ورودی/خروجی دیجیتال و آنالوگ در سیستم‌های PLC: آنچه هر مهندسی باید بداند

در سیستم پی ال سیورودی/خروجی‌های گسسته، سیگنال‌های دودویی و روشن/خاموش را برای وضعیت و کنترل، از جمله تشخیص حضور، شروع، توقف و فعال کردن آلارم‌ها، مدیریت می‌کنند. در همین حال، ورودی/خروجی آنالوگ برای اندازه‌گیری مداوم و کنترل تناسبی متغیرهای فرآیند استفاده می‌شود. 

ورودی/خروجی یا I/O دیجیتال و آنالوگ، نحوه ارتباط PLC با محیط اطرافش را تعیین می‌کند. این بدان معناست که خرابی ماژول ورودی/خروجی PLC می‌تواند کل خط مونتاژ را در عرض چند ثانیه از کار بیندازد. بنابراین، بسیار مهم است که به موقع جایگزینی پیدا شود.

اکثر PLC ها از چهار نوع سیگنال مختلف استفاده می‌کنند که شامل DI، DO، AI و AO می‌شود. یادگیری تفاوت بین ورودی/خروجی دیجیتال و آنالوگ به شما در انتخاب ماژول مناسب و سیم‌کشی صحیح آن در یک مرحله کمک خواهد کرد.

این راهنما هر نوع ورودی/خروجی را به روشنی توضیح می‌دهد. این راهنما انتخاب سیگنال، اشتباهات رایج سیم‌کشی و نحوه تهیه سریع ماژول‌های جایگزین را پوشش می‌دهد.

چهار نوع ورودی/خروجی کدامند؟

هر PLC از طریق سیگنال‌های ورودی و خروجی، یک فرآیند را کنترل می‌کند. نوع سیگنالی که استفاده می‌کنید کاملاً به عملکرد دستگاه میدانی بستگی دارد.

در زیر چهار نوع ورودی/خروجی آمده است:

ورودی دیجیتال (DI)

یک سیگنال DI فقط دو حالت دارد: روشن یا خاموش. این سیگنال شرایط دودویی را از دستگاه‌های میدانی می‌خواند.

• دستگاه‌های معمولی: دکمه‌های فشاری، کلیدهای محدودکننده،, حسگرهای مجاورتی, ، توقف‌های الکترونیکی.
• ولتاژ مشترک: ۲۴ ولت مستقیم (بیشتر مکان‌های صنعتی)؛ همچنین ۱۲۰ ولت متناوب و ۵ ولت مستقیم TTL.
• مثالتشخیص باز یا بسته بودن دروازه نقاله قبل از حرکت ربات.

شما ماژول ورودی دیجیتال باید با نوع منطق سنسور، مانند PNP (منبع تغذیه) یا NPN (منبع تغذیه) مطابقت داشته باشد. عدم تطابق آنها رایج‌ترین خطای سیم‌کشی برای مدارهای DI است.

خروجی دیجیتال (DO)

سیگنال DO بار را کاملاً روشن یا کاملاً خاموش می‌کند. خروجی را مدوله یا تغییر نمی‌دهد.

• دستگاه‌های معمولی: شیرهای برقی, ، بوبین رله، لامپ‌های نشانگر، کنتاکتورهای استارت موتور.
• انواع خروجیرله (بارهای AC یا DC را مدیریت می‌کند)، ترانزیستور (سوئیچینگ سریع DC)، ترایاک (بارهای AC).
• مثال: فعال کردن یک سلونوئید پنوماتیک برای بیرون کشیدن یک سیلندر در یک ایست بازرسی بسته‌بندی.

همیشه جریان هر کانال را در محدوده‌ی مجاز ماژول نگه دارید. تجاوز از آن، مدار خروجی را خراب می‌کند.

ورودی آنالوگ (AI)

یک سیگنال هوش مصنوعی، اندازه‌گیری پیوسته‌ای را حمل می‌کند؛ نه فقط روشن/خاموش، بلکه مقداری را در یک محدوده کامل.

• دستگاه‌های معمولی: فرستنده‌های فشار، فلومترها، حسگرهای دما (خروجی ۴-۲۰ میلی‌آمپر).
• استانداردهای سیگنال: ۴-۲۰ میلی‌آمپر (حلقه جریان) و ۰-۱۰ ولت (ولتاژ).
• وضوح تصویر: ۱۲ بیتی (۴۰۹۶ گام) یا ۱۶ بیتی (۶۵۵۳۶ گام) بسته به ماژول ورودی آنالوگ انتخاب شده.
• مثال: نظارت بر سطح پر بودن مخزن که ۴ میلی‌آمپر = 0%، ۲۰ میلی‌آمپر = ۱۰۰۱TP4T است؛ PLC مقدار را به واحدهای مهندسی مقیاس‌بندی می‌کند.

خروجی آنالوگ (AO)

یک سیگنال AO یک فرمان متغیر را از PLC به یک عنصر کنترل نهایی ارسال می‌کند.

• دستگاه‌های معمولی: درایوهای سرعت متغیر (VFD)، شیرهای کنترل تناسبی، پوزیشنرها.
• مثال: با ارسال ۱۳.۶ میلی‌آمپر جریان به ورودی مرجع سرعت VFD، به یک پمپ دستور می‌دهد تا با سرعت ۶۰۱TP4T کار کند.

جدول زیر خلاصه‌ای از هر چهار نوع را نشان می‌دهد:

چگونه بین ورودی/خروجی دیجیتال و آنالوگ یکی را انتخاب می‌کنید؟

انتخاب بین ورودی/خروجی دیجیتال و آنالوگ به معنای تصمیم‌گیری در مورد این است که آیا دستگاه میدانی شما باید بین دو حالت تغییر کند یا یک محدوده را اندازه‌گیری کند. 

در اینجا عواملی که باید هنگام تصمیم‌گیری در نظر بگیرید، آورده شده است:

• وقتی شرایط دودویی است: وجود یا عدم وجود، باز یا بسته، در حال اجرا یا متوقف، از ورودی/خروجی دیجیتال استفاده کنید.
• وقتی نیاز به اندازه‌گیری یا کنترل یک متغیر دارید، از ورودی/خروجی آنالوگ استفاده کنید: فشار، جریان، دما یا سرعت.
• بیشتر ماشین‌های واقعی از هر دو نوع به طور همزمان استفاده می‌کنند. برای مثال، یک خروجی دیجیتال، پمپ را روشن می‌کند در حالی که یک خروجی آنالوگ، سرعت آن را تنظیم می‌کند.

ماژول ورودی/خروجی آنالوگ دقیق آلن-بردلی ۱۷۶۹

تولیدکنندهآلن-بردلی
مدلماژول ورودی/خروجی آنالوگ CompactLogix 1769
ولتاژ عملیاتی: ۲۴ ولت DC (محدوده: ۱۰.۲ تا ۲۶.۴ ولت DC)
زمان پاسخ: 0.3 میلی‌ثانیه (بار مقاومتی) / 3.0 میلی‌ثانیه (بار خازنی)

مشاهده محصول

۴-۲۰ میلی‌آمپر در مقابل ۰-۱۰ ولت: از کدام استاندارد سیگنال باید استفاده کنید؟

زمانی که تصمیم به استفاده از ورودی/خروجی آنالوگ گرفتید، باید استاندارد سیگنال مناسب را انتخاب کنید. این دو گزینه، رایج‌ترین گزینه‌ها در اتوماسیون صنعتی هستند.

برای اکثر سیم‌کشی‌های میدانی از جریان ۴-۲۰ میلی‌آمپر استفاده کنید. طراحی حلقه جریان آن در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMI) مقاوم است و سیم‌های شکسته را به طور خودکار تشخیص می‌دهد. هر مقدار کمتر از ۴ میلی‌آمپر نشان دهنده خطای سیم‌کشی یا خرابی فرستنده است.

برای اتصال کوتاه در کابینت‌های کنترل از ولتاژ ۰ تا ۱۰ ولت استفاده کنید. سیم‌کشی آن ساده‌تر و هزینه کمتری دارد، اما یک سیم پاره شده به صورت ۰ ولت خوانده می‌شود؛ همانند یک سیگنال صفر معتبر. شما نمی‌توانید خطا را به طور خودکار تشخیص دهید.

همیشه تأیید کنید که ماژول ورودی آنالوگ‘محدوده ورودی قبل از نصب با مشخصات خروجی فرستنده مطابقت دارد.

در اینجا خلاصه‌ای از معیارها آمده است:

اقدامات احتیاطی رایج در سیم‌کشی ماژول‌های ورودی/خروجی PLC

سیم‌کشی نادرست علت اصلی خرابی ماژول‌های ورودی/خروجی در هنگام راه‌اندازی است. برای محافظت از تجهیزات خود و جلوگیری از خرابی‌های مکرر، این اقدامات احتیاطی را دنبال کنید.

قوانین عمومی

1. قبل از اتصال یا قطع هرگونه ترمینال، رک PLC و تمام دستگاه‌های میدانی را از برق بکشید.
2. قبل از روشن کردن منبع تغذیه DC، قطبیت آن را بررسی کنید. قطبیت معکوس روی یک ماژول ورودی دیجیتال مدار ورودی را فوراً از بین می‌برد.
3. حداکثر ولتاژ ورودی و جریان نامی را بررسی کنید ماژول ورودی/خروجی PLC برچسب. هرگز از آنها تجاوز نکنید.
4. هر سیم را در هر دو انتها با شماره ترمینال برچسب گذاری کنید. این کار در عیب یابی های بعدی ساعت ها وقت شما را ذخیره می کند.

سیم‌کشی ورودی/خروجی دیجیتال

1. قبل از سیم‌کشی، توپولوژی NPN یا PNP را تأیید کنید. عدم تطابق نوع منطق سنسور و ماژول، مانع از فعال شدن ورودی می‌شود.
2. یک دیود فلای‌بک (مدارهای DC) یا اسنابر (مدارهای AC) را در دو سر بارهای القایی که توسط خروجی‌های دیجیتال سوئیچ می‌شوند، نصب کنید. افزایش ناگهانی ولتاژ از سلونوئیدها و موتورها به ماژول‌های خروجی آسیب می‌رساند.
3. بارهای تمام کانال‌های DO را جمع کنید. مطمئن شوید که مجموع کمتر از خروجی جریان مداوم نامی ماژول باشد.

سیم‌کشی ورودی/خروجی آنالوگ

1. شیلد کابل را فقط در سمت پنل کنترل به زمین وصل کنید. اتصال زمین در هر دو انتها یک حلقه زمین ایجاد می‌کند که نویز ۵۰/۶۰ هرتز را به سیگنال آنالوگ تزریق می‌کند.
2. کابل‌های آنالوگ را حداقل ۱۵۰ میلی‌متر از کابل‌های خروجی VFD و سیم‌کشی برق ولتاژ بالا دور نگه دارید.
3. پس از سیم‌کشی، کالیبراسیون را تأیید کنید. ۴ میلی‌آمپر باید برابر با صفر فرآیند شما باشد؛ ۲۰ میلی‌آمپر باید برابر با حداکثر فرآیند شما باشد.

نحوه تهیه ماژول‌های ورودی/خروجی PLC

یک ماژول جایگزین اشتباه، زمان را هدر می‌دهد و راه‌اندازی مجدد را به تأخیر می‌اندازد. قبل از ثبت سفارش، این چهار نکته را بررسی کنید:

1. شماره قطعه دقیق را مطابقت دهید. تفاوت‌های جزئی در ولتاژ ورودی، تعداد کانال‌ها و نسخه باس می‌تواند یک ماژول را از نظر فیزیکی یا منطقی با رک شما ناسازگار کند. 
2. نوع و برد سیگنال را تأیید کنید. یک جایگزین ماژول ورودی آنالوگ باید از همان محدوده سیگنال (4-20 میلی‌آمپر یا 0-10 ولت) و وضوح تصویر اصلی پشتیبانی کند.
3. پیکربندی NPN/PNP را بررسی کنید. سفارش نوع منطق اشتباه شما را مجبور می‌کند که هر حسگر میدانی روی آن ماژول را دوباره سیم‌کشی کنید.
4. سازگاری میان‌افزار را بررسی کنید. مقداری جایگزین ماژول ورودی/خروجی PLC انواع مختلف نیاز به به‌روزرسانی میان‌افزار پردازنده دارند. این را در جدول زمانی راه‌اندازی مجدد خود لحاظ کنید.

نتیجه‌گیری

درک ورودی/خروجی دیجیتال و آنالوگ به شما امکان می‌دهد تصمیمات سریع‌تر و مطمئن‌تری بگیرید.

سیگنال‌های دیجیتال سوئیچینگ دودویی را انجام می‌دهند. سیگنال‌های آنالوگ متغیرهای پیوسته را اندازه‌گیری و کنترل می‌کنند. اکثر سیستم‌های خودکار به همکاری هر دو نیاز دارند.

Simply Buy Global با استانداردهای بین‌المللی مدیریت کیفیت ISO 9001 و CE در اروپا مطابقت دارد. ما ماژول‌های ورودی/خروجی PLC را از طریق حمل و نقل هوایی و پیک بین‌المللی به سراسر جهان ارسال می‌کنیم. از این رو، زمان تحویل را از هفته‌ها به روزها کاهش می‌دهیم و به جلوگیری از خرابی‌های پرهزینه کارخانه کمک می‌کنیم.