设计PLC输入输出电路需注意的问题.pdf

自动化与仪器仪表 2 0 1 3 年第 6 期 总第 1 7 0 期 设计 P L C输入输 出电路 需注意的问题 朱奎林 四川信息职业技术学院 四川广元 ，6 2 8 0 1 7 摘要P L C作为工业控制通用装置，广泛应用于各种生产机械和生产过程 。P L C控制系统运行中， 外部故障远高于 P L C本身。文章就设计P L C外部电路需要注意的实际问题， 进行了分析与总结； 就明确输入输出器件间逻辑关系，减少P L C 的点数，采用了多种实用的方法。 关键词P L C ；输入电路；输出电路 Ab s t r a c t P LC， a s t h e g e n e r a l i n d u s t r i a l c o n t r o l d e v i c e ， i s wi d e l y u s e d i n a l l k i n d s o f p r o d u c t i o n ma c h i n e r y a n d ma n u f a c t u r i n g p r o c e s s ． I n th e o p e r a t i o n o f the P LC c o n t r o l s y s t e m ， PL C e x t e r n a l f a u l t i s mu c h h i g h e r tha n i t s e l f ． T h e e x t e rna l c i r c u i t d e s i g n P L C n e e d t o p a y a t t e n t i o n t o t h e p r a c t i c a l p r o b l e ms ， ana l y z e d a n d s u mma r i z e d ； Cl e a r l o g i c a l r e l a t i o n s b e t we e n i n p u t a n d o u t p u t d e v i c e s ， r e d u c e t h e p o i n t s o f P LC， u s e s a v a r i e t y o f p r a c t i c a l me t h o d ． Ke y wo r d s P L C； I n p u t c i r c u i t ； Ou t p u t c i r c u i t 中图分类号T P 2 7 2 文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 - 9 2 2 7 2 0 1 30 6 0 0 8 1 0 2 0 引 言 可编程控制器 P L C ，作为工业应用环境设计的的通用 装置，广泛应用于各种生产机械和生产过程的 自动控制中，成 为现代工业控制的三大支柱之一。P L C主要 由C P U模块、输 入模块、输出模块和编程装置等组成，其输入模块和输出模块 又简称为I ／ 0模块，它们是P L C内部联系外部现场设备的桥 梁。在 I ／ 0模块中，常使用光 电耦合器、光电晶闸管、小型继 电器等器件来隔离P L C内部电路和外部的输入输出电路 又称 为I ／ 0电路 ，I 1 0电路与现场设备和P L C端子直接相连，其 故障率远高于P L C内部电路。在P L C的实际应用中，如何设 计出可靠的I ／ 0电路与设计出稳定的P L C程序是同等重要的工 作 。 1 明确工艺过程、熟悉输入输出器件是设计好 I／ O电路的前提 ， 分析生产工艺过程，明确对电气控制的具体要求。在 此分析过程中，要详细调查被控对象的性质及特点，明确其功 能要求，弄清楚系统是以逻辑量控制为主还是以模拟量为主， 对模拟量控制系统还要弄清是慢连续量的过程控制系统还是快 连续量的实时运动控制系统，绘制出工艺控制过程流程图。 2 在 P L C控制系统中，常用的输入器件有操作类开关器 件如控制按钮、转换开关、选择开关、数字拨码开关等；有检 测类逻辑器件如行程开关、限位开关、接近开关、光 电开关、 压力继电器等；有模拟量输入器件如电位器、测速发电机和各 种变送器等提供的连续变化的输入电流或电压信号。常用的输 出器件有开关量输 出器件如交／ 直流接触器、电磁阀、电磁 铁、指示灯、数字显示装置、报警装置等输出设备；有模拟量 输出器件用来控制调节阀、变频器等执行装置。 3 设计输入输出电路时，首先应对 为满足工艺要求而 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 8 - 2 7 作者简介 朱奎林 1 9 6 8 - 男，汉族 ，四川广元人 ，工 学学士，副教授，高级工程师，电气自动化专业带头人，主要 研 究方 向为电气 自动化运行 与维护 。 采用的各种输入输出器件进行分类，建立相同类型的输入或 输出器件编组，然后根据类型按顺序为所有输入输出器件分配 I ／ 0地址 即输入输出接线端子 ，并绘制I ／ 0端子分配表。 2 设计 P L C输入电路需注意的问题 一般情况下，输入器件可以与P L C的输入端子直接相 连，但是，当输入配线距离较长、输入信号接近强干扰源或大 负荷频繁通断的外部信号时，需对输入信号的干扰进行适当的 处理后再输入到P L C 通常加中间继电器进行隔离 。 2 当接近开关、光电开关等非接触式传感器的漏电流较 大时，可能出现故障的输入信号。为此，在输入端通常并联旁 路电阻，如图1 所示。旁路电阻的大小R可由下式确定 ，‘ ≤ 式中，J 为传感器漏电流，u 分别是P L C的额定输入 电压和额定输入电流，U L 是P L C输入电压低电平的上限值。 ， 通常一个外围输入器件连接一个 P L C输入点，这种一 对一的简单连接方式不便体现P L C输入器件间或与输出器件的 逻辑关系，同时为减少P L C的输入点数，常采用如下的方法。 ① 串并联组合输入法。对多地操作按钮、安全保护开关 等可先进行串并联后再接入P L C输入端子。如图2 所示，起动 按钮 S B1 、S B 2 和 S B 3 相并联组合输入 1 0 ． 1 ，热继器常闭触点 F R1 、P R2 fl F R3 相 串联组合输入 1 0 ． 0 。 1 0． D 1 0． I ] 蜃 霜} _ _ _ 1 _ 一 1 0 ； 2 l l _ r 0 lI L 十 L I 图1 并联旁路电阻 图2 串并联组合输入法 ② 分组输入法 。对工艺中采用的不同工作方式，如 “ 手 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 设计P L C输入输出电路需注意的问题 朱奎林 动 ”方式和 “自动”方式 ，可 通过输入 电路 分组的方法 实现 。 如图 所示，“自动 ”和 “ 手动”方式不可能同时工作 ，可通 过1 0 ． 2 断开和接通实现 “自动”和 “ 手动”方式的选择，图中 S Q1 和 S B1 都连接到1 0 ． 0 输入端 ，S Q2 和S B 2 都连接到1 0 ． 1 输 入端，二极管用来切断寄生电路，防止触点串流引起其他触点 误接通 。 ③ 矩阵输入法。利用输出点的状态不同，可实现输入点 和输 出点 间的矩 阵输 入 。如 图 4 所 示 ，输 出点 QO ． 0 、 qo ． 1 、 QO ． 2 不同状态与输入点1 0 ． 0 、1 0 ． 1 、1 0 ． 2 、1 0 ． 3 不同状态可实现 ， 2 种矩阵输入。 图 3 分组输入法 图4 矩阵输入法 3 设计P L C输出电路需注意的问题 I 输入电路可由P L C内部提供电源，而输出电路通常需 根据连接负载的额定电压和额定电流由外部提供电源。同时需 要注意连接外部负载的电流不应超过 P L C相应输 出点额定电 流 ，所有负载 电流不应超过 P L C公共端允许 的额定 电流。 2 对于双向晶闸管及晶体管输出型的P L C，如输出点接 感性负载，为保证输出点的安全和抗干扰，需并接过电压吸收 回路 。 ① 对交流负载应并接浪涌吸收回路，如阻容电路 电阻 可取 ～1 2 0 ，电容可取 0 ． ， ～D ． 4 7 F ，电容的额定 电压应大于 电源峰 值 电压 或压敏 电阻 。如 图 所 示 ，交流 接触 器线 圈 K M 1 、K M2 并联 Rc阻容吸收回路 。 ② 对直流负载应并接续流二极管，注意续流二极管的连 接方向，不要搞反，续流二极管可以选电流为 的二极管， 其额定电压应大于电源电压的3 倍。如图 所示，电磁阀线圈 Y V1 、YV 2 并联续流二极管 V D1 和 V D2 。 图5 R C 阻容吸收回路 图6 并接续流二极管 ③ 对重要的互锁，如电动机正反转等，除软件设计互锁 外，在设计输出外电路时还需要硬件互锁，防止输出负载严重 短路。如图 所示，接触器线圈K M1 、K M2串联对方的常闭 触点以实现硬件互锁。 ④ 为防止输 出负载短路时过 大的电流冲击 P L C内部器 件，造成 P L C损坏 ，输出公共端需串接合适的熔断器实施保 护。如图5 、6 所示，公共端串接了熔断器F U。 ⑤ 通常一个外围输 出器件连接一个P L C输出点，这种一 对一的简单连接方式不便体现P L C输出器件间逻辑关系，同时 为减少 P L C的输出点数 ，可采用如下的方法。 分组控制法。对不同时输出的负载，可通过分组控制 的方法减少输出点的使用。如图7 所示，转换开关要么工作在 状 态 “ 1 ” ，要 么工作在状态 “ 2 ” ，从而 K M1 1 、K M2 1 、 K M3 1 对 应状 态 “ 1 ” ，K M 1 2 、K M2 - 2 、K M3 2 对 应 状 态 “ 2 ” ，只需要3 个输出点 QO ． 0 、QO ． 1 、QO ． 2 。 图 7 分组控制法 2 输 出继 电器接 点译码 法 。通 过对 P L C “ 0 ”“ I ”逻辑 输 出的不 同组合 ，可实现 多种继 电器接 点状态译码输 出。如图 所示，Qo ． 0 、QO ． 1 、qo ．2的输出对应 “ K1 K2 K3 ”的值，其 值由 “ 0 0 D O 0 I 一 0 O O I 一 ， 0 D _ _ O ， 一 I o _ _ ， 1 1 ” 对 应 “ 一 卜 卜 卜 7 _ _ 8 ”状态 ，即3 个 P L C的输出点可实 现 8 种的不同输出状态。 图 8 继电器接点状态译码输 出 4 结论 设计P L C输入输出电路看似简单，实际上涉及到多个方 面，文章就设计 P L C输入输出电路需注意的问题进行了三个方 面的分析和总结一是明确工艺过程、熟悉输入输出器件是设 计 好 I 1 0电路 的前提 ；二是 设计 P L C输入 电路需注 意的 问题 ； 三 是设计 P L C输 出电路需注意的问题。在 P L C的实际应用 中，如何设计出可靠的∥O电路与设计出稳定的P L C程序是同 等 重要 的工作 。 参考文献 [ 1 】1 徐国林． P L C应 用技术【 M] ． 第 1 版． 北京 机械工业 出版 社． 2 0 1 0 1 9 O ． 1 9 7 ． [ 2 ]熊幸明． 硬件设计节省P L C I ／ 0的方法与技巧【 J 】 ． 工矿 自动化． 2 0 0 5 3 5 6 5 8 ． [ 3 ]李子午， 刘美俊， 牛子刚．P L C 输人输出端的硬件保护[ J ] ． 自动化与仪 器仪表 ．2 0 0 3 4 6 0 6 2 ． 【 4 】刘冬梅． P L C 输入输出点数的扩展方法[ J 】 ． 电气技术． 2 0 1 1 1 2 5 6 - 5 8 ． [ 5 ]5 郑智贞， 侯真慰． 浅谈 P L C控制系统 的设计[ J 】 ． 机械工程与 自动 化 ．2 0 0 5 6 8 9 9 1 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m