输入/输出接口是PLC与工业现场控制或检测元件和执行元件连接的接口电路。PLC的输入接口有直流输入、交流输入和交直流输入等类型;输出接口有晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出等类型,其中晶体管和晶闸管输出为无触点输出型电路,分别用于高频大功率交流负载和高频小功率交流负载,继电器输出为有触点输出型电路,可用于直流或低频交流负载。
现场控制或检测元件输入给PLC各种控制信号,如限位开关、操作按钮、选择开关以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量等,通过输入接口电路将这些信号转换成CPU能够接收和处理的信号。输出接口电路将CPU送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出,以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。
1.输入接口
输入接口用于接收和采集两种类型的输入信号,一类是由按钮、转换开关、行程开关、继电器触头等开关量输入信号;另一类是由电位器、测速发电机和各种变换器提供的连续变化的模拟量输入信号。
现场输入接口电路一般由滤波电路、光耦合电路和微电脑输入接口电路组成,以图1-2所示的直流输入接口电路为例,R1是限流与分压电阻,R2与C构成滤波电路,滤波后的输入信号经光耦合器T与内部电路耦合。当输入端的按钮SB接通时,光耦合器T导通,直流输入信号被转换成PLC能处理的5V标准信号电平(简称TTL),同时LED输入指示灯亮,表示信号接通。微电脑输入接口电路一般由寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路组成,这些电路集成在一个芯片上。交流输入、交直流输入接口电路的组成,与直流输入接口电路组成类似。
滤波电路用以消除输入触点的抖动,光耦合电路可防止现场的强电干扰进入PLC。由于输入电信号与PLC内部电路之间采用光信号耦合,所以两者在电气上完全隔离,使输入接口具有抗干扰能力。现场的输入信号通过光耦合后转换为5V的TTL送入输入数据寄存器,再经数据总线传送给CPU。
图1-2 直流输入接口电路
输入/输出接口电路实际上是PLC与被控对象间传递输入/输出信号的接口部件。输入/输出接口电路要有良好的电隔离和滤波作用。
2.输出接口
输出接口电路向被控对象的各种执行元件输出控制信号。常用执行元件有接触器、电磁阀、调节阀(模拟量)、调速装置(模拟量)、指示灯、数字显示装置和报警装置等。输出接口电路一般由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成,与输入接口电路类似,内部电路与输出接口电路之间采用光耦合器进行抗干扰电隔离。
微电脑输出接口电路一般由输出数据寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路集成在芯片上,CPU通过数据总线将输出信号送到输出数据寄存器中,功率放大电路是为了适应工业控制要求,将微电脑的输出信号放大。(www.xing528.com)
根据驱动负载元件的不同可将输出接口电路分为三种:
1)小型继电器输出形式,如图1-3所示。这种输出形式既可驱动交流负载,又可驱动直流负载。它的优点是适用电压范围比较宽,导通压降小,承受瞬时过电压和过电流的能力强。缺点是动作速度较慢,动作次数(寿命)有一定的限制。建议在输出量变化不频繁时优先选用。图1-3所示电路的工作原理是:当内部电路的状态为1时,使继电器K的线圈通电,产生电磁吸力,触点闭合,则负载得电,同时点亮LED,表示该路输出点有输出;当内部电路的状态为0时,使继电器K的线圈无电流,触点断开,则负载断电,同时LED熄灭,表示该路输出点无输出。
图1-3 小型继电器输出形式电路
2)大功率晶体管或场效应晶体管输出形式,如图1-4所示。这种输出形式只可驱动直流负载。它的优点是可靠性强,执行速度快,寿命长。缺点是过载能力差。适合在直流供电、输出量变化快的场合选用。图1-4所示电路的工作原理是:当内部电路的状态为1时,光耦合器T1导通,使大功率晶体管VT饱和导通,则负载得电,同时点亮LED,表示该路输出点有输出;当内部电路的状态为0时,光耦合器T1断开,大功率晶体管VT截止,则负载失电,LED熄灭,表示该路输出点无输出。当负载为电感性负载,VT关断时会产生较高的反电势,VD的作用是为其提供放电回路,避免VT承受过电压。
图1-4 大功率晶体管输出形式电路
3)双向晶闸管输出形式,如图1-5所示。这种输出形式适合驱动交流负载。由于双向晶闸管和大功率晶体管同属于半导体材料元件,所以优缺点与大功率晶体管或场效应晶体管输出形式相似,适合在交流供电、输出量变化快的场合选用。图1-5所示电路的工作原理是:当内部电路的状态为1时,发光二极管导通发光,相当于双向晶闸管施加了触发信号,无论外接电源极性如何,双向晶闸管T均导通,负载得电,同时输出指示灯LED点亮,表示该输出点接通;当对应T的内部继电器的状态为0时,双向晶闸管施加了触发信号,双向晶闸管关断,此时LED不亮,负载失电。
图1-5 双向晶闸管输出形式电路
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