PLC输入输出电路

2024年3月26日发(作者：现代瑞纳新车多少钱?)

PLC输出电路形式介绍 Admin,2009-08-31 17:27:47

PLC的输出电路形式一般分为：继电器输出，晶体管输出和晶闸管

输出三种。弄清这三种输出形式的区别，对于PLC的硬件设计工作

非常有必要。下面以三菱PLC为例，简要介绍一下这三种输出电路

形式的区别和注意事项，其它公司的PLC输出电路形式也大同小异。

1、继电器输出电路

这是PLC输出电路常见的一种形式，其电路形式如下图所示。该

种输出电路形式外接电源既可以是直流，也可以是交流。

图1 继电器输出

PLC继电器输出电路形式允许负载一般是AC250V/50V以下，负

载电流可达2A，容量可达80～100VA（电压×电流），因此，PLC

的输出一般不宜直接驱动大电流负载（一般通过一个小负载来驱动大

负载，如PLC的输出可以接一个电流比较小的中间继电器，再由中

间继电器触点驱动大负载，如接触器线圈等）。

PLC继电器输出电路的形式继电器触点的使用寿命也有限制（一般

数十万次左右，根据负载而定，如连接感性负载时的寿命要小于阻性

负载）。此外，继电器输出的响应时间也比较慢（10ms）左右，因

此，在要求快速响应的场合不适合使用此种类型的电路输出形式（可

以根据场合使用下面介绍的两种输出形式）。

当连接感性负载时，为了延长继电器触点的使用寿命，对于外接直

流电源时的情况，通常应在负载两端加过电压抑制二极管（如上图中

并在外接继电器线圈上的二极管）；对于交流负载，应在负载两端加

RC抑制器。

2、晶体管输出电路

晶体管输出电路形式相比于继电器输出响应快（一般在0.2ms以

下），适用于要求快速响应的场合；由于晶体管是无机械触点，因此

比继电器输出电路形式的寿命长。

晶体管输出型电路的外接电源只能是直接电源，这是其应用局限的一

方面。另外，晶体管输出驱动能力要小于继电器输出，允许负载电压

一般为DC5V～30V，允许负载电流为0.2A～0.5A。这两点的使用

晶体管输出电路形式时要注意。

晶体管输出电路的形式主要有两种：NPN和PNP型集电极开路输出。

如下图所示：

图2 NPN集电极开路输出

图3 PNP集电极开路输出

由以上两图可看出这两种晶体管输出电路形式的区别：NPN型集电

极开路输出形式的公共端COM只能接外接电源的负极，而PNP型

的COM端只能接外接电源的正极。

和继电器输出形式电路一样，在驱动感性负载时也要在负载两端反

向并联二极管（二极管的阴极接电源的正极）防止过电压，保护PLC

的输出电路。

3、双向晶闸管输出电路

双向晶闸管输出电路只能驱动交流负载，响应速度也比继电器输出

电路形式要快，寿命要长。其电路形式如下图所示：

图4 双向晶闸管输出

双向晶闸管输出的驱动能力要比继电器输出的要小，允许负载电压

一般为AC85～242V；单点输出电流为0.2A～0.5A，当多点共用

公共端时，每点的输出电流应减小（如单点驱动能力为0.3A的双向

晶闸管输出，在4点共用公共端时，最大允许输出为0.8A/4点）。

注意：为了保护晶闸管，通常在PLC内部电路晶闸管的两端并接RC

阻容吸收元件（一般为0.015uF/22Ω左右）和压敏电阻，因此在晶

闸管关断时，PLC的输出仍然有1～2mA的开路漏电流，这就可能

导致一些小型继电器在PLC输出OFF时无法关断的情况。

1 引言

PLC 控制系统的设计中，虽然接线工作占的比重较小，大部分工作

还是PLC 的编程设计工作，但它是编程设计的基础，只要接线正确

后，才能顺利地进行编程设计工作。而保证接线工作的正确性，就必

须对PLC 内部的输入输出电路有一个比较清楚的了解。

我们知道，PLC 数字输入模块为了防止外界线路产生的干扰（如尖

峰电压，干扰噪声等）引起PLC 的非正常工作甚至是元器件的损坏，

一般在PLC 的输入侧都采用光耦，来切断PLC 内部线路和外部线

路电气上的联系，保证PLC 的正常工作。并且在输入线路中都设有

RC 滤波电路，以防止由于输入点抖动或外部干扰脉冲引起的错误信

号。

2 输入电路的形式

2.1 分类

PLC 的输入电路，按外接电源的类型分，可以分为直流输入电路和

交流输入电路；按PLC 输入模块公共端（COM 端）电流的流向分，

可分为源输入电路和漏输入电路；按光耦发光二极管公共端的连接方

式可分为共阳极和共阴极输入电路。如下图1所示：

图1 PLC输入电路的分类

2.2 按外接电源的类型分类

2.2.1 直流输入电路

图2 为直流输入电路的一种形式（只画出一路输入电路）。当图1

中外部线路的开关闭合时，PLC 内部光耦的发光二极管点亮，光敏

三极管饱和导通，该导通信号再传送给处理器，从而CPU 认为该路

有信号输入；外界开关断开时，光耦中的发光二极管熄灭，光敏三极

管截止，CPU 认为该路没有信号。

图2 直流输入电路

2.2.2 交流输入电路

交流输入电路如图3 所示，可以看出，与直流输入电路的区别主要

就是增加了一个整流的环节。

交流输入的输入电压一般为AC120V 或230V。交流电经过电阻R的

限流和电容C的隔离(去除电源中的直流成分)，再经过桥式整流为直

流电，其后工作原理和直流输入电路一样，不再缀述。

图3 交流输入电路

从以上可以看出，由于交流输入电路中增加了限流、隔离和整流三个

环节，因此，输入信号的延迟时间要比直流输入电路的要长，这是其

不足之处。但由于其输入端是高电压，因此输入信号的可靠性要比直

流输入电路要高。一般，交流输入方式用于有油雾、粉尘等恶劣环境

中，对响应性要求不高的场合，而直流输入方式用于环境较好，电磁

干扰不严惩，对响应性要求高的场合。

2.3 按流入公共端电流的流向分类

2.3.1 漏型输入电路

漏型输入电路如图4所示，此时，电流从PLC 公共端（COM端或M

端）流进，而从输入端流出，即PLC 公共端接外接DC电源的正极。

图4 漏型输入电路

此图只是画出了一路的情形，如果输入有多路，所有输入的二极管阳

极相连，就构成了共阳极电路。如图5所示。

图5 共阳极电路

三菱A系列PLC的AX40/41/42/50/60及Q系列的QX40/41/42等输

入模块均属于漏型输入模块。

2.3.2 源型输入电路

图3所示的电路也是源型输入电路的形式，此时，电流的流向正好

和漏型的电路相反。源型输入电路的电流是从PLC的输入端流进，

而从公共端流出，即公共端接外接电源的负极。

如果所有输入回路的二极管的阴极相连，就构成了共阴极电路，如图

6所示：

图6 共阴极电路

三菱A系列PLC的AX80/81/82及Q系列的QX80/81的输入模块

均属于此类输入电路。

2.3.2 混合型输入电路

因为此类型的PLC 公共端既可以流出电流，也可以流出电流（既P

LC公共端既可以接外接电源的正极，也可以接负极），同时具有源输

入电路和漏输入电路的特点，所以我们可以姑且把这种输入电路称为

混合型输入电路。其电路形式如图7所示。

图7 混合型电路

作为源输入时，公共端接电源的负极；作为漏输入时，公共端接

电源的正极。这样，可以根据现场的需要来接线，给接线工作带来极

大的灵活。

三菱A系列PLC的AX50-S1/60-S1/70/71/81-S1及Q系列的QX70

/71/72。

这里需要说明的是，三菱和SIEMENS关于“源输入”和“漏输入”

电路的划分正好相反，以上是按三菱的划分方法来介绍的，这点在使

用过程中要注意。

SIEMENS S7-300/400系列PLC的直流输入模块大多为漏型输入

（公共端接外部电源的负极。注：按SIEMENS的划分方法）。在S7

-300系列PLC中，只有SM321（-IBH50-）输入模块为源输入（公共

端接正。注：按SIEMENS的划分方法），S7-400系列PLC中则没有

源输入模块。小型PLC S7-200的输入模块则全部为混合型输入形式。

在大的项目中不建议使用，因此种输入形式虽然接线方便，但容易造

成电源的混乱。

3 外接开关量信号和PLC输入电路的连接

PLC外接的输入信号，除了像按钮一些干节点信号外，现在一些传

感器还提供NPN和PNP集电极开路输出信号。干节点和PLC输入

模块的连接比较简单，这里主要不再缀述。而对于不同的PLC输入

电路，到底是使用NPN输入还是PNP输入有时感到无所适从。下面

主要介绍一下这两种输入和PLC输入电路的连接。

3.1 NPN和PNP输出电路的形式

如图8和图9所示，分别是NPN和PNP输出电路的一种形式。

图8 NPN集电极开路输出 图9 PNP集电极开路输出

从图8和图9可以看出，NPN集电极开路输出电路的输出OUT端

通过开关管和0V连接，当传感器动作时，开关管饱和导通，OUT端

和0V相通，输出0V低电平信号；PNP集电极开路输出电路的输出

OUT端通过开关管和+V连接，当传感器动作时，开关管饱和导通，

OUT端和+V相通，输出+V高电平信号。

3.2 NPN和PNP输出电路和PLC输入模块的连接

3.2.1 NPN集电极开路输出

由以上分析可知，NPN集电极开路输出为0V，当输出OUT端和PL

C输入相连时，电流从PLC的输入端流出，从PLC的公共端流入，

此即为PLC的漏型电路的形式，即：NPN集电极开路输出只能接漏

型或混合式输入电路形式的PLC，连接图如图10所示：

图10 NPN集电极开路输出和PLC的连接

3.2.2 PNP集电极开路输出

PNP集电极开路输出为+V高电平，当输出OUT端和PLC输入相连

时，电流从PLC的输入端流入，从PLC的公共端流出，此即为PLC

的源型电路的形式，即：PNP集电极开路输出只能接源型或混合型输

入电路形式的PLC，连接图如图11所示：

图11 PNP集电极开路输出和PLC的连接

4 结束语

正是由于PLC输入模块电路形式和外接传感器输出信号的多样性，

我们在PLC输入模块接线前要充分了解PLC输入电路的类型和传感

器输出信号的形式，只有这样，才能确保PLC输入模块接线正确无

误，为后续的PLC编程和调试工作打下一个良好的基础。