西门子6ES7332-5HB01-0AB0技术参数

plc实质上是一种工业控制的专用计算机，他的外围硬件在许多方面预计算类似，通常可编程控制器的外围硬件一般有器件、设备、输入输出模块等三种类型。学习可编程控制器技术是应用，开展简单的研发。可编程控制器技术应用的关键是掌握可编程控制器的指令系统，根据生产设备的控制要求编制应用程序，而后在生产现场进行安装及调试，其中外围器件对于可编程控制器系统的正常运行起着重要作用，在此对可编程控制器常用的外围器件作简单介绍。对于外围设备和输入输出模块而言，可根据实际情况进行选购。

（一）输入设备类

1 ．按钮与各类开关

按钮和开关是自动控制系统中常用的元器件，有于按钮、开关常用于发送控制指令，故将按钮、开关称为主令电器。用于数字量（开关量）控制的可编程控制器控制系统的信号输入部分，就是由按钮、行程开关、光电开关等主令电器所构成。

（ 1 ）控制按钮

控制按钮一般用作短时间的接通或断开小电流电路的开关。它由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等组成。

按钮种类大致有如下：（实物展示）

指示灯式按钮（指示），紧急故障处理的蘑菇状按钮（引人注意），钥匙状旋式按钮（安全），旋钮式按钮（自锁）等。

按钮的颜色一般有红、绿、黑、黄、白、蓝等种，习惯上红作为停止按钮，绿色作为起动按钮。

按钮的工作电压也是多样的，有交流的，也有直流的。

控制按钮的形式较多，它们的基本功能是一样的，那就是为可编程控制器提供用于数字量（开关量）控制的开关信号，用户可根据不同的情况进行选购。

控制按钮的图形符号及文字符号如图所示

（ 2 ）限位开关（行程开关）

限位开关可以根据运动部件的位置来切换电路。工作时由挡块和限位开关的轮子或触杆相撞使限位开关的触点接通或断开，常用于控制运动部件的方向、行程长短、位置。

按照限位开关工作原理一般分为机械式和电子式两种（实物展示）。常用型号为LX19 、 JLXK1 ，它们具备一个常开、一个常闭两对触点，并有单轮式自复位和双轮式非自复位两种类型。微动开关 LXW-11 及JLXW1-11 具有体积小，动作灵敏的特点。

限位开关的图形符号及文字符号如图所示

（ 3 ）接近开关

接近开关是无触点开关。按照接近开关的工作原理，可以分为电容型、霍尔效应型、感应电桥型、高频振荡型、磁铁型等多种（实物展示）。

高频振荡型接近开关较为常用的一种接近开关，其工作原理是当装在运动部件上金属体接近高频振荡器的感应头（及振荡线圈）时，由于金属体内部产生涡流损耗，使振荡回路的等效电阻变大，能量损耗增加，从而使振荡变弱，直至停止。于是开关输出控制信号。接近开关工作稳定可靠、寿命长、重复定位精度高、动作迅速、操作频率高，故在可编程控制器控制系统中使用较多。

接近开关的图形符号及文字符号如图所示

接近开关的图形符号及文字符号

（ 4 ）光电开关

随着生产自动化程度的**，光电开关的功能在不断完善，现以成为与可编程控制器相配套的系列产品，广泛用于自动包装、打胶、灌装、封装机，以及自动装配流水线等。

光电开关分为两类：透射型和反射型。

透射型：是发射器（光源）与接收器相对放置，发射器发射的红外线直接照射到接收器上，当生产线上有物体通过时，将红外线光源切断遮挡住了，接收器收不到红外光于是就发出一个信号。

反射型：根据光反射方式的不同，又分为镜反射和被测物体反射两种。镜反射的接受部分和发射部分合做在一起，发射部分发射的红外光，由反射镜反射回来，被接收部分接收，当生产线上的物体通过时，接收部分接收不到红外光，于是就发出一个信号。被测物体反射是一考被测物体对光的反射，接收器接收到物体反射的红外线，从而给出信号。

光电开关的图形符号及文字符号如图所示

光电开关的图形符号及文字符号

（ 5 ）传感器

传感器分类

传感器种类繁多，不断地涌现大量新型的传感器。一般有两种分类的方法：一种以被测参量来划分，另一种以传感器的工作原理来划分。下面以被测参量分类

被测量类别被测参量温度温度、热量、比热容、热导率等电电流、电压、电场、电位、电功率、电荷、电阻、电容、电感、电磁波、阻抗等磁磁通、磁场、导磁等光照度、亮度、色、紫外线、可见光、红外线、X 射线、 Y射线等机械长度、厚度、位置、位移、变形、斜位、角度、速度、加速度、精度、质量、重量、力、压力、力矩、流速、**、振动等化学气体成分、液压成分、PH 值、气味、粘度、密度等

传感器的性能

静态性能：测量范围，线性度，滞后，不重复性，灵敏度，分辨率等

动态性能：响应时间、**度、零点时间漂移、零点温度漂移、灵敏度漂移、工作环境条件、相应速度

传感器选用原则

可编程控制器系统的检测质量优劣关键在于传感器的选择。选择传感器的一般原则：借助于传感器分类表按被测量的性质，从典型应用中可以初步确定几种可供选用的传感器类别；借助于几种常用的传感器比较表，按被检测量的检测范围、精度要求、环境要求等确定传感器的结构形式和传感器后类别；借助于传感器的产品目录选择样本查出传感器的规格型号和性能、尺寸。

（二）执行装置

可编程控制器控制对象是各种各样，有电动的、气动的和液压的，负载的大小和种类各不相同，对于可编程控制器本身而言，他的输出模块基本上有三种：继电器型、双向晶闸管型和晶体管型，并且承受负载的能力也是有限的，那么可编程控制器是如何带动这些庞大的机械电气设备？这样可编程控制器与这些被控对象之间还需要有一个环节，这就是执行装置。一般可编程控制器系统中执行装置有以下三种：接触器或继电器，执行器，气动与液动执行装置用电磁阀。

1 ．接触器

接触器的选用原则及其使用，在《工厂电气控制设备》课程中已详细介绍，主要注意接触器的类型、电压等级、电流等级

2 ．执行器

执行器由执行机构和调节阀（又称调节机构）两部分组成。它在控制系统中的作用是根据调节器的命令，直接带动调节阀，控制进出控制装置的物料或能量，改变调节参数，就达到调节温度、压力、**、液位等目的。

根据使用的能源的不同，执行器可分为气动、电动和液动3 种。目前工业生产中使用多的是气动执行器和电动执行器两种。

关于执行器的详细介绍建议参阅有关的书籍，这里不再深入。

3 ．气动与液动执行装置用电磁阀

电磁阀驱动汽缸如图所示

线圈a 通电时阀门吸向 A 边，汽口 1 、 2 变成 1 '、 2 '，汽缸向左推动，当线圈 a 断电，靠弹簧力 b 将阀门返回 B边，汽口为 1 、 2 ，汽缸推向右边。这样对电磁阀的控制就变成了对线圈 a 的通电和断电，而这点正是可编程控制器的长处。

（1）开关量输入电路的隔离考虑控制电路的抗干扰性能，开关量输入、输出电路均应采用光电耦合器。带光电耦合器的开关量输入电路如图1所示。外电路电源电压为+15V，plc的电源电压为+5V，两个电源是隔离的。当开关K断开时，光电耦合器的发光二极管熄灭，光敏管呈高阻特性，A点为低电平，经与门后输出电压为低电平。当开关K闭合时，光电耦合器的发光二极管发光，光敏管呈低阻特性，A点为高电平，经与门电路后输出电压为高电平。

图1 带光电耦合器的开关量输入电路

（2）开关量输出电路的隔离采用光电耦合器的开关量输出电路如图2所示。+5V电源为PLC的电源，+24V电源为开关量输出电源，两个电源是隔离的。当DO接口端输出高电平时，经与非门电路之后，A点为低电平，经光电耦合器使驱动晶体管VT导通，出口继电器J得电吸合。当DO接口端输出低电平时，经与非门电路后，A点输出高电平，经光电耦合器使VT截止，J释放。

图2 带光电耦合器的开关量输出电路

2．模拟量输入/输出电路的隔离
对于速度检测通常采用测速发电机将速度信号变成电压信号Un，Un=n（为速度反馈系数）。电流检测通常采用电流互感器或霍尔效应电流检测器实现，将电流信号变成电压信号Ui，Ui=Id（为电流反馈系数）。
若采用A/D转换电路，可直接将模拟电压信号接到PLC的模入端，如图3所示。模入信号为测速发电机的输出电压，分压后将输入电压Un限制为0～5V。

图3 A/D口直接连接测速反馈电路

这种模拟输入电路的特点是结构简单，但存在不安全因素，测速发电机的电枢电压高达100多伏，直接与PLC的输入引脚相连，一方面会给微处理器芯片带来干扰，另一方面瞬时过电压会损坏微处理器芯片。
考虑变频调速系统的抗干扰能力及可靠性，需要将检测的模拟量Un、Ui与PLC电路之间进行隔离。模拟量隔离电路的方式有变压器隔离及光电耦合器隔离两种。
（1）变压器隔离
采用变压器隔离的典型电路是隔离放大器，隔离放大器AD289的结构如图4（a）所示。

图4 隔离放大器AD289的结构

隔离放大器所需电源是直流15V，15V电源经振荡器加到变压器T1的初级绕组N1上，T1的次级绕组N2、N3提供脉冲电源，经整流滤波形成的控制电源分别供A2、A1放大器。T1的次级绕组N5、N4分别为调制器和解调器提供脉冲电源。很小的输入信号（毫伏级）经放大器A1放大后，再经调制器调制成交流信号。经变压器T2后，再经解调器还原成A1的输出电压，经A2放大，在⑨、⑩两端输出被放大的电压。

图4（b）给出了AD289的图形符号，控制电源端⑥、⑦与信号输入端⑤、①及信号输出端⑨、⑩三个回路之间是相互隔离的，隔离耐压达2500V。如果检测电枢电流，电枢回路的分流器（额定电压为75mV）两端的电压接信号输入端⑤、①，信号输出端⑩、⑨接PLC的输入端，可实现电枢回路的高压（约1000V）与PLC的低压回路的隔离。
（2）光电耦合器隔离
光电耦合器隔离的方法分以下3种。

①线性光电耦合器隔离。精密线性光电耦合器TIL300及其应用电路如图5所示。TIL300由红外发光二极管（LED）以及分叉配置的隔离反馈光电二极管和输出光电二极管组成。该器件所采用的特殊技术可补偿LED的时间和温度特性的非线性，使输出信号与LED发出的伺服光通量成线性。

图5 TIL300精密线性光电耦合器及其应用电路

令电流增益K1=Ip1/If，正向增益K2=Ip2/If，传输增益K3=Ip2/Ip1=K2/K1。则图5所示电路的输出电压Uo为：

      

式中：Ui为输入的模拟量。

显然，传输电路的输出电压Uo与输入电压Ui的关系取决于传输增益K3，由于K3=K2/K1，K2、K1在If变化时不是线性的，但其比值K3也可以成线性。也就是说，图5所示电路的传输比是线性的，也达到了Ui与Uo之间电气隔离的目的。

②A/D转换后光电耦合器隔离。A/D转换后光电耦合器隔离方案也可以实现模拟量输入信号与计算机的隔离。典型产品如CKE公司的G-01AD模块，其电路结构如图6所示，为8通道模拟量输入通道。

图6 A/D转换后光电耦合器隔离结构图

在图6中，输入的模拟量经切换回路选通后进入放大器，经A/D转换后变成12位的二进制数字信号，再经12只光电耦合器后进入CPU的数据总线。A/D转换电路与CPU之间的控制信号及输入切换电路的控制信号共8位，也是经8只光电耦合器与CPU相连接的。显然8路模拟量输入信号与CPU之间经20只光电耦合器相连接，模入信号与CPU之间没有任何电气连接。
③V/F变换后光电耦合器隔离。这种方案是将被检测的模拟量Ui经V/F变换电路转换成频率F，再经光电耦合器隔离后连接到PLC的输入端。CPU通过检测频率的大小计算出对应的模拟量Ui。电路结构如图7所示。
对于一路模拟量输入电路，仅用一只光电耦合器即可实现电气隔离。这种方案具有体积小、造价低的特点。西门子公司的SIEMADYD全数字控制系统就采用了这种方案。

图7 V/F变换后光电耦合器隔离结构