PLC與接近開關(guān)和光電開關(guān)的接線問題
一:引言
PLC的數(shù)字量輸入接口并不復(fù)雜，我們都知道PLC為了提能力，輸入接口都采用光電耦合器來隔離輸入信號(hào)與內(nèi)部處理電路的傳輸。因此，輸入端的信號(hào)只是驅(qū)動(dòng)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(hào)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，各廠商的單端共點(diǎn)（Com）的接口有光電耦合器正極共點(diǎn)與負(fù)極共點(diǎn)之分，日系PLC通常采用正極共點(diǎn)，歐系PLC習(xí)慣采用負(fù)極共點(diǎn)；日系PLC供應(yīng)歐洲也按歐洲習(xí)慣采用負(fù)極共點(diǎn)；為了能靈活使用又發(fā)展了單端共點(diǎn)（S/S）可選型，根據(jù)需要單端共點(diǎn)可以接負(fù)極也可以接正極。
由于這些區(qū)別，用戶在選配外部傳感器時(shí)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SR（source Current 灌電流）。
2、術(shù)語的解釋
SINK漏型
SOUR源型
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。
SOUR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。
對(duì)這兩種方式的說法有各種表達(dá)：
1）、根據(jù)TI的定義，sink Current 為拉電流，source Current為 灌電流，
2）、由按接口的單端共點(diǎn)的極性，共正極與共負(fù)極。這樣的表述比較容易分清楚。
3）、SINK為NPN接法，SOUR為PNP接法（按傳感器的輸出形式的表述）。
4）、SINK為負(fù)邏輯接法，SOUR為正邏輯接法（按傳感器的輸出形式的表述）。
5）、SINK為傳感器的電平有效，SOUR為傳感器的電平有效（按傳感器的輸出狀態(tài)的表述）。
這種表述的筆者接觸的zui多，也是zui容易引起混淆的說法。
接近開關(guān)與光電開關(guān)三、四線輸出分NPN與PNP輸出，對(duì)于無檢測(cè)信號(hào)時(shí)NPN的接近開關(guān)與光電開關(guān)輸出為電平（對(duì)內(nèi)部有上拉電阻而言），當(dāng)有檢測(cè)信號(hào)，內(nèi)部NPN管導(dǎo)通，開關(guān)輸出為電平。
對(duì)于無檢測(cè)信號(hào)時(shí)PNP的接近開關(guān)與光電開關(guān)輸出為電平（對(duì)內(nèi)部有下拉電阻而言），當(dāng)有檢測(cè)信號(hào)，內(nèi)部PNP管導(dǎo)通，開關(guān)輸出為電平。
以上的情況只是針對(duì)，傳感器是屬于常開的狀態(tài)下。目前可廠商的傳感器有常開與常閉之分；常閉型NPN輸出為電平，常閉型PNP輸出為電平。因此用戶在選型上與供應(yīng)商配合上經(jīng)常產(chǎn)生偏差。
另一種情況，用戶也遇到SINK接PNP型傳感器，SOUR接NPN型傳感器，也能驅(qū)動(dòng)PLC接口，對(duì)于PLC輸入信號(hào)狀態(tài)則由PLC程序修改。原因是傳感器輸出有個(gè)上拉電阻與下拉電阻的緣故，對(duì)于集電極開路的傳感器，這樣的接法是無效的；另外輸出的上拉電阻與下拉電阻阻值與PLC接口漏電流參數(shù)有很大關(guān)系。并非所有的傳感器與PLC都可以通用，對(duì)于此類問題可以參考筆者的另一文《接近開關(guān)、光電開關(guān)的輸出與負(fù)載接口問題》，在此不再贅述。
SINK漏型、SOUR源型在下文有詳細(xì)圖解描述。
三、按電源配置類型
3.1、直流輸入電路
如圖1，直流輸入電路要求外部輸入信號(hào)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(hào)，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(hào)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，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。
3.2、交流輸入電路
如圖2，交流輸入電路要求外部輸入信號(hào)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(duì)環(huán)境惡劣，，布線技改變動(dòng)不大等場(chǎng)合；如接近開關(guān)就用交流兩線直接原來行程開關(guān)。
4、按端口類型
4.1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（internal comcon terminal），各輸入電路的另一端才接到其對(duì)應(yīng)的輸入端子X0、X1、X2、....，com共點(diǎn)與N個(gè)單端輸入就可以做N個(gè)數(shù)字量的輸入(N+1個(gè)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(shí)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（external comcon wire）；輸入組件的另一端才接到PLC的輸入端子X0、X1、X2、....。
如果COM為電源24V+（正極），外部共線就要接24V-（負(fù)極），此接法稱SINK（sink Current 拉電流）輸入方式；也稱之PLC接口共電源正極。
如果COM為電源24V-（負(fù)極），外部共線就要接24V+（正極），此接法稱SR（source Current 灌電流）輸入方式；也稱之PLC接口共電源負(fù)極。
SINK（sink Current 拉電流）輸入方式，可接NPN型傳感器，即X端口與負(fù)極相連。
SR（source Current 灌電流）輸入方式，可接PNP型傳感器。即X端口與整機(jī)極相連。
為了適應(yīng)各地區(qū)的使用習(xí)慣,內(nèi)部公共端子有的廠家的PLC是采用S/S端子，此端子可以與電源的24V+（正極）或24V-（負(fù)極）相連，結(jié)合外部共線接線變化使PLC可以 SINK（sink Current 拉電流）輸入方式，可接NPN型傳感器和SR（source Current 灌電流）輸入方式，可接PNP型傳感器。較采用COM端的PLC更靈活。S/S端子的發(fā)展是為了適用日系與歐系PLC混合使用工控場(chǎng)合,起到通用的作用,S/S端子也稱之 SINK/SR可切換型。
（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。）
4.1.1 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:
4.1.2 SR（source Current 灌電流）輸入方式
● 單端共點(diǎn)SR輸入接線（內(nèi)部共點(diǎn)端子COM→24V-，外部共線→24V+）。如圖4:
4.1.3 SINK/SR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)SR輸入接線（內(nèi)部共點(diǎn)端子S/S→24V-，外部共線→24V+）。
4.1.4：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(shí)，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(shí)，外置電源與內(nèi)置電源正極相連接； SR（source Current 灌電流）輸入方式時(shí)，外置電源與內(nèi)置電源負(fù)極相連接。
4.1.5：簡(jiǎn)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。 SR（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SR輸入方式。共負(fù)極的光藕合器，可接PNP型的傳感器。
4.1.6：對(duì)于2線式的開關(guān)量輸入，如果是無源觸點(diǎn)，SINK與SR按上圖的輸入元件接法，對(duì)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。
4.2、超速雙端輸入電路
主要用于硬件速計(jì)數(shù)器（HHSC）的輸入使用，接口電壓為5VDC，在應(yīng)用上為確保速及噪音抗性通常采用雙線驅(qū)動(dòng)方式（Line-Drive）。如果工作頻率不與噪音也可以采用5VDC的單端SINK或者SR接法，串聯(lián)一個(gè)限流電阻轉(zhuǎn)換成24VDC的單端SINK或者SR接法。
4.2.1、雙輸入端雙線驅(qū)動(dòng)方式（Line-Drive）。
4.2.2、5VDC的單端SINK或者SR接法。
4.2.3、24VDC的單端SINK或者SR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。
四：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(jiǎn)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，為了電路正常工作需要一個(gè)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(gè)指標(biāo)很重要；如果過大，在接近開關(guān)沒檢測(cè)信號(hào)時(shí)，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(shí)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(cè)，由于需要信號(hào)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：
2.1、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:
2.2、單端共點(diǎn)SR輸入接線（內(nèi)部共點(diǎn)端子COM→24V-，外部共線→24V+）。如圖12:
2.3、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(cè)信號(hào)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，通常說的電平翻轉(zhuǎn)成電平。
PNP型當(dāng)傳感器有檢測(cè)信號(hào)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，通常說的電平翻轉(zhuǎn)成電平。
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，更多問題可以參考《接近開關(guān)、光電開關(guān)的輸出與負(fù)載接口問題》的文章。
簡(jiǎn)單說當(dāng)三極管VT導(dǎo)通,相當(dāng)與一個(gè)接點(diǎn)導(dǎo)通，如圖13：
3.1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:
2.2、單端共點(diǎn)SR輸入接線（內(nèi)部共點(diǎn)端子COM→24V-，外部共線→24V+）。如圖15:
3.3、S/S端子接法參考圖5-圖6、圖11-圖12以及圖14-圖15。
五、結(jié)束語
PLC輸入接口電路形式和外接元件（傳感器）輸出信號(hào)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(hào)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)。
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