亿博士与小U之PLC晶体管输出

某天，小U正在实验室埋头苦干，这时亿博士走了进来。

亿博士：“小U，在忙什么呢？”

小U：“我在接线呢，亿博士，我现在遇到一个问题，希望您能帮我想想办法。”

亿博士：“什么问题？”

小U：“这个 PLC 的输出点不管我怎么接线，同一时刻只能控制这个伺服驱动器的一个输入点。” 小U一边说，一边向亿博士展示实验桌上的产品。只见桌上放着一个 CPU，型号是 224-1AD；旁边放着一个伺服驱动器，看起来有点旧；还放着一个直流 24V 的开关电源。中间穿梭了 好几根控制线和电源线。

“这么奇怪？”小U的描述激起了亿博士的好奇心。

“是啊，我想使用 224-1AD 的两个输出点，比如 Q1.0 和 Q1.1，分别控制这个伺服驱动器的 两个输入点，比如 DI1 和 DI2，就没办法实现。”小U 说道。

“不用着急，让我们先从这个伺服驱动器的输入点类型入手。”亿博士说道，“小U，你去把这个伺服驱动器的手册拿来给我看看。”不一会儿，亿博士说道：“小U，这个伺服驱动器是从哪里拿来的？”

小U 跑出实验室，回来时手头上已多出了一本手册。小U 把手册递给亿博士，亿博士翻看 到手册的第 35 页-输入点类型后便认真阅读起来。

“这个伺服驱动器是从公司的杂物间里找到的，我便寻思着拿来做实验用用。”小U 答道。

“这个伺服驱动器已经面世好久了吧？我估计已有 5-6 年历史了，而这正是你刚才遇到的问 题的原因。”亿博士说道。

“亿博士，我不太明白，我的接线难道和产品的历史有关系吗？”小U 很疑惑。

“那当然了，一些伺服驱动器产品，由于在前期开发设计时考虑的因素不周全，导致接线方 式和现在的接线方式存在比较大的差异。如果实际应用中不加以注意，便会导致设备不能正 常运行。”亿博士说道。

“小U，你看，这个伺服驱动器手册里的输入点接线图如图 1。其中，红色线条左边是需要我们在外部接线进行相应的功能控制；右边是驱动器内部电路结构。这部分电路采用了一个 叫做光电耦合器的电子器件，简称为光耦，图 2 是光耦的电路示意图。小U，你知道这个光 耦是如何工作的吗？”亿博士问道。

“亿博士，我觉得它的工作方式是利用光来传输信号。为什么呢？因为从图 2 可以看到，光耦器件的①和②脚是发光二极管的正负极，当外部条件满足时，这个发光二极管便会导通发 光；而光耦器件的③和④脚则组成了可以接收光的三极管，当有光传送过来时，这个三极管便会导通，也就是③和④脚短接在一起，此时内部控制器便可以检测出外部的信号变化情况 了。”小U 回答道。

“很好，小U  的回答非常好！”亿博士竖起了大拇指。“大家都知道，发光二极管具有单向导通特性。要想使光耦里的发光二极管导通，外部条件必须满足①脚的电平为正，②脚的电 平为负，也就是电流的方向是从①脚流向②脚，才能达到光耦正常工作的发光状态；否则， 图 2 中的光耦是不能正常工作的。以图 1 中的 DI1 为例，当 SON 开关闭合时，对应的内部 光耦导通，内部控制器检测到导通状态，便会执行使能伺服驱动器的命令。小U，你能画出 此时电流的流向吗？”亿博士问道。

“当然可以，”小U 说着便拿起手中的笔画了起来，如图 3 的红色箭头。

“当SON 闭合时，电流从 DC 12-24V 电源的正极流出，经过 1K 限流电阻，流入光耦的发光二极管正极，最后流出发光二极管的负极，回流到电源的负极，行成了一个闭合的电流回路。”小U 解释道。

“非常棒！”亿博士点点头，“任何一个电路，其正常工作的前提是电流必须形成一个闭合的回路。同样的，DI2、DI3 其他输入点闭合时，其电流的流向也和 DI1 的一样。但是，有一点 地方需要注意，就是图 1 中的伺服驱动器内部电路把所有通道的光耦①脚短接在一起，这样 就给其应用带来了局限性。”亿博士说道。

“带来了什么局限呢？”小U 问道。

“由于图 2 的光耦具有单向导通性，并且把所有的①脚短接在一起了，在实际应用中，图 1 的 COM+就只能接到电源的正极，才有可能使光耦导通。如果 COM+接到电源的负极，无论 外部开关如何动作，光耦是不可能导通的。如图 4”亿博士说道。

“原来这样，但是实际接线时，我们一定是把 COM+接到电源正极的，因为 COM+里有个+ 符号，相信许多工程师还是看得出来。”小U 说道。

“COM+接到电源正极，那是正确的接法，无可厚非。但是如果想使用 214-1AD 的输出点来 分别控制图 1 伺服驱动器的多个输入点，就像你刚才所描述的那样，就会产生问题。”亿博士说道。

“嗯。让我想想看。”小U 说道，“214-1AD 的输出点电路形式如图 5，可以看到，在编程软 件里写入 1 时，PLC 内部的开关管便会导通，此时 Q1.0 便有 24V 输出给外部负载。”

“分析得对，小U，你在图 5 的基础上画出当 Q1.0 有输出时的电流流向。”亿博士说道。此时，小U又拿起手中的笔画了起来，如图 6。“当 Q1.0 有输出时，电流从+24V 流出，经 过开关管，从 Q1.0 端子流出给负载，然后在流入 24V 电源的地，形成一个闭合回路。”小U一边画图一边解释。

“是的，从图 6 中我们可以看出，当 214-1AD 的输出点有输出时，电流是从输出点流出来。 正是这种特性，才会导致你刚才所遇到的问题。小U，现在你可以把图 6 和图 3 结合起来, 看看问题在哪里，你可以先试着单独控制一个点，然后在同时控制多个点。”亿博士说道。

“好的。”小U 答道。“正如刚才亿博士所说，电流只能从 214-1AD 输出点流出；由于伺服 驱动器里的光耦单向导通特性，COM+作为伺服驱动器输入点的公共端，电流只能从 COM+ 流入伺服驱动器内部电路，因此，单独控制一个点的情况，214-1AD 的输出点 Q1.0 必须连 接到 COM+，而伺服驱动器的输入点 DI1 必须连接到 214-1AD 的 M 端，才能保证电流形成闭 合回路,才能正常控制 DI1 工作。就像图 7 的蓝色接线和红色接线一样。”

“是的！图 7 是单独控制一个输入点 DI1，如果我们想要使用 Q1.0 和 Q1.1 同时控制 DI1 和DI2 呢？会出现什么情况？”亿博士问道。

“啊？亿博士，我知道！”小U 似乎明白了什么，异常激动。“亿博士，Q1.1 控制 DI2 和 Q1.0 控制 DI1 的原理和接线方法一样，如图 8。可以看到，Q1.0 和 Q1.1 居然连接在一起了，这 样就不能达到分别控制 DI1 和 DI2 的目的了。只要 Q1.0 和 Q1.1 有一个导通，都会造成 DI1 和 DI2 同时有信号输入。”

“哈哈，小U  真厉害。”亿博士再次竖起大拇指。“引起这个现象的主要原因有两个，一个 是因为这个伺服驱动器内部电路使用了一个具有单向导通特性的光耦，另外一个是因为这个伺服驱动器内部电路把所有光耦的①脚连接在一起，作为一个公共端 COM+来处理。”

“这个伺服驱动器为什么要这样设计呢？这样设计会引起非常麻烦的应用，难道开发设计这个伺服驱动器的工程师不知道会引起这样的情况吗？”小U 疑惑的问道。

“工程师这样设计当然有他们的考虑因素，首先，从端子数量来看，把所有光耦的①脚连接 在一起作为公共端 COM+处理，可以节省端子数量和避免接线麻烦。小U，现在一共是 DI1-DI9 九个输入点，通过公共端处理，只需要 10 个端子就可以完成了。如果把所有光耦的引脚单 独引出来，那么一共需要多少个端子呢？”亿博士问道。

“一共是 18 个端子”小U 答道。“是的，端子数量变多了，同时也给应用接线带来了麻烦。”亿博士说道。 “亿博士，既然这样，为什么设计开发工程师没有把所有光耦的②脚，也就是发光二极管的负极连接在一起，作为公共端 COM-处理，而发光二极管的正极作为输入点定义？这样一来， 就不会引起刚才遇到的问题了。”小U 问道。

“小U，这个问题问得好。如果按照你刚才所说的，确实能避免刚才遇到的问题。”

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