PLC输入输出处理的优化方案

PLC常见的输入设备有按钮、行程开关、接近开关、转换开关、拨码器、各种传感器等，输出设备有继电器、接触器、电磁阀等。正确地连接输入和输出电路，是保证PLC安全可靠工作的前提。

1.PLC与常用输入设备的连接

（1）输入／输出接线方式

输入／输出接线方式分为汇点式输入接线和分隔式输入接线两种基本形式。汇点式输入接线是指输入回路有一个公共端（汇集端）COM，它可以是全部输入点为一组，并共用一个公共端和一个电源，如图2-24a所示的直流输入单元，其直流电源由PLC内部提供。汇点式输入接线方式也可以采用将全部输入点分为N组，每组有一个公共端和一个单独的电源，如图2-24b所示。汇点式输入接线方式可以用于直流也可以用于交流输入单元，交流输入单元的电源由用户提供。

分隔式输入接线方式是将每个输入点单独用各自的电源接入输入单元，在输入端没有公共的汇点，每个输入器件是隔离的，如图2-24c所示。输出接线方式分为汇点式和分隔式两种基本形式，如图2-24d所示。

图2-24 输入／输出单元接线方式

a）汇点式1 b）汇点式2 c）分隔式 d）分隔式、汇点式

（2）PLC与输入设备的连接

1）PLC与主令电器类设备的连接。图2-25所示是与按钮、行程开关、转换开关等主令电器类输入设备的接线示意图。其中的PLC为直流汇点式输入，即所有输入点共用一个公共端COM，同时COM端内带有DC24V电源。若是分组式输入，也可参照分组的方法进行分组连接。

2）PLC与拨码开关的连接。如果PLC控制系统中的某些数据需要经常修改，可使用多位拨码开关与PLC连接，在PLC外部进行数据设定。图2-26所示为一位拨码开关的示意图，一位拨码开关能输入一位十进制数的0～9或一位十六进制数的0～F。

图2-25 PLC与主令电器类输入设备的接线示意图

图2-27所示4位拨码开关组装在一起，把各位拨码开关的COM端连在一起，接在PLC输入侧的COM端子上。每位拨码开关的4条数据线按一定顺序接在PLC的4个输入点上。由图可见，使用拨码开关要占用许多PLC输入点，所以不是十分必要的场合，一般不要采用这种方法。

图2-26 一位拨码开关的示意图

图2-27 4位拨码开关与PLC的连接

输入采用拨码开关时，可采用后文将要介绍的分组输入法或矩阵输入法，以提高PLC输入点的利用率。

3）PLC与旋转编码器的连接。旋转编码器是一种光电式旋转测量装置，它将被测的角位移直接转换成数字信号（高速脉冲信号）。因些可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给PLC，利用PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数，以获得测量结果。不同型号的旋转编码器，其输出脉冲的相数也不同，有的旋转编码器输出A、B、Z三相脉冲，有的只有A、B两相，最简单的只有A相。

图2-28所示是输出两相脉冲的旋转编码器与FX系列PLC的连接示意图。编码器有4条引线，其中2条是脉冲输出线，1条是COM端线，1条是电源线。编码器的电源可以是外接电源，也可直接使用PLC的DC24V电源。电源“－”端要与编码器的COM端连接，“＋”端与编码器的电源端连接。编码器的COM端与PLC输入COM端连接，A、B两相脉冲输出线直接与PLC的输入端连接，连接时要注意PLC输入的响应时间。有的旋转编码器还有一条屏蔽线，使用时要将屏蔽线接地。

4）PLC与传感器类设备的连接。传感器的种类很多，其输出方式也各不相同。当采用接近开关、光电开关等两线式传感器时，由于传感器的漏电流较大，可能出现错误的输入信号而导致PLC的误动作，此时可在PLC输入端并联旁路电阻R，如图2-29所示。当漏电流不足1mA时可以不考虑其影响。

图2-28 旋转编码器与FX系列PLC的连接示意图

图2-29 PLC与两线式传感器的连接

旁路电阻R（kΩ）的估算公式如下：

式中，I为传感器的漏电流（mA）；U_OFF为PLC输入电压低电平的上限值（V）；R_C为PLC的输入阻抗（kΩ），R_C的值根据输入点不同有差异。

（3）PLC与常用输出设备的连接

1）PLC与输出设备的一般连接方法。PLC与输出设备连接时，不同组（不同公共端）的输出点，其对应输出设备（负载）的电压类型、等级可以不同，但同组（相同公共端）的输出点，其电压类型和等级应该相同。要根据输出设备电压的类型和等级来决定是否分组连接。图2-30所示以FX2N为例说明PLC与输出设备的连接方法。图中接法是输出设备具有相同电源的情况，所以各组的公共端连在一起，否则要分组连接。图中只画出Y0～Y7输出点与输出设备的连接，其他输出点的连接方法相似。

图2-30 PLC与输出设备的连接

2）PLC与感性输出设备的连接。PLC的输出端经常连接的是感性输出设备（感性负载），为了抑制感性电路断开时产生的电压使PLC内部输出元件造成损坏。因此当PLC与感性输出设备连接时，如果是直流感性负载，应在其两端并联续流二极管；如果是交流感性负载，应在其两端并联阻容吸收电路，如图2-31所示。

图2-31中，续流二极管可选用额定电流为1A，额定电压大于电源电压的3倍；电阻值可取50～120Ω；电容值可取0.1～0.47μF，电容的额定电压应大于电源的峰值电压。接线时要注意续流二极管的极性。

3）PLC与七段LED显示器的连接。PLC可直接用开关量输出与七段LED显示器的连接，但如果PLC控制的是多位LED七段显示器，所需的输出点是很多的。(www.xing528.com)

图2-32所示电路中，采用具有锁存、译码、驱动功能的芯片CD4513驱动共阴极七段LED，两只CD4513的数据输入端A～D共用PLC的4个输出端，其中A为最低位，D为最高位。LE是锁存使能输入端，在LE信号的上升沿将数据输入端输入的BCD数锁存在片内的寄存器中，并将该数译码后显示出来。如果输入的不是十进制数，显示器熄灭。LE为高电平时，显示的数不受数据输入信号的影响。显然，N个显示器占用的输出点数为P＝4＋N。

图2-31 PLC与感性输出设备的连接

图2-32 PLC与两位七段LED的连接

如果PLC使用继电器输出模块，应在与CD4513相连的PLC各输出端接一下拉电阻，以避免在输出继电器的触点断开时CD4513的输入端悬空。PLC输出继电器的状态变化时，其触点可能抖动，因此应先送数据输出信号，待该信号稳定后，再用LE信号的上升沿将数据锁存进CD4513。

4）PLC与输出设备连接的其他注意事项。

①除了PLC输入和输出共用同一电源外，输入公共端与输出公共端一般不能接在一起。

②PLC的晶体管和晶闸管型输出都有较大的漏电流，尤其是晶闸管输出，将可能会出现输出设备的误动作。所以要在负载两端并联一个旁路电阻，旁路电阻R（kΩ）的阻值估算可由下式确定：

式中，U_ON是负载的开启电压（V）；I是输出漏电流（mA）。

2.开关量单元的接线方式

（1）开关量输入单元的接线方式

PLC的输入器件的功率消耗都很小，一般可以采用PLC内部电源为其供电，也可以由外部设备供电。PLC开关量输入端的接线如图2-33所示。

1）图中•表示空端子，勿接线。

2）PLC输入端的X0～X3采用汇点式接线方式。

3）X0和X1接入传感器信号，其中X0端的传感器采用PLC内部的DC 24V提供工作电源，X1端的传感器采用外部电源为其供电。

4）COM端一般为机内电源的负极。当输入端接入的器件不是无源触点，而是某些传感器输出的电信号时，要注意传感器信号的极性，选择正确的电流方向接入电路。

5）对于在控制中不可能同时工作的开关信号，可以用一个输入端口接入，如图2-33中位置开关SQ的连接方法，这样可以节约PLC的输入端口。

6）PLC输入端标记为L和N的端子，用于连接工频电源AC 100～240V，是PLC的外接供电电源端。

图2-33 PLC开关量输入端的接线

（2）开关量输出端口（继电器输出）的接线方式说明

FX系列PLC（继电器输出型）输出端负载的连接示意图如图2-34所示。

图2-34 FX系列PLC输出端负载的连接示意图

1）图中•表示空端子，勿接线。

2）由于PLC输出电路中未接熔断器，因此每四点应使用一个5～15A的熔断器FU，用于防止因短路等原因造成损坏PLC。

3）在直流感性负载的两端并联一个二极管VD，用以延长触点的使用寿命，也可以并接RC放电支路。

4）电动机正／反转的接触器KM1、KM2，在程序中采用软件互锁的同时，在外部也应采取硬件互锁措施。

5）外部开关SB0用于实现紧急停车。

6）在交流感性负载两端并联浪涌吸收器，可降低噪声。

7）输出端连接LED时，要根据外接电源电压的大小接入合适的限流电阻R。

8）负载有两种连接方法，图中的Y1负载单独和COM1端连接称为分隔式连接方法。若需要采用不同的电源，则要采用分隔式的接线方式，如图2-34中的Y6和Y7。若几个负载可以同时供电，则可采用汇点式连接的方法，如图2-34中的Y4、Y5、Y6、Y7和Y10、Y11、Y14、Y16的连接形式。