第八章PLC外圍接口

1、第八章第八章PLC外圍接口電路技術(shù)外圍接口電路技術(shù) PLC的控制系統(tǒng)中有輸入輸出設(shè)備,常見的輸 入電路有按鈕、行程開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、接近開關(guān)、 霍爾開關(guān)、撥碼開關(guān)、各種傳感器等。正確地連接 輸入輸出電路,是保證PLC安全可靠工作的前提。 圖圖81 PLC與按鈕開關(guān)接線圖與按鈕開關(guān)接線圖 一、一、 PLC與開關(guān)等輸入組件的連接與開關(guān)等輸入組件的連接 三菱FX系列PLC基本單元的輸入端子與按鈕開關(guān)、限位開關(guān) 等的接口如圖81所示。 按鈕(或開關(guān))的兩頭,一頭接到PLC的輸入端(例如X0、 X1、),另一頭接在一起接到公共端上(COM端)。 撥碼開關(guān)在PLC控制系統(tǒng)中常常用到撥碼開關(guān)有兩兩 種種,一種

2、是BCD碼撥碼開關(guān),即撥碼數(shù)值從09, 輸 出為8421 BCD碼。另一種是十六進制碼,即從0F, 輸出為二進制碼。 撥碼開關(guān)可以方便的進行數(shù)據(jù)變更,直觀明了。 二、二、 PLC與撥碼開關(guān)的接口電路與撥碼開關(guān)的接口電路 如控制系統(tǒng)中需要經(jīng)常修改數(shù)據(jù),可使用撥碼開關(guān)組成一組撥 碼器與PLC相接； 如圖82，一位的拔碼開關(guān)示意圖； 如圖83，4位撥碼開關(guān)PLC接口電路。4位撥碼器的COM端 連在一起與PLC的COM端相接。每位撥碼開關(guān)的4條數(shù)據(jù)線 按一定順序接到PLC的4個輸入點上。這種方法占用PLC的輸 入點較多,因此若不是十分必要的場合,一般不要采用這種方法。 圖圖8-2 一位撥碼開關(guān)示意圖一

3、位撥碼開關(guān)示意圖 圖圖8-3 撥碼器與撥碼器與PLCPLC的連接示意圖的連接示意圖 二、二、 PLC與撥碼開關(guān)的接口電路與撥碼開關(guān)的接口電路 三、三、 PLC與旋轉(zhuǎn)編碼器的輸入接口與旋轉(zhuǎn)編碼器的輸入接口 圖84所示為FX2N PLC與E6A2C系列旋轉(zhuǎn)編碼器的接口 示意圖。 圖圖8-4 旋轉(zhuǎn)編碼器與旋轉(zhuǎn)編碼器與PLC的接口示意圖的接口示意圖 旋轉(zhuǎn)編碼器可以提供高速脈沖信號,在數(shù)控機床及 工業(yè)控制中經(jīng)常用到。 不同型號的旋轉(zhuǎn)編碼器,其輸出的頻率也不同，相 數(shù)也不一樣。有的編碼器輸出A、B、Z三相脈沖， 有的只有兩相脈沖，也有的只有一相脈沖(如A相), 頻率有100Hz、200Hz,1kHz、2k

4、Hz、 頻率相對低時, PLC可以響應(yīng),頻率高時, PLC就不 能響應(yīng)。此時,編碼器的輸出信號要接到特殊功能 模塊上,如用FX2N1HC高速計數(shù)模塊。 三、三、 PLC與旋轉(zhuǎn)編碼器的輸入接口與旋轉(zhuǎn)編碼器的輸入接口 傳感器的種類很多,其輸出方式也各不相同。接近開關(guān)、 光電開關(guān)、磁性開關(guān)等為兩線式傳感器?；魻栭_關(guān)為三線 式傳感器。它們與PLC的接口電路分別如圖85(a) 、(b) 所示。 四、四、PLC與傳感器組件的接口電路與傳感器組件的接口電路 圖圖85 PLC與傳感器組件的接口電路與傳感器組件的接口電路 (a)兩線式傳感器；兩線式傳感器；(b) 三線式傳感器三線式傳感器 (a) (b) 第二節(jié)

5、 輸出接口電路技術(shù) PLC的輸出方式有三種,一是繼電器方式,二是晶體管方式,三是晶閘管方 式。 這三種PLC輸出模塊所接的外部負載也各不相同,繼電器繼電器輸出可以接交流 負載或直流負載；晶體管晶體管輸出僅能接直流負載；晶閘管晶閘管輸出僅能接交流 負載。其接口電路分別見圖86所示。 一、一、 輸出接口電路輸出接口電路 (a) (b) (c) 圖圖86 PLC的輸出接口電路連接的輸出接口電路連接 (a)繼電器方式輸出繼電器方式輸出；(b)晶體管方式輸出；晶體管方式輸出；(c)晶閘管方式輸出晶閘管方式輸出 PLC與外接感性負載連接時,為了防止其誤動作或瞬間干 擾,對感性負載要加入抗干擾措施。 若是直

6、流接口電路直流接口電路,要在直流感性負載兩端并聯(lián)二極管,如 圖87(a)所示。并聯(lián)的二極管可選1A的管子,其耐壓值大 于負載電源電壓的510倍。接線時要注意二極管的極性。 二、二、 輸出負載的抗干擾措施輸出負載的抗干擾措施 圖圖8-7 輸出負載的抗干擾措施輸出負載的抗干擾措施 (a)直流感性負載直流感性負載 (b)交流感性負載交流感性負載 圖圖8-7 輸出負載的抗干擾措施輸出負載的抗干擾措施 若是交流感性負載交流感性負載,要與負載并聯(lián)阻容吸收電路, 如圖87(b)所 示。阻容吸收電路的電阻可選51200,功率為2W以上,電容 可取0.10.47F,耐壓值應(yīng)大于電源的峰值電壓。 一、一、PLC電

7、源電路電源電路 PLC控制系統(tǒng)的電源除交流電源外,還包括PLC的直流電源。 一般情況下,交流電源可直接與電網(wǎng)相連,而輸入設(shè)備(開關(guān)) 的直流電源和輸出負載的直流電源等,最好分別采用獨立 的直流供電電源,如圖88所示。如果所需輸入或輸出電 流不是很大，也可以使用PLC自帶電源。 第三節(jié)第三節(jié) PLC電源及輸入輸出口的性能參數(shù)電源及輸入輸出口的性能參數(shù) 圖圖8 88 PLC電源電路框圖電源電路框圖 二輸入輸出口的電流定額二輸入輸出口的電流定額 PLC自帶的輸入口電源一般為直流直流24V。 輸入口輸入口每一點的電流定額一般為7mA，這個電流 是輸入口短接時產(chǎn)生的最大電流（端口本身存在 阻抗）。當(dāng)輸入

8、口上接有一定阻抗的負載時，其 流過的電流就要減少，PLC輸入口信號傳遞所需 的最小電流一般為2mA左右，這樣就規(guī)定了輸入 口接入的最大阻抗。為了保障最小有效電流，輸 入口所接器件的總阻抗要小于2k。從另一方面 說，輸入口機內(nèi)電源功率一般只有幾瓦，當(dāng)輸入當(dāng)輸入 口所接的傳感器所需功率較大時，需另配專用電口所接的傳感器所需功率較大時，需另配專用電 源供電源供電。 第三節(jié)第三節(jié) PLC電源及輸入輸出口的性能參數(shù)電源及輸入輸出口的性能參數(shù) 圖圖89輸出口加接中間繼電器輸出口加接中間繼電器 PLC輸出口輸出口所能通過的最大電流隨機型不同而不同，一般為 1A或2A。當(dāng)負載電流定額大于口端電流最大值時，需增

9、加中 間繼電器。如圖89為增加中間繼電器時 的線路連接 二輸入輸出口的電流定額二輸入輸出口的電流定額 第三節(jié)第三節(jié) PLC電源及輸入輸出口的性能參數(shù)電源及輸入輸出口的性能參數(shù) PLC輸入口輸入口電壓定額一般接有直流直流24V。 有一些輸入口是不接電源的（如三菱FX系列PLC）。 輸出口輸出口的電壓定額常接工頻低壓交流電源和直流電源。 當(dāng)輸出口端連接電感類電感類設(shè)備時，為了防止電路關(guān)斷時刻產(chǎn) 生高電壓對輸入、輸出口造成破壞，應(yīng)在感性組件兩端加 接保護組件。 對于直流電源，應(yīng)并接續(xù)流二極管流二極管，對于交流電路應(yīng)并接 阻容電路阻容電路。圖810為輸出口接有保護器件的情況。 三、輸入輸出口及端口設(shè)備

10、的安全保護三、輸入輸出口及端口設(shè)備的安全保護 第三節(jié)第三節(jié) PLC電源及輸入輸出口的性能參數(shù)電源及輸入輸出口的性能參數(shù) (b) 圖圖810輸入輸出口的保護輸入輸出口的保護 ( (a) )直流輸入輸出點的保護直流輸入輸出點的保護( (b) )交流輸入輸出點的保護交流輸入輸出點的保護 R51120；C0.10.47F (a) 阻容電路中 電阻可取51 120，電容可 以取0.1 0.47F。電容 的額定電壓應(yīng) 大于電源的峰 值電壓 續(xù)流二極管 可以選1A的管 子，其額定電 壓應(yīng)大于電源 電壓的3倍 在PLC控制工程中，輸入輸出口及機內(nèi)的各類組件都是工程 資源。如何充分利用有限的資源，做好的、大的、

11、多的工作 是很重要的。資源不會憑空產(chǎn)生，接口的擴展核心是以豐補 欠，也就是說用系統(tǒng)中多余的資源彌補不足的資源。 第四節(jié)第四節(jié) 輸入輸出口的利用及擴展輸入輸出口的利用及擴展 一、利用一、利用COM端擴展輸入口端擴展輸入口 可編程控制器的輸入口需要和COM端構(gòu)成回路。如果在COM 端上加接分路開關(guān)，對輸入信號進行分組選擇，則可以使輸入 口得到擴展。 如圖811所示的可編程控制器的每個輸入口上都接有兩 個輸入組件，并通過開關(guān)S進行轉(zhuǎn)換。該電路可用于“手 動自動”開關(guān)控制選擇。當(dāng)開關(guān)S處于自動狀態(tài)時，開 關(guān)SB3、SB4被接入電路；開關(guān)S處于手動位置時，開關(guān) SB1、SB2被接入電路。這種擴展方式可用

12、于工作中兩種 不頻繁交換的場合。開關(guān)S可以是手操的開關(guān)。 圖圖811 分組法擴展輸入口分組法擴展輸入口 圖811中的二極管是用來切斷寄生電路的二極管是用來切斷寄生電路的。假設(shè)圖中沒 有二極管，系統(tǒng)處于自動狀態(tài)，SB1、SB2、SB3閉合， SB4斷開，這時將有電流從X2端子流出，經(jīng)SB2、SB1、 SB3形成的寄生回路流回COM端，使輸入繼電器X2錯誤 的變?yōu)椤?”狀態(tài)。各開關(guān)串聯(lián)二極管后，切斷了寄生回路， 避免了錯誤輸入的產(chǎn)生。 圖圖811 分組法擴展輸入口分組法擴展輸入口 二、利用輸出端擴展輸入口 在圖811的基礎(chǔ)上，如果每個輸入口上接有多組輸入信 號，開關(guān)S就必須是一個多擲開關(guān)。 這樣的

13、多擲開關(guān)如果手動操作是十分不方便的，故采用幾采用幾 個輸出口代替這個開關(guān)個輸出口代替這個開關(guān)。 圖圖812 輸出口擴展輸入口輸出口擴展輸入口 電路如圖812所示。這是一個三組輸入的例子， 當(dāng)輸出口Y0接通時，S1、S2、S3被接入電路，當(dāng)輸出口 Y1接通時，機器讀取S4、S5、S6的工作狀態(tài)。Y2置“1” 時，S7、S8、S9的工作信號被讀取。 而Y0、Y1、Y2的控制則要靠軟件實現(xiàn)的控制則要靠軟件實現(xiàn)。 圖圖812 輸出口擴展輸入口輸出口擴展輸入口 如何軟件實現(xiàn)Y0,Y1,Y2的接通？ 需要在程序中安排合適的時機，接通某個輸出口使機器輸 入所需的信號。 輸入信號的這種讀取方式，在使用撥號開關(guān)

14、時常見。 這時三組輸入信號是循環(huán)掃描輸入的。 一種常見的方法是采用移位寄存器類器件實現(xiàn)相關(guān)輸出口 的掃描接通, 以掃描讀入并刷新輸入數(shù)據(jù)。 圖813是與圖812電路相關(guān)的梯形圖。 圖中時間繼電器T10構(gòu)成振蕩器，用以產(chǎn)生一個定時脈沖。 然后用這個脈沖實現(xiàn)移位操作，再使用順序置“1”的輔 助繼電器使輸出繼電器置“1”,完成輸入信號的分時讀入 工作。移位指令可見本書第六章功能指令的有關(guān)內(nèi)容。 圖圖812 輸出口擴展輸入口輸出口擴展輸入口 圖圖813 實現(xiàn)圖實現(xiàn)圖8 812功能功能 的矩陣輸入梯形圖的矩陣輸入梯形圖 K1 圖圖812中輸入口的接線像個矩陣，因而這種端口擴展方法被中輸入口的接線像個矩陣

15、，因而這種端口擴展方法被 稱為稱為“矩陣法矩陣法”。值得提及的是，這類方法處理的輸入信號都。值得提及的是，這類方法處理的輸入信號都 是相對穩(wěn)定的，是相對穩(wěn)定的，如信號的變化比掃描的時間快，信號就有丟失如信號的變化比掃描的時間快，信號就有丟失 的危險的危險。 圖圖812 輸出口擴展輸入口輸出口擴展輸入口 圖圖813 實現(xiàn)圖實現(xiàn)圖8 812功能功能 的矩陣輸入梯形圖的矩陣輸入梯形圖 K1 三、利用輸出端擴展輸出口 將以上的思想應(yīng)用在輸出口的擴展輸出口的擴展上，用幾個輸出口輪流 接通，實現(xiàn)另外一些輸出口上連接的多組輸出設(shè)備分時接 通，就可實現(xiàn)利用輸出端擴展輸出口的目的。這時的接線 示意圖見圖814，

16、這是一組輸出口上接有多組顯示器件 作動態(tài)分時顯示的接線圖。 圖圖8-14 8-14 輸出端擴展輸出口輸出端擴展輸出口 四、利用機內(nèi)器件擴展輸入輸出口四、利用機內(nèi)器件擴展輸入輸出口 當(dāng)機器各種口的資源都不多時，可以利用機內(nèi)的計數(shù)器、 輔助繼電器實現(xiàn)輸入輸出口的擴展。圖815是只用一只 按鈕實現(xiàn)啟動、停止兩個功能的梯形圖，讀者可以自行分 析。 (a) (b) 圖圖815 一只按鈕實現(xiàn)啟、停車一只按鈕實現(xiàn)啟、停車 ( (a) )梯形圖；梯形圖；( (b) )波形圖波形圖 圖816是利用限位開關(guān)加一個計數(shù)器實現(xiàn)多位置限位利用限位開關(guān)加一個計數(shù)器實現(xiàn)多位置限位的 梯形圖。 如圖816所示，限位開關(guān)安裝在

17、導(dǎo)軌的兩端，兩只限位 開關(guān)的常開觸點并聯(lián)接于PLC的輸入口X10上。 四、利用機內(nèi)器件擴展輸入輸出口四、利用機內(nèi)器件擴展輸入輸出口 圖圖816 利用計數(shù)器實現(xiàn)電動機運動方向控制利用計數(shù)器實現(xiàn)電動機運動方向控制 (a)位置示意圖；位置示意圖；(b)梯形圖梯形圖 由梯形圖中可以看出，X10作為計數(shù)器C10的計數(shù)脈沖工 作。裝在小車上的撞塊每撞擊一次限位開關(guān)，C10則計一 次數(shù)。 系統(tǒng)工作之初，在小車位于軌道左端時，通過啟動配置程 序使計數(shù)器計數(shù)值為1。電動機反轉(zhuǎn)，小車向右運行到達 終端時，計數(shù)器計2，電動機恢復(fù)為正轉(zhuǎn)。 這以后，通過程序中的奇偶判斷及電動機運轉(zhuǎn)方向控制程 序使計數(shù)器每計奇數(shù)電動機就

18、反轉(zhuǎn)，每計偶數(shù)就正轉(zhuǎn)每計奇數(shù)電動機就反轉(zhuǎn)，每計偶數(shù)就正轉(zhuǎn)。這 些是輸入口擴展的例子。 此外，我們還可以利用程序?qū)崿F(xiàn)同一個顯示器件的不同工利用程序?qū)崿F(xiàn)同一個顯示器件的不同工 作方式以傳遞不同的信息作方式以傳遞不同的信息。如一個指示燈，長亮表示正常， 閃亮表示事故，這相當(dāng)于擴展了輸出口。 五、利用線路連接擴展輸出口 利用輸入輸出口的連線也可以達到擴展輸入輸出口的目的。 如何將兩個相互作用的信號直接接在一個輸入口上串聯(lián)連 接?？梢詫蓚€同步動作的輸出信號并聯(lián)起來，或如圖8 17所示將手動按鈕直接并接在輸出口上。 圖圖8-17 手動按鈕接于輸出口手動按鈕接于輸出口 一、輸入端口連接一、輸入端口連接 實

19、際應(yīng)用中，輸入口一般包括連接按鈕、開關(guān)（含繼電器 的觸點）及各類傳感設(shè)備。，PLC內(nèi)部一般設(shè)置有專用電 源為輸入口連接的這些設(shè)備供電 這些器件功率消耗都很小。 圖818為輸入端口連線示意圖。圖中： 有一只按鈕接于X1及COM端，按鈕及COM口間的電源是 機內(nèi)24V電源提供的， 一只傳感器接于X0及COM端，傳感器實際上也使用PLC 提供的電源。 當(dāng)輸入口接入的器件不是無源觸點而是傳感器時，要注意 傳感器的極性，選擇正確的電流方向接入電路。在PLC中 一般COM端為機內(nèi)電源的負極。 第五節(jié)第五節(jié) PLC輸入輸出口端口連接示例輸入輸出口端口連接示例 圖圖818 輸入端口連接示意圖輸入端口連接示意圖 另外，輸入口側(cè)設(shè)有標(biāo)記為L及N的端子，這是接入工頻電源的，一 般為85260V均可使用，這是PLC的原始工作電源。 二、輸出端口連接輸出端口連接 輸出口在接入電路時，均和執(zhí)行器件