PLC的基本组成特殊功能模块（功能模块或智能模块）

    随着PLC在工业控制中的广泛应用和发展，为了增强其功能，扩大其应用范围，生产厂家开发了许多供用户选用的特殊功能模块。

   1)模拟量输入／输出模块

    模拟量的输入模块在过程控制中的应用很广泛，如温度、压力、流量、酸碱度、位移等都是检测对应的电压、电流模拟量，再经过一定的运算（如PID）后控制生产过程，达到一定的目的（如恒温、恒压等）。模拟量经传感器和变送器转换为标准的信号（IEC标准4～20 mA为电流信号，或1~5 V、-10～10 V、0～10 V的直流电压信号）。输入模块用A/D转换器将它们转换成数字量，送给CPU模块处理。因此，模拟量输入模块又叫A/D转换输入模块。

    模拟量输出模块是将CPU模块处理后的二进制数字信号转换为模拟电压或电流，再用其控制执行机构。因此，模拟量输出模块又叫D/A转换输出模块。

    总之，模拟量I/O模块的主要任务是完成A/D转换（模拟量输入）和D/A转换（模拟量输出）。

    小型PLC往往没有模拟量I/O模块，或者只有通道数有限的8位A/D、D/A模块。大、中型PLC可以配置成百上千个模拟量通道。它们的D/A，A/D转换器是12位的。模拟量I/O模块的输入／输出信号可以是电压或电流，可以是单极性的如0~5 V、0～10 V、1~5 V、4～20 mA，也可以是双极性的如±5V、±10 V和±20 mA，一般可输入多种量程的电流或电压。

   2)高速计数器模块

    高速计数器模块是工业控制中常用的智能模块之一。它可把过程控制变量（如位置信号、速度值、流量值累计等）送入PLC。这些参量的变化速度很快，脉冲宽度小于PLC扫描周期，若按正常扫描输入／输出信号来处理，则会丢失部分参量。因此，使用脱离PLC而独立计数的高速计数器对这些参量计数。高速计数模块可对几万赫兹甚至上兆赫兹的脉冲计数。当计数器的当前值等于或大于预置值时，输出被驱动（这一过程与PLC的扫描过程无关，可保证负载被及时驱动）。

   3) PID过程控制模块

    比例／积分／微分(PID)控制模块是实现对连续变化的模拟量闭环控制的智能模块，如图1 -2 -8所示。PID模块可以看成一个过程调节器。在PID模块上有输入／输出接口和进行闭环控制运算的CPU，一般可以控制多个闭环。

 

图 1-2-8 PID过程控制

  4)中断输入模块与快速响应模块

  中断输入模块适用于快速响应的控制系统。过程控制接收到中断输入信号后，暂停正在运行的主程序，转而执行中断程序，执行完后返回，继续执行主程序。

    快速响应模块的功能与通用的开关量I/O模块功能相似。它们之间的主要区别是在相同条件下，快速响应模块能将输入量的变化较快地反映到输出量上。

   PLC的输入量与输出量之间存在因扫描工作方式引起的延迟（输入量的变化，一般要在一个扫描周期后，才能反映到输出上）。这种延迟最长可达两个以上扫描周期。快速响应模块的使用可实现快速输入／输出控制。模块输出响应的延迟仅受电路中的硬件影响，不受PLC扫描周期的影响，即模块的输出由输入量直接控制，同时还受用户程序的控制。

   5)运动控制模块

    运动控制模块通过输出脉冲控制位置移动量和移动速度，可分为单坐标控制和双坐标控制。双坐标控制可实现丽坐标运动协调。这实际上是通过PLC运动控制模块实现的数控(NC)技术。

    位置控制一般采用闭环控制，用伺服电动机作驱动装置。如果用步进电动机做驱动装置，那么既可采用开环控制，也可用闭环控制。模块用存储器来存储给定的运动曲线，模块从位置传感器得到当前的位置值，并与给定值相比较，比较的结果用来控制伺服电动机或步进电动机的驱动装置。

   6)通信模块

   PLC的通信模块相当于局域网中的网络接口。通过通信数据模块总线和PLC的主机连接，用硬件和软件一起来实现通信协议。PLC的通信模块一般配有几种接口，可以通过通信模块上的选择开关进行接口选择，实现与别的PLC智能控制设备或计算机之间的通信。