NPN和PNP输出电路和PLC输入模块的连接

NPN和PNP输出电路和PLC输入模块的连接 PLC 数字量输入电路的形式 摘要:本文主要分析了数字量输入时PLC内部电路常见的几种形式～并结合传感器常见的NPN和PNP输出～ 给出了和不同的PLC电路形式连接时的接线方法。 Summary: This article has mainly analyzed several internal circuit forms of PLC digital input module, and unified common NPN and PNP outputs of sensors, has given wiring method to different plc中 input circuits of PLC. npn和 pnp的接 关键词:PLC 源输入 漏输入 NPN输出 PNP输出 线方法 Key Words: PLC Source-input Sink-input NPN-output PNP-output 1 引言 PLC 控制系统的中～虽然接线工作占的比重较小～大部分工作还是PLC 的编程设计工作～但它 是编程设计的基础～只要接线正确后～才能顺利地进行编程设计工作。而保证接线工作的正确性～就必须 对PLC 内部的输入输出电路有一个比较清楚的了解。 我们知道～PLC 数字输入模块为了防止外界线路产生的干扰,如尖峰电压～干扰噪声等,引起PLC 的非正常工作甚至是元器件的损坏～一般在PLC 的输入侧都采用光耦～来切断PLC 内部线路和外部线路电气上的联系～保证PLC 的正常工作。并且在输入线路中都设有RC 滤波电路～以防止由于输入点抖动或外部干扰脉冲引起的错误信号。 2 输入电路的形式 2.1 分类 PLC 的输入电路～按外接电源的类型分～可以分为直流输入电路和交流输入电路,按PLC 输入模块公共端,COM 端,电流的流向分～可分为源输入电路和漏输入电路,按光耦发光二极管公共端的连接方式可分为共阳极和共阴极输入电路。如下图1所示: 图1 PLC输入电路的分类 2.2 按外接电源的类型分类 2.2.1 直流输入电路 图2 为直流输入电路的一种形式,只画出一路输入电路,。当图1 中外部线路的开关闭合时～PLC 内 部光耦的发光二极管点亮～光敏三极管饱和导通～该导通信号再传送给处理器～从而CPU 认为该路有信号输入,外界开关断开时～光耦中的发光二极管熄灭～光敏三极管截止～CPU 认为该路没有信号。 图2 直流输入电路 2.2.2 交流输入电路 交流输入电路如图3 所示～可以看出～与直流输入电路的区别主 要就是增加了一个整流的环节。 交流输入的输入电压一般为AC120V 或230V。交流电经过电阻R的限流和电容C的隔离(去除电源中的直流成分)～再经过桥式整流为直流电～其后工作原理和直流输入电路一样～不再缀述。 图3 交流输入电路 从以上可以看出～由于交流输入电路中增加了限流、隔离和整流三个环节～因此～输入信号的延迟时间要比直流输入电路的要长～这是其不足之处。但由于其输入端是高电压～因此输入信号的可靠性要比直流输入电路要高。一般～交流输入方式用于有油雾、粉尘等恶劣环境中～对响应性要求不高的场合～而直流输入方式用于环境较好～电磁干扰不严惩～对响应性要求高的场合。 2.3 按流入公共端电流的流向分类 2.3.1 漏型输入电路 漏型输入电路如图4所示～此时～电流从PLC 公共端,COM端或M端,流进～而从输入端流出～即PLC 公共端接外接DC电源的正极。 图4 漏型输入电路 此图只是画出了一路的情形～如果输入有多路～所有输入的二极管阳极相连～就构成了共阳极电路。 如图5所示。 图5 共阳极电路 三菱A系列PLC的AX40/41/42/50/60及Q系列的QX40/41/42等输入模块均属于漏型输入模块。 2.3.2 源型输入电路 图3所示的电路也是源型输入电路的形式～此时～电流的流向正好和漏型的电路相反。源型输入电路 的电流是从PLC的输入端流进～而从公共端流出～即公共端接外接电源的负极。 如果所有输入回路的二极管的阴极相连～就构成了共阴极电路～如图6所示: 图6 共阴极电路 三菱A系列PLC的AX80/81/82及Q系列的QX80/81的输入模块均属于此类输入电路。 2.3.2 混合型输入电路 因为此类型的PLC 公共端既可以流出电流～也可以流出电流,既PLC公共端既可以接外接电源的正极～也可以接负极,～同时具有源输入电路和漏输入电路的特点～所以我们可以姑且把这种输入电路称为混合型输入电路。其电路形式如图7所示。 图7 混合型电路 作为源输入时～公共端接电源的负极,作为漏输入时～公共端接 电源的正极。这样～可以根据现场的需要来接线～给接线工作带来极大的灵活。 三菱A系列PLC的AX50-S1/60-S1/70/71/81-S1及Q系列的QX70/71/72。 这里需要说明的是～三菱和SIEMENS关于“源输入”和“漏输入”电路的划分正好相反～以上是按三菱的划分方法来介绍的～这点在使用过程中要注意。 SIEMENS S7-300/400系列PLC的直流输入模块大多为漏型输入,公共端接外部电源的负极。注:按SIEMENS的划分方法,。在S7-300系列PLC中～只有SM321,-IBH50-,输入模块为源输入,公共端接正。注:按SIEMENS的划分方法,～S7-400系列PLC中则没有源输入模块。小型PLC S7-200的输入模块则全部为混合型输入形式。在大的项目中不建议使用～因此种输入形式虽然接线方便～但容易造成电源的混乱。 3 外接开关量信号和PLC输入电路的连接 PLC外接的输入信号～除了像按钮一些干节点信号外～现在一些传感器还提供NPN和PNP集电极开路输出信号。干节点和PLC输入模块的连接比较简单～这里主要不再缀述。而对于不同的PLC输入电路～到底是使用NPN输入还是PNP输入有时感到无所适从。下面主要介绍一下这两种输入和PLC输入电路的连接。 3.1 NPN和PNP输出电路的形式 如图8和图9所示～分别是NPN和PNP输出电路的一种形式。 图8 NPN集电极开路输出 图9 PNP集电极开路输出 从图8和图9可以看出～NPN集电极开路输出电路的输出OUT端通过开关管和0V连接～当传感器动作时～开关管饱和导通～OUT端和0V相通～输出0V低电平信号,PNP集电极开路输出电路的输出OUT端通过开关管和+V连接～当传感器动作时～开关管饱和导通～OUT端和+V相通～输出+V高电平信号。 3.2 NPN和PNP输出电路和PLC输入模块的连接 3.2.1 NPN集电极开路输出 由以上分析可知～NPN集电极开路输出为0V～当输出OUT端和PLC输入相连时～电流从PLC的输入端流出～从PLC的公共端流入～此即为PLC的漏型电路的形式～即:NPN集电极开路输出只能接漏型或混合 式输入电路形式的PLC～连接图如图10所示: 图10 NPN集电极开路输出和PLC的连接 3.2.2 PNP集电极开路输出 PNP集电极开路输出为+V高电平～当输出OUT端和PLC输入相连时～电流从PLC的输入端流入～从PLC的公共端流出～此即为PLC的源型电路的形式～即:PNP集电极开路输出只能接源型或混合型输入电路形式的PLC～连接图如图11所示: 图11 PNP集电极开路输出和PLC的连接 4 结束语 正是由于PLC输入模块电路形式和外接传感器输出信号的多样性～我们在PLC输入模块接线前要充分了解PLC输入电路的类型和传感器输出信号的形式～只有这样～才能确保PLC输入模块接线正确无误～为后续的PLC编程和调试工作打下一个良好的基础。 参考文献: 《S7-300/400 PLC技术》 廖常初 机械工业出版社 2005年第 plc源型楼型输出的区别 源型(source)，电流是从端子流出来的，具PNP晶体管输出特性;漏型(sink)，电流是从端子流进去的，具NPN晶体管输出特性。 所谓“漏型输入”，是一种由plc内部提供输入信号源，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。又称为“汇点输入”。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 所谓“源型输入”，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plc的输入连接形式。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。 s7-200plc既可接漏型，也可接源型，而300plc一般是源型，欧美一般是源型，输入一般用pnp的开关，高电平输入。而日韩 好用漏型 ，一般使用npn型的开关也就是低电平输入。 源型输出是指输出的是直流正极，漏型输出是指输出的是直流负极。 所以西门子PLC输出，既有源型又有漏型输出，但一般是源型。 三菱PLC，输入既有源型又有漏型，但多为漏型。漏型输入对应接的接近开关是NPN型。 在AB系统中，有“灌入”( Sinking漏型)和“拉出”(Sourcing源型)的提法，应该是指 “Sinking” 和 “Sourcing“ 吧，在其他系统中，经常是译作“漏型”和“源型”。 是指电流方向是通过端子流入模块内的(Sinking灌入),还是电流通过端子从模块内流出的。当然，这两类模块的电源接法是不同的。 拉出电流电路是电流流向现场设备;而灌入电流电路则是从现场设备流向电源。与电源负极连接的现场设备为灌入电流设备;而与电源正极连接的现场设备为拉出电流设备。欧美地区主要用拉出型的，亚洲好象是灌入型的。 即源型:模块的公共端接高电压;漏型:公共端接低电压。 PLC输入输出源型漏型电路结构和原理分析【原创】 2010-09-03 16:20 我们先来说说集电极开路输出的结构。集电极开路输出的结构如图1所示，右边的那个三极管集电极什么都不接，所以叫做集电极开路(左边的三极管为反相之用，使输入为“0”时，输出也为“0”)。对于图1，当左端的输入为“0”时，前面的三极管截止(即集电极c跟发射极e之间相当于断开)，所以5v电源通过1k电阻加到右边的三极管上，右边的三极管导通(即相当于一个开关闭合);当左端的输入为“1”时，前面的三极管导通，而后面的三极管截止(相当于开 关断开)。 我们将图1简化成图2的样子。图2中的开关受软件控制，“1”时断开，“0”时闭合。很明显可以看出，当开关闭合时，输出直接接地，所以输出电平为0。而当开关断开时，则输出端悬空了，即高阻态。这时电平状态未知，如果后面一个电阻负载(即使很轻的负载)到地，那么输出端的电平就被这个负载拉到低电平了，所以这个电路是不能输出高电平的。 再看图三。图三中那个1k的电阻即是上拉电阻。如果开关闭合，则有电流从1k电阻及开关上流过，但由于开关闭和时电阻为0(方便我们的讨论，实际情况中开关电阻不为0，另外对于三极管还存在饱和压降)，所以在开关上的电压为0，即输*r/(r，另外还需要考虑到，当输出低电平时，负载可能还会给提供一部分电流从开关流过，因此要综合这些电流考虑来选择合适的上拉电阻。 如果我们将一个读数据用的输入端接在输出端，这样就是一个io口了(51的io口就是这样的结构，其中p0口内部不带上拉，而其它三个口带内部上拉)，当我们要使用输入功能时，只要将输出口设置为1即可，这样就相当于那个开关断开，而对于p0口来说，就是高阻态了。 对于漏极开路(od)输出，跟集电极开路输出是十分类似的。将上面的三极管换成场效应管即可。这样集电极就变成了漏极，oc就变成了od，原理分析是一样的。 另一种输出结构是推挽输出。推挽输出的结构就是把上面的上拉电阻也换成一个开关，当要输出高电平时，上面的开关通，下面的开关断;而要输出低电平时，则刚好相反。比起oc或者od来说，这样的推挽结构高、低电平驱动能力都很强。如果两个输出不同电平的输出口接在一起的话，就会产生很大的电流，有可能将输出口烧坏。而上面说的oc或od输出则不会有这样的情况，因为上拉电阻提供的电流比较小。如果是推挽输出的要设置为高阻态时，则两个开关必须同时断开(或者在输出口上使用一个传输门)，这样可作为输入状态，avr单片机的一些io口就是这种结构。 在数字电路中不用的输入脚都要接固定电平，通过1k电阻接高电平或接地。 1. 电阻作用: l 接电组就是为了防止输入端悬空 l 减弱外部电流对芯片产生的干扰 l 保护cmos内的保护二极管,一般电流不大于10ma l 上拉和下拉、限流 l 1. 改变电平的电位，常用在ttl-cmos匹配 2. 在引脚悬空时有确定的状态 3.增加高电平输出时的驱动能力。 4、为oc门提供电流 l 那要看输出口驱动的是什么器件，如果该器件需要高电压的话，而输出口的输出电压又不够，就需要加上拉电阻。 l 如果有上拉电阻那它的端口在默认值为高电平你要控制它必须用低电平才能控制如三态门电路三极管的集电极，或二极管正极去控制把上拉电阻的电流拉下来成为低电平。反之， l 尤其用在接口电路中,为了得到确定的电平,一般采用这种方法,以保证正确的电路状态,以免发生意外,比如,在电机控制中,逆变桥上下桥臂不能直通,如果它们都用同一个单片机来驱动,必须设置初始状态.防止直通! 2、定义: l 上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平～电阻同时起限流作用～下拉同理～ l 上拉是对器件注入电流，下拉是输出电流 l 弱强只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分 l 对于非集电极(或漏极)开路输出型电路(如普通门电路)提升电流和电压的能力是有限的，上拉电阻的功能主要是为集电极开路输出型电路输出电流通道。 3、为什么要使用拉电阻: l 一般作单键触发使用时，如果ic本身没有内接电阻，为了使单键维持在不被触发的状态或是触发后回到原状态，必须在ic外部另接一电阻。 l 数字电路有三种状态:高电平、低电平、和高阻状态，有些应用场合不希望出现高阻状态，可以通过上拉电阻或下拉电阻的方式使处于稳定状态，具体视设计要求而定～ l 一般说的是i/o端口，有的可以设置，有的不可以设置，有的是内置，有的是需要外接，i/o端口的输出类似与一个三极管的c，当c接通过一个电阻和电源连接在一起的时候，该电阻成为上c拉电阻，也就是说，如果该端口正常时为高电平，c通过一个电阻和地连接在一起的时候，该电阻称为下拉电阻，使该端口平时为低电平，作用吗: 比如:当一个接有上拉电阻的端口设为输如状态时，他的常态就为高电平，用于检测低电平的输入。 l 上拉电阻是用来解决总线驱动能力不足时提供电流的。一般说法是拉电流，下拉电阻是用来吸收电流的，也就是你同学说的灌电流 线驱动(差动输出) 线驱动器是一个源电流输出器件。在导通状态时，线驱动器输出为电源(vcc);在关断状态时，输出悬空。因此，线驱动器需要一个灌电流输入接口。下面格中给出了一个简单的线驱动器的原理图。差动输出(欧姆龙称为线性驱动输出)线性驱动输出就是根据rs-422a的数据输送回路。可通过双股搅合线电缆进行长距离输送 集电极开路 集电极开路电路是灌电流输出器件。在关断状态时，集电极开路输出连到地;在导通状态时，集电极开路输出悬空。因此，集电极开路输出需要一个源电流输入接口。下面表格中给出了一个简单的集电极开路输出电路的原理图。 推挽式 推挽式输出结合了线驱动与集电极开路输出，在关断状态时，推挽式输出接地;在导通状态时，推挽式输出连到电源(vcc)。推挽输出(欧姆龙称为互补输出)输出回路有2种，即npn与pnp2种晶体管输出。根据输出信号h或l，2种晶体管输出互相交叉进行on或off动作，使用时，正电源，0v分别为吸合，拉下互补输出是输出电流流出或流入2种动作，特征是信号的上升、下降速度快，可进行导线的长距离延长。可与开路集电极输入机器(npn/pnp)连接，另外还可以连接到电压输入机器上。但是为了能更好的发挥未来的性能，一般推荐在电压输入机器上使用电压输入的编码器。 1、 所谓“ 漏型输入”，是一种由plc内部提供输入信号源，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。又称为“汇点输入”。 、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 [COLOR=#000000]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，无法提供电耦合器件所需要的驱动电流，因此需要增加“下拉电阻”。如图。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1.5—2kω，如下: 第一种公式: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) 公式中取发光二极管的导通电压为0.7v。 第二种公式:下拉电阻?[输入限流电阻/(最小on电压/24v)]-输入限流电阻[/COLOR] 1、 所谓“源型输入”，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plc的输入连接形式。 1、 所谓“源型输入”，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plc的输入连接形式。 所谓“源型输入”，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plc的输入连接形式。 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。 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”。如图。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，“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