开关量输入电路

1. 什么是开关量输入和输出！

开关量包括开入量和开出量,是数字信号,只有0和1两种状态.开入量来自保护装置外部的接点,供保护装置使用.开出量是保护装置向外部提供的接点,供给外部设备的,如开关跳闸等.

2. 微机继电保护中，开关量输入回路有哪两类各有什么特点

微机继电保护装置中开关量输入分为两类：内部开关量输入和外部开关量输入。外部开关量输入电路主要包括断路器和隔离开关的辅助触点、保护投退压板、重合闸方式选择开关的触点等输入电路，内部开关量输入主要是微机继电保护装置面板上的切换开关、按钮、键盘等触点的输入。

对于装在微机继电保护装置面板上的内部开关触点可直接接至微机的并行口，如图3-8（a）所示。它的工作原理是：在系统初始化时设置图中的并行口的PI0为输入端，则CPU就可以通过软件查询，随时获取开关量K状态。

对于外部引入的触点，保护装置是弱电控制部分，而外部开关量的输入是强电控制部分，因此，开关量要经过光电隔离电路，目的是从电路上把干扰源和容易干扰的部分隔离开来，使微机保护装置和现场仅仅保持光信号的联系，而不产生电信号的联系，如图3-8（b）所示。开关量输入电路接入光电耦合器之后，由于光电耦合器的隔离作用，使夹杂在输入开关量中的各种干扰脉冲都被挡在输入回路的一侧。其工作原理是：当外部接点接通时，光耦合的二极管导通，管耦合器的晶体管也导通，其集电极输出低电位，当外部触点断开，光耦合器的二极管不导通，于是晶闸管截止，集电极输出高电位。

3. PLC的输入电路由什么组成

PLC外部输入电路的形式有以下三种：

1、无源输入，即：开关输入。

2、NPN和PNP输入

3、二极管输入

1、无源节点输入（开关量输入）

此种形式是PLC输入用的最多的一种形式。使用此种形式时，只要注意PLC的输入公共端是共阳极还是共阴极就行了。如为共阳极，则通过开关节点引入的应该是负极，如为共阴极，则经过开关节点引入的应该是正极。如下图所示（括号内为共阳极时）：

2、NPN和PNP节点输入

一些传感器或接近开关的输出节点是NPN或PNP节点形式。这时，做为PLC的输入是选NPN还是PNP节点，一方面要看要看PLC的接线形式而定，另外还要看传感器或接近开关的接线形式。下面举例来说明：

如下图所示，传感器的输出是NPN形式的。从图中负载接线可知，传感器动作时，输出0V（黑线④处）。这就要求，PLC的公共端（COM）是正极。因此，对于此线路，当PLC的公共端接（CON）正极时，PLC的输入就只能用NPN形式。

下图正好相反，当传感器动作时，其输出为正极（黑线④处）。此时，就要求PLC的公共端（COM）接负极。因此，对于此线路，当PLC的公共端接负极时，PLC的输入就只能用PNP的形式。

PLC的输入节点到底是采用PNP还是NPN的形式，其实大不可必死记。只要明白PLC输入内部的电路原理就行了，即：采用PNP还是NPN节点，都必须保证PLC输入电路内部的光电耦合部分的发光二极管得电。

以上两例是以西门子PLC为例，西门禅游子PLC输入内部线路的光电耦合的公共端可以是共阴极或共阳极，因此，在考虑使用NPN或PNP输入时，可以改变公共端（COM）的正极或负极来分别使用；而对于三菱FX系列的PLC，因光电耦合的公共端是固定采用共阳极的，因此公共端只能接正极，输入也就只能使用NPN节点输入方式了。

3、串二极管输入

有时，需要在PLC的输入节点中串入一个发光二极管来为指示。如下图所示：

此时，一般PLC都会规定串入二极管的允许电压降及允许串入的二极管的个数。比如，上图所示的FX系列的PLC规定，发光二极管允许电压降为4V，最多允许中时串入2个。

PNP与NPN型传感器其实就是利用三极管的饱和和截止，输出两种状态，属于开关型传感器。但输出信号是截然相反的，即高电平和低电平。PNP输出是低电平0，NPN输出的是高电平1。

PNP与NPN型传感器（开关型）分为六类：

1、NPN-NO（常开型）

2、NPN-NC（常闭型）

3、NPN-NC+NO（常开、常闭共有型）

4、PNP-NO（常开型）

5、PNP-NC（常闭型）

6、PNP-NC+NO（常开、常闭共有型）

PNP与NPN型传感器一般有三条引出线，即电源线VCC、0V线，out信号输出线。

1、NPN类

NPN是指当有信号触发时，信号输出线out和电源线VCC连接，相当于输出高电平的电源线。

对于NPN-NO型，在没有信号触发时，输出线是悬空的，就是VCC电源线和out线断开。有信号触发时，发出与VCC电源线相同的电压，也就是out线和电源线VCC连接，输出高电平VCC。

对于NPN-NC型，在没有信号触发时，发出与VCC电源线相同的电压，也就是out线和电源线VCC连接，输出高电平VCC。当有信号触发后，输出线是悬空的，就是VCC电源线和out线断开。

对于NPN-NC+NO型，其实就是贺返销多世游出一个输出线OUT，根据需要取舍。

2、PNP类

PNP是指当有信号触发时，信号输出线out和0v线连接，相当于输出低电平，ov。

对于PNP-NO型，在没有信号触发时，输出线是悬空的，就是0v线和out线断开。有信号触发时，发出与OV相同的电压，也就是out线和0V线连接，输出输出低电平OV。

对于PNP-NC型，在没有信号触发时，发出与0V线相同的电压，也就是out线和0V线连接，输出低电平0V。当有信号触发后，输出线是悬空的，就是0V线和out线断开。

对于PNP-NC+NO型，和NPN-NC+NO型类似，多出一个输出线OUT，及两条信号反相的输出线，根据需要取舍。

我们一般常用的是NPN型，即高电平有效状态。PNP很少使用。

感性负载具有储能作用，当控制触点断开时，电路中的感性负载会产生电弧高于电源电压数倍甚至数十倍的反电势，触点闭合时，会因触点的抖动而产生电弧，他们都会对系统产生干扰。可以采用以下措施：PLC的输入端或输出端接有感性元件时，应在他们两段并联连续流二极管（对于直流电路见图1）或阻容电路（对于交流电路），以抑止电路断开时产生的电弧对PLC的影响。电阻可以取51～120Ω，电容可以取0.1～0.47μF，电容的额定电压应大于电源峰值电压。续流二极管可以选1A的管子，其额定电压应大于电源电压的3倍。为了减少电动机和电力变压器投切时产生干扰，可在电源输入端设置浪涌电流吸收器。

如果输入信号由晶体管提供，其截止电阻应大于10kΩ，导通电阻应小于800Ω。当接近开关、光电开关这一类两线式传感器的漏电流较大时，可能出现错误的输入信号，可以在PLC的输入端并联旁路电阻，以减少输入电阻（见图2），旁路电阻的阻值R由下式确定。

式中I位传感器漏电流，Ue,Ie分别是可变程序控制器的额定输入电压和额定输入电流，是可编程序控制器输入电压低电平的上限值。

不同形式的直流输入信号如何与PLC连接

在可编程程序控制器控制系统中遇到的的直流有源输入信号，一般都是5V、12V、24V、48V等。而目前的PLC输入模块输入点的响应电压范围是3~120V之间，因此，这类信号不必做转换处理，直接和PLC输入模块输入点连接，但和其他无源开关量信号以及其他来源得直流电压信号混合接入PLC输入点时一定注意电压的0V点一定要连接。

如图1所示，输入点I0.0、I0.1连接光电编码器、接近开关的输出信号（OUT），它们的驱动电源由PLC自身的24V提供，它们OUT端子输出信号是有源信号，在和另外两个无源开关量信号I0.2、I0.3混合连接，PLC的M端子与PLC的0V端子以及光电编码器、接近开关的0V信号连接在一起，PLC的输入点的响应电压电位差都是以一个共同参考点为基点。

在图1中，光电编码器和接近开关的直流供电是由PLC自身24V电源提供，这是可编程序控制器控制系统中经常的设计方法，这种方法使系统简单，成本低。但在有些情况，比如PLC的直流电源的容量无法支持过多的负载或者外部检测设备的电源不能使用24V电源，而必须5V、12V等。在这种情况下，就必须设计外部电源为这些设备提供电源，而且这些设备输出的信号电压不同，如图2所示。

在图2中，光电编码器的电源是12V，为它设计配备了12V的直流电源，接近开关的电源是5V，为它设计配备了5V的直流电源。它们OUT的输出信号分别是12V和5V的脉冲信号。而且在图中有两个无源开关量的输入信号。

不同电压的直流信号可以PLC输入模块输入点连接，但必须注意的是信号电位差的参考点必须共同。在图2中，光电编码器、接近开关、无源开关量的0V信号必须连接在一起，否则，会出现PLC输入点的响应电压混乱，造成有的输入点的电压过高，尽管可以触发输入点，但有可能过高得电压而烧毁输入点。而有的输入点的电压过低，而无法触发输入点。这在可编程序控制器控制系统中是特别注意的。

4. 什么是开关输入量什么是开关接点什么是开入量输入端

“开关量”就是输入信号只有“有”和“无”的区别，没有信号大小、方向之分。比如通过开关或继电器闭合接入电压或电流信号为“1”，未闭合无电压或电流信号为“0”，只有这两种状态就称“开关量”。
“无源开关接点”就是开关或继电器本身不接电源，由输入端本身提供电压或电流，“无源开关接点”只提供“闭合”、“开启”两种状态作为“1”、“0”信号。
“开入量”是“开关量”的笔误，写错了。
“开关按钮输入”就是用开关作“开关量”的输入，但为消除开关按钮的抖动，加入了整形、延时电路，因此不能作为高速脉冲计数的输入端。

5. 求救：下面的开关量输入电路，三个IN4148分别是什么作用请说具体点。

DI9和DI10是经典设计，作用类似于钳位，可以将A点（DI9和DI10的连接点）电压控制在0-3.3V之间，使内里面的信号电压不至于过容大，可以对后面的处理电路起到输入保护作用。
DI11是利用二极管的单向导电性对信号进行整流（或类似处理），避免负电压信号进入后面的处理电路。
总的说来，这三个1N4148都起到保护，限制信号方向、大小的作用。