施耐德Unity的数字量输入模块原理

    数字量输入模块用于连接外部的机械触点和数字式电气信号处理器，它将来自于现场设备（如转换开关、限位开关、接近开关、温度传感器、电磁线圈、阀执行机构等）转换成一种可由CPU处理的电平信号。所有I/O模块均采用光电隔离方式连接到总线上，并均为可由软件配置。    PLC的输入电路按外接电源的类型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分为共阳极和共阴极输入电路；按接线方式分为汇点式、分组式和分隔式。    汇点式的各I/O电路有一个公共点，各输入点或输出点共用一个电源；分组式的I/O电路分为若干组，每个组的I/O电路有一个公共点，各组之间的电路是分开的，可以分别使用不同的电源；分隔式的各I／O电路之间都是相互隔离的，每一个I/O都可以使用单独的电源，如图2-19所示。
    图2-19    PLC输入电路的分类    因此，数字量输入模块分为2种基本的信号类型：直流信号输入和交流信号输入。    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）而引起PLC非正常工作甚至损坏元器件，一般在PLC的输入侧采用光耦来切断PLC内部线路和外部线路电气联系，保证PLC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。    直流输入模块内部电路图如图2-20所示。
    图2-20    直流输入模块内部电路    在图2-20中，当外部线路的开关闭合时，24V直流电源经过电阻R1、R2、电容C、稳压管D的分压、滤波、稳压后，形成稳定电压，将PLC内部光耦的发光二极管点亮，光敏三极管饱和导通，内部+5V电经过RC滤波，形成适合CPU输入的标准信号，该导通信号接到内部回路中锁存器的输入端，再传送给CPU，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。    模块内部回路中的锁存器将输入的信号暂存，信号何时送入CPU，以及如何送入CPU，均由PLC的CPU决定。CPU是通过地址信号和控制信号实现数据的读入。    输入信号进入模块后，一般都经过光电隔离和RC滤波，然后才送至输入缓冲器等待CPU采样。采样时，信号经过背板总线进入输入映像区。    直流输入电路的延迟时间较短，可以直接与电子输入装置连接。如果信号线不是很长，电磁干扰较小，应优先考虑用DC 24V的输入模块。    交流输入模块内部电路图如图2-21所示。
    图2-21    交流输入模块内部电路    因为PLC的CPU只能接收和处理标准的直流信号，所以，交流输入模块内部电路与直流输入模块内部电路的主要区别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AC230V。交流电经过电阻R的限流和电容C的隔离（除去电源中的直流成分），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。    由此可以看出，交流输入电路增加了限流、隔离和整流3个环节，因此，输入信号的延迟时间要比直流输入电路长，但其输入端是高电压，则输入信号的可靠性要比直流输入电路高。    一般地，交流输入方式应用于那些有油雾、粉尘等现场环境恶劣、响应要求不高的场合；而直流输入方式则应用于环境较好、电磁干扰不严重、响应要求高的场合。    交流输入电路按流入公共端电流的流向呵分为漏型输入电路和源型输入电路。    其中，漏型输入电路的电流从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。如果所有输入的二极管阳极相连，就构成了共阳极电路。    源型输入电路的电流流向正好和漏型电路相反，其电流是从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。    如果PLC的公共端既可以流出电流，又可以流入电流，即PLC公共端既可以外接电源的正极，又可以接负极。同时它具有源输入电路和漏输入电路的特点，这种输入电路称为混合型输入电路。    输入模块的主要技术指标如下：    ●输入电压，PLC外接电源的电压值；    ●输入点数，输入模块开关量输入的个数；    ●AC频率，输入电压的工作频率，一般为50～60Hz;    ●输入电流，开关闭合时，流入模块内的电流。一般为5～10mA;    ●输入阻抗，输入电路的等效阻抗；    ●ON电压，逻辑“l”的电压值，开关接通时为“1”；    ●OFF电压，指逻辑“0”的电压值，开关断开时为“0”；    ●OFF→ON的响应时间，开关由断一通时，导致内部逻辑电路由“0”→“1”的变化时间；    ●ON→OFF的响应时间，开关由通一断时，导致内都逻辑电路由“1”→“0”的变化时间；    ●内部功耗，整个模块所消耗的最大功率。    选择输入模块时通常注意以下几个方面：    ●电压的选择应考虑实际现场设备与模块之间的距离，一般5V、12V、24V属于低电压，其传输距离不宜过远，如5V模块最远一般不超过10m，距离较远的设备应考虑用高电压的模块。    ●同时接通的点数，高密度的输入模块（如32点模块）同时接通的点数与输入电压的高低及使用环境温度有关，同时接通的点数不宜过多，一般不要超过输入点数的60%。