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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傳輸。

目前PLC數(shù)字量輸入端口一般分單端共點與雙端輸入，各廠商的單端共點（Com）的接口有光電耦合器正極共點與負極共點之分，日系PLC通常采用正極共點，歐系PLC習(xí)慣采用負極共點；日系PLC供應(yīng)歐洲也按歐洲習(xí)慣采用負極共點；為了能靈活使用又發(fā)展了單端共點（S/S）可選型，根據(jù)需要單端共點可以接負極也可以接正極。

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輸入與雙端輸入，單端共點接電源正極為SINK（sink Current 拉電流），單端共點接電源負極為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極相連即可，說明接口內(nèi)部的光電耦合器為單端共點為電源正極，可接NPN型傳感器。

SOUR源型為電流從輸入端流進，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為電源負極，可接PNP型傳感器。

對這兩種方式的說法有各種表達：

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的極性，共正極與共負極。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，對于無檢測信號時NPN的接近開關(guān)與光電開關(guān)輸出為電平（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)輸出為電平。

以上的情況只是針對，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PLC接口，對于PLC輸入信號狀態(tài)則由PLC程序修改。原因是傳感器輸出有個上拉電阻與下拉電阻的緣故，對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)的輸出與負載接口問題》，在此不再贅述。

SINK漏型、SOUR源型在下文有詳細圖解描述。

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的元件為無源的干接點或直流有源的無觸點開關(guān)接點，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，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的元件為無源的干接點或交流有源的無觸點開關(guān)接點，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)就用交流兩線直接原來行程開關(guān)。

4、按端口類型

4.1單端共點（Comcon）數(shù)字量輸入方式

為了節(jié)省輸入端子，單端共點輸入的結(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應(yīng)的輸入端子X0、X1、X2、....，com共點與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"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（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接口共電源負極。

SINK（sink Current 拉電流）輸入方式，可接NPN型傳感器，即X端口與負極相連。

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、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SINK輸入接線（內(nèi)部共點端子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SR輸入接線（內(nèi)部共點端子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極相連。

● 單端共點SINK輸入接線（內(nèi)部共點端子S/S→24V+，外部共線→24V-）。

● 單端共點SR輸入接線（內(nèi)部共點端子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，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， 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； SR（source Current 灌電流）輸入方式時，外置電源與內(nèi)置電源負極相連接。

4.1.5：簡單判斷SINK（sink Current 拉電流）輸入方式，只需要Xn端與負極短路，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。共負極的光藕合器，可接PNP型的傳感器。

4.1.6：對于2線式的開關(guān)量輸入，如果是無源觸點，SINK與SR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。

4.2、超速雙端輸入電路

主要用于硬件速計數(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（按鈕開關(guān)、行程開關(guān)、舌簧磁性開關(guān)、繼電器觸點等）

無源干接點比較簡單，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)分二極管極性保護與橋整流極性保護，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：

2.1、單端共點SINK輸入接線（內(nèi)部共點端子COM→24V+，外部共線→24V-）。如圖11:

2.2、單端共點SR輸入接線（內(nèi)部共點端子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)傳感器有檢測信號VT導(dǎo)通，輸出端OUT的電流流向負極，輸出端OUT電位接近負極，通常說的電平翻轉(zhuǎn)成電平。

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)的輸出與負載接口問題》的文章。

簡單說當(dāng)三極管VT導(dǎo)通,相當(dāng)與一個接點導(dǎo)通，如圖13：

3.1單端共點SINK輸入接線（內(nèi)部共點端子COM→24V+，外部共線→24V-）。如圖14:

2.2、單端共點SR輸入接線（內(nèi)部共點端子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)。