1.3.2 輸入輸出接口電路

輸入輸出接口電路實(shí)際上是PLC與被控對(duì)象間傳遞輸入輸出信號(hào)的接口部件。輸入輸出接口電路要有良好的電隔離和濾波作用。

1. 輸入接口電路

由于生產(chǎn)過(guò)程中使用的各種開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器等輸入器件直接接到PLC輸入接口電路上，為防止由于觸點(diǎn)抖動(dòng)或干擾脈沖引起錯(cuò)誤的輸入信號(hào)，輸入接口電路必須有很強(qiáng)的抗干擾能力。

如圖1-2所示，輸入接口電路提高抗干擾能力的方法主要有：

（1）利用光電耦合器提高抗干擾能力。 光電耦合器工作原理是：發(fā)光二極管有驅(qū)動(dòng)電流流過(guò)時(shí)，導(dǎo)通發(fā)光，光敏三極管接收到光線(xiàn)，由截止變?yōu)閷?dǎo)通，將輸入信號(hào)送入PLC內(nèi)部。光電耦合器中的發(fā)光二極管是電流驅(qū)動(dòng)元件，要有足夠的能量才能驅(qū)動(dòng)。而干擾信號(hào)雖然有的電壓值很高，但能量較小，不能使發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，所以不能進(jìn)入PLC 內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了電隔離。

（2）利用濾波電路提高抗干擾能力。 最常用的濾波電路是電阻電容濾波，如圖1-2中的R1、C 。

圖1-2中，S為輸入開(kāi)關(guān)，當(dāng)S閉合時(shí)， LED點(diǎn)亮，顯示輸入開(kāi)關(guān)S處于接通狀態(tài)。光電耦合器導(dǎo)通，將高電平經(jīng)濾波器送到PLC內(nèi)部電路中。當(dāng)CPU在循環(huán)的輸入階段鎖入該信號(hào)時(shí)，將該輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)的映像寄存器狀態(tài)置1；當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，則對(duì)應(yīng)的映像寄存器狀態(tài)置0。

圖1-2  可編程控制器輸入電路

 根據(jù)常用輸入電路電壓類(lèi)型及電路形式不同，可以分為干接點(diǎn)式、直流輸入式和交流輸入式。輸入電路的電源可由外部提供，有的也可由PLC內(nèi)部提供。

2. 輸出接口電路

根據(jù)驅(qū)動(dòng)負(fù)載元件不同可將輸出接口電路分為三種：

（1）小型繼電器輸出形式，如圖1-3所示。這種輸出形式既可驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，又可驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載。它的優(yōu)點(diǎn)是適用電壓范圍比較寬，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是動(dòng)作速度較慢，動(dòng)作次數(shù)（壽命）有一定的限制。建議在輸出量變化不頻繁時(shí)優(yōu)先選用。

圖1-3所示電路工作原理是：當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為1時(shí)，使繼電器K的線(xiàn)圈通電，產(chǎn)生電磁吸力，觸點(diǎn)閉合，則負(fù)載得電，同時(shí)點(diǎn)亮LED，表示該路輸出點(diǎn)有輸出。當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為0時(shí)，使繼電器K的線(xiàn)圈無(wú)電流，觸點(diǎn)斷開(kāi)，則負(fù)載斷電，同時(shí)LED熄滅，表示該路輸出點(diǎn)無(wú)輸出。

圖1-3  小型繼電器輸出形式電路

（2）大功率晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管輸出形式，如圖1-4所示。這種輸出形式只可驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載。它的優(yōu)點(diǎn)是可靠性強(qiáng)，執(zhí)行速度快，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是過(guò)載能力差。適合在直流供電、輸出量變化快的場(chǎng)合選用。

圖1-4所示電路工作原理是：當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為1時(shí)，光電耦合器T1導(dǎo)通，使大功率晶體管VT飽和導(dǎo)通，則負(fù)載得電，同時(shí)點(diǎn)亮LED，表示該路輸出點(diǎn)有輸出。當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為0時(shí)，光電耦合器T1斷開(kāi)，大功率晶體管VT截止，則負(fù)載失電，LED熄滅，表示該路輸出點(diǎn)無(wú)輸出。當(dāng)負(fù)載為電感性負(fù)載，VT關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生較高的反電勢(shì)，VD的作用是為其提供放電回路，避免VT承受過(guò)電壓。

圖1-4  大功率晶體管輸出形式電路

（3）雙向晶閘管輸出形式，如圖1-5所示。這種輸出形式適合驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載。由于雙向可控硅和大功率晶體管同屬于半導(dǎo)體材料元件，所以?xún)?yōu)缺點(diǎn)與大功率晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管輸出形式的相似，適合在交流供電、輸出量變化快的場(chǎng)合選用。

圖1-5所示電路工作原理是：當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為1時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，相當(dāng)于雙向晶閘管施加了觸發(fā)信號(hào)，無(wú)論外接電源極性如何，雙向晶閘管T均導(dǎo)通，負(fù)載得電，同時(shí)輸出指示燈LED點(diǎn)亮，表示該輸出點(diǎn)接通；當(dāng)對(duì)應(yīng)T的內(nèi)部繼電器的狀態(tài)為0時(shí)，雙向晶閘管施加了觸發(fā)信號(hào)，雙向晶閘管關(guān)斷，此時(shí)LED不亮，負(fù)載失電。

圖1-5  雙向可控硅輸出形式電路

3. I/O電路的常見(jiàn)問(wèn)題

（1）用三極管等有源元件作為無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的輸出設(shè)備，與PLC輸入單元的連接時(shí)，由于三極管自身有漏電流存在，或者電路不能保證三極管可靠截止而處于放大狀態(tài)，使得即使在截止時(shí)，仍會(huì)有一個(gè)小的漏電流流過(guò)，當(dāng)該電流值大于1.3mA時(shí)，就可能引起PLC輸入電路發(fā)生誤動(dòng)作?？稍赑LC輸入端并聯(lián)一個(gè)旁路電阻來(lái)分流，使流入PLC的電流小于1.3mA。

（2）應(yīng)在輸出回路串聯(lián)保險(xiǎn)絲，避免負(fù)載電流過(guò)大，會(huì)損壞輸出元件或電路板。

（3）由于晶體管、雙向晶閘管型輸出端子漏電流和殘余電壓的存在，當(dāng)驅(qū)動(dòng)不同類(lèi)型的負(fù)載時(shí)，需要考慮電平匹配和誤動(dòng)等問(wèn)題。

（4）感性負(fù)載斷電時(shí)產(chǎn)生很高的反電勢(shì)，對(duì)輸出單元電路產(chǎn)生沖擊，對(duì)于大電感或頻繁關(guān)斷的感性負(fù)載應(yīng)使用外部抑制電路，一般采用阻容吸收電路或二極管吸收電路。