接近開關(guān)與PLC的接線方法

./摘要：本文主要分析了數(shù)字量輸入時(shí)PLC部電路常見的幾種形式,SINK-拉電流輸入,SOURCE-灌電流輸入,并結(jié)合傳感器常見幾種輸出形式和經(jīng)常遇到的NPN和PNP輸出,以及單端與雙端接口,給出了和不同的PLC電路形式連接時(shí)的接線方法。關(guān)鍵詞：PLCSINK-拉電流輸入NPN輸出SOURCE-灌電流輸入PNP輸出單端雙端接口一:引言PLC的數(shù)字量輸入接口并不復(fù)雜,我們都知道PLC為了提高抗干擾能力,輸入接口都采用光電耦合器來隔離輸入信號與部處理電路的傳輸。因此,輸入端的信號只是驅(qū)動光電耦合器的部LED導(dǎo)通,被光電耦合器的光電管接收,即可使外部輸入信號可靠傳輸。目前PLC數(shù)字量輸入端口一般分單端共點(diǎn)與雙端輸入,各廠商的單端共點(diǎn)〔Com的接口有光電耦合器正極共點(diǎn)與負(fù)極共點(diǎn)之分,日系PLC通常采用正極共點(diǎn),歐系PLC習(xí)慣采用負(fù)極共點(diǎn)；日系PLC供應(yīng)歐洲市場也按歐洲習(xí)慣采用負(fù)極共點(diǎn)；為了能靈活使用又發(fā)展了單端共點(diǎn)〔S/S可選型,根據(jù)需要單端共點(diǎn)可以接負(fù)極也可以接正極。由于這些區(qū)別,用戶在選配外部傳感器時(shí)接法上需要一定的區(qū)分與了解才能正確使用傳感器與PLC為后期的編程工作和系統(tǒng)穩(wěn)定奠定基礎(chǔ)。二：輸入電路的形式1、輸入類型的分類PLC的數(shù)字量輸入端子,按電源分直流與交流,按輸入接口分類由單端共點(diǎn)輸入與雙端輸入,單端共點(diǎn)接電源正極為SINK〔sinkCurrent拉電流,單端共點(diǎn)接電源負(fù)極為SRCE〔sourceCurrent灌電流。2、術(shù)語的解釋SINK漏型SOURCE源型SINK漏型為電流從輸入端流出,那么輸入端與電源負(fù)極相連即可,說明接口部的光電耦合器為單端共點(diǎn)為電源正極,可接NPN型傳感器。SOURCE源型為電流從輸入端流進(jìn),那么輸入端與電源正極相連即可,說明接口部的光電耦合器為單端共點(diǎn)為電源負(fù)極,可接PNP型傳感器。國對這兩種方式的說法有各種表達(dá)：1、根據(jù)TI的定義,sinkCurrent為拉電流,sourceCurrent為灌電流,2、由按接口的單端共點(diǎn)的極性,共正極與共負(fù)極。這樣的表述比較容易分清楚。3、SINK為NPN接法,SOURCE為PNP接法〔按傳感器的輸出形式的表述。4、SINK為負(fù)邏輯接法,SOURCE為正邏輯接法〔按傳感器的輸出形式的表述。5、SINK為傳感器的低電平有效,SOURCE為傳感器的高電平有效〔按傳感器的輸出狀態(tài)的表述。這種表述的筆者接觸的最多,也是最容易引起混淆的說法。接近開關(guān)與光電開關(guān)三、四線輸出分NPN與PNP輸出,對于無檢測信號時(shí)NPN的接近開關(guān)與光電開關(guān)輸出為高電平〔對部有上拉電阻而言,當(dāng)有檢測信號,部NPN管導(dǎo)通,開關(guān)輸出為低電平。對于無檢測信號時(shí)PNP的接近開關(guān)與光電開關(guān)輸出為低電平〔對部有下拉電阻而言,當(dāng)有檢測信號,部PNP管導(dǎo)通,開關(guān)輸出為高電平。以上的情況只是針對,傳感器是屬于常開的狀態(tài)下。目前可廠商生產(chǎn)的傳感器有常開與常閉之分；常閉型NPN輸出為低電平,常閉型PNP輸出為高電平。因此用戶在選型上與供應(yīng)商配合上經(jīng)常產(chǎn)生偏差。另一種情況,用戶也遇到SINK接PNP型傳感器,SOURCE接NPN型傳感器,也能驅(qū)動PLC接口,對于PLC輸入信號狀態(tài)則由PLC程序修改。原因是傳感器輸出有個(gè)上拉電阻與下拉電阻的緣故,對于集電極開路的傳感器,這樣的接法是無效的；另外輸出的上拉電阻與下拉電阻阻值與PLC接口漏電流參數(shù)有很大關(guān)系。并非所有的傳感器與PLC都可以通用,對于此類問題可以參考筆者的另一文《接近開關(guān)、光電開關(guān)的輸出與負(fù)載接口問題》,在此不再贅述。SINK漏型、SOURCE源型在下文有詳細(xì)圖解描述。3、按電源配置類型3.1、直流輸入電路如圖1,直流輸入電路要求外部輸入信號的元件為無源的干接點(diǎn)或直流有源的無觸點(diǎn)開關(guān)接點(diǎn),當(dāng)外部輸入元件與電源正極導(dǎo)通,電流通過R1,光電耦合器部LED,VD1〔接口指示到COM端形成回路,光電耦合器部接收管接受外部元件導(dǎo)通的信號,傳輸?shù)讲刻幚?；這種由直流電提供電源的接口方式,叫直流輸入電路；直流電可以由PLC部提供也可以外接直流電源提供給外部輸入信號的元件。R2在電路中的作用是旁路光電耦合器部LED的電流,保證光電耦合器LED不被兩線制接近開關(guān)的靜態(tài)泄漏電流導(dǎo)通。3.1、交流輸入電路

如圖2,交流輸入電路要求外部輸入信號的元件為無源的干接點(diǎn)或交流有源的無觸點(diǎn)開關(guān)接點(diǎn),它與直流接口的區(qū)分在光電耦合器前加一級降壓電路與橋整流電路。外部元件與交流電接通后,電流通過R1,C2經(jīng)過橋整流,變成降壓后的直流電,后續(xù)電路的原理與直流的一致。交流PLC主要適用相對環(huán)境惡劣,,布線技改變動不大等場合；如接近開關(guān)就用交流兩線直接替代原來行程開關(guān)。

4：按端口類型

4.1單端共點(diǎn)〔Comcon數(shù)字量輸入方式

為了節(jié)省輸入端子,單端共點(diǎn)輸入的結(jié)構(gòu)是在PLC部將所有輸入電路〔光電耦合器的一端連接在一起接到標(biāo)示為COM的部公共端子〔internalcomconterminal,各輸入電路的另一端才接到其對應(yīng)的輸入端子X0、X1、X2、,com共點(diǎn)與N個(gè)單端輸入就可以做N個(gè)數(shù)字量的輸入<N+1個(gè)端子>,因此我們稱此結(jié)構(gòu)為"單端共點(diǎn)"輸入。

用戶在做外部數(shù)字量輸入組件的接線時(shí)也需要同樣的作法,需要將所有輸入組件的一端連接在一起,叫輸入組件的的外部共線〔externalcomconwire；輸入組件的另一端才接到PLC的輸入端子X0、X1、X2、。

如果COM為電源24V+〔正極,外部共線就要接24V-〔負(fù)極,此接法稱SINK〔sinkCurrent拉電流輸入方式；也稱之PLC接口共電源正極。

如果COM為電源24V-〔負(fù)極,外部共線就要接24V+〔正極,此接法稱SRCE〔sourceCurrent灌電流輸入方式；也稱之PLC接口共電源負(fù)極。

SINK〔sinkCurrent拉電流輸入方式,可接NPN型傳感器,即X端口與負(fù)極相連。

SRCE〔sourceCurrent灌電流輸入方式,可接PNP型傳感器。即X端口與整機(jī)極相連。

為了適應(yīng)各地區(qū)的使用習(xí)慣,部公共端子有的廠家的PLC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)合外部共線接線變化使PLC可以SINK〔sinkCurrent拉電流輸入方式,可接NPN型傳感器和SRCE〔sourceCurrent灌電流輸入方式,可接PNP型傳感器。較采用COM端的PLC更靈活。S/S端子的發(fā)展是為了適用日系與歐系PLC混合使用工控場合,起到通用的作用,S/S端子也稱之SINK/SRCE可切換型。

〔外部輸入組件可以為按鈕開關(guān)、行程開關(guān)、舌簧開關(guān)、霍爾開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、光幕傳感器、繼電器觸點(diǎn)、接觸器觸電等開關(guān)量的元件。

4.1.1SINK〔sinkCurrent拉電流輸入方式

●單端共點(diǎn)SINK輸入接線〔部共點(diǎn)端子COM→24V+,外部共線→24V-。如圖3:

4.1.2SRCE〔sourceCurrent灌電流輸入方式

●單端共點(diǎn)SRCE輸入接線〔部共點(diǎn)端子COM→24V-,外部共線→24V+。如圖4:

4.1.3SINK/SRCE可切換輸入方式

S/S端子與COM端不同的是,COM是與部電源正極或負(fù)極固定相連,S/S端子是非固定相連的,根據(jù)需要才與部電源或外部電源的正極或者負(fù)極相連。

●單端共點(diǎn)SINK輸入接線〔部共點(diǎn)端子S/S→24V+,外部共線→24V-。

●單端共點(diǎn)SRCE輸入接線〔部共點(diǎn)端子S/S→24V-,外部共線→24V+。

4.2.4：當(dāng)有源輸入元件<霍爾開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、光幕傳感器等>數(shù)量比較多,消耗功率比較大,PLC置電源不能滿足時(shí),需要配置外置電源。根據(jù)需求可以配24VDC,一定功率的開關(guān)電源。外置電源原則上不能與置電源并聯(lián),根據(jù)COM與外部共線的特點(diǎn),SINK〔sinkCurrent拉電流輸入方式時(shí),外置電源與置電源正極相連接；SRCE〔sourceCurrent灌電流輸入方式時(shí),外置電源與置電源負(fù)極相連接。

4.2.5：簡單判斷SINK〔sinkCurrent拉電流輸入方式,只需要Xn端與負(fù)極短路,如果接口指示燈亮就說明是SINK輸入方式。共正極的光藕合器,可接NPN型的傳感器。SRCE〔sourceCurrent灌電流輸入方式,將Xn端與正極短路,如果接口指示燈亮就說明是SRCE輸入方式。共負(fù)極的光藕合器,可接PNP型的傳感器。

4.2.4：對于2線式的開關(guān)量輸入,如果是無源觸點(diǎn),SINK與SRCE按上圖的輸入元件接法,對于2線式的接近開關(guān),需要判斷接近開關(guān)的極性,正確接入。我公司部分2線式的LJK系列接近開關(guān)也有不分極性即可接入接口的,具體參考附帶產(chǎn)品說明書。

4.2、超高速雙端輸入電路

主要用于硬件高速計(jì)數(shù)器〔HHSC的輸入使用,接口電壓為5VDC,在應(yīng)用上為確保高速及高噪音抗性通常采用雙線驅(qū)動方式〔Line-Drive。如果工作頻率不高與噪音低也可以采用5VDC的單端SINK或者SRCE接法,串聯(lián)一個(gè)限流電阻轉(zhuǎn)換成24VDC的單端SINK或者SRCE接法。

4.2.1、雙輸入端雙線驅(qū)動方式〔Line-Drive。

4.2.2、5VDC的單端SINK或者SRCE接法。

4.2.3、24VDC的單端SINK或者SRCE接法。

注：24VDC供電的傳感器,在輸入回路上需要串聯(lián)限流電阻,R1為10Ω,R2為2KΩ,不串聯(lián)限流電阻,將燒毀接口回路,限流電阻取值2.7KΩ。

四：外部輸入元件

1：無源干接點(diǎn)〔按鈕開關(guān)、行程開關(guān)、舌簧磁性開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)等

無源干接點(diǎn)比較簡單,接線容易。不存在電源的極性,壓降等因素,上圖3-6中的輸入元件這是此類型。這里不重復(fù)介紹。

2：有源兩線制傳感器〔接近開關(guān)、有源舌簧磁性開關(guān)

有源兩線接近開關(guān)分直流與交流,此傳感器的特點(diǎn)就是兩根線,傳器輸出端導(dǎo)通后,為了保證電路正常工作需要一個(gè)保持電壓來維持電路工作,通常在3.5-5V的壓降,靜態(tài)泄露電流要小于1mA,這個(gè)指標(biāo)很重要；如果過大,在接近開關(guān)沒檢測信號時(shí),就使PLC的輸入端的光電耦合器導(dǎo)通。我公司的LJK系列兩線制接近開關(guān)靜態(tài)泄露電流控制在0.35-0.5mA之間適應(yīng)各類型PLC。

直流兩線制接近開關(guān)分二極管極性保護(hù)與橋整流極性保護(hù),前者在接PLC時(shí)需要注意極性,后者就不需要注意極性。有源舌簧磁性開關(guān)主要用在汽缸上做位置檢測,由于需要信號指示,部有雙向二極管回路,因此也不需要注意極性；交流兩線制接近開關(guān)就不需要注意極性。如圖10：

2.1、單端共點(diǎn)SINK輸入接線〔部共點(diǎn)端子COM→24V+,外部共線→24V-。如圖11

2.2、單端共點(diǎn)SRCE輸入接線〔部共點(diǎn)端子COM→24V-,外部共線→24V+。如圖12:

2.3、S/S端子接法參考圖5-圖6以及圖11-圖12。

3：有源三線傳感器〔電感接近開關(guān)、電容接近開關(guān)、霍爾接近開關(guān)、光電開關(guān)等直流有源三制線接近開關(guān)與光電開關(guān)輸出管使用三極管輸出,因此傳感器分NPN和PNP輸出,有的產(chǎn)品是四線制,有雙NPN或雙PNP,只是狀態(tài)剛好相反,也有NPN和PNP結(jié)合的四線輸出。

NPN型當(dāng)傳感器有檢測信號VT導(dǎo)通,輸出端OUT的電流流向負(fù)極,輸出端OUT電位接近負(fù)極,通常說的高電平翻轉(zhuǎn)成低電平。

PNP型當(dāng)傳感器有檢測信號VT導(dǎo)通,正極的電流流向輸出端OUT,輸出端OUT電位接近正極,通常說的低電平翻轉(zhuǎn)成高電平。

電路中三極管的發(fā)射極上的電阻為短路保護(hù)采樣電阻2-3Ω不影響輸出電流。三極管的集電極的電阻為上拉與下拉電阻,提供輸出電位,方便電平接口的電路,另一種輸出的三極管集電極開路輸出不接上拉與下拉電阻,更多問題可以參考《接近開關(guān)、光電開關(guān)的輸出與負(fù)載接口問題》的文章。

簡單說當(dāng)三極管VT導(dǎo)通,相當(dāng)與一個(gè)接點(diǎn)導(dǎo)通,如圖13：

3.1單端共點(diǎn)SINK輸入接線〔部共點(diǎn)端子COM→24V+,外部共線→24V-。如圖14:

2.2、單端共點(diǎn)SRCE輸入接線〔部共點(diǎn)端子COM→24V-,外部共線→2