开关量输出器件

PLC系统的组成PLC系统主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。

其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。

对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内，其组成框图如图1所示；对于模块式PLC，各部件独立封装成模块，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上，其组成框图如图2所示。

无论是哪种结构类型的PLC，都可根据用户需要进行配置与组合。

尽管整体式与模块式PLC的结构不太一样，但各部分的功能作用是相同的，下面对PLC主要组成各部分进行简单介绍。

1．中央处理单元（CPU）同一般的微机一样，CPU是PLC的核心。

PLC中所配置的CPU 随机型不同而不同，常用有三类：通用微处理器（如Z80、8086、80286等）、单片微处理器（如8031、8096等）和位片式微处理器(如AMD29W等) 。

小型PLC大多采用8位通用微处理器和单片微处理器；中型PLC大多采用16位通用微处理器或单片微处理器；大型PLC大多采用高速位片式微处理器。

目前，小型PLC为单CPU系统，而中、大型PLC则大多为双CPU 系统，甚至有些PLC中多达8 个CPU。

对于双CPU系统，一般一个为字处理器，一般采用8位或16位处理器；另一个为位处理器，采用由各厂家设计制造的专用芯片。

字处理器为主处理器，用于执行编程器接口功能，监视内部定时器，监视扫描时间，处理字节指令以及对系统总线和位处理器进行控制等。

位处理器为从处理器，主要用于处理位操作指令和实现PLC编程语言向机器语言的转换。

位处理器的采用,提高了PLC的速度，使PLC更好地满足实时控制要求。

在PLC中CPU按系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作，归纳起来主要有以下几个方面：1）接收从编程器输入的用户程序和数据。

2）诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。

PLC开关量输入／输出单元的接线方式核心提示：1．输入接线方式按PLC的输入单元与用户设备接线方式的形式可分为汇点式输入接线和分隔式输入接线两种基本形式，如图1.12所示。

汇点式输入接线是指输入回路有一1．输入接线方式按PLC的输入单元与用户设备接线方式的形式可分为汇点式输入接线和分隔式输入接线两种基本形式，如图1.12所示。

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1.12 (a)所示的直流输入单元，其直流电源由P LC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Ⅳ组，每组有一个公共端和一个单独的电源，如图1.12 (b)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如图1.12 (c)所示，它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。

2．输出接线方式根据输出单元与外部用户输出设备的接线形式不同，输出接线方式可分为汇点式输出和分隔式输出两种基本形式，如图1.12 (d)所示。

可以把全部输出点汇集成一组共用一个公共端COM和一个电源；也可以将所有的输出点分成Ⅳ组，每组有一个公共端COM和一个单独的电源。

这两种形式的电源均由用户提供，可根据实际负载确定选用直流或交流电源。

图1.12 输入／输出接线3．开关量输入单元的接线方式说明PLC的输入端用于连接按钮开关及各类传感器。

这些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。

图1.13所示为FX系列PLC的输入／输出端开关量信号的接线示意图，PLC开关量输入端的接线说明如下所述。

(1)图中·表示空端子，勿接线。

(2)如图1.13 (a)所示，PLC输入端的XO～X3采用汇点式接线方式。

(3)图1.13 (b)中的XO和X1接入传感器信号，其中XO端的传感器采用PLC内部的24VDC工作电源供电，XI端的传感器采用外部电源为其供电。

PLC输出公共端是开关量原理一、什么是PLC？PLC，全称为Programmable Logic Controller，中文名为可编程逻辑控制器，是一种用于自动化控制的电子器件。

PLC的主要功能是接收输入信号，经过逻辑运算后，输出相应的控制信号，实现对工业过程的控制和自动化。

二、PLC输出公共端PLC的输出部分由多个输出端口组成，这些端口通常被分为多个组，每个组都有一个公共端。

当PLC输出信号时，电流将流经公共端，然后根据逻辑运算的结果决定是否激活电路中的其他设备。

三、开关量原理1. 开关量定义开关量，也称为离散量，是指只有两个状态的量。

在PLC中，开关量通常用来表示设备的状态，如开关、按钮的状态等。

开关量可以是开或闭的状态。

2. 开关量输入PLC的输入端接收外部信号，用来检测设备的状态。

当外部设备处于开或闭状态时，输入信号会改变相应的状态。

PLC对输入信号进行采样，并根据输入信号的状态进行逻辑运算，用来决定输出信号的开闭状态。

3. 开关量输出根据逻辑运算的结果，PLC会将输出信号发送到相应的输出端口。

其中，公共端是一个重要的概念，它连接了相同组的输出端。

公共端提供电流路径，使得其他设备可以通过触点与公共端连接，从而实现对设备的控制。

四、应用案例为了更好地理解PLC输出公共端是开关量原理，让我们通过一个简单的应用案例来说明。

1. 集水泵控制系统在一座大楼的地下室，有一个集水泵控制系统，用来控制地下室排水设备的启动和停止。

步骤一：传感器检测水位PLC的输入端接收来自水位传感器的信号，用于检测地下室的水位。

当水位超过一定高度时，传感器输出信号通知PLC。

步骤二：逻辑运算PLC接收到传感器的信号后，进行逻辑运算。

设定一个阈值，当水位超过阈值时，PLC会进行下一步的操作。

步骤三：控制输出信号根据逻辑运算的结果，PLC将输出信号发送到相应的输出端口。

这些输出端口都与公共端相连。

步骤四：设备控制输出信号经过公共端，进一步通过触点连接集水泵控制设备。

开关量输入输出模块（ELM-25-01）1 模块结构框图和功能描述模块结构框图如图：开关量模块功能由三部分组成：四个8421拨码盘，8位LED发光管和8个拨码开关。

模块的译码控制电路由两片74138来完成。

74HC245和74HC574分别是输入输出锁存器。

2 各模块原理图2.1 8421拨码盘图ELM-25-01-02 8421拨码盘原理图8421拨码盘使用：拨码盘有四个。

左边两个DA1和DA2受同一输入缓冲芯片U1控制，DA1输出为8位的高四位，DA2为8位的低四位输出。

右边两个DA3和DA4受U2控制。

DA3为8位的高四位输出，DA4为8位的低四位输出。

U1和U2的片选地址不同。

8421拨码盘盘面中间有一可调节旋钮，对应刻度为0～9、A～F。

使用时，拨动旋钮的指针指向某一刻度，则与拨码盘相连的8、4、2、1 四个插孔分别由高到低地输出该刻度的8421编码值。

例如，当指针指向5时，四个插孔输出“0101”。

2.2 LED指示灯原理图图ELM-25-01-03 LED指示灯原理图LED指示灯：指示灯L0～L7受驱动芯片U3控制。

可以显示8位的单片机数据输出。

L7指示最高位，L0指示最低位。

接通电源后指示灯常亮。

2.3 拨动乒乓开关原理图图ELM-25-01-04 拨动乒乓开关原理图乒乓开关使用：乒乓开关G0～G7为开关量8位输出。

G7为最高位，G0为最低位。

当开关拨到上面为开，拨到下面为关，输出受U4控制。

3 模块器件分布及说明ELM-25-01-05 模块器件分布图J2：总线插槽J3：电源插槽，从左向右依次为VCC，VCC，GND，GND。

当接通电源时LED1指示灯亮。

若芯片U13不焊且J12跳线连上，则本系统工作电压为+3.3V，否则为+5V。

J4，J5，J6，J7：当1，2脚短接时，表示其对应芯片的使能段均为高电平，即芯片不工作，逻辑编程由FPGA实现,信号由PR1，PR2，PR3，PR4接入；当2，3脚短接时，则工作在总线方式。

PLC开关量输入输出接口➢输入接口1.汇点输入（漏形输入）：一种由PLC内部提供输入信号电源、全部输入信号的一端汇总到输入的公共连接端（COM）的输入形式。

a.PLC汇点输入的接口电路:实际PLC接口电路，根据PLC厂家、输入模块型号的不同有所区别，一般还有输入指示LED、输入信号滤波、输入稳压等辅助电路等。

如图所示，当输入接入K1闭合时，PLC的内部DC24V 通过光电耦合器件、限流电阻、输入触点经公共端COM 构成电流回路。

b.传感器输出电路：传感器的输出电路大概分为两种，NPN集电极开路输出和PNP集电极开路输出。

c.检测元件信号与PLC汇点输入的连接当NPN导通时，PLC的内部DC24V通过光耦合器、限流电阻经公共端COM构成回路，输入为“1”；当NPN 截止时，上拉电阻上端为“24V”，光耦合器无电流，内部信号为“0”。

当PNP导通时，下拉电阻上端为“24V”,光耦合器无电流，内部信号为“0”；当PNP截止时，PLC的内部DC24V通过光耦合器、限流电阻、下拉电阻经公共端COM构成回路，输入为“1”。

2.源输入（源形输入）：是一种由外部提供输入信号电源（或使用PLC内部提供给输入回路的电源），全部输入信号为“有源”信号，并独立输入。

a.PLC源输入的接口电路:实际PLC接口电路，根据PLC厂家、输入模块型号的不同有所区别，一般还有输入指示LED、输入信号滤波、输入稳压等辅助电路等。

如图所示，当输入接入K1闭合时，外部DC24V通过光电耦合器件、限流电阻、输入触点经公共端COM构成电流回路。

b.检测元件信号与PLC源输入的连接当NPN导通时，上拉电阻下端为0V，光电耦合器无电流，内部信号为“0”；当NPN截止时，上拉电阻下端为24V，电流通过上拉电阻、限流电阻、光电耦合器，经公共端COM构成回路，输入为“1”。

当PNP导通时，下拉电阻上端为24V，电流通过限流电阻、光电耦合器，经公共端COM构成回路，内部信号为“1”；当PNP截止时，下拉电阻的上端为0V,光电耦合器无电流，内部信号为“0”。

开关量模块输出的类型及特点
开关量模块属于数字量输出模块，通常有两种类型，一种是继电器输出类型，另一种是晶体管输出类型。

继电器输出类型的开关量模块内置继电器，主要通过触点进行开关控制。

该类型的模块操作简便，具有良好的电气隔离性和通用性。

它能支持高电流负载开关控制，适用于工业自动化及家居智能化等领域。

晶体管输出类型的开关量模块主要依靠晶体管的开关来实现输入信号到输出信号的转换。

该类型模块结构紧凑、体积小，是节能环保型的代表。

它适用于小功率负载开关控制，如LED灯、电子设备等。

总之，开关量模块的特点是可编程灵活、操作简便、安全可靠、适用范围广泛，不同类型的模块具有不同的特点和适用场景。

电感、电容、霍尔式接近开关工作原理分析电感式接近开关工作原理：电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。

这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。

这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体。

工作流程方框图产品1：电感式接近开关（NPN三极管驱动输出）检测距离：1～5毫米被检测物：18X18X1毫米 铁响应频率：150HZ工作电压：5～50V直流工作电流：小于10毫安输出驱动电流：200毫安温度范围：－25～70度这是一种用途非常广泛的电感接近开关，只能用于检测金属物，特别是对铁金属能很好的检测出来，并且性能稳定可靠，是最常用的检测方法，被广泛应用到限位开关、状态检测等用途，它的体积18X18X35毫米，背后有工作指示灯，当检测到物体时红色LED点亮，平时处于熄灭状态，非常直观，引线长度为100毫米。

这种光电开关的输出采用NPN型三极管集电极开漏输出模式，也就是说模块的黑线就是三极管的集电极，如果模块检测到信号，三极管就会导通，将黑线下拉到地电平，黑线和棕线之间就会出现电源电压，如果电源是12V的那么这个电压就是12V，如果电源是24V这个电压就是24V，一般三极管的驱动能力约100毫安左右，所以可以直接驱动继电器等小功率负载。

如果客户希望得到的是一个电压信号，可以在黑线和棕线之间接一个1K的电阻，这时模块没有信号时，黑线就是电源＋电压，模块检测到信号时黑线跳变成电源地（实际是0.2V，三极管的导通压降）。

电容式接近开关工作原理：电容式接近开关亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。