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上海翊霈工業控制設備有限公司優勢供應國外
    輸入/輸出接口是PLC與現場I/O設備或其它外部設備之間的連接部件。PLC通過輸入接口把外部設備(如開關、按鈕、傳感器)的狀態或信息讀入CPU，通過用戶程序的運算與操作，把結果通過輸出接口傳遞給執行機構（如電磁閥、繼電器、接觸器等）。
    在輸入/輸出接口電路中，一般均配有電子變換、光耦合器和阻容濾波等電路，以實現外部現場的各種信號與系統內部統一信號的匹配和信號的正確傳遞，PLC正是通過了這種接口實現了信號電平的轉換。發光二極管(LED)用來顯示某一路輸入端子是否有信號輸入。當系統的I/O點數不夠時，可通過PLC的I/O擴展接口對系統進行擴展。
    （1）輸入接口電路
    各種PLC的輸入接口電路結構大都相同，按其接口接受的外信號電源劃分有兩種類型：直流輸入接口電路、交流輸入接口電路。其作用是把現場的開關量信號變成PLC內部處理的標準信號。PLC的輸入接口電路如圖2所示。
    在輸入接口電路中，每一個輸入端子可接收一個來自用戶設備的離散信號，即外部輸入器件可以是無源觸點，如按鈕、開關、形程開關等，也可以是有源器件，如各類傳感器、接近開關、光電開關等。在PLC內部電源容量允許條件下，有源輸入器件可以采用PLC輸出電源（24V），否則必須外設電源。

圖（a） 直流輸入接口電路

圖（b） 交流輸入接口電路
    在圖（a） 直流輸入接口電路中，當輸入開關閉合時，光敏晶體管接收到光信號，并將接受的信號送入內部狀態寄存器。即當現場開關閉合時，對應的輸入映像寄存器為“1”狀態，同時該輸入端的發光二極管(LED)點亮；當現場開關斷開時，對應的輸入映像寄存器為“0”狀態。光電耦合器隔離了輸入電路與PLC內部電路的電氣連接，使外部信號通過光電耦合變成內部電路能接收的標準信號。
    圖（b）交流輸入接口電路中，當輸入開關閉合時，經雙向光電耦合器，將該信號送至PLC內部電路，供CPU處理，同時發光二極管（LED）點亮。
    （2）輸出接口電路
    為適應不同負載需要，各類PLC的輸出都有三種類型的接口電路，即繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出。其作用是把PLC內部的標淮信號轉換成現場執行機構所需的開關量信號，驅鑫負載。發光二極管(LED)用來顯示某一路輸出端子是否有信號輸出。

圖（a） 繼電器輸出型接口電

圖（b）晶體管輸出型接口電路

圖（c） 晶閘管輸出型接口電路
圖3 PLC的輸出接口電路
    圖（a）繼電器輸出型接口電路中，當CPU根據用戶程序的運算把輸出信號送入PLC的輸出映像區后，通過內部總線把輸出信號送到鎖存器中。當輸出鎖存器的對應位為“1”時，其對應的發光二極管（LED）導通發光，繼電器的線圈帶電，其觸點則把負載和電源連通起來，使得負載獲得電流；當輸出鎖存器的對應位為“0”時,其對應的發光二極管（LED）不導通，線圈不帶電，其觸點則把負載L和電源隔斷，使得負載不會獲得電流。
    圖（b）晶體管輸出型接口電路中，當輸出鎖存器的對應位為“1”時，其對應的晶體管導通，把負載和電源連通起來，使得負載獲得電流，發光二極管（LED）導通；當輸出鎖存器的對應為“0”時，其對應的晶體管截止，把負載和電源隔斷，使得負載不會獲得電流，發光二極管（LED）不導通。
    圖（c）晶閘管輸出型接口電路中，當輸出鎖存器的對應位為“1”時，其對應的光耦合器導通，把負載和電源連通起來，使得負載獲得電流，發光二極管（LED）發光。當輸出鎖存器的對應位為“0”時，由于負載電源過零，其對應的光耦合器截止，把負載和電源隔斷，使得負載不會獲得電流，發光二極管（LED）不導通。
上述三種類型的輸出接口電路中，繼電器輸出型zui常用，它適用于交、直流負載，其特點是帶負載能力強，但鑫作頻率與相應速度慢。晶體管輸出型適用于直流負載，其特點是鑫作頻率高，相應速度塊，但帶負載能力小。晶閘管輸出型適用于交流負載，相應速度快，帶帶負載能力不強。
    在輸出接口電路中，外部負載直接與PLC輸出端子相連，負載電源由用戶根據負載要求自行配備。在實際應用中，在考慮外驅鑫電源時，需考慮輸出器件的類型，同時PLC輸出端子的輸出電流不能超出其額定值。
4）、電源部分
    PLC內部配有一個開關型穩壓電源，它將交流／直流供電電源變換成系統內部各單元所需的電源，即為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。
    PLC一般使用220V的交流供電電源。PLC內部的開關電源對電網提供的電源要求不高，與普通電源相比，PLC電源穩定性好、抗干擾能力強。許多PLC都向外提供直流24V穩壓電源，用于對外部傳感器供電。
    對于整體式結構的PLC，通常電源封裝在機殼內部；對于模塊式PLC，有的采用單獨電源模塊，有的將電源與PLC封裝到一個模塊中。
5）、編程器
    編程器是PLC開發應用、監測運行、檢查維護*的器件。它是PLC的外部設備，是人機交互的窗口。可用于編程、對系統作一些設定、監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況，但它不直接參與現場控制運行。編程器可以是編程器，也可以是配有編程軟件包的通用計算機系統。編程器是由PLC生產廠家，該廠家生產的某些PLC產品使用，使用范圍有限，價格較高。目前，大多是使用個人計算機為基礎的編程器，用戶只要購買PLC廠家提供的編程軟件和相應的硬件接口裝置，就可以得到高性能的PLC程序開發系統。
6）、擴展接口和外設通信接口
    (1）外設通信接口
    PLC配有多種通信接口，PLC通過這些通信接口可與編程器、打印機、其它PLC、計算機等設備實現通信。可組成多機系統或連成網絡，實現更大規模控制。
    (2）擴展接口
    用于連接I/O擴展單元和特殊功能單元。 通過擴展接口可以擴充開關量 I/O 點數和增加模擬量的I/0端子，也可配接智能單元完成特定的功能，使PLC的配置更加靈活以滿足不同控制系統的需要。I/0擴展接口電路采用并行接口和串行接口兩種電路形式。
    工業控制中，除了用數字量信號來控制外，有時還要用模擬量信號來進行控制。模擬量模塊有三種：模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊。
    (Ⅰ) 模擬量輸入模塊
    模擬量輸入模塊又稱A/D模塊，將現場由傳感器檢測而產生的連續的模擬量信號轉換成PLC的CPU可以接收的數字量，一般多為12位二進制數，數字量位數越多的模塊，分辨率就越高。
    (Ⅱ) 模擬量輸出模塊
    模擬量輸出模塊又稱為D/A模塊，把PLC的CPU送往模擬量輸出模塊的數字量轉換成外部設備可以接收的模擬量（電壓或電流）。模擬量輸出模塊所接收的數字信號一般多為12位二進制數，數字量位數越多的模塊，分辨率就越高。
1.3.2  PLC的軟件組成
    PLC控制系統的軟件主要包括系統軟件和用戶程序。系統軟件由PLC廠家固化在存儲器中，用于控制PLC的運作。用戶程序由使用者編制錄入，保存在用戶存儲器中，用于控制外部對象的運行。
    1）、系統軟件
    系統軟件包括系統管理程序、用戶指令解釋程序、標準程序模塊及系統調用。整個系統軟件是一個整體，它的質量很大程度上影響了PLC的性能。通常情況下，進一步改進和完善系統軟件就可以在不增加任何設備條件下大大改善PLC的性能，使其功能越來越強。
2）用戶程序
    PLC的程序一般由三個部分構成：用戶程序、數據塊和參數塊。用戶程序是必選項，數據塊和參數塊是可選部分。
用戶程序即應用程序，是用戶針對具體控制對象編制的程序。PLC是通過在RUN方式下，循環掃描執行用戶程序來完成控制任務的，用戶程序決定了一個控制系統的功能。

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    一個完整的用戶程序應當包含一個主程序、若干子程序和若干中斷程序三大部分。
1.4   PLC的工作原理
    PLC是一種工業控制計算機，它的工作原理建立在計算機工作原理之上，即通過執行反映控制要求的用戶程序來完成。
1.4.1   PLC可編程控制器的基本工作原理
    PLC以微處理器為核心，具有微機的許多特點，但它的工作方式卻與微機有很大不同。
微機一般采用等待命令的工作方式工作。
    PLC是按集中輸入、集中輸出，周期性循環掃描的方式進行工作的。每一次循環掃描所用的時間稱為一個掃描周期。
    對每個程序，CPU從*條指令開始執行，按順序逐條地執行指令做周期性的程序循環掃描，如果無跳轉指令，則從*條指令開始逐條順序執行用戶程序，直至結束又返回*條指令，如此周而復始不斷循環。
    PLC在每次掃描工作過程中除了執行用戶程序外，還要完成內部處理、輸入采樣、通信服務、程序執行、自診斷、輸出刷新等工作。PLC工作的全過程包括三個部分，即上電處理、掃描過程和出錯處理。PLC工作的全過程可用圖4所示的運行框圖來表示。
    在圖4中，PLC通電后，CPU在系統程序的控制下*行內部處理，包括硬件初始化、I/O模塊配置檢查、停電保持范圍設定及其他初始化處理等工作。
    PLC有很強的自診斷功能，PLC每掃描一次執行一次自診斷檢查，確定PLC自身的鑫作是否正常，如電源檢測、內部硬件是否正常、程序語法是否有錯等。如檢查出異常時，CPU面板的LED及異常繼電器會接通，在特殊寄存器中會存入出錯代碼；CPU能根據錯誤類型和程度發出信號，甚至進行相應的出錯處理，使PLC停止掃描或強制變成STOP狀態。
    PLC運行正常時，掃描周期的長短與用戶應用程序的長短、CPU的運算速度、I/O點的情況等有關。通常用PLC執行1KB指令所需時間來說明其掃描速度（一般1-10ms/KB）。值得注意的是，不同指令執行時間是不同的，故選用不同指令所用的掃描時間將會不同。若用于高速系統要縮短掃描周期時，可從軟硬件上同時考慮。PLC周期性循環掃描工作方式的顯著特點是：可靠性高、抗干擾能力強，但響應滯后、速度慢。
1.4.2   PLC的掃描工作過程
    PLC執行程序的過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執行階段、輸出刷新階段，PLC的掃描工作過程如圖5所示。
    （1）輸入采樣階段。在這一階段中，PLC以掃描方式讀入所有輸入端子上的輸入信號，并將各輸入狀態存入對應的輸入映像寄存器中。此時，輸入映像寄存器被刷斷。在程序執行階段和輸出刷新階段中，輸入映像存儲器與外界隔離，其內容保持不變，直至下一個掃描周期的輸入掃描階段，才被重新讀入的輸入信號刷新。可見，PLC在執行程序和處理數據時，不直接使用現場當時的輸入信號，而使用本次采樣時輸入到映像區中的數據。一般來說，輸入信號的寬度要大于一個掃描周期，否則可能造成信號的丟失。
   （2）程序執行階段。在執行用戶程序過程中，PLC按照梯形圖程序掃描原則，一般來說，PLC按從左至右、從上到下的步驟逐個執行程序。但遇到程序跳轉指令，則根據跳轉條件是否滿足來決定程序跳轉地址。程序執行過程中，當指令中涉及輸入、輸出狀態時，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”對應輸入端子狀態，從輸出映像寄存器“讀入”對應元件（“軟繼電器”）的當前狀態。然后進行相應的運算，運算結果再存入輸出映像寄存器中。對輸出映像寄存器來說，每一個元件（“軟繼電器”）的狀態會隨著程序執行過程而變化。

PLC掃瞄工作過程

運行程序過程
圖5 PLC的掃描工作過程
    （3）輸出刷新階段。程序執行階段的運算結果被存入輸出映像區，而不送到輸出端口上。在輸出刷新階段，PLC將輸出映像區中的輸出變量送入輸出鎖存器，然后由鎖存器通過輸出模塊產生本周期的控制輸出。如果內部輸出繼電器的狀態為“1”，則輸出繼電器觸點閉合，經過輸出端子驅鑫外部負載。全部輸出設備的狀態要保持一個掃描周期。
● 輸入/輸出滯后問題：
    當PLC的輸入端輸入信號發生變化PLC輸出端對該輸入變化做出反應需要一段時間，這種現象稱為PLC輸入/輸出響應滯后。
    由上述分析可知，掃描周期的長短主要取決于程序的長短。掃描周期越長，響應速度越慢。由于每一個掃描周期只進行一次I/O刷新，即每一個掃描周期PLC只對輸人、輸出狀態寄存器更新一次，故使系統存在輸人、輸出滯后現象，這在一定程度上降低了系統的響應速度。工業現場的干擾常常是脈沖式的、短時的，PLC的輸入/輸出響應滯后，對一般的工業控制要求，是*允許的，還可以起到增強系統的抗干擾能力。
    但是，對于控制時間要求嚴格、響應速度要求較快的系統，就要采取措施減小輸入/輸出滯后的不利影響。
1.5   PLC的編程語言
    PLC的編程語言與一般計算機語言相比具有明顯的特點，它既不同于一般高級語言，也不同于一般匯編語言，它既要易于編寫又要易于調試。目前，還沒有一種對各廠家產品都能兼容的編程語言。
    目前，PLC為用戶提供了多種編程語言，以適應編制用戶程序的需要，PLC提供的編程語言通常有以下幾種：梯形圖、指令表、順序功能圖和功能塊圖
    1、梯形圖
    梯形圖編程語言是從繼電器控制系統原理圖的基礎上演變而來的。PLC的梯形圖與繼電器控制系統梯形圖的基本思想是*的，但是在使用符號和表達式等方面有一定區別。
    梯形圖具有形象、直觀、簡單明了，易于理解的特點，特別適合開關量邏輯控制，是PLCzui基本、zui普遍的編程語言。
    2、語句表（STL）
語句表是用助記符來表達PLC的各種功能。它類似計算機的匯編語言，但比匯編語言通俗易懂，也是較為廣泛應用的一種編程語言。使用語句表編程時，編程設備簡單，邏輯緊湊、系統化，連接范圍不受限制，但比較抽象。一般可以與梯形圖互相轉化，互為補充。目前，大多數PLC都有語句表編程功能。
    3、順序功能圖(SFC)
    順序功能圖編程是一種圖形化的編程方法，亦稱功能圖。它的編程方式采用畫工藝流程圖的方法編程，只要在每個工藝方框的輸入和輸出端，標上特定的符號即可。采用順序功能圖編程，可以使具有并發、選擇等復雜結構的系統控制程序大為簡化。許多PLC都提供了用于SFC編程的指令，它是一種*、深受歡迎的編程語言，目前電工委員會（IEC）也正在實施并發展這種語言的編程標準。
    4、 功能塊圖（FBD）
 邏輯功能圖是一種由邏輯功能符號組成的功能塊來表達命令的圖形語言，這種編程語言基本上沿用了半導體邏輯電路的邏輯方塊圖。對每一種功能都使用一個運算方塊，其運算功能由方塊內的符號確定。對于熟悉邏輯電路和具有邏輯代數基礎的人員來說，使用非常方便。

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