Ten utwór jest dostępny na licencji CC BY 3.0 Polska.

Moduły wejść i wyjść sterowników PLC

mgr inż. Filip Kaszuba

1

Wejścia cyfrowe

Wejście cyfrowe pozwala na wprowadzenie do sterownika stanu logicznego 0 lub 1, czyli jednego
bitu informacji. Obecność napięcia (standard przemysłowy napięcia stałego to 24V) na wejściu
świadczy o stanie 1, zaś jego brak o stanie 0. Stan logiczny jest przekazywany do wewnętrznych
obwodów poprzez transoptory (LED i element światłoczuły), zapewniające separację galwa-
niczną. Jeden potencjał trafia na transoptor poprzez zaciski wejściowe, a drugi jest połączony
wewnętrznie i wyprowadzony przez zacisk COM

1

(rys. 2). W prostszych sterownikach, takich

jak Moeller easy, możliwe jest tylko podłączenie ze wspólną masą. W sterownikach przemy-
słowych transoptory skonstruowane są uniwersalnie – nie ma znaczenia gdzie podłączy się +,
a gdzie −. Dlatego też nie ma znaczenia, który potencjał będzie podłączony do zacisku COM,
a który do poszczególnych punktów wejściowych. Przyjmuje się więc dwie konwencje podłącze-
nia. Pierwsza to sink (inne spotykane nazwy to ujście, logika dodatnia), czyli wspólna masa
(rys. 1 a). Drugie rozwiązanie nosi nazwę source (źródło, logika ujemna) i polega na wspólnym
wyprowadzeniu ”plusa”(rys. 1 b). Nazwy tych konwencji można skojarzyć z kierunkiem prądu
płynącego w obwodzie urządenie-moduł; jeśli prąd wypływa z zacisku wejściowego, jest to so-
urce

, jeśli do niego wpływa – sink. Z powodu uniwersalnej konstrukcji modułu wejść, można

zmieniać sposoby podłączenia tylko za pomocą okablowania – ten sam moduł może pracować
w obu logikach (rys. 2). Należy też dodać, że logika podłączenia okablowania nie ma żadnego
wpływu na stan logiczny bitu wejścia w programie. Na rysunku 2 przedstawiono też okablowanie
dla modułu wejść na prąd zmienny – w tym przypadku oczywiście nie można mówić o kierunku
przepływu prądu, a więc i o podłączeniu sink czy source.

S1

S2

IN0

IN1

COM(-)

Moduł wejść

S1

S2

IN0

IN1

COM(+)

Moduł wejść

a)

b)

Rys. 1. Sposoby okablowania modułów wejść; strzałki oznaczają kierunek przepływu prądu.
Diody wewnątrz modułu są elementami transoptorów.

2

Wyjścia cyfrowe

Za pomocą wyjść cyfrowych można przekazać na zewnątrz sterownika stany logiczne będące
efektem działania programu. Spotykane typy modułów wyjść to przekaźnikowe, tranzystorowe
i triakowe.

1

Producenci oferują też moduły wejść z osobnymi wyprowadzeniami dla każdego punktu wejściowego, np.

Omron CJ1W-ID201.

Ten utwór jest dostępny na licencji CC BY 3.0 Polska.

Rys. 2. Podłączenie przycisków do modułów wejść – na prąd stały i zmienny [2]

2.1

Wyjścia przekaźnikowe

Moduł wyjść przekaźnikowych składa się z szeregu przekaźników mechanicznych, których cewki
są zasilane z obwodów wewnętrznych sterownika, na podstawie stanu na cewkach wyjściowych
w programie. Zaciski wyjściowe są wyprowadzeniami styków tych przekaźników, tak więc takie
wyjścia nie generują żadnego sygnału, tylko zamykają lub otwierają obwód elektryczny. Nie
ma więc znaczenia czy podłącza się napięcie stałe czy zmienne. Moduł może mieć przekaźniki
z niezależnymi wyprowadzeniami (po dwa na każde wyjście) lub z wspólnym wyprowadzeniem
COM, co uwidacznia rysunek 3. Niezależne wyprowadzenia co prawda zwiększają ilość okablowa-
nia, jednak pozwalają na podłączenie całkowicie różnych urządzeń do tego samego modułu, np.
styczników o różnych napięciach cewki, LEDów i świetlówek. Należy zwrócić uwagę na zalece-
nia producenta co do podłączania różnych odbiorników, szczególnie o charakterze indukcyjnym.
Wyjścia przekaźnikowe mają obciążalność rzędu kilku amperów, np. Omron CJ1W-OC201 –
2A, sterownik Moeller easy – 8A obciążenia rezystancyjnego, 2A obciążenia indukcyjnego. Na-
leży też zwrócić uwagę, że przez wspólny przewód COM może płynąć dość duży prąd, rzędu
kilkunastu A. Przekaźniki, jako elementy mechaniczne, ulegają zużyciu, dlatego nie należy ich
używać do zastosowań wymagających szybkiego przełączania.

Rys. 3. Podłączenie urządzeń do wyjść przekaźnikowych z niezależnymi przekaźnikami i z wy-
prowadzeniem COM [2]

2.2

Wyjścia tranzystorowe

Tego typu wyjścia są najpopularniejsze w sterownikach przemysłowych. Stan logiczny jest prze-
kazywany w formie sygnału napięciowego, załączanego przez elementy półprzewodnikowe. Obec-
nie w wyjściach stosuje się tranzystory MOSFET z kanałem wzbogacanym typu N, gdzie wyjście

Ten utwór jest dostępny na licencji CC BY 3.0 Polska.

jest podłączone do drenu lub źródła. Jeżeli napięcie jest podłączone do źródła, mamy do czy-
nienia z wyjściem typu source, jeśli do drenu – typu sink. W przypadku wyjść source, na zacisku
wyjścia pojawia się napięcie +24V, tak więc prąd z niego wypływa. Zacisk wyjściowy modułu
sink

daje napięcie 0V, a więc jest ”ujściem” prądu. Okablowanie na zewnątrz wygląda bardzo

podobnie – do modułów wyjściowych doprowadza się zarówno napięcie dodatnie i masę, ale
zasadnicza różnica to polaryzacja sygnału w punktach wyjściowych (rys. 4).

Rys. 4. Podłączenie urządzeń do wyjść tranzystorowych sink i source [2]

Rys. 5. Podział czujników indukcyjnych [3]

3

Czujniki

Jednym z typów urządzeń, które podłącza się do wejść PLC są czujniki indukcyjne, dające sygnał
cyfrowy. Służą do wykrywania obecności przedmiotów z metalu i są szeroko wykorzystywane w
aumatyce. Na rysunku 5 przedstawiono podział czujników za względu na sposób podłączenia.
Główne rozgraniczenie to ilość przewodów potrzebnych do podłączenia. Czujniki dwuprzewo-
dowe są wyposażone w styk bezprądowy, który zamyka lub otwiera obwód – ich podłączenie
do wejść wygląda dokładnie tak jak w przypadku przycisków. Występuje odmiana ze stykiem
normalnie otwartym i normalnie zamkniętym. Czujniki trójprzewodowe i czteroprzewodowe ge-
nerują własny sygnał. Przewody + i − służą do zasilenia czujnika. Sygnał, który pojawia się
na przewodzie wyjściowym zależy od układu tranzystorowego zastosowanego w czujniku. W
przypadku tranzystorów PNP mamy do czynienia z logiką dodatnią – na wyjściu pojawia się

Ten utwór jest dostępny na licencji CC BY 3.0 Polska.

stan wysoki

2

. Tranzystory NPN dają stan niski, czyli napięcie 0V. Te logiki także noszą nazwy

sink

i source. Tym razem również o nazwie decyduje kierunek prądu – jeśli prąd wypływa z

wyjścia czujnika, jest to source, jeśli wpływa do czujnika – sink. Czujniki czteroprzewodowe
mają dwa styki – NO i NC.

+24V

0V

+
−

out

Q1

Q2
..

.

COM

npn

+24V

0V

+
−

out

Q1

Q2
..

.

COM

pnp

Rys. 6. Sposoby podłączenia czujników pnp i npn

Literatura

[1] ”Sinking and sourcing concepts” – materiały ze strony firmy Automation Direct

[2] CJ2 CPU Unit Hardware User’s Manual

[3] Katalog ”Sensors” firmy Hans Turck GmbH & Co. KG

2

Napięcie sygnału wyjściowego jest zbliżone do napięcia zasilania. Elektronika w czujniku może pracować w

dużym zakresie napięcia, np. 10 ÷ 30V.