PLC常用I／O模块应用分析.pdf

第 3 5卷 第 3期 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 2 0 1 4年 6 月 P L C常用 I ／ O模块应用分析 声 鹇 金隆铜业有限公司 ， 安徽铜陵2 4 4 0 2 1 [ 摘 要] 以某铜企业几种 常用 I ／ 0模块为例， 分析模块现场应用经验及配置选型应注意的事项。实践证明， 科学有效地综合考虑设计方案， 对节约设备投资， 降低设备检修时间、 故障率、 维护费用等都有很好的效果。 [ 关键词 ] P L C； 输入模 块； 输 出模块 ； 现场总线； I ／ 0硬件 ； 配置选型 中图分类号 T P 2 7 3 文献标 识码 B 文章 编号 1 0 0 4 4 3 4 5 2 0 1 4 1 0 3 0 0 3 1 0 3 Ana l y s i s on Ap pl i c a t i on o f PLC Co m m o n I ／ O M o dul e LU Pe n g J i n l o n g C o p p e r C o ． ， L t d ． ， T o n g l i n g ， A n h u i 2 4 4 0 2 1 ， C h i n a Ab s t r a c t T a k i n g v a ri o u s c o mmo n I ／ 0 mo d u l e i n a c o p p e r e n t e r p r i s e a s a n e x a mp l e ， t h i s p a p e r ma k e s a n a n a l y s i s o n a p p l i c a t i o n e x p e ri e n c e O N s i t e a n d p r e c a u t i o n s o n a r r a n g e me n t a n d t y p e s e l e c t i o n ．I t i s p r o v e d b y p r a c t i c e t h a t s c i e n t i fi c a n d e ff e c t i v e c o n s i d e r a t i o n o f d e s i g n s c h e me wi l l h a v e a g o o d i mp a c t o n s a v i n g e q u i p me n t i n v e s t me n t ，r e d u c i n g e q u i p me n t ma i n t e n a n c e p e ri o d ， f a i l u r e r a t e a nd ma i nt e n a nc e e x p e ns e s ． Ke y wo r d s P L C； i n p u t mo d u l e ； o u t p u t mo d u l e ； fi e l d b u s ； I ／ 0 h a r d wa r e ； a r r a n g e me n t a n d t y p e s e l e c t i o n P L C在现代 工业生产控 制 中的应 用越来越 广 泛， 由于用户要求 、 设备投资预算等条件 的制约， P L C 系统设计规范也不尽相同。本文拟探讨如何在工程 设计期。 控制好正常生产时 P L C运行 的稳定性， 减少 因运行不稳定而产生的突发硬件故障及设备维护费 用 ，并 根 据 现 场 P L C应 用经 验 及 P L C I ／ 0硬 件 发展 情况， 分析几种金隆现场常用的输入 、 输 出模块的使 用情况及使用经验 。 l P L C数字量输 入模块 金隆现场主要有两种常用不同电压等级 的数字 量 输 入 模 块 3 2 p i o n t D C 2 4 V及 1 6 p i o n t 1 5 9 ～ 2 5 6 V A C信号输入模块 。由于 3 2 p i o n t D C 2 4 V输入模块比 1 6 p i o n t 1 5 9 2 5 6 V A C输入模块输入点数多， 工程设 计 中 ． 为 了节约模块 投资成本 ， 选择 3 2 p i o n t DC 2 4 V 输入模块较多。但选择输入模块电压等级需要根据 现场设备的使用环境 、 安装结构 、 电气特性而定。强 电压控 制设备 、 强磁场环境 等情 况时， 选择 1 6 p i o n t 收稿 日期 2 0 1 3 0 9 1 7 作者简介 卢鹏 1 9 7 0 一 ， 男， 工程师， 主要 从事设 备维护点检工作 。 1 5 9 - 2 5 6 V A C较好 。因为这些设备具有过 电压击穿 P L C绝缘和干扰输入信号稳定性的隐患， 选用 1 5 9 ～ 2 5 6 V A C输入模块可 以减少 电压隔离器件 的配置 ， 增强信号抗干扰能力 节约控制柜的安装空间。如果 在这种工况下选用 3 2 p i o n t D C 2 4 V输入模块， 则设计 时应尽量避免设备交流强 电压与 P L C信 号线 在同 一 个控制元器件 、 柜体端子上混合接线， 充分考虑安 全隔离的物理空间。输入模块示意见 图 1 。 图 1 1 7 5 6 一 I B 3 2输入模块 ．3 2． 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 第 3 5卷 如图 l 所示。 某工厂曾经出现过一例设计考虑 不周全的现象。为了节约 P L C I ／ O设备 投资成本， P L C数字量输入模块设计选型全部是 1 7 5 6 一 I B 3 2 若 选择 A C 1 6点输入， P L C输入模块数量将成倍增加 ， MN S低压抽 出式开关 柜内也没有设置信号隔离 中 间继电器或电压 隔离器件， P L C采集 电机 的无源运 行信号。 工程中。 因为安装人员接错 2台电机的信号 线，导致 P L C数字量输入模块及基板烧毁事故。虽 然， 此次事故是工程安装所致， 但是在现场腐蚀严重 、 电气器件绝缘不 良等非正常情况下， 这种设计也难 以保 证 单 相 A C 2 2 0 V 电 压 不 会 窜 人 1 7 5 6 一 I B 3 2模 块。 所 以， 在现场强电控制设备中， 不同电压等级的元 器件电气信号接线难以在物理空间分离安装 、有效 隔离 时 ， 机架 式 P L C结 构输 入模块 ， 应当选择1 6 p i o n t 1 5 9 V ～ 2 5 6 V A C模块。实践证明 ， 在很多工控场合使 用 AC 2 5 0 V的输入信 号模块， 可 以提高输入模块的 耐压等级及增强信号抗干扰能力， 比较安全可靠 。 2 P L C电阻温度模块 R T D 电阻模 块 主 要 故 障 现 象 是 检 测 回路 电阻 因端子接触不良、 腐蚀 、 氧化等 导致检测不准确。故 障原 因多是从热电阻至模块 的线路接线端子 、 P L C 模块端子及 电阻出线端子接触 电阻变化所致， 所 以 减 少回路中的接线端 子数量或改变信号源模式是 减少此类故障的主要手段。 可以从系统设计中解决 。建 议在热电阻选型时。 配置信号变送器， 使热电阻输出信 号是 4 ～ 2 0 mA规格， P L C模块选择差模输入配置， 电 流信号运行比较稳定， 抗干扰能力较强。 3 P L C数字量输 出模块 输 出模块常见的故 障是模块 内输出触点损坏。 金隆现场主要有 3种常用不同电压等级数字量输出 模块 D C 2 4 V直流输 出模块； A C 2 5 0 V交流输 出模块； 交 、 直流输出数字量触点模块 1 7 5 6 一 O WI 6 I 。 输出模 块 损坏 与 模块 输 出 点容 量相 关， 如 D C 2 4 V数 字 量直 流输出模块， 每点最大输出电流额定值 0 ． 5 A ， 当容量 较大负荷输出时 如电磁阀 、 执行机构等 ， 为了扩展 模块输出触点容量 ． 通常与外置中间继电器搭配使用， 可以将单独触点容量扩展到 5 一 l 0 A ；数字量触点输 出模块。 触点负荷电流较大， 适合直接驱动电磁阀、 执 行机构等， 每块模块输 出触点数量 1 6点， 单独隔离， 触点容 量 A C 2 5 0 V 3 A。 输 出模块触点容量 、 使用寿命决定输 出模块运 行 的稳定 性 。图 2 、 图 3为金 隆现场 配置 的两种 常 见 输 出模块 ，图 2为模块 输 出触点 直接 驱 动 电磁 阀， 图 3为输 出模块经过微型中间继电器转换输 出。检测 两种配置触点负荷电流均 2 A， 从理论上说配置没 有问题， 但 实际运用中发现图 2硬件配置方案的继 电器输出模块损坏较频繁。主要原因为 模块触点动 作频繁， 使模块触点较快老化； 液压系统导致 的电磁 阀阀芯动作不灵活， 增大了模块的触点负荷 电流。金 隆现 场机组 约 3 0块继 电 器输 出模 块 ， 平 均 每月 损 坏 0 ． 5块。虽然 P L C设计时， 模块每种类型都留有 1 0 ％ 的富裕量， 但是软件频繁更改输出点位， 会使柜 内导 线错 乱 、 图纸混 淆， 延长维修时间； 更换损坏模块又 导致备件费用增加， 增加运行成本。改型使用 1 7 5 6 一 O B 3 2外置中间继电器后。 输 出模块触点负荷 电流小， 且扩展 了触点负荷容量f 通过微型 中间继 电器， 扩展 到 5 ～ 1 0 A 1 ， P L C触点损坏频率大大降低， 即使现场因 为电磁阀等原因导致微型 中间继 电器触点烧毁， 也 只要更换故障点中间继电器即可 ， 节约了设备维修时 间及备件费用 。 ∞ a a 1 1 ￡ 巍 l 2 N ． O t | 一 a 掇 妇 曦 j T - , 4 毒 l 砧 atI T S l o 0 U a ． ’ l j o ． 溉 8朝 L 0 { m a O 4 1 , 1o ∞ 0 t 薹 t a l l 噜 0 誓 ， 3 a 翱 苇～ t 鹰 0 妇嚏瓣 {5 树 秘 哇 电磁 阀 1 图 2 1 7 5 6 一 OW 1 6 l 输 出模 块 一 图 3 1 7 5 6 一 O13 3 2输出模块 第 3期 P L C常用 I ／ O模块应用分析 3 3 4 P L C 1 4 9 2预接线 系统 I ／ O接 口模 块 5 P L C现场总线通讯联 接方式 AB公司 1 4 9 2预接线系统及选择 的外置接 口模 块 I F MS如图 4 。 该接 口模块每个输 出点都配置微型 继电器 、 熔断保 险及保 险熔断发光二极管。1 4 9 2预 接线 系统及接 口模块 I F MS配置方式 优点是输入 、 输 出集成功能接 口模块范围选择广泛， 除 了能满足 P L C接线安装简洁的要求外， 还可以根据输入信号及 输 出执行机构 的实际特性， 选择接 E I 模块 I F MS 。 可靠 地保护 P L C I ／ O点， 减少 P L C模块触点损坏故障。缺 点是投资费用较高， 备件费用贵。 图 4 1 4 9 2预接线 系统外置接 口继 电器模块 I F MS P L C信号输入 、控制输 出硬件分散安装在设备 现场， 距离信号检测元器件及动作执行元件很近， 总 线模块或远程 I ／ O模块输入 、 输 出点数 、 类型 、 功能 要求可以灵活机动地根据现场设备配置，可 以选择 第三方生产厂家 的总线元器件。 P L C信号采集及控 制输 出通过数字通讯， 传输抗干扰性强， 安装更加简 洁 。现场 总 线 I ／ O模 块功 能 选 择 范 围较 广， D O输 出 模块可 以选择 非触点式 晶体管控制输 出功能模块 如西门子总线接 口模块， P N P MA X 2 A ， 能极大地降 低输出模块损坏故障率。金隆阳极机组即选用 的是 此类 模块 ， 至今 未更 换过 总线 接 口输 入 、 输 出模 块 ， 性 能非常优异。 对于现场模拟量、 过程控制等信号较多 的设备单元， 远程 I ／ O模块配置更合理， 选型更方便。 6总结 P L C系统设计选型配置与现场使用环境 、设备 作业特性等息息相关 。科学有效地综合考虑设计方 案 ， 对节约设备投资， 降低设备检修时间、 故障率、 维 护 费用等都有很好的效果， 需要设计人员与设备技 术人员密切配合， 共 同完善技术设计方案。 f 上接第 2 8页 外表面不平整 ， 层与层之间不连续 ， 横断面分层 ， 中 的缺陷也不一样 ， 因此在具体生产过程 中， 需认真分 间往往有氧化膜并伴生气孔等缺陷。冷隔按 出现的 析原由。 综合考虑各项 因素 ， 并且结合生产单位 的现 部位不同分表面冷隔、 皮下冷隔和中心冷隔嘲 。 有条件 ， 采取有效措施加以控制和防止 。一般而言 ， 6 ． 1 产 生原因 严格控制生产工艺过程 ，同时选择先进可靠的生产 冷隔的产生原 因主要有 1 浇铸温度低 ， 冷却水 设备和检测设备是保证生产正常进行的有效途径。 压高 ， 浇速不稳定 ， 液面波动大 ； 2 中间断流 ， 补缩不 良； 3 1 结 晶器内壁结构设计不合理 ， 选材不当。 参考文献 6 ． 2 解决 办法 [ 1 J 刘相甫．Q S n 6 ． 5 - 0 ． 1 水平连铸带坯质量的探讨 【 J J ． 铜加工 ， 1 9 9 2 4 解决 办法 1 减轻金属液 面氧化程度 ， 使金属 液 面 不 形 成 氧 化 膜 或 使 氧 化 膜 的 表 面 张 力 ／J、 于 金 属 [21 冀 冀 鬈 铸 造 铝 铜 合 金 陷 研 瓤 刀 液水平流动压力； 2 保持金属液面具有较高的温度 ； 【 3 ]子澍． 铜铸件针孔形成机理及消除措施『 J J _铸造技术 ，2 0 0 9 ． 3 o 1 1 3 改进浇注系统 ， 提高浇注温度和浇注速度。 1 4 6 8 1 4 7 1 ． [ 4 】 汤伟， 周 子民， 俞世德． 无铅锡青铜铸件气缩孔 缺陷的防止对策【J 】 ． 7 结语 铸 造 技 术 ，2 0 0 6 4 4 2 2 4 2 4 ． [ 5 】 钟卫佳． 铜加工技术实用手册[ MI ． 北京 冶金工业出版社， 2 0 0 7 ． 综上所述 ， 铜及铜合金吸气 、 氧化是造成铸锭缺 【 6 ]马宏声， 孝云祯． 有色金属熔炼与 铸锭[ M 1 ． 沈阳 东北大学出版社． 陷的主要原 因． 必须从原辅材料的选择 、 熔炼前 的原 1 9 9 4 ． 料准备 、 熔炼过程中各工序的把控人手 ， 对整个工艺 [ 7 1陈 在平， 肖宁 ， 朱成才 一种新型铜基合金铸锭的 缺陷 及预防 措施 过 进 严 格 篓 制 ， 才 效 防 。 不 规 格 令 金 [8 1 篙 1炼9 缺 陷 分 析 和 预 防 措 施 埘 ．铸 造 ， 成分的铸锭 ， 其工艺要求也不一样 ， 生产过程 中产生 2 0 0 5 ．5 4 f 91 91 9 92 1 ． ～