PLC数字量输入模块与外接信号源的联接方式

PLC数字量输入模块与外接信号源的联接方式
摘要:本文以三菱PLC为例,主要分析了PLC数字量输入模块内部电路常见的几种形式,并结合传感器常用的NPN和PNP输出,给出了传感器与PLC输入模块中的不同的输入电路形式连接时的接线方法。

关键词:PLC;源输入;漏输入;NPN输出;PNP输出
1、引言
PLC控制系统的设计中,PLC的编程设计虽然在系统中占据了系统工作量的大部分,但接线工作也依然是系统设计及制作工作中的重要组分部分,它是编程设计的基础,只有正确确定接线后,编程设计工作才有可能顺利地完成。

而要保证接线设计工作的正确性,就必须对PLC内部的输入输出电路有一个比较清楚的了解。

我们知道,PLC数字输入模块为了防止外界线路产生的干扰(如尖峰电压,干扰噪声等)引起PLC的非正常工作及损坏,一般在PLC的输入侧都采用了光电耦合器,来切断PLC内部线路和外部线路在电气上的联系,以保证PLC的正常工作。

并且在输入线路中都设有RC 滤波电路,用以防止由于输入点抖动或外部干扰脉冲所产生的错误信号。

2、输入电路的形式
2.1 分类
PLC 的数字量输入电路,是把现场各种开关信号
转换成用于PLC内部处理的标准信号。

数字量输入电路按照输入端外接电源的类型不同,可以分为直流输
入电路和交流输入电路(即:直流输入模块和交流输入
模块);按PLC输入模块公共端(COM端)电流的流向分,
可分为源型输入电路和漏型输入电路;按光耦发光二
极管公共端的连接方式可分为共阳极和共阴极输入电路。

如图2.1所示:
2.2 按外接电源的类型分类
2.2.1 直流输入电路
图2.2.1 为直流输入电路的一种形式(只画出二路输入电路,其余省略.但其电路结构与画出的二路一样)。

当外部线路的开关闭合时,PLC内部光电耦合器中的发光二极管被点亮,光敏三极管饱和导通,该导通信号再
传送给处理器,从而CPU认为该路有信号输入;外界开
关断开时,光耦中的发光二极管熄灭,光敏三极管截
止,CPU认为该路没有信号。

在这里,光电耦合器有着两个用途:
一、隔离作用:光电耦合器的输入端与输出端之间没有电磁联系,在电气上是完全完全隔离的,输出信号
对输入信号没有反馈, 输入信号对输出信号也不存在
因外部原因引起的高幅值输入而造成PLC内部电路损坏以及小的杂波等干扰,而导致的PLC误动作,故而它
起到了较理想的隔离作用
二、转换作用:光电耦合器采用的是电―光―电的信号传输方法,故而,它起着把外部输入的电信号转换
成PLC内部所能接受的微电信号,实现了较理想的转换。

2.2.2 交流输入电路
交流输入电路如图2.2.2所示,可以看出,与直流输入电路的区别主要就是增加了一个整流的环节。

交流输入的信号输入电压一般为AC120V或230V。

交流电信号经过电阻R的限流和电容C的隔离(去除电源中的直流成分),再经过桥式整流将交流电信号转换
为直流电信号,其后工作原理和直流输入电路一样,不
再缀述。

•输入模块的选用
从以上可以看出,由于交流输入电路中增加了限流、隔离和整流三个环节,因此,交流输入信号的延迟时间要比直流输入电路的要长,这是其不足之处。

但由于其输入端是高电压,因此,交流输入信号的抗干扰能力
及可靠性都要比直流输入电路要好,但其响应速度较慢。

一般,交流输入方式用于有油雾、粉尘等恶劣环境以及对响应速度要求不高的场合中,而直流输入方式,
它的特点是:延迟时间短,输入信号的频率高可以直接与接近开关、光电开关、编码器等电子输入装置连接。

其输入电压一般选用DC24V的较为普遍。

适用于环境较好,电磁干扰不
2.3 按流入公共端电流的流向分类
2.3.1 漏型输入电路
漏型输入电路如图2.3.1所示,此时,电流从PLC公共端(COM端或M端)流进,而从输入端流出,也就是说:漏型输入电路是负载从PLC输入端子抽取电流,即:PLC 公共端接外接DC电源的正极。

图2.3.1只画出了二路具体的内部连接情形,如果输入有多路,则,所有光电耦合器输入端的发光二极管的阳极是并联相连的,也就构成了共阳极电路。

2.3.2 源型输入电路
图2.3.2所示的电路是源型输入电路的形式(与图2.2.1相同),图2.2.2所示的交流输入电路也是源型输入电路的形式,此电路与图2.3.1相比,在外部只是电源极性相反,在PLC内部其光电耦合器输入端的共阳连接变成了共阴极连接电路。

此时,电流的流向正好和漏型的电路相反。

源型输入电路的电流是从PLC的输入端流进,而从公共端流出,也就是说:源型输入电路是负载向PLC输入端子提供电流。

即:PLC公共端接外接电源的
负极(共阴极电路)。

2.3.3 混合型输入电路
因为此类型的PLC 公共端既可以流出电流,也可以流入电流(既PLC公共端既可以接外接电源的正极,也可以接负极),同时具有源输入电路和漏输入电路的特点,并且,还可以用于交流输入,所以我们可以把这种输入电路称为混合型输入电路。

其电路形式如图2.3.3所示。

混合型输入电路作为源输入时,公共端接电源的负极;作为漏输入时,公共端接电源的正极,并可用于交流输入。

这样,可以根据现场的需要来接线,给接线工作带来极大的灵活。

3、外接开关量信号和PLC输入电路的连接
PLC外接的输入信号,像按钮、触点及干簧管等干节点提供的数字信号与PLC输入模块的连接比较简单,这里就不再缀述。

而有一些NPN和PNP集电极开路的数字传感器提供的数字输出信号,在与PLC输入模块的连接时,到底是使用NPN输入还是PNP输入的数字传感器就值得注意了,因而在使用过程中,首先:应弄清楚PLC的数字量输入模块的电路形势(即:源型还是漏型输入),否则,在遇到输入点外接NPN和PNP集电极开路的数字传感器时,有时会有无所适从感到感觉。

数字传感器(又称为:非接触式传感器)最常见的有接近开关及光电开关等,其接线方式最常见的有两种,即:三线式和两线式。

三线式传感器有两个端子分别连接直流电流的正负极,另一个端子是传感器的数字信号输出端。

未动作时,输出电流近似为0, 传感器的输出驱动晶体管相当于一个断开的触点.动作时,输出驱动晶体管饱和导通,晶体管压降近似为0,此时,传感器的输出驱动晶体管相当于一个闭合的触点.
两线式传感器的两根线兼作电源线和信号线,未动作,需要一定的电流来维持电流的工作,听以它有一定的静态电流。

二线式传感器只有两根线,接线方便,可以直接接到PLC的输入端。

PLC数字量输入模块,主要依据其输入电流值的大小来确认其输入信号是逻辑0(低电平)还是逻辑1(高电平)的, 其输入电流值小于逻辑0信号的最大值时,PLC确认其输入信号为逻辑0(低电平),其输入电流值大于逻辑1信号最小值时,PLC确认其输入信号为逻辑1(高电平)。

如果输入的信号电流处于这二者之间(即:逻辑1>X>逻辑0)时,PLC读入的逻辑状态值也处于不稳定状态。

所以,两线式传感器的稳定性要比三线式传感器的稳定性差些,但两线式传感器的连接要比三线式传感器的连接简单些。

在选用两线式传感器时,要注意其静态工作电流应>>小于PLC输入模块逻辑0信号的最大值,否则,有可能出现,因电源电压波动及外部某些干扰而引起静态工作电流增大,而导致PLC输入模块的输入逻辑识别错误而使整个系统产生误动作。

一般情况下;
NPN集电极开路输出的数字三线制传感器只能与漏型或者混合型电路配合使用。

PNP集电极开路输出的数字三线制传感器只能与源型或者混合型的输入电路配合使用。

NPN集电极开路输出的二线式数字传感器只能与漏型或者混合型电路配合使用。

PNP集电极开路输出的数字传感器只能与源型或者混合型的输入电路配合使用。

4、结束语
由于PLC输入模块电路形式和外接传感器输出信号的多样性,因此我们在进行PLC输入模块连线前有必要充分地了解PLC输入电路的类型和传感器输出信号的形式,才能确保PLC输入模块接线正确无误,为后续
的PLC编程和调试工作打下一个良好的基础。

随着科技的不断进步,PLC的种类日益繁多,功能也逐渐增强, 输入模块及传感器的种类和功能也会越来越多。

文章中尽管归纳了一些输入模块连线的方法,但在实际工作中还一定要依据实际情况做出适当的调整,以便设计制作出满足期望的控制系统。