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1.7.1 信号回路分析法

在定位控制系统设计中,定位控制的接线是比较复杂的。虽然接线工作占的比重较小,大部分工作还是控制系统的编程设计工作,但它是编程设计的基础,只有接线正确后才能顺利地进行编程设计工作,而保证接线工作的正确就必须对定位控制各个硬件环节的输入/输出电路有一个比较清楚的了解。本节将对硬件的输入/输出电路结构和它们如何构成信号传输回路进行简要的说明,目的是希望透过对端口接线的分析来掌握基本分析方法,为控制系统的端口正确接线打下基础。

控制的端口接线有两个内容:一个内容是信号的功能接线。一般来说,控制器(PLC、定位模块和定位单元)和驱动器的输入/输出端口分成两大类,一类是模拟量输入/输出端口,这里不进行讨论。另一类是数字量输入/输出端口。在定位控制中,用到的都是数字量端口。数字量端口又分成两种,一种是通用端口,如PLC的I/O端口就是这种端口,有时又叫编程口。编程口的功能是由用户所定义的,一旦定义了其功能,在编程时都必须根据该功能编制程序。另一种是专用端口,这些端口的功能是控制器或驱动器本身所指定的。用户如需使用这些端口必须按照其定义的功能处理。所谓信号的功能接线就是指上述这些功能定义端口之间的连接。例如,伺服驱动器的定位脉冲输入端口是一个专用端口,它只能接收定位脉冲的输入,不能随意指定一个端口为脉冲输入端口。同样,伺服驱动器的Z相信号输出端口是一个专用输出端口,它只输出编码器Z相信号,这个信号做什么用、用到哪里则由用户确定。如果想把它作为原点回归时的零相脉冲计数,则必须接到控制器相应的功能输入端口,不能接错,接错会控制不正确。功能端口的接线是读者要重点掌握的接线。本书在以后的章节中将对所介绍的控制器(FX 3U PLC、FX 2N -1PG和FX 2N -20GM)和驱动器(YKC2806M步进驱动器和MR-J3伺服驱动器)的功能端口接线做非常详尽的讲解。

第二个内容是端口电路的正确连接,这也是本节所要讲的知识。不同的控制器或设备器端口电路的结构会不同。例如,同样是输入端口,有的采用单向二极管光耦合电路,有的采用双向二极管并联光耦合电路,有的与内置电源相连,有的无内置电源,有的是电流输入型,有的是电流输出型等。由于电路结构不同,相互间连接也会不同。如要正确连接,则必须了解其电路结构、信号传输过程等。关于端口的电路连接属于硬件范畴电子电路方面的知识,一般初学工控技术的人容易忽略,也不大容易理解。一般来说,定位控制组件的端口电路结构可以从其相关的使用手册上查到。因此,向供货商索取这些资料或自己用其他方法获取这些资料是每一个工控人员所必须做的工作程序之一。本书不针对端口电路的结构做电子电路分析,重点是教会读者端口电路连接的基本分析方法。懂得了基本分析方法就会举一反三地用到任何端口电路的正确连接上。

图1-87为一无源开关输入信号回路,端子1、2的右面是信号接收电路(相当于PLC、模块、驱动器的数字量输入端口电路),开关则为信号源,电源提供信号电路的电流。当开关进行接通和断开动作时,发光二极管就会导通发光,截止不发光,从而使光电耦合器产生导通和截止,相当于把“0”和“1”送入输入端。图1-88为一有源开关信号电流回路,端子1、2仍然为信号接收端,而端子3、4则为有源电子开关信号源。它可以是外接有源开关(如光电开关、接近开关等),也可以相当于PLC、模块、驱动器的输出端口电路。有源开关是利用晶体管的导通和截止两种状态作为开关的通和断工作的。和无源开关相比,它的最大特点是开关的频率非常高,即导通和截止状态的转换时间非常短,非常适合定位控制中脉冲的发送和接收。因此,在选用PLC作为定位控制器时,必须要选晶体管输出型的(-MT)而不能选继电器输出型的(-MR)。电子开关的缺点是,它导通时开关两端存在很小的电压降,它截止时开关回路存在很小的漏电流。当然,这些缺点可以通过各种方法把其影响降到最小。和无源开关相比,它的另一个特点是开关本身需要电源。因此,在有源开路信号回路中就出现了两个电源,一个电源为有源电子开关电源,另一个电源为信号回路电源。

图1-87 无源开关信号电流回路

图1-88 有源开关信号电流回路

有源电子开关的控制电源可以取自外接电源,也可以与信号传输回路共用一个电源。下面重点讨论有源电子开关的信号传输回路。

回路分析是电子电路最基本的分析方法。任何复杂的电路结构都可以化简成一个个基本回路来分析。因此,掌握基本回路的分析方法在学习电路连接时特别重要。基本回路是由开关、负载和电源组成的一个闭合回路。具体到定位控制中,开关为脉冲信号源,为输出电路。负载为脉冲信号接收器,为输入电路。

一个信号传输回路是由电源、开关信号的发送(信号源)和信号的接收(负载)所组成的。而在定位控制中,信号源多数为有源开关。这里,有源开关控制电路本身也需要电源供给,因此如上所述,除了信号传输回路的电源外,还增加了有源开关电源。

信号传输的分析有以下两方面的内容。

(1)信号源(开关)、信号接收器(负载)和电源要能组成一个闭合的回路。具体到实际电路中,就是电源取自哪里(模块或驱动器内部还是外置),从电源的正极出发能不能经过开关,负载形成一条闭合的回路。当开关为有源开关时还必须考虑有源开关的电源取自哪里(与回路电源共用还是单置),有源开关电源与其控制电路也必须形成一个基本回路。

(2)信号能正确传输。具体到实际电路中就是基本回路中各个元件的连接必须能形成回路电流(仅做定性分析,不做定量考虑)

要进行上述分析,这就涉及有关模块和驱动器内部相关电子电路的信息问题。例如,内部电路结构、信号传输方式、输入端口和输出端口的电流方向,内部有没有电源,能否供外接使用等。没有这些详细资料就不能进行正确连接。因此,向供货商索取这些资料或用其他方法获取这些资料是工控人员必须做的工作。 4Xnr2wO1YTs7fBKajQLiCEDVI9uTJRFbF9Ddv8ueAUYnnxDF1lkFBuopPdWQA6v9

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