Объяснение входов и выходов ПЛК: типы, подключение и как выбрать правильный модуль ввода-вывода

Каждая автоматизированная машина работает при постоянном обмене сигналами между полем и контроллером. В системе ПЛК этот обмен представляет собой входы и выходы, обычно сокращаемые до ввода-вывода ПЛК: полевое устройство отправляет сигнал в модуль ввода, ЦП считывает его и запускает логику, а модуль вывода передает результат на двигатель, клапан или лампу. Выберите правильный модуль и правильно его подключите, и машина будет работать предсказуемо; выберите неправильный выбор, и даже идеальный код не сработает.

Если вы заказываете или покупаете детали для автоматизации, понимание ввода-вывода редко оказывается сложной задачей. Самое сложное — выбрать правильный модуль среди десятков вариантов, а затем найти оригинальную деталь, подходящую для вашей марки и модели. В этом руководстве рассматриваются оба аспекта: от основ до подключения, выбора модулей и поиска поставщиков шести основных брендов.

1. Что такое входы и выходы ПЛК (I/O)?

1.1 Как работает цикл ввода-вывода ЦП

ПЛК работает в непрерывном цикле: он считывает каждый ввод, выполняет логику программы, затем обновляет каждый вывод. Этот цикл сканирования повторяется много раз в секунду, поэтому машина реагирует практически мгновенно. Путь никогда не меняется. Полевое устройство, такое как датчик или переключатель, отправляет сигнал модулю ввода, который передает его в ЦП; ЦП решает, что делать; и модуль вывода приводит в действие полевое устройство, такое как пускатель двигателя, клапан или лампа. Нажмите кнопку запуска, и ЦП запустит логику запуска, а затем подаст питание на контактор двигателя.

1.2 Почему ввод-вывод является мостом между ПЛК и полевыми устройствами

Входы и выходы — единственное соединение ПЛК с оборудованием, которым он управляет. ЦП никогда не касается двигателя напрямую: он знает только то, что ему говорят входы, и действует только через выходы, с помощью датчиков и переключателей, а также исполнительных механизмов и приводов. Самая лучшая программа бесполезна, если модуль ввода не может прочитать свой датчик или модуль вывода не может переключить нагрузку.

2. Типы входов ПЛК

Входы ПЛК делятся на три группы: цифровые, аналоговые и специализированные. Определение того, к какой группе принадлежит сигнал, является первым шагом в выборе правильного модуля.

2.1 Цифровые/дискретные входы

Цифровые входы, также называемые дискретными входами, считывают сигнал с двумя-состояниями: ВКЛ или ВЫКЛ, 1 или 0. Это наиболее распространенные входы на любой машине: от кнопок и концевых выключателей до датчиков приближения. Каждое устройство имеет нормально разомкнутое (НО) или нормально закрытое (НЗ): используйте NO, когда действие должно начаться при обнаружении, и NC для функций безопасности, таких как аварийная остановка, когда обрыв провода воспринимается как остановка.

Многие цифровые датчики имеют тип PNP или NPN, в зависимости от того, на какую сторону источника питания они переключаются. Датчик PNP переключает положительный источник питания, отправляя при обнаружении сигнал высокого уровня (+24В); датчик NPN переключается на 0 В, понижая уровень сигнала. От этого зависит, как вы подсоедините датчик, о чем говорится в разделе «Потребление и питание» ниже.

2.2 Аналоговые входы

Аналоговые входы считывают непрерывное значение, а не «включено» или «выключено». Они измеряют температуру с помощью термопары или термометра сопротивления, давление или расход с помощью преобразователя или уровень с помощью датчика. Устройство преобразует результат измерения в стандартный электрический сигнал, который модуль преобразует в число для ЦП. Большинство сигналов следуют небольшому набору стандартных диапазонов, которые позже снова появляются на выходе.

Предпочтителен диапазон 4–20 мА, поскольку значение 0 мА сигнализирует об обрыве провода, так называемом активном нуле.

2.3 Специализированные/высокоскоростные-входы

Некоторые сигналы изменяются слишком быстро, чтобы их мог уловить стандартный цифровой вход. Для этого используются специальные входы: высокоскоростные-счетчики для быстрых последовательностей импульсов, входы энкодеров для обратной связи по положению и движению, а также импульсные входы для расходомеров или счетчиков. Они проявляются в управлении движением, отслеживании материалов и высокоскоростной-упаковке. Эмпирическое правило: если стандартный ввод не учитывается из-за того, что цикл сканирования не успевает, используйте высокоскоростной-вход.

Входы — это половина цикла; результаты отражают эти категории с одним дополнительным решением.

3. Типы выходов ПЛК

3.1 Цифровые выходы

Цифровые выходы управляют устройствами, которые включаются или выключаются: ПЛК отправляет 1 или 0, а модуль подает или обесточивает-нагрузку, будь то индикаторная лампа, реле, электромагнитный клапан или привод. Если входы — это то, как ПЛК воспринимает, то выходы — это то, как он действует. Ключевой вопрос — как они переключают нагрузку, ведь существуют три технологии вывода и неправильная сокращает срок службы модуля или не переключает его.

3.2 Релейные, транзисторные и симисторные выходы

Цифровые выходы ПЛК имеют три технологии переключения, ни одна из которых не является взаимозаменяемой; правильный выбор зависит от нагрузки.

Релейные выходы используют физический контакт. Они работают с переменным и постоянным током в широком диапазоне напряжений, что является наиболее гибким вариантом, но механический износ и медленное переключение делают их лучшими для низкочастотного переключения смешанных нагрузок.

Транзисторные выходы, построенные на транзисторах PNP или NPN, являются полупроводниковыми: они переключают только постоянный ток, но переключаются быстро, без движущихся частей, что подходит для высокочастотного переключения,-например, подачи импульсов на соленоид постоянного тока или отправки импульсов на привод.

Симисторные выходы также являются полупроводниковыми и переключают только переменный ток. Они обеспечивают долгий срок службы без износа контактов и подходят для часто переключающихся нагрузок переменного тока, таких как электромагнитный клапан непрерывного действия.

Быстрое правило: для высокочастотного-постоянного тока выбирайте транзистор; для частого переменного тока выбирайте симистор; для смешанного переменного и постоянного тока на низкой частоте выберите реле.

3.3 Аналоговые выходы

Аналоговые выходы посылают непрерывный сигнал на устройства, которым требуется переменное управление. Классический случай — задание скорости для ЧРП, где ПЛК устанавливает скорость двигателя, изменяя выходной сигнал; другие включают пропорциональный клапан или дисплей давления или температуры. Они используют те же диапазоны, что и аналоговые входы (4–20 мА, 0–10 В, плюс-минус 10 В), поэтому применима приведенная выше таблица.

Самая распространенная реальная ошибка — это не неправильный тип. Это неправильное подключение входов и выходов, и обычным источником путаницы является то, что входы и выходы подключены неправильно.

4. Приемник или источник: правильное подключение входов и выходов ПЛК

4.1 Что означают погружение и поиск источников

Сток и источник описывают направление тока в точке ввода-вывода. Сохраняйте одну ссылку на всю тему: следите за текущей. Устройство, являющееся источником тока, обеспечивает путь к положительному источнику питания (+24В); устройство, поглощающее ток, обеспечивает путь к 0 В.

Для входа ПЛК направление задается общей клеммой и полярностью питания. Вход источника имеет общую клемму +24V и подает ток на полевое устройство, поэтому полевое устройство должно потреблять его. Вход со стоком имеет общий вывод 0 В и принимает ток от полевого устройства. Пары — это то, что команды получают задом наперед, поэтому скажите об этом прямо.

Вспомогательное средство для запоминания: датчик и вход должны быть противоположными. Исходному датчику (PNP) требуется входной сигнал; тонущему датчику (NPN) требуется входной сигнал.

4.2 Подключение источника/приемника входа

Подключение следует из сопряжения. Для входа со стоком подключите общий провод к 0 В и подключите выход каждого датчика PNP к его клемме. Для входного источника подключите общий провод к +24V и подключите выход каждого датчика NPN к его клемме. Выходы подчиняются той же логике: исходный выход подает ток на нагрузку, стоковой выход замыкает цепь до 0 В.

Терминал, на котором нужно получить право, является общим. На каждом модуле он определяет, является ли группа током или источником, поэтому подтвердите это перед посадкой одного полевого провода.

4.3 Распространенные ошибки при подключении и как их избежать

Большинство неисправностей проводки ввода-вывода происходят из-за нескольких нарушителей-рецидивистов.

• Совмещение PNP и NPN в одной группе входов.Общий общий, поэтому все датчики должны совпадать. Исправление: стандартизируйте один тип датчика для каждой группы или используйте модуль с отдельными общими элементами.
• Обычное дело не на том рельсе.Входной сигнал с общим выводом +24V никогда не считывает показания датчиков. Исправление: перед включением питания убедитесь, что общее соответствует типу датчика.
• Распределение напряжения 0 В между шумными и чистыми цепями, который преобразует шум в сигналы. Исправлено: отделить ссылки на поля от тяжелых загрузок.
• Обратная полярность на устройствах постоянного тока.Исправление: проверьте полярность по маркировке клемм, а не по памяти.

Когда с проводкой все понятно, следующий вопрос – какой модуль купить.

5. Как выбрать правильный модуль ввода-вывода ПЛК

5.1 Ключевые критерии выбора

Выбор модуля ввода-вывода означает соответствие его задаче. Проработайте их по порядку.

• Количество каналов:баллов за модуль. Больше каналов снижает стоимость точки, но концентрирует риск в случае сбоя модуля.
• Диапазон напряжения и сигнала:должно соответствовать вашим полевым устройствам, будь то цифровое напряжение 24 В постоянного тока, 120 или 230 В переменного тока или аналоговый диапазон, например 4–20 мА или 0–10 В. Несоответствие означает, что модуль не может считывать или управлять вашими устройствами.
• Изоляция:изолированные каналы блокируют скачки напряжения и контуры заземления. Укажите его для аналоговых сигналов и суровых условий.
• Тип вывода:для цифровых выходов выберите реле, транзистор или симистор по нагрузке (раздел 3.2).
• Скорость ответа:стандартные модули подходят большинству машин; быстрые входы или входы с прерываниями необходимы для-быстрого счета и движения.
• Экологический рейтинг:подтвердите номиналы температуры, влажности и вибрации для панели.

Неправильный выбор диапазона напряжения или типа выхода является наиболее распространенной причиной, по которой модуль заказывается, а затем его невозможно использовать.

5.2 Как оценить количество точек ввода-вывода и спланировать резервную мощность

Перед заказом посчитайте свои баллы. Перечислите каждое полевое устройство и отметьте каждое как цифровой вход, цифровой выход, аналоговый вход или аналоговый выход, а затем просуммируйте каждую категорию. Небольшой конвейерной станции может потребоваться 6 цифровых входов, 3 цифровых выхода и 1 аналоговый вход.

Затем добавьте резервную мощность, обычно от 10 до 20 процентов на каждую категорию, округленную до следующего размера модуля. Запасные точки сейчас стоят недорого, и вам придется сэкономить на покупке модуля и переподключении позже, поэтому запланируйте их, прежде чем выбирать размеры модуля.

5.3 Цифровой или аналоговый модуль: какой вам нужен?

Выбор следует за сигналом: устройству, сообщающему о состоянии (включено или выключено), нужна цифровая точка, а устройству, сообщающему измеренные значения, такие как температура или давление, нужна аналоговая точка. Большинству машин требуется и то, и другое, смешанное в одной стойке.

Как только вы узнаете тип, количество каналов и диапазон напряжения, вы сможете быстро составить список.Просмотр модулей ПЛК по брендамчтобы подобрать деталь по вашей спецификации. Более сложная проблема — определить точный оригинальный модуль для вашей модели, а затем найти его на складе.

6. Модули ввода-вывода ПЛК основных брендов

6.1 Определение нужного модуля по номеру детали

Каждый производитель кодирует ключевую информацию в номере детали: семейство модуля, вход или выход, цифровой или аналоговый, количество каналов, напряжение или диапазон сигнала. Прочитав его, вы подтвердите, что модуль соответствует вашей спецификации, и поможет вам найти точную замену. Поскольку номера каждой марки разные, сопоставляйте полный номер детали со ссылкой производителя, а не частичный.Ищите в нашей библиотеке моделейпо номеру детали, чтобы подтвердить модуль и проверить наличие.

6.2 Примечания к маркам: Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi, Omron, Schneider, ABB

Siemens SIMATIC I/O является одним из наиболее широко распространенных в мире: S7-1200 использует сигнальные модули, а S7-1500 и S7-300 добавляют распределенный ввод-вывод ET 200. ВидетьМодули ПЛК Сименс.

С Алленом-Брэдли платформа устанавливает семейство: ControlLogix использует 1756 входов/выходов, CompactLogix использует 1769, а SLC 500 использует 1746, ни один из них не является кросс-совместимым. ПросматриватьМодули ПЛК Аллена-Брэдли.

Mitsubishi MELSEC работает от компактного FX5U до серий Q и iQ-R, где функции ввода, вывода и аналоговые функции выполняются в отдельных модулях. ВидетьМодули ПЛК Mitsubishi.

Компания Omron включает семейства CJ и CS, а также более новые платформы NX и NJ, каждая из которых имеет свои собственные блоки ввода-вывода. ВидетьМодули ПЛК Omron.

Линейка Modicon компании Schneider Electric простирается от M221 и M241 с расширением ввода-вывода TM3 до M340 и M580. ПросматриватьМодули ПЛК Schneider.

Компания ABB завершает эту шестерку платформой AC500 и линейкой устройств ввода-вывода S500. ВидетьМодули ПЛК АББ.

6.3 Оригинальные модули и поиск поставщиков по всему миру

При выборе точного номера детали поиск сводится к двум вещам: оригинальному модулю и приемлемому времени выполнения заказа. Несколько проверок помогают.

• Подтвердите, что это оригинал:Прежде чем совершать покупку, запросите номер детали производителя, коды партии или даты, а также четкие фотографии.
• Сначала проверьте наличие на складе и время выполнения заказа:правильная доставка модуля за два дня часто превосходит более дешевую доставку, которая занимает недели.
• Используйте мультибрендового поставщика-, поэтому стойки разных-брендов поставляются из одного места, а не от разных поставщиков.

В CHENTUO мы поставляем оригинальные модули ПЛК всех шести основных брендов, поддерживаем складские запасы и осуществляем доставку в более чем 30 стран, поэтому запросы смешанных-брендов и запросы, которые трудно--найти, являются для нас обычным делом. Не можете найти свой модуль?Поиск по номеру детали в нашей библиотеке моделей, илипришлите нам номер детали, чтобы узнать наличие на складе и цену.

7. Рекомендации по подключению и установке

7.1 Экранирование и шумоподавление аналоговых сигналов

Аналоговые сигналы имеют низкий уровень и легко повреждаются, поэтому дисциплина проводки имеет большее значение, чем для цифровых точек. Для аналоговых линий используйте экранированный кабель и заземляйте экран только с одного конца, чтобы избежать образования контура заземления. Прокладывайте аналоговую проводку подальше от силовых кабелей, особенно выходных кабелей ЧРП, которые являются сильным источником помех. Если проводка должна пересекать линии электропередачи, пересекайте ее под прямым углом, а не параллельно.

7.2 Заземление, маркировка, клеммные колодки

Хорошая практика работы панели обеспечивает надежность ввода-вывода. Подключайте полевые провода к клеммным колодкам, а не к модулям, маркируйте каждый провод в соответствии с чертежами и поддерживайте чистое-точечное заземление.

8. Распространенные неисправности ввода-вывода ПЛК и их устранение

8.1 Вход не читается/выход не переключается

Когда вход не считывается или выход не переключается, работайте от сигнала наружу. Сначала проверьте светодиод состояния модуля: он показывает, видит ли модуль сигнал. Если светодиод не горит, когда устройство активно, неисправность связана с полевым устройством или проводкой; если светодиод горит, но программа не отвечает, проверьте адресацию и логику. Затем проверьте полевое устройство, проводку и общий провод и, наконец, модуль.

8.2 Аналоговый дрейф, шум, неправильный диапазон сигнала

Аналоговые неисправности отличаются от цифровых. Смещение или скачок показаний обычно означает шум, связанный с экранированием и маршрутизацией, описанными выше. Устойчивое, но неправильное показание обычно означает, что диапазон модуля не соответствует устройству, например, модуль 0–10 В установлен для преобразователя 4–20 мА. Прежде чем заподозрить устройство, проверьте диапазон и масштаб модуля.

9. Заключение

Входы и выходы ПЛК являются мостом между вашим контроллером и машиной. Как только вы сможете отличить цифровое от аналогового, выбрать правильный тип выхода, а также правильно подобрать провод и найти его, все остальное становится практическим: укажите модуль для работы, подсчитайте точки с запасом мощности и подтвердите точную оригинальную деталь для вашей марки. На последнем этапе — получении нужного модуля — именно здесь проекты обычно останавливаются.

Если вы знаете тип и количество каналов, которые вам нужны,просматривать модули ПЛК по брендам. Если у вас есть номер детали,проверьте это в нашей библиотеке моделей. В любом случае,отправьте нам свою модель и количество, чтобы узнать наличие на складе и цену,И мы подтвердим правильный оригинальный модуль.

Часто задаваемые вопросы

 

 

Где я могу купить модуль ввода-вывода ПЛК, подходящий для моей марки и модели?

Определите номер детали производителя на вашей стойке, а затем получите оригинал у поставщика, который представляет вашу торговую марку. CHENTUO предлагает оригинальные модули ввода-вывода всех шести основных брендов. Найдите нашБиблиотека моделейпо номеру детали илипришлите номер, чтобы узнать цену.

Взаимозаменяемы ли модули ввода-вывода таких брендов, как Siemens и Allen-Bradley?

Нет. Каждая марка и платформа используют свое собственное семейство ввода-вывода, объединительную плату и адресацию, поэтому модуль Siemens не будет работать в стойке Allen-Bradley, а семейства внутри бренда также часто различаются. Подтвердите нужную часть в нашемБиблиотека моделей.

В чем разница между входами и выходами ПЛК?

Входы передают в ПЛК сигналы от датчиков и переключателей, сообщая контроллеру, что происходит. Выходы посылают сигналы на приводные двигатели, клапаны и лампы. Входы воспринимают, выходы действуют, образуя цикл, в котором работает ЦП.

Что такое вход источника и вход приемника в ПЛК?

Они описывают текущее направление. Исходный вход подает ток на полевое устройство и соединяется с датчиками NPN (током), общий вывод которого составляет +24V; входной вход принимает ток и соединяется с датчиками PNP (источник), общим для 0 В.

В чем разница между релейным выходом и транзисторным выходом?

Релейный выход использует физический контакт, переключает переменный и постоянный ток и подходит для переключения на низких-частотах, но его контакты изнашиваются. Транзисторный выход является полупроводниковым, переключает только постоянный ток и обеспечивает быстрое высокочастотное переключение-с длительным сроком службы.

Цифровой или аналоговый модуль ввода-вывода: какой мне нужен?

Следуйте сигналу. Устройство, сообщающее о состоянии (включено или выключено), нуждается в цифровом модуле; для передачи измеренных значений, таких как температура, давление, уровень или скорость, необходим аналоговый модуль.

Бесплатная консультация