基于开放式数控系统中嵌入式PLC体系结构分析

　　1．输入接口电路

　　为了保证PLC能在恶劣的工业环境下可靠的工作，输入接口电路一般采用了光电隔离、滤波等措施。输入接口用于接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、转换开关、行程开关、继电器触头等开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变换器提供的连续变化的模拟量输入信号。以图2所示的直流输入接口电路为例，R1 的作用是限流与分压，R2与C构成滤波电路，滤波后的输入信号经光耦合器T与内部电路耦合。当输入端的按钮SB接通时，光耦合器T导通，直流输入信号被转换成PLC能处理的5V标准信号电平（简称TTL），同时LED输入指示灯亮，表示信号接通。微处理器输入接口电路一般由寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路组成，这些电路集成在一个芯片上。交流输入与交直流输入接口电路与直流输入接口电路类似。

图2  直流输入接口电路

　　滤波电路用以消除输入触头的抖动，光电耦合电路可有效的避免输入端引线可能引入的电磁场干扰和辐射干扰。由于输入电信号与PLC内部电路之间采用光信号耦合，所以两者在电气上完全隔离，使输入接口具有抗干扰能力。现场的输入信号通过光电耦合后转换为5V的TTL送入输入数据寄存器，再经数据总线传送给CPU。

　　2．输出接口电路

　　为了能够适应各种各样的负载的要求，每种系列的可编程控制器的输出接口电路按输出开关器件来分，有以下三种方式：

　　　1）继电器输出方式 由于继电器的线圈与触点在电路上是完全隔离的，所以它们可以分别接在不同性质和不同电压等级的电路中。利用继电器的这一性质，可以使可编程控制器的继电器输出电路中内部电子电路与可编程控制器驱动外部负载在电路上完全的隔开。由此可知继电器输出接口电路中不再需要隔离。实际中，继电器输出接口电路常采用固态电子继电器，其电路如图3所示，图中与触点并联的RC 电路用来消除触点断开时产生的电弧。继电器输出方式最常用，其优点时带负载能力强，缺点是动作频率与响应速度慢（响应时间10ms）。

图3  继电器输出接口电路

　　2）晶体管输出方式 其电路如图4所示，输出信号有内部电路中的输出锁存器给光电耦合器，经光电耦合器送给晶体管，晶体管的饱和导通状态和截止状态相当于触点的接通和断开。图4中稳压管能够抑制关断过电压和外部浪涌电压，起到保护晶体管的作用，由于晶体管输出电流只能一个方向，所以晶体管输出方式只是用于直流负载，其优点是动作频率高，响应速度快（响应时间0.2ms），缺点带负载能力小。

图4  晶体管输出接口电路

　　3）晶闸管输出方式 其电路如图5所示，晶闸管通常采用双向晶闸管，双向晶闸管是一种交流大功率器件，受控于门极触发信号，可编程控制器的内部电路通过光电隔离后去控制双向晶闸管的门极，晶闸管在负载电流流过时不能导通，此时可以在负载两端并联一个电阻。图5中RC电路用来抑制晶闸管的关断过电压和外部浪涌电压。由于双向晶闸管为关断不可控器件，电压过零时自行关断，因此晶闸管输出方式只是用于交流负载。其优点是响应速度快（关断变为导通延迟时间小于1ms，导通变为关断的延迟时间小于10ms），其缺点是带负载能力不大。

图5  双向晶闸管输出接口电路