盧鵬

（金隆銅業(yè)有限公司，安徽銅陵 244021）

PLC常用I/O模塊應(yīng)用分析

盧鵬

（金隆銅業(yè)有限公司，安徽銅陵 244021）

以某銅企業(yè)幾種常用I/O模塊為例,分析模塊現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)及配置選型應(yīng)注意的事項(xiàng)。實(shí)踐證明,科學(xué)有效地綜合考慮設(shè)計(jì)方案,對(duì)節(jié)約設(shè)備投資,降低設(shè)備檢修時(shí)間、故障率、維護(hù)費(fèi)用等都有很好的效果。

PLC；輸入模塊；輸出模塊；現(xiàn)場(chǎng)總線；I/O硬件；配置選型

PLC在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)控制中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,由于用戶要求、設(shè)備投資預(yù)算等條件的制約,PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范也不盡相同。本文擬探討如何在工程設(shè)計(jì)期,控制好正常生產(chǎn)時(shí)PLC運(yùn)行的穩(wěn)定性,減少因運(yùn)行不穩(wěn)定而產(chǎn)生的突發(fā)硬件故障及設(shè)備維護(hù)費(fèi)用,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)PLC應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)及PLC I/O硬件發(fā)展情況,分析幾種金隆現(xiàn)場(chǎng)常用的輸入、輸出模塊的使用情況及使用經(jīng)驗(yàn)。

1 PLC數(shù)字量輸入模塊

金隆現(xiàn)場(chǎng)主要有兩種常用不同電壓等級(jí)的數(shù)字量輸入模塊：32piont DC24V及16piont 159～256V AC信號(hào)輸入模塊。由于32piont DC24V輸入模塊比16piont 159～256V AC輸入模塊輸入點(diǎn)數(shù)多,工程設(shè)計(jì)中，為了節(jié)約模塊投資成本,選擇32piont DC24V輸入模塊較多。但選擇輸入模塊電壓等級(jí)需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的使用環(huán)境、安裝結(jié)構(gòu)、電氣特性而定。強(qiáng)電壓控制設(shè)備、強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境等情況時(shí),選擇16piont159～256VAC較好。因?yàn)檫@些設(shè)備具有過(guò)電壓擊穿PLC絕緣和干擾輸入信號(hào)穩(wěn)定性的隱患,選用159～256V AC輸入模塊可以減少電壓隔離器件的配置，增強(qiáng)信號(hào)抗干擾能力,節(jié)約控制柜的安裝空間。如果在這種工況下選用32piont DC24V輸入模塊,則設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免設(shè)備交流強(qiáng)電壓與PLC信號(hào)線在同一個(gè)控制元器件、柜體端子上混合接線,充分考慮安全隔離的物理空間。輸入模塊示意見(jiàn)圖1。

圖1 1756-IB32輸入模塊

如圖1所示,某工廠曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)一例設(shè)計(jì)考慮不周全的現(xiàn)象。為了節(jié)約PLC I/O設(shè)備投資成本, PLC數(shù)字量輸入模塊設(shè)計(jì)選型全部是1756-IB32(若選擇AC 16點(diǎn)輸入,PLC輸入模塊數(shù)量將成倍增加), MNS低壓抽出式開(kāi)關(guān)柜內(nèi)也沒(méi)有設(shè)置信號(hào)隔離中間繼電器或電壓隔離器件,PLC采集電機(jī)的無(wú)源運(yùn)行信號(hào)。工程中，因?yàn)榘惭b人員接錯(cuò)2臺(tái)電機(jī)的信號(hào)線,導(dǎo)致PLC數(shù)字量輸入模塊及基板燒毀事故。雖然,此次事故是工程安裝所致,但是在現(xiàn)場(chǎng)腐蝕嚴(yán)重、電氣器件絕緣不良等非正常情況下,這種設(shè)計(jì)也難以保證單相AC220V電壓不會(huì)竄入1756-IB32模塊。所以,在現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電控制設(shè)備中,不同電壓等級(jí)的元器件電氣信號(hào)接線難以在物理空間分離安裝、有效隔離時(shí)，機(jī)架式PLC結(jié)構(gòu)輸入模塊，應(yīng)當(dāng)選擇16piont 159V～256V AC模塊。實(shí)踐證明，在很多工控場(chǎng)合使用AC 250V的輸入信號(hào)模塊,可以提高輸入模塊的耐壓等級(jí)及增強(qiáng)信號(hào)抗干擾能力,比較安全可靠。

2 PLC電阻溫度模塊

RTD電阻模塊主要故障現(xiàn)象是檢測(cè)回路電阻因端子接觸不良、腐蝕、氧化等,導(dǎo)致檢測(cè)不準(zhǔn)確。故障原因多是從熱電阻至模塊的線路接線端子、PLC模塊端子及電阻出線端子接觸電阻變化所致,所以減少回路中的接線端子數(shù)量或改變信號(hào)源模式是減少此類故障的主要手段,可以從系統(tǒng)設(shè)計(jì)中解決。建議在熱電阻選型時(shí),配置信號(hào)變送器,使熱電阻輸出信號(hào)是4～20 mA規(guī)格,PLC模塊選擇差模輸入配置,電流信號(hào)運(yùn)行比較穩(wěn)定,抗干擾能力較強(qiáng)。

3PLC數(shù)字量輸出模塊

輸出模塊常見(jiàn)的故障是模塊內(nèi)輸出觸點(diǎn)損壞。金隆現(xiàn)場(chǎng)主要有3種常用不同電壓等級(jí)數(shù)字量輸出模塊:DC24V直流輸出模塊;AC250V交流輸出模塊;交、直流輸出數(shù)字量觸點(diǎn)模塊(1756-OW16I)。輸出模塊損壞與模塊輸出點(diǎn)容量相關(guān),如DC24V數(shù)字量直流輸出模塊,每點(diǎn)最大輸出電流額定值0．5A,當(dāng)容量較大負(fù)荷輸出時(shí)(如電磁閥、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等),為了擴(kuò)展模塊輸出觸點(diǎn)容量，通常與外置中間繼電器搭配使用,可以將單獨(dú)觸點(diǎn)容量擴(kuò)展到5～10 A;數(shù)字量觸點(diǎn)輸出模塊,觸點(diǎn)負(fù)荷電流較大,適合直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等,每塊模塊輸出觸點(diǎn)數(shù)量16點(diǎn),單獨(dú)隔離,觸點(diǎn)容量AC 250V 3A。

輸出模塊觸點(diǎn)容量、使用壽命決定輸出模塊運(yùn)行的穩(wěn)定性。圖2、圖3為金隆現(xiàn)場(chǎng)配置的兩種常見(jiàn)輸出模塊,圖2為模塊輸出觸點(diǎn)直接驅(qū)動(dòng)電磁閥,圖3為輸出模塊經(jīng)過(guò)微型中間繼電器轉(zhuǎn)換輸出。檢測(cè)兩種配置觸點(diǎn)負(fù)荷電流均＜2 A,從理論上說(shuō)配置沒(méi)有問(wèn)題,但實(shí)際運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)圖2硬件配置方案的繼電器輸出模塊損壞較頻繁。主要原因?yàn)椋耗K觸點(diǎn)動(dòng)作頻繁,使模塊觸點(diǎn)較快老化;液壓系統(tǒng)導(dǎo)致的電磁閥閥芯動(dòng)作不靈活,增大了模塊的觸點(diǎn)負(fù)荷電流。金隆現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組約30塊繼電器輸出模塊,平均每月?lián)p壞0．5塊。雖然PLC設(shè)計(jì)時(shí),模塊每種類型都留有10%的富裕量,但是軟件頻繁更改輸出點(diǎn)位,會(huì)使柜內(nèi)導(dǎo)線錯(cuò)亂、圖紙混淆，延長(zhǎng)維修時(shí)間;更換損壞模塊又導(dǎo)致備件費(fèi)用增加,增加運(yùn)行成本。改型使用1756-OB32外置中間繼電器后,輸出模塊觸點(diǎn)負(fù)荷電流小,且擴(kuò)展了觸點(diǎn)負(fù)荷容量(通過(guò)微型中間繼電器,擴(kuò)展到5～10 A),PLC觸點(diǎn)損壞頻率大大降低,即使現(xiàn)場(chǎng)因?yàn)殡姶砰y等原因?qū)е挛⑿椭虚g繼電器觸點(diǎn)燒毀,也只要更換故障點(diǎn)中間繼電器即可，節(jié)約了設(shè)備維修時(shí)間及備件費(fèi)用。

圖2 1756-OW16I輸出模塊

圖3 1756-OB32輸出模塊

4 PLC 1492預(yù)接線系統(tǒng)I/O接口模塊

AB公司1492預(yù)接線系統(tǒng)及選擇的外置接口模塊IFMS如圖4。該接口模塊每個(gè)輸出點(diǎn)都配置微型繼電器、熔斷保險(xiǎn)及保險(xiǎn)熔斷發(fā)光二極管。1492預(yù)接線系統(tǒng)及接口模塊IFMS配置方式優(yōu)點(diǎn)是輸入、輸出集成功能接口模塊范圍選擇廣泛,除了能滿足PLC接線安裝簡(jiǎn)潔的要求外,還可以根據(jù)輸入信號(hào)及輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際特性,選擇接口模塊IFMS,可靠地保護(hù)PLC I/O點(diǎn),減少PLC模塊觸點(diǎn)損壞故障。缺點(diǎn)是投資費(fèi)用較高,備件費(fèi)用貴。Coilside LED diagnostic indication

圖4 1492預(yù)接線系統(tǒng)外置接口繼電器模塊IFMS

5 PLC現(xiàn)場(chǎng)總線通訊聯(lián)接方式

PLC信號(hào)輸入、控制輸出硬件分散安裝在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng),距離信號(hào)檢測(cè)元器件及動(dòng)作執(zhí)行元件很近,總線模塊或遠(yuǎn)程I/O模塊輸入、輸出點(diǎn)數(shù)、類型、功能要求可以靈活機(jī)動(dòng)地根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備配置,可以選擇第三方生產(chǎn)廠家的總線元器件,PLC信號(hào)采集及控制輸出通過(guò)數(shù)字通訊,傳輸抗干擾性強(qiáng),安裝更加簡(jiǎn)潔?，F(xiàn)場(chǎng)總線I/O模塊功能選擇范圍較廣,DO輸出模塊可以選擇非觸點(diǎn)式晶體管控制輸出功能模塊(如西門子總線接口模塊,PNP MAX 2A),能極大地降低輸出模塊損壞故障率。金隆陽(yáng)極機(jī)組即選用的是此類模塊,至今未更換過(guò)總線接口輸入、輸出模塊,性能非常優(yōu)異。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)模擬量、過(guò)程控制等信號(hào)較多的設(shè)備單元,遠(yuǎn)程I/O模塊配置更合理,選型更方便。

6 總結(jié)

PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型配置與現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境、設(shè)備作業(yè)特性等息息相關(guān)?？茖W(xué)有效地綜合考慮設(shè)計(jì)方案，對(duì)節(jié)約設(shè)備投資,降低設(shè)備檢修時(shí)間、故障率、維護(hù)費(fèi)用等都有很好的效果,需要設(shè)計(jì)人員與設(shè)備技術(shù)人員密切配合,共同完善技術(shù)設(shè)計(jì)方案。

Analysis on Application of PLC Common I/O Module

LU Peng
(Jinlong Copper Co．,Ltd．,Tongling,Anhui 244021,China)

Taking various common I/O module in a copper enterprise as an example,this paper makes an analysis on application experience on site and precautions on arrangement and type selection．It is proved by practice that scientific and effective consideration of design scheme will have a good impact on saving equipment investment,reducing equipment maintenance period, failure rate and maintenance expenses．

PLC;input module;output module;field bus;I/O hardware;arrangement and type selection

TP273

B

1004-4345(2014)03-0031-03

2013-09-17

盧鵬(1970—),男,工程師,主要從事設(shè)備維護(hù)點(diǎn)檢工作。