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)場各類信號連接的部分。輸入口用來接受生產(chǎn)過程的各種參數(shù)。輸出口用來送出可編程控制器運算后得出的控制信息，并通過機(jī)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場各類控制。由于可編程控制器在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場工作，對輸入輸出接口有兩個主要的要求，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)場各類信號的匹配要求。

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)場的數(shù)字（開關(guān)）量信號變成可編程控制器內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號。數(shù)字（開關(guān)）量輸入接口按可接納的外部信號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。

從圖中可以看出，數(shù)字量（開關(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)信號的作用。圖中數(shù)字量（開關(guān)）輸入接口單元的電源部分都畫在了輸入口外（虛線框外），這是分體式數(shù)字量（開關(guān)）輸入接口單元的畫法，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)場連續(xù)變化的模擬量標(biāo)準(zhǔn)信號轉(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。模擬量輸入接口接受標(biāo)準(zhǔn)模擬信號，無論是電壓信號還是電流信號均可。這里標(biāo)準(zhǔn)信號是指符合國際標(biāo)準(zhǔn)的通用交互用電壓電流信號值，如 4 ～ 20mA 的直流電流信號， 1 ～ 10V 的直流電壓信號等。工業(yè)現(xiàn)場中模擬量信號的變化范圍一般是不標(biāo)準(zhǔn)的，在送入模擬量接口時一般都需經(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。

圖 4 模擬量輸入電路框圖

模擬量信號輸入后一般經(jīng)運算放大器放大后進(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。

2 ．輸出端口

（ 1 ）數(shù)字（開關(guān)）量輸出接口

它的作用是把可編程內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的數(shù)字（開關(guān)）量信號。數(shù)字（開關(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)部參考電路圖見圖 5 所示。

圖 5 數(shù)字（開關(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)動電源時，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)動電源，但接通斷開的頻率低，晶體管式的輸出接口有較高的接通斷開頻率，但只適用于直流驅(qū)動的場合，可控硅型的輸出接口僅適用于交流驅(qū)動場合。

（ 2 ）模擬量輸出接口

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

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、高速計數(shù)器工作單元、溫度控制單元等。這類單元大多是獨立的工作單元。它們和普通輸入輸出接口的區(qū)別在于其一般帶有單獨的 CPU ，有專門的處理能力。在具體的工作中，每個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)展來看，不少新型的可編程控制器本身也帶有 PID 功能及高速計數(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、輸入端口常見的接線類型和對象：

PLC輸入端口一般是輸入：

1，開關(guān)量信號：

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

舉個簡單的例子更加容易說清楚：

按鈕或者接近開關(guān)的接線所示：PLC開關(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：

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。

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

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。

PLC接線過程中的三點常識：

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。

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，輸入口每一個點的電流定額在5mA-7mA之間，這個電流是輸入口短接時產(chǎn)生的最大電流，當(dāng)輸入口有一定的負(fù)載時，其流過的電流會相應(yīng)減少。PLC輸入信號傳遞所需的最小電流一般為2mA，為了保證最小的有效信號輸入電流，輸入端口所接設(shè)備的總阻抗一般要小于2K歐。

也就是說當(dāng)輸入端口的傳感器功率較大時候，需要接單獨的外部電源。

3，PLC輸出端口一般所能通過的最大電流隨PLC機(jī)型的不同而不同，大部分在1A~2A之間，當(dāng)負(fù)載的電流大于PLC的端口額定電流的最大值時，一般需要增加中間繼電器才能連接外部接觸器或者是其他設(shè)備。

PLC正確接線是PLC有效運行的前提，也是PLC的基本技能，熟練的掌握PLC的接線常識是十分有必要的。