与常用输入设备的连接

4.2.1　PLC与常用输入设备的连接

1）PLC与按钮、开关等开关元件的连接

三菱FX系列PLC的输入端与按钮、开关、限位开关等主令电器的连接如图4.48所示。图中的PLC为直流汇点式输入，即所有输入点共用一个公共端COM，同时COM端内部带有DC24V电源。按钮（或开关）的两头，一头接到PLC的输入端（如X0、X1…），另一头共同接到公共端上（COM端）。若是分组式输入，也可参照图示方法进行分组连接。

图4.48　PLC与按钮开关等开关元件的连接

2）PLC与拨码器的连接

拨码器亦称拨码开关，可以方便地、直观地进行数据变更。如控制系统中的某些数据需要经常修改，可使用多位拨码开关与PLC连接，在PLC外部进行数据设定。

拨码开关有两种：一种是BCD码拨码开关，输入为0～9，输出为8421BCD码；另一种是十六进制拨码开关，即从0～F，输出为二进制码。

图4.49中所示开关为4位拨码开关组合。把各位拨码开关的COM端连在一起，接在PLC输入侧的COM端子上。每位拨码开关的4条数据线按一定顺序接在PLC的4个输入点上。使用拨码开关时，要占用许多PLC输入点，仅在一些必要的场合，可采用这种方法。

图4.49　位拨码器与PLC的连接示意

在上述PLC与外部开关量信号的两种连接示意图中，如果采用其他厂家的PLC可能要外接DC24V电源。

3）PLC与旋转编码器的连接

旋转编码器作为一种光电式旋转测量装置，在工业控制及机床数控中经常用到。分为增量型和绝对值型两种。

不同型号的增量型旋转编码器，其输出频率不同，脉冲的相数也不同，有的旋转编码器输出A、B、Z三相脉冲，有的只有A、B两相，最简单的只有A相。因此可将增量型旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给PLC，利用PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数，以获得测量结果。

如图4.50所示是两相输出脉冲的旋转编码器与FX系列PLC的连接示意图。

图4.50　增量型旋转编码器与PLC的连接示意图

对于绝对值型旋转编码器，由于其在PLC掉电后重新上电时，输入编码能反映其实际位置信号，故常用来做位移或闸阀开度的传感器。连接时直接将其输出信号线按序接入PLC输入端，当然由于其输出是格雷码，须经PLC程序转换为普通二进制码处理。

4）PLC与传感器元件的连接

传感器的种类很多，其输出方式也各不相同。接近开关、光电开关、磁性开关等两线式传感器及三线式传感器霍尔开关，它们与PLC的接口电路分别如图4.51（a）、（b）所示。

图4.51　PLC与传感器的连接示意图

5）PLC与变频器的连接

变频器作为一种常用的工控设备在PLC控制系统中有着广泛的应用，其生产厂家及规格型号众多，但主要功能相同。

变频器在外部端子操作方式下，通过变频器的接线端子，可以实现对变频器的正/反转控制、多段转速选择及频率给定等功能，其中运行频率的给定可以通过电压、电流或外接电位器的方式调节。

PLC与变频器连接时，除了通过变频器的操作面板设定变频器的基本工作参数，还需设定操作模式选择和多段速度设定等参数。

变频器的输出频率控制方式主要有两种：

（1）数字量频率选择操作方式。变频器常设有多段频率选择功能。各段频率值通过功能码设定，频率段的选择通过外部端子选择。这些端子的接通组合经常通过PLC控制实现。不同组合对应不同工作频率值。

（2）模拟量频率选择操作方式。为了方便与输出量为模拟电流或电压的调节器、控制器的连接，变频器还设有模拟量输入端，当接在这些端口上的电流或电压量在一定范围内平滑变化时，变频器的输出频率在一定范围内平滑变化。如果采用将PLC的模拟量输出控制电机的转速，需将PLC的模拟量输出端接到变频器的频率给定端子。

以三菱FR-E540变频器在电动机多速运行系统中的应用为例，变频器的多段运行信号通过PLC的输出端子来提供，即通过PLC控制变频器的RL（低速）、RM（中速）、RH（高速）以及STF（正转启动）端子的通和断。PLC与变频器连接示意如图4.52所示，图中R、S、T端接交流电源，U、V、W端接三相异步电动机的电源输入端，RES为复位端。

图4.52　PLC与变频器连接示意图

6）PLC与步进电机的连接

步进电机其实是一种数字控制电机，在经济型数控机床及其自动化设备中应用广泛。它是将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度。总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定，因此它可实现较高的控制精度。

控制步进电机的转动需要三个要素：方向、转角和转速。对于含有硬件环分的驱动电源，方向取决于控制器送出的方向电平的高或低，转角取决于控制器送出的步进脉冲的个数，而转速则取决于控制器发出的步进脉冲之间的时间间隔。在设计系统的时候，除了应正确选择步进电机和驱动电源之外，还必须对步进电机控制脉冲的频率进行调节，也就是对步进电机速度进行调节。

用PLC控制和驱动步进电机的主要结构形式如图4.53所示。

图4.53　步进电机的PLC控制系统结构图

（1）硬件配置原则

①步进电机。步进电机有步距角、静力矩和电流三大要素组成。根据负载的控制精度要求选择步距角大小；根据负载的大小确定静力矩；静力矩一经确定，根据电机矩频特性曲线来判断电机的电流。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。

②驱动器。遵循先选电机后选驱动的原则，电机的相数、电流大小是驱动器选择的决定性因素；在选型中，还要根据PLC输出信号的极性来决定驱动器输入信号是共阳极或共阴极。为了改善电机的运行性能和提高控制精度，通常通过选择带细分功能的驱动器来实现，目前驱动器的细分等级有8倍、16倍、32倍、64倍等，最高可达256倍细分。在实际应用中，应根据控制要和步进电机的特性选择合适的细分倍数，以达到更高的速度和更大的高速转矩，使电机运转精度更高，振动更小。

③PLC。运用PLC控制步进电机时，应该保证PLC具有高速脉冲输出功能，通过选择具有高速脉冲输出功能（晶体管输出型）的PLC或专用运动控制功能的模块来实现。

（2）步进电机驱动器的设置

①细分数设定。用一组拨码开关设定细分数，在系统频率允许的情况下，尽量选用高细分数。

②电机相电流设定。用一组拨码开关设定，必须确定所使用电机的相电流（额定电流），然后把驱动器的输出电流设定为电机的相电流，如果找不到与电机相电流完全相同的值，可以按最接近的值设定（电机运行不会受影响），这是保护步进电机的重要一步。

步进电机驱动器根据PLC的控制指令对电机实现脉冲和方向控制。PLC对电机的控制有两种方式，一种是脉冲加方向控制（CP加DIR＋正方向或CP加DIR-反方向），另一种是正反向脉冲输出（顺时针方向脉冲CW或逆时针方向脉冲CCW）。

为了配合步进电机的控制，许多PLC都内置了脉冲输出功能，并设置了相应的控制指令，可以很好地对步进电机进行控制，具体可参考有关资料和手册。