开关量输出器件
PLC系统的组成
PLC系统的组成PLC系统主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。
其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。
对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内，其组成框图如图1所示；对于模块式PLC，各部件独立封装成模块，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上，其组成框图如图2所示。
无论是哪种结构类型的PLC，都可根据用户需要进行配置与组合。
尽管整体式与模块式PLC的结构不太一样，但各部分的功能作用是相同的，下面对PLC主要组成各部分进行简单介绍。
1．中央处理单元（CPU）同一般的微机一样，CPU是PLC的核心。
PLC中所配置的CPU 随机型不同而不同，常用有三类：通用微处理器（如Z80、8086、80286等）、单片微处理器（如8031、8096等）和位片式微处理器(如AMD29W等) 。
小型PLC大多采用8位通用微处理器和单片微处理器；中型PLC大多采用16位通用微处理器或单片微处理器；大型PLC大多采用高速位片式微处理器。
目前，小型PLC为单CPU系统，而中、大型PLC则大多为双CPU 系统，甚至有些PLC中多达8 个CPU。
对于双CPU系统，一般一个为字处理器，一般采用8位或16位处理器；另一个为位处理器，采用由各厂家设计制造的专用芯片。
字处理器为主处理器，用于执行编程器接口功能，监视内部定时器，监视扫描时间，处理字节指令以及对系统总线和位处理器进行控制等。
位处理器为从处理器，主要用于处理位操作指令和实现PLC编程语言向机器语言的转换。
位处理器的采用,提高了PLC的速度，使PLC更好地满足实时控制要求。
在PLC中CPU按系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作，归纳起来主要有以下几个方面：1）接收从编程器输入的用户程序和数据。
2）诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。
开关量输入输出的隔离技术
要求输入模拟量在整个模数转换过程中被“冻结”起来，
保持不变。但在转换之后，又要求A/D转换器的输入端能跟
踪输入模拟量的变化，能完成上述任务的器件叫采样/保持
电路，简称采/保(S/H)。
最基本的采/保电 路由模拟开关，保持 电容和缓冲放大器组 成
输出电压5V/3.3V/3V
低电池电压检 测输入
低电池电压检 测输出
图4.9 MAX639/MAX640/MAX653的电路连接
16
适于A/D转换器或模拟放大器使用的，通常是双电源输出型。MAX743可提 供±12V或±15V的对称电压，MAX743的最大电流可达±100mA，
图中两个电感100μH、两个电解电容100μF和两个肖特基二极管1N5817
隔离电压高达2000V
共模抑制比(放大器输出功率与输入功率比值的对数，用以表示功率放 大的程度。亦指电压或电流的放大倍数,通常以分贝(dB)数来规定。)高130db， 信号最高频率5KHZ
供电电压15V，可提供±7.5V电源(0.4mA/2mA) （2）MAX210(三端口宽频带隔离放大器 )——3端口，变压器耦合
高频逻辑门专用隔离电路
简单化是逻辑电路
在6N136的基础上，将输出电路做成与TTL兼 容的标准逻辑电路，这就是6N137 ，6N137典 型应用
29
同相输入
30
反相输入
31
应用举例AD210的16、17两引脚连接在一起，可实现信号跟踪
功能。18、19两引脚之间通过电阻Ra接信号源Vs，18脚和Vs共地。 脚1和脚2为输出引脚，Rb为输出负载电阻(使用时可选Ra=Rb=1 kΩ)。 该电路可实现1:1的隔离传输功能。
plc开关量的输入输出接线方式
PLC开关量输入／输出单元的接线方式核心提示：1．输入接线方式按PLC的输入单元与用户设备接线方式的形式可分为汇点式输入接线和分隔式输入接线两种基本形式，如图1.12所示。
汇点式输入接线是指输入回路有一1．输入接线方式按PLC的输入单元与用户设备接线方式的形式可分为汇点式输入接线和分隔式输入接线两种基本形式，如图1.12所示。
汇点式输入接线是指输入回路有一个公共端（汇集端）COM，它可以是全部输入点为一组，并共用一个公共端和一个电源，如图1.12 (a)所示的直流输入单元，其直流电源由P LC内部提供。
汇点式输入接线方式也可以采用将全部输入点分为Ⅳ组，每组有一个公共端和一个单独的电源，如图1.12 (b)所示。
汇点式输入接线方式可以用于直流，也可以用于交流输入单元，交流输入单元的电源由用户提供。
分隔式输入接线方式如图1.12 (c)所示，它是将每个输入点单独用各自的电源接入输入单元，在输入端没有公共的汇点，每个输入器件是隔离的。
2．输出接线方式根据输出单元与外部用户输出设备的接线形式不同，输出接线方式可分为汇点式输出和分隔式输出两种基本形式，如图1.12 (d)所示。
可以把全部输出点汇集成一组共用一个公共端COM和一个电源；也可以将所有的输出点分成Ⅳ组，每组有一个公共端COM和一个单独的电源。
这两种形式的电源均由用户提供，可根据实际负载确定选用直流或交流电源。
图1.12 输入／输出接线3．开关量输入单元的接线方式说明PLC的输入端用于连接按钮开关及各类传感器。
这些器件的功率消耗都很小，一般可以采用PLC内部电源为其供电，也可以由外部设备供电。
图1.13所示为FX系列PLC的输入／输出端开关量信号的接线示意图，PLC开关量输入端的接线说明如下所述。
(1)图中·表示空端子，勿接线。
(2)如图1.13 (a)所示，PLC输入端的XO～X3采用汇点式接线方式。
(3)图1.13 (b)中的XO和X1接入传感器信号，其中XO端的传感器采用PLC内部的24VDC工作电源供电，XI端的传感器采用外部电源为其供电。
plc输出公共端是开关量原理
PLC输出公共端是开关量原理一、什么是PLC？PLC，全称为Programmable Logic Controller，中文名为可编程逻辑控制器，是一种用于自动化控制的电子器件。
PLC的主要功能是接收输入信号，经过逻辑运算后，输出相应的控制信号，实现对工业过程的控制和自动化。
二、PLC输出公共端PLC的输出部分由多个输出端口组成，这些端口通常被分为多个组，每个组都有一个公共端。
当PLC输出信号时，电流将流经公共端，然后根据逻辑运算的结果决定是否激活电路中的其他设备。
三、开关量原理1. 开关量定义开关量，也称为离散量，是指只有两个状态的量。
在PLC中，开关量通常用来表示设备的状态，如开关、按钮的状态等。
开关量可以是开或闭的状态。
2. 开关量输入PLC的输入端接收外部信号，用来检测设备的状态。
当外部设备处于开或闭状态时，输入信号会改变相应的状态。
PLC对输入信号进行采样，并根据输入信号的状态进行逻辑运算，用来决定输出信号的开闭状态。
3. 开关量输出根据逻辑运算的结果，PLC会将输出信号发送到相应的输出端口。
其中，公共端是一个重要的概念，它连接了相同组的输出端。
公共端提供电流路径，使得其他设备可以通过触点与公共端连接，从而实现对设备的控制。
四、应用案例为了更好地理解PLC输出公共端是开关量原理，让我们通过一个简单的应用案例来说明。
1. 集水泵控制系统在一座大楼的地下室，有一个集水泵控制系统，用来控制地下室排水设备的启动和停止。
步骤一：传感器检测水位PLC的输入端接收来自水位传感器的信号，用于检测地下室的水位。
当水位超过一定高度时，传感器输出信号通知PLC。
步骤二：逻辑运算PLC接收到传感器的信号后，进行逻辑运算。
设定一个阈值，当水位超过阈值时，PLC会进行下一步的操作。
步骤三：控制输出信号根据逻辑运算的结果，PLC将输出信号发送到相应的输出端口。
这些输出端口都与公共端相连。
步骤四：设备控制输出信号经过公共端，进一步通过触点连接集水泵控制设备。
开关量输入输出模块
开关量输入输出模块（ELM-25-01）1 模块结构框图和功能描述模块结构框图如图：开关量模块功能由三部分组成：四个8421拨码盘，8位LED发光管和8个拨码开关。
模块的译码控制电路由两片74138来完成。
74HC245和74HC574分别是输入输出锁存器。
2 各模块原理图2.1 8421拨码盘图ELM-25-01-02 8421拨码盘原理图8421拨码盘使用：拨码盘有四个。
左边两个DA1和DA2受同一输入缓冲芯片U1控制，DA1输出为8位的高四位，DA2为8位的低四位输出。
右边两个DA3和DA4受U2控制。
DA3为8位的高四位输出，DA4为8位的低四位输出。
U1和U2的片选地址不同。
8421拨码盘盘面中间有一可调节旋钮，对应刻度为0～9、A～F。
使用时，拨动旋钮的指针指向某一刻度，则与拨码盘相连的8、4、2、1 四个插孔分别由高到低地输出该刻度的8421编码值。
例如，当指针指向5时，四个插孔输出“0101”。
2.2 LED指示灯原理图图ELM-25-01-03 LED指示灯原理图LED指示灯：指示灯L0～L7受驱动芯片U3控制。
可以显示8位的单片机数据输出。
L7指示最高位，L0指示最低位。
接通电源后指示灯常亮。
2.3 拨动乒乓开关原理图图ELM-25-01-04 拨动乒乓开关原理图乒乓开关使用：乒乓开关G0～G7为开关量8位输出。
G7为最高位，G0为最低位。
当开关拨到上面为开，拨到下面为关，输出受U4控制。
3 模块器件分布及说明ELM-25-01-05 模块器件分布图J2：总线插槽J3：电源插槽，从左向右依次为VCC，VCC，GND，GND。
当接通电源时LED1指示灯亮。
若芯片U13不焊且J12跳线连上，则本系统工作电压为+3.3V，否则为+5V。
J4，J5，J6，J7：当1，2脚短接时，表示其对应芯片的使能段均为高电平，即芯片不工作，逻辑编程由FPGA实现,信号由PR1，PR2，PR3，PR4接入；当2，3脚短接时，则工作在总线方式。
开关量信号的输入输出
§4.2 开关量信号的输出
一、开关量信号输出的通 道结构 4、注意： P1口可直接输出（锁存 器和地址译码电路可省 略）最多8个开关量信号。 P0口经锁存电路隔离可 接多组8个开关量输出。 当驱动小负载时，输出 驱动电路可省略。
§4.2 开关量信号的输出
二、开关量输出接口的简单设计 1、P1口开关量的输出 练习：通过P1口直接控制8个LED发光二 极管，画出硬件电路图，并写出控制发光 二极管点亮的指令。
§4.2 开关量信号的输出
一、开关量信号输出的通道 结构 3、各部分作用 锁存器：当开关量信号从 P0口输出时，锁存器起到ห้องสมุดไป่ตู้隔离数据总线的作用。常 用锁存器如74LS373、 74LS273、74LS377等 地址译码控制：锁存器的 锁存地址控制 输出驱动电路：提高输出 开关量信号的输出功率。
三、开关量输出的功率接口电路设计
2、中功率达林顿管驱动接 口电路 在驱动功率较大的继电 器和电磁开关等控制对 象，要求提供50~500 mA的电流时，可使 用MC1413 （ULN2003）、 MC1416（ULN2004） 等达林顿管集成电路。
三、开关量输出的功率接口电路设计
2、中功率达林顿管驱动接口 电路 若图中继电器需要100mA 吸合电流，则（V+—0.3） /（r+R2）=I=100，其中r 是继电器的线圈内阻，当已 知V+时，可求R2 取 MC1413的放大倍数 β=100，P1.0输出电流 =100mA/β=1mA， 1*R1+0.7+0.7+100*R2 =5, 可求R1
§4.2 开关量信号的输出
三、开关量输出的功率接口电路设计 1、小功率驱动接口：
PLC开关量输入输出接口
PLC开关量输入输出接口➢输入接口1.汇点输入（漏形输入）：一种由PLC内部提供输入信号电源、全部输入信号的一端汇总到输入的公共连接端（COM）的输入形式。
a.PLC汇点输入的接口电路:实际PLC接口电路，根据PLC厂家、输入模块型号的不同有所区别，一般还有输入指示LED、输入信号滤波、输入稳压等辅助电路等。
如图所示，当输入接入K1闭合时，PLC的内部DC24V 通过光电耦合器件、限流电阻、输入触点经公共端COM 构成电流回路。
b.传感器输出电路：传感器的输出电路大概分为两种，NPN集电极开路输出和PNP集电极开路输出。
c.检测元件信号与PLC汇点输入的连接当NPN导通时，PLC的内部DC24V通过光耦合器、限流电阻经公共端COM构成回路，输入为“1”；当NPN 截止时，上拉电阻上端为“24V”，光耦合器无电流，内部信号为“0”。
当PNP导通时，下拉电阻上端为“24V”,光耦合器无电流，内部信号为“0”；当PNP截止时，PLC的内部DC24V通过光耦合器、限流电阻、下拉电阻经公共端COM构成回路，输入为“1”。
2.源输入（源形输入）：是一种由外部提供输入信号电源（或使用PLC内部提供给输入回路的电源），全部输入信号为“有源”信号，并独立输入。
a.PLC源输入的接口电路:实际PLC接口电路，根据PLC厂家、输入模块型号的不同有所区别，一般还有输入指示LED、输入信号滤波、输入稳压等辅助电路等。
如图所示，当输入接入K1闭合时，外部DC24V通过光电耦合器件、限流电阻、输入触点经公共端COM构成电流回路。
b.检测元件信号与PLC源输入的连接当NPN导通时，上拉电阻下端为0V，光电耦合器无电流，内部信号为“0”；当NPN截止时，上拉电阻下端为24V，电流通过上拉电阻、限流电阻、光电耦合器，经公共端COM构成回路，输入为“1”。
当PNP导通时，下拉电阻上端为24V，电流通过限流电阻、光电耦合器，经公共端COM构成回路，内部信号为“1”；当PNP截止时，下拉电阻的上端为0V,光电耦合器无电流，内部信号为“0”。
FM138 16路交直流继电器型开关量冗余输出端子模块使用说明书
24VDC
24V+
1/0 24VDC
1/0
R FM131-C-A模块
24VFM131-E模块
FM138模块
与FM171B配合，常开接法 图 2-1 FM138 电路原理
C.n
COM.n
直
流
O.n
负
DC
载
C.n
COM.n
交
流
O.n L N
负
AC
载
控制现场
HollySys
FM138
交直流继电器型开关量冗余输出端子模块
交直流继电器型开关量冗余输出端子模块
NC 端不接。如图 3-2 所示。
3.3 常闭接点的接法
将直流负载的正端（交流负载的 L 端）和负端（交流负载 N 端）分别连接到接线端子（CH1~CH16） 的 “COM.n”、“C.n”端（n=1~16）。24VDC 电源的正负端分别接到 J2 的“24V+”、“24V-”端，
FM138
16 路交直流继电器型开关量冗余输出端子模块
HollySys
符号定义
下列符号应用在该硬件手册中，表示特定的含义：
符号
定义
“说明”符号，对非标准，自定义的项进行注解 “注意”符号，对易混淆、新增填的项进行强调说明 “严禁”符号，对有可能损坏电路、影响模块正常运行的错误操作
进行警告。 “危险”符号，对有可能造成人身伤害的错误操作进行严重警告。
1.2 组成
FM138 模块主要由输出接线端子（CH1~CH16 依次对应输出的第 1 通道～第 16 通道）、LED 灯
图 1-1 FM138 模块外观示意图
HollySys1Fra bibliotekFM138
开关量模块输出的类型及特点
开关量模块输出的类型及特点
开关量模块属于数字量输出模块，通常有两种类型，一种是继电器输出类型，另一种是晶体管输出类型。
继电器输出类型的开关量模块内置继电器，主要通过触点进行开关控制。
该类型的模块操作简便，具有良好的电气隔离性和通用性。
它能支持高电流负载开关控制，适用于工业自动化及家居智能化等领域。
晶体管输出类型的开关量模块主要依靠晶体管的开关来实现输入信号到输出信号的转换。
该类型模块结构紧凑、体积小，是节能环保型的代表。
它适用于小功率负载开关控制，如LED灯、电子设备等。
总之，开关量模块的特点是可编程灵活、操作简便、安全可靠、适用范围广泛，不同类型的模块具有不同的特点和适用场景。
电感、电容、霍尔式接近开关工作原理分析
电感、电容、霍尔式接近开关工作原理分析电感式接近开关工作原理：电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。
这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。
这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体。
工作流程方框图产品1：电感式接近开关（NPN三极管驱动输出）检测距离：1～5毫米被检测物：18X18X1毫米 铁响应频率：150HZ工作电压：5～50V直流工作电流：小于10毫安输出驱动电流：200毫安温度范围：－25～70度这是一种用途非常广泛的电感接近开关，只能用于检测金属物，特别是对铁金属能很好的检测出来，并且性能稳定可靠，是最常用的检测方法，被广泛应用到限位开关、状态检测等用途，它的体积18X18X35毫米，背后有工作指示灯，当检测到物体时红色LED点亮，平时处于熄灭状态，非常直观，引线长度为100毫米。
这种光电开关的输出采用NPN型三极管集电极开漏输出模式，也就是说模块的黑线就是三极管的集电极，如果模块检测到信号，三极管就会导通，将黑线下拉到地电平，黑线和棕线之间就会出现电源电压，如果电源是12V的那么这个电压就是12V，如果电源是24V这个电压就是24V，一般三极管的驱动能力约100毫安左右，所以可以直接驱动继电器等小功率负载。
如果客户希望得到的是一个电压信号，可以在黑线和棕线之间接一个1K的电阻，这时模块没有信号时，黑线就是电源＋电压，模块检测到信号时黑线跳变成电源地（实际是0.2V，三极管的导通压降）。
电容式接近开关工作原理：电容式接近开关亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。
开关量名词解释
开关量名词解释开关量是自动控制领域非常重要的一个概念，它是指用来控制开关设备的信号，也可以说是用来控制设备的命令，它的变化特征是“开”或“关”的，一般的，开关量的表示形式有‘1’或‘0’，‘高’或‘低’。
自动控制工程中，开关量概念用来实现对系统的执行单元指令的指挥和管理。
开关量的状态是由按钮或其他控制元件触发开关，来改变电路中参数的变化来控制系统。
基于计算机的控制系统，运行速度以微秒为单位，从而可以做到操控任何复杂的工况。
现代电子控制系统中，开关量指令常用于控制系统中的大量控制变量，其中包括电机，电动机，传感器，温度调节器，变速器，调压器，计数器，定时器等。
通俗来讲，在自动控制系统中，开关量是一种恒定的电信号，用于表达控制元件的开关状态，比如“关”或“开”、“高”或“低”等。
它是用来控制设备的命令，一般是由控制器发出的“0”或“1”的电字节触发信号，以控制执行元件的状态。
开关量输入可以由按键，旋钮，光栅，传感器，继电器，接近开关等多种元器件来获取，而输出则一般为继电器等多种元件，它们之间的联动可以由外部结构而确定，也可以由内部算法来控制。
简单来讲，开关量指令就是控制设备“开”或者“关”的命令，它们可以被应用于自动化控制系统，以控制设备的设置，响应特定条件和事件。
开关量指令具有较高的计算能力，可以对工艺参数进行精确控制，准确实现用户在实际操作中的要求，提高系统的利用率和灵活性，有效改善设备的操作运行稳定性。
在自动控制工程中，开关量计算机只能在是“开”或“关”之间运作，而不能掌握某一状态的细微变化，因此开关量的变化不平缓，而是以较快的速度发生，特别适用于各种快速而又精准的控制工程之中。
所以，在设计和制造自动控制系统时，开关量是一种实用而有效的控制方式，这种控制方式可以获取和传输较多的控制信息，可以快速准确地控制系统，实现复杂的控制运算。
总之，开关量指令在自动控制系统中是一种非常重要的概念，它可以提高系统的运行稳定性，提高生产效率，可以准确地控制电动机和传感器的运行，简化操作，为设备的设计制造提供有效的保障。
开关量输入╱输出电路
开关量输入/输出电路一、开关量的隔离与抗干扰1、开关量的隔离（1）隔离的作用隔离的主要作用是：使低压输入电路与大功率的电源隔离；外部现场器件与传输线同数字电路隔离，以免计算机受损；限制地回路电流与地线的错接而带来的干扰；多个输入电路之间的隔离。
（2）开关量的隔离方法常用的开关量的隔离方法主要有以下方式。
○1光电隔离。
（图3－28 光电耦合器原理接线图）○2继电器隔离。
（图3－29 采用继电器隔离的开关原理接线图）○3继电器和光电耦合器双重隔离。
2、抗干扰软件抗干扰措施主要是适当增加延时，以躲开触点抖动的影响。
二、开关量的采集、检测与变位识别1、开关量的采集方式（图3—30 中断申请电路图）当开关状态发生变化时，由于Q端仍保持原状态，D、Q异或的结果使输出由低电平跳变为高电平，通过非门变成低电平向CPU申请一次中断。
当CPU 响应中断以后，发出INTA信号使触发器触发。
D、Q状态趋于一致，异或门输出又成为低电平。
2、开关动作的检测把3次采样的开关量用A、B、C三个布尔数来表示，从中任取出两个进分“与”运算，如果其中有两个或两个以上为“1”，则运算结果必定有一个为“1”；反之，若有两个或两个以上为“0”，则运算结果必定全为“0”。
另外，再根据“或”运算的规则，在N个数中只要有一个是“1”，则运算结果必定是“1”；只有当N个数全为“0”时，结果才为“0”。
可以把三取二表决的算法用以下逻辑算式来处理（A·B）＋（B·C）＋（C·A）（3－15）3、开关变位的识别开关量的状态通常用一位二进制数来表示，例如用“1”代表闭合，用“0”代表断开。
变电所的开关量数目很多，为了简化分析，下面只对用一个字节的二进制数表示的8个开关状态进行分析，但所得到的结论具有普遍的意义。
○1现状○＋原状，若有变位则该位为1；若无变位，则该位为0。
○2（现状○＋原状）∧原状，若为1，则该位由1→0。
○3（现状○＋原状）∧现状，若为1，则该位由0→1。
两种最常用的PLC输入输出方式：开关量和模拟量
两种最常用的PCL输入输出方式：开关量和模拟量开关量和模拟量是大家学习PLC初期使用最多的两种输入输出方式。
什么是开关量？什么是模拟量？这个问题必须弄清楚。
图1是一个典型能输出开关量信号的器件。
压力高时C和B两个触点闭合接通，输出压力高信号，压力低时C和A两个触点闭合接通输出压力低信号。
有了这样的信号就实现把就地的压力信号，远传到远处的电气控制柜去参与自动远程控制了，其中C和B是一个开关量，C和A也是一个开关量。
所以一个开关触点就是一个开关量，它的特性是同一时刻要么接通要么断开。
接通就是1，代表有有信号，断开就是0，代表没有信号。
这就是所谓的开关量信号。
压力表虽然能把压力信号传到远处，但它传输的只是有无压力这样的信号，无法知道实时压力值到底是多少。
图2中的器件叫压力变送器。
压力变送器的内部就是一块电路板，电路板连接着一个压力传感器F。
它的工作原理是压力传感器F把检测到的压力传到电路板的C，检测信号进入电路板后，通过电路板的转换与计算，把这个压力信号转换成一个电流信号由A和B这两个点输出。
图中右边就是转换过程的示意图，它可以把一个0-10kpa的压力信号转换成一个4-20mA的电流信号，由A和B这两个点输出。
这时我们就说A和B这两个点输出的就是一个模拟量信号。
模拟量信号的特点是它的值是在一个数值范围内是连续可变的。
下面看一下模拟量信号是如何进行远距传输的。
我们管道上安装一块量程为0-10kpa的压力变送器，电源正极接压力变送器的B点，负极串联一块万用表到压力变送器的A点，并将万用表打到电流档。
当压力变送器C点的压力是5kpa时，万用表的的电流读数是12mA。
正好是4-20mA的电流信号的中间值，而5kpa也正好是0-10kpa压力值的中间值。
当压力变送器C点的压力是10kpa时，万用表的的电流读数正好是20mA。
这样0-10kpa压力值就对应了4-20mA的电流信号值，我们只要在远方通过一个接受设备把这个4-20mA的电流信号值提取出来，再通过一定的计算，就能知道就地的压力值是多少了。
开关量输入输出通道资料
3、输入/输出电气接口
开关量输入/输出电气接口 的功能主要有滤波、电平转 换、隔离和功率驱动。
二、开关量输入通道
➢ 开关量输入通道（DI通道）的任务--是把 生产过程中的数字信号转换成计算机易于 接受的形式。
➢ 信号调理电路--虽然都是数字信号，不需 进行A/D转换，但对通道中可能引入的各 种干扰必须采取相应的技术措施，即在外 部信号与单片机之间要设置输入信号调理 电路。
1、CPU接口逻辑
这部分电路一般由数据总线缓冲 器/驱动器、输入/输出地址译码器、 读写控制等组成，主要完成开关量 输入/输出通道的选通和关闭等控 制信号的传输。
2、输入缓冲器和输出锁存器
输入缓冲器的作用是缓冲或选通 外部输入的信号，CPU通过缓冲器 读入外部输入的信号，CPU通过缓 冲器读入外部开关量的状态。输出 锁存器的作用是锁存CPU的输出数 据，在未刷新前保持稳定以供外部 设备的使用。
数字量反相传递如图3-3（b）所示， 与（a）不同的是光耦的集电极 c 端直 接接另一个正电源，而发射极 e 端通过 电阻接地，则光耦输出端从发射极 e 端 引出。从而完成了数字信号的反相传递
。
三、开关量输出通道
开关量输出通道简称 DO 通道，它的任务是 把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产 过程进行控制的数字驱动信号。根据现场负荷 的不同，如指示灯、继电器、接触器、电机、 阀门等，可以选用不同的功率放大器件构成不 同的开关量驱动输出通道。常用的有三极管输 出驱电器输出驱动电路等。
2、 固态继电器驱动电路
固态继电器SSR（Solid State Relay）是一 种新型的无触点开关的电子继电器，它利用电子 技术实现了控制回路与负载回路之间的电隔离和 信号耦合，而且没有任何可动部件或触点，却能 实现电磁继电器的功能，故称为固态继电器。它 具有体积小、开关速度快、无机械噪声、无抖动 和回跳、寿命长等传统继电器无法比拟的优点， 在计算机控制系统中得到广泛的应用，大有取代 电磁继电器之势。
开关量输入╱输出电路
开关量输入/输出电路一、开关量的隔离与抗干扰1、开关量的隔离（1）隔离的作用隔离的主要作用是：使低压输入电路与大功率的电源隔离；外部现场器件与传输线同数字电路隔离，以免计算机受损；限制地回路电流与地线的错接而带来的干扰；多个输入电路之间的隔离。
（2）开关量的隔离方法常用的开关量的隔离方法主要有以下方式。
○1光电隔离。
（图3－28 光电耦合器原理接线图）○2继电器隔离。
（图3－29 采用继电器隔离的开关原理接线图）○3继电器和光电耦合器双重隔离。
2、抗干扰软件抗干扰措施主要是适当增加延时，以躲开触点抖动的影响。
二、开关量的采集、检测与变位识别1、开关量的采集方式（图3—30 中断申请电路图）当开关状态发生变化时，由于Q端仍保持原状态，D、Q异或的结果使输出由低电平跳变为高电平，通过非门变成低电平向CPU申请一次中断。
当CPU 响应中断以后，发出INTA信号使触发器触发。
D、Q状态趋于一致，异或门输出又成为低电平。
2、开关动作的检测把3次采样的开关量用A、B、C三个布尔数来表示，从中任取出两个进分“与”运算，如果其中有两个或两个以上为“1”，则运算结果必定有一个为“1”；反之，若有两个或两个以上为“0”，则运算结果必定全为“0”。
另外，再根据“或”运算的规则，在N个数中只要有一个是“1”，则运算结果必定是“1”；只有当N个数全为“0”时，结果才为“0”。
可以把三取二表决的算法用以下逻辑算式来处理（A·B）＋（B·C）＋（C·A）（3－15）3、开关变位的识别开关量的状态通常用一位二进制数来表示，例如用“1”代表闭合，用“0”代表断开。
变电所的开关量数目很多，为了简化分析，下面只对用一个字节的二进制数表示的8个开关状态进行分析，但所得到的结论具有普遍的意义。
○1现状○＋原状，若有变位则该位为1；若无变位，则该位为0。
○2（现状○＋原状）∧原状，若为1，则该位由1→0。
○3（现状○＋原状）∧现状，若为1，则该位由0→1。
PLC开关量输出模块的选择
PLC开关量输出模块的选择输出模块是将PLC内部低电压信号转换为外部输出设备所需的驱动信号。
选择时主要应该考虑负载电压的种类和大小、系统对延迟时间的要求、负载的状态变化是否频繁等。
1．输出方式的选择开关量输出模块有三种输出方式：继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出。
继电器输出的价格便宜，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强。
但它属于有触点元件，其动作速度较慢、寿命短，可靠性较差，因此，只能适用于不频繁通断的场合。
当用于驱动感性负载时，其触点动作频率不超过1Hz。
对于频繁通断的负载，应该选用双向晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。
但双向晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。
2．输出接线方式的选择按PLC的输出接线方式的不同，一般有分组式输出和分隔式输出两种，如图5-16所示。
分组式输出是几个输出点为一组，共用一个公共端，各组之间是分隔的，可分别使用不同的电源。
而分隔式输出的每一个输出点有一个公共端，各输出点之间相互隔离，每个输出点可使用不同的电源。
主要应根据系统负载的电源种类的多少而定。
一般整体式PLC 既有分组式输出，也有分隔式输出。
3．输出电流的选择输出模块的输出电流（驱动能力）必须大于负载的额定电流。
用户应根据实际负载电流的大小选择模块的输出电流。
如果实际负载电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。
4．同时接通的输出点数量选择输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。
同时接通输出的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值。
如一个220V/2A的8点输出模块，每个输出点可以通过2A的电流，但输出公共端允许通过的电流不是16A（8X2）通常要比此值小得多。
一般来说，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60％。
5．输出的最大负载电流与负载类型、环境温度等因素的关系表1为FX系列PLC的输出技术指标，它与不同的负载密切相关。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
④利用光电隔离器实现控制通道的隔离时，用于驱动发光二极管 的电源与驱动光敏管的电源不应是共地的电源，否则外部干扰可 能通过地线串到CPU中去，这样就失去了隔离作用。解决的方法 有两个：即在光电隔离的两侧分别使用不同的电源，也可用DCDC变换的方法往输出端提供一个与光隔输入端隔离的电源。
3)输出驱动:
在输出通道中，为防止现场强电磁干扰或工频电压通过输出通 道反串到CPU系统中，一般需要采用通道隔离技术。（光-电 隔离技术） 使用光电隔离器时，要注意以下4点： ①当光电隔离器导通时，必须输入足够大的导通电流，使发光二 极管发出的光使输出端动作。光电隔离器的发光二极管正常发 光电流为毫安级. ②光电隔离器只能通过一定频率以下的脉冲信号。因此，在高频 信号传输中要考虑其频率特性，选择通过频率比较高的光电隔 离器 ③光电隔离器输出端的灌电流不能太大，否则可能使输出端击穿， 导致光电隔离器的损坏，因而在光电隔离器与被控对象之间要 加驱动电路。
越限报警、开关量控制、反映智能仪器本身的工作状 态
（4）常见电子开关都有哪些？
扳键开关、BCD码拔盘开关、磁性开关、光敏器件 开关（光电开关、光纤开关等）、温度超限开关。
2、开关量输出信号
（5）电子开关的缺点是什么？如何解决该缺点？
由于外部装置输入的开关量信号的形式一般是电压、电 流和开关的触点，这些信号经常会产生瞬时高压、过电流 或接触抖动等现象。因此为使信号安全可靠，在输入到单 片机之前必须接入信号输人电气接口电路，对外部的输入 信号进行滤波、电平转换和隔离保护等。
①要把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控 制的驱动信号，关键在于输出通道中的功率驱动电路。
②根据现场开关器件功率的不同，可有多种数字量驱动电路的 构成方式。
三、开关量输出隔离器件
• 开关量输出隔离的目的： 在于隔断微机与执行机构之间的电气联系， 以防地电位差、外界电磁场等干扰因素造成 执行机构的误动作，甚至导致智能仪器本身 的损坏。
负载电源是直流的，可以在触点间并联续流二极管 ；
负载电源是交流的，可以在触点间并联压敏电阻 ；
负载电源是交流的，可以在触点间并联阻容电路 。
(b)、继电器线圈的保护 当继电器线圈断电时,其储存的感应电能可能在
直流电源上产生高达1500V的浪涌电压,随着固体器件 使用量的不断增加,必须对继电器线圈进行抑制,将其电 压峰值限制在一定的范围。
出
字
出
控
锁
隔
驱
存
离
动
对
象
典型的开关量输出通道结构
1)输出锁存: 当对生产过程进行控制时，控制量往往需要保持，直到输出
新的控制量，所以，每次输出的控制量就需要保存（锁存）。 输出锁存器可用可编程接口电路8255，也可用简单接口电路如 74HC244，74HC273，74HC373等来实现。
2)数字隔离:
3、数字量输出信号
数字量输出信号分为串行和并行两种。 串行用于较远距离的数据传输和信息交换，
例如智能仪器与上位机之间通信多位串行。 并行方式传输速度快，但所需导线条数多，
只适合于近距离传输，例如智能仪器与周围 的其他智能设备之间。
二、开关量输出隔离的一般结构
1. 开关量输出通道的用途
将CPU输出的控制量转换为对被控对象的控制操作。
（2）．开关量信号的特点是什么？
只有开和关、通和断、高电平和低电平两种状态的信号叫开 关量信号，在智能仪器的电子电路中，通常用二进制数0和1来 表示。
2、开关量输出信号
（3）开关量信号的作用？
开关量输入、输出部分是智能仪器与外部设备的联 系部件，智能仪器通过接收来自外部设备的开关量输 入信号和向外部设备发送开关量信号，实现对外部设 备状态的检测、识别和对外部执行元器件的驱动和控 制。
（5）、光电耦合电路在工业上的应用
生产线上的产品计数模型
左图中，红外发光二极管和红 外接收三极管分别安装在产品 流水线传送带的二边，每当传 送带上有一个产品经过，就会 遮挡红外光线一次，使红外接 收三极管的输出一个脉冲电平 信号。单片机对输入的脉冲信 号进行计数，就可以对产品的 产量进行统计 。
（5）、光电耦合电路在工业上的应用
（4）、常用的光电隔离电路
光电隔离可直接用门电路去 驱动，由于一般的门电路驱 动能力有限，常用集电极开 路的门电路如7406等去驱 动，如左图所示。
当输出控制电平PC0为低电平时，7406输出高电平， 发光二极管截止，光电隔离处于截止状态，VO输出 高电平，而当输出控制电平为高电平时，7406输出 低电平，发光二极管导通，光电隔离器处于导通状态， VO输出低电平。
IOH= 15 mA,低电平输出电流 IOL=24 mA,可以用来驱动光电耦合
器 件、LED数码管、中功率晶体管等。（大功率(PC>1W)、中
功率 (PC在0.5－1W)和小功率三极管(PC<0.5W)） 可用来驱动光电耦合器件，LED，中功率晶体管等。
采用75451作为驱动指示灯的电路
当单片机P1.1口输出低电平时,2A,2B为00,则 2Y输出低电平,指示灯L2发光.
（2）、光电耦合器件的特点
●输入和输出端之间绝缘，其绝缘电阻一般都大于1010Ω，耐
压一般可超过1kV，有的甚至可以达到10kV以上。 ●由于“光”传输的单向性，所以信号从光源单向传输到光接 收器时不会出现反馈现象，其输出信号也不会影响输入端。 ●由于发光器件（砷化镓红外二极管）是阻抗电流驱动性器件， 而噪音是一种高内阻微电流电压信号。因此光电耦合器件的 共模抑制比很大，所以，光电耦合器件可以很好地抑制干扰 并消除噪音。 ●响应速度快，易与TTL电路配合使用。光电耦合器件的时间 常数通常在微秒甚至毫微秒极。 ●无触点、寿命长、体积小、耐冲击。
释放电流：它是指继电器产生释放动作的最大 电流。释放电流比吸合电流小得多。 触点负荷：它是指继电器触点允许的电压或电 流。它决定了继电器能控制电压和电流的大 小。应用时不能用触点负荷小的继电器去控制 大电流或高电压。
（3）、常用的继电器保护电路
a)、继电器触点保护电路
当输出回路包含有感性负载而且导通电流较大时，在触点断 开的瞬间有可能在触点间造成高压电弧，以至于烧坏触点或 降低触点寿命。为了防止这种情况发生：
（2）、集电极开路（OC）门
OC门电路的输出级是一个集电极开路的晶体三极管，如图4-15所示。组成 电路时，OC门输出端必须外加一个接至正电源的负载才能正常工作，负载 正电源+V可以比TTL电路的VCC（一般为+5V）高很多。例如，7406、 7407OC门输出级耐压可高达30V，输出低电压时吸收电流的能力也高达 40mA。因此，OC门是一种既有电流放大功能，又有电压放大功能的开关 量驱动电路。实际应用中，OC门电路常用来驱动微型继电器、LED显示器。
对于只有二种工作状态的执行机构或器件，用智能 仪器输出开关量来控制它们，例如控制马达的启动和 停止，指示灯的亮和灭，电磁阀的开和关等。这些执 行机构或器件所要求的控制电压和电流千差万别，有 的是直流驱动的，有的是交流驱动的，都必须根据对 象采用合适的电气接口。
二、开关量输出隔离的一般结构输 Nhomakorabea数
输
被
CPU
当智能仪器的输出模拟信号需要传输给多个其他 仪器仪表时，一般采用直流电压信号 。
2、开关量输出信号
（1）．开关和开关量信号的区别？
开关是一种有二个可选择的、有固定位置的装置，主要用于 向单片机输入电平信号。开关量信号就是通过拨动开关的位置， 使单片机得到的一个固定不变的电平信号。在智能仪器中用于 向单片机输入控制命令或数据，开关信号可以通过机械式开关、 电子式开关、温度开关等方式产生。
• 目前，光电耦合器件和继电器常用作开关量 输出隔离器件。
1、光电耦合器件（optical coupler--OC） 光电耦合器件是以光为媒介传输信号的电路
（1）、光电耦合器件的类型
(a)通用型(无基极引线)；(b)通用型(有基极引线)；
(c)达林顿型；(d)高速型； (e)光集成电路；(f)光纤型； (g)光敏晶闸管型；(h)光敏场效应管型。
光电传感器位置检测
左图中当移动的物体一旦 挡住红外光线，红外接收三 极管就会输出一个脉冲信号。 此装置可以用来检测物体的 有或无，可以作为运动物体 的限位检测电路，可以作为 外人侵入的报警检测电路， 也可以作为自动门的控制电 路。
2、继电器隔离电路
电磁式继电器是一种由小电流的通断控制大电流通断的常用开
（3）、工作原理
当Vi为低电平时，流过发光二极管 的电流为零，光敏三极管截止， Vo输出高电平+V。当Vi为高电平 时，电流I1经R1流经发光二极管 使其发光，光信号作用于光敏三极 管使其饱和导通，Vo输出为低电 平。
所以光电耦合器件兼有反相及电平转换的作用。R1为 限流电阻，其阻值决定了发光二极管的导通电流I1， I1一般选为数毫安。R2的取值要保证Vo输出的高、低 电平要求。
（5）、光电耦合电路在工业上的应用
主要应用：光电传感器，比如光电计数开关、光电位置检测开关。
光电开关和单片机的接口电路
图中的D为红外发光二极管，R1为限 流电阻，T是光电接收三极管，R2为 取样电阻。D在+5V的作用下，产生 红外光线，当红外光线没有被挡住时， T导通饱和向单片机输入一个低电平 信号，当红外光线被挡住时，T截止 向CPU输入一个高电平信号。向单片 机输入开关信号,就能对红外光线进行 控制。根据发光二极管与接收三极管 的不同位置设计的开关接口电路，可 以应用于计数、位置状态、转速等多 方面测试。
§2.6 开关量输出器件85-86、96-99页
一、智能仪器输出通道信号种类
模拟量输出信号、开关量输出信号、数字量输出信号
二、开关量输出隔离的一般结构 三、开关量输出隔离器件