PLC常用I/O模块应用分析

卢鹏

（金隆铜业有限公司，安徽铜陵 244021）

PLC常用I/O模块应用分析

卢鹏

（金隆铜业有限公司，安徽铜陵 244021）

以某铜企业几种常用I/O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。

PLC；输入模块；输出模块；现场总线；I/O硬件；配置选型

PLC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,PLC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PLC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PLC应用经验及PLC I/O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。

1 PLC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：32piont DC24V及16piont 159～256V AC信号输入模块。由于32piont DC24V输入模块比16piont 159～256V AC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32piont DC24V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16piont159～256VAC较好。因为这些设备具有过电压击穿PLC绝缘和干扰输入信号稳定性的隐患,选用159～256V AC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32piont DC24V输入模块,则设计时应尽量避免设备交流强电压与PLC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 1756-IB32输入模块

如图1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PLC I/O设备投资成本, PLC数字量输入模块设计选型全部是1756-IB32(若选择AC 16点输入,PLC输入模块数量将成倍增加), MNS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,PLC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PLC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AC220V电压不会窜入1756-IB32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PLC结构输入模块，应当选择16piont 159V～256V AC模块。实践证明，在很多工控场合使用AC 250V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 PLC电阻温度模块

RTD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、PLC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4～20 mA规格,PLC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。

3PLC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:DC24V直流输出模块;AC250V交流输出模块;交、直流输出数字量触点模块(1756-OW16I)。输出模块损坏与模块输出点容量相关,如DC24V数字量直流输出模块,每点最大输出电流额定值0．5A,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5～10 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16点,单独隔离,触点容量AC 250V 3A。

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30块继电器输出模块,平均每月损坏0．5块。虽然PLC设计时,模块每种类型都留有10%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1756-OB32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(通过微型中间继电器,扩展到5～10 A),PLC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。

图2 1756-OW16I输出模块

图3 1756-OB32输出模块

4 PLC 1492预接线系统I/O接口模块

AB公司1492预接线系统及选择的外置接口模块IFMS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。1492预接线系统及接口模块IFMS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PLC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,选择接口模块IFMS,可靠地保护PLC I/O点,减少PLC模块触点损坏故障。缺点是投资费用较高,备件费用贵。Coilside LED diagnostic indication

图4 1492预接线系统外置接口继电器模块IFMS

5 PLC现场总线通讯联接方式

PLC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,PLC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,DO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,PNP MAX 2A),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

PLC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。

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

卢鹏(1970—),男,工程师,主要从事设备维护点检工作。