PLC 數(shù)字量輸入電路的形式
摘要：本文主要分析了數(shù)字量輸入時(shí)PLC內(nèi)部電路常見(jiàn)的幾種形式，并結(jié)合傳感器常見(jiàn)的NPN和PNP輸出，給出了和不同的PLC電路形式連接時(shí)的接線方法。
Summary: This article has mainly analyzed several internal circuit forms of PLC digital input module, and unified common NPN and PNP outputs of sensors, has given wiring method to different input circuits of PLC.
關(guān)鍵詞：PLC 源輸入 漏輸入 NPN輸出 PNP輸出
Key Words: PLC Source-input Sink-input NPN-output PNP-output
1 引言
PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)工作，但它是編程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，只要接線正確后，才能順利地進(jìn)行編程設(shè)計(jì)工作。而保證接線工作的正確性，就必須對(duì)PLC 內(nèi)部的輸入輸出電路有一個(gè)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(lái)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(diǎn)抖動(dòng)或外部干擾脈沖引起的錯(cuò)誤信號(hào)。
2 輸入電路的形式
2.1 分類(lèi)
PLC 的輸入電路，按外接電源的類(lèi)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(yáng)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(lèi)
2.2 按外接電源的類(lèi)型分類(lèi)
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(huà)出一路輸入電路）。當(dāng)圖1 中外部線路的開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，PLC 內(nèi)部光耦的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，光敏三極管飽和導(dǎo)通，該導(dǎo)通信號(hào)再傳送給處理器，從而CPU 認(rèn)為該路有信號(hào)輸入；外界開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，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(méi)有信號(hào)。
 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(gè)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(guò)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(guò)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(gè)環(huán)節(jié)，因此，輸入信號(hào)的延遲時(shí)間要比直流輸入電路的要長(zhǎng)，這是其不足之處。但由于其輸入端是高電壓，因此輸入信號(hào)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(duì)響應(yīng)性要求不高的場(chǎng)合，而直流輸入方式用于環(huán)境較好，電磁干擾不嚴(yán)懲，對(duì)響應(yīng)性要求高的場(chǎng)合。
2.3 按流入公共端電流的流向分類(lèi)
2.3.1 漏型輸入電路
漏型輸入電路如圖4所示，此時(shí)，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(huà)出了一路的情形，如果輸入有多路，所有輸入的二極管陽(yáng)極相連，就構(gòu)成了共陽(yáng)極電路。如圖5所示。
 圖5 共陽(yáng)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(shí)，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(lèi)輸入電路。
2.3.2 混合型輸入電路
因?yàn)榇祟?lèi)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(shí)具有源輸入電路和漏輸入電路的特點(diǎn)，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(shí)，公共端接電源的負(fù)極；作為漏輸入時(shí)，公共端接
電源的正極。這樣，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需要來(lái)接線，給接線工作帶來(lái)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(shuō)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(lái)介紹的，這點(diǎn)在使用過(guò)程中要注意。
SIEMENS S7-300/400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(méi)有源輸入模塊。小型PLC S7-200的輸入模塊則全部為混合型輸入形式。在大的項(xiàng)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(kāi)關(guān)量信號(hào)和PLC輸入電路的連接
PLC外接的輸入信號(hào)，除了像按鈕一些干節(jié)點(diǎn)信號(hào)外，現(xiàn)在一些傳感器還提供NPN和PNP集電極開(kāi)路輸出信號(hào)。干節(jié)點(diǎn)和PLC輸入模塊的連接比較簡(jiǎn)單，這里主要不再綴述。而對(duì)于不同的PLC輸入電路，到底是使用NPN輸入還是PNP輸入有時(shí)感到無(wú)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。
3.1 NPN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(kāi)路輸出 圖9 PNP集電極開(kāi)路輸出
從圖8和圖9可以看出，NPN集電極開(kāi)路輸出電路的輸出OUT端通過(guò)開(kāi)關(guān)管和0V連接，當(dāng)傳感器動(dòng)作時(shí)，開(kāi)關(guān)管飽和導(dǎo)通，OUT端和0V相通，輸出0V低電平信號(hào)；PNP集電極開(kāi)路輸出電路的輸出OUT端通過(guò)開(kāi)關(guān)管和+V連接，當(dāng)傳感器動(dòng)作時(shí)，開(kāi)關(guān)管飽和導(dǎo)通，OUT端和+V相通，輸出+V高電平信號(hào)。
3.2 NPN和PNP輸出電路和PLC輸入模塊的連接
3.2.1 NPN集電極開(kāi)路輸出
由以上分析可知，NPN集電極開(kāi)路輸出為0V，當(dāng)輸出OUT端和PLC輸入相連時(shí)，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(kāi)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(kāi)路輸出和PLC的連接
3.2.2 PNP集電極開(kāi)路輸出
PNP集電極開(kāi)路輸出為+V高電平，當(dāng)輸出OUT端和PLC輸入相連時(shí)，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(kāi)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(kāi)路輸出和PLC的連接
4 結(jié)束語(yǔ)
正是由于PLC輸入模塊電路形式和外接傳感器輸出信號(hào)的多樣性，我們?cè)赑LC輸入模塊接線前要充分了解PLC輸入電路的類(lèi)型和傳感器輸出信號(hào)的形式，只有這樣，才能確保PLC輸入模塊接線正確無(wú)誤，為后續(xù)的PLC編程和調(diào)試工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。
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