汇川PLC扩展模块拆解：国产芯替代空间有多大

在工业控制系统中，PLC被誉为工业大脑，汇川技术作为国内工控自动化领域的领军企业，其H2U系列PLC在中小型自动化设备中应用广泛。本期与非网将拆解汇川技术H2U系列PLC的一个扩展模块H2U-0008ERN，这是一款典型的数字量输入输出扩展模块，用于补充主PLC的I/O口数量。

拆解

H2U-0008ERN扩展模块结构相对简单，卡扣结构，拆解时很容易就能把内部PCB主板取出来。

内部有两块PCB板，采用堆叠方式通过连接器相连。其中一块PCB板包含了核心控制器，另一块PCB板则主要是接口以及继电器。

先来看下主PCB板上的元器件。

核心芯片为英特尔MAX II CPLD，型号为EPM240T100I5N。这并不是传统意义上的FPGA，它采用基于EEPROM的非易失性结构，掉电后逻辑功能不丢失，无需外置配置存储器，特别适合对体积和功耗敏感的场景。EPM240T100I5N内部包含约240个逻辑单元，依靠查找表与宏单元的组合实现中小规模逻辑控制、状态机、接口桥接及地址解码等功能。核心优势在于上电即运行，无SRAM架构FPGA对外部配置存储器的依赖；待机功耗极低，适合节能型系统。在应用上，CPLD常用于通信设备的协议处理与接口转换、工业自动化的逻辑控制、消费电子的小规模逻辑整合，也可作为ASIC辅助逻辑的低成本替代方案。凭借高稳定性、低功耗、无需外部配置器件等特点，它在逻辑资源需求适中、开发周期和可靠性要求较高的场合被广泛采用。

安森美八路双向总线收发器，型号为MC74ACT245DWG，具有三态输出功能，在模块电路中的典型应用是数据总线隔离与驱动。CPLD的I/O引脚直接连接系统总线可能存在驱动能力不足或信号完整性问题，MC74ACT245DWG作为缓冲器，既增强了总线驱动能力，又在CPLD与外部电路之间形成了一道“保护墙”——当模块热插拔或外部电路出现异常时，收发器可以有效保护核心CPLD不受损坏。

PCB背面则主要是一些阻容以及LED元器件。

再来看另一块接口板。

这一面包含了信号输入处理、信号输出处理以及功率驱动元器件：

安世半导体的8位并行输入、串行输出的移位寄存器，型号为74HC165D。在扩展模块中，74HC165D用于扩展输入通道。CPLD的I/O引脚资源有限，但通过级联多个74HC165D，可以用少量引脚读取大量数字输入信号。

安森美的8位串行输入、串行或并行输出移位寄存器，带三态输出锁存器，型号为MC74HC595ADG。正好与安世半导体的器件功能相反，这种设计使得CPLD可以用少量引脚控制大量输出通道，同时输出锁存器保证了输出状态的稳定性——即使在CPLD刷新数据的过程中，输出状态也不会发生抖动。

意法半导体的ULN2003DT，内部集成了七路达林顿晶体管阵列，每路可承受500mA的灌电流，耐压50V，内部还集成了续流二极管用于驱动感性负载负责输出通道的功率放大，可以将CPLD的微弱信号放大至数百毫安，能够直接驱动模块上的输出继电器或其他外部负载。

再来看PCB另一面。

这一面都是泰科电子的24V功率继电器，型号为PCN-124D3MHZ,001B。这是一款超薄型PCB安装继电器，作为这款扩展模块的最终执行输出元件。通过上面的意法半导体ULN2003DT驱动，继电器线圈通电时，继电器触点吸合，外部负载回路导通；线圈断电时，触点断开。

汇川技术H2U-0008ERN扩展模块所涉及的主要元器件如下：

小结

通过拆解，我们不难发现汇川技术H2U-0008ERN扩展模块的硬件架构可概括为：背板总线接口通过安森美MC74ACT245DWG实现与主PLC的数据交换，核心逻辑控制由英特尔EPM240T100I5N CPLD负责协议解析、时序控制和数据处理，输入扩展链由安世半导体74HC165D将并行输入信号转换为串行数据送入CPLD，输出扩展链由CPLD串行发送数据给安森美MC74HC595ADG，转换为并行输出，功率驱动层由意法半导体ULN2003DT将74HC595的输出信号放大，驱动继电器，执行层继电器触点直接控制外部负载。这种设计充分体现了工业控制模块的典型架构：核心控制+总线隔离+I/O扩展+功率驱动+执行输出，每一层分工明确，既可独立优化，也便于故障排查。那屏幕前的你认为汇川技术这个方案怎样呢？欢迎留言讨论！