电气工程师要收藏！PLC输入端口和输出端口工作原理图解

输入输出接口是plc和工业控制现场各类信号连接的部分。输入口用来接受生产过程的各种参数。输出口用来送出可编程控制器运算后得出的控制信息，并通过机外的执行机构完成工业现场各类控制。由于可编程控制器在工业生产现场工作，对输入输出接口有两个主要的要求，一是接口有良好的抗干扰能力，二是接口能满足工业现场各类信号的匹配要求。

1．输入端口

可编程控制器为不同的接口需求设计了不同的接口单元。主要有以下几种。

（ 1 ）数字量输入接口

它的作用是把现场的数字（开关）量信号变成可编程控制器内部处理的标准信号。数字（开关）量输入接口按可接纳的外部信号电源的类型不同分为直流输入接口单元和交流输入接口单元。如图 1 、图 2 、图 3 所示。

图 1 直流输入接口单元电路

图 2 交 / 直流输入接口单元电路

图 3 交流输入电路

从图中可以看出，数字量（开关）输入接口单元中都有滤波电路及耦合隔离电路。滤波有抗干扰的作用，耦合有抗干扰及产生标准信号的作用。图中数字量（开关）输入接口单元的电源部分都画在了输入口外（虚线框外），这是分体式数字量（开关）输入接口单元的画法，在一般单元式可编程控制器中输入接口单元都使用可编程本机的直流电源供电，不再需要外接电源。

（ 2 ）模拟量输入接口

它的作用是把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合可编程序控制器内部处理的由若干位二进制数字表示的信号。模拟量输入接口接受标准模拟信号，无论是电压信号还是电流信号均可。这里标准信号是指符合国际标准的通用交互用电压电流信号值，如 4 ～ 20mA 的直流电流信号， 1 ～ 10V 的直流电压信号等。工业现场中模拟量信号的变化范围一般是不标准的，在送入模拟量接口时一般都需经变送处理才能使用。图 4 是模拟量输入接口的内部电路框图。

图 4 模拟量输入电路框图

模拟量信号输入后一般经运算放大器放大后进行 A/D 转换，再经光电耦合后为可编程控制器提供一定位数的数字量信号。

2．输出端口

（ 1 ）数字（开关）量输出接口

它的作用是把可编程内部的标准信号转换成现场执行机构所需的数字（开关）量信号。数字（开关）量输出接口按可编程控制器机内使用的器件可分为继电器型、晶体管型及可控硅型。内部参考电路图见图 5 所示。

图 5 数字（开关）量输出电路

从图中可以看出，图 5 （ a ）为继电器型、图 5 （ b ）为晶体管型、图 5 （ c ）为可控硅型。各类输出接口中也都具有隔离耦合电路。这里特别要指出的是，输出接口本身都不带电源，而且在考虑外驱动电源时，还需考虑到输出设备器件的类型。继电器式的输出接口可用于交流及直流两种驱动电源，但接通断开的频率低，晶体管式的输出接口有较高的接通断开频率，但只适用于直流驱动的场合，可控硅型的输出接口仅适用于交流驱动场合。

（ 2 ）模拟量输出接口

它的作用是将可编程控制器运算处理后的若干位数字量信号转换为相应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制信号的需求。模拟量输出接口一般由光电隔离、 D/A 转换和信号驱动等环节组成。其原理框图见图 2-7 。

图 2-7 模拟量输出电路框图

模拟量输入输出接口一般安装在专门的模拟量工作单元上。

3．智能输入输出接口

为了适应较复杂的控制工作的需要，可编程控制器还有一些智能控制单元。如 PID 工作单元、高速计数器工作单元、温度控制单元等。这类单元大多是独立的工作单元。它们和普通输入输出接口的区别在于其一般带有单独的 CPU ，有专门的处理能力。在具体的工作中，每个扫描周期智能单元和主机的 CPU 交换一次信息，共同完成控制任务。从近期的发展来看，不少新型的可编程控制器本身也带有 PID 功能及高速计数器接口，但它们的功能一般比专用智能输入输出单元的功能稍弱。

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来源：网络

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讲真，这么全的PLC输入输出各种回路接线，第一次看见

一、输入回路接线

输入电路是PLC接收信号的端口(对模拟量来说一般为0-40MA直流电流或0-10V直流电压信号),输入接线是指外部输入器件(任何无源的触点和集电极开路的NPN三极管)接通输入回路闭合,同时输入指示的发光二极管亮。常用外部输入器件有按钮，接近开关，转换开关，拨码器，各种感应器等，是对系统发出各种控制信号的主令电器。

（一）PLC输入模块与主令电器电器类设备的连接

图中松下PLC为直流汇点式输入，即所以输入点共用一个公共端COM，同时COM端内带有DC24V电源，在编写程序时注意外部设备使用的是常闭还是常开触点

输入端的电气原理图中停止按钮SB0用常闭触点，串在控制线中，用于停机控制。启动按钮SB1用常开触点。在设计的两个梯形图完成的控制功能相同，但停机信号X0使用的触点类型不同，那么连接在端点的外部停机按钮触点类型也就不同

I/O分配SB0-X0，SB1-X1，输出K0-Y0。当外部使用长闭触点，不操作该按钮，输出Y0正常接通，在PLC控制系统中，外部开关无论是启动还是停止一般都选用常开型。

（二）接近开关与PLC输入模块的连接

在PLC控制系统设计中接线的工作比重叫小，但它是编程设计的基础。要保证接线工作正确性，需PLC的输入输出电路有一个清楚的了解。

1.PLC直流输入电路：分有源型（共阳极）输入电路，漏型（共阴极）输入电路。所以漏型输入电路PLC的COM端是外接直流电源的正极，如西门子S7-400PLC直流输入模块的COM端必须接外部电源的正极。所以西门子PLC输入信号为低压信号,如果外部信号为高压信号应该通过中间继电器转换。

2.PLC交流输入电路电压一般为AC120V或AC230V，经过电阻的限流和电容的隔离在经过整流变成直流三个环节，所以输入信号延迟时间比直流电路长，但是输入端是高电压，输入信号的可靠信高，一般用于环境恶劣，对响应要求不高的场合。

（三）开关量信号与PLC输入模块的连接

对于不同的PLC输入电路应正确选择传感器（NPN或PNP）的输入方式，NPN型传感器动作时，OUT端为0V，（NPN型输出端OUT应和PLC的输入端漏型相连）输出低电平信号。PNP型传感器动作时，OUT端为+V，输出高电平信号。

（四）PLC输入回路接线的优化

1、减少输入点数，分组输入

如图上系统分自动和手动两种工作方式，Q1-Q8为手动方式用到的 输入信号，S1-S8为自动方式用到的输入信号。S1和Q1共用输入点X0，PLC运行时只会用到其中一组信号，所以可以共用PLC的输入点。（图中二极管是用来防止寄生回路，避免错误输入信号的产生。

2、输入设备的多功能化:在PLC系统中可以借助PLC逻辑功能来实现一个设备在不同条件下产生不同作用的信号。

3、不同形式的直流输入信号与PLC连接

直流有源输入输入信号一般都是24V，这类信号与其他无源开关量信号混合接入PLC输入点时电压的0V点一定要接。上图输入点I0.0，I0.1连接光电编码器，接近开关的输出OUT信号，它们的驱动电源由PLC自身的24V电压提供

不同电压直流信号与PLC输入模块输入点的连接，注意信号电位差的参考点必须相同。即它们的0V信号必须连接在一起。

4、对与用长线引入PLC的开关量信号可以用小行继电器来转接输入信号，避免外部的强电感应的干扰。

二、输出回路接线

由于PLC输出元件被封装在线路板上并连接至输出端子板上，若将输出元件短路将烧毁印制电路板，所以应用熔断器保护输出元件。开关量输出模块有继电器，晶体管，晶闸管输出。输出端接线分公共输出和独立输出。直流输出的续流管保护，交流输出阻容吸收电路，晶体管，晶闸管输出的旁路电阻保护，以及外部紧急停车电路。

（一）PLC输出有三种，这三种输出回路的配线应注意

1、继电器输出配线：通用于交直流电路,不同公共点可以带不同交直流电压负载。负载容量以负载性质区分,阻抗负载2A/1点,8A/4点COM ,感抗负载容量80VA,灯泡负载100W。可知继电器型输出的PLC可通过相对大的电流，但输出触点响应的时间相对较慢。

2、晶体管输出：通用于直流电路,电压范围DC5-30V，阻抗负载0.5A/1点,0.8A/4点COM ,感抗负载容量12W/DC24,灯泡负载1.5W/DC24。可知晶体管型输出的PLC输出触点响应时间快，但个通过的电流小。

3、晶闸管输出：适应高频动作，但只能带DC5-30V，负载最大电流电流为0.5A，灯泡负载30W。

4、在输出回路必须设置适当熔断器作为保护。DC直流感抗负载要并联二极管以延长触点寿命，二极管规格为耐压时负载电压5-10倍，电路大于负载电流。

5、氖灯或小电流负载需要并联浪涌吸收器。

6、马达正反转电路，除PLC内部程序要设计互锁，输出外部配线也必须互锁配线。

（二）COM 点的选择

因为PLC内部没有熔断器，需在COM点处加一个熔断器。当负载种类多且电流大可采用一个COM点带1-2个输出点的PLC产品，当负载数量多且种类少可采用一个COM点带4-8个输出点的PLC产品。

（三）PLC与感性设备的连接

当PLC输入输出端接有感性负载元件时，直流输出的续流管保护（直流电路两端并联续流二极管），交流输出阻容吸收电路。

对与大容量负载电路，须在继电器主触头两端连接RC阻容吸收电路

（四）PLC与七段LED显示器的连接

上图两只CD4513的数据输入端A-D共用PLC四个输出端Y0-Y3，A为最底D为最高，LE 为寄存输入端，当LE 为高电平时，输入数据将存在芯片内的寄存器中，并将其译码后显示出来。如PLC使用继电器输出模块时，与CD4513相连的输出各端在接一个下拉电阻，避免输出继电器断开的时候CD4513输入端悬空。

七段数码管有共阴极(公共极接地)和共阳极(公共极接+5V)两种,是电气仪表常用的数显器件。

（五）PLC控制系统输出回路接线的优化

1、减少输出点的措施

① 巨阵输出：要使某个设备（负载）接通工作，只要控制相对应的输出继电器接通即可，采用巨阵输出必须将同一时间段接通的负载安排在同一列。

②分组输出：PLC每个输出点可以控制两个不同时工作的负载，当两组负载不会同时工作事，可以通过外部转换开关SA进行切换。

③ 并联输出：两个通段完全相同的负载可并联后共用PLC的一个输出点。

④ 提高PLC输出可靠性措施：PLC输出模块的继电器触点容量一般为2A，如果输出点的负载功率太大，可以采用输出继电器带动一个中间继电器，在由中间继电器驱动负载。

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