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-1-运动控制卡输入/输出端口相关电气知识------------------------------------------------------------------------------------目录一．控制卡输出信号的输出与隔离...................................................................................................2集电极开路输出...........................................................................................................................2差分信号输出...............................................................................................................................4光电隔离.......................................................................................................................................6继电器隔离...................................................................................................................................7二．控制卡输入信号的输出与滤波.................................................................................................10开关信号输入.............................................................................................................................10差分信号输入.............................................................................................................................10RC滤波电路..............................................................................................................................11三．常用开关量传感器.....................................................................................................................12光电开关.....................................................................................................................................12霍尔开关.....................................................................................................................................14气缸用磁性开关.........................................................................................................................15电感式、电容式接近开关.........................................................................................................15漫反射式传感器.........................................................................................................................15反射式传感器.............................................................................................................................16对射式传感器.............................................................................................................................16光纤传感器.................................................................................................................................16四．位置检测元件.............................................................................................................................17旋转式光电编码器.....................................................................................................................17光栅尺.........................................................................................................................................21编码器、光栅尺选型原则.........................................................................................................23---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2-一．控制卡输出信号的输出与隔离控制卡为数字电路，其上的芯片多为5V直流电源供电，与TTL电平兼容。而自动化系统中大多数输入/输出元件如：继电器、指示灯、电磁阀、触摸屏、传感器等，多为24V直流电源供电，以满足其驱动功率的需要。控制卡的输出端口的作用就是要在5V与24V两种电源电路之间搭建一个桥梁，完成信号放大、隔离外部干扰的功能。TTL电平（Transistor-TransistorLogic晶体管-晶体管逻辑电平）信号表示二进制的方法：高电平：+2.4～5V为逻辑1，低电平：0～+0.4V为逻辑0。集电极开路输出这种输出方式通过控制卡上的NPN晶体管，将晶体管的发射极引出端子连接至0V（接地），把集电极作为输出端，其主要作用是放大控制信号，驱动外部电器。输出电路如图1所示。晶体管工作在开关状态：输出为低电平时，Vout＝0，晶体管处于截止状态：iR＝0；输出为高电平时，VoutUon，晶体管处于饱和状态：iR＝(Vcc－0.1~0.3V)/RL；注意：外部24V电源和三极管必须共地。图1集电极开路输出电路雷泰公司的2410、5400、6400运动控制卡/控制器数字输出端口采用的是ULN2803芯片，其为8路NPN型达林顿功放三极管集成芯片，典型的输入电压是5V(TTL电平)，集电极输出功率可达40V×75mA，并有用于瞬变拟制的续流箝位二极管。其电路原理-3-图如图2所示，可以将其等效于8个NPN三极管，如图1所示。图2ULN2803电路原理图1、控制发光二极管（LED）用运动控制卡数字输出端口控制发光二极管时，需要在LED前接一个限流电阻，限制LED的电流在10mA左右。若外部电源电压为24V，则电阻值大概在2kΩ左右。参见图3。图3输出端口控制发光二极管2、控制灯丝型指示灯运动控制卡控制灯丝型指示灯时，需要接预热电阻，电阻值的大小，以电阻接上后，输出口无输出时，灯不亮为原则。如图4所示。图4输出端口控制灯丝型指示灯运动控制卡运动控制卡-4-3、控制继电器继电器为感性负载，当继电器突然关断时，其电感会产生一个很大的反向电压，有可能击穿2803，所以在继电器外必须并联一个续流二极管，以保护输出端口。参见图5。图5输出端口控制继电器注意：1.外接输出口电源（如上图中的＋24V）的地必须与端子板上的GND端口相连。2.在使用输出口时，接线时切勿把电源直接接到输出口上，否则，会损坏输出端口。差分信号输出RS-422标准：1977年EIA（电子工业协会）为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，制定了RS-422标准：RS-422定义了一种平衡通信接口，传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到1200m（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B，如图2。图6RS-422通讯电路图通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2～+6V，是一个逻辑状态，负电平在-2～-6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C；还有一“使能”端，在RS-422运动控制卡-5-中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。接收器也作与发送端相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连，当在收端AB之间有大于+200mV的电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV时，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。参见图3。图7RS-422电平RS-422的优点：l由于输入端的差分放大作用，抵消了干扰噪声，提高抗干扰能力；l采用这种接法，两条信号线形成回路，与信号地无关，这样避免了电平偏移；l双端平衡驱动器的输出端比单端不平衡驱动对电压信号放大了一倍。运动控制卡高速脉冲的输出：运动控制卡的脉冲信号、方向信号为高速脉冲信号，一般的运动控制卡都采用26LS31芯片作其输出驱动电路。参见图8。图8差分输出信号与驱动器的连接屏蔽线驱动IC相当于AM26LS31上位脉冲发生器两端接地接到连接器外壳上伺服放大器运动控制卡脉冲信号方向信号伺服电机驱动器-6-光电隔离光电隔离原理：光电隔离是由光电耦合器件来完成的。其输入端配置发光二极管作发光源，输出端配置光敏三极管作受光器，工作时以光作为媒介来传递信息，因而输入和输出在电