汇点输入电路设计

1.输入接口

CNC、PLC、伺服驱动器、变频器的DI信号输入接口电路通常如图4.3-1所示。为了提高系统的可靠性和输入抗干扰能力，控制装置和外部输入一般用光耦合（Optical Coupler，OC）器件实现电绝缘，同时，将输入的开关信号转换成为内部TTL等电子电路控制用的DC5V信号；接口电路一般设计有RC滤波电路，因此，其输入通常有10ms左右的响应时间。在PLC上，接口电路一般还设计有状态指示LED、稳压及短路保护等辅助电路（图中未画出）。

作为参考，在数控机床用的CNC、PLC、伺服驱动器、变频器等控制装置上，内部获得“1”信号的最小输入驱动电流通常为3.5～8mA，“0”信号的关断电流为1～1.5mA。但是，由于器件、电路设计等方面的区别，以上参数不完全一致。

图4.3-1 DI输入接口原理

虽然，不同控制装置、I/O单元或模块的接口电路多样，但其外部连接要求类似。从DI信号类型上，主要分直流和交流两种，以DC24V输入为常用；从输入连接形式上，分汇点输入、源输入、汇点/源通用输入3种基本类型，其输入电路的设计要求有所不同。

2.汇点输入连接

汇点输入是一种输入驱动电流由控制装置流向外部，并汇总到输入公共连接端（COM）的输入形式。采用DC输入的外部连接电路如图4.3-2a所示。连接到控制装置或I/O模块的所有开关信号有统一的公共端L-，这一公共端需要和控制装置接口电路中的0V公共端COM连接，光耦的输入驱动电源由控制装置或I/O模块统一提供，并由控制装置、I/O模块的内部向外部“泄漏”，故又称“漏形输入”。

汇点输入的接口电路原理可简化为图4.3-2b所示，CNC、PLC、伺服驱动器、变频器等控制装置的输入限流电阻一般为3.3～4.7kΩ。由图可见，当输入触点K2闭合时，控制装置或I/O模块的DC24V与0V间可通过光耦合器、限流电阻，经公共端COM形成电流回路，其内部的输入状态将称为“1”信号。

图4.3-2 汇点输入电路

a）外部连接 b）原理简图

汇点输入的连接简单，且一般不需要外部提供输入驱动电源，因此，日本生产的产品多采用汇点输入连接形式。但如控制装置、I/O模块的0V与保护接地间无隔离，一旦输入端对地短路，将会有“1”信号的错误输入，可能引起设备的误动作。

3.接近开关连接

汇点输入可以与NPN集电极开路输出的接近开关，按照图4.3-3a所示直接连接；但与PNP集电极开路输出的接近开关连接时，需要增加图4.3-3b所示的下拉电阻。

增加下拉电阻后，接近开关发信时输出约为DC24V，光耦合器无驱动电流，输入状态为“0”；开关不发信时，DC24V与0V间可通过光耦合器、输入限流电阻、下拉电阻，经公共端COM构成回路，输入状态为“1”。

下拉电阻的阻值可根据光耦驱动电流、输入限流电阻选择，如取光耦合器的发光二极管导通电压为0.7V，其计算式如下：

式中 R——下拉电阻值（kΩ）；

U_e——输入驱动电压值（V）；

I_i——最小输入驱动电流值（mA）；

R_i——输入限流电阻值（kΩ）。(www.xing528.com)

图4.3-3 接近开关的连接

例如，当输入驱动电压U_e=24V、最小输入驱动电流I_i=4.5mA、输入限流电阻R_i=3.3kΩ时，计算所得的下拉电阻为R≤1.87kΩ，故可取R=1.5kΩ等。

输入回路增加下拉电阻后，电阻将成为接近开关的工作负载，因此，对接近开关的输出驱动能力要求将提高。如下拉电阻为1.5kΩ时，接近开关ON时的实际输出电流将成为：

I_o≈U_e/R=24V/1.5kΩ=16mA

因此，至少需要选择输出驱动20mA的接近开关。

接近开关的DC24V电源既可由控制装置提供，也可使用外部电源，使用外部电源时，其0V应与输入公共端COM连接。

4.带指示灯开关连接

数控机床除触点开关、接近开关等常用检测器件外，还可能使用图4.3-4所示的带有LED指示的检测开关。这种开关在信号OFF时存在泄漏电流，使用时可能出现输入信号ON后，无法成为OFF状态的情况，故需要在输入端并联“限泄漏电阻”，保证输入的关断。

在图4.3-4上，如果输入端无限泄漏电阻，假设发光二极管的导通电压为0.7V，当开关OFF时，其输入泄漏电流为

图4.3-4 带指示灯开关的连接

由于光耦合器要求的关断电流（OFF电流）一般为1.5mA以下，因此，需要增加限泄漏电阻，以保证开关OFF时的输入漏电流小于规定的值，使内部输入状态成为“0”。

例如，对于图4.3-4所示的输入电路，如果光耦合器的关断电流为1.5mA，在信号OFF时，输入端的压降U_i应保证：

U_i≤1.5×3.3+0.7=5.65（V）

限泄漏电阻R可计算如下：

即

故可取限泄漏电阻R的值为1kΩ。