第4章與PLC輸入輸出模塊連接的設備目標：討論基本的開/關輸入設備。描述不同形式的輸入設備的操作過程，如按鈕、開關、選擇開關和限位開關。了解電位計、線性微分轉換器（LTVT）、熱電偶和各種其他的變換器與傳感器。描述電機及其啟動器的PLC輸出控制。了解輸出設備，如繼電器、電磁閥、氣壓和液壓缸等。描述步進電機和伺服電機的操作過程。14.1概述這一章將介紹一些與工業PLC系統相連的典型輸入輸出設備。輸入輸出設備有很多種。讀者可在本書的參考書目中找到這些相關的資料。對于每一種類型，我們只介紹一些典型的基本設備。本章分成4個部分，分別為輸入開關設備、模擬輸入設備、輸出開關設備和模擬輸出設備。24.2輸入開關設備

與PLC的輸入模塊連接的開關類型:

3MNA.NOSPSTMNB.NCSPSTMNC.SPDTOMND.DPSTPOH.NONMI.NCNMMNE.DPDTOQRMNF.Spring-returnSPSTMNG.CenterOFFSPDTCOMNOPJ.SPDTMNOPQRSTK.StackedSPDT前7個是觸發開關后4個是按鈕開關4輸入開關設備一些大寫字母的意思

字母組合含義字母組合含義NO常開（非激勵狀態下）SPDT單刀雙擲NC常閉（非激勵狀態下）DPST雙刀單擲SPST單刀單擲DPDT雙刀雙擲5另一種PLC輸入開關設備是限位開關。當限位開關的機械激勵器被一些部件、凸輪或其他設備碰撞移位后，電氣觸點將從NO轉為NC或從NC轉為NO。側邊滾輪限位開關

滑輪桿限位開關

重載限制開關

抖動激勵桿觸發限位開關

6其他通用的PLC輸入的開關設備其他通用的PLC輸入的開關設備，其操作過程可以在參考書中找到，這些設備是：壓力開關 位置開關液位開關 光電系統霍爾設備 感應開關磁敏開關74.3模擬輸入設備模擬輸入設備能產生連續變化的輸入電信號，并送到PLC的適當的輸入模塊。與這些模擬輸入設備相對應的PLC輸入模塊也必須有處理模擬量信號的能力。下圖所示的是碳式電位計。通過軸的旋轉，可以讓滑動觸點沿碳素體移動。滑動觸點移動時，連接到末端的電阻發生變化。對于繞線式電位計，碳素體被線圈繞組取代。轉軸（控制弧刷臂的位置）滑動觸點絕緣體碳材料外觀圖內部構造碳材料8

電位計同PLC的電氣連接如圖4.4(b)所示。如果PLC的輸入電壓與電位計電壓的輸出值及其變化不匹配，在電位計輸出和PLC輸入模塊之間就要加電壓轉換器或放大器。圖4.4(c)給出了碳式和繞線式電位計的特征比較。至輸入模塊或電壓轉換器電位計碳式電位計 線繞式電位計可達100mΩ 有限值,可達1kΩ低增益和低電能高增益和高電能連續性好 按小步長輸出可以是非線性線性低成本 成本高需要時效處理無需時效處理有燒灼斑點 可能沒有燒灼斑點9可變線性微分變換器（LVDT）如圖4.5所示。隨著磁線圈的線性移動，LVDT的AC輸出跟著變化，同時其輸出電壓Vout也會變化。LVDT輸出電壓的變化用于指示某個經過適當連接的設備的位置，從而能使經過精心設計的PLC輸入模塊能用于給PLC處理器輸入位置信息。(a)(b)(c)(d)(e)二次繞線1輸入電壓一次繞線二次繞線2可移動磁芯繞線電壓1一次繞線繞線電壓2大移位小移位大移位小移位Vin12移動VoutVinVoutVinVinVoutVout10

常常需要用熱電偶來為PLC提供控制過程的溫度輸入信號。熱電偶的基本形式見圖4.6。熱電偶的輸出電壓信號Vm需要經過轉換處理后再傳給PLC輸入模塊。標準熱電偶的特性如圖4.7所示。高溫低溫連接口（將線扭曲、一般焊接或對焊）靈敏電壓計銅線環境溫度上升時R3電阻減少可變低溫高溫低溫高溫低溫高溫金屬A金屬B(a)金屬A金屬B(b)VMVM金屬A金屬BABVMR2R3R1R4(c)(d)11

電輸入變換器和傳感器根據它所感應的物理變量來分類，4種主要類型是：熱、光、磁和機械電子式。圖4.8是對本章討論的變換器和傳感器操作特性的簡單總結。名稱操作原理優點缺點熱變換器電熱調整器電阻與溫度按反方向變化名義電阻大電阻變化范圍大價格便宜測量速度快非線性溫度測量范圍窄需要電源自發熱電阻式溫度檢測器電阻與溫度同方向變化電阻線性變化穩定性好精度高價格昂貴電阻變化范圍小需要電源熱電偶電壓或電流與溫度成正比輸出近似線性溫度范圍廣可在高溫使用自供電低輸出敏感性差需要參考電壓12名稱操作原理優點缺點溫度傳感器IC溫度傳感器電壓或電流與絕對溫度在數字上等效線性輸出體積小價格便宜測量速度快測量范圍窄低輸出溫度變送器接受熱電偶或RTD的輸入，輸出電流與溫度成正比線性輸出可遠程測量只接受熱電偶或RTD的輸入光學高溫計將紅外光聚集在IC溫度傳感器的探頭，輸出電流與溫度成正比線性輸出可在高溫使用非接觸測量價格昂貴13名稱操作原理優點缺點光學變換器光敏傳感器電阻與電磁輻射（EMR）的密度相反電阻變化范圍大響應慢需要電源對溫度敏感光電傳感器將EMR轉化為電流，電流與EMR密度成正比自供能源測量速度快低輸出需要外部電源光敏三極管將EMR轉化為電流并注入基極，該設備與典型晶體管有同樣的響應敏感性好高輸出測量速度快需要外部電源14名稱操作原理優點缺點光學傳感方式對置式傳感ERM光束直接從發射器到接收器，光束受阻時目標被檢測感知范圍長發射器到接收器必須精確調整且二者要分離回射式傳感ERM光束直接從發射器到反射器，再回到接收器，光束受阻時目標被檢測發射器和接收器必須放在相同單元里感知范圍限制在30英尺，需要遠距離反射器擴散式傳感ERM光束射向作為反射器的被感知物體，光束反射回接收器后物體被檢測發射器和接收器必須放在相同單元里，無須反射器感知范圍限制在10英尺，被感知物體必須具有反射性15名稱操作原理優點缺點磁場變換器感應式磁場和線圈的相對運動在線圈中產生電壓不需要電源只檢測運動磁阻式靠近低磁阻物體改變其附近磁場，在線圈中產生電壓不需要電源只檢測運動霍耳效應式產生與磁場強度成正比的電壓感知靜態磁場價格低廉需要外部電源16名稱操作原理優點缺點機電變換器限位開關根據執行器的位置使觸點保持和斷開通常不需要外部電源，形式多樣必須與被檢測目標接觸電位計軸運轉時電刷與終端之間的電阻（或電壓）發生變化耐用需要外部電源需要某種嚙合和連接金屬絲應力計壓縮和拉伸時應力改變耐用需要外部電源測量系數低半導體應力計壓縮和拉伸時應力改變測量系數高需要外部電源17流體傳感器渦輪式流體經過渦輪使葉輪旋轉，轉動情況通過磁力傳感器檢測相對便宜流體流動受阻渦流式流體流經旋渦脫落處，產生向下的旋渦，合成的振動被壓電傳感器檢測到移動部少精度高價格高流體流動受阻傳熱式探頭加熱到常溫，傳感器測量冷卻速度，它與流速成正比無移動部件，相對便宜響應慢流體流動受阻流體必須具有熱傳導性超聲式聲能以一定頻率自下而上傳到流體，返回的頻率與流速成正比無移動部件，可通過管壁檢測，流體不受阻非常昂貴磁場式流體通過磁場產生與流量成正比的電壓無移動部件，相對便宜，流體不受阻流體必須具有導電性18液位傳感器浮動式液位上升，浮子也上升，使磁力或機械開關動作價格便宜只能測量液體傳導式探頭液體上升接觸到探頭，在輸出端產生電流無移動部件，價格便宜只能測量液體，流體必須具有導電性超聲接觸式聲能直接通過一縫隙到達接收器，縫隙中的流體完成傳輸過程無移動部件，能檢測任何流體價格高超聲非接觸式聲能通過傳輸表面檢測，返回時間取決于表面離檢測點的距離無移動部件，不需要接觸表面，能檢測絕對高度價格昂貴接近式振蕩器頻率改變指示目標的臨近，當其改變頻率時，產生輸出無移動部件測量范圍限制在10cm194.4輸出開關設備

PLC的輸出模塊與無數的開關電氣設備相連。一種主要的形式是電磁閥，如圖4.9所示。電磁閥的執行塞被一個彈簧頂著，并位于盒中。當線圈加電時，執行塞向下。執行塞與各種形式的機械設備相連。一般用途是流體開關控制，如火爐中的氣體控制閥。機械負載能力隨電磁閥的尺寸而不同，一般從1盎司到100磅①。

①1盎司28.35g，1磅453.59g。20活塞至執行機構上端下端電氣接線端彈簧框架線圈(b)電磁閥執行機構剖面圖21

電磁閥的另一種用途是方向控制，圖4.10給出了其中的一種。這種電磁閥既可以檢測液體也可以檢測氣體。它使用了兩個電磁閥，當一個電磁閥動作時，閥打開，流體往一個方向流動。兩個電磁閥關閉時，活塞就停在中間位置，無流體通過。當汽缸運動到中間或兩端時，必須有一個通道讓活塞后面的液體排出。電磁閥指示燈電磁閥安裝面板閥體22剖面圖磁鐵托架線圈磁鐵推桿執行器聚丙烯酸填料磁鐵銅接線端子接觸桿外殼分叉可移動觸點齒狀靜止觸點拉桿紅色指示器護罩護罩MTG螺栓桿件末端螺栓后蓋板MTG螺栓后蓋板殼體線圈端子基座上部槽形孔圖4.11顯示了一種機械電子式繼電器，這是另一種由PLC模塊控制的通用開關設備。輸出模塊與繼電器線圈相連，繼電器線圈得電，使觸點打開和關閉，這些觸點控制其他的電路。23繼電器的好處：

與將輸出模塊直接與電氣線路相連接的方法相比，使用繼電器的好處是：（1）繼電器能夠控制多個線路，可以是NO，也可以是NC；（2）繼電器接觸電路在電氣上與輸出模塊電路隔離；（3）與輸出模塊相比，繼電器接觸器可以控制更大的電流，并可在更高的電壓下工作。能處理高電流的繼電器稱為接觸器。244.5模擬輸出設備

有許多類型的電氣設備可由PLC通過其輸出模塊進行控制。這一節介紹兩種模擬輸出設備，即步進電機（見圖4.15）和伺服電機（見圖4.16）。步進電機的轉動位置受其輸入控制。每當步進電機接收到一個輸入脈沖時，步進電機就轉動一定的角度。每個脈沖/步進的角度（例如，2.5°、1°等）取決于步進電機的型號。有一種微步進電機，各步之間還有中間位置，這取決于相鄰電極之間的信號相對強度。步進電機的旋轉運動通過不同的機械傳動機構轉換為直線運動，從而實現定位功能。25圖4.15步進電機［(a)兩種不同型號步進電機及其控制器，大電機的直徑大約為4.2in，小電機的直徑大約為2.3in；(b)永磁步進電機剖面圖（ParkerCompumotor分部授權）］(b)輸出軸固定杯B固定杯A電機線圈A線圈B(a)26

伺服電機如圖4.16所示。伺服電機不是按步旋轉的，而是連