Цифровой и аналоговый ввод/вывод в системах ПЛК: что должен знать каждый инженер.

В система ПЛКДискретные входы/выходы обрабатывают бинарные сигналы включения/выключения для определения состояния и управления, включая обнаружение присутствия, запуск, остановку и срабатывание сигнализации. В то же время аналоговые входы/выходы используются для непрерывного измерения и пропорционального регулирования параметров процесса. 

Цифровые и аналоговые входы/выходы (I/O) определяют, как ПЛК взаимодействует с окружающей средой. Это означает, что сбой в работе системы может привести к повреждению системы. Модуль ввода/вывода ПЛК Это может остановить всю сборочную линию за считанные секунды. Поэтому крайне важно своевременно получить замену.

Большинство ПЛК используют четыре различных типа сигналов: DI, DO, AI и AO. Изучение различий между ними. цифровой и аналоговый ввод/вывод поможет вам выбрать подходящий модуль и правильно подключить его за один раз.

В этом руководстве четко описан каждый тип ввода/вывода. В нем рассматриваются вопросы выбора сигналов, распространенные ошибки при монтаже проводки и способы быстрого приобретения запасных модулей.

Какие существуют четыре типа ввода-вывода?

Каждый ПЛК управляет процессом посредством входных и выходных сигналов. Тип используемого сигнала полностью зависит от функций полевого устройства.

Ниже представлены четыре типа ввода-вывода:

Цифровой вход (DI)

Сигнал DI имеет только два состояния: ВКЛ или ВЫКЛ. Он считывает двоичные значения состояния полевых устройств.

• Типичные устройства: кнопки, концевые выключатели, датчики приближения, Аварийные выключатели.
• Общее напряжение: 24 В постоянного тока (большинство промышленных предприятий); также 120 В переменного тока и 5 В постоянного тока TTL.
• Пример: определение того, открыта или закрыта конвейерная решетка до начала цикла работы робота.

Твой цифровой входной модуль Тип логики датчика должен соответствовать типу логики датчика, например, PNP (источник) или NPN (приемник). Несоответствие типов логики является наиболее распространенной ошибкой в схемах DI.

Цифровой выход (DO)

Сигнал DO полностью включает или полностью выключает нагрузку. Он не модулирует и не изменяет выходной сигнал.

• Типичные устройства: электромагнитные клапаны, катушки реле, индикаторные лампы, контакторы пускателя двигателя.
• Типы выходных данных: реле (для работы с нагрузками переменного или постоянного тока), транзистор (для быстрого переключения постоянного тока), триак (для нагрузок переменного тока).
• Пример: срабатывание пневматического соленоида для выдвижения цилиндра на контрольно-пропускном пункте упаковки.

Всегда соблюдайте пределы допустимого тока на канал модуля. Превышение этого предела приведет к выходу из строя выходной цепи.

Аналоговый вход (AI)

Сигнал ИИ представляет собой непрерывное измерение; это не просто включение/выключение, а значение во всем диапазоне.

• Типичные устройстваДатчики давления, расходомеры, датчики температуры (выход 4-20 мА).
• Стандарты сигналов: 4-20 мА (токовая петля) и 0-10 В (напряжение).
• Разрешение: 12-битный (4096 шагов) или 16-битный (65536 шагов) в зависимости от аналоговый входной модуль выбрано.
• Пример: контроль уровня заполнения резервуара, который составляет 4 мА = 0%, 20 мА = 100%; ПЛК масштабирует значение до инженерных единиц.

Аналоговый выход (АО)

Сигнал AO передает переменную команду от ПЛК к конечному управляющему элементу.

• Типичные устройства: частотно-регулируемые приводы (VFD), пропорциональные регулирующие клапаны, позиционеры.
• Пример: управление работой насоса на скорости 60% путем подачи тока 13,6 мА на вход опорного сигнала скорости частотно-регулируемого привода.

В таблице ниже приведена сводная информация по всем четырем типам:

Как выбрать между цифровыми и аналоговыми входами/выходами?

Выбор между цифровой и аналоговый ввод/вывод Это означает принятие решения о том, должно ли ваше полевое устройство переключаться между двумя состояниями или измерять расстояние. 

Вот факторы, которые необходимо учитывать при принятии решения:

• Используйте цифровой ввод-вывод, когда состояние является бинарным: присутствует или отсутствует, открыто или закрыто, работает или остановлено.
• Используйте аналоговые входы/выходы, когда необходимо измерить или контролировать переменную: давление, расход, температуру или скорость.
• В большинстве реальных машин оба типа выходных сигналов используются одновременно. Например, цифровой выход запускает насос, а аналоговый выход регулирует его скорость.

Модуль прецизионного аналогового ввода/вывода Allen-Bradley 1769

Производитель: Аллен-Брэдли
МодельМодуль аналогового ввода/вывода CompactLogix 1769
Рабочее напряжение: 24 В постоянного тока (диапазон: 10,2–26,4 В постоянного тока)
Время отклика: 0,3 мс (резистивная нагрузка) / 3,0 мс (емкостная нагрузка)

Просмотреть продукт

4-20 мА против 0-10 В: какой стандарт сигнала следует использовать?

После принятия решения об использовании аналогового ввода/вывода необходимо выбрать правильный стандарт сигнала. В промышленной автоматизации наиболее распространены два варианта.

Для большинства полевых кабельных трасс используйте ток 4-20 мА. Конструкция с токовой петлей устойчива к электромагнитным помехам (ЭМП) и автоматически обнаруживает обрыв проводов. Любое показание ниже 4 мА указывает на неисправность проводки или отказ передатчика.

Для коротких участков внутри шкафов управления используйте напряжение 0-10 В. Это проще в монтаже и дешевле, но оборванный провод будет отображаться как 0 В, что эквивалентно нулевому сигналу. Автоматическое обнаружение неисправности невозможно.

Всегда проверяйте, что ваш аналоговый входной модуль‘Диапазон входного сигнала должен соответствовать выходному сигналу передатчика до установки.

Вот краткое изложение критериев:

Общие меры предосторожности при подключении модулей ввода/вывода ПЛК

Неправильная проводка является основной причиной отказов модулей ввода-вывода во время ввода в эксплуатацию. Соблюдайте следующие меры предосторожности, чтобы защитить ваше оборудование и избежать повторных простоев.

Общие правила

1. Перед подключением или отключением любого терминала необходимо обесточить стойку ПЛК и все полевые устройства.
2. Перед включением источника постоянного тока проверьте полярность. Обратная полярность в цепи питания может привести к повреждению. цифровой входной модуль Мгновенно выводит из строя входную цепь.
3. Проверьте максимально допустимые значения входного напряжения и тока на... Модуль ввода-вывода ПЛК См. этикетку. Никогда не превышайте указанные значения.
4. Промаркируйте каждый провод с обоих концов номерами клемм. Это сэкономит вам часы при поиске неисправностей в будущем.

Цифровая проводка ввода/вывода

1. Перед подключением убедитесь в наличии NPN или PNP топологии. Несоответствие типа логики датчика и модуля препятствует срабатыванию входного сигнала.
2. Установите обратноходовой диод (в цепях постоянного тока) или демпфирующий резистор (в цепях переменного тока) параллельно индуктивным нагрузкам, управляемым цифровыми выходами. Скачки напряжения от соленоидов и двигателей повреждают выходные модули.
3. Суммируйте все нагрузки каналов DO. Убедитесь, что сумма не превышает номинальный непрерывный выходной ток модуля.

Аналоговая проводка ввода/вывода

1. Заземляйте экран кабеля только со стороны панели управления. Заземление на обоих концах создает контур заземления, который вносит помехи частотой 50/60 Гц в аналоговый сигнал.
2. Аналоговые кабели следует располагать на расстоянии не менее 150 мм от выходных кабелей частотно-регулируемых приводов и высоковольтной силовой проводки.
3. После подключения проводов подтвердите калибровку. 4 мА должны соответствовать нулевому значению вашего процесса; 20 мА должны соответствовать максимальному значению вашего процесса.

Как найти модули ввода/вывода для ПЛК

Неправильно подобранный модуль приводит к потере времени и задержке перезапуска. Перед оформлением заказа проверьте следующие четыре пункта:

1. Точно сопоставьте номер детали. Незначительные различия во входном напряжении, количестве каналов и версии шины могут сделать модуль физически или логически несовместимым с вашей стойкой. 
2. Подтвердите тип сигнала и диапазон. Замена. аналоговый входной модуль должен поддерживать тот же диапазон сигналов (4-20 мА или 0-10 В) и разрешение, что и оригинал.
3. Проверьте конфигурацию NPN/PNP. Заказ модуля с неправильным типом логики приведет к необходимости переподключения всех полевых датчиков на этом модуле.
4. Проверьте совместимость прошивки. Возможна замена некоторых компонентов. Модуль ввода-вывода ПЛК Для некоторых вариантов требуется обновление прошивки процессора. Учтите это при планировании перезагрузки.

Заключение

Понимание цифровой и аналоговый ввод/вывод позволяет принимать решения быстрее и увереннее.

Цифровые сигналы отвечают за бинарное переключение. Аналоговые сигналы измеряют и управляют непрерывными переменными. В большинстве автоматизированных систем требуется совместная работа обоих типов сигналов.

Компания Simply Buy Global соответствует международному стандарту управления качеством ISO 9001 и европейским стандартам CE. Мы осуществляем доставку модулей ввода/вывода ПЛК по всему миру авиаперевозками и международными курьерскими службами. Таким образом, мы сокращаем сроки поставки с недель до дней и помогаем избежать дорогостоящих простоев на производстве.