲数量对应于电动机转动的距离，脉冲的频率对应于电动机转动速度。一般控制一台电动机，只需要编写相应脉冲控制程序即可。但是针对实际应用中的机械设备，通常是两台以上步进电动机或者伺服电动机复合出一定的轨迹，为了使多台电动机完成预定轨迹，需编写复杂的PLC程序来协调不同电动机的速度比率，这样既导致工作量成倍增加，也使PLC扫描周期大大延长。

当使用位置控制单元时，只需将每台电动机运行的参数分别通过CX-Position软件写入位置模块，再利用PLC发出启动指令，位置控制单元就会根据写入的参数，自动地按比例发送脉冲，完成简单规则的直线图形轨迹。高版本的位置控制单元更可以完成像圆形那样的弧度轨迹图形。减少了编程总量，提高了PLC运行速度。位置控制单元外观如图2-26所示，各型号功能见表2-27。

图2-26 CJ系列位置控制单元示意图

表2-27 CJ系列位置控制单元功能表

5）远程I／O模块。在很多大型工厂内，现场的控制设备和PLC机柜相距几十米甚至上百米，各种传感器、控制器的数量更可能成百上千。如果使用传统布线方式，PLC的每个I／O点和其对应设备都需要使用两者之间距离两倍的电缆连接，这样不仅使成本成倍增加，而且现场数量众多的电缆又可能相互干扰，为检修带来困难。

远程I／O模块可以很好地解决以上难题。铺设一个主电缆，其中一端连接到主机的远程I／O模块上，使用分支连接器与现场不同位置的各种传感器、控制器等连接，即各支路的I／O点接入主电缆中。此时在主电缆中传递的不是每一个分支I／O点开关量的高低电平信号，而是经过每个远程I／O端子内部CPU处理过的数据信号，这样既避免了不同I／O点在同一时刻传递不同信号的冲突问题，增强了设备整体的稳定性和实时性，又解决了众多I／O点反复布线的浪费问题。如果某个设备出现故障，只需更换相应设备或者检修分支的电缆即可。

（2）CJ系列CPU总线单元

特殊I／O单元旨在控制不同种类的输入量或输出量，而CPU总线单元主要是通过CPU总线与CP1H的CPU进行实时数据交换的高功能单元，其主要作用是扩展PLC的网络通信能力。

CPU总线单元主要包括串行通信单元、网络单元和MECHATROLINK-II伺服控制单元。

1）串行通信单元。随着工控技术信息化的发展，许多现场仪表或控制设备都集成了一定的通信能力，但市面上通信协议众多，格式纷杂，且相关协议结尾校验码的计算方式千差万别，所以，通过扩展物理通信接口带来的巨大工作量和编写复杂程序的难度都将大大增加。相比于CP1W串行通信选件板，CJ系列串行通信单元不仅扩展了PLC物理通信串口数量，而且还可通过模块内置的协议宏功能省去反复编写通信程序和计算校验码的工作，效率明显提高。CJ串行通信单元外观如图2-27所示，功能配置见表2-28。

2）网络单元。随着PLC应用于大规模的工业现场，控制距离也逐渐从上百米延伸到几百米甚至上千米，而且需采集的数据也不局限于普通传感器、温控器类的开关量或模拟量信号，还有远程中央控制室采集的PLC数据，复杂场合PLC之间相互通信的数据，以及如伺服电动机、变频器和测量仪表等设备与其对应分站PLC之间交换的数据。因此，一般的远程I／O模块已不能满足控制需求。

图2-27 CJ串行通信单元示意图

表2-28 CJ串行通信单元配置表

CJ系列网络单元支持更高层次通信网络，可以解决上述远距离通信的需求，它可以与远程I／O模块等其他网络组成复杂的控制通信网。用户可根据现场接入设备的特性和通信距离的不同，选择不同的网络单元组成一个完善的通信网络。CJ系列网络单元参数见表2-29，模块外观如图2-28所示。

表2-29 CJ系列网络单元参数表

图2-28 CJ系列网络单元示意图

3）MECHATROLINK-II伺服控制单元。在汽车制造业、印刷业、产品包装和数控机床等领域，都涉及复杂的位置和运动控制。在生产线上每一个工序的机械手或者伺服电动机都需要通过相互通信来完成彼此配合，仅靠简单的光电开关、限位开关的搭配已不能保证整个工艺流程动作的实时性和灵活性。CJ系列伺服控制单元具有在一定距离内控制多路伺服能力。使用MECHATROLINK-II网络来控制其下路的众多伺服控制器，实现在位置控制或运动控制模式下很好地解决联动配合问题。具体MECHATROLINK-II伺服控制单元参数见表2-30，外观如图2-29所示。

表2-30 MECHATROLINK-II伺服控制单元参数表

图2-29 MECHATROLINK-II伺服控制单元示意图