你们许多人正从微控制器和数字逻辑背景转向可编程逻辑控制器。这是个好消息，但也伴随着对PLC本质及其如何连接物理世界的一系列误解。在本文中，我们将以大家熟悉的逻辑1和逻辑0通断边界形式呈现逻辑电平阈值测试结果。我们还将测量输入电阻。掌握这些知识后，您将能正确将现场设备连接到PLC。您还将理解为何PNP传感器是首选设备。同时，若考虑PLC输入电阻，您会更清楚如何应用NPN型传感器。
图 1 ：用于测量PLC逻辑电平阈值和输入电阻的测试装置。
逻辑阈值
物理测试装置如图 1 所示。选用Crouzet Millenium Slim PLC作为代表性元件。需要两个电源。右侧电源提供24V直流电为PLC供电。左侧可调电源用于向PLC输入引脚提供测试电压。PLC编程设置为：当数字输入超过逻辑1阈值时，绿色指示灯亮起。
通过调节可调电源电压，可确定绿色指示灯的开启和关闭临界点。结果如图 2 所示。所有低于9V的电压被视为逻辑0，高于11V的电压被视为逻辑1。9V至11V之间的区间为不确定区域。PLC表现出某种迟滞特性：需要11V电压触发开启，而电压必须降至9V才会关闭。这种特性是可取的，它能提供清晰的转换，并可能避免不确定的（抖动的）数字输入检测。
图 2 ：展示PLC逻辑阈值的示意图，11V及以上为逻辑1，9V及以下为逻辑0。
技术提示 ：您可能在运放专题课程中接触过迟滞现象。回想比较器电路，它利用正反馈形成具有"粘滞"特性的输出。基于运放的比较器输出会保持一个状态，直到输入电压跨越阈值才会切换，并"锁定"在新状态，直到输入信号大幅反向变化。这样的系统对噪声具有相对免疫力。
输入电阻
测量输入电阻的测试配置如图3所示。如图3所示，在PLC输入与可调电源之间串联了一个10 kΩ电阻。该电阻安装在PLC右侧端子排上的情况可参见图1。
图 3 ：示意图显示PLC数字输入电阻约为12 kΩ。测试串联电阻上会产生电压降。
最近一次测试中，如图3所示向串联电阻注入了19.3V电压。10 kΩ串联电阻上相应产生了8.94V压降，据此计算出电流为894 μA：
电流_{输入} = \dfrac{8.94 \ V}{10 \ k\Omega} = 0.894 \ mA
随后测得PLC两端电压为10.44V。输入电阻最终计算结果如下：
电阻_{输入} = \dfrac{10.44 \ V}{0.000894 \ A} \approx 11.7 \ k\Omega
输入电压阈值与输入电阻均与Crouzet PLC数据手册高度吻合。
应用影响
用微控制器术语来说，该PLC数字输入配有下拉电阻。
-
PLC输入悬空是可接受的。此时读取值为逻辑0。
-
开关和传感器必须将输入电阻上拉至24 VDC电源轨。在此过程中需提供约2 mA电流。
-
我们之前使用的5V和3.3V逻辑电平与PLC不兼容。但这些电平可用于PLC模拟输入——这或许是另一篇文章的主题。
-
优先选用PNP型传感器，因其设计用于将输入上拉至24 VDC电源轨。下拉至地的NPN器件需额外添加低阻值电阻才能工作。外部上拉电阻的阻值选择需确保分压后的空闲电压完全处于逻辑1区域，如图2所示。本前文进一步阐述了PNP与NPN的区别及解决方案。
请在下面的空白处分享您的意见和问题。