开关量输出
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第三章开关量输入输出通道1
单片集成程控放大器LH0084
3 隔离放大器
3.4.4 采样/保持器
1 作用：保持快速变化信号的指定时刻的大小
2 原理：
3.4.5 ADC
1 选择时主要考虑的因素：
• MCU内置，还是外置 • 精度 • 速度
2 常用ADC的种类：
• 双积分型 • 逐次比较型 • ∑−∆型 10-14位 8-12位 14-24位
P1.3
P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
3.2.3 中断控制式DI
89C51
P1.0 P1.1
DI信号经过隔
隔离保 护、电 平变换 电路
P1.2
P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
INT1
离保护、电平变换
电路后送到MCU的
外设
某个I/O端口，外部 设备通过一条信号
线通知MCU外部信
3.1.3 输入/输出的控制方式
一、无条件传送方式
直接进行数据传送（接口电路十分简单）
数据
MCU I/O
数据
外设
二、条件（查询式）传送方式
先查询I/O设备当前状态，若准备就绪，则交换数据，否则循环查询状 态。下图为输入端口的条件传送示意图。 优点：可协调外设和CPU的时间差别，接口电路较简单。
DB
补偿，恒温发热，限流，过流保护，液面，气 流测量，电机启动，彩电彩显消磁，延时控制， 非线性振荡等方面。
四、隔离保护
当信号源和仪表之间距离较大时，两地间地电位差会比较大，形成
很大的共模电压。所以应在信号源和仪表之间采取隔离措施以保护仪表
电路的安全。
如图，当两地之间的地电位相差ΔV时，信号源的12V电压对于仪表来 说就成为12V+ ΔV了。而Δ V可能很大。
2.3 开关量输入输出通道
接控 制设 备 7406 图2-3-7 典型继电器驱动电路
五、固态继电器驱动电路
1
3
1
3
2 (a) DC-SSR
4
2
(b) AC-SSR
4
图2-3-8 直流SSR与交流SSR
DC-SSR
AC-SSR
(a)
(b)
图2-3-9 基本的SSR驱动电路
2.3.3 开关量输入/输出通道设计举例
一、步进电机正反转控制
三、输入缓冲器（通常采用三态门）
三态，是指输出端来说的。 三态门缓冲器可以在引脚上输出1、0，这是两个常规的 逻辑状态。 三态门缓冲器还可以在引脚上什么也不输出，这称为高 阻态。 高阻态，就是说，门电路内部和引脚之间，电阻无穷大， 什么也不输出了。 引脚上的电平，可由其它电路来控制。 具有高阻态输出能力的门电路，就可以并联使用了。
TTL集电极 T 开路门
（a）功率晶体管驱动器
（b）达林顿驱动器
（b）MOSFET驱动器
图2-3-5 直流电源负载驱动电路
三、晶闸管交流负载驱动电路
+5v
+
D1
D2
交流 负载 ~
SKZ
LD
T
D3
D4
P1.0
-
74LS244
图2-3-6 交流负载驱动电路
四、继电器驱动电路
+12V
P1.0 8031 P1.1
2.3 开关量输入/输出通道 2.3.1 开关量输入通道
一、开关量输入通道的结构
微 机 总 线 输入 缓冲 器 输入 调理 电路 来 自 生 产 过 程
地址译码器 图2-3-1 开关量输入通道结构
二、输入调理电路 1.小功率输入调理电路
plc开关量的输入输出接线方式
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。
2.5 开关量输入输出通道
PC总线接口逻辑部分由8位数据总线缓冲器、基址 译码器、输入和输出片址译码器组成。 I/O功能逻辑部分只有简单的输入缓冲器和输出锁 存器。其中，输入缓冲器起着对外部输入信号的缓冲、 加强和选通作用；输出锁存器锁存CPU 输出的数据或 控制信号，供外部设备使用。I/O缓冲功能可以用可 编程接口芯片如8255A构成，也可以用74LS240、244、 373、273等芯片实现。 I/O电气接口部分的功能主要是：电平转换、滤波、 保护、隔离、功率驱动等。 各种数字量I/O模板的前两部分大同小异，不同的 主要在于I/O电气接口部分，即输入信号的调理和输 出信号的驱动，这是由生产过程的不同需求所决定的。
1、
三极管驱动电路
对于低压情况下的小电流开关量， 用功率三极管就可作开关驱动组件， 其输出电流就是输入电流与三极管增 益的乘积。
（1）普通三极管驱动电路
当驱动电流只有十几 mA或几十 mA时，只要采用一个普通的功 率三极管就能构成驱动电路，如图所示。
（2）达林顿驱动电路
当驱动电流需要达到几百毫安时，如驱 动中功率继电器、电磁开关等装置，输出电 路必须采取多级放大或提高三极管增益的办 法。达林顿阵列驱动器是由多对两个三极管 组成的达林顿复合管构成，它具有高输入阻 抗、高增益、输出功率大及保护措施完善的 特点，同时多对复合管也非常适用于计算机 控制系统中的多路负荷。
当然，在实际使用中，要特别注意 固态继电器的过电流与过电压保护以及 浪涌电流的承受等工程问题，在选用固 态继电器的额定工作电流与额定工作电 压时，一般要远大于实际负载的电流与 电压，而且输出驱动电路中仍要考虑增 加阻容吸收组件。具体电路与参数请参 考生产厂家有关手册。
四、
DI/DO模板
把上述数字量输入通道或数字量输出 通道设计在一块模板上, 就称为DI模板或 DO模板，也可统称为数字量I/O模板。图314为含有DI通道和DO通道的PC总线数字量 I/O模板的结构框图，由PC总线接口逻辑、 I/O功能逻辑、I/O电气接口等三部分组成。 如图3-14所示。
plc输出公共端是开关量原理
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。
开关量输出电路
开关量输出电路的设计如图，单片机输出高电平信号时，NPN管Q导通，在光电耦合器SW-GD(型号为4N25)中的发光二级管发光，三级管导通。
此时，NPN基极产生高电平信号，使NPN管Q导通。
继电器J即得电产生动作，触点J闭合，接通负载的通电回路，负载可以是指示灯和电磁阀线圈等，继电器D为续流保护的作用。
单片机控制的I/O口和继电器之间用光电耦合器进行了隔离，这样，由于继电器通断所造成的电火花和电弧就不会影响到单片机系统了。
如果是电感类负载如电磁阀线圈，图中FA，最好在电磁阀线圈两侧并接压敏电阻，压敏电阻是一种非线性电阻性元件，它对外加的电压十分敏感，外加电压的微小变动，其阻值会发生明显的变化，因此电压的微增量可引起大的电流增量。
当有电压（当电压达到临界值以上）时，压敏电阻即迅速变为低阻抗（响应时间为毫微秒数量级），电流急剧上升，电阻急剧下降，过电压以过电电流的形式被压敏电阻吸收掉，相当于过电压部分被短路。
当浪涌过电压过后，电路电压恢复到正常工作电压，压敏电阻又恢复到高阻状态。
可以利用压敏电阻的上述特性来吸收各种干扰过电压。
开关量信号的输入输出
§4.2 开关量信号的输出
一、开关量信号输出的通 道结构 4、注意： P1口可直接输出（锁存 器和地址译码电路可省 略）最多8个开关量信号。 P0口经锁存电路隔离可 接多组8个开关量输出。 当驱动小负载时，输出 驱动电路可省略。
§4.2 开关量信号的输出
二、开关量输出接口的简单设计 1、P1口开关量的输出 练习：通过P1口直接控制8个LED发光二 极管，画出硬件电路图，并写出控制发光 二极管点亮的指令。
§4.2 开关量信号的输出
一、开关量信号输出的通道 结构 3、各部分作用 锁存器：当开关量信号从 P0口输出时，锁存器起到ห้องสมุดไป่ตู้隔离数据总线的作用。常 用锁存器如74LS373、 74LS273、74LS377等 地址译码控制：锁存器的 锁存地址控制 输出驱动电路：提高输出 开关量信号的输出功率。
三、开关量输出的功率接口电路设计
2、中功率达林顿管驱动接 口电路 在驱动功率较大的继电 器和电磁开关等控制对 象，要求提供50~500 mA的电流时，可使 用MC1413 （ULN2003）、 MC1416（ULN2004） 等达林顿管集成电路。
三、开关量输出的功率接口电路设计
2、中功率达林顿管驱动接口 电路 若图中继电器需要100mA 吸合电流，则（V+—0.3） /（r+R2）=I=100，其中r 是继电器的线圈内阻，当已 知V+时，可求R2 取 MC1413的放大倍数 β=100，P1.0输出电流 =100mA/β=1mA， 1*R1+0.7+0.7+100*R2 =5, 可求R1
§4.2 开关量信号的输出
三、开关量输出的功率接口电路设计 1、小功率驱动接口：
开关量的输出(共5张PPT)
电隔离提高抗干扰能力。
D1
图3 装置开关开关输量出输出回回路路图接线图
开关量的输出
2、开关量输出电路 开关量输出主要包括自动装置的跳闸出口以及信号等，一般采用并行接口的输出来控制有接点继电器的方法，同时采用光
电隔离提高抗干扰能力。
1、开关量的输出：将控制某个接点接通或断开的数字从微机保护送出，简称开出。
开关量的输出
ห้องสมุดไป่ตู้
开关量的输出
1、开关量的输出：将控制某个接点接通或断开的数字从微机保护送出，简称开出。
接通相应控制回路
0
1
开关量的输出电路
由软件使CPU并2行、口开PB关0及量P输B1输出出电数路字0、1开关量输出主要包括自动装置的跳闸出口以及信号等，一般采用并行接
2、开关量输出电路 开关量输出主要包括自动装置的跳闸出口以及信号等，一般采用并行接口的输出来控制有接点继电器的方法，同时采用光
谢谢欣赏！
2、开关量输出电路 开关量输出主要包括自动装置的跳闸出口以及信号等，一般采用并行接口的输出来控制有接点继电器的方法，同时采用光
电隔离提高抗干扰能力。
2电 2、 、隔开开离关关提由量量高软输输抗件出出干使电电扰并路路能行口力开开。关关量量输输出出主主P要要B0包包括括1 自自动动装装B置置1的的跳跳1闸闸出出口口以以及及信信号号等等，，一一般般采采用用并并行行接接口口的的输输出出来来K控控制制有有接接点点继继电电继电器器器的的返方方回法法成，，功！同同时时采采用用光光
2、开关量输出电路 开关量输出主要包括自动装置的跳闸出口以及信号等，一般采用并行接口的输出来控制有接点继电器的方法，同时采用光
电隔离提高抗干扰能力。
1、开关量的输出：将控制某个接点接通或断开的数字从微机保护送出，简称开出。
npn开关量输出 标准
NPN开关量输出标准
本标准规定了NPN开关量输出在探测距离、工作电压、输出类型、响应时间、环境要求及安装方式等方面的基本要求。
探测距离
NPN开关量输出的探测距离应满足以下要求：
近距离：探测距离应小于或等于10mm；
中距离：探测距离应大于10mm且小于或等于100mm；
远距离：探测距离应大于100mm且小于或等于
1000mm。
工作电压
NPN开关量输出应适应以下工作电压范围：
DC 5V～12V；
AC 10V～30V。
输出类型
NPN开关量输出的输出类型为NPN三极管集电极开路输出。
响应时间
NPN开关量输出的响应时间应不大于10ms。
环境要求
NPN开关量输出应能在以下环境条件下正常工作：
温度：-25℃～+70℃；
湿度：相对湿度5%～95%；
防护等级：IP67。
安装方式
NPN开关量输出可以采用以下几种安装方式：立式安装：探测器竖直安装在支架上；
侧式安装：探测器水平安装在支架上；
嵌入式安装：探测器嵌入到墙体或柜体内。
npn开关量输出 标准
npn开关量输出标准开关量输出（digital output）是工业自动化领域常用的一种信号输出方式。
它通常用于将数字信号传送给外部设备或系统，以控制各种操作。
在工业控制系统中，开关量输出通过对输入信号进行逻辑处理，输出相应的开关状态，从而实现对设备或系统的控制。
开关量输出通常与传感器或其他感知设备配合使用。
感知设备可以是接近开关、光电传感器、压力传感器、温度传感器等。
这些感知设备可以将物理量（如触发距离、光强、压力、温度等）通过数字化转换器转换为数字信号，然后将信号传递给控制器或PLC（可编程逻辑控制器）。
在工业自动化领域，开关量输出的标准写法通常如下所示：1. 引脚定义：标明开关量输出所连接的引脚号码和名称，以便于后续的布线和接线。
2. 电压类型：指明开关量输出所使用的电压类型，一般有DC （直流）和AC（交流）两种。
3. 高低电平：对于DC电压类型的开关量输出，一般规定高电平为5V或24V，低电平为0V；对于AC电压类型的开关量输出，规定高电平为+24V或+220V，低电平为0V。
4. 输出电流：指明开关量输出的最大输出电流，以确保输出电路的负载能正常运行。
5. 开关速度：指开关量输出的切换速度，即从一个状态切换到另一个状态所需要的时间。
6. 描述功能：对开关量输出的功能进行描述，例如控制继电器的开关状态、驱动报警灯的闪烁等。
7. 应用范围：说明开关量输出所适用的场景和应用领域，以帮助用户选择适合的开关量输出设备。
8. 注意事项：对于使用开关量输出的用户，需要注意一些特殊情况和使用要求，以便正确地配置和使用开关量输出设备。
综上所述，开关量输出是工业自动化中常用的一种信号输出方式。
具备标准的写法可以帮助用户更好地理解和使用开关量输出设备，以实现对各种设备或系统的精确控制和调节。
在实际应用中，用户需要仔细了解和研究各个厂商提供的开关量输出设备的技术规格和标准，选择适合自己需求的设备，并按照标准写法进行正确的使用和配置。
开关量输入输出模块(EDPF-DIO)
开关量输入/输出模块（EDPF-DIO）1.1概述EDPF－DIO将16路DI和16路DO集成在一个模块上，其输入/输出方式设置分如下：输入方式：1.2.1信号端子开关量信号输入采用差分输入方式，16路模拟信号共32线，分别对应信号输入端子1－1.2.2 开关量输入方式选择16路开关量依靠16组跳线开关DIX1、DIX2选择；用户可独立地设置为有源输入或无源输入。
跳线开关DIXY，X为开关量序号，Y为功能号。
两种输入方式跳线开关状态如下：a)有源输入（24VDC）1 2 3 1 2 3DIX2 DIX1 DIX1、DIX2的1、2脚短路b）无源输入（干接点）1 2 3 1 2 3DIX2 DIX1DIX1、DIX2的2、3脚短路注：DIX1、DIX2其它组合无意义例如：若第5路置为无源输出（DI4）则：DI41、DI42的2、3短路，1、2断开DI模块出厂时缺省设置为无源输入方式。
注意：当为无源输入方式时，24V电源由DI卡提供，24V电源共负端，其负端为奇数端子，因此当输入开关量采用有公共端方式接线时，其公共端应接到奇数端子上。
模块使用说明输出方式1.3.1 16路开关量采用差分输出，共32线，分别对应端子1～32，奇数端子为正，偶数端为负，16路信号按顺序依次排列，端子安排如下：1.3.2输出方式选择：a.无源: 干接点输出b.有源:＋24V电压输出16路开关量依靠16组跳线开关DOX1、DOX2选择；用户可独立地设置为有源输出或无源输出。
跳线开关DOXY，X为开关量序号，Y为功能号。
两种输出方式跳线开关状态如下：a）无源输出（干接点）1 2 3 1 2 3DOX2 DOX1 DOX1、DOX2的1、2脚短路b）有源输出（24VDC）1 2 3 1 2 3DOX2 DOX1 DOX1、DOX2的2、3脚短路注：DOX1、DOX2的其它组合无意义例如：若第5路置为有源输出（DO4）则：DO41、DO42的2、3短路，1、2断开1.4模块使用说明接线端子1~32用于16路开关量信号的输入，接线端子33~64用于16路开关量信号的输出。
第4章开关量信号的输入输出
3 磁性开关与单片机的接口电路
图4-4ａ 霍尔元件差动放大电路
磁性开关一般由霍尔元 件型、干簧管型等，常用于 监测门窗是否打开及各种脉 冲式水表气表。此时，需在 普通转盘计数的仪表中加装 霍尔元件和磁铁，即可构成 基于磁电转换技术的传感器。
图4-4ａ所示的电路中，若有磁场作用，则霍尔元件会输 出120mV电压信号，经过约40倍的差动放大器放大整形后，在 Vout上输出高电平；否则输出低电平。霍尔元件和运放电路一 起，构成了开关型霍尔传感器，将这个信号输送到单片机的I／ O口或外部中断引脚，即可实现霍尔检测开关控制 ．
2．开关量信号的特点是什么？
只有开和关、通和断、高电平和低电平两种状 态的信号叫开关量信号，在智能仪器的电子电路中， 通常用二进制数0和1来表示。
智能仪器原理与设计------第4章 开关量信号的输入输出
3．开关量信号的作用？ 开关量输入、输出部分是智能仪器与外部设备的联系部件，
智能仪器通过接受来自外部设备的开关量输入号和向外部设备 发送开关量信号，实现对外部设备状态的检测、识别和对外部 执行元器件的驱动和控制。 4．常见电子开关都有哪些？
智能仪器原理与设计------第4章 开关量信号的输入输出
4.1.2 开关量输入接口
1 扳键开关与单片机的接口电路
图4-2 扳键开关与单片机的接口电路
图中， 扳键开关将高电平
或低电平经单片机的I／O引脚 输入缓冲器74LS244，74LS244 的数据输入端与单片机89C51 的P0口相连接，用于8位数据 的传送，89C51的P1.7和/RD作 为74LS244的选通信号 。当扳 键开关合上时，将向P0口的相
智能仪器原理与设计------第4章 开关量信号的输入输出
开关量输出保护原理介绍
例如，当电机温度过高时，开关量输出保护装置可以切断电 机电源，防止电机过热烧毁。同时，在电机控制中，开关量 输出保护还可以实现过流、欠压等保护功能，确保电机安全 稳定运行。
电源管理
在电源管理中，开关量输出保护原理主要用于控制电源的 通断和调节。通过设置相应的保护机制，可以防止电源在 异常情况下工作，从而避免设备损坏和安全隐患。
VS
详细描述
欠压保护通过电压传感器监测电路中的电 压，当电压低于预定值时，保护装置会触 发断路器或继电器，切断电源以保护设备 。
过温保护
总结词
过温保护是当温度超过设定的阈值时，保护 电路启动，防止温度过高对设备造成损坏。
详细描述
过温保护通过温度传感器监测设备的温度， 当温度超过预定值时，保护装置会触发断路 器或继电器，切断电源以降低温度并保护设 备。
开关量输出保护的重要性
保护设备
降低维护成本
开关量输出保护能够有效地保护开关 量输出设备免受过流、过压、欠压等 异常情况的影响，延长设备使用寿命 。
使用开关量输出保护能够有效地减少 设备的维修和更换成本，降低企业的 运营成本。
提高稳定性
通过实时监测和快速响应，开关量输 出保护能够提高系统的稳定性和可靠 性，减少因设备故障而引起的生产事 故。
识别潜在风险
根据历史数据和实时监测结果，预测 可能出现的风险，提前采取保护措施 。
保护动作执行
切断输出
一旦识别到异常或潜在风险，系统将 立即切断开关量输出，以防止对外部 设备造成损害。
报警提示
同时，系统会触发报警机制，通过声 、光或其他方式提示用户进行故障排 查。
故障解除与恢复
故障排查与修复
用户需要对触发保护机制的具体原因进行排查，找到并修复故障点。
电源管理
在电源管理中，开关量输出保护原理主要用于控制电源的 通断和调节。通过设置相应的保护机制，可以防止电源在 异常情况下工作，从而避免设备损坏和安全隐患。
VS
详细描述
欠压保护通过电压传感器监测电路中的电 压，当电压低于预定值时，保护装置会触 发断路器或继电器，切断电源以保护设备 。
过温保护
总结词
过温保护是当温度超过设定的阈值时，保护 电路启动，防止温度过高对设备造成损坏。
详细描述
过温保护通过温度传感器监测设备的温度， 当温度超过预定值时，保护装置会触发断路 器或继电器，切断电源以降低温度并保护设 备。
开关量输出保护的重要性
保护设备
降低维护成本
开关量输出保护能够有效地保护开关 量输出设备免受过流、过压、欠压等 异常情况的影响，延长设备使用寿命 。
使用开关量输出保护能够有效地减少 设备的维修和更换成本，降低企业的 运营成本。
提高稳定性
通过实时监测和快速响应，开关量输 出保护能够提高系统的稳定性和可靠 性，减少因设备故障而引起的生产事 故。
识别潜在风险
根据历史数据和实时监测结果，预测 可能出现的风险，提前采取保护措施 。
保护动作执行
切断输出
一旦识别到异常或潜在风险，系统将 立即切断开关量输出，以防止对外部 设备造成损害。
报警提示
同时，系统会触发报警机制，通过声 、光或其他方式提示用户进行故障排 查。
故障解除与恢复
故障排查与修复
用户需要对触发保护机制的具体原因进行排查，找到并修复故障点。
plc基本输出类型
plc基本输出类型
PLC（可编程逻辑控制器）的基本输出类型主要有以下几种：
1. 继电器输出：继电器输出是一种开关量输出方式，它以常开或常闭触点形式将PLC的输出信号输出，可以实现负载的启动、停止、开、关等控制。
2. 晶体管输出：晶体管输出也是一种开关量输出方式，它以NPN或PNP晶体管形式将PLC的输出信号输出。
这种输出方式的特点是响应速度快，一般在微秒级。
3. 晶振闪光灯输出：这种输出方式主要用于控制闪光灯，通常用于指示某个状态或信号。
4. 模拟量输出：PLC还具有模拟量输出功能，可以通过输出模拟量信号来控制电压、电流等物理量。
这种输出方式适用于对温度、压力、流量等物理量的控制。
5. 脉冲输出：PLC可以输出脉冲信号，用于控制步进电机或伺服电机的步进角、脉冲频率等参数。
6. 通信输出：PLC可以通过通信接口与其他设备进行通信，从而实现数据的传输和控制。
需要注意的是，不同类型的输出方式适用于不同的控制需求和负载类型，选择合适的输出方式对于PLC控制系统的稳定性和可靠性至关重要。
plc开关量的输入输出接线方式
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。
开关量输出
当单片机P1.7口输出低 电平时,2A,2B为00,则2Y 有信号输出,指示灯L2发 光.
②集电极开路门（OC门） OC门电路的输出是一个集电极开路的晶体三极管，
如下图所示：
组成电路时， OC门的输出 端必须外接一个接至正电源 的负载才能正常工作，负载 正电源+V可以比TTL电路的 VCC高很多。例7406， 7407 OC门输出极截止时
智能仪器与系统
19-20学时
第2章 智能仪器的输入/输出通道及接口技术
（八） 开关量输出通道
主要讲解内容：
1）开关量输出的一般结构 2) 数字隔 离器件 3) 输出驱动接口电路
一.开关量输出的一般结构
1. 开关量输出通道的用途
将CPU输出的控制量转换为对被控对象的控 制操作。
对于只有二种工作状态的执行机构或器件，用智能 仪器输出开关量来控制它们，例如控制马达的启动和 停止，指示灯的亮和灭，电磁阀的开和关等。这些执 行机构或器件所要求的控制电压和电流千差万别，有 的是直流驱动的，有的是交流驱动的，都必须根据对 象采用合适的电气接口。
如果负载为直流电感式，应当使用DC SSR，负载 上并联续流二极管保护SSR如下图所示：
如果负载为直流电感式而负载电源为交流电源，可 外接整流全桥将其变为直流。如下图所示：
如果负载为交流电感式，必须使用AC SSR， SSR 的输出端并联压敏电阻以保护SSR。如下图所示：
压敏电阻的阀值电压可按电源电压的有效值1.6~1.9 倍选取。压敏电阻不但为电感式负载的感应电流提供
②晶体管阵列驱动器芯片 晶体管阵列驱动器芯片适用于多路开关量中功率
驱动电路，例MC1416包含有7路开关量驱动器， 每路驱动器内部结构如下图所示：
两种最常用的PLC输入输出方式：开关量和模拟量
两种最常用的PCL输入输出方式：开关量和模拟量开关量和模拟量是大家学习PLC初期使用最多的两种输入输出方式。
什么是开关量？什么是模拟量？这个问题必须弄清楚。
图1是一个典型能输出开关量信号的器件。
压力高时C和B两个触点闭合接通，输出压力高信号，压力低时C和A两个触点闭合接通输出压力低信号。
有了这样的信号就实现把就地的压力信号，远传到远处的电气控制柜去参与自动远程控制了，其中C和B是一个开关量，C和A也是一个开关量。
所以一个开关触点就是一个开关量，它的特性是同一时刻要么接通要么断开。
接通就是1，代表有有信号，断开就是0，代表没有信号。
这就是所谓的开关量信号。
压力表虽然能把压力信号传到远处，但它传输的只是有无压力这样的信号，无法知道实时压力值到底是多少。
图2中的器件叫压力变送器。
压力变送器的内部就是一块电路板，电路板连接着一个压力传感器F。
它的工作原理是压力传感器F把检测到的压力传到电路板的C，检测信号进入电路板后，通过电路板的转换与计算，把这个压力信号转换成一个电流信号由A和B这两个点输出。
图中右边就是转换过程的示意图，它可以把一个0-10kpa的压力信号转换成一个4-20mA的电流信号，由A和B这两个点输出。
这时我们就说A和B这两个点输出的就是一个模拟量信号。
模拟量信号的特点是它的值是在一个数值范围内是连续可变的。
下面看一下模拟量信号是如何进行远距传输的。
我们管道上安装一块量程为0-10kpa的压力变送器，电源正极接压力变送器的B点，负极串联一块万用表到压力变送器的A点，并将万用表打到电流档。
当压力变送器C点的压力是5kpa时，万用表的的电流读数是12mA。
正好是4-20mA的电流信号的中间值，而5kpa也正好是0-10kpa压力值的中间值。
当压力变送器C点的压力是10kpa时，万用表的的电流读数正好是20mA。
这样0-10kpa压力值就对应了4-20mA的电流信号值，我们只要在远方通过一个接受设备把这个4-20mA的电流信号值提取出来，再通过一定的计算，就能知道就地的压力值是多少了。
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②集电极开路门（OC门） OC门电路的输出是一个集电极开路的晶体三极管， 如下图所示：
组成电路时， OC门的输出端 必须外接一个接至正电源的 负载才能正常工作，负载正 电源+V可以比TTL电路的VCC 高很多。例7406，7407 OC 门输出极截止时 耐压可高达30V。输出低电平时吸收电流的能力也高 达40m A，因此， OC门是一种即有电流放大功能， 又有电压放大功能的开关量驱动电路。在智能仪器 的实际应用中常用来驱动LED显示。
思考题: 1.微处理器处理开关量信号时应考虑哪些 问题? 2.固态寄电器有哪几类?各有什么特点?
3. 固态继电器（SSR）输出接口电路 1)固态继电器原理及结构 固态继电器即有放大作用又有隔离作用，适合于驱 动大功率管式执行器件。 SSR是一个四端有源器件，其中二端为输入控制 端，输入功耗很低，与TTL电路兼容；另外二端是 输出端，内部设有输出保护电路。 如果是单向直流固态继电器（DC SSR）的输出 端与直流负载匹配；如果是双向交流固态继电器 （AC SSR）的输出端与交流负载匹配。输入电路 和输出电路之间采用光电隔离，绝缘电压可达 2500V以上。
2)AC SSR又分为二种类型 ①过零触发型（Z型），
过零触发型在输入信号有效后,必须在负载电源电压过 零时才接通输出端的负载电源,当输入端的控制信号撤 消后,必须等到交流负载电源电压的过零时刻才能断开 输出端的负载电源,具有零电压开启，零电流关断特性， 使用中对电网污染小，但它的输入端施加控制电压后， 要等交流电压过零输出时才能导通， 这有可能造成最大为半个市电周期的确延迟。
2. 开关量输出通道的一般结构
输 出 锁 存 数 字 隔 离 输 出 驱 动
被 控 对 象
CPU
典型的开关量输出通道结构
1)输出锁存: 当对生产过程进行控制时，控制量往往需要保持， 直到输出新的控制量，所以，每次输出的控制量就需要 保存（锁存）。 输出锁存器可用可编程接口电路8255，也可用简单接口 电路如244，273，373等来实现。
②晶体管阵列驱动器芯片 晶体管阵列驱动器芯片适用于多路开关量中功 率驱动电路，例MC1416包含有7路开关量驱动器， 每路驱动器内部结构如下图所示：
图中的D1用做输入端箝 位， D2用做输出端箝 位， D3用做输出端箝 位或感性负载的续流保 护。
MC1416驱动7个继电器线圈的电路如下图所示：
MC1416的特性如下： Ⅰ）每路输出电流可达 500m A，但每一块芯片 总的输出电流不得超过 2.5A。 Ⅱ）输出端截止时耐压 可达100V。 Ⅲ）输入端可与多种TTL 电路兼容。
三.输出驱动接口电路
1. 小功率驱动接口电路 ①TTL三态门缓冲器 这类电路的驱动能力要高于一般的TTL电路。例75451, 74LS244， 74LS245等，可用来驱动光电耦合器件， LED，中功率晶体管等。 下图就为采用75451作为驱动指示灯的电路.
当单片机P1.7口输出低 电平时,2A,2B为00,则2Y 有信号输出,指示灯L2发 光.
1) 光耦合器件有如下 特点：
①输出信号与输入信 号没有公共地,在电气 上完全隔离. ②无触点，寿命长，可靠性高。 ③响应速度快，易与TTL电路配合使用。 2) 光耦合电路的工作原理： 当Vi为低电平时，流过发光二极管的电流为零，发 光二极管截止,则光敏三极管截止，VO输出高电平 +VO；
当Vi为高电平时，电流I1经R1流经发光二极管使其导 通发光，光信号作用于光敏三极管使其饱和导通， VO输出为低电平。所以光电耦合器件兼有反相及电 平转换作用。 R1为限流电阻，其阻值决定了发光二极管的导通电流 I1 ， I1一般选为几毫安。 R2的取值要保证VO输出的高，低电平的要求。
④利用光电隔离器实现控制通道的隔离时，用于驱动发 光二极管的电源与驱动光敏管的电源不应是共地的电源， 否则外部干扰可能通过地线串到CPU中去，这样就失去 了隔离作用。解决的方法有两个：即在光电隔离的两侧 分别使用不同的电源，也可用DC-DC变换的方法往输 出端提供一个与光隔输入端隔离的电源。
3)输出驱动:
①要把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过 程进行控制的驱动信号，关键在于输出通道中的功 率驱动电路。 ②根据现场开关器件功率的不同，可有多种数字量驱 动电路的构成方式。
二.数字隔离器件
1. 光耦合器件电路原理
光耦合器件是一种常用的以光为媒介传输信号 的电路，如下图所示： 图中发光二极管和光敏 三极管封装在同一个管 壳内，发光二极管的作 用是将电信号变为光信 号，光敏三极管接收光 信号，再将它转变为电 信号。
2.中功率驱动接口电路
①晶体管输出驱动电路 门电路外加晶体管可以为直流执行器件提供更大 的驱动电流。如下图所示： 图中的晶体管是小功率管， 其驱动能力大约为10-50m A。 对于中功率管，驱动能力可 达50-500m A。如果采用大 功率管驱动能力会更强。使 用时应注意门电路为高电平 时，必须保证能提供给晶体管足够的基极电流，使其 饱和导通。若负载呈电感性，则应在负载上并联续流 保护二极管。
②电感式负载 对于电感式负载，当SSR关断时，因为流过电感 式负载的电流不能突变，有可能在电感二端产生很高 的感应电压，导致SSR输出电路被烧坏，必须用续流 二极管（直流负载）或压敏电阻（交流负载）保护 SSR的安全。 如果负载为直流电感式，应当使用DC SSR，负载 上并联续流二极管保护SSR如下图所示：
2)数字隔离: 在输出通道中，为防止现场强电磁干扰或工频电压通 过输出通道反串到CPU系统中，一般需要采用通道隔 离技术。（光-电隔离技术） 使用光电隔离器时，要注意以下4点：
①当光电隔离器导通时，必须输入足够大的导 通电流，使发光二极管发出的光使输出端动作。 光电隔离器的发光二极管正常发光电流为毫安 级. ②光电隔离器只能通过一定频率以下的脉冲信号。 因此，在高频信号传输中要考虑其频率特性， 选择通过频率比较高的光电隔离器 ③光电隔离器输出端的灌电流不能太大，否则可 能使输出端击穿，导致光电隔离器的损坏，因 而在光电隔离器与被控对象之间要加驱动电路。
2. 继电器隔离器件的电路原理 继电器隔离器件主要是采用电磁式继电器组成的 电路来完成。它是由小电流的通断控制大电流的通 断的常用的开关控制器件。电磁式继电器电路的符 号如下图所示：
当它的电磁线圈Y通过一定数值的电流时，产生的电磁 吸引力大于弹簧的反作用力，衔铁动作使输出回路中的 常开触点闭合，常闭触点打开。当通过线圈的电流小于 释放电流时，弹簧将衔铁弹回，输出回路各触点恢复原 态。电磁式继电器的线圈的驱动电源可能是直流的，也
智能仪器与系统
19-20学时
第2章 智能仪器的输入/输出通道及接口技术
（八） 开关量输出通道
主要讲解内容：
1）开关量输出的一般结构 2) 数字隔 离器件 3) 输出驱动接口电路
一.开关量输出的一般结构
1. 开关量输出通道的用途
将CPU输出的控制量转换为对被控对象的控 制操作。
对于只有二种工作状态的执行机构或器件，用智能 仪器输出开关量来控制它们，例如控制马达的启动和 停止，指示灯的亮和灭，电磁阀的开和关等。这些执 行机构或器件所要求的控制电压和电流千差万别，有 的是直流驱动的，有的是交流驱动的，都必须根据对 象采用合适的电气接口。
例2）输入端3接正电源，输入端4接控制信号，控制 信号为高电平则SSR关断，控制信号为低电平则SSR 导通。
4）SSR的输出负载：
①小电流负载 由于SSR内部除去输入电路外的所有其它电路都 是由输出端供电的，因此即使在输出端关断情况下， SSR仍维持一个关断状态电流，为了使负荷可靠地关 断，流过负载的开启电流至少应该是SSR关断状态电 流的10倍。如果负载电流低于这个值，负载上需要并 联一个电阻，以提高开启电流的数值。
②随机开启型（P型非过零型）：
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随机开启型输入端施加控制电压后输出端立即导通。 在输入电压撤消后，当负载电流低于双向可控硅的维 持电流时，SSR输出才关断。大功率负载的随机开启 有可能对电网造成污染，导致局部供电系统波形的变 形。 3) SSR的输入控制：
SSR的输入电路与TTL，CMS电路兼容，输入控制十分 方便，任何可以给出TTL电平的开关电路都可以用来驱 动SSR，例如晶体管开关电路，按钮开关电路及各种电 源为+5V的TTL或CMS熟数字逻辑IC卡。例如下图所示： 例1）输入端4接低电平，输 入端3接控制信号，控制信号 为高电平则SSR导通，控制 信号为低电平则SSR关断。
如果负载为直流电感式而负载电源为交流电源，可 外接整流全桥将其变为直流。如下图所示：
如果负载为交流电感式，必须使用AC SSR， SSR 的输出端并联压敏电阻以保护SSR。如下图所示：
压敏电阻的阀值电压可按电源电压的有效值1.6~1.9 倍选取。压敏电阻不但为电感式负载的感应电流提供 了一个通路，而且可以避免工频市电电源夹杂的尖蜂 电压施加在SSR的输出端。 工频市电电源夹杂的尖蜂电压是很频繁的，它虽然宽 度很窄，但幅度有高有低，高的可达千伏。当尖蜂电 压的幅度超过了SSR的阻端电压或其变化速度超出了 SSR在关闭状态下的d v/d t特性容限时，就会使SSR 在没有选通的情况下开启，造成执行机构的误动作。