本文主要分析了PLC數(shù)字量輸入模塊（DI模塊）和傳感器儀表的幾種常見的接口電路形式，針對DI模塊內(nèi)部輸入電路和傳感器輸出接口電部的不同結(jié)構(gòu)，給出了其相互連接時的接線方法，確保在以后的工程設(shè)計中儀表選型和現(xiàn)場施工接線的正確性。
1 引言
在工程設(shè)計和現(xiàn)場施工中，常會遇到各種各樣的儀表接線的問題，只有完全理解了儀表傳感器的內(nèi)部接線方式，以及PLC內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，才能正確的選型，保證所選儀表與廠家的PLC的正確接線。因此，就必須對PLC輸入輸出模塊內(nèi)部的輸入輸出電路和常用儀表輸出接口有一個比較清楚系統(tǒng)的了解。
為了防止外界線路產(chǎn)生的干擾引起PLC的非正常工作，甚至對PLC內(nèi)部元器件造成損壞，PLC數(shù)字量輸入模塊（簡稱DI模塊）的輸入接口電路常采用光電耦合元件來隔離輸入信號與內(nèi)部電路之間的聯(lián)系。輸入端的信號驅(qū)動光電耦合器內(nèi)部發(fā)光二極管，發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管導(dǎo)通，即可將外部輸入信號可靠地傳輸至處理器。
各廠商PLC DI模塊公共端的接口電路，有光電耦合器正極共點與負極共點之分，而各種儀器儀表的輸出電路，有干接點、有源輸出、高電平和低電平輸出之分，因此，我們在選配外部儀表傳感器時，需要對所選PLC DI模塊的輸出電路，以及傳感器儀表輸出電路的結(jié)構(gòu)進行區(qū)分和了解，才能正確的選型，以保證后期現(xiàn)場施工時與PLC廠家DI模塊的正確接線。
2 PLC DI模塊按輸入類型分類
PLC DI模塊的輸入接口電路，按外接電源類別，可分為直流和交流輸入電路；按輸入公共端電流的流向分，可分為源輸入和漏輸入電路；按光耦發(fā)光二極管公共端的連接方式可分為共陽極和共陰極輸入電路。
3 按外接電源的類型分類
3．1 直流輸入電路
圖1為直流輸入電路（只畫出了一路輸入電路），直流輸入電路的輸入電壓一般為DC24V。直流輸入電路要求外部輸入信號為無源的干接點（直流電源由PLC柜內(nèi)部提供）或直流有源的無觸點開關(guān)接點，當外部輸入接點信號閉合時，輸入端與直流電源正極接通，電流通過電阻R1，光電耦合器內(nèi)部LED，VD1（接口指示）到COM端形成回路；光敏三極管飽和導(dǎo)通，該導(dǎo)通信號傳送至處理器，從而CPU 認為該路有信號輸入。當外部輸入元件與直流電源正極斷開時，光耦中的發(fā)光二極管熄滅，光敏三極管截止，CPU 認為該路沒有信號輸入。直流電源可以由PLC柜內(nèi)部提供，也可以是外接直流電源。
3．2 交流輸入電路
如圖2為交流輸入電路，交流輸入端的輸入電壓一般為120V 或230V。電路要求外部輸入信號的接點為無源干接點信號或交流有源的無觸點開關(guān)接點信號。它與直流輸入電路的區(qū)別在于：光電耦合器前增加了一級降壓電路和整流橋電路。交流電流經(jīng)電阻R的限流和電容C的濾波（濾去電源中的直流部分)，再經(jīng)過橋式整流，變成降壓后的直流電流，后續(xù)的電路原理與直流輸入電路一致。從圖中可以看出，由于交流輸入電路中增加了限流、隔離和整流三個環(huán)節(jié)，輸入信號的延遲時間要比直流輸入電路長，這是其不足之處。但由于其輸入端是高電壓，其輸入信號的可靠性比直流輸入電路高。交流輸入電路一般多用于油霧、粉塵等惡劣環(huán)境中，對響應(yīng)性要求不高的場合，而直流輸入方式用于環(huán)境較好，電磁干擾不嚴重，對響應(yīng)時間要求較高的場合。
4 按流入公共端電流的流向分類
PLC DI模塊內(nèi)部將所有輸入電路（光電耦合器）的一端連接到公共端（COM或M），各輸入電路的另一端接到其對應(yīng)的輸入端，也稱此結(jié)構(gòu)為單端共點輸入。這種做法可以減少輸入端子。
電流從DI模塊的輸入端流出，流入電源負極，即為拉電流（Sink Current）或漏型輸入；電流由電源正極流入公共端，電源正極與公共端相連，即共陽極；傳感器為低電平有效。
電流由電源正極流入DI模塊輸入端，即為灌電流（Source Current）或灌型輸入；電流由公共端流入電源負極，電源負極與公共端相連，即共陰極；傳感器為高電平有效。
4．1 漏型拉電流輸入電路
漏型拉電流輸入電路如圖3所示，此時，電流從輸入端流出，流入直流電源的負極，由直流電源的正極流入PLC公共端（COM端或M端）。
4．2 源型灌電流輸入電路
源型輸入電路如圖1所示，此時，電流的流向正好和漏型的電路相反。電流從直流電源正極流入DI模塊的輸入端，并由公共端流入直流電源的負極。
4．3 切換型輸入電路
為了適應(yīng)各地區(qū)的使用習(xí)慣，有些廠家PLC DI模塊的內(nèi)部公共端子是采用S/S端子，此端子可以與電源的24V+（正極）或24V-（負極）相連，結(jié)合外部儀表接線的變化，使DI模塊的輸入電路既可以是漏型輸入電路，也可以是源型輸入電路。較采用公共端（COM端或M端）的DI模塊更靈活。S/S端子的發(fā)展是為了適用日系與歐系PLC混合使用的工控場合，起到通用的作用，S/S端子也稱之 SINK/SRCE可切換型。其電路形式如圖4所示。作為源輸入時，公共端接電源的負極；作為漏輸入時，公共端接電源的正極。這樣，可以根據(jù)現(xiàn)場的需要來接線，給接線工作帶來極大的靈活。 通過選擇可以將基本單元的所有輸入設(shè)置為漏型輸入或是源型輸入，但不能混合使用。
漏型拉電流輸入電路、源型灌電流輸入電路以及切換型輸入電路，均為直流輸入電路。
5 傳感器開關(guān)量信號的內(nèi)部電路及其與PLC輸入電路的連接
在工程設(shè)計過程中，常會遇到各種各樣的輸出為開關(guān)量信號的儀表，如：壓力開關(guān)、流量開關(guān)、物位開關(guān)、溫度開關(guān)、閥門狀態(tài)反饋、電機的運行狀態(tài)、故障狀態(tài)等。這些傳感器的輸出電路的樣式多種多樣。因此，需要對它們充分了解，才能保證與所選的PLC的DI模塊進行匹配接線。
5．1無源干接點
閥門等的限位開關(guān)、行程開關(guān)、電機遠程/就地按鈕開關(guān)、拉線開關(guān)、跑偏開關(guān)、電機運行狀態(tài)的繼電器觸點等，屬于無源干接點信號，不存在電源的極性因素，比較簡單，接線容易，可應(yīng)用于以上各種類型的DI輸入模塊。
5．2有源兩線制傳感器
有源兩線傳感器（如接近開關(guān)等），分直流與交流，直流兩線制開關(guān)分二極管極性保護圖5與橋整流極性保護圖6，前者在接PLC時需要注意極性，后者就不需要注意極性。
直流兩線制開關(guān)量儀表與漏型拉電流PLC DI模塊的接線如圖7所示：
直流兩線制開關(guān)量儀表與源型灌電流PLC DI模塊的接線如圖8所示：
交流兩線制開關(guān)量儀表與源型灌電流PLC的接線如圖9所示：
5．3 有源三線傳感器
傳感器的輸出信號，除了像行程開關(guān)、繼電器觸點等一些干接點信號外，一些傳感器還提供NPN和PNP集電極開路輸出信號。其實質(zhì)就是利用三極管的飽和和截止，輸出兩種狀態(tài)，即高電平和低電平信號，屬于開關(guān)型傳感器。PNP與NPN型傳感器的輸出信號是截然相反的。對于不同廠商的PLC DI模塊輸入電路，選用NPN還是PNP型輸出的傳感器，有時會感到無所適從。下面主要介紹一下這兩種輸出類型的傳感器與PLC DI模塊輸入電路的接線。
5．3．1 NPN和PNP輸出電路的形式
圖10為NPN型傳感器輸出電路：NPN集電極開路輸出電路的輸出端（OUT端）通過三級管和直流電源負極連接。在初始狀態(tài)，傳感器未動作時，三極管處于截止狀態(tài)，輸出端（OUT端）接近直流電正極，為高電平；當傳感器動作時，三極管飽和導(dǎo)通，OUT端的電流流向直流電源負極，輸出—低電平信號，OUT端（輸出端）電位接近負極，也就是通常說的高電平翻轉(zhuǎn)成低電平。
圖11為PNP型傳感器輸出電路：PNP集電極開路輸出電路的輸出端（OUT端）通過三極管和直流電源正極連接。當傳感器動作時，三極管飽和導(dǎo)通，直流電源正極電流流向OUT端，OUT端（輸出端）電位接近直流電源正極，輸出高電平信號，也就是通常說的低電平翻轉(zhuǎn)成高電平。
5．3．2 NPN和PNP輸出電路和PLC輸入模塊的連接
1）NPN集電極開路輸出
由以上分析可知，NPN集電極導(dǎo)通時輸出為0V，當輸出OUT端和PLC DI模塊輸入相連時，電流從PLC的輸入端流出，從DI模塊的公共端流入，PLC DI模塊的輸入電路為漏型輸入電路，即：NPN型輸出的傳感器只能接漏型或切換型輸入電路的DI模塊，如圖12所示：
2）PNP集電極開路輸出
PNP集電極導(dǎo)通時輸出為+V高電平，當輸出OUT端和 PLC DI模塊輸入相連時，電流從DI模塊的輸入端流入，從DI模塊的公共端流出， PLC DI模塊的輸入電路為源型輸入電路，即：PNP型輸出的傳感器只能接源型或切換型輸入電路的DI模塊，如圖13所示：
6 結(jié)束語
正是由于傳感器輸出信號和PLC DI模塊輸入電路形式的多樣性，我們在做工程設(shè)計的過程中，要充分了解PLC DI模塊輸入電路的類型和傳感器輸出信號的形式，只有這樣，才能確保在PLC廠商確定之后，儀表傳感器選型的正確性，才能保證在不增加額外元器件的情況下，傳感器與PLC輸入模塊接線正確性，才能在實際的應(yīng)用中游刃有余。
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