PLC的开关量信号详解(掌握技巧事半功倍)
英英的自留地2020-11-22 12:21
引言
硬件是躯体，软件是灵魂。
一个好的系统一定有一个优秀的硬件设计。好的硬件设计PLC才能够采集稳定信号，才能将运算结果有效的输出。
好的设计必须要有丰富的经验，当然经验既可以是直接经验也可以是间接经验。直接经验是自身不断地付出“代价”而亲身取得的，间接经验是别人的付出的“代价”而取得的。
经验的两种含义：1、经历和体验；2、由实践带来的知识或技能。
我们大部分知识都是来自“间接经验”，例如我们从小到大学习的课本。善于学习间接经验是快速提高自己设计能力最为便捷的方式。
“两人各一个苹果相互交换每人仍然只有一个苹果。每人一种思想彼此交换那每人将同时拥有两种思想。” ——萧伯纳
开关量输入信号的分类及特点
开关量输入功能上主要分为两种：控制指令和信号式开关量输入。
控制指令比较简单，一般采用“干接点”的形式输入。
所谓的干接点属于无源器件，具有闭合和断开的2种状态；常见的干接点信号有：1、如：行程开关、脚踏开关、旋转开关，按键等；2、继电器、干簧管的输出；
这种干接点形式的控制指令也是主令开关的主体形式，是操作人员与机器沟通的主要形式，决定着PLC程序执行的方向。
刚开式学的时候可能没有意识到上下两个图之间的的关系，而傻傻的去记忆每个图的意思。其实俩个图之间是有关系的，举个“栗子”：
下图中的第27项“旋钮开关”我们在熟悉不过了，其实这个旋钮开关是由上图的第11项和第1项组合而成。图形中的虚线表示两者之间通过机构连接起来成为一个整体。如果像下图的第25项虚线上有个弯角表示这是个自锁按钮。
PS:看到这个举着栗子的猴子突然又想起来那个取经的猴子。我们都曾期待做个大闹天宫的猴子，可总归不得不走向自己的西行之路！面对诱惑、遭遇磨难、艰难前行，不“付”了龙王启发下的迸发的那个念头，不“付”了在灵台方寸山斜月三星洞那多年的修行！
信号式开关量输入是指开关量输入的传感器，例如温控开关，压力开关，接近开关等。这种开关量与干接点式信号最大的不同点包括两点：
1、容量不同。信号式开关量一般为传感器内部晶体管驱动，容量一般不超过50ma，只能直接通过PLC来采集无法驱动其他电路。而干接点的容量较大可以直接驱动继电器或者接触器线圈。
2、滤波需求不同。干接点的信号一般手动操作或者其他机械式的触发，需要考虑信号防抖措施，如果通过PLC采集可以直接使用输入点的滤波功能。信号式开关量一般传感器内部具有滤波电路，可以不用考虑防抖。
开关量输入信号的典型电路
一般的PLC输入口是既支持漏型输入又支持源性输入，但是由于公共端的限制每一组输入要么漏型要么源性。在这里为了避免接线的麻烦，建议统一采用漏型输入。上图的下半部分还给出了PLC内部的接口电路，其中包括了限流电阻、采样电阻和双向采样光耦，因此可以同时支持源性和漏型输入。
开关量输出
对于一般的PLC厂家来讲开关量输出具有两种型号：晶体管输出和继电器输出。两种输出形式如何选择是电气工事之间绕不开的一个话题。大家既期待着PLC的开关量输出既具有继电器型输出的大容量又能够拥有晶体管输出的高响应和长寿命，可短期内这个愿望还只能是个愿望短期内很难实现，因此还不得不面对两种形式输出的选择。
晶体管输出电路如上图所示，其中：
1：发光二极管，就是我们看到的PLC上有输出时点亮的那个LED灯；
2：光耦，将PLC内部电路与外界隔离，避免PLC内部电路受到外界干扰；
3：偏置电阻，一般阻值比较大。
4：稳压二极管，防止输出端电压过高，保护晶体管。
这里建议如果条件允许的话（成本可以接受，空间允许）尽量采用晶体管输出，如果需要驱动大电流的东西采用中间继电器来实现。这种方式有利于：
通过继电器强制手柄方便系统调试，可以将故障定位在继电器之后的硬件电路还是PLC软件逻辑。继电器损坏后容易更换，不会伤及PLC。利用继电器的针脚方便实现保护电路。
上图所示为西门子S7-200手册推荐的负载为直流感性负载时的接线图，也就是在继电器的A1和A2上反接一个1N4007作为续流二极管。下图是一个续流二极管应用电路图。当K接通时电路中电流按照标号1中的流向流动。当K断开的瞬间电流1消失，但是L属于储能元件其中的能量会持续存在，并且会依照楞次定律产生一个较大的反向感应电动势对电路中相关器件造成较大影响。续流二极管给L提供了一个额外通道形成电流通道2，使L中的能量快速下降，感应电动势快速降低。
下图是欧姆龙继电器手册上给出的有无续流二极管继电器线圈两端的电压情况，从图中可以明显看出在没有续流二极管的时候线圈反向感应电动势达到最高140V，极端情况下某些器件存在被击穿的情况。
小结
1、对于按钮、辅助触点等“干接点”式的输入接入PLC最为便利，但是要注意防抖。
2、对于其他开关量输入要注意信号类型（PNP或NPN），重要信号要采用常闭点（例如限位、急停）
3、对于输出建议采用晶体管+继电器的形式，方便调试、故障确认，如果PLC故障可以通过继电器将部分实现设备功能。
4、对于回路中有线圈等储能元件的开关量输出，注意增加续流二极管（1N4007）.对于频繁动作的继电器触点侧可以使用压敏电阻保护触点，缓解烧蚀。
西游中的师徒四人开始真正磨难之时乌巢禅师在浮屠山授予心经以助远行，乌巢像极了希腊哲学中的犬儒学派以柴草窝为家，苦行修心岂是我等所能企及的？伍迪艾伦也说过一句话：我为自己的金表感到很自豪，在我爷爷临时之前他卖给了我。
休谟说：就算昨天，前天，大前天……一直往前几年、几十年……几十万年，太阳一直都是每天早上从东方升起，这就能证明明早太阳会照常升起吗？
但至少明天升起应该问题不大，那就至少得考虑明早的牛奶和面包。
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