模拟量I/O模块的主要功能是数据转换,并与PLC内部总线相连,同时为了安全也有电气隔离功能。模拟量输入(A/D)模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接收的数字量;模拟量输出(D/A)模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。
典型模拟量I/O模块的量程为−10V~+10V、0~+10V、4~20mA等,可根据实际需要选用,同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块,可用来直接接收低电平信号(如RTD、热电偶等信号)。
4)特殊功能模块的选择
目前,PLC制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的I/O模块,有的还推出了自带CPU的智能型I/O模块,如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等。
对于小的系统,如80点以内的系统,一般不需要扩展;当系统较大时,就要扩展。不同公司的产品,对系统总点数及扩展模块的数量都有限制,当扩展仍不能满足要求时,可采用网络结构;同时,各公司的扩展模块种类很多,如单输入模块、单输出模块、输入输出模块、温度模块、高速输入模块等。但有些厂家产品的个别指令不支持扩展模块,因此,在进行软件编制时应予以注意。当采用温度等模拟模块时,各厂家也有一些规定,应阅读相关的技术手册。
西门子数字量模块
PLC的联网:PLC的联网方式分为PLC与计算机联网和PLC之间相互联网两种,与计算机联网可通过RS232C接口直接连接、RS422+RS232C/422转换适配器连接、调制解调通信连接等方式;一台计算机与多台PLC联网,可通过采用通信处理器、网络适配器等方式进行连接,连接介质为双绞线或光缆;PLC之间互联时可通过专用通信电缆直接连接、通信板卡或模块+数据线连接等方式。
相对于自控系统的性能优先于价格的选择,只是在前面几项比较接近,又不易选择时,才考虑价格因素,选择性价比比较高的产品。在实际选型过程中,往往受到多方面的制约,不一定要考虑以上全部方面,但其中有些项是必须考虑的,而存在的问题也必须通过其他替代方式加以解决。在设计过程中需要根据PLC的特点,以程序形式来体现其控制功能。可按照以下几个步骤进行。
①确定控制对象和控制范围。即分析控制对象、控制过程和控制要求,了解工艺流程,确定控制系统应实现的所有功能和控制指针。控制对象确定后,需要进一步明确哪些操作应由PLC来控制,哪些操作适宜于手动控制;详细了解被控对象的控制要求,确定必须完成的动作及完成的顺序,归纳出工作循环和状态流程图。
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PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况,选定价格性能比较好的PLC机型。
同样的控制系统的设计,可以用任何同样级别的PLC来完成。如果选用不熟悉或没有应用实践的PLC,需要做大量的技术调研和学习过程,必将延长设计周期。特别是初次应用PLC设计控制系统时,PLC的选型是一个关键问题。设计中充分合理利用软、硬件资源的方法有:
①不参与控制循环或在循环前已经投入的指令可不接入PLC。
②多重指令控制一个任务时,可先在PLC外部将它们并联后再接入一个输入点。
③尽量利用PLC内部功能软元件,充分调用中间状态,使程序具有完整连贯性,易于开发。同时也减少硬件投入,降低了成本。(3)I/O点数选择
在PLC控制系统设计之初,就应该对控制点数(数字量及模拟量)有一个准确的统计,这往往是选择PLC的首要条件,在满足控制要求的前提下力争所选用的I/O点*少。一些高密度输入点的模块对同时接通的输入点数有限制,一般同时接通的输入点不得超过总输入点的60%。PLC每个输出点的驱动能力(A/点)也是有限的,有的PLC每点输出电流的大小还随所加负载电压的不同而异;一般PLC的允许输出电流随环境温度的升高而有所降低等,在选型时要考虑这些问题。
PLC的输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法,隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级,但这种PLC平均每点的价格较高。如果输出信号之间不需要隔离,则应选择前两种输出方式的PLC。
PLC都有许多I/O接口模块,包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其他一些特殊模块,使用时应根据它们的特点进行选择。
在进行PLC常规设计中,采用输出模块为继电器输出,可以实现执行器件不同触点信号的需要,比如有的需要交流电压220V、有的需要直流电压、有的需要一个无源触点等。在设计中选用继电器输出模块时应注意以下问题:
触点的保护。有的PLC的输出点是直接控制现场的执行器件,比如电磁阀等,而在环境恶劣的工业现场,因线路的老化、导线短路而造成触点损坏。一旦损坏,就要更换PLC输出继电器或改变触点而对PLC的程序进行修改。
触点的浪费。继电器输出的PLC的输出都是成组的,几个输出点一个公用端,整组输出的形式必须相同,否则就要用外接继电器转换。若同一动作的两个点由于处在不同的线路上,只能用不同组的两个点或用一个点经过继电器转换。
价格的问题。在PLC的输出模块中,继电器输出的价格相对晶体管输出的要贵出20%。
对于环境恶劣的现场,应采用晶体管输出的PLC模块,输出点全部外接中间继电器,这样就能够避免以上的问题,并使维护简单便利。同时在工程设计中,能够减少因输出点形式不同发生冲突的考虑,而且能够比较便利合理的分配输出点。对于需在PLC输出设置外部驱动电路的回路可以用三极管驱动,也可以用固态继电器或晶闸管电路驱动,同时应采用保护电路和浪涌吸收电路,并且每路有显示二极管(LED)指示。
③模拟量输入、输出。模拟量输入、输出接口一般用来接收传感器产生的信号,这些接口可用于测量流量、温度和压力,并可用于控制电压或电流输出设备。这些接口的典型量程为-10~+10V、0~+10V、4~20mA或10~50mA。
一些制造厂家在PLC上设计有特殊模拟接口,因而可接收低电平信号,如RTD、热电偶等。一般来说,这类接口模块可用于接收同一模块上不同类型的热电偶或RTD混合信号。