1．開關(guān)量輸入/輸出電路的隔離
（1）開關(guān)量輸入電路的隔離 考慮控制電路的抗干擾性能，開關(guān)量輸入、輸出電路均應(yīng)采用光電耦合器。帶光電耦合器的開關(guān)量輸入電路如圖1所示。外電路電源電壓為+15v，plc的電源電壓為+5v，兩個電源是隔離的。當(dāng)開關(guān)k斷開時，光電耦合器的發(fā)光二極管熄滅，光敏管呈高阻特性，a點為低電平，經(jīng)與門后輸出電壓為低電平。當(dāng)開關(guān)k閉合時，光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏管呈低阻特性，a點為高電平，經(jīng)與門電路后輸出電壓為高電平。
圖1 帶光電耦合器的開關(guān)量輸入電路
（2）開關(guān)量輸出電路的隔離 采用光電耦合器的開關(guān)量輸出電路如圖2所示。+5v電源為plc的電源，+24v電源為開關(guān)量輸出電源，兩個電源是隔離的。當(dāng)do接口端輸出高電平時，經(jīng)與非門電路之后，a點為低電平，經(jīng)光電耦合器使驅(qū)動晶體管vt導(dǎo)通，出口繼電器j得電吸合。當(dāng)do接口端輸出低電平時，經(jīng)與非門電路后，a點輸出高電平，經(jīng)光電耦合器使vt截止，j釋放。
圖2 帶光電耦合器的開關(guān)量輸出電路
2．模擬量輸入/輸出電路的隔離
對于速度檢測通常采用測速發(fā)電機將速度信號變成電壓信號un，un=n（為速度反饋系數(shù)）。電流檢測通常采用電流互感器或霍爾效應(yīng)電流檢測器實現(xiàn)，將電流信號變成電壓信號ui，ui=id（為電流反饋系數(shù)）。
若采用a/d轉(zhuǎn)換電路，可直接將模擬電壓信號接到plc的模入端，如圖3所示。模入信號為測速發(fā)電機的輸出電壓，分壓后將輸入電壓un限制為0～5v。
圖3 a/d口直接連接測速反饋電路
這種模擬輸入電路的特點是結(jié)構(gòu)簡單，但存在不安全因素，測速發(fā)電機的電樞電壓高達100多伏，直接與plc的輸入引腳相連，一方面會給微處理器芯片帶來干擾，另一方面瞬時過電壓會損壞微處理器芯片。
考慮變頻調(diào)速系統(tǒng)的抗干擾能力及可靠性，需要將檢測的模擬量un、ui與plc電路之間進行隔離。模擬量隔離電路的方式有變壓器隔離及光電耦合器隔離兩種。
（1）變壓器隔離
采用變壓器隔離的典型電路是隔離放大器，隔離放大器ad289的結(jié)構(gòu)如圖4（a）所示。
圖4 隔離放大器ad289的結(jié)構(gòu)
隔離放大器所需電源是直流15v，15v電源經(jīng)振蕩器加到變壓器t1的初級繞組n1上，t1的次級繞組n2、n3提供脈沖電源，經(jīng)整流濾波形成的控制電源分別供a2、a1放大器。t1的次級繞組n5、n4分別為調(diào)制器和解調(diào)器提供脈沖電源。很小的輸入信號（毫伏級）經(jīng)放大器a1放大后，再經(jīng)調(diào)制器調(diào)制成交流信號。經(jīng)變壓器t2后，再經(jīng)解調(diào)器還原成a1的輸出電壓，經(jīng)a2放大，在⑨、⑩兩端輸出被放大的電壓。
圖4（b）給出了ad289的圖形符號，控制電源端⑥、⑦與信號輸入端⑤、①及信號輸出端⑨、⑩三個回路之間是相互隔離的，隔離耐壓達2 500v。如果檢測電樞電流，電樞回路的分流器（額定電壓為75mv）兩端的電壓接信號輸入端⑤、①，信號輸出端⑩、⑨接plc的輸入端，可實現(xiàn)電樞回路的高壓（約1 000v）與plc的低壓回路的隔離。
（2）光電耦合器隔離
光電耦合器隔離的方法分以下3種。
① 線性光電耦合器隔離。精密線性光電耦合器til300及其應(yīng)用電路如圖5所示。til300由紅外發(fā)光二極管（led）以及分叉配置的隔離反饋光電二極管和輸出光電二極管組成。該器件所采用的特殊技術(shù)可補償led的時間和溫度特性的非線性，使輸出信號與led發(fā)出的伺服光通量成線性。
圖5 til300精密線性光電耦合器及其應(yīng)用電路
令電流增益k1=ip1/if，正向增益k2=ip2/if，傳輸增益k3=ip2/ip1=k2/k1。則圖5所示電路的輸出電壓uo為：
式中：ui為輸入的模擬量。
顯然，傳輸電路的輸出電壓uo與輸入電壓ui的關(guān)系取決于傳輸增益k3，由于k3=k2/k1，即使k2、k1在if變化時不是線性的，但其比值k3也可以成線性。也就是說，圖5所示電路的傳輸比是線性的，同時也達到了ui與uo之間電氣隔離的目的。
② a/d轉(zhuǎn)換后光電耦合器隔離。a/d轉(zhuǎn)換后光電耦合器隔離方案也可以實現(xiàn)模擬量輸入信號與計算機的隔離。典型產(chǎn)品如cke公司的g-01ad模塊，其電路結(jié)構(gòu)如圖6所示，為8通道模擬量輸入通道。
圖6 a/d轉(zhuǎn)換后光電耦合器隔離結(jié)構(gòu)圖
在圖6中，輸入的模擬量經(jīng)切換回路選通后進入放大器，經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后變成12位的二進制數(shù)字信號，再經(jīng)12只光電耦合器后進入cpu的數(shù)據(jù)總線。a/d轉(zhuǎn)換電路與cpu之間的控制信號及輸入切換電路的控制信號共8位，也是經(jīng)8只光電耦合器與cpu相連接的。顯然8路模擬量輸入信號與cpu之間經(jīng)20只光電耦合器相連接，模入信號與cpu之間沒有任何電氣連接。
③ v/f變換后光電耦合器隔離。這種方案是將被檢測的模擬量ui經(jīng)v/f變換電路轉(zhuǎn)換成頻率f，再經(jīng)光電耦合器隔離后連接到plc的輸入端。cpu通過檢測頻率的大小計算出對應(yīng)的模擬量ui。電路結(jié)構(gòu)如圖7所示。
對于一路模擬量輸入電路，僅用一只光電耦合器即可實現(xiàn)電氣隔離。因此，這種方案具有體積小、造價低的特點。西門子公司的siemadyd全數(shù)字控制系統(tǒng)就采用了這種方案。
圖7 v/f變換后光電耦合器隔離結(jié)構(gòu)