PLC输入口与输入控制器件的正确连接及连接电路的分析

        用PLC作系统（或设备）控制，都离不开用控制信号输入给PLC的输入端。控制输入信号一般可分为二种：一种为人工手动控制输入，如用转换开关、按钮等各种机械式触点开关与PLC输入端相连。另一种为程序自动控制输入，如用光电开关、编码器、接近开关等有源器件，由编码器、光电开关、接近开关等有源器件输出电平信号输入给PLC的输入端。不管用那种输入控制，输入控制元件与PLC输入端连线必须正确，PLC方可正常工作。下面我们分别谈谈上述二种控制器件与PLC输入口的连接。

     一、用转换开关、按钮、继电器触点等机械式触点开关与PLC输入口的连接

PLC类型不同，其输入侧公共地与PLC的24V连接不同，如西门子PLC：S7-200、S7-300等，其公共地接24V的负极（见图二），如欧姆龙PLC：CPM1A、CPM2A等，公共地接24V电源的正极（见图一）。PLC的每个输入口到公共地之间，为该输入的控制回路，可等效为一负载 Ro，见图一、图二粉色虚线部分。

其输入控制原则为：当输入口的开关断开，输入口与COM之间电压为0，其输入信号为0，当输入口的开关闭合，输入口与COM之间电压差为24V，其输入信号为1，了解这些我们就可很容易将用作控制的各开关与PLC的输入口进行正确连接。见下图：

1、 对公共地接正极的PLC（上左图），正确的连线是：各个开关的公共点接24V电源的负极，各开关的另一端分别接PLC的各输入口。当开关断开时，对应的输入回路断开无电流注入，即输入状态=0，当开关闭合时，24V电压加入该回路，产生注入电流，使其输入状态=1。

如将各个开关的公共点接PLC的公共点COM（即24V正极），当开关闭合时，开关并没有把24V加入输入回路，而是把输入回路短路，故这种连线是错误的。

2、 对公共地接负极的PLC（上右图），正确的连线是：各个开关的公共点接24V电源的正极，各开关的另一端分别接PLC的各输入口。当开关断开时，对应的输入回路断开无电流注入，即输入状态=0，当开关闭合时，24V电压加入该回路，产生注入电流，使其输入状态=1。

如将各个开关的公共点接PLC的公共点COM（即24V负极），当开关闭合时，开关并没有把24V加入输入回路，而是把输入回路短路，故这种连线是错误的。

     二、编码器、光电开关、接近开关等有源器件与PLC输入口的连接 

不同型号的编码器、光电开关、接近开关等有源器件其供电电压不一样，其输出方式也不一样，有的是NPN型晶体管输出，有的是PNP型晶体管输出。有的其输出晶体管的集电极有上拉电阻，其输出端可直接输出电压信号，有的其输出晶体管集电极无上拉电阻，使用时其输出端必须外接上拉电阻或有用负载，方可输出电压信号。

由于PLC的型号不同，其输入测的共地（COM），与24V电源的正负极连接不一样，而不同型号的有源开关，其输出信号的幅度、极性也不一样，与PLC输入口的连接要比机械式开关与PLC输入口的连接要复杂的多，下面将讲讲各种有源器件与PLC输入口的连接：

1、根据PLC的型号，选择正确的有源开关：比如PLC为西门子的S7-200，其输入侧的共地COM接24V的负极，选择的编码器、光电开关等有源器件应为24V供电无上拉电阻的PNP型晶体管输出式的最好。选用这种类型的器件，可以不用外接电源，用PLC的24V电源电压即可。其输出端直接与PLC输入口连接而不需外加任何元件。见下图三-1左侧图：

接线：将编码器的电源正极与PLC的24V的正极相连接，将编码器的电源负极（GND）与PLC的24V的负极相连接，编码器的G0集电极输出点接PLC输入口I 0.1即可。

当编码器电的G0导通时，相当开关闭合，故+24V电压直接加在PLC的输入口(I0.1)，使I0.1输入通道导通，I0.1=1。当编码器的G0截止时，相当开关断开，使I0.1输入通道断电，I0.1=0。

上图三-1右侧图为上图三-1左电路的等效图，从中可明显看出这种连接的正确性。

对于CPMIA等欧姆龙PLC，由于输入侧公共地接24V的正极，，选择的编码器、光电开关等有源器件应为24V供电无上拉电阻的NPN型晶体管输出式的最好。见图三-2：

动作说明：G1管截止，相当开关断开，输入口0000无输入电流产生，即：0000=0。G1导通，相当开关闭合，将24V负极加到输入口0000，产生输入电流，使0000=1。

2、如选用5V或12V供电的无上拉电阻的PNP型晶体管输出式的编码器、光电开关，也可以与S7-200输入口连接且不用外加元件，但必须外加5V或12V电源给编码器、光电开关等供电，且外加电源的正极应与PLC的24V正极相连，才可使用正常，见下图四-1：

当编码器的G0截止时，相当开关断开，输入口I0.1无注入电流流入，即I0.1=0。当编码器的G0导通时，相当开关闭合，将24V电源的正极加在输入口I0.1上，通过Rp流回24V的负极（即COM）即产生输入电流流入I0.1，使I0.1=1。可见此时产生的输入电流是由PLC的24V电源产生的，与编码器的供电电源无关。

如选用5V或12V供电的无上拉电阻的NPN型晶体管输出式的编码器、光电开关，也可以与欧姆龙型PLC的输入口连接且不用外加元件，但必须外加5V或12V电源给编码器、光电开关等供电，且外加电源的负极应与PLC的24V负极相连，才可使用正常，见下图四-2：

3、对无上拉电阻的编码器、光电开关等有源器件可用一光耦器件作电子开关，与PLC输入口的连接。见图七：

通过图七的4种连接图可知：用光耦器件作电子开关，对任何有源器件（不管电压高低、输出晶体管的类型）都可与各类型的PLC的输入口连接，而且有源器件的输出信号与PLC的输入信号相互间都是电隔离的。

4、如编码器、光电开关等有源器件内含有上拉电阻，如选用5V或12V晶体管输出器件，如不外加其它元件来进行电平转换是绝对不好用的。请见下图五 ：

当图五中的G0导通时，相当开关闭合，此时输入口I0.1的电位等于PLC的24V正极电位，也等于光电开关的5V电源的正极电位，此时G0 管中的电流等于流入Rp与流入Ro二路电流之和。当G0截止时，由于5V的正极与24V的正极相连，故5V的负极将通过上拉电阻Ro加在PLC输入口I0.1上，此时5V的负极对COM电压=24-5=19V，这19V电压加在Ro与Rp串连之路上，使I0.1产生输入电流。I0.1对COM电压=19×Rp÷（Ro+Rp）由此可知，当G0通断通断变化时，输入给I0.1的电压为24V～19V×Rp÷（Ro+Rp）之间变化，显然I0,1的输入信号变化的幅度小于24V的变化幅度，使I0.1无法准确的输入信号传给PLC。

如果编码器等器件是24V的，使用时可以省掉编码器的外接电源，直接将编码器的正负极电源连线接在PLC的24V的正负引线端（即共用PLC的24V电源）。

当编码器的G0导通时，相当开关闭合，PLC的24V正极加在I0.1上。 当G0截止时，24V电源的负极通过Ro加在I0.1上，此时I0.1对COM电压=0V，故当G0通断变化时，使I0.1的输入电压为24V～0V的幅度变化，即PLC可获得正常的输入信号。

但应注意的是，G0导通时，其承受负载变大（增加了流入PLC的输入电流），如G0的输出功率小，输出不了这么大的负载电流，会使输出给PLC的注入电流变小，使其在Rp上的电压变小（低于24V），I0,1的输入信号变化的幅度小，也会造成I0.1的输入状态不稳定。如用I0.1作计数脉冲输入，将会产生计数器计数不稳定现象（丢失脉冲）。

故对带有上拉电阻的器件，最好加一级晶体管电子开关，可确保PLC可靠工作。见下图

六：

             图六、加一级晶体管电子开关的PLC输入口连接电路图

图六的上4图为24V供电的有源器件与PLC的连线图，图六的下4图为5V供电的有源器件与PLC的连线图。其第一行左侧图，为24V供电、带有上拉电阻的PNP型晶体管输出式编码器与S7-200输入口的连接图，外加一PNP型个晶体管G3和一个10K电阻，编码器的电源正负极与PLC24V电源的正负极相连接，当G0导通时，其输出电位为24V，故使G3管截止，即I0.1=0，当G0截止时，24V的负极，将通过Ro与10K电阻，给G3管注入足够大的基极电流使G3管导通，将24V 电压输入给I0.1。通过以上分析得知：I0.1获得的输入信号与编码器输出的信号是反相的，故编程时特别是作为命令开关指令时，应注意信号的极性。

第一行的右侧图，为24V供电、带有上拉电阻的NPN型晶体管输出式编码器与S7-200输入口的连接图，也是外加一PNP型个晶体管G3和一个10K电阻，但该电路的I0.1获得的输入信号与编码器输出的信号是同相的：当G0截止时，其输出电位为24V，故使G3管截止，即I0.1=0，当G0导通时，其集电极输出为0V(24V电源的负极)，这0V将通过10K电阻，给G3管注入足够大的基极电流使G3管导通，即I0.1=1。

图六的第二行左侧图，为24V供电、带有上拉电阻的PNP型晶体管输出式编码器与CPM1A的输入口的连接图，外加一NPN型个晶体管G3和一个10K电阻，编码器的电源正负极与PLC24V电源的正负极相连接，当G0导通时，其输出电位为24V，通过10K电阻给G3基极注入足够大的基极电流，故使G3管导通，即输入点0000=1，当G0截止时，24V的负极，将通过Ro与10K电阻，加在G3管基极，使G3管截止，使输入点0000=0。通过以上分析得知：0000获得的输入信号与编码器输出的信号是同相的。

图六的第二行右侧图，为24V供电、带有上拉电阻的NPN型晶体管输出式编码器与CPM1A的输入口的连接图，也是外加一NPN型个晶体管G3和一个10K电阻，但该电路的0000获得的输入信号与编码器输出的信号是反相的：当G0截止时，其输出电位为24V，故使G3管导通，即0000=1，当G0导通时，其集电极输出为0V(24V电源的负极)，这0V将通过10K电阻，给G3管基极使G3管截止，即0000=0。，故编程时特别是作为命令开关指令时，应注意信号的极性。

图六的第三行左侧图为5V供电、带有上拉电阻的PNP型晶体管输出式编码器与S7-200输入口的连接图，它与第一行左侧图所用元件一样，动作原理一样。不同的就是外加的5V电源，其正极与PLC的24V的正极相连接，其负极独立（即不与PLC的 24V负极相连）。

图六的第三行右侧图为5V供电、带有上拉电阻的PNP型晶体管输出式编码器与S7-200输入口的连接图，它与第一行右侧图所用元件一样，动作原理一样。不同的就是外加的5V电源，其正极与PLC的24V的正极相连接，其负极独立（即不与PLC的 24V负极相连）。

图六的第四行左侧图为5V供电、带有上拉电阻的PNP型晶体管输出式编码器与CPM1A输入口的连接图，它与第二行左侧图所用元件一样，动作原理一样。不同的就是外加的5V电源，其负极与PLC的24V的负极相连接，其正极独立（即不与PLC的 24V正极相连）。

图六的第四行右侧图为5V供电、带有上拉电阻的NPN型晶体管输出式编码器与CPM1A输入口的连接图，它与第二行右侧图所用元件一样，动作原理一样。不同的就是外加的5V电源，其负极与PLC的24V的负极相连接，其正极独立（即不与PLC的 24V正极相连）。

综上所述的各种有源器件与PLC输入口的连接电路及电路分析，使我们基本上懂得如何正确的将有源器件与PLC相连接。在实际应用中，应遵守以下原则：

1、设计时应以图三-1与图三-2为最佳选择，即应首先根据选用的PLC的类型，再选最合适的有源器件：如选用的PLC，其输入侧的共地点接24V电源的负极（如西门子S7-200），则选用24V供电、无上拉电阻的PNP型晶体管输出的编码器、光电开关等有源器件为最好。如选用的PLC，其输入侧的共地点接24V电源的正极（如欧姆龙CPM1A），则选用24V供电、无上拉电阻的NPN型晶体管输出的编码器、光电开关等有源器件为最好。其原因：不需外加电源，直接将有源器件的正负电源引线连到PLC的24V的正负极，有源器件的输出引线接PLC的输入口即可。

2、如有源器件为内部带有上拉电阻，使用时最好加一级晶体管电子开关电路可确保输入信号稳定可靠。其接线方式为：如是24V供电的有源器件可参照图六提供的上4种接线电路对号连接。如不是24V供电的有源器件，应参照图六提供的下4种电路对号连接。

3、如设计要求编码器等有源器件的输出信号与PLC进行电隔离处理，可用光耦器件进行将编码器等有源器件的输出与PLC的输入端的连接，具体接法请参考图七-1与图七-2。

    本文到此结束，希望能对初学者有所帮助。如有不妥之处，请给于指正，本人深表感谢！