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(jiàn)的接口電路形式，針對(duì)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(shí)的接線方法，確保在以后的工程設(shè)計(jì)中儀表選型和現(xiàn)場(chǎng)施工接線的正確性。
1 引言
在工程設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工中，常會(huì)遇到各種各樣的儀表接線的問(wèn)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(duì)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(gè)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(duì)plc內(nèi)部元器件造成損壞，plc數(shù)字量輸入模塊（簡(jiǎn)稱di模塊）的輸入接口電路常采用光電耦合元件來(lái)隔離輸入信號(hào)與內(nèi)部電路之間的聯(lián)系。輸入端的信號(hào)驅(qū)動(dòng)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(hào)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(diǎn)與負(fù)極共點(diǎn)之分，而各種儀器儀表的輸出電路，有干接點(diǎn)、有源輸出、高電平和低電平輸出之分，因此，我們?cè)谶x配外部?jī)x表傳感器時(shí)，需要對(duì)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(jìn)行區(qū)分和了解，才能正確的選型，以保證后期現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)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(yáng)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(huà)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(hào)為無(wú)源的干接點(diǎn)（直流電源由plc柜內(nèi)部提供）或直流有源的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)，當(dāng)外部輸入接點(diǎn)信號(hào)閉合時(shí)，輸入端與直流電源正極接通，電流通過(guò)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(hào)傳送至處理器，從而cpu 認(rèn)為該路有信號(hào)輸入。當(dāng)外部輸入元件與直流電源正極斷開(kāi)時(shí)，光耦中的發(fā)光二極管熄滅，光敏三極管截止，cpu 認(rèn)為該路沒(méi)有信號(hào)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(hào)的接點(diǎn)為無(wú)源干接點(diǎn)信號(hào)或交流有源的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)信號(hào)。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(jí)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(guò)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(gè)環(huán)節(jié)，輸入信號(hào)的延遲時(shí)間要比直流輸入電路長(zhǎng)，這是其不足之處。但由于其輸入端是高電壓，其輸入信號(hào)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(duì)響應(yīng)性要求不高的場(chǎng)合，而直流輸入方式用于環(huán)境較好，電磁干擾不嚴(yán)重，對(duì)響應(yīng)時(shí)間要求較高的場(chǎng)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(duì)應(yīng)的輸入端，也稱此結(jié)構(gòu)為單端共點(diǎn)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(fù)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(yáng)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(fù)極，電源負(fù)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(shí)，電流從輸入端流出，流入直流電源的負(fù)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(shí)，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(fù)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(fù)極）相連，結(jié)合外部?jī)x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(chǎng)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(shí)，公共端接電源的負(fù)極；作為漏輸入時(shí)，公共端接電源的正極。這樣，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需要來(lái)接線，給接線工作帶來(lái)極大的靈活。 通過(guò)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(kāi)關(guān)量信號(hào)的內(nèi)部電路及其與plc輸入電路的連接
在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，常會(huì)遇到各種各樣的輸出為開(kāi)關(guān)量信號(hào)的儀表，如：壓力開(kāi)關(guān)、流量開(kāi)關(guān)、物位開(kāi)關(guān)、溫度開(kāi)關(guān)、閥門(mén)狀態(tài)反饋、電機(jī)的運(yùn)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(duì)它們充分了解，才能保證與所選的plc的di模塊進(jìn)行匹配接線。
5．1無(wú)源干接點(diǎn)
閥門(mén)等的限位開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、電機(jī)遠(yuǎn)程/就地按鈕開(kāi)關(guān)、拉線開(kāi)關(guān)、跑偏開(kāi)關(guān)、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的繼電器觸點(diǎn)等，屬于無(wú)源干接點(diǎn)信號(hào)，不存在電源的極性因素，比較簡(jiǎn)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(kāi)關(guān)等），分直流與交流，直流兩線制開(kāi)關(guān)分二極管極性保護(hù)圖5與橋整流極性保護(hù)圖6，前者在接plc時(shí)需要注意極性，后者就不需要注意極性。
直流兩線制開(kāi)關(guān)量?jī)x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(kāi)關(guān)量?jī)x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(kāi)關(guān)量?jī)x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(hào)，除了像行程開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)等一些干接點(diǎn)信號(hào)外，一些傳感器還提供npn和pnp集電極開(kāi)路輸出信號(hào)。其實(shí)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(hào)，屬于開(kāi)關(guān)型傳感器。pnp與npn型傳感器的輸出信號(hào)是截然相反的。對(duì)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(shí)會(huì)感到無(wú)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(kāi)路輸出電路的輸出端（out端）通過(guò)三級(jí)管和直流電源負(fù)極連接。在初始狀態(tài)，傳感器未動(dòng)作時(shí)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出端（out端）接近直流電正極，為高電平；當(dāng)傳感器動(dòng)作時(shí)，三極管飽和導(dǎo)通，out端的電流流向直流電源負(fù)極，輸出—低電平信號(hào)，out端（輸出端）電位接近負(fù)極，也就是通常說(shuō)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(kāi)路輸出電路的輸出端（out端）通過(guò)三極管和直流電源正極連接。當(dāng)傳感器動(dòng)作時(shí)，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(hào)，也就是通常說(shuō)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(kāi)路輸出
由以上分析可知，npn集電極導(dǎo)通時(shí)輸出為0v，當(dāng)輸出out端和plc di模塊輸入相連時(shí)，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(kāi)路輸出
pnp集電極導(dǎo)通時(shí)輸出為+v高電平，當(dāng)輸出out端和 plc di模塊輸入相連時(shí)，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(yǔ)
正是由于傳感器輸出信號(hào)和plc di模塊輸入電路形式的多樣性，我們?cè)谧龉こ淘O(shè)計(jì)的過(guò)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(hào)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(shí)際的應(yīng)用中游刃有余。