输入设备及输出执行器

1、第2章 输入设备及输出执行器2.1 目的及目标2.2 手动操作的工业开关2.3 机械操作的工业开关2.4 工业传感器2.5 连接输入现场设备2.6 电磁输出执行器2.7 视听输出设备2.8 连接输出现场设备2.9 输入及输出设备的故障处理2.1 目的及目标目的提供与PLC连接典型I/O设备的描述与操作介绍I/O配线技术提供故障检测及排除技术目标识别和描述不同的手动操作开关识别和描述不同的机械操作开关识别和描述接近式传感器及光电传感器识别及描述线圈、继电器、接触器等设备描述为PLC提供电源及连接I/O设备的方法使用继电器梯形图开发控制图创建一个简单的梯形逻辑程序输入开关、传感器、输出执行器及指示

2、器的故障检测及排除2.2 手动操作的工业开关2.2.1 拨动开关2.2.2 按钮开关2.2.3 选择开关2.2.1 拨动开关开关的电路符号单刀单掷单刀单掷单刀双掷单刀双掷三刀双掷三刀双掷双刀双掷双刀双掷双刀双掷双刀双掷偏心偏心双刀单掷双刀单掷单刀单掷单刀单掷 双断双断单刀双掷单刀双掷 双断双断开关开关手动操作开关手动操作开关无自动复位的无自动复位的手动旋转开关手动旋转开关国标国标/IEC标准开关符号标准开关符号2.2.2 按钮开关按钮是一种简单的手动开关，用来接通或断开控制电按钮是一种简单的手动开关，用来接通或断开控制电路。路。按钮原理图及按钮原理图及符号如图所示。符号如图所示。动动/ /静触

3、点均静触点均为桥式双断点为桥式双断点结构结构表示具有自动表示具有自动回复功能回复功能带灯按钮带灯按钮常开按钮常开按钮常闭按钮常闭按钮复合按钮复合按钮急停按钮急停按钮2.2.3 选择开关选择开关，也称作转换开关，在工业自动选择开关，也称作转换开关，在工业自动化中最常用的一种开关化中最常用的一种开关, ,主要应用在交直流主要应用在交直流回路中作为控制或切换，也可以作为各种回路中作为控制或切换，也可以作为各种电气测量仪表电气测量仪表, ,伺服电机的转换开关。伺服电机的转换开关。1常开常开1常闭常闭 2常开常开2常闭常闭 偏心偏心选择开关的符号选择开关的符号备用符号备用符号闭合闭合断开断开闭合闭合断开

4、断开断开断开2.3 机械操作的工业开关2.3.1 行程开关行程开关2.3.2 流量开关流量开关2.3.3 液位开关液位开关2.3.4 压力开关压力开关2.3.5 温度开关温度开关2.3.6 控制图控制图2.3.1 行程开关行程开关1.静触头静触头 2.动触头动触头 3.顶杆顶杆 4.弹簧弹簧 5.复位弹簧复位弹簧 行程开关行程开关常被安装在工常被安装在工作机械行程的终点处，作机械行程的终点处，以限制机械的行程，因以限制机械的行程，因此也称为此也称为限位开关限位开关 工作过程如图所示，工作机械碰撞工作过程如图所示，工作机械碰撞传动头时，顶杆传动头时，顶杆3受力向下运动，受力向下运动，当到达一定的

5、位置时，弹簧当到达一定的位置时，弹簧4的力的力的垂直分量变为向上，带动了动触的垂直分量变为向上，带动了动触头向上跳，从而使得动断触头断开，头向上跳，从而使得动断触头断开，动合触头闭合；当去掉外力动合触头闭合；当去掉外力F时，时，复位弹簧复位弹簧5使顶杆使顶杆4上升，动触头上升，动触头复位。复位。 外形及符号外形及符号 1 2 3 4 5 F 常见的行程开关外形2.3.2 流量开关流量开关流量开关主要用来检测管道中液体或气体流量开关主要用来检测管道中液体或气体介质，在流体的流量高于或者低于某一个介质，在流体的流量高于或者低于某一个值的时候触发开关输出报警信号，系统获值的时候触发开关输出报警信号，

6、系统获取信号后即可作出相应的执行单元动作取信号后即可作出相应的执行单元动作流量开关可以分为机械式和电子式，目前流量开关可以分为机械式和电子式，目前电子式已经逐步取代了机械式。电子式已经逐步取代了机械式。 流量开关符号如图流量开关符号如图2.3.3 液位开关液位开关液位开关，也称液位传感器，是用来控制液位开关，也称液位传感器，是用来控制液位的开关。液位的开关。从形式上主要分为接触式和非接触式。从形式上主要分为接触式和非接触式。常用的非接触式开关有电容式液位开关，常用的非接触式开关有电容式液位开关，接触式的浮球式液位开关应用最广泛。接触式的浮球式液位开关应用最广泛。电极式液位开关，电子式液位开关电

7、容式电极式液位开关，电子式液位开关电容式液位开关也可以采用接触式方法实现液位开关也可以采用接触式方法实现 浮球式液位开关浮球式液位开关 液位开关的符号液位开关的符号 电子式水位开关电子式水位开关应用举例应用举例 2.3.4 压力开关压力开关压力开关是与电器开关相结合的装置，当压力开关是与电器开关相结合的装置，当到达预设的流体压力时，开关触点动作。到达预设的流体压力时，开关触点动作。压力开关广泛用于石油、化工、冶金、电压力开关广泛用于石油、化工、冶金、电力、供水等领域中对各种流体压力的测量力、供水等领域中对各种流体压力的测量控制，并广泛用于航空航天和军工领域。控制，并广泛用于航空航天和军工领域。

8、压力开关有机械式、电子式两大类。无论压力开关有机械式、电子式两大类。无论机械式还是电子式压力开关均有多个种类机械式还是电子式压力开关均有多个种类压力开关图片压力开关图片2.3.5 温度开关温度开关温度开关通常称为温度调节装置，在特定温度开关通常称为温度调节装置，在特定温度条件下使得触点的闭合温度条件下使得触点的闭合/ /断开状态发生断开状态发生改变。改变。温度开关广泛适用于各种电机、温度开关广泛适用于各种电机、 电磁炉、电磁炉、吸尘机、线圈、变压器、电暖器、镇流器吸尘机、线圈、变压器、电暖器、镇流器、电热器具、荧光灯镇流器、汽车马达、电热器具、荧光灯镇流器、汽车马达、集成电路及一般电气设备的过

9、热过流双重集成电路及一般电气设备的过热过流双重保护作用保护作用实物与符号实物与符号2.3.6 控制图控制图控制图是一种符号语言，描述一个工业系控制图是一种符号语言，描述一个工业系统的电气统的电气/电子操作。电子操作。控制图的其它名称控制图的其它名称 梯形逻辑图梯形逻辑图 梯形图梯形图 继电器梯形逻辑图继电器梯形逻辑图 电机控制图电机控制图 双线图双线图 三线图三线图对于对于PLC，控制图就是梯形逻辑图或梯形图，控制图就是梯形逻辑图或梯形图控制图举例例题2.3当当3个选择开关个选择开关S1闭合、闭合、S2断开、断开、S3闭合闭合时，点亮红色指示灯。所有开关均为单刀时，点亮红色指示灯。所有开关均为

10、单刀双掷，画出梯形图。双掷，画出梯形图。S1闭合闭合断开断开R闭合闭合断开断开S2闭合闭合断开断开S3L1L2控制图举例例题2.4当流量开关当流量开关FL动作或选择开关动作或选择开关S1闭合时，闭合时，打开电磁阀。所有开关均为单刀双掷，画打开电磁阀。所有开关均为单刀双掷，画出梯形图。出梯形图。L1L2电磁阀电磁阀线圈线圈控制图举例例题2.5画出梯形梯级，当位置开关有如下条件时画出梯形梯级，当位置开关有如下条件时，接触器线圈得电且绿色指示灯点亮：，接触器线圈得电且绿色指示灯点亮：LS1或或LS2为真，且为真，且LS3或或LS4非真非真(为假为假)。所有。所有开关为单刀单掷。开关为单刀单掷。L1L

11、2MG2.4 工业传感器传感器按传递的数据来划分，分数字量传感传感器按传递的数据来划分，分数字量传感器与模拟量传感器。本节介绍数字量传感器器与模拟量传感器。本节介绍数字量传感器2.4.1 2.4.1 接近传感器接近传感器2.4.2 2.4.2 光电传感器光电传感器2.4.1 接近传感器接近传感器将检测对象的移动信息和存在接近传感器将检测对象的移动信息和存在信息转换为电气信号，是代替限位开关等信息转换为电气信号，是代替限位开关等接触式检测方式，以无需接触检测对象进接触式检测方式，以无需接触检测对象进行检测为目的的传感器的总称。接近传感行检测为目的的传感器的总称。接近传感器也叫接近开关。器也叫接近

12、开关。按测量原理的不同，接近传感器有感应型按测量原理的不同，接近传感器有感应型、电容型、超声波型、光电型、磁力型等、电容型、超声波型、光电型、磁力型等构成。构成。电感式接近传感器电感式接近传感器 通过外部磁场影响，检测在导体表面产生通过外部磁场影响，检测在导体表面产生的涡流引起的磁性损耗，从而引起的阻抗的涡流引起的磁性损耗，从而引起的阻抗变化进行检测的方式。因此检测对象往往变化进行检测的方式。因此检测对象往往是金属类物品。是金属类物品。电容式接近传感器电容式接近传感器 电容式接近开关属于一种具有开关量输出的位置电容式接近开关属于一种具有开关量输出的位置传感器，测量传感器感应面电极和电路电位电极

13、传感器，测量传感器感应面电极和电路电位电极之间的电容。一个接近的物体影响这个电容器两之间的电容。一个接近的物体影响这个电容器两极之间的电场。该原理不仅适用于金属物，也适极之间的电场。该原理不仅适用于金属物，也适用于非金属物。电容式传感器一般通过一个用于非金属物。电容式传感器一般通过一个RC振振荡器工作，即使是一个很小的电容变化都会影响荡器工作，即使是一个很小的电容变化都会影响其振幅，然后集成电路将振幅换成开关信号。其振幅，然后集成电路将振幅换成开关信号。 电容式接近开关能检测金属物体电容式接近开关能检测金属物体,也能检测非金属也能检测非金属物体，不管被检测物体颜色和表面状态如何，是物体，不管被

14、检测物体颜色和表面状态如何，是否透明，都可以可靠检测。否透明，都可以可靠检测。超声接近传感器超声接近传感器 是超声波距离传感器的一种，超声接近传是超声波距离传感器的一种，超声接近传感器从一个目标物体反弹回声波，测量声感器从一个目标物体反弹回声波，测量声波回传时间，测量时间与目标的距离或高波回传时间，测量时间与目标的距离或高度成正比。度成正比。超声波距离传感器可以广泛应用在物位（超声波距离传感器可以广泛应用在物位（液位）监测，机器人防撞，各种超声波接液位）监测，机器人防撞，各种超声波接近开关，以及防盗报警等相关领域近开关，以及防盗报警等相关领域接近传感器的应用接近传感器的应用检验距离检验距离 尺

15、寸控制尺寸控制 检测物体存在有否检测物体存在有否 转速与速度控制转速与速度控制 计数及控制计数及控制 检测异常检测异常 计量控制计量控制 识别对象识别对象 信息传送信息传送 接近传感器的选型接近传感器的选型 对于不同的材质的检对于不同的材质的检测体和不同的检测距离，应选用不同类型测体和不同的检测距离，应选用不同类型的接近传感器，以使其在系统中具有高的的接近传感器，以使其在系统中具有高的性能价格比性能价格比2.4.2 光电传感器光电传感器是利用光电各种性质，检测物光电传感器是利用光电各种性质，检测物体的有无和表面状态的变化等传感器。体的有无和表面状态的变化等传感器。光电传感器主要部件光电传感器主

16、要部件光源光源 典型的有发光二极管典型的有发光二极管(LED)光检测器光检测器 光电二极管光电二极管 光电晶体管光电晶体管透镜透镜 使光束集中使光束集中 ，以增加有效感应距离，以增加有效感应距离逻辑电路逻辑电路输出设备输出设备光电传感器工作模式光电传感器工作模式对射式对射式 穿透光束模式穿透光束模式反馈反射式反馈反射式 通过反射板将发射光线反馈到接通过反射板将发射光线反馈到接收器收器极化反射模式极化反射模式 传感器的发射部传感器的发射部和接收部分别装和接收部分别装有互差有互差90的偏的偏振滤光片，通过振滤光片，通过特殊的反射板反特殊的反射板反射的光线会发生射的光线会发生旋转，因此被接旋转，因此

17、被接收器接收；而被收器接收；而被目标物体直接反目标物体直接反射的光线则不会射的光线则不会发生旋转，因而发生旋转，因而被接收器的滤光被接收器的滤光片滤掉了。片滤掉了。漫射模式漫射模式 也称为扩散反射型，接收器接收到也称为扩散反射型，接收器接收到的是目标物体反射回来的光线。的是目标物体反射回来的光线。 5种漫射模式：标准漫射，尖峰切断漫射，背种漫射模式：标准漫射，尖峰切断漫射，背景抑制漫射，固定焦点漫射，广角漫射景抑制漫射，固定焦点漫射，广角漫射光电传感器功能光电传感器功能亮操作、暗操作亮操作、暗操作当接收器接收的光线变强当接收器接收的光线变强时开关动作，即为亮操作。反之为暗操作时开关动作，即为亮

18、操作。反之为暗操作输出控制输出控制传感器可用于不同的输出电路，传感器可用于不同的输出电路，操作模式也各不相同操作模式也各不相同开关延时定时器开关延时定时器延时发生在传感器由开变延时发生在传感器由开变到关时（断延时），可调。到关时（断延时），可调。光电传感器应用举例光电传感器应用举例2.5 连接输入现场设备2.5.1 输入现场设备的供电输入现场设备的供电传感器典型的电源额定电压传感器典型的电源额定电压1030VDC，20130VAC，90250VAC，20250VAC/DC双线及三线传感器输出双线及三线传感器输出高高电源电源低低PLC输入输入PLC共用点共用点高高电源电源低低PLC输入输入PLC

19、共用点共用点2.5.2 输入配线不同厂家的不同厂家的PLC输入电路不同，但通常都是输入电路不同，但通常都是通过光电隔离电路通过光电隔离电路 内部电路R1R2CDT1+-COM直流电源开关量输入电路 直流输入方式 内部电路R1R2C2T1+-C1R3交流电源PLC输入配线有独立的和共用的输入配线有独立的和共用的对于传感器输入，必须注意模块之间电流对于传感器输入，必须注意模块之间电流方向的匹配！方向的匹配！光隔离器光隔离器光隔离器光隔离器光隔离器光隔离器输入输入1输入输入3共用点共用点PLC输入输入2光隔离器光隔离器光隔离器光隔离器光隔离器光隔离器输入输入1输入输入3共用点共用点PLC输入输入2共

20、用点共用点共用点共用点2.5.3 电流吸收和电流源设备电流吸收电流吸收灌电流灌电流 电流源电流源拉电流拉电流传感器和传感器和PLCPLC输入连接原则输入连接原则灌电流传感器必须与灌电流传感器必须与PLCPLC拉电流输入匹配拉电流输入匹配拉电流传感器必须与拉电流传感器必须与PLCPLC灌电流输入匹配灌电流输入匹配2.6 电磁输出执行器2.6.1 线圈控制设备线圈控制设备电磁阀电磁阀2.6.2 控制继电器控制继电器是一种电磁控制继电器是一种电磁继电器，继电器的触点容量继电器，继电器的触点容量较小，通常一是用来传递信较小，通常一是用来传递信号，同时控制多个电路；同号，同时控制多个电路；同时也可以直接

21、用来接通和断时也可以直接用来接通和断开小功率电动机或其他电气开小功率电动机或其他电气执行元件。图为继电器的外执行元件。图为继电器的外形及符号。形及符号。 时间继电器按触点系统可分为通电时间继电器按触点系统可分为通电延时型和断电延时型两种类型。延时型和断电延时型两种类型。右图为时间继电器的图形符号右图为时间继电器的图形符号 注意动合和动断触点分别有瞬时、注意动合和动断触点分别有瞬时、延时闭合、延时断开三种符号延时闭合、延时断开三种符号瞬时动作瞬时动作通延时通延时断延时断延时时间继电器时间继电器时间继电器是一种利用电磁原理、时间继电器是一种利用电磁原理、机械原理或电子技术来实现机械原理或电子技术来

22、实现触点延时触点延时接通或断开接通或断开的控制电器。的控制电器。 热继电器热继电器 热继电器利用电流热效应热继电器利用电流热效应原理工作原理工作 组成：发热元件、双金属组成：发热元件、双金属片、触点片、触点工作原理：过载工作原理：过载双金属双金属片弯曲片弯曲继电器触点动作继电器触点动作热继电器图形符号如图热继电器图形符号如图 2.6.3 闭锁继电器闭锁继电器有闭锁继电器有2个不能同时通电的线圈，任个不能同时通电的线圈，任一线圈通过电后，触点保持原状；要改变一线圈通过电后，触点保持原状；要改变触点通断状态，需另一线圈通电。触点通断状态，需另一线圈通电。2.6.3 接触器接触器是继电接触控制中的主

23、要器件之一。它利用接触器是继电接触控制中的主要器件之一。它利用电磁吸力来动作，常用于直接控制主电路电磁吸力来动作，常用于直接控制主电路下图为一些交流接触器的外形下图为一些交流接触器的外形 交流接触器主要组成部分交流接触器主要组成部分电磁铁电磁铁 静铁芯、动铁芯静铁芯、动铁芯 吸引线圈吸引线圈 触点组触点组 主触点主触点+ +消弧系统消弧系统辅助触点辅助触点( (动合动合/ /动断触点动断触点) )接触器各部件图形符号如图所示接触器各部件图形符号如图所示 选用接触器考虑的主要参数选用接触器考虑的主要参数 主触点额定电流主触点额定电流/ /额定电压额定电压辅助触点数目辅助触点数目 吸引线圈额定电压

24、吸引线圈额定电压 2.6.5 电机启动器典型的电机启动器包括接触器以及过载保典型的电机启动器包括接触器以及过载保护单元（温控单元）护单元（温控单元）温控单元构成方式温控单元构成方式易熔合金过载易熔合金过载双金属片过载双金属片过载缺相敏感过载缺相敏感过载电机启动器结构电源线电源线动触点动触点衔铁衔铁温控单元温控单元接到电动机接到电动机静触点静触点过载继电器过载继电器温控单元温控单元电源电路电源电路接线图接线图例题2.7画出控制传送带上容器移动的继电器梯形梯画出控制传送带上容器移动的继电器梯形梯级，其中级，其中按启动按钮启动电机，以启动传送带按启动按钮启动电机，以启动传送带容器到达特定位置或按停止

25、按钮，电机停止容器到达特定位置或按停止按钮，电机停止红色指示灯指示传送带停止，绿色指示灯表红色指示灯指示传送带停止，绿色指示灯表示传送带在移动示传送带在移动L1L2RCRGKM2.7 视听输出设备2.7.1 2.7.1 指示灯指示灯GR一般符号一般符号2.7.2 喇叭和报警器符号符号蜂鸣器蜂鸣器音响信号装置音响信号装置报警器报警器2.8 连接输出现场设备2.8.1 2.8.1 为输出现场设备供电为输出现场设备供电输出现场设备的电力通常不由输出现场设备的电力通常不由PLCPLC提供，而提供，而是单独提供是单独提供用户须保证设备的电流要求和用户须保证设备的电流要求和PLCPLC的输出能的输出能力相

26、匹配力相匹配2.8.2 输出配线输出配线由于由于PLC输出方式的多样性，因此输出的接线也输出方式的多样性，因此输出的接线也有所不同有所不同ROut1GOut2CROut3PLC电源电源GRCROut1Out2Out3PLC有公共端的继电器输出有公共端的继电器输出各自单独的继电器输出各自单独的继电器输出PLC的固态输出的固态输出Out1Out2Out3COMPLC灌电流输出灌电流输出Out1Out2Out3VDCPLC拉电流输出拉电流输出PLCPLC固态输出与现场设备的连接固态输出与现场设备的连接Out1Out2Out3COMPLCPLC输出由输出由NPN驱动驱动RGCRVDC1VDC22.9 输入及输出设备的故障处理处理故障需要经验积累，且遵章进行。处处理故障需要经验积累，且遵章进行。处理故障基本步骤理故障基本步骤外部分析外部分析 判断问题出处（设备判断问题出处（设备/系统系统/用户）用户）分析接口分析接口 系统安装连接位置为故障高发区系统安装连接位置为故障高发区根据信号流向，检测系统内部根据信号流向，检测系统内部确认问题中最可能的组件确认问题中最可能的组件确认故障原因确认故障原因与确认故障部件一样重要与确认故障部件一样重要验证故障排除的彻底性验证故障排除的彻底性通过满负荷运行试通过满负荷运行试验验1.9.1