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      億博士與小U之PLC晶體管輸出

      發布時間: 2018-07-27

      某天,小U正在實驗室埋頭苦干,這時億博士走了進來。

      億博士:“小U,在忙什么呢?”

      小U:“我在接線呢,億博士,我現在遇到一個問題,希望您能幫我想想辦法?!?/span>

      億博士:“什么問題?”

      小U:“這個 PLC 的輸出點不管我怎么接線,同一時刻只能控制這個伺服驅動器的一個輸入點?!?/span>

      小U一邊說,一邊向億博士展示實驗桌上的產品。只見桌上放著一個 CPU,型號是 224-1AD;旁邊放著一個伺服驅動器,看起來有點舊;還放著一個直流 24V 的開關電源。中間穿梭了 好幾根控制線和電源線。

      “這么奇怪?”小U的描述激起了億博士的好奇心。

      “是啊,我想使用 224-1AD 的兩個輸出點,比如 Q1.0 和 Q1.1,分別控制這個伺服驅動器的 兩個輸入點,比如 DI1 和 DI2,就沒辦法實現?!毙 說道。

      “不用著急,讓我們先從這個伺服驅動器的輸入點類型入手?!眱|博士說道,“小U,你去把這個伺服驅動器的手冊拿來給我看看?!辈灰粫?,億博士說道:“小U,這個伺服驅動器是從哪里拿來的?”

      小U 跑出實驗室,回來時手頭上已多出了一本手冊。小U 把手冊遞給億博士,億博士翻看 到手冊的第 35 頁-輸入點類型后便認真閱讀起來。

      “這個伺服驅動器是從公司的雜物間里找到的,我便尋思著拿來做實驗用用?!毙 答道。

      “這個伺服驅動器已經面世好久了吧?我估計已有 5-6 年歷史了,而這正是你剛才遇到的問 題的原因?!眱|博士說道。

      “億博士,我不太明白,我的接線難道和產品的歷史有關系嗎?”小U 很疑惑。

      “那當然了,一些伺服驅動器產品,由于在前期開發設計時考慮的因素不周全,導致接線方 式和現在的接線方式存在比較大的差異。如果實際應用中不加以注意,便會導致設備不能正 常運行?!眱|博士說道。

      “小U,你看,這個伺服驅動器手冊里的輸入點接線圖如圖 1。其中,紅色線條左邊是需要我們在外部接線進行相應的功能控制;右邊是驅動器內部電路結構。這部分電路采用了一個 叫做光電耦合器的電子器件,簡稱為光耦,圖 2 是光耦的電路示意圖。小U,你知道這個光 耦是如何工作的嗎?”億博士問道。

      “億博士,我覺得它的工作方式是利用光來傳輸信號。為什么呢?因為從圖 2 可以看到,光 耦器件的①和②腳是發光二極管的正負極,當外部條件滿足時,這個發光二極管便會導通發 光;而光耦器件的③和④腳則組成了可以接收光的三極管,當有光傳送過來時,這個三極管便會導通,也就是③和④腳短接在一起,此時內部控制器便可以檢測出外部的信號變化情況 了?!毙 回答道。

      “很好,小U  的回答非常好!”億博士豎起了大拇指?!按蠹叶贾?,發光二極管具有單向 導通特性。要想使光耦里的發光二極管導通,外部條件必須滿足①腳的電平為正,②腳的電 平為負,也就是電流的方向是從①腳流向②腳,才能達到光耦正常工作的發光狀態;否則, 圖 2 中的光耦是不能正常工作的。以圖 1 中的 DI1 為例,當 SON 開關閉合時,對應的內部 光耦導通,內部控制器檢測到導通狀態,便會執行使能伺服驅動器的命令。小U,你能畫出 此時電流的流向嗎?”億博士問道。

      “當然可以,”小U 說著便拿起手中的筆畫了起來,如圖 3 的紅色箭頭。

      “當 SON 閉合時,電流從 DC 12-24V 電源的正極流出,經過 1K 限流電阻,流入光耦的發光 二極管正極,最后流出發光二極管的負極,回流到電源的負極,行成了一個閉合的電流回路?!毙 解釋道。

      “非常棒!”億博士點點頭,“任何一個電路,其正常工作的前提是電流必須形成一個閉合的 回路。同樣的,DI2、DI3 其他輸入點閉合時,其電流的流向也和 DI1 的一樣。但是,有一點 地方需要注意,就是圖 1 中的伺服驅動器內部電路把所有通道的光耦①腳短接在一起,這樣 就給其應用帶來了局限性?!眱|博士說道。

      “帶來了什么局限呢?”小U 問道。

      “由于圖 2 的光耦具有單向導通性,并且把所有的①腳短接在一起了,在實際應用中,圖 1 的 COM+就只能接到電源的正極,才有可能使光耦導通。如果 COM+接到電源的負極,無論 外部開關如何動作,光耦是不可能導通的。如圖 4”億博士說道。

      “原來這樣,但是實際接線時,我們一定是把 COM+接到電源正極的,因為 COM+里有個+ 符號,相信許多工程師還是看得出來?!毙 說道。

      “COM+接到電源正極,那是正確的接法,無可厚非。但是如果想使用 214-1AD 的輸出點來 分別控制圖 1 伺服驅動器的多個輸入點,就像你剛才所描述的那樣,就會產生問題?!眱|博士說道。

      “嗯。讓我想想看?!毙 說道,“214-1AD 的輸出點電路形式如圖 5,可以看到,在編程軟 件里寫入 1 時,PLC 內部的開關管便會導通,此時 Q1.0 便有 24V 輸出給外部負載?!?/span>

      “分析得對,小U,你在圖 5 的基礎上畫出當 Q1.0 有輸出時的電流流向?!眱|博士說道。此時,小U又拿起手中的筆畫了起來,如圖 6?!爱?Q1.0 有輸出時,電流從+24V 流出,經 過開關管,從 Q1.0 端子流出給負載,然后在流入 24V 電源的地,形成一個閉合回路?!毙一邊畫圖一邊解釋。

      “是的,從圖 6 中我們可以看出,當 214-1AD 的輸出點有輸出時,電流是從輸出點流出來。 正是這種特性,才會導致你剛才所遇到的問題。小U,現在你可以把圖 6 和圖 3 結合起來, 看看問題在哪里,你可以先試著單獨控制一個點,然后在同時控制多個點?!眱|博士說道。

      “好的?!毙 答道?!罢鐒偛艃|博士所說,電流只能從 214-1AD 輸出點流出;由于伺服 驅動器里的光耦單向導通特性,COM+作為伺服驅動器輸入點的公共端,電流只能從 COM+ 流入伺服驅動器內部電路,因此,單獨控制一個點的情況,214-1AD 的輸出點 Q1.0 必須連 接到 COM+,而伺服驅動器的輸入點 DI1 必須連接到 214-1AD 的 M 端,才能保證電流形成閉 合回路,才能正??刂?DI1 工作。就像圖 7 的藍色接線和紅色接線一樣?!?/span>

      “是的!圖 7 是單獨控制一個輸入點 DI1,如果我們想要使用 Q1.0 和 Q1.1 同時控制 DI1 和DI2 呢?會出現什么情況?”億博士問道。

      “???億博士,我知道!”小U 似乎明白了什么,異常激動?!皟|博士,Q1.1 控制 DI2 和 Q1.0 控制 DI1 的原理和接線方法一樣,如圖 8??梢钥吹?,Q1.0 和 Q1.1 居然連接在一起了,這 樣就不能達到分別控制 DI1 和 DI2 的目的了。只要 Q1.0 和 Q1.1 有一個導通,都會造成 DI1 和 DI2 同時有信號輸入?!?/span>

      “哈哈,小U  真厲害?!眱|博士再次豎起大拇指?!耙疬@個現象的主要原因有兩個,一個 是因為這個伺服驅動器內部電路使用了一個具有單向導通特性的光耦,另外一個是因為這個伺服驅動器內部電路把所有光耦的①腳連接在一起,作為一個公共端 COM+來處理?!?/span>

      “這個伺服驅動器為什么要這樣設計呢?這樣設計會引起非常麻煩的應用,難道開發設計這個伺服驅動器的工程師不知道會引起這樣的情況嗎?”小U 疑惑的問道。

      “工程師這樣設計當然有他們的考慮因素,首先,從端子數量來看,把所有光耦的①腳連接 在一起作為公共端 COM+處理,可以節省端子數量和避免接線麻煩。小U,現在一共是 DI1-DI9 九個輸入點,通過公共端處理,只需要 10 個端子就可以完成了。如果把所有光耦的引腳單 獨引出來,那么一共需要多少個端子呢?”億博士問道。

      “一共是 18 個端子”小U 答道?!笆堑?,端子數量變多了,同時也給應用接線帶來了麻煩?!眱|博士說道。 “億博士,既然這樣,為什么設計開發工程師沒有把所有光耦的②腳,也就是發光二極管的負極連接在一起,作為公共端 COM-處理,而發光二極管的正極作為輸入點定義?這樣一來, 就不會引起剛才遇到的問題了?!毙 問道。

      “小U,這個問題問得好。如果按照你剛才所說的,確實能避免剛才遇到的問題?!?/span>

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