可编程序控制器的电平信号输入

刘安国

（徽商职业学院 电子信息系,安徽 合肥 230022）

可编程序控制器（以下简称PLC）的输入回路前承输入开关、后接微处理器。输入信息是通过输入开关接至对应的输入端口，再由输入端口将信息送到PLC内部。输入开关是指按钮、行程开关、继电器触点及开关型传感器等，其作用是通过PLC输入回路的通断，以控制PLC内部软继电器的带电与否。

通常PLC的开关输入量，实际上是指物理开关作为输入而已，并非真正意义上的电平信号或数字信号。如果能实现PLC的电平信号输入，无疑对生产过程控制或教学科研，均具有现实意义。

1 电平信号的输入问题

输入回路的通断受控于纯硬件的外部输入开关，但有些信息并非单纯地由输入开关来呈现，对模拟信号来说，可以由带模拟量输入单元的PLC来解决，而数字信息却不能直接输入PLC，这无疑限制了PLC输入形式的多样性。

本来，电平信号就是PLC内部CPU所接受的基本信息。那么，为什么可编程控制器只接受外部开关的通断信息，而不能直接接收电平信号呢？这是因为生产厂家为了满足工业现场的需要而设置了能够接受外部开关通断的输入回路。实质上，CPU接受的仍是电平信号。如果电平信号直接作为PLC的输入信号，根据PLC对输入回路的要求，必须有相应的接口电路与之相适应。

1.1 用无触点开关接受电平信号

因输入电路在PLC内部已经建立，不易更动。那么，从输入端子外部建立接口电路，用逻辑电平去控制无触点开关的通断，可选用开关型三极管及场效应管来实现。其原则是保证PLC输入回路的参数要求，这一点作为无触点开关的接近开关已在PLC中有所应用。

1.2 输入回路的参数要求

PLC一经选定，对输入传感器元件的技术参数也就随之确定，系统成套时必须考虑参数的匹配。

凡是作为PLC输入元件的开关或传感器无论其容量是否允许，都不能再接其他负载，必须保证每个输入通道是独立的，以防干扰或损坏PLC内部的输入电路。

采用无触点元件作输入时，要注意输入漏电流。PLC的输入灵敏度高。例如FX2N系列PLC的输入电流为7 mA（DC 24 V时），引起输入动作的最小电流为2.5～3 mA，但要确保输入有效，输入电流必须大于4.5 mA。反之，要保证输入信号无效，输入电流必须小于1.5 mA，当输入电流在1.5～4.5 mA时容易产生误动作；为此，有必要在电平输入的接口电路中采取相应的措施。

2 电平信号输入的接口电路

PLC的内部输入电路一般采用具有光电隔离的输入电路。如图1所示：

图1中，电阻R1、R2分别起限压和分流作用，以保证光电耦合器有合适的工作电流；电容C滤除输入回路中的高次谐波；输入端子X、COM之间一般接实物开关，以控制内部输入电路的通断。

若电平信号作为输入，则电平信号不能直接接在X和COM间，必须有相应的接口电路。考虑到光电耦合器的技术要求，即必须考虑通断电流的大小，建立图2所示的电平接口电路。

图2 电平接口电路

在图2中，利用电平信号UI去控制开关管基极电流，使其工作在截止或饱和两个工作状态，这样就可由开关管再去控制光电耦合器的通断。

以三菱FX2N系列PLC为例。输入回路正常动作电流为7 mA。要保证输入信号无效，必须使输入回路电流小于1.5 mA。为此在接口电路中加一负电源——EB，以保证开关管的可靠截止。

通过R3、R4的适当配合及开关管合适的β值选取，使之符合输入回路导通和断开的电流大小，不同型号的PLC，可能输入回路的参数不尽相同，应具体情况具体分析。

在原来的输入回路图1中，R1、R2阻值大小的配合是经过合理、科学的设计的，即R1、R2阻值大小是与光电耦合器的通断电流相适应的，在加了图2所示的接口电路后，即使开关管饱和导通时，其集射极间仍有一定电阻，该电阻与输入回路中的电阻R1串联，无疑会导致光电耦合器的工作电流变小，可适当减小R1，以保持原工作电流参数不变。

3 模拟信号输入接口电路

加装电平输入接口电路后，既增加了输入信号的形式，同时也扩展了功能及应用。

3.1 模拟信号报警、联锁电路

如果PLC没有模拟输入模块，那么通过各种传感器的模拟信号就无法实现跟PLC的对接。可通过电平接口电路实现对该信号的报警与联锁。如图3所示：

图3 模拟信号报警、联锁电路图

在这里，传感器提供的是模拟信号，再经测量电路对信号进行处理后送到电压比较器的同相输入端，当Ui〉Ur时，比较器输出高电平，反之为低电平，该电平信号经电平接口电路送至PLC，经过PLC内部的编程，一方面可以把信息传输至PLC的输出端，去控制外部设备的报警和联锁，以达到安全生产的目的；另一方面，亦可通过内部编程用软件实现相互联锁。

为了保证PLC的正逻辑关系，图3所示电路适用于上限报警联锁；若下限报警与联锁,传感器经测量电路后的信号Ui可接到电压比较器的反相输入端（此时，其准电压Ur接至同相输入端）。

3.2 组合逻辑输入、减少PLC 输入点数

减少PLC输入点数，在实际应用中具有现实意义，相应地有各种不同措施。

既然PLC实现了电平信号的输入，那么也就多了一种减少PLC输入点数的方法，提高了PLC的资源配置。下面以图4所示梯形图为例，加以说明。

图4 梯形图

在图4中，输出软继电器Yooo的工作与否，取决于输入继电器的 X0、X1、X2、X3的状态，亦即取决于四个输入量，要占用四个输入点。

若输入端是电平输入，可以把梯形图中X0、X1、X2、X3的逻辑关系，先通过外部组合逻辑电路来实现，然后，用一点X作为输入即可，其组合逻辑关系，可以用图5表示：

图5 组合逻辑关系示意图

其逻辑关系体现了程序中的各触点的串联（与逻辑）、并联（或逻辑）关系，可以用实际的组合逻辑电路来代替，从而起到减少点数的目的。但前提是在程序中不再用到 X0、X1、X2、X3的触点或较少的几个用到，方有意义。

除上述应用外，电平信号作为输入还可以消除实际开关输入时产生的输入信号抖动等问题，以避免PLC产生误动作。

综上，电平信号作为PLC的输入，可以拓展应用领域，实现与组合逻辑电路的对接，使输入方式更为灵活，对生产过程控制和实践教学均有现实意义。

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