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更新时间：2024-05-08 07:10:00

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详细介绍

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随着计算机技术的发展及普及，可编程控制器 PLC 已在许多工业场合应用，可编程控制器替代传统的继电器控制方式，使控制系统故障大大降低，可靠性提高，维护量减少。然而，由于工业生产现场条件的复杂性，PLC 控制系统出现故障也是在所难免的。据统计资料表明 90%的故障源于 PLC 以外部分，仅 10%的故障是由于 PLC 本身引起的，在这 10%的故障中绝大部分是外围输入、输出电路的故障，少数是 PLC 主控单元故障。

怎样检修 PLC 设备是我们工厂设备维修人员迫切需要掌握的问题。下面笔者谈一下自己的经验。首先，必须了解这台设备上的 PLC 的工作过程，也就是在这台设备中 PLC 是按照怎样的顺

序工作的，有哪些输入设备、哪些输入传感器，哪些输出设备，各个输入、输出设备都是与 PLC的哪个输入、输出脚相连接。其次，对照原理图检查一下各连接线连接是否正确。例如前几天车间的蒸汽灭菌柜出现了问题，灭菌柜的前门打不开了，手动操作触摸屏，pLC有输出，继电器也能够动作，电磁阀也能够动作，就是动作得不对，开前门时抽真空和压缩空气的两个电磁阀同时打开了，而在一个管路上是不能够同时打开这两个阀门的。后来才知道纯蒸汽灭菌柜有前后两个门，安装时为了方便，前后门与触摸屏上的显示是反的，一个维修工更换时出错了，致使前门打不开。后对照灭菌柜的工作原理，把接线改正，灭菌柜的工作正常了。

生产 PLC 的厂家虽然很多，但其工作原理都是大同小异的，有的 PLC 采用外部 24V 供电，有的采用内部 24V供电。根据各自的供电方式，检查其供电电压是否正常，如果电源电压不正常，则是电源的问题，只需更换电源模块。电源正常后检查输入信号是否正常。先用小螺丝刀各接线端子紧固一遍排除接收不良的可能。要想让 PLC 工作，必须具备其工作的条件。开机时就自检，其输入传感器必须感应到正常的信号，否则就不能正常工作。前一段我厂冻干车间的压塞机出现操作一下，电机转一下就停的故障。把 PLC、变频器、电机都更换工作正常的，这台压塞机还是不能正常工作。后来发现其检测有瓶无瓶的光电传感器位置，可能被人不小心碰偏了，感应不到正常信号而不能正常工作。矫正传感器位置后压塞工作恢复正常。

根据检修经验，一般情况下 PLC 程序出故障的几率很小，硬件出故障的几率也很小，如果真是 PLC 系统出现问题，只能靠厂家了。

内部继电器实质上是一些存储器单元，它们不能直接控制外部负载，只能在PLC内部起各种控制作用，或直接受外部信号控制。在梯形图中它们也可用线圈和触点来表示，线圈的状态由逻辑关系控制，触点相当于读继电器的状态，因此可在梯形图程序中被无限次使用。CPM1A系列PLC的内部继电器及其通道号表示可分为以下几类：

内部辅助继电器（AR）内部辅助继电器的作用是在PLC内部起信号的控制和扩展作用，相当于接触继电器线路中的中间继电器。CPM1A机共有512个的内部辅助继电器，其编号为20000~23115，所占的通道号为200CH~231CH。内部辅助继电器没有掉电保持状态的功能。

暂存继电器（TR）暂存继电器用于具有分支点的梯形图程序的编程，它可把分支点的数据暂时贮存起来。CPM1A型机提供了8个暂存继电器，其编号为TR0~TR7，在具体使用暂存继电器时，其编号前的“TR”一定要标写以便区别。TR继电器只能与LD，OUT指令联用，其他指令不能使用TR作数据位。

保持继电器（HR）保持继电器用于各种数据的存储和操作，它具有停电记忆功能，可以在PLC掉电时保持其数据不变。保持作用是通过PLC内的锂电池实现的。保持继电器的用途与内部辅助继电器基本相同。CPM1A系列PLC中的保持继电器共有320个，其编号为HR0000~HR1915，所占的通道号为HR00~HR19。在编程中使用保持继电器时，除了标明其编号外，还要在编号前加上“HR”字符以示区别，例如“HR0001”。

定时/计数器（TIM/CNT）在CPM1A系列PLC中提供128个定时/计数器，使用时，某一编号只能用作定时器或计数器，不能同时既用作定时器又用作计数器，如已使用了TIM001，就不能再出现CNT001，反之亦然。

此外，在CPM1A系列PLC中，对于上述继电器编号，也可以用来进行高速定时（又称高速定时器TIMH）和可逆计数（又称可逆计数器CNTR），它们在使用时需要用特殊指令代码来指定。

内部专用继电器（SR）内部专用继电器用于监视PLC的工作状态，自动产生时钟脉冲对状态进行判断等。其特点是用户不能对其进行编程，而只能在程序中读取其触点状态。

微型计算机是在以往计算机与大规模集成电路的基础上发展起来的，其大特点是运算速度快，功能强，应用范围广，在科学计算，科学管理和工业控制中都得到广泛应用。所以说，MC是通用计算机。而PLC是一种为适应工业控制环境而设计的专用计算机。但人工业控制的角度来看，PLC又是一种通用机，只要选配对应的模块便可适用于各种工业控制系统，而用户只需改变用户程序即可满足工业控制系统的具体控制要求。而MC就必须根据实际需要考虑抗干扰问题及硬件软件的设计，以适应设备控制的专门需要。所以说MC是通用的专用机。

　　基于以上理解，便可以得出MC与PLC具有以下几点区别：

（1）PLC抗干扰性能为MC高

（2）PLC编程比MC编程简单

（3）PLC设计调试周期短

（4）PLC的I/0响应速度慢，有较大的滞后现象（MS），而MC的响应速度快（US）。

（5）PLC易于操作，人员培训时间短；而MC则较难人员培训时间长；

（6）PLC易于维修，MC则较困难

随着PLC技术的发展，其功能越来越强；同时MC也逐渐提高和改进两者之间将相互渗透，使PLC与MC的差距越来越小，但在今后很长一段时间内，两者将继续共存。在一个控制系统中，PLC将集中于功能于功能控制上，而MC将集中于信息处理上。

PLC发展到，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

　　高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统将极高的可靠性。

　　配套齐全，功能完善，适用性强

　　易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。

系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造

　　PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。

一、概述

PLC的数字量输入接口并不复杂，我们都知道PLC为了提高抗干扰能力，输入接口都采用光电耦合器来隔离输入信号与内部处理电路的传输。因此，输入端的信号只是驱动光电耦合器的内部LED导通，被光电耦合器的光电管接收，即可使外部输入信号可靠传输。

目前PLC数字量输入端口一般分单端共点与双端输入，各厂商的单端共点（Com）的接口有光电耦合器正极共点与负极共点之分，日系PLC通常采用正极共点，欧系PLC习惯采用负极共点；日系PLC供应欧洲市场也按欧洲习惯采用负极共点；为了能灵活使用又发展了单端共点（S/S）可选型，根据需要单端共点可以接负极也可以接正极。

由于这些区别，用户在选配外部传感器时接法上需要一定的区分与了解才能正确使用传感器与PLC为后期的编程工作和系统稳定奠定基础。

二、输入电路的形式

1、输入类型的分类

PLC的数字量输入端子，按电源分直流与交流，按输入接口分类由单端共点输入与双端输入，单端共点接电源正极为SINK（sink Current 拉电流），单端共点接电源负极为SRCE（source Current 灌电流）。

2、术语的解释

SINK漏型

SOURCE源型

SINK漏型为电流从输入端流出，那么输入端与电源负极相连即可，说明接口内部的光电耦合器为单端共点为电源正极，可接NPN型传感器。

SOURCE源型为电流从输入端流进，那么输入端与电源正极相连即可，说明接口内部的光电耦合器为单端共点为电源负极，可接PNP型传感器。

国内对这两种方式的说法有各种表达：

2.1 根据TI的定义，sink Current 为拉电流，source Current为灌电流

2.2 由按接口的单端共点的极性，共正极与共负极。这样的表述比较容易分清楚。

2.3 SINK为NPN接法，SOURCE为PNP接法（按传感器的输出形式的表述）。

2.4 SINK为负逻辑接法，SOURCE为正逻辑接法（按传感器的输出形式的表述）。

2.5 SINK为传感器的低电平有效，SOURCE为传感器的高电平有效（按传感器的输出状态的表述）。

这种表述的笔者接触的多，也是容易引起混淆的说法。

接近开关与光电开关三、四线输出分NPN与PNP输出，对于无检测信号时NPN的接近开关与光电开关输出为高电平（对内部有上拉电阻而言），当有检测信号，内部NPN管导通，开关输出为低电平。

对于无检测信号时PNP的接近开关与光电开关输出为低电平（对内部有下拉电阻而言），当有检测信号，内部PNP管导通，开关输出为高电平。

以上的情况只是针对，传感器是属于常开的状态下。目前可厂商生产的传感器有常开与常闭之分；常闭型NPN输出为低电平，常闭型PNP输出为高电平。因此用户在选型上与供应商配合上经常产生偏差。

另一种情况，用户也遇到SINK接PNP型传感器，SOURCE接NPN型传感器，也能驱动PLC接口，对于PLC输入信号状态则由PLC程序修改。原因是传感器输出有个上拉电阻与下拉电阻的缘故，对于集电极开路的传感器，这样的接法是无效的；另外输出的上拉电阻与下拉电阻阻值与PLC接口漏电流参数有很大关系。并非所有的传感器与PLC都可以通用，对于此类问题可以参考笔者的另一文《接近开关、光电开关的输出与负载接口问题》，在此不再赘述。

SINK漏型、SOURCE源型在下文有详细图解描述。

3、按电源配置类型

3.1 直流输入电路

如图1，直流输入电路要求外部输入信号的元件为无源的干接点或直流有源的无触点开关接点，当外部输入元件与电源正极导通，电流通过R1，光电耦合器内部LED，VD1（接口指示）到COM端形成回路，光电耦合器内部接收管接受外部元件导通的信号，传输到内部处理；这种由直流电提供电源的接口方式，叫直流输入电路；直流电可以由PLC内部提供也可以外接直流电源提供给外部输入信号的元件。R2在电路中的作用是旁路光电耦合器内部LED的电流，保证光电耦合器LED不被两线制接近开关的静态泄漏电流导通。

3.2 交流输入电路

如图2，交流输入电路要求外部输入信号的元件为无源的干接点或交流有源的无触点开关接点，它与直流接口的区分在光电耦合器前加一级降压电路与桥整流电路。外部元件与交流电接通后，电流通过R1，C2经过桥整流，变成降压后的直流电，后续电路的原理与直流的一致。交流PLC主要适用相对环境恶劣，，布线技改变动不大等场合；如接近开关就用交流两线直接替代原来行程开关。

4、按端口类型

4.1单端共点（Comcon）数字量输入方式

为了节省输入端子，单端共点输入的结构是在PLC内部将所有输入电路（光电耦合器）的一端连接在一起接到标示为COM的内部公共端子（internal comcon terminal），各输入电路的另一端才接到其对应的输入端子X0、X1、X2、....，com共点与N个单端输入就可以做N个数字量的输入（N+1个端子），因此我们称此结构为"单端共点"输入。

用户在做外部数字量输入组件的接线时也需要同样的作法，需要将所有输入组件的一端连接在一起，叫输入组件的的外部共线（external comcon wire）；输入组件的另一端才接到PLC的输入端子X0、X1、X2、....。

如果COM为电源24V+（正极），外部共线就要接24V-（负极），此接法称SINK（sink Current 拉电流）输入方式；也称之PLC接口共电源正极。

如果COM为电源24V-（负极），外部共线就要接24V+（正极），此接法称SRCE（source Current 灌电流）输入方式；也称之PLC接口共电源负极。

SINK（sink Current 拉电流）输入方式，可接NPN型传感器，即X端口与负极相连。

SRCE（source Current 灌电流）输入方式，可接PNP型传感器。即X端口与整机极相连。

为了适应各地区的使用习惯,内部公共端子有的厂家的PLC是采用S/S端子，此端子可以与电源的24V+（正极）或24V-（负极）相连，结合外部共线接线变化使PLC可以 SINK（sink Current 拉电流）输入方式，可接NPN型传感器和SRCE（source Current 灌电流）输入方式，可接PNP型传感器。较采用COM端的PLC更灵活。S/S端子的发展是为了适用日系与欧系PLC混合使用工控场合,起到通用的作用,S/S端子也称之 SINK/SRCE可切换型。

（外部输入组件可以为按钮开关、行程开关、舌簧开关、霍尔开关、接近开关、光电开关、光幕传感器、继电器触点、接触器触电等开关量的元件。）

4.1.1 SINK（sink Current 拉电流）输入方式

●单端共点SINK输入接线（内部共点端子COM→24V+，外部共线→24V-）。如图3:

4.1.2 SRCE（source Current 灌电流）输入方式

● 单端共点SRCE输入接线（内部共点端子COM→24V-，外部共线→24V+）。如图4:

4.1.3 SINK/SRCE可切换输入方式

S/S端子与COM端不同的是,COM是与内部电源正极或负极固定相连，S/S端子是非固定相连的，根据需要才与内部电源或外部电源的正极或者负极相连。

● 单端共点SINK输入接线（内部共点端子S/S→24V+，外部共线→24V-）。

● 单端共点SRCE输入接线（内部共点端子S/S→24V-，外部共线→24V+）。

4.1.4 当有源输入元件（霍尔开关、接近开关、光电开关、光幕传感器等）数量比较多，消耗功率比较大，PLC内置电源不能满足时，需要配置外置电源。根据需求可以配24VDC，一定功率的开关电源。外置电源原则上不能与内置电源并联，根据COM与外部共线的特点， SINK（sink Current 拉电流）输入方式时，外置电源与内置电源正极相连接； SRCE（source Current 灌电流）输入方式时，外置电源与内置电源负极相连接。

4.1.5 简单判断SINK（sink Current 拉电流）输入方式，只需要Xn端与负极短路，如果接口指示灯亮就说明是SINK输入方式。共正极的光藕合器，可接NPN型的传感器。 SRCE（source Current 灌电流）输入方式，将Xn端与正极短路，如果接口指示灯亮就说明是SRCE输入方式。共负极的光藕合器，可接PNP型的传感器。

4.1.6 对于2线式的开关量输入，如果是无源触点，SINK与SRCE按上图的输入元件接法，对于2线式的接近开关，需要判断接近开关的极性，正确接入。我公司部分2线式的LJK系列接近开关也有不分极性即可接入接口的，具体参考附带产品说明书。

4.2、超高速双端输入电路

主要用于硬件高速计数器（HHSC）的输入使用，接口电压为5VDC，在应用上为确保高速及高噪音抗性通常采用双线驱动方式（Line-Drive）。如果工作频率不高与噪音低也可以采用5VDC的单端SINK或者SRCE接法，串联一个限流电阻转换成24VDC的单端SINK或者SRCE接法。

4.2.1、双输入端双线驱动方式（Line-Drive）。

4.2.2、5VDC的单端SINK或者SRCE接法。

4.2.3、24VDC的单端SINK或者SRCE接法。

注：24VDC供电的传感器,在输入回路上需要串联限流电阻，R1为10Ω，R2为2KΩ，不串联限流电阻，将烧毁接口回路，限流电阻取值2.7KΩ。

三、外部输入元件

1、无源干接点（按钮开关、行程开关、舌簧磁性开关、继电器触点等）

无源干接点比较简单，接线容易。不存在电源的极性，压降等因素，上图3-6中的输入元件这是此类型。这里不重复介绍。

2、有源两线制传感器（接近开关、有源舌簧磁性开关）

有源两线接近开关分直流与交流，此传感器的特点就是两根线，传器输出端导通后，为了保证电路正常工作需要一个保持电压来维持电路工作，通常在3.5-5V的压降，静态泄露电流要小于1mA，这个指标很重要；如果过大，在接近开关没检测信号时，就使PLC的输入端的光电耦合器导通。我公司的LJK系列两线制接近开关静态泄露电流控制在0.35-0.5mA之间适应各类型PLC。

直流两线制接近开关分二极管极性保护与桥整流极性保护，前者在接PLC时需要注意极性，后者就不需要注意极性。有源舌簧磁性开关主要用在汽缸上做位置检测，由于需要信号指示，内部有双向二极管回路，因此也不需要注意极性；交流两线制接近开关就不需要注意极性。如图10：