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輸入/輸出模塊是可編程控制器PLC與工業生產設備或工業生產過程連接的借口。現場的輸入信號,如按鈕開關,行程開關、限位開關以及傳感輸出的開關量或模擬量(壓力、流量、溫度、電壓、電流)等,都要通過輸入模塊送到PLC。由于這些信號電平各式各樣,而可編程控制器CPU所處理的信息只能是標準電平,所以輸入模塊還需將這些信號轉換成PLC能夠接受和處理的數字信號。輸入模塊的作用是接收中央處理器處理過的數字信號,并把它轉換成現場執行部件所能接收的控制信號,以驅動如電磁閥、燈光顯示、電機等執行機構。可編程控制器有多種輸入/輸出模塊其類型有數字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。這些模塊分直流和交流、電壓和電流類型,每種類型又有不同的參數等級,主要有數字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入輸出/模塊,部件上都設有接線端子排,為了濾除信號的噪聲和便于PLC內部對信號的處理,這些模塊上都帶有濾波、電平轉換、信號鎖存電路。數字量輸入模塊帶有廣電耦合電路,其目的是把PLC與外部電路隔離起來,以提高PLC的抗干擾能力。數字兩輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸入/輸出模塊主要用來實現模擬量與數字量之間的轉換,即A/D或D/A轉換。由于工業控制系統中有傳感器或執行機構有一些信號是連續變化的模擬量,因此這些模擬量必須通過模擬量輸入/輸出模塊與PLC的中央處理器連接。
隨著科學技術的發展,PLC在工業控制中的應用越來越廣泛。PLC控制系統的可靠性直接影響到工業企業的安全生產和經濟運行,系統的抗干擾能力是關系到整個系統可靠運行的關鍵。自動化系統中所使用的各種類型PLC,有的是集中安裝在控制室,有的是安裝在生產現場和各電機設備上,它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環境中。要提高PLC控制系統可靠性,設計人員只有預先了解各種干擾才能有效保證系統可靠運行。
2.電磁干擾源及對系統的干擾是什么?
影響PLC控制系統的干擾源于一般影響工業控制設備的干擾源一樣,大都產生在電流或電壓劇烈變化的部位,這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源,即干擾源。
干擾類型通常按干擾產生的原因、噪聲的干擾模式和噪聲的波形性質的不同劃分。其中:按噪聲產生的原因不同,分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等;按噪聲的波形、性質不同,分為持續噪聲、偶發噪聲等;按聲音干擾模式不同,分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共模干擾是信號對地面的電位差,主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態(同方向)電壓送加所形成。共模電壓有時較大,特別是采用隔離性能差的電器供電室,變送器輸出信號的共模電壓普遍較高,有的可高達130V以上。共模電壓通過不對稱電路可轉換成差模電壓,直接影響測控信號,造成元器件損壞(這就是一些系統I/O模件損壞率較高的原因),這種共模干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指用于信號兩極間得干擾電壓,主要由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模干擾所形成的電壓,這種讓直接疊加在信號上,直接影響測量與控制精度。
3.PLC控制系統中電磁干擾的主要來源有哪些呢?
(1)來自空間的輻射干擾
空間的輻射電磁場(EMI)主要是由電力網絡、電氣設備的暫態過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產生的,通常稱為輻射干擾,其分布極為復雜。若PLC系統置于所射頻場內,就回收到輻射干擾,其影響主要通過兩條路徑;一是直接對PLC內部的輻射,由電路感應產生干擾;而是對PLC通信內網絡的輻射,由通信線路的感應引入干擾。輻射干擾與現場設備布置及設備所產生的電磁場大小,特別是頻率有關,一般通過設置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。
(2)來自系統外引線的干擾
主要通過電源和信號線引入,通常稱為傳導干擾。這種干擾在我國工業現場較嚴重。
(3)來自電源的干擾
實踐證明,因電源引入的干擾造成PLC控制系統故障的情況很多,筆者在某工程調試中遇到過,后更換隔離性能更高的PLC電源,問題才得到解決。
模擬量輸入模塊A/D轉換后的二進制數字量,經光電耦合器和輸出鎖存器宇PLC的1/0總線掛接。現在標準量程的模擬電壓主要是0—5伏和0—10伏兩種。另外還有:0—somV、0—IV、—5—+SV、—10—+10V,0—10mA等。模擬量輸入模塊接收標準量程的模擬電壓或電流猴,把它轉換成8未、10未或12位的二進制數字信號,送給中央處理器進行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進制數字信號轉換成標準量程的電壓或電流輸出信號,提供給執行機構。