图一、扩展6个输入口的梯形图
要实现这种扩展输入口的外围硬件电路有二个设计方案,见图二与图三:
图二、用双触点的按钮或继电器组成的10路输入控制电路
图二中的K1~K10,这10个输入信号,前4个(即K1~K4)信号可用1个触点的按钮或继电器,而后6个输入信号必须是含有二个触点的按钮或小型直流继电器。按钮或继电器的触点按图相互连接,最后以4条线去连接PLC的I0.0~I0.3的4个输入口。-
图四、扩展输出口硬件电路图
4514集成块的4个输入点(D1~D4)与PLC4个输出口(Q0.0~Q0.3)分别相连,用Q0.0~Q0.3这4个输出点的不同输出组合,通过4514 的输出,可实现16种输出状态(即S0~S15),去掉其0000输出状态(即S0输出点:当Q0.0~Q0.3输出皆为0时,S0的输出=1),可输出15个输出点,从中扩增11个输出点。
图中Q0.0~Q0.3的公共电源 1L 外接15V稳压源的正极,其负极接PLC的M 端,这样Q0.0~Q0.3输出为“1”时,其输出电位=+15V,4514集成块也接15V电源,4514的输出最高电位也=15V。本图输出只画一路(即S1支路)其它14路电路与S1支路相同(未画)。以本图为例:当Q0.0~Q0.3输出端输出状态为 0001 时,4514的输出点只有 S1输出为 1 (即+15V,使晶体管G1导通,继电器J1吸合。
提出三个问题,望大家讨论:
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现分析“一、 增加输入点的设计构思”中的1、2二个问题:
1、这二个电路其功能是一样的,从表面上看图二比图三线路简单,但从可靠性来看图三优于图二,为什么呢?请大家分析讨论!
图二是用双触点的按钮或继电器构成10路输入信号输入给PLC(S7-200),图三使用双4与非门及8个晶体管等器件组成的10路输入信号输入给PLC(S7-200),图一是配合图二或图三编写的PLC梯形图。从表面上看这种用硬软件相配合的设计方案可以实现扩展PLC的输入口,但深入分析研究,就会发现图二存在着如下弱点:
该电路选用双触点的按钮或继电器,是靠机械触点动作的,长时间频繁动作,触点易损坏,会使触点接触不良,如动作时有一个触点接触不好或有一条触点的连线断路,都将发生输入指令错误。例如:按下K5按钮,正确的输入应使I0.0与I0.1输入为1(高电位),I0.2与I0.3输入为0。如果K5的触点有一个接触不好或其触点连线断开,就会使I0.0或I0.1的输入有一个为0,其结果使PLC不能按K5指令执行正确的动作,而是错误的执行K1或K2的输入命令,这种输入指令的错误在自动控制中会产生事故的。
图三是使用双4与非门及8个晶体管等器件组成的10路输入信号输入给PLC(S7-200),每一路的按钮或继电器只需一个触点,一条线连接对应输入点。万一触点接触不好或连线断开,只相当该输入命令未输入给PLC ,PLC不动作,即不会产生错误动作(这和正常使用触点控制PLC输入口是一样的)。集成电路的使用寿命、可靠性及速度都远优于机械触点,所以说图三要优于图二。
2、请分析图三电路的工作原理,并说明每路的最后输出的晶体管(即G5~G8) 选用PNP型晶体管而不选用NPN型晶体管?清讲解其道理。
图中4个4输入与非门的输入端的相互连接与图一的逻辑是一样的,4个与非门的输出端本应分别去接PLC的4个输入口,但与非们的工作电压=12V,PLC输入口输入的高电压应为24V。考虑电平转换及正负逻辑的转换,每个与非门的输出脚都接有二个晶体管,前级用NPN型晶体管后级为PNP型晶体管,由4只PNP型晶体管的集电极接PLC的4个输入口(I0.0~I0.3)。下面分析其动作原理:
4个与非门的各个输入端都接有上拉电阻,当10路输入信号无输入时(即各触点断开),各与非门输入皆为1,故其输出皆为0,以U1A为例作说明:U1A的4个输入端皆为1,其输出端U1A的 1脚电压=0,该1脚通过R1连接G1晶体管的基极,由于输入为0使GI管截止,G1的集电极电压=24V,这24V通过10K电阻加在G5(PNP型)的基极,由于G5的基极与发射极等电位而截止,G5就象断开的开关使I0.0无电流注入,即I0.0=0,
如按下K1,会使U1A的输入端(2脚)=0,与非门U1A的输入有一个为0 ,其输出1脚电压=12V,该电压通过R1给G1注入基极电流,使G1管导通,G1的集电极电压=0,这0V通过10K电阻加在G5(PNP型)的基极,产生足够大的注入电流流入G5的基极使G5导通,G5的导通就象开关闭合将24V电压直接加在I0.0的输入口。使I0.0=1。
如按下K5,会使U1A的输入端(3脚)=0,使U1B的输入端(10脚)=0,与非门U1A与U1B的输入有一个为0 ,其U1A输出脚1与U1B输出脚电压都=12V,该电压通过R1给G1注入基极电流,使G1管导通,G1的集电极电压=0,这0V通过10K电阻加在G5(PNP型)的基极,产生足够大的注入电流流入G5的基极使G5导通,G5的导通就象开关闭合将24V电压直接加在I0.0的输入口。使I0.0=1。同理该电压通过R2给G2注入基极电流,使G2管导通,G2的集电极电压=0,这0V通过10K电阻加在G6(PNP型)的基极,产生足够大的注入电流流入G6的基极使G6导通,G6的导通就象开关闭合将24V电压直接加在I0.1的输入口。
对“二、对图二与图三电路的深入分析与探讨,发现其存在着致命的弱点”的解决方案: 见图五与图六
图五为改进后的10路输入4线输出的扩展输入点的控制电路图 ,图六为与图五硬件电路相配合的PLC梯形图
与非门是 数字逻辑电路 , 怎么能和 三极管连接在一起那?
一个表达的是逻辑, 一个表达的是 实际电路。
内容的回复:1 0楼说的不错,这句话“与非门是数字逻辑电路,这个没错。但是在没有IC之前这些,所谓的数字逻辑电路不都是用晶体管、电阻来实现的吗?”讲的很到位!
再补充一点说明:集成电路,如是TTL型。其供电电压为5V,如是COS集成块,其电源电压最高位18V,本文电路选用的是COS电路(电压选用12V)。而PLC输入电压要求为24V,故用晶体管做电位转换。另外,COS电路功耗小,其输入电流小,用晶体管不仅起电位转换作用(图中的NPN管),且用它做开关(PNP管)将24V电压直接加在PLC的输入端,确保足够的注入电流,使PLC可靠工作。