傳感器與PLC如何接線？這是一個(gè)值得深入探討的問(wèn)題。這篇文章從基礎(chǔ)概念到不同類型的分析，深入淺出地詳細(xì)講解這個(gè)問(wèn)題。

01 概述

PLC的數(shù)字量輸入接口并不復(fù)雜，我們都知道 PLC 為了提高抗干擾能力，輸入接口都采用光電耦合器來(lái)隔離輸入信號(hào)與內(nèi)部處理電路的傳輸。因此，輸入端的信號(hào)只是驅(qū)動(dòng)光電耦合器的內(nèi)部 LED 導(dǎo)通，被光電耦合器的光電管接收，即可使外部輸入信號(hào)可靠傳輸。

目前 PLC 數(shù)字量輸入端口一般分單端共點(diǎn)與雙端輸入，各廠商的單端共點(diǎn)（Com）的接口 有光電耦合器正極共點(diǎn)與負(fù)極共點(diǎn)之分，日系 PLC 通常采用正極共點(diǎn)，歐系 PLC 習(xí)慣采用負(fù)極共點(diǎn)；日系 PLC 供應(yīng)歐洲市場(chǎng)也按歐洲習(xí)慣采用負(fù)極共點(diǎn)；為了能靈活使用又發(fā)展了單端共點(diǎn)（S/S）可選型，根據(jù)需要單端共點(diǎn)可以接負(fù)極也可以接正極。由于這些區(qū)別，用戶在選配外部傳感器時(shí)接法上需要一定的區(qū)分與了解才能正確使用傳感器與 PLC 為后期的編程工作和系統(tǒng)穩(wěn)定奠定基礎(chǔ)。

02 輸入電路的形式

1、輸入類型的分類

PLC 的數(shù)字量輸入端子，按電源分直流與交流，按輸入接口分類由單端共點(diǎn)輸入與雙端輸入，單端共點(diǎn)接電源正極為 SINK（sink  Current 拉電流），單端共點(diǎn)接電源負(fù)極為 SRCE（source  Current 灌電流）。

2、術(shù)語(yǔ)的解釋

SINK 漏型 SOURCE 源型

SINK 漏型為電流從輸入端流出，那么輸入端與電源負(fù)極相連即可，說(shuō)明接口內(nèi)部的光電耦合器為單端共點(diǎn)為電源正極，可接 NPN 型傳感器。

SOURCE 源型為電流從輸入端流進(jìn)，那么輸入端與電源正極相連即可，說(shuō)明接口內(nèi)部的光電耦合器為單端共點(diǎn)為電源負(fù)極，可接 PNP 型傳感器。國(guó)內(nèi)對(duì)這兩種方式的說(shuō)法有各種表達(dá)：

2.1 根據(jù) TI 的定義，sink  Current 為拉電流，source Current 為灌電流

2.2 由按接口的單端共點(diǎn)的極性，共正極與共負(fù)極。這樣的表述比較容易分清楚。

2.3 SINK 為 NPN 接法，SOURCE 為 PNP 接法（按傳感器的輸出形式的表述）。

2.4 SINK 為負(fù)邏輯接法，SOURCE 為正邏輯接法（按傳感器的輸出形式的表述）。

2.5  SINK 為傳感器的低電平有效，SOURCE 為傳感器的高電平有效（按傳感器的輸出狀態(tài)的表述）。

這種表述的筆者接觸的最多，也是最容易引起混淆的說(shuō)法。接近開(kāi)關(guān)與光電開(kāi)關(guān)三、四線輸出分 NPN 與 PNP 輸出，對(duì)于無(wú)檢測(cè)信號(hào)時(shí) NPN 的接近開(kāi) 關(guān)與光電開(kāi)關(guān)輸出為高電平（對(duì)內(nèi)部有上拉電阻而言），當(dāng)有檢測(cè)信號(hào)，內(nèi)部 NPN 管導(dǎo)通， 開(kāi)關(guān)輸出為低電平。

對(duì)于無(wú)檢測(cè)信號(hào)時(shí) PNP 的接近開(kāi)關(guān)與光電開(kāi)關(guān)輸出為低電平（對(duì)內(nèi)部有下拉電阻而言），當(dāng)有檢測(cè)信號(hào)，內(nèi)部 PNP 管導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)輸出為高電平。

以上的情況只是針對(duì)，傳感器是屬于常開(kāi)的狀態(tài)下。目前可廠商生產(chǎn)的傳感器有常開(kāi)與常閉之分；常閉型 NPN 輸出為低電平，常閉型 PNP 輸出為高電平。因此用戶在選型上與供應(yīng)商配合上經(jīng)常產(chǎn)生偏差。

另一種情況，用戶也遇到 SINK 接 PNP 型傳感器，SOURCE 接 NPN 型傳感器，也能驅(qū)動(dòng) PLC 接口，對(duì)于 PLC 輸入信號(hào)狀態(tài)則由 PLC 程序修改。原因是傳感器輸出有個(gè)上拉電阻與下拉電阻的緣故，對(duì)于集電極開(kāi)路的傳感器，這樣的接法是無(wú)效的；另外輸出的上拉電阻與下拉電阻阻值與 PLC 接口漏電流參數(shù)有很大關(guān)系。并非所有的傳感器與 PLC 都可以通用。

03 按電源配置類型

3.1 直流輸入電路

如圖 1，直流輸入電路要求外部輸入信號(hào)的元件為無(wú)源的干接點(diǎn)或直流有源的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)，當(dāng)外部輸入元件與電源正極導(dǎo)通，電流通過(guò) R1，光電耦合器內(nèi)部 LED，VD1（接口指示）到 COM 端形成回路，光電耦合器內(nèi)部接收管接受外部元件導(dǎo)通的信號(hào)，傳輸?shù)絻?nèi)部處理；這種由直流電提供電源的接口方式，叫直流輸入電路；直流電可以由 PLC 內(nèi)部提供也可以外接直流電源提供給外部輸入信號(hào)的元件。R2 在電路中的作用是旁路光電耦合器內(nèi)部 LED 的電流，保證光電耦合器 LED 不被兩線制接近開(kāi)關(guān)的靜態(tài)泄漏電流導(dǎo)通。

3.2 交流輸入電路

如圖 2，交流輸入電路要求外部輸入信號(hào)的元件為無(wú)源的干接點(diǎn)或交流有源的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)，它與直流接口的區(qū)分在光電耦合器前加一級(jí)降壓電路與橋整流電路。外部元件與交流電接通后，電流通過(guò) R1，C2 經(jīng)過(guò)橋整流，變成降壓后的直流電，后續(xù)電路的原理與直流的一致。交流 PLC 主要適用相對(duì)環(huán)境惡劣，布線技改變動(dòng)不大等場(chǎng)合；如接近開(kāi)關(guān)就用交流兩線直接替代原來(lái)行程開(kāi)關(guān)。

04 按端口類型

4.1 單端共點(diǎn)（Comcon）數(shù)字量輸入方式

為了節(jié)省輸入端子，單端共點(diǎn)輸入的結(jié)構(gòu)是在 PLC 內(nèi)部將所有輸入電路（光電耦合器）的一端連接在一起接到標(biāo)示為 COM 的內(nèi)部公共端子（internal comcon terminal），各輸入電路的另一端才接到其對(duì)應(yīng)的輸入端子 X0、X1、X2、....，com 共點(diǎn)與 N 個(gè)單端輸入就可以做 N 個(gè)數(shù)字量的輸入（N+1 個(gè)端子），因此我們稱此結(jié)構(gòu)為\\\\\\\"單端共點(diǎn)\\\\\\\"輸入。用戶在做外部數(shù)字量輸入組件的接線時(shí)也需要同樣的作法，需要將所有輸入組件的一端連接在一起，叫輸入組件的的外部共線（external comcon wire）；輸入組件的另一端才接到 PLC 的輸入端子 X0、X1、X2、....。

如果 COM 為電源 24V+（正極），外部共線就要接 24V-（負(fù)極），此接法稱 SINK（sink Cu rrent 拉電流）輸入方式；也稱之 PLC 接口共電源正極。

如果 COM 為電源 24V-（負(fù)極），外部共線就要接 24V+（正極），此接法稱 SRCE（source Current 灌電流）輸入方式；也稱之 PLC 接口共電源負(fù)極。

SINK（sink Current 拉電流）輸入方式，可接 NPN 型傳感器，即 X 端口與負(fù)極相連。SRCE（source Current 灌電流）輸入方式，可接 PNP 型傳感器。即 X 端口與整機(jī)極相連。為了適應(yīng)各地區(qū)的使用習(xí)慣，內(nèi)部公共端子有的廠家的 PLC 是采用 S/S 端子，此端子可以與電源的 24V+（正極）或 24V-（負(fù)極）相連，結(jié)合外部共線接線變化使 PLC 可以 SINK（s ink Current 拉電流）輸入方式，可接 NPN 型傳感器和 SRCE（source Current 灌電流） 輸入方式，可接 PNP 型傳感器。較采用 COM 端的 PLC 更靈活。S/S 端子的發(fā)展是為了適用日系與歐系 PLC 混合使用工控場(chǎng)合，起到通用的作用，S/S 端子也稱之 SINK/SRCE 可切換型。（外部輸入組件可以為按鈕開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、舌簧開(kāi)關(guān)、霍爾開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、光幕傳感器、繼電器觸點(diǎn)、接觸器觸電等開(kāi)關(guān)量的元件。）

SINK（sink Current 拉電流）輸入方式

●單端共點(diǎn) SINK 輸入接線（內(nèi)部共點(diǎn)端子 COM→24V+，外部共線→24V-）。如圖 3：

SRCE（source Current 灌電流）輸入方式

●單端共點(diǎn) SRCE 輸入接線（內(nèi)部共點(diǎn)端子 COM→24V-，外部共線→24V+）。如圖 4：

SINK/SRCE 可切換輸入方式

S/S 端子與 COM 端不同的是，COM 是與內(nèi)部電源正極或負(fù)極固定相連，S/S 端子是非固定相連的，根據(jù)需要才與內(nèi)部電源或外部電源的正極或者負(fù)極相連。

●單端共點(diǎn) SINK 輸入接線（內(nèi)部共點(diǎn)端子 S/S→24V+，外部共線→24V-）。

●單端共點(diǎn) SRCE 輸入接線（內(nèi)部共點(diǎn)端子 S/S→24V-，外部共線→24V+）。

4.1.4 當(dāng)有源輸入元件（霍爾開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、光幕傳感器等）數(shù)量比較多，消耗功率比較大，PLC 內(nèi)置電源不能滿足時(shí)，需要配置外置電源。根據(jù)需求可以配 24VDC，一定功率的開(kāi)關(guān)電源。外置電源原則上不能與內(nèi)置電源并聯(lián)，根據(jù) COM 與外部共線的特點(diǎn)，SINK（sink Current 拉電流）輸入方式時(shí)，外置電源與內(nèi)置電源正極相連接；SRCE（source  Current 灌電流）輸入方式時(shí)，外置電源與內(nèi)置電源負(fù)極相連接。

4.1.5 簡(jiǎn)單判斷 SINK（sink Current 拉電流）輸入方式，只需要 Xn 端與負(fù)極短路，如果接口指示燈亮就說(shuō)明是 SINK 輸入方式。共正極的光藕合器，可接 NPN 型的傳感器。SRCE（source Current 灌電流）輸入方式，將 Xn 端與正極短路，如果接口指示燈亮就說(shuō)明是 SRCE 輸入方式。共負(fù)極的光藕合器，可接 PNP 型的傳感器。

4.1.6 對(duì)于 2 線式的開(kāi)關(guān)量輸入，如果是無(wú)源觸點(diǎn)，SINK 與 SRCE 按上圖的輸入元件接法， 對(duì)于 2 線式的接近開(kāi)關(guān)，需要判斷接近開(kāi)關(guān)的極性，正確接入。

4.2、超高速雙端輸入電路

主要用于硬件高速計(jì)數(shù)器（HHSC）的輸入使用，接口電壓為 5VDC，在應(yīng)用上為確保高速及高噪音抗性通常采用雙線驅(qū)動(dòng)方式（Line-Drive）。如果工作頻率不高與噪音低也可以采用 5VDC 的單端 SINK 或者 SRCE 接法，串聯(lián)一個(gè)限流電阻轉(zhuǎn)換成 24VDC 的單端 SINK 或者 SRCE 接法。

4.2.1、雙輸入端雙線驅(qū)動(dòng)方式（Line-Drive）

5VDC 的單端 SINK 或者 SRCE 接法

24VDC 的單端 SINK 或者 SRCE 接法

注：24VDC 供電的傳感器，在輸入回路上需要串聯(lián)限流電阻，R1 為 10Ω，R2 為 2KΩ，不串聯(lián)限流電阻，將燒毀接口回路，限流電阻取值 2.7KΩ。

05 外部輸入元件

1、無(wú)源干接點(diǎn)（按鈕開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、舌簧磁性開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)等）無(wú)源干接點(diǎn)比較簡(jiǎn)單，接線容易。不存在電源的極性，壓降等因素，上圖 3-6 中的輸入元件這是此類型。這里不重復(fù)介紹。

2、有源兩線制傳感器（接近開(kāi)關(guān)、有源舌簧磁性開(kāi)關(guān)）有源兩線接近開(kāi)關(guān)分直流與交流，此傳感器的特點(diǎn)就是兩根線，傳器輸出端導(dǎo)通后，為了保 證電路正常工作需要一個(gè)保持電壓來(lái)維持電路工作，通常在 3.5-5V 的壓降，靜態(tài)泄露電流要小于 1mA，這個(gè)指標(biāo)很重要；如果過(guò)大，在接近開(kāi)關(guān)沒(méi)檢測(cè)信號(hào)時(shí)，就使 PLC 的輸入端 的光電耦合器導(dǎo)通。我公司的 LJK 系列兩線制接近開(kāi)關(guān)靜態(tài)泄露電流控制在 0.35-0.5mA 之間適應(yīng)各類型 PLC。

直流兩線制接近開(kāi)關(guān)分二極管極性保護(hù)與橋整流極性保護(hù)，前者在接 PLC 時(shí)需要注意極性，后者就不需要注意極性。有源舌簧磁性開(kāi)關(guān)主要用在汽缸上做位置檢測(cè)，由于需要信號(hào)指示，內(nèi)部有雙向二極管回路，因此也不需要注意極性；交流兩線制接近開(kāi)關(guān)就不需要注意極性。如圖 10：

單端共點(diǎn) SINK 輸入接線（內(nèi)部共點(diǎn)端子 COM→24V+，外部共線→24V-）。如圖 11：

單端共點(diǎn) SRCE 輸入接線（內(nèi)部共點(diǎn)端子 COM→24V-，外部共線→24V+）。如圖 12:

S/S 端子接法參考圖 5- 圖 6 以及圖 11- 圖 12。

3、有源三線傳感器（電感接近開(kāi)關(guān)、電容接近開(kāi)關(guān)、霍爾接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等） 直流有源三制線接近開(kāi)關(guān)與光電開(kāi)關(guān)輸出管使用三極管輸出，因此傳感器分 NPN 和 PNP 輸出，有的產(chǎn)品是四線制，有雙 NPN 或雙 PNP，只是狀態(tài)剛好相反，也有 NPN 和 PNP 結(jié)合的四線輸出。

NPN 型當(dāng)傳感器有檢測(cè)信號(hào) VT 導(dǎo)通，輸出端 OUT 的電流流向負(fù)極，輸出端 OUT 電位接近負(fù)極，通常說(shuō)的高電平翻轉(zhuǎn)成低電平。

PNP 型當(dāng)傳感器有檢測(cè)信號(hào) VT 導(dǎo)通，正極的電流流向輸出端 OUT，輸出端 OUT 電位接近正極，通常說(shuō)的低電平翻轉(zhuǎn)成高電平。電路中三極管的發(fā)射極上的電阻為短路保護(hù)采樣電阻 2-3Ω不影響輸出電流。三極管的集電極的電阻為上拉與下拉電阻，提供輸出電位，方便電平接口的電路，另一種輸出的三極管集電極開(kāi)路輸出不接上拉與下拉電阻，簡(jiǎn)單說(shuō)當(dāng)三極管 VT 導(dǎo)通，相當(dāng)與一個(gè)接點(diǎn)導(dǎo)通，如圖 13：

單端共點(diǎn) SINK 輸入接線（內(nèi)部共點(diǎn)端子 COM→24V+，外部共線→24V-）。如圖 14：

單端共點(diǎn) SRCE 輸入接線（內(nèi)部共點(diǎn)端子 COM→24V-，外部共線→24V+）。如圖 15：

S/S 端子接法參考圖 5- 圖 6、圖 11- 圖 12 以及圖 14- 圖 15。

06 小結(jié)

PLC 輸入接口電路形式和外接元件（傳感器）輸出信號(hào)形式的多樣性，因此在 PLC 輸入模塊接線前必要了解 PLC 輸入電路形式和傳感器輸出信號(hào)的形式，才能確保 PLC 輸入模塊接線正確無(wú)誤，在實(shí)際應(yīng)用中才能游刃有余，后期的編程工作和系統(tǒng)穩(wěn)定奠定基礎(chǔ)。