【導(dǎo)讀】目前 PLC 數(shù)字量輸入端口一般分單端共點(diǎn)與雙端輸入,由于有區(qū)別,用戶在選配外部傳感器時接法上需要一定的區(qū)分與了解,才能正確使用傳感器與 PLC 為后期的編程工作和系統(tǒng)穩(wěn)定奠定基礎(chǔ)。
一、概述
PLC 的數(shù)字量輸入接口并不復(fù)雜,PLC 為了提高抗干擾能力,輸入接口都采用光電耦合器來隔離輸入信號與內(nèi)部處理電路的傳輸。因此,輸入端的信號只是驅(qū)動光電耦合器的內(nèi)部 LED 導(dǎo)通,被光電耦合器的光電管接收,即可使外部輸入信號可靠傳輸。
目前 PLC 數(shù)字量輸入端口一般分單端共點(diǎn)與雙端輸入,由于有區(qū)別,用戶在選配外部傳感器時接法上需要一定的區(qū)分與了解,才能正確使用傳感器與 PLC 為后期的編程工作和系統(tǒng)穩(wěn)定奠定基礎(chǔ)。
二、輸入電路的形式
1、輸入類型的分類
PLC的數(shù)字量輸入端子,按電源分直流與交流,按輸入接口分類由單端共點(diǎn)輸入與雙端輸入,單端共點(diǎn)接電源正極為SINK(sink Current 拉電流),單端共點(diǎn)接電源負(fù)極為SRCE(source Current 灌電流)。
2、詞語的概述
SINK漏型為電流從輸入端流出,那么輸入端與電源負(fù)極相連即可,說明接口內(nèi)部的光電耦合器為單端共點(diǎn)為電源正極,可接NPN型傳感器。
SOURCE源型為電流從輸入端流進(jìn),那么輸入端與電源正極相連即可,說明接口內(nèi)部的光電耦合器為單端共點(diǎn)為電源負(fù)極,可接PNP型傳感器。
接近開關(guān)與光電開關(guān)三、四線輸出分 NPN 與 PNP 輸出,對于無檢測信號時 NPN 的接近開關(guān)與光電開關(guān)輸出為高電平(對內(nèi)部有上拉電阻而言),當(dāng)有檢測信號,內(nèi)部NPN 管導(dǎo)通,開關(guān)輸出為低電平。
對于無檢測信號時 PNP 的接近開關(guān)與光電開關(guān)輸出為低電平(對內(nèi)部有下拉電阻而言),當(dāng)有檢測信號,內(nèi)部 PNP 管導(dǎo)通,開關(guān)輸出為高電平。
以上的情況只是針對,傳感器是屬于常開的狀態(tài)下。
3、按電源配置類型
(1) 直流輸入電路
如圖1,直流輸入電路要求外部輸入信號的元件為無源的干接點(diǎn)或直流有源的無觸點(diǎn)開關(guān)接點(diǎn),當(dāng)外部輸入元件與電源正極導(dǎo)通,電流通過R1,光電耦合器內(nèi)部LED,VD1(接口指示)到COM端形成回路,光電耦合器內(nèi)部接收管接受外部元件導(dǎo)通的信號,傳輸?shù)絻?nèi)部處理;這種由直流電提供電源的接口方式,叫直流輸入電路;
直流電可以由PLC內(nèi)部提供也可以外接直流電源提供給外部輸入信號的元件。R2在電路中的作用是旁路光電耦合器內(nèi)部LED的電流,保證光電耦合器LED不被兩線制接近開關(guān)的靜態(tài)泄漏電流導(dǎo)通。
(2) 交流輸入電路
如圖2,交流輸入電路要求外部輸入信號的元件為無源的干接點(diǎn)或交流有源的無觸點(diǎn)開關(guān)接點(diǎn),它與直流接口的區(qū)分在光電耦合器前加一級降壓電路與橋整流電路。外部元件與交流電接通后,電流通過R1,C2經(jīng)過橋整流,變成降壓后的直流電,后續(xù)電路的原理與直流的一致。
交流PLC主要適用相對環(huán)境惡劣,,布線技改變動不大等場合;如接近開關(guān)就用交流兩線直接替代原來行程開關(guān)。
4、按端口類型
(1)單端共點(diǎn)(Comcon)數(shù)字量輸入方式
為了節(jié)省輸入端子,單端共點(diǎn)輸入的結(jié)構(gòu)是在 PLC 內(nèi)部將所有輸入電路(光電耦合器)的一端連接在一起接到標(biāo)示為 COM 的內(nèi)部公共端子,各輸入電路的另一端才接到其對應(yīng)的輸入端子 X0、X1、X2、....
com 共點(diǎn)與 N 個單端輸入就可以做 N 個數(shù)字量的輸入(N+1 個端子),因此我們稱此結(jié)構(gòu)為"單端共點(diǎn)"輸入。用戶在做外部數(shù)字量輸入組件的接線時也需要同樣的作法,需要將所有輸入組件的一端連接在一起,叫輸入組件的的外部共線;輸入組件的另一端才接到 PLC 的輸入端子 X0、X1、X2、....
SINK輸入方式,可接 NPN 型傳感器,即 X 端口與負(fù)極相連。
SRCE輸入方式,可接 PNP 型傳感器。即 X 端口與整機(jī)極相連。
(外部輸入組件可以為按鈕開關(guān)、行程開關(guān)、舌簧開關(guān)、霍爾開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、光幕傳感器、繼電器觸點(diǎn)、接觸器觸電等開關(guān)量的元件。)
(2) SINK(sink Current 拉電流)輸入方式●單端共點(diǎn)SINK輸入接線(內(nèi)部共點(diǎn)端子COM→24V+,外部共線→24V-)。如圖3:
(3) SRCE(source Current 灌電流)輸入方式
● 單端共點(diǎn)SRCE輸入接線(內(nèi)部共點(diǎn)端子COM→24V-,外部共線→24V+)。如圖4:
(4)SINK/SRCE可切換輸入方式
S/S端子與COM端不同的是,COM是與內(nèi)部電源正極或負(fù)極固定相連,S/S端子是非固定相連的,根據(jù)需要才與內(nèi)部電源或外部電源的正極或者負(fù)極相連。
● 單端共點(diǎn)SINK輸入接線(內(nèi)部共點(diǎn)端子S/S→24V+,外部共線→24V-)。
● 單端共點(diǎn)SRCE輸入接線(內(nèi)部共點(diǎn)端子S/S→24V-,外部共線→24V+)。
(5) 當(dāng)有源輸入元件(霍爾開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、光幕傳感器等)數(shù)量比較多,消耗功率比較大,PLC內(nèi)置電源不能滿足時,需要配置外置電源。根據(jù)需求可以配24VDC,一定功率的開關(guān)電源。外置電源原則上不能與內(nèi)置電源并聯(lián),根據(jù)COM與外部共線的特點(diǎn), SINK(sink Current 拉電流)輸入方式時,外置電源與內(nèi)置電源正極相連接; SRCE(source Current 灌電流)輸入方式時,外置電源與內(nèi)置電源負(fù)極相連接。
(6) 簡單判斷SINK(sink Current 拉電流)輸入方式,只需要Xn端與負(fù)極短路,如果接口指示燈亮就說明是SINK輸入方式。共正極的光藕合器,可接NPN型的傳感器。 SRCE(source Current 灌電流)輸入方式,將Xn端與正極短路,如果接口指示燈亮就說明是SRCE輸入方式。共負(fù)極的光藕合器,可接PNP型的傳感器。
(7) 對于2線式的開關(guān)量輸入,如果是無源觸點(diǎn),SINK與SRCE按上圖的輸入元件接法,對于2線式的接近開關(guān),需要判斷接近開關(guān)的極性,正確接入。我公司部分2線式的LJK系列接近開關(guān)也有不分極性即可接入接口的,具體參考附帶產(chǎn)品說明書。
(8)超高速雙端輸入電路
主要用于硬件高速計(jì)數(shù)器(HHSC)的輸入使用,接口電壓為5VDC,在應(yīng)用上為確保高速及高噪音抗性通常采用雙線驅(qū)動方式(Line-Drive)。如果工作頻率不高與噪音低也可以采用5VDC的單端SINK或者SRCE接法,串聯(lián)一個限流電阻轉(zhuǎn)換成24VDC的單端SINK或者SRCE接法。
(9)、雙輸入端雙線驅(qū)動方式(Line-Drive)。
(10)、5VDC的單端SINK或者SRCE接法。
(11)、24VDC的單端SINK或者SRCE接法。
注:24VDC供電的傳感器,在輸入回路上需要串聯(lián)限流電阻,R1為10Ω,R2為2KΩ,不串聯(lián)限流電阻,將燒毀接口回路,限流電阻取值2.7KΩ。
三、外部輸入元件
1、無源干接點(diǎn)(按鈕開關(guān)、行程開關(guān)、舌簧磁性開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)等)
無源干接點(diǎn)比較簡單,接線容易。不存在電源的極性,壓降等因素,上圖3-6中的輸入元件這是此類型。這里不重復(fù)介紹。
2、有源兩線制傳感器(接近開關(guān)、有源舌簧磁性開關(guān))
有源兩線接近開關(guān)分直流與交流,此傳感器的特點(diǎn)就是兩根線,傳器輸出端導(dǎo)通后,為了保證電路正常工作需要一個保持電壓來維持電路工作,通常在3.5-5V的壓降,靜態(tài)泄露電流要小于1mA,這個指標(biāo)很重要;如果過大,在接近開關(guān)沒檢測信號時,就使PLC的輸入端的光電耦合器導(dǎo)通。我公司的LJK系列兩線制接近開關(guān)靜態(tài)泄露電流控制在0.35-0.5mA之間適應(yīng)各類型PLC。
直流兩線制接近開關(guān)分二極管極性保護(hù)與橋整流極性保護(hù),前者在接PLC時需要注意極性,后者就不需要注意極性。有源舌簧磁性開關(guān)主要用在汽缸上做位置檢測,由于需要信號指示,內(nèi)部有雙向二極管回路,因此也不需要注意極性;交流兩線制接近開關(guān)就不需要注意極性。如圖10:
(1) 單端共點(diǎn)SINK輸入接線(內(nèi)部共點(diǎn)端子COM→24V+,外部共線→24V-)。如圖11
(2) 單端共點(diǎn)SRCE輸入接線(內(nèi)部共點(diǎn)端子COM→24V-,外部共線→24V+)。如圖12:
(3)S/S端子接法參考圖5-圖6以及圖11-圖12。
3、有源三線傳感器(電感接近開關(guān)、電容接近開關(guān)、霍爾接近開關(guān)、光電開關(guān)等)直流有源三制線接近開關(guān)與光電開關(guān)輸出管使用三極管輸出,因此傳感器分NPN和PNP輸出,有的產(chǎn)品是四線制,有雙NPN或雙PNP,只是狀態(tài)剛好相反,也有NPN和PNP結(jié)合的四線輸出。
NPN型當(dāng)傳感器有檢測信號VT導(dǎo)通,輸出端OUT的電流流向負(fù)極,輸出端OUT電位接近負(fù)極,通常說的高電平翻轉(zhuǎn)成低電平。
PNP型當(dāng)傳感器有檢測信號VT導(dǎo)通,正極的電流流向輸出端OUT,輸出端OUT電位接近正極,通常說的低電平翻轉(zhuǎn)成高電平。
電路中三極管的發(fā)射極上的電阻為短路保護(hù)采樣電阻2-3Ω不影響輸出電流。三極管的集電極的電阻為上拉與下拉電阻,提供輸出電位,方便電平接口的電路,另一種輸出的三極管集電極開路輸出不接上拉與下拉電阻。
簡單說當(dāng)三極管VT導(dǎo)通,相當(dāng)與一個接點(diǎn)導(dǎo)通,如圖13:
(1) 單端共點(diǎn)SINK輸入接線(內(nèi)部共點(diǎn)端子COM→24V+,外部共線→24V-)。如圖14:
(2) 單端共點(diǎn)SRCE輸入接線(內(nèi)部共點(diǎn)端子COM→24V-,外部共線→24V+)。如圖15:
(3) S/S端子接法參考圖5-圖6、圖11-圖12以及圖14-圖15。
PLC輸入接口電路形式和外接元件(傳感器)輸出信號形式的多樣性,因此在PLC輸入模塊接線前必要了解PLC輸入電路形式和傳感器輸出信號的形式,才能確保PLC輸入模塊接線正確無誤,在實(shí)際應(yīng)用中才能游刃有余,后期的編程工作和系統(tǒng)穩(wěn)定奠定基礎(chǔ)。