山東西門(mén)子PLC總代理商

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    PLC的I/O接口線(xiàn)路設(shè)計(jì)和I/O連接方式

    在PLC控制系統(tǒng)中,絕大多數(shù)輸入/輸出都屬于開(kāi)關(guān)量信號(hào)的范疇,PLC這些開(kāi)關(guān)量信號(hào)的連接可以選擇多種方式,它取決于I/O模塊的具體型號(hào)。因此,在確定系統(tǒng)I/O模塊時(shí),不僅要考慮到I/O點(diǎn)的數(shù)量必須能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求,而且需要確定I/O模塊的具體連接方式。

    如何根據(jù)控制對(duì)象的基本要求與外部元件的性質(zhì),正確選擇I/O模塊、規(guī)劃I/O連接線(xiàn)路,是降低設(shè)計(jì)/制造成本,提高控制系統(tǒng)可靠性的重要內(nèi)容之一。

    下面將介紹PLC中常用的I/O連接方式、接口電路原則與I/O接口線(xiàn)路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

    (1)開(kāi)關(guān)量輸入連接

    在PLC控制系統(tǒng)中,絕大多數(shù)輸入都屬于開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)的范疇,如各種按鈕、行程開(kāi)關(guān)、繼電器/接觸器接點(diǎn)、傳感器的檢測(cè)輸入等。這些輸入信號(hào)一般都可以直接與PLC的輸入接口進(jìn)行連接,經(jīng)過(guò)PLC內(nèi)部輸入接口電路的信號(hào)轉(zhuǎn)換變成PLC的輸入信號(hào)。PLC的輸入連接通常采用接線(xiàn)端子的形式與外部開(kāi)關(guān)、傳感器進(jìn)行連接。

    為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力與工作可靠性,PLC輸入接口電路中通常都采用光電隔離的措施,對(duì)1次電路與2次電路進(jìn)行電"絕緣",同時(shí),在2次電路或1次電路中,還設(shè)計(jì)有RC濾波電路以干擾。因此,PLC對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)一般有10ms左右的延時(shí)。

    PLC的輸入靈敏度與接口電路的設(shè)計(jì)與輸入限流電阻的選擇有關(guān),一般來(lái)說(shuō),光電耦合器件的1次側(cè)驅(qū)動(dòng)電流在4.5ms以上。為了保輸入的可靠,當(dāng)PLC的輸入線(xiàn)路中串聯(lián)(或并聯(lián))有二管、電阻時(shí),需要保證信號(hào)ON時(shí)的電流在5~7mA:信號(hào)OFF時(shí),輸入漏電流在1.5mA以下。

    PLC輸入電路的形式多種多樣,各PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品、同一生產(chǎn)廠家的不同型號(hào)PLC甚至是同型號(hào)PLC的不同模塊,在內(nèi)部具體電路的設(shè)計(jì)上可能都不盡相同,但基本工作原理與要求相同。

    從信號(hào)電壓類(lèi)型,開(kāi)關(guān)量輸入主要有直流輸入與交流輸入兩種形式,并以直流輸入為常用。從輸入信號(hào)的連接形式與信號(hào)電源提供方式,開(kāi)管量輸入可以分為"匯點(diǎn)輸入"(亦稱(chēng)"漏形輸入"或"負(fù)端共用輸入")、"源輸入"(也稱(chēng)"源形輸入"或"正端共用輸入")以及"匯點(diǎn)/源通用輸入"3種類(lèi)型。

    由于各PLC生產(chǎn)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)與習(xí)慣的不同,一般來(lái)說(shuō),日本生產(chǎn)的PLC多用"匯點(diǎn)輸入"的形式;而歐洲各國(guó)生產(chǎn)的PLC習(xí)慣上采用“源輸入”的形式;SIEMENS S7系列PLC的部分輸入模塊則為匯點(diǎn)/源輸入通用模塊;3種形式對(duì)外部電路的設(shè)計(jì)要求不同,具體如下。

    ① 直流匯點(diǎn)輸入 所謂“匯點(diǎn)輸入”,是一種由PLC內(nèi)部提供輸入信號(hào)電源、全部輸入信號(hào)的一端匯總到輸入的公共連接端(COM)的輸入形式(見(jiàn)圖5-31)。匯點(diǎn)輸入的優(yōu)點(diǎn)是不需要外部提供輸入信號(hào)的電源,輸入電源由PLC內(nèi)部向外部"泄漏",因此被稱(chēng)為"漏形輸入"。"匯點(diǎn)輸入"常見(jiàn)于日本的PLC,其實(shí)際接口電路從略。

    ②直流源輸入 所謂“源輸入”,是一種由外部提供輸入信號(hào)電源(或使用PLC內(nèi)部提供給輸入回路的電源),全部輸入信號(hào)為“有源”信號(hào),并獨(dú)立輸入PLC的輸入連接形式(見(jiàn)圖5-32)。

    源輸入的PLC內(nèi)部接口電路原理簡(jiǎn)圖如圖5-33所示。實(shí)際PLC接口電路,根據(jù)PLC生產(chǎn)廠家、輸入模塊型號(hào)的不同有所區(qū)別,一般還有輸入指示用LED(發(fā)光二管)、輸入信號(hào)濾波、輸入穩(wěn)壓等輔助電路(圖中未畫(huà)出)部分,電路設(shè)計(jì)也各不相同,詳情應(yīng)參見(jiàn)所使用的PLC的硬件說(shuō)明書(shū)。

    由圖5-33可見(jiàn),當(dāng)輸入接點(diǎn)K2閉合時(shí),外部DC24V與0V間,通過(guò)光電耦合器件、限流電阻、輸入觸點(diǎn)經(jīng)公共端COM構(gòu)成電流回路,光電耦合器件的輸出為"1",PLC內(nèi)部獲得“1”信號(hào)輸入。

    由圖5-32、圖5-33可見(jiàn),無(wú)論是使用外部電源還是使用內(nèi)部電源,這種輸入方式的共同優(yōu)點(diǎn)是:當(dāng)輸入連接線(xiàn)與外部地(如設(shè)備外殼)短路或斷路時(shí),不可能有"1"信號(hào)的錯(cuò)誤輸入,防止了設(shè)備誤動(dòng)作的可能性,此外,由于輸入回路使用的是外部電源,輸入故障對(duì)PLC的傷害較小。其缺點(diǎn)是輸入信號(hào)需要外部電源(PLC用于輸入的DC24V的容量通常較小,只能適用于I/O點(diǎn)較少的系統(tǒng)),在一定程度上增加了生產(chǎn)成本。

    源輸入常見(jiàn)于歐洲各國(guó)的PLC,其實(shí)際接口電路也從略

    ③匯點(diǎn)/源通用輸入 “匯點(diǎn)/源通用輸入”是一種可以根據(jù)外部要求連接“有源”輸入信號(hào)或"匯點(diǎn)"輸入信號(hào)的連接方式。SIEMENS S7系列采用的就是本方式。

    “匯點(diǎn)/源通用輸入”一般在PLC內(nèi)部需要采用雙向光電耦合器件,以適應(yīng)不同的連接要求。在SIEMENS S7中(以S7-200為例),其PLC輸入連接方法與PLC內(nèi)部接口電路原理簡(jiǎn)圖如圖5-34所示。

    注意:由于匯點(diǎn)/源通用輸入常用于SIEMENS或歐洲生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品中,在這些產(chǎn)品中其輸入地址一般以Ⅰ*.*表示,如輸入地址10.0相當(dāng)于日本產(chǎn)品的地址X00;Q1.7相當(dāng)于日本產(chǎn)品的Y17地址等。

    “匯點(diǎn)/源通用輸入”的工作原理與匯點(diǎn)輸入、源輸入相似,采用了雙向光耦器件,以適應(yīng)不同連接方式時(shí)電流方向改變的需要。對(duì)于直流輸入,在固定的連接方式下,光耦的兩只發(fā)光二管始終只有一個(gè)起作用。

    通用輸入線(xiàn)路的輸入限流電阻較大。此外,在光耦旁還并聯(lián)了一個(gè)470Ω的保護(hù)電阻,以防止光耦兩端的電壓過(guò)高或電流過(guò)大。

    同樣,實(shí)際PLC接口電路根據(jù)PLC生產(chǎn)廠家、輸入模塊型號(hào)的不同有所區(qū)別,一般還有輸入指示用LED(發(fā)光二管)、輸入信號(hào)濾波、輸入穩(wěn)壓等輔助電路(圖中未畫(huà)出)部分,電路設(shè)計(jì)也各不相同,詳情應(yīng)參見(jiàn)所使用的PLC的硬件說(shuō)明書(shū)。

    ④帶有整流電路的交流輸入 帶有整流電路的交流輸入為PLC交流輸入的一般形式。當(dāng)PLC的輸入信號(hào)為交流時(shí),一般均采用“源輸入”的形式。從原理上說(shuō),帶有整流電路的交流輸入與直流"源輸入"的區(qū)別,僅僅是在輸入接口電路上增加了整流電路而已。

    交流"源輸入"的PLC內(nèi)部接口電路原理簡(jiǎn)圖如圖5-35所示。同樣,在實(shí)際接口電路中,根據(jù)PLC輸入模塊的不同,一般還有輸入指示用LED(發(fā)光二管)、輸入信號(hào)濾波、輸入穩(wěn)壓等輔助電路(圖中未畫(huà)出)。

    在PLC采用交流輸入的場(chǎng)合,有時(shí)會(huì)由于輸入元件帶有RC回路或指示燈等原因,使得輸入漏電流過(guò)大,導(dǎo)致在無(wú)輸入信號(hào)時(shí),PLC的輸入仍然無(wú)法正常關(guān)斷的現(xiàn)象。對(duì)于此類(lèi)情況,應(yīng)通過(guò)在PLC的輸入端并聯(lián)RC回路的方法,減小PLC輸入端的泄漏電流,使其在關(guān)斷電流以下(見(jiàn)圖5-36)。




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