盧鵬

（金隆銅業(yè)有限公司，安徽銅陵 244021）

PLC常用I/O模塊應用分析

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)場應用經(jīng)驗及配置選型應注意的事項。實踐證明,科學有效地綜合考慮設計方案,對節(jié)約設備投資,降低設備檢修時間、故障率、維護費用等都有很好的效果。

PLC；輸入模塊；輸出模塊；現(xiàn)場總線；I/O硬件；配置選型

PLC在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)控制中的應用越來越廣泛,由于用戶要求、設備投資預算等條件的制約,PLC系統(tǒng)設計規(guī)范也不盡相同。本文擬探討如何在工程設計期,控制好正常生產(chǎn)時PLC運行的穩(wěn)定性,減少因運行不穩(wěn)定而產(chǎn)生的突發(fā)硬件故障及設備維護費用,并根據(jù)現(xiàn)場PLC應用經(jīng)驗及PLC I/O硬件發(fā)展情況,分析幾種金隆現(xiàn)場常用的輸入、輸出模塊的使用情況及使用經(jīng)驗。

1 PLC數(shù)字量輸入模塊

金隆現(xiàn)場主要有兩種常用不同電壓等級的數(shù)字量輸入模塊：32piont DC24V及16piont 159～256V AC信號輸入模塊。由于32piont DC24V輸入模塊比16piont 159～256V AC輸入模塊輸入點數(shù)多,工程設計中，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需要根據(jù)現(xiàn)場設備的使用環(huán)境、安裝結(jié)構(gòu)、電氣特性而定。強電壓控制設備、強磁場環(huán)境等情況時,選擇16piont159～256VAC較好。因為這些設備具有過電壓擊穿PLC絕緣和干擾輸入信號穩(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，增強信號抗干擾能力,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,則設計時應盡量避免設備交流強電壓與PLC信號線在同一個控制元器件、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)過一例設計考慮不周全的現(xiàn)象。為了節(jié)約PLC I/O設備投資成本, PLC數(shù)字量輸入模塊設計選型全部是1756-IB32(若選擇AC 16點輸入,PLC輸入模塊數(shù)量將成倍增加), MNS低壓抽出式開關柜內(nèi)也沒有設置信號隔離中間繼電器或電壓隔離器件,PLC采集電機的無源運行信號。工程中，因為安裝人員接錯2臺電機的信號線,導致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)場腐蝕嚴重、電氣器件絕緣不良等非正常情況下,這種設計也難以保證單相AC220V電壓不會竄入1756-IB32模塊。所以,在現(xiàn)場強電控制設備中,不同電壓等級的元器件電氣信號接線難以在物理空間分離安裝、有效隔離時，機架式PLC結(jié)構(gòu)輸入模塊，應當選擇16piont 159V～256V AC模塊。實踐證明，在很多工控場合使用AC 250V的輸入信號模塊,可以提高輸入模塊的耐壓等級及增強信號抗干擾能力,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)象是檢測回路電阻因端子接觸不良、腐蝕、氧化等,導致檢測不準確。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)量或改變信號源模式是減少此類故障的主要手段,可以從系統(tǒng)設計中解決。建議在熱電阻選型時,配置信號變送器,使熱電阻輸出信號是4～20 mA規(guī)格,PLC模塊選擇差模輸入配置,電流信號運行比較穩(wěn)定,抗干擾能力較強。

3PLC數(shù)字量輸出模塊

輸出模塊常見的故障是模塊內(nèi)輸出觸點損壞。金隆現(xiàn)場主要有3種常用不同電壓等級數(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)字量觸點模塊(1756-OW16I)。輸出模塊損壞與模塊輸出點容量相關,如DC24V數(shù)字量直流輸出模塊,每點最大輸出電流額定值0．5A,當容量較大負荷輸出時(如電磁閥、執(zhí)行機構(gòu)等),為了擴展模塊輸出觸點容量，通常與外置中間繼電器搭配使用,可以將單獨觸點容量擴展到5～10 A;數(shù)字量觸點輸出模塊,觸點負荷電流較大,適合直接驅(qū)動電磁閥、執(zhí)行機構(gòu)等,每塊模塊輸出觸點數(shù)量16點,單獨隔離,觸點容量AC 250V 3A。

輸出模塊觸點容量、使用壽命決定輸出模塊運行的穩(wěn)定性。圖2、圖3為金隆現(xiàn)場配置的兩種常見輸出模塊,圖2為模塊輸出觸點直接驅(qū)動電磁閥,圖3為輸出模塊經(jīng)過微型中間繼電器轉(zhuǎn)換輸出。檢測兩種配置觸點負荷電流均＜2 A,從理論上說配置沒有問題,但實際運用中發(fā)現(xiàn)圖2硬件配置方案的繼電器輸出模塊損壞較頻繁。主要原因為：模塊觸點動作頻繁,使模塊觸點較快老化;液壓系統(tǒng)導致的電磁閥閥芯動作不靈活,增大了模塊的觸點負荷電流。金隆現(xiàn)場機組約30塊繼電器輸出模塊,平均每月?lián)p壞0．5塊。雖然PLC設計時,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位,會使柜內(nèi)導線錯亂、圖紙混淆，延長維修時間;更換損壞模塊又導致備件費用增加,增加運行成本。改型使用1756-OB32外置中間繼電器后,輸出模塊觸點負荷電流小,且擴展了觸點負荷容量(通過微型中間繼電器,擴展到5～10 A),PLC觸點損壞頻率大大降低,即使現(xiàn)場因為電磁閥等原因?qū)е挛⑿椭虚g繼電器觸點燒毀,也只要更換故障點中間繼電器即可，節(jié)約了設備維修時間及備件費用。

圖2 1756-OW16I輸出模塊

圖3 1756-OB32輸出模塊

4 PLC 1492預接線系統(tǒng)I/O接口模塊

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

圖4 1492預接線系統(tǒng)外置接口繼電器模塊IFMS

5 PLC現(xiàn)場總線通訊聯(lián)接方式

PLC信號輸入、控制輸出硬件分散安裝在設備現(xiàn)場,距離信號檢測元器件及動作執(zhí)行元件很近,總線模塊或遠程I/O模塊輸入、輸出點數(shù)、類型、功能要求可以靈活機動地根據(jù)現(xiàn)場設備配置,可以選擇第三方生產(chǎn)廠家的總線元器件,PLC信號采集及控制輸出通過數(shù)字通訊,傳輸抗干擾性強,安裝更加簡潔?，F(xiàn)場總線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。金隆陽極機組即選用的是此類模塊,至今未更換過總線接口輸入、輸出模塊,性能非常優(yōu)異。對于現(xiàn)場模擬量、過程控制等信號較多的設備單元,遠程I/O模塊配置更合理,選型更方便。

6 總結(jié)

PLC系統(tǒng)設計選型配置與現(xiàn)場使用環(huán)境、設備作業(yè)特性等息息相關?？茖W有效地綜合考慮設計方案，對節(jié)約設備投資,降低設備檢修時間、故障率、維護費用等都有很好的效果,需要設計人員與設備技術(shù)人員密切配合,共同完善技術(shù)設計方案。

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,主要從事設備維護點檢工作。