PLC輸入端口和輸出端口工作原理與接線

PLC輸入端口和輸出端口工作原理

輸入輸出接口是plc和工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)各類信號(hào)連接的部分。輸入口用來(lái)接受生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)。輸出口用來(lái)送出可編程控制器運(yùn)算后得出的控制信息，并通過(guò)機(jī)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各類控制。由于可編程控制器在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工作，對(duì)輸入輸出接口有兩個(gè)主要的要求，一是接口有良好的抗干擾能力，二是接口能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各類信號(hào)的匹配要求。

1 ．輸入端口

可編程控制器為不同的接口需求設(shè)計(jì)了不同的接口單元。主要有以下幾種。

（ 1 ）數(shù)字量輸入接口

它的作用是把現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字（開(kāi)關(guān)）量信號(hào)變成可編程控制器內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。數(shù)字（開(kāi)關(guān)）量輸入接口按可接納的外部信號(hào)電源的類型不同分為直流輸入接口單元和交流輸入接口單元。如圖 1 、圖 2 、圖 3 所示。

PLC輸入端口和輸出端口工作原理與接線

從圖中可以看出，數(shù)字量（開(kāi)關(guān)）輸入接口單元中都有濾波電路及耦合隔離電路。濾波有抗干擾的作用，耦合有抗干擾及產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的作用。圖中數(shù)字量（開(kāi)關(guān)）輸入接口單元的電源部分都畫(huà)在了輸入口外（虛線框外），這是分體式數(shù)字量（開(kāi)關(guān)）輸入接口單元的畫(huà)法，在一般單元式可編程控制器中輸入接口單元都使用可編程本機(jī)的直流電源供電，不再需要外接電源。

（ 2 ）模擬量輸入接口

它的作用是把現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)變化的模擬量標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合可編程序控制器內(nèi)部處理的由若干位二進(jìn)制數(shù)字表示的信號(hào)。模擬量輸入接口接受標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)，無(wú)論是電壓信號(hào)還是電流信號(hào)均可。這里標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是指符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的通用交互用電壓電流信號(hào)值，如 4 ～ 20mA 的直流電流信號(hào)， 1 ～ 10V 的直流電壓信號(hào)等。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中模擬量信號(hào)的變化范圍一般是不標(biāo)準(zhǔn)的，在送入模擬量接口時(shí)一般都需經(jīng)變送處理才能使用。圖 4 是模擬量輸入接口的內(nèi)部電路框圖。

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圖 4 模擬量輸入電路框圖

模擬量信號(hào)輸入后一般經(jīng)運(yùn)算放大器放大后進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，再經(jīng)光電耦合后為可編程控制器提供一定位數(shù)的數(shù)字量信號(hào)。

2 ．輸出端口

（ 1 ）數(shù)字（開(kāi)關(guān)）量輸出接口

它的作用是把可編程內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的數(shù)字（開(kāi)關(guān)）量信號(hào)。數(shù)字（開(kāi)關(guān)）量輸出接口按可編程控制器機(jī)內(nèi)使用的器件可分為繼電器型、晶體管型及可控硅型。內(nèi)部參考電路圖見(jiàn)圖 5 所示。

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圖 5 數(shù)字（開(kāi)關(guān)）量輸出電路

從圖中可以看出，圖 5 （ a ）為繼電器型、圖 5 （ b ）為晶體管型、圖 5 （ c ）為可控硅型。各類輸出接口中也都具有隔離耦合電路。這里特別要指出的是，輸出接口本身都不帶電源，而且在考慮外驅(qū)動(dòng)電源時(shí)，還需考慮到輸出設(shè)備器件的類型。繼電器式的輸出接口可用于交流及直流兩種驅(qū)動(dòng)電源，但接通斷開(kāi)的頻率低，晶體管式的輸出接口有較高的接通斷開(kāi)頻率，但只適用于直流驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合，可控硅型的輸出接口僅適用于交流驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。

（ 2 ）模擬量輸出接口

它的作用是將可編程控制器運(yùn)算處理后的若干位數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換為響應(yīng)的模擬量信號(hào)輸出，以滿足生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)控制信號(hào)的需求。模擬量輸出接口一般由光電隔離、 D/A 轉(zhuǎn)換和信號(hào)驅(qū)動(dòng)等環(huán)節(jié)組成。其原理框圖見(jiàn)圖 2-7 。

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圖 2-7 模擬量輸出電路框圖

模擬量輸入輸出接口一般安裝在專門的模擬量工作單元上。

3 ．智能輸入輸出接口

為了適應(yīng)較復(fù)雜的控制工作的需要，可編程控制器還有一些智能控制單元。如 PID 工作單元、高速計(jì)數(shù)器工作單元、溫度控制單元等。這類單元大多是獨(dú)立的工作單元。它們和普通輸入輸出接口的區(qū)別在于其一般帶有單獨(dú)的 CPU ，有專門的處理能力。在具體的工作中，每個(gè)掃描周期智能單元和主機(jī)的 CPU 交換一次信息，共同完成控制任務(wù)。從近期的發(fā)展來(lái)看，不少新型的可編程控制器本身也帶有 PID 功能及高速計(jì)數(shù)器接口，但它們的功能一般比專用智能輸入輸出單元的功能稍弱。

PLC輸入端和輸出端接線

目前，plc在工業(yè)生產(chǎn)和自動(dòng)化控制中是使用率非常高的集中控制設(shè)備，PLC代替了繁重的繼電器柜，交流接觸器柜等，逐漸的在生產(chǎn)和控制中普及使用，PLC的正確接線是PLC發(fā)揮功能的前提條件，熟練的掌握PLC輸入端口和輸出端口的接線是每一個(gè)電力作業(yè)人員所必需的。

一般情況下，PLC電源輸入端接AC220V，是為了給PLC提供運(yùn)行電源。PLC輸出電源端口一般為DC24V，是PLC自帶的電源輸出。PLC使用過(guò)程中，輸入端和輸出端正確的接線是非常重要，接線正確是PLC工作的前提。

一、輸入端口常見(jiàn)的接線類型和對(duì)象：

PLC輸入端口一般是輸入：

1，開(kāi)關(guān)量信號(hào)：

按鈕，行程開(kāi)關(guān)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，接近開(kāi)關(guān)，撥碼開(kāi)關(guān)等等。

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子更加容易說(shuō)清楚：

PLC輸入端口和輸出端口工作原理與接線

按鈕或者接近開(kāi)關(guān)的接線所示：PLC開(kāi)關(guān)量接線，一頭接入PLC的輸入端（X0，X1，X2等），另一頭并在一起接入PLC公共端口（COM端）。

2，模擬量信號(hào)：

一般為各種類型的傳感器，例如：壓力變送器，液位變送器，遠(yuǎn)傳壓力表，熱電偶和熱電阻等等信號(hào)。

模擬量信號(hào)采集設(shè)備不同，設(shè)備線制（二線制或者三線制）不同，接線方法也會(huì)稍有不同。如圖所示：

PLC輸入端口和輸出端口工作原理與接線

二、輸出端口接線。

PLC輸出端口接線一般可以分為以下三種情況：

1，繼電器輸出。

2，晶體管輸出。

3，晶閘管輸出。

PLC輸入端口和輸出端口工作原理與接線

PLC輸出方式不同，輸出負(fù)載所接的電源類型也不同。如圖所示：這是PLC輸入端和輸出端的基本接線，屬于PLC基本知識(shí)。

PLC接線過(guò)程中的三點(diǎn)常識(shí)：

1，PLC電源電路。

PLC控制系統(tǒng)的電源除了交流電源外，還包括PLC直流電源，一般而言，PLC交流電源可以由市電直接供應(yīng)，而輸入設(shè)備（開(kāi)關(guān)，傳感器等）的直流電源和輸出設(shè)備（繼電器）的直流電源等，最好采取獨(dú)立的直流電源供電。大部分的PLC自帶24V直流電源，只有當(dāng)輸入設(shè)備或者輸出設(shè)備所需電流不是很大的情況下，才能使用PLC自帶直流電源。

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2，PLC輸入口和輸出口的電流定額。

PLC自帶的輸入口電源一般為DC24v，輸入口每一個(gè)點(diǎn)的電流定額在5mA-7mA之間，這個(gè)電流是輸入口短接時(shí)產(chǎn)生的最大電流，當(dāng)輸入口有一定的負(fù)載時(shí)，其流過(guò)的電流會(huì)相應(yīng)減少。PLC輸入信號(hào)傳遞所需的最小電流一般為2mA，為了保證最小的有效信號(hào)輸入電流，輸入端口所接設(shè)備的總阻抗一般要小于2K歐。

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