6ES7221-1BF32-0XB0西門子模塊

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SIMATIC S7-1200，數(shù)字輸入 SM 1221，8 DI，24V DC， 灌電流/拉電流

在PLC控制系統(tǒng)中，絕大多數(shù)輸入/輸出都屬于開關(guān)量信號的范疇，PLC這些開關(guān)量信號的連接可以選擇多種方式，它取決于I/O模塊的具體型號。在確定系統(tǒng)I/O模塊時，不僅要考慮到I/O點的數(shù)量必須能夠滿足系統(tǒng)的要求，需要確定I/O模塊的具體連接方式。

??如何根據(jù)控制對象的基本要求與外部元件的性質(zhì)，正確選擇I/O模塊、規(guī)劃I/O連接線路，是降低設(shè)計/制造成本，提高控制系統(tǒng)可靠性的重要內(nèi)容之一。

??下面將介紹PLC中常用的I/O連接方式、接口電路原則與I/O接口線路的設(shè)計要點。

??(1)開關(guān)量輸入連接

??在PLC控制系統(tǒng)中，絕大多數(shù)輸入都屬于開關(guān)量輸入信號的范疇，如各種按鈕、行程開關(guān)、繼電器/接觸器接點、傳感器的檢測輸入等。這些輸入信號一般都可以直接與PLC的輸入接口進(jìn)行連接，經(jīng)過PLC內(nèi)部輸入接口電路的信號轉(zhuǎn)換變成PLC的輸入信號。PLC的輸入連接通常采用接線端子的形式與外部開關(guān)、傳感器進(jìn)行連接。

??為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力與工作可靠性，PLC輸入接口電路中通常都采用光電隔離的措施，對1次電路與2次電路進(jìn)行電"絕緣"，在2次電路或1次電路中，還設(shè)計有RC濾波電路以消除干擾。PLC對輸入信號的響應(yīng)一般有10ms左右的延時。

??PLC的輸入靈敏度與接口電路的設(shè)計與輸入限流電阻的選擇有關(guān)，一般來說，光電耦合器件的1次側(cè)驅(qū)動電流在4.5ms以上。為了保證輸入的可靠，當(dāng)PLC的輸入線路中串聯(lián)(或并聯(lián))有二極管、電阻時，需要保證信號ON時的電流在5～7mA：信號OFF時，輸入漏電流在1.5mA以下。

??PLC輸入電路的形式多種多樣，各PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品、同一生產(chǎn)廠家的不同型號PLC甚至是同型號PLC的不同模塊，在內(nèi)部具體電路的設(shè)計上可能都不盡相同，但基本工作原理與要求相同。

??從信號電壓類型上分，開關(guān)量輸入主要有直流輸入與交流輸入兩種形式，并以直流輸入為常用。從輸入信號的連接形式與信號電源提供方式上分，開管量輸入可以分為"匯點輸入"(亦稱"漏形輸入"或"負(fù)端共用輸入")、"源輸入"(也稱"源形輸入"或"正端共用輸入")以及"匯點/源通用輸入"3種類型。

??由于各PLC生產(chǎn)國家的標(biāo)準(zhǔn)與習(xí)慣的不同，一般來說，日本生產(chǎn)的PLC多用"匯點輸入"的形式;而歐洲各國生產(chǎn)的PLC習(xí)慣上采用“源輸入”的形式;SIEMENS S7系列PLC的部分輸入模塊則為匯點/源輸入通用模塊;3種形式對外部電路的設(shè)計要求不同，具體如下。

??① 直流匯點輸入 所謂“匯點輸入”，是一種由PLC內(nèi)部提供輸入信號電源、全部輸入信號的一端匯總到輸入的公共連接端(COM)的輸入形式(見圖5-31)。匯點輸入的優(yōu)點是不需要外部提供輸入信號的電源，輸入電源由PLC內(nèi)部向外部"泄漏"，被稱為"漏形輸入"。"匯點輸入"常見于日本的PLC，其實際接口電路從略。

??②直流源輸入 所謂“源輸入”，是一種由外部提供輸入信號電源(或使用PLC內(nèi)部提供給輸入回路的電源)，全部輸入信號為“有源”信號，并獨立輸入PLC的輸入連接形式(見圖5-32)。

??源輸入的PLC內(nèi)部接口電路原理簡圖如圖5-33所示。實際PLC接口電路，根據(jù)PLC生產(chǎn)廠家、輸入模塊型號的不同有所區(qū)別，一般還有輸入指示用LED(發(fā)光二極管)、輸入信號濾波、輸入穩(wěn)壓等輔助電路(圖中未畫出)部分，電路設(shè)計也各不相同，詳情應(yīng)參見所使用的PLC的硬件說明書。

??由圖5-33可見，當(dāng)輸入接點K2閉合時，外部DC24V與0V間，通過光電耦合器件、限流電阻、輸入觸點經(jīng)公共端COM構(gòu)成電流回路，光電耦合器件的輸出為"1"，PLC內(nèi)部獲得“1”信號輸入。

??由圖5-32、圖5-33可見，無論是使用外部電源還是使用內(nèi)部電源，這種輸入方式的共同優(yōu)點是：當(dāng)輸入連接線與外部地(如設(shè)備外殼)短路或斷路時，不可能有"1"信號的錯誤輸入，防止了設(shè)備誤動作的可能性，由于輸入回路使用的是外部電源，輸入故障對PLC的傷害較小。其缺點是輸入信號需要外部電源(PLC用于輸入的DC24V的容量通常較小，只能適用于I/O點較少的系統(tǒng))，在一定程度上增加了生產(chǎn)成本。

??源輸入常見于歐洲各國的PLC，其實際接口電路也從略

??③匯點/源通用輸入 “匯點/源通用輸入”是一種可以根據(jù)外部要求連接“有源”輸入信號或"匯點"輸入信號的連接方式。SIEMENS S7系列采用的就是本方式。

??“匯點/源通用輸入”一般在PLC內(nèi)部需要采用雙向光電耦合器件，以適應(yīng)不同的連接要求。在SIEMENS S7中(以S7-200為例)，其PLC輸入連接方法與PLC內(nèi)部接口電路原理簡圖如圖5-34所示。

??注意：由于匯點/源通用輸入常用于SIEMENS或歐洲生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品中，在這些產(chǎn)品中其輸入地址一般以Ⅰ*.*表示，如輸入地址10.0相當(dāng)于日本產(chǎn)品的地址X00;Q1.7相當(dāng)于日本產(chǎn)品的Y17地址等。

??“匯點/源通用輸入”的工作原理與匯點輸入、源輸入相似，采用了雙向光耦器件，以適應(yīng)不同連接方式時電流方向改變的需要。對于直流輸入，在固定的連接方式下，光耦的兩只發(fā)光二極管始終只有一個起作用。

??通用輸入線路的輸入限流電阻較大。在光耦旁還并聯(lián)了一個470Ω的保護(hù)電阻，以防止光耦兩端的電壓過高或電流過大。

??同樣，實際PLC接口電路根據(jù)PLC生產(chǎn)廠家、輸入模塊型號的不同有所區(qū)別，一般還有輸入指示用LED(發(fā)光二極管)、輸入信號濾波、輸入穩(wěn)壓等輔助電路(圖中未畫出)部分，電路設(shè)計也各不相同，詳情應(yīng)參見所使用的PLC的硬件說明書。

??④帶有整流電路的交流輸入 帶有整流電路的交流輸入為PLC交流輸入的一般形式。當(dāng)PLC的輸入信號為交流時，一般均采用“源輸入”的形式。從原理上說，帶有整流電路的交流輸入與直流"源輸入"的區(qū)別，僅僅是在輸入接口電路上增加了整流電路而已。

??交流"源輸入"的PLC內(nèi)部接口電路原理簡圖如圖5-35所示。同樣，在實際接口電路中，根據(jù)PLC輸入模塊的不同，一般還有輸入指示用LED(發(fā)光二極管)、輸入信號濾波、輸入穩(wěn)壓等輔助電路(圖中未畫出)。

??在PLC采用交流輸入的場合，有時會由于輸入元件帶有RC回路或指示燈等原因，使得輸入漏電流過大，導(dǎo)致在無輸入信號時，PLC的輸入仍然無法正常關(guān)斷的現(xiàn)象。對于此類情況，應(yīng)通過在PLC的輸入端并聯(lián)RC回路的方法，減小PLC輸入端的泄漏電流，使其在關(guān)斷電流以下(見圖5-36)。

??圖5-36中的并聯(lián)RC支路的參數(shù)，取決于實際泄漏電流的情況，常用的推薦值為：

??C=0.1～0.47μF;

??R=47～120Ω(0.5W)。

??⑤采用雙向光耦的交流輸入 在SIEMENS S7中(以S7-200為例)，交流輸入常采用雙向光耦的輸入形式，其PLC輸入連接方法與PLC內(nèi)部接口電路原理簡圖參見圖5-37。

??采用雙向光耦的交流輸入形式中，光電耦合二極管起到了“整流”的作用，兩只發(fā)光二極管交替發(fā)光，工作。

??輸入端的R1、C1起限流作用，R2起到了電壓限制與分流的作用。R1、Cl、R2 的值與交流輸入電壓的大小有關(guān)，在不同規(guī)格的輸入模塊中有所區(qū)別。

??同樣，在實際接口電路中，根據(jù)PLC輸入模塊的不同，一般還有輸入指示用LED(發(fā)光二極管)、輸入信號濾波、輸入穩(wěn)壓等輔助電路(圖中未畫出)。