PLC输入/输出接口电路的主要功能

    输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC通过输入接口把外部设备的各种状态或信息读入CPU，按照用户程序执行运算与操作，同时又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，驱动各种执行机构，实现工业生产过程的自动控制。

    工业现场的输入和输出信号包括开关量和模拟量两类，因此I/O单元也有开关量输入/开关量输出和模拟量输入/模拟量输出两种，前者又称为DI/DO，后者又称为AI/AO。PLC提供了多种操作电平和驱动能力的I/O接口，有各种各样功能的I/O接口供用户选用。

    ①开关量输入( DI)单元。开关量输入单元是将现场按钮、选择开关、行程开关、继电器触点等各种开关量信号转换成PLC内部标准信号。输入信号一般经过信号调理、滤波和光电隔离后再送入内部电路处理。输入单元的光电耦合电路一般由发光二极管和光电三极管组成。根据输入电源的不同，输入单元分为直流输入单元和交流输入单元电路，如图1-6和图1-7所示。直流输入信号的电压一般在12～24V，使用PLC的内部电源供电，不需要外接电流；交流输入的电源可为110V、220V等，一般都是现场供给。

    图1-6    直流输入电路原理图

    图1-7    交流输入单元电路原理图

    ②开关量输出(DO)单元。开关量输出单元是将PLC的输出信号转换成外部所需要的电平信号，并以此来驱动外部执行机构、指示灯和负载。输出接口用来连接被控对象中各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）等。按照负载使用的电源类型的不同，开关量输出单元可分为：晶体管输出方式，用于直流输出负载；双相晶闸管输出方式，用于交流输出负载；继电器触点输出方式，既可用于直流，又可用于交流。内部电路如图1-8、图1-9和图1-10所示。

    ③模拟量输入( AI)单元。在工业控制中，经常会遇到一些输入值（如常用的温度、压力、速度、流量、位移等）是连续变化的模拟量．经过传感器的检测、变换，输出为连续变化的电压或电流形式的模拟量，而PLC只能处理数字量。模拟量输入单元的作用就是将工业现场的各类模拟信号转变为PLC能够接收的数字量。模拟量输入电平大多是从传感器通过变换后得到，输入信号为-10～+10V，0～10V，1～5V的电压信号或4～20mA的电流信号，输入单元接收到这种模拟信号后，把它转换成数字信号，送给CPU单元进行处理。模拟量输入单元一般由信号处理、多路转换开关、A/D转换器、光耦合器隔离等部分组成。其原理框图如图1-11所示。

    图1-8    晶体管输出

    图1-9    双向晶闸管输出

    图1-10    继电器输出

    图1-11    模拟量输入模块原理框图

    ④模拟量输出接口(AO)单元。在工业控制中，经常遇到需要模拟量控制的问题。如电液伺服阀、变频器等。必须把PLC输出的数字量转换成模拟量，才能够满足这类执行机构的动作要求。模拟量输出接口单元的作用就是将PLC运算处理后的数字量信号转换成相应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续信号的控制要求。模拟量输出单元也各有不同类型。例如，有0～10V的电压输出，-10～+10V的电压输出，也有4～20mA的电流输出。模拟量输出单元一般由光耦合器隔离、D/A转换器和信号转换等部分组成。其原理框图如图1-12所示。

    图1-12    模拟量输出模块原理框图

    ⑤智能输入/输出接口。为了适应和满足复杂控制功能的需要，PLC还有一些智能输入/输出接口。它是独立的单元，与普通输入/输出接口的区别在于有自己的CPU、系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口，有专门的处理能力。它作为PLC系统的一个模块，通过总线与PLC相连，进行数据交换，并在PLC的协调管理下独立地进行工作。PLC的智能接口模块种类很多，如高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。

    ⑥I/O扩展接口。I/O扩展接口用于扩展输入、输出点数，当用户控制系统所需要的输入、输出点数超过PLC主机的输入、输出点数时，要通过I/O扩展接口将主机与I/O扩展单元连接起来。