PLC基本原理及其接线

​目录：

一、PLC的简介与起源

1、PLC简介

2、PLC起源

1、基本单元组成

1）MCU模块 2）输入与输出模块 3）电源模块 4）编程设备

2、扩展模块

三、PLC的外部接线

1、PNP与NPN接线

2）NPN与PNP型PLC 2）NPN与PNP型传感器

2、三菱PLC的NPN与PNP设置

一般电气工程师需要掌握：PLC编程(三菱FX系列PLC-编程)、触摸屏(三菱PLC-信捷人机通信(编程))、伺服定位控制(三菱PLC定位控制理论)、模拟量(温度、压力、PID调节等)。

一、PLC的简介与起源

1、PLC简介

PLC的全称为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，实质上是经过一次开发的工业控制用计算机，它不仅具有计算机的内核，还配置了许多使其适用于工业控制的器件。但是它只是一种通用机，不经过二次开发，不能在任何具体的工业设上使用。不过可编程控制器二次开发十分容易且具有体积小、工作可靠性高、抗干扰能力强、控制功能完善，适应性强，安装接线简单等众多优点。

2、PLC起源

最初的目的是替代机械开关装置(继电模块)，想象一下，在一个庞大复杂的设备中使用数量巨大的电气元件(中间继电器、时间继电器等)，接线有多复杂啊，日后维护也是大问题。自从1968年以来，PLC的功能逐渐代替了继电器控制板。现代PLC具有更多的功能，其用途从单一过程控制延伸到整个制造系统的控制和监测。

二、PLC的基本组成

1、基本单元组成

主要由MCU、输入/输出接口、电源和编程设备组成。

图2.1 PLC组成

1）MCU模块

MCU模块由微处理器和存储器组成，由它读取各种开关量输入信号(下称开入量)；并且读取程序指令，编译、执行指令；最后把运算结果送到输出端，控制外部负载。故MCU是整个PLC的核心，相当于人的大脑。PLC与单片机的异同请移步：3分钟看懂PLC与单片机的异同。

2）输入与输出模块

（1）输入模块接受和采集输入信号，将按钮、行程开关等产生的开入量输入至MCU；将电位器、各类变送器提供的模拟量输入至MCU。

（2）输出模块用来控制外部负载，包括接触器、电磁阀等执行器和显示、报警装置。

3）电源模块

PLC的电源一般使用220V交流电源，通过开关电源模块把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的直流电源。有的电源单元还向外提供24V隔离直流电源，可供输入模块连接的现场无源开关等使用。

4）编程设备

一般为计算机+编程线组合，计算机连接编程线，由编程线连接PLC。

2、扩展模块

PLC除基本单元外，还有扩展模块(比如输入输出模块、通信模块、模拟量模块等)、特殊功能模块等与其连接以实现更多的功能，不在此做介绍。实物移步：盐雾实验设备维修-欧姆龙PLC​​​​​​​。

三、PLC的外部接线

1、NPN与PNP接线

源型与漏型是对输入模块的公共点COM端而言。

漏型指从COM端漏出去，即COM端接负，电流从外面经IO.x点流入内部，再从公共点COM漏出去构成回路，如图3.1.1所示，属于NPN型。

源型指COM端接正，电流从COM端为源头开始，经内部回路，一组信号点流出去的，如图3.1.2所示，属于PNP型。

1）NPN与PNP型PLC

对于输入以+24V作为公共点：有高电平(+24V)输入至PLC时，对应的常开点闭合，对应的常闭点断开。

对于输入以0V作为公共点：有低电平(0V)输入至PLC时，对应的常开点闭合，对应的常闭点断开。

图3.1.1 NPN集电极开路输出和PLC的连接(公共点负极)

图3.1.2 PNP集电极开路输出和PLC的连接(公共点正级)

2）NPN与PNP型传感器

NPN与PNP型传感器其实就是利用三极管的饱和和截止，输出两种状态，属于开关型传感器。但输出信号是截然相反的，即高电平和低电平。PNP输出为高电平1，NPN输出为低电平0。

图3.1.3 NPN与PNP

①PNP导通压降小但反向耐压低，NPN导通压降大但反向耐压高。

②传感器PNP与NPN接口原理图

输入传感器为接近开关时，只要接近开关的输出驱动力足够，漏型输入的PLC输入端就可以直接与NPN集电极开路型接近开关的输出进行连接。

图3.1.4 漏型输入与接近开关连接

但是，当采用PNP集电极开路型接近开关时，由于接近开关内部输出端与0V间的电阻很大，无法提供光电耦合器件所需要的驱动电流，因此需要增加“下拉电阻”。增加下拉电阻后应注意，此时的PLC内部输入信号与接近开关发信状态相反，即接近开关发信时，“下拉电阻”上端为24V，光电耦合器件无电流，内部信号为“0”；未发信时，PLC内部DC24V与0V之间，通过光电耦合器件、限流电阻、“下拉电阻”经公共端COM构成电流回路，输入为“1”。

　　下拉电阻的阻值主要决定于PLC输入光电耦合器件的驱动电流、PLC内部输入电路的限流电阻阻值。通常情况下，其值为1.5kΩ～2kΩ，计算公式1：R ≤ (Ve-0.7)/Ii-Ri

式中：R——下拉电阻(kΩ) 　　　Ve——输入电源电压(V) 　　　Ii——最小输入驱动电流(mA) 　　　Ri——PLC内部输入限流电阻(kΩ)

公式1中取发光二极管的导通电压为0.7V。

或公式2：R ≤ 输入限流电阻/(最小ON电压/24V)]-输入限流电阻。

输入传感器为接近开关时，只要接近开关的输出驱动力足够，源型输入的PLC输入端就可以直接与PNP集电极开路型接近开关的输出进行连接。

图3.1.5 源型 输入与接近开关连接

相反，当采用NPN集电极开路型接近开关时，由于接近开关内部输出端与24V间的电阻很大，无法提供电耦合器件所需要的驱动电流，因此需要增加“上拉电阻”。

增加上拉电阻后应注意，此时的PLC内部输入信号与接近开关发信状态相反，即接近开关发信时，“上拉电阻”上端为0V，光电耦合器件无电流，内部信号为“0”；未发信时，PLC内部DC24V与0V之间，通过光电耦合器件、限流电阻、“上拉电阻”经公共端COM构成电流回路，输入为“1”。

上拉电阻的阻值主要决定于PLC输入光电耦合器件的驱动电流、PLC内部输入电路的限流电阻阻值。通常情况下，其值为1.5～2kΩ，其计算公式与下拉电阻计算公式相同。

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对于光栅保护装置(工业环境传感器汇总之四、光电传感器)：一般常用PNP高电平有效状态，PLC输入端低电平挡电状态，退去光栅保护装置一直保护。

2、三菱PLC的NPN与PNP设置

下图为三菱PLC的S/S设置，分别可设置为为漏型或源型，图片来源于“FX3G系列-用户手册-定位控制篇”第58页。

图3.2.1 PLC漏型、源型输入接线

其内部电路的仿真原文件请移步：PLC输入电路Multisim仿真。

图3.2.2 PLC输入Multisim仿真

ACPL-214-500E(电子元件-光电耦合器)规格书截图：

图3.2.3 ACPL-214-500E

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