PLC控制系统输入／输出回路的隔离设计

PLC控制系统输入输出电路的隔离设计1 .开关量输入输出电路的隔离(1)开关量输入电路的隔离考虑到控制电路的抗干扰性能，开关量输入、输出电路必须采用光电耦合器。 带光电耦合器的开关量输入电路如图1所示。 外部电路的电源电压为15V，plc的电源电压为5V，两个电源被隔离。 当开关k断开时，光电耦合器的发光二极管熄灭，光电二极管呈现高电阻特性，a点为低电平，经由与门，输出电压成为低电平。 开关k闭合时，光电耦合器的发光二极管发光，光电二极管呈现低电阻特性，a点为高电平，经由与门输出电压为高电平。图1带光电耦合器的开关量输入电路(2)使用开关量输出电路的隔离光电耦合器的开关量输出电路如图2所示。 5V电源是PLC的电源，24V电源是开关量输出电源，两个电源被隔离。 DO接口端输出高电平后，经由nand电路后，a点变为低电平，经由光电耦合器，驱动晶体管VT导通，出口继电器j电连接。 DO接口侧输出低电平时，经由nand电路后，a点输出高电平，经由光电耦合器使VT截止，释放j。图2带光电耦合器的开关量输出电路2 .模拟输入输出电路的隔离速度检测时使用测速发电机将速度信号转换成电压信号Un，Un=？ n (？ 速度反馈系数)。 电流检测通常通过变流器或霍尔效应电流检测器实现，电流信号由电压信号Ui、Ui=？ 身份证(？ 电流反馈系数)。如图3所示，采用A/D转换电路后，可将模拟电压信号直接连接到PLC的模制端子上。 铸模信号是测速发电机的输出电压，分压后将输入电压Un限制在05V。将速度反馈电路直接连接到图3的a/d端口该模拟输入电路的特点是，存在结构简单但不安全的要素，速控发电机的电枢电压超过100，直接连接到PLC的输入端子上，给微处理器芯片带来了噪声，而瞬时的过电压却破坏了微处理器芯片。考虑到变频器系统的抗干扰性和可靠性，需要在检测到的模拟Un、Ui和PLC电路之间进行隔离。 模拟绝缘电路的方式有变压器绝缘和光电耦合器绝缘两种。(1)变压器隔离采用变压器绝缘的典型电路是绝缘放大器，绝缘放大器AD289的结构如图4(a )所示。图4隔离放大器AD289的结构绝缘放大器所需的电源为直流15V，15V的电源经由振荡器施加到变压器T1的初级线圈N1上，T1的次级线圈N2、N3供给脉冲电源，整流滤波后的控制电源分别供给A2、A1放大器。 T1的次级线圈N5、N4分别向调制器和解调器供给脉冲电源。 小输入信号(毫安级)在被放大器a-1放大之后，通过调制器调制为交流信号。 经过变压器T2，再经过解调器返回A1的输出电压，由A2放大，、两端输出放大后的电压。图4(b )表示AD289的图案符号，控制电源端子和信号输入端子及信号输出端子三个电路之间相互绝缘，绝缘耐压达到2 500V。 检测到电枢电流后，电枢电路的分流(额定电压75mV )两端的电压与信号输入端子、信号输出端子连接，实现电枢电路的高压(约1 000V )与PLC的低压电路的隔离。(2)光耦合器绝缘光电耦合器绝缘的方法分为以下三种。线性光电耦合器绝缘。 精密线性光电耦合器TIL300及其应用电路如图5所示。 TIL300由红外发光二极管(LED )、分支配置的隔离反馈光电二极管和输出光电二极管构成。 该装置采用的特殊技术补偿了LED的时间和温度特性的非线性，使输出信号和来自LED的伺服光束成为线性的。图5 TIL300精密线性光电耦合器及其应用电路设电流增益K1=Ip1/If、前向增益K2=Ip2/If、传输增益K3=Ip2/Ip1=K2/K1。 图5所示电路的输出电压Uo公式中： Ui是输入的模拟。显然，转移电路的输出电压Uo与输入电压Ui之间的关系取决于转移增益K3，并为K3=K2/K1，所以虽然K2、K1即使If变化，也不是线性的，但其比K3也可以是线性的。 也就是说，图5所示的电路的传输比是线性的，并实现Ui和Uo之间的电隔离。 A/D转换后的光电耦合器绝缘。 即使是A/D转换后的光电耦合器绝缘方式，也能实现模拟输入信号与电脑的绝缘。 典型产品像CKE公司的G-01AD模块一样，其电路结构如图6所示，是8通道的模拟输入通道。图6 A/D转换后的光电耦合器绝缘结构图在图6中，所输入的模拟被开关电路导通而进入放大器，被A/D转换成12位的二值数字信号，然后经由12个光电耦合器而进入CPU的数据总线。 A/D转换电路和CPU之间的控制信号以及输入切换电路的控制信号合计8位，通过8个光电耦合器与CPU连接。 显然，8个模拟输入信号和CPU之间经由20个光电耦合器连接，并且模拟输入信号和CPU之间没有电连接。 V/F转换后的光电耦合器绝缘。 这是用V/F转换电路将检测到的模拟Ui转换为频率f，用光电耦合器绝缘后连接到PLC的输入端的方式。 CPU通过检测频率的大小来计算对应的模拟Ui。