淺析PLC數(shù)字量輸入電路的形式

1.引言

PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計中，雖然接線工作占的比重較小，大部分工作還是PLC的編程設(shè)計工作，但它是編程設(shè)計的基礎(chǔ)，只要接線正確后，才能順利地進(jìn)行編程設(shè)計工作。而保證接線工作的正確性，就必須對PLC內(nèi)部的輸入輸出電路有一個比較清楚的了解。我們知道，PLC數(shù)字輸入模塊為了防止外界線路產(chǎn)生的干擾（如尖峰電壓，干擾噪聲等）引起PLC的非正常工作甚至是元器件的損壞，一般在PLC的輸入側(cè)都采用光耦，來切斷PLC內(nèi)部線路和外部線路電氣上的聯(lián)系，保證PLC的正常工作。并且在輸入線路中都設(shè)有RC濾波電路，以防止由于輸入點抖動或外部干擾脈沖引起的錯誤信號。

2.輸入電路的形式

2.1分類

PLC的輸入電路，按外接電源的類型分，可以分為直流輸入電路和交流輸入電路；按PLC輸入模塊公共端（COM端）電流的流向分，可分為源輸入電路和漏輸入電路；按光耦發(fā)光二極管公共端的連接方式可分為共陽極和共陰極輸入電路。如下圖1所示：

圖1 PLC輸入電路的分類

2.2按外接電源的類型分類

2.2.1直流輸入電路

圖2為直流輸入電路的一種形式（只畫出一路輸入電路）。當(dāng)圖1中外部線路的開關(guān)閉合時，PLC內(nèi)部光耦的發(fā)光二極管點亮，光敏三極管飽和導(dǎo)通，該導(dǎo)通信號再傳送給處理器，從而CPU認(rèn)為該路有信號輸入；外界開關(guān)斷開時，光耦中的發(fā)光二極管熄滅，光敏三極管截止，CPU認(rèn)為該路沒有信號。

圖2 直流輸入電路

2.2.2交流輸入電路交流輸入電路如圖3所示，可以看出，與直流輸入電路的區(qū)別主要就是增加了一個整流的環(huán)節(jié)。

交流輸入的輸入電壓一般為AC120V或230V。交流電經(jīng)過電阻R的限流和電容C的隔離(去除電源中的直流成分)，再經(jīng)過橋式整流為直流電，其后工作原理和直流輸入電路一樣，不再綴述。

圖3 交流輸入電路

從以上可以看出，由于交流輸入電路中增加了限流、隔離和整流三個環(huán)節(jié)，因此，輸入信號的延遲時間要比直流輸入電路的要長，這是其不足之處。但由于其輸入端是高電壓，因此輸入信號的可靠性要比直流輸入電路要高。一般，交流輸入方式用于有油霧、粉塵等惡劣環(huán)境中，對響應(yīng)性要求不高的場合，而直流輸入方式用于環(huán)境較好，電磁干擾不嚴(yán)懲，對響應(yīng)性要求高的場合。

2.3按流入公共端電流的流向分類

2.3.1漏型輸入電路漏型輸入電路如圖4所示，此時，電流從PLC公共端（COM端或M端）流進(jìn)，而從輸入端流出，即PLC公共端接外接DC電源的正極。

圖4 漏型輸入電路

此圖只是畫出了一路的情形，如果輸入有多路，所有輸入的二極管陽極相連，就構(gòu)成了共陽極電路。如圖5所示。

圖5 共陽極電路

三菱A系列PLC的AX40/41/42/50/60及Q系列的QX40/41/42等輸入模塊均屬于漏型輸入模塊。

2.3.2源型輸入電路圖3所示的電路也是源型輸入電路的形式，此時，電流的流向正好和漏型的電路相反。源型輸入電路的電流是從PLC的輸入端流進(jìn)，而從公共端流出，即公共端接外接電源的負(fù)極。

如果所有輸入回路的二極管的陰極相連，就構(gòu)成了共陰極電路，如圖6所示：

圖6 共陰極電路

三菱A系列PLC的AX80/81/82及Q系列的QX80/81的輸入模塊均屬于此類輸入電路。2.3.2混合型輸入電路因為此類型的PLC公共端既可以流出電流，也可以流出電流（既PLC公共端既可以接外接電源的正極，也可以接負(fù)極），同時具有源輸入電路和漏輸入電路的特點，所以我們可以姑且把這種輸入電路稱為混合型輸入電路。其電路形式如圖7所示。

圖7 混合型電路

作為源輸入時，公共端接電源的負(fù)極；作為漏輸入時，公共端接電源的正極。這樣，可以根據(jù)現(xiàn)場的需要來接線，給接線工作帶來極大的靈活。

三菱A系列PLC的AX50-S1/60-S1/70/71/81-S1及Q系列的QX70/71/72。

這里需要說明的是，三菱和SIEMENS關(guān)于“源輸入”和“漏輸入”電路的劃分正好相反，以上是按三菱的劃分方法來介紹的，這點在使用過程中要注意。

SIEMENSS7-300/400系列PLC的直流輸入模塊大多為漏型輸入（公共端接外部電源的負(fù)極。注：按SIEMENS的劃分方法）。在S7-300系列PLC中，只有SM321（-IBH50-）輸入模塊為源輸入（公共端接正。注：按SIEMENS的劃分方法），S7-400系列PLC中則沒有源輸入模塊。小型PLCS7-200的輸入模塊則全部為混合型輸入形式。在大的項目中不建議使用，因此種輸入形式雖然接線方便，但容易造成電源的混亂。

3.外接開關(guān)量信號和PLC輸入電路的連接

PLC外接的輸入信號，除了像按鈕一些干節(jié)點信號外，現(xiàn)在一些傳感器還提供NPN和PNP集電極開路輸出信號。干節(jié)點和PLC輸入模塊的連接比較簡單，這里主要不再綴述。而對于不同的PLC輸入電路，到底是使用NPN輸入還是PNP輸入有時感到無所適從。下面主要介紹一下這兩種輸入和PLC輸入電路的連接。

3.1NPN和PNP輸出電路的形式

如圖8和圖9所示，分別是NPN和PNP輸出電路的一種形式。

圖8 NPN集電極開路輸出 圖9 PNP集電極開路輸出

從圖8和圖9可以看出，NPN集電極開路輸出電路的輸出OUT端通過開關(guān)管和0V連接，當(dāng)傳感器動作時，開關(guān)管飽和導(dǎo)通，OUT端和0V相通，輸出0V低電平信號；PNP集電極開路輸出電路的輸出OUT端通過開關(guān)管和+V連接，當(dāng)傳感器動作時，開關(guān)管飽和導(dǎo)通，OUT端和+V相通，輸出+V高電平信號。3.2NPN和PNP輸出電路和PLC輸入模塊的連接3.2.1NPN集電極開路輸出由以上分析可知，NPN集電極開路輸出為0V，當(dāng)輸出OUT端和PLC輸入相連時，電流從PLC的輸入端流出，從PLC的公共端流入，此即為PLC的漏型電路的形式，即：NPN集電極開路輸出只能接漏型或混合式輸入電路形式的PLC，連接圖如圖10所示：

圖10 NPN集電極開路輸出和PLC的連接

3.2.2PNP集電極開路輸出PNP集電極開路輸出為+V高電平，當(dāng)輸出OUT端和PLC輸入相連時，電流從PLC的輸入端流入，從PLC的公共端流出，此即為PLC的源型電路的形式，即：PNP集電極開路輸出只能接源型或混合型輸入電路形式的PLC，連接圖如圖11所示：

圖11 PNP集電極開路輸出和PLC的連接

4.結(jié)束語

正是由于PLC輸入模塊電路形式和外接傳感器輸出信號的多樣性，我們在PLC輸入模塊接線前要充分了解PLC輸入電路的類型和傳感器輸出信號的形式，只有這樣，才能確保PLC輸入模塊接線正確無誤，為后續(xù)的PLC編程和調(diào)試工作打下一個良好的基礎(chǔ)。