PLC的輸入/輸出(I/O)功能（一）——離散型模塊

  每個PLC都必須具有某種方式來接收和解析來自現實世界傳感器（例如開關和編碼器）的信號，並且還必須能夠對現實世界中的控製元件（例如螺線管、閥門和電機）進行控製。這通常稱為輸入/輸出或I/O能力。整體式PLC 在單元中內置了固定數量的 I/O ，而模塊化（“機架”）PLC 使用單獨的電路板“卡”來提供定製的 I/O 功能。

使用可更換 I/O 卡而不是整片 PLC 設計的優點很多。首先，也是最明顯的是，在發生故障時可以輕鬆更換單個 I/O 卡，而無需更換整個 PLC。可以為應用選擇特定的 I/O 卡，對於使用許多開/關輸入和輸出的應用，偏向於離散卡，或者對於使用許多 4-20 mA 和類似信號的應用，偏向於模擬卡。一些PLC IO卡提供熱插拔功能，這意味著可以移除每張卡並插入新卡，而無需切斷 PLC 處理器和機架的電源。請注意，不應假設任何係統都具有熱插拔功能，因為如果您嚐試在沒有此功能的係統中“實時”更換卡，您將麵臨損壞卡或單元其餘部分的風險。

一些 PLC 能夠連接到裝有額外 I/O 卡或模塊的無處理器遠程機架，從而提供了一種增加 I/O 通道數量超出基本單元容量的方法。從主機 PLC 到遠程 I/O 機架的連接通常采用特殊數字網絡的形式，它可能跨越很長的物理距離：

係統擴展的另一種方案是將多個 PLC 聯網在一起，其中每個 PLC 都有自己的專用機架和處理器。通過使用通信指令，一個 PLC 可以被編程為從另一個 PLC 讀取數據或向另一個 PLC 寫入數據，有效地使用另一個 PLC 作為其自己的 I/O 的擴展。雖然這種方法比遠程 I/O（遠程機架缺少自己的專用處理器）更昂貴，但它提供了在 PLC 處理器之間的網絡連接斷開的情況下獨立控製的能力。

可編程邏輯控製器的輸入/輸出能力分為三種基本類型：離散、模擬和網絡；以下小節中討論的每種類型。

離散 I/O

“離散”數據點是隻有on和off兩種狀態的數據點。過程開關、按鈕開關、限位開關和接近開關都是離散傳感設備的示例。為了讓 PLC 獲取離散傳感器的狀態，它必須通過離散輸入通道從傳感器接收信號。在每個離散輸入內部，一個模塊（通常）是一組發光二極管 (LED)，當相應的傳感設備打開時，它們就會通電。每個 LED 發出的光照射到光敏設備上，例如模塊內的光電晶體管，這反過來又激活了一個位（數字數據的單個元素）在 PLC 的內存中。這種光耦合布置使 PLC 的每個輸入通道都相當可靠，能夠將 PLC 的敏感計算機電路與瞬態電壓“尖峰”和其他可能造成損壞的電氣現象隔離開來：

上麵顯示的離散輸入模塊（“卡”）的內部示意圖顯示了該卡上單個輸入通道的典型組件。每個輸入通道都有自己的光耦合器，寫入 PLC 內存中自己獨特的內存寄存器位。PLC 的離散輸入卡通常有 4、8、16 或 32 個通道。

指示燈、電磁閥和電機啟動器（由接觸器和過載保護裝置組成的組件）都是離散控製裝置的例子。以類似於離散輸入的方式，PLC 通過離散輸出通道連接到任意數量的不同離散最終控製設備。離散輸出模塊通常使用相同形式的光隔離，以允許 PLC 的計算機電路向負載發送電力：內部 PLC 電路驅動 LED，然後激活某種形式的光敏開關設備。或者，可以使用小型機電繼電器來代替光隔離半導體開關元件，例如晶體管 (DC) 或 TRIAC (AC)：

與前麵顯示的離散輸入模塊的示意圖一樣，此處顯示的離散輸出模塊的示意圖顯示了該卡上單個通道的典型組件。每個輸出通道都有自己的光耦合器，由 PLC 內存中自己獨特的內存寄存器位驅動。PLC 的離散輸出卡通常也有 4、8、16 或 32 個通道。

使用 DC 離散 I/O 時要掌握的一個重要概念是源型和漏型（也稱匯）之間的區別。術語“源”和“漏”是指電流（如傳統的流動符號表示）流入或流出設備控製線的方向。從其控製端子向其他一些設備發送（常規流）電流的設備被稱為源型，而將（常規流）電流進入其控製端子的設備被稱為漏型。

為了說明，下圖顯示了 PLC 輸出通道正在向指示燈提供電流，而指示燈正在向地麵漏電流：

這些術語隻有在從傳統流動的角度來看電流時才有意義，其中直流電源的正極端子被設想為電流的“源”，電流“漏”到地（直流電源的負極）。在由 PLC 的輸出通道驅動分立控製設備或由分立傳感設備驅動 PLC 上的輸入通道形成的每個電路中，電路中的一個元件必須是源電流，而另一個元件是漏電流。

我的一位工程同事有一種迷人的方式來描述源型和漏型：吹和吸。向另一個設備提供電流的設備會向另一個設備“吹”電流。吸收電流的設備從另一個設備“吸收”電流。許多學生似乎發現這些有助於首先掌握源型和漏型之間的區別，盡管它們是非正式的。

如果連接到 PLC 的離散設備對極性不敏感，則任何一種類型的 PLC I/O 模塊都足夠了。例如，下圖顯示了連接到漏型 PLC 輸入和源型 PLC 輸入的機械限位開關：

注意漏型卡的公共端和源型卡的公共端在極性和標簽上的差異。在“漏型”卡上，輸入通道端子為正極，而公共（“Com”）端子為負極。在“源”卡上，輸入通道端子為負極，而公共（“VDC”）端子為正極。

一些分立傳感設備對極性敏感，例如包含晶體管輸出的電子接近傳感器。“源”接近開關隻能與“漏”PLC 輸入通道接口，反之亦然：

在所有情況下，“源”設備從其信號端子輸出電流，而“漏”設備將電流輸入其信號端子。

此處顯示了 Allen-Bradley 型號 SLC 500 PLC 的 DC（漏極）離散輸入模塊的照片：打開塑料蓋以查看端子。蓋子內側的圖例顯示了每個螺釘端子的用途：八個輸入通道（編號 0 到 7）和兩個冗餘“DC Com”端子，用於連接直流電源的負極：

幾乎每個 PLC 離散量 I/O 模塊的標準功能是一組 LED 指示燈，可直觀地指示每個位（離散量通道）的狀態。在 SLC 500 模塊上，LED 顯示為靠近模塊頂部的八個帶編號的正方形簇。

另一個品牌的 PLC（Koyo 型號 DL06）上的離散輸出端子的照片顯示了一些不同的標簽：

在此，每個輸出通道端子都用以字母“Y”開頭的字母/數字代碼指定。幾個標有“C”代碼的“通用”終端服務於輸出通道集群。在這種特殊情況下，每個“公共”終端僅對四個輸出通道通用。該 PLC 上共有 16 個輸出通道，這意味著有四個不同的“通用”端子。雖然這可能看起來有些奇怪（為什麽不為所有 16 個輸出通道設置一個“公共”端子？），但它更容易允許不同的直流電源為不同的輸出通道組提供服務。

AC 離散 I/O 的極性不是問題，因為 AC 的極性無論如何都會周期性地反轉。但是，仍然存在分立 PLC 模塊上的“公共”端子是連接到中性（接地）還是（未接地）交流電源導體的問題。

下一張照片顯示了用於 Allen-Bradley SLC 500 PLC 的離散 AC 輸出模塊，使用 TRIAC 作為電源開關設備，而不是像 DC 離散輸出模塊通常使用的晶體管：

這種特殊的八通道模塊提供兩組 TRIAC，用於為交流負載切換電源，每組四個 TRIAC 從“熱”端子（VAC 1 或 VAC 2）接收交流電源，負載設備的另一側連接到交流電源的“中性”（接地）導體。

每個 PLC 製造商提供的硬件參考手冊都顯示了如何將離散輸入和輸出通道連接到現場設備的圖表。在將設備連接到 PLC 的 I/O 點之前，應始終查閱這些圖表！