plc如何输入

本文深入探讨可编程逻辑控制器（PLC）的输入机制，涵盖从信号类型、硬件接口到编程配置的全流程。文章将系统解析数字量、模拟量等不同输入信号的接入方式，详细阐述输入模块的工作原理、接线规范以及在实际应用中的配置要点，旨在为工程师和技术人员提供一套清晰、实用且具备操作性的PLC输入技术指南。

       在工业自动化控制系统的核心，可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller， 简称PLC）扮演着大脑的角色。它通过持续不断地采集来自现场的各种信号，经过内部程序的逻辑运算和处理，最终驱动执行机构完成预定的控制任务。其中，“输入”是这一切控制逻辑的起点和依据。理解PLC如何正确地接收和处理这些输入信号，是构建稳定、可靠自动化系统的基石。本文将围绕这一主题，展开详尽而专业的阐述。

       一、认识PLC输入系统的基本构成

       PLC的输入系统并非一个单一的部件，而是一个由现场设备、信号线缆、输入接口模块以及内部映像寄存器协同工作的完整链条。现场设备，如按钮、行程开关、传感器（接近开关、光电传感器等）、编码器等，负责感知物理世界的状态变化（如位置、压力、温度、流量等），并将其转换为电信号。这些电信号通过特定的线缆传输至PLC机架或本体上的输入模块。输入模块的核心功能是进行信号调理，包括电气隔离、电平转换、滤波抗干扰等，确保外部杂乱的现场信号能够被安全、准确地转换为PLC中央处理器（CPU）能够识别和处理的数字信息。最终，这些经过处理的输入信号状态会被存储在一片特定的内存区域——输入映像寄存器中，供用户程序周期性地读取和使用。

       二、区分两大核心输入信号类型：数字量与模拟量

       根据信号特性的不同，PLC的输入主要分为数字量输入和模拟量输入两大类，这是进行硬件选型和编程设计前必须明确的基本概念。数字量输入，又称开关量输入，其信号特征是非“通”即“断”，非“高”即“低”，只有两种明确的状态。例如，一个按钮是否被按下，一个行程开关是否被触发，一个接近开关是否检测到金属物体，这些设备产生的就是典型的数字量信号。在电气表现上，它通常对应一个特定的电压阈值，如直流24伏特（24VDC）表示“1”或“ON”，0伏特（0VDC）表示“0”或“OFF”。与之相对，模拟量输入则是一个连续变化的物理量。它反映了诸如温度、压力、速度、液位等过程变量的连续变化。传感器将这些连续变化的物理量转换成连续变化的电压或电流信号，例如0至10伏特直流电压（0-10VDC），或4至20毫安电流（4-20mA）。PLC的模拟量输入模块能够将这些连续的模拟信号进行采样和模数转换（Analog to Digital Conversion， 简称ADC），将其变为一个数字值，供程序进行比例换算和逻辑判断。

       三、数字量输入模块的深入解析

       数字量输入模块是PLC系统中最常见、使用最广泛的输入单元。从输入电路的类型上，主要分为直流输入型和交流输入型。直流输入模块通常用于连接直流供电的传感器和开关，其输入电压等级常见的有直流24伏特、12伏特等。模块内部具有光电耦合器进行电气隔离，防止现场干扰窜入PLC内部电路。交流输入模块则用于直接连接交流电源驱动的设备，如交流接触器的辅助触点，常见电压等级为交流110伏特或220伏特。此外，根据公共端接线方式，数字量输入模块可分为共阳极（公共端接电源正极）和共阴极（公共端接电源负极）两种接线方式，这在设计接线图时必须予以明确。

       四、模拟量输入模块的关键技术参数

       模拟量输入模块的技术复杂性远高于数字量模块。在选择和使用时，需要重点关注以下几个参数：首先是输入信号类型，模块必须支持现场传感器输出的信号制式，如电压信号（0-10VDC， ±10VDC）或电流信号（4-20mA， 0-20mA）。其次是分辨率，它决定了模块将模拟信号转换为数字量的精细程度，通常用位数表示，如12位、16位。分辨率越高，转换得到的数字量范围越大，对信号的微小变化越敏感。第三是转换精度，它表示转换结果与实际信号值之间的误差范围。最后是采样周期，即模块完成一次所有通道信号采集和转换所需的时间，这对于快速变化的过程控制至关重要。

       五、特殊功能输入模块的应用

       除了常规的数字量和模拟量输入，现代PLC系统还配备了多种特殊功能输入模块，以满足更复杂的控制需求。高速计数器模块便是典型代表。普通数字量输入模块的响应频率有限，无法准确捕获如编码器输出的高频脉冲序列。高速计数器模块则专门用于处理这类高速脉冲信号，能够精确测量频率、转速、位移等，广泛应用于定位和速度控制。此外，还有温度测量模块（可直接连接热电偶或热电阻）、位置检测模块、称重模块等，它们将专用的信号调理和转换电路集成在模块内部，简化了系统构成，提高了测量精度和可靠性。

       六、输入信号的接线规范与注意事项

       正确的接线是保证PLC输入系统稳定可靠工作的物理基础。对于数字量输入，务必确认现场设备的触点类型（常开或常闭）与PLC输入点的默认逻辑关系。接线时，应使用规格合适的屏蔽电缆，并将屏蔽层在PLC柜侧单点接地，以抑制电磁干扰。对于模拟量输入，接线要求更为严格。推荐使用双绞屏蔽线，并且信号线与大电流的动力线必须分开敷设，避免平行走线，以防止感应噪声干扰微弱的模拟信号。对于电流信号（如4-20mA），通常需要在接收端（PLC模块侧）并联一个标准精度的采样电阻（如250欧姆），将电流信号转换为电压信号供模块测量。所有接线务必牢固，避免虚接或松动。

       七、输入点地址的寻址与分配原则

       在PLC的编程软件中，每一个物理输入点都对应一个唯一的地址。不同品牌的PLC有不同的寻址规则，例如西门子（Siemens）系列PLC常用“I”区表示输入，地址格式可能为“I0.0”、“I1.5”等；而三菱（Mitsubishi）PLC可能使用“X”来表示，如“X0”、“X17”。在进行系统设计时，需要根据PLC的硬件配置（机架、槽位、模块类型）和软件设置，为每个输入信号分配一个明确的地址。合理的地址分配应遵循清晰、有序、便于记忆和维护的原则，通常会按功能区域或设备进行分组规划。

       八、输入滤波时间的设置与影响

       现场环境充满电磁噪声，可能导致输入信号出现瞬间的毛刺或抖动。为了避免这些干扰信号被误认为有效的开关动作，PLC的输入点通常可以设置滤波时间（或称去抖动时间）。其原理是，只有当输入信号状态稳定保持超过设定的滤波时间后，PLC才认为该状态是有效的并更新输入映像寄存器。滤波时间的设置需要权衡：设置过短，可能无法滤除干扰；设置过长，则会降低系统对真实信号的响应速度。对于普通按钮和开关，通常设置几毫秒到几十毫秒；对于高速计数器输入，则需要关闭滤波或设置为极短的时间。

       九、在编程软件中组态硬件与输入参数

       在开始编写控制逻辑之前，必须在PLC的编程软件（如西门子的TIA Portal， 罗克韦尔（Rockwell）的Studio 5000）中进行硬件组态。这个过程相当于在软件中搭建一个与实际物理硬件完全一致的虚拟系统。你需要插入正确的CPU型号，并在相应的插槽上添加与实际安装顺序一致的输入模块。对于每个添加的模块，还需要进一步设置其参数，例如：为数字量输入模块设置各通道的滤波时间；为模拟量输入模块选择每通道的信号类型（电压/电流）、测量范围、是否启用断线检测、设置工程单位换算的上下限等。正确的硬件组态是PLC能够正确识别和读取输入信号的前提。

       十、用户程序中对输入信号的读取与处理

       在用户程序（通常以梯形图、功能块图或结构化文本语言编写）中，操作输入信号实际上是在访问输入映像寄存器。对于数字量输入，程序直接读取其“通/断”状态，用于触发后续的逻辑动作。例如，用一个启动按钮的输入点状态来置位一个运行标志。对于模拟量输入，程序读取的是一个经过模数转换后的整数值（RAW值）。这个原始值需要根据传感器量程和模块设置，通过比例缩放指令转换为有实际意义的工程值，例如压力值（兆帕）、温度值（摄氏度）。程序中还需加入限幅、滤波（软件滤波）等处理，以提高数据的稳定性和可靠性。

       十一、输入信号的诊断与故障排查

       一个成熟的自动化系统必须具备完善的诊断功能。对于输入系统，常见的诊断包括：数字量输入点的强制与监控，在调试或维修时，可以在编程软件中强制某个输入点为“ON”或“OFF”，以测试后续逻辑；也可以在线监控所有输入点的实时状态。模拟量输入则可以通过监控其转换后的数字值是否在合理范围内，来判断传感器或线路是否异常。许多高端输入模块本身也提供丰富的诊断信息，如模块故障、组态错误、断线报警、超限报警等，这些信息可以通过编程读取，并用于触发设备的预警或停机，实现预防性维护。

       十二、抗干扰设计与系统可靠性提升

       工业现场环境恶劣，干扰源众多。确保输入信号的真实性至关重要。除了前面提到的使用屏蔽线、分开走线外，还可以采取以下措施：在传感器侧或PLC输入侧并联续流二极管（对于直流感性负载）或阻容吸收回路（对于交流负载），以抑制感性负载断开时产生的反向感应电动势。为模拟量信号采用差分输入方式，可以有效抑制共模干扰。在PLC供电侧加装隔离变压器或电源滤波器。良好的接地系统是抗干扰的基石，应确保信号地、屏蔽地、保护地按照规范连接，避免形成地环路。

       十三、安全相关输入的特殊考虑

       对于涉及人身和设备安全的紧急停止、安全门、光栅等输入信号，其处理方式必须符合相关安全标准（如ISO 13849， IEC 62061）。这些安全输入不能简单地接入普通输入模块。通常需要使用经过安全认证的安全PLC或安全输入模块。这类模块采用冗余设计、差异化的内部电路、定期自检等机制，确保即使出现单个故障，系统也能安全地进入或保持在安全状态。其接线也常采用双通道（两个常闭触点串联）等方式，以实现更高的安全完整性等级（SIL或PL）。

       十四、分布式输入系统的架构

       在大型或设备分散的工厂中，采用集中式的本地输入模块可能布线成本高昂。此时，分布式输入系统成为优选方案。其核心是通过现场总线（如PROFIBUS， PROFINET， EtherNet/IP）或工业以太网，将分布在现场的远程输入输出站连接到主PLC。现场传感器就近接入这些远程站，远程站通过总线网络将输入信号状态周期性地传送给中央PLC。这种方式极大地节省了电缆成本和安装时间，提高了系统的灵活性和可扩展性。在软件编程上，远程输入点的访问方式与本地输入点类似，但需要额外的网络组态和通信配置。

       十五、输入系统与上位机监控的数据交互

       PLC的输入信号不仅是自身程序运行的依据，也是上层信息系统（如监控与数据采集系统SCADA， 制造执行系统MES）进行数据采集、监控、分析和决策的基础。PLC需要通过网络通信（如OPC UA， Modbus TCP）将重要的输入状态和过程变量（模拟量值）上传至上位机。在上位机画面中，操作员可以实时查看各个按钮、开关的状态，监控温度、压力等工艺参数的曲线，实现对整个生产过程的透明化管理和远程监控。

       十六、从理论到实践：一个简单的输入配置实例

       为了将上述知识串联起来，我们以一个简单的电机启停控制为例。假设需要一个启动按钮（常开）、一个停止按钮（常闭）和一个过热保护传感器（常闭）作为输入。首先，选择直流24伏特供电的共阴极数字量输入模块。将24伏特电源正极接到三个现场设备的公共端，将每个设备的信号输出线分别接到PLC的三个输入点上，这三个输入点的回路公共端（COM）连接到24伏特电源负极。在编程软件中，为这三个输入点分配地址（如I0.0， I0.1， I0.2），并设置合适的滤波时间（例如10毫秒）。最后，在梯形图程序中，利用I0.0的上升沿和I0.1、I0.2的常闭逻辑，编写一个标准的启保停电路，即可实现对电机运行状态的控制。

       十七、技术发展趋势与未来展望

       PLC输入技术也在不断演进。一方面，模块正向高密度、智能化发展，单个模块集成的通道数越来越多，并内置了更强大的自诊断和参数化功能。另一方面，工业物联网的兴起，使得带有智能接口和通信能力的传感器（IO-Link设备）可以直接将数字化的、带参数和诊断信息的数据送达PLC，极大地简化了接线和信息集成。此外，无线输入技术也在特定场景（如移动设备、旋转设备）中得到应用，为系统设计提供了更多可能性。

       十八、总结与核心要义回顾

       PLC的输入，是一个融合了电气硬件、电子技术和软件配置的系统工程。其核心脉络清晰：从现场物理量出发，经由传感器变送为电信号，通过规范的接线进入输入模块，经过信号调理和转换成为数字信息，存储于映像寄存器，最终被用户程序读取和运用。掌握这一过程，意味着不仅要理解数字量与模拟量的区别、各类模块的选型，更要精通接线的规范、软件中的组态、程序的处理以及系统的抗干扰与诊断。唯有将这些环节都扎实掌握，才能确保PLC这只“工业之眼”看得清、看得准，从而为构建高效、稳定、智能的自动化控制系统打下最坚实的基础。希望本文的梳理，能为您在实际工作中处理PLC输入相关问题提供切实有效的指引。