基于臺達PLC的教學系統設計

吳新友

摘要：本文介紹了基于臺達PLC教學系統的可靠性設計，分析了當前我校實驗系統存在的問題，不能滿足學生的教學實訓要求，也不能滿足維修人員對PLC的維護要求，PLC外圍線路保護方面的不足與傳統的相比較，針對存在不足，詳細闡述了該系統的設計及在實際教學中的應用。總結實訓系統使用、故障檢修經驗，該系統在教學中取得良好的效果，充分發揮臺達PLC系統的優勢功能。

關鍵詞：PLC系統；可靠性；外圍保護；多電源

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）02-0008-02

我校機電工程分院機電一體化技術專業為分院重點專業，電子電氣實訓中心機電一體化實訓室也是省級示范實訓基地，而《電氣控制與PLC技術》為本專業的核心課程，PLC技術為本專業的重中之重，為順應國家對職業教育的發展，我實訓中心引入了當下中小型企業使用非常廣泛的臺達DVP16ES2型號可編程控制器。

而機電類專業的實驗室除了正常教學，還涉及技能考證，如維修電工中級與高級、技師與高級技師等級的勞動技能的考核與鑒定。電氣控制與PLC課程中也引入了臺達DVP16ES200T型號的可編程控制器。該類型PLC具有適用性強、通信方便、等優點。但在學校教學應用存在以下幾方面的不足：PLC輸入/輸出端子易磨損、易燒壞、負載輸出的電源單一、帶負載能力弱、維護與檢修難、輸出負載為接觸器或交流繼電器時，不能直接驅動。以上不足成為影響專業教學，學生在實踐操作中容易損壞PLC，也是教學改革中必須面對的問題。針對以上出現的不足，我對臺達可編程控制器DVP16ES200T型號提出建設方案、電路可行性做出分析，也結合目前自動化應用實際生產中比較科學的方法，以及符合高職學生的實際情況做出一些應對，以滿足學校的硬件教學資源使用需求。

1 系統總體設計方案

該類型PLC在本校教學應用存在以下幾方面的問題與不足：（1）由于使用頻率高，PLC所使用的電路板接線端子易損壞，PLC端子易磨損；（2）電路故障時，輸入/輸出觸點極易燒壞；（3）負載輸出的電源單一及帶負載能力弱；（4）PLC外圍系統發生故障時，維護與檢修難；（5）輸出負載為接觸器或交流繼電器時，不能直接驅動。

設計方案圍繞著當前實際教學中存在的以上不足加以設計，解決不同供電電源負載供電、可編程控制器自身端口易損壞、帶負載能力弱以及教學系統的維護等問題，設計方案如圖1所示。

1.1 保護及擴展模塊的選擇

選用的是8路24V直流繼電器模塊，根據實際要求，設計出了PLC輸出端口驅動24V直流繼電器電路。 PLC輸出信號送至光耦，再由光信號驅動三極管，再由三極管驅動繼電器線圈。當線路發生短路故障，由于PLC內部信號與繼電器電氣隔離，損壞也只是外加繼電器模塊，從而保護了PLC，光耦保護電路如圖2所示。

1.2 開關電源的選擇

DVP16ES2自帶輸出直流電源24V，但為了給可編程控制器提供更穩定、可靠的電源，以及減少PLC模塊體積，所以選用了DELTA公司的S/N：D024048AZL14510378型號開關電源，輸入為：100-240V～1.2A，50-60Hz。輸出為：24V-2A。此開關電源體積小、重量輕，該型號的電源的輸出電壓是由激勵信號的占空比來調節的，因此穩壓性能好，并具有短路保護功能。

2 現場終端的方案實施

將保護模塊（8-24VDC）、空氣開關（DZ47LE-32 C16）、開關電源（100-240V-1.2A 50-60Hz）、（DVP16ES32）等固定在基座上，原理圖及布局圖如圖3所示。

2.1 模塊系統的布局

該線路系統的設計，從元器件布置開始，所以合理布置器件非常重要。

2.2 線路接線要求

布線應符合系統設計所規定的電氣原理圖及布線圖的要求。并進行硬線的連接，要求硬線排列整齊，橫平豎直，盡量不跳線、美觀。電線兩端頭接線，除了與插接件相連者外，必須采用接頭壓接。

2.3 模塊號碼管使用要求

每根電線兩端必須有清晰牢固的線號，每個插頭、插座，每個接線端子上或安裝位置處必須有清晰牢固的代號標記。

2.4 技術性能

本教學系統工作電壓可采用220V/380V，PLC控制電路工作AC電壓220V，繼電器模塊DC電壓24V。開關電源的主要參數為：AC輸入100-240V～1.2A，50-60Hz。額定輸出24V-2A。

工作環境：溫度-10度～45度，相對濕度<85%（25度）。

外形尺寸：400mmX400mmX150mm。

2.5 選擇工作電壓等級

在實際使用過程中，電壓等級的選擇主要根據現場元件及負載來選擇。每一路24V繼電器的輸出端是獨立的，故可單獨加獨立電壓，實訓過程中常見的工作電壓有直流5V、12V、24V、48V幾種，常見交流工作電壓有110V、220V、380V三種。

3 應用

本系統可用于當前我校的機電類專業的實驗室中，工具體為：電氣控制課堂/實訓、PLC課堂/實訓、維修電工技能考證等場合。

為了提高PLC實訓系統的可靠性，我們要對于該系統故障和常見部位在硬件上設置保護，以負載出現短故障為例，當負載短路時，由于光耦電氣隔離作用，使短路故障不會影響上一級，即可編程器件內部。

為了驗證本模塊可行性，采集了不同應用場合的效果反饋，采用不同電源及負載，都能很好的運行。已基本解決由于使用頻率高，導致PLC本身接線端子易損壞的問題，如出現短路故障時，由先前的PLC內部繼電器燒壞轉成開關電源內部的熔斷器斷開或是外加24V直流繼電器燒壞。負載輸出的電源單一及帶負載能力的問題已解決，能同時驅動多種不同電壓的電源。驗證過程主要應用場合有：電氣控制課堂/實訓、PLC課堂/實訓、維修電工技能考證等場合。

4 結語

由于本系統采用模塊化設計方案，當出現故障時，方便地為維修人員提供準確故障分析和解決思路。本系統符合我國現階段電子電氣、機電類專業的教學中，投入本校機電一體化實訓室使用一年后，證明其穩定可靠，達到預設目的，該系統還可進一步實現使用在企業產品中，具有一定推廣價值。

參考文獻

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