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关于PLC输出类型的选择及使用中的注意事项

关于PLC输出类型的选择及使用中的注意事项 摘要:本文简要比较了PLC的继电器和晶体管两种输出类型的工作原理及特点,提出了在选型和使用中应注意的事项。? 关键词:PLC输出类型、继电器、晶体管? 1.引言? PLC的输出类型有继电器和晶体管两种类型,两者的工作参数差别较大,使用前需加以区别,以免误用而导致产品损坏。本文简要介绍了继电器和晶体管输出的特点及使用中的注意事项。? 2. 继电器和晶体管输出工作原理? 继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路),通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的(如图1所示)。只要在线圈两端加上一定的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合。这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导通、切断的目的。从继电器的工作原理可以看出,它是一种机电元件,通过机械动作来实现触点的通断,是有触点元件。 ? 图1 电磁式继电器结构图 晶体管是一种电子元件,它是通过基极电流来控制集电极与发射极的导通。它是无触点元件。? 3. 继电器与晶体管输出的主要差别? 由于继电器与晶体管工作原理的不同,导致了两者的工作参数存在了较大的差异,下面以艾默生EC系列PLC相关数据为例进行比较说明(输出口主要规格参见表1)? (1)驱动负载不同? 继电器型可接交流220V或直流24V负载,没有极性要求;晶体管型只能接直流24V负载,有极性要求。? 继电器的负载电流比较大可以达到2A,晶体管负载电流为0.2-0.3A。同时与负载类型有关,具体参见表1。 表1 输出端口规格? (2)响应时间不同? 继电器响应时间比较慢(约10ms-20ms),晶体管响应时间比较快,约0.2ms-0.5ms,Y0、Y1甚至可以达到10 us。? (3)使用寿命不同? 继电器由于是机械元件受到动作次数的寿命限制,且与负载容量有关,详见表2,从表中可以看出,随着负载容量的增加,触点寿命几乎按级数减少。晶体管是电子原件只有老化,没有使用寿命限制。 表2 继电器使用寿命? 4.继电器与晶体管输出选型原则? 继电器型输出驱动电流大,响应慢,有机械寿命,适用于驱动中间继电器、接触器的线圈、指示灯等动作频率不高的场合。晶体管输出驱动电流小,频率高,寿命长,适用于控制伺服控制器、固态继电器等要求频率高、寿命长的应用场合。在高频应用场合,如果同时需要驱动大负载,可以加其他设备(如中间继电器,固态继电器等)方式驱动。? 5. 驱动感性负载的影响 ? 图2 驱动感性负载时产生的瞬间高压 继电器控制接触器等感性负载的开合瞬间,由于电感具有电流具有不可突变的特点,因此根据U=L*(dI/dt),将产生一个瞬间的尖峰电压在继电器的两个触点之间,该电压幅值超过继电器的触点耐压的降额;继电器采用的电磁式继电器,触点间的耐受电压是1000V(1min),若触点间的电压长期的工作在1000V左右的话,容易造成触点金属迁移和氧化,出现接触电阻变大、接触不良和触点粘接的现象。而且动作频率越快现象越严重。瞬间高压如下图2所示,持续的时间在1ms以内,幅值为1KV以上。晶体管输出为感性负载时也同样存在这个问题,该瞬时高压可能导致晶体管的损坏。? 因此当驱动感性负载时应在负载两端接入吸收保护电路。当驱动直流回路的感性负载(如继电器线圈)时,用户电路需并联续流二极管(需注意二极管极性);若驱动交流回路的感性负载时,用户电路需并联RC浪涌吸收电路,以保护PLC的输出触点。PLC输出触点的保护电路如图3所示。 ? 图3 PLC输出触点的保护电路 6. 使用中应注意的事项? 目前市场上经常出现继电器问题的客户现场有一个共同的特点就是:出现故障的输出点动作频率比较快,驱动的负载都是继电器、电磁阀或接触器等感性负载而且没有吸收保护电路。因此建议在PLC输出类型选择和使用时应注意以下几点:? (1) 一定要关注负载容量。输出端口须遵守允许最大电流限制(如表1所示),以保证输出端口的发热限制在允许范围。继电器的使用寿命与负载容量有关,当负载容量增加时,触点寿命将大大降低(如表2所示),因此要特别关注。? (2) 一定要关注负载性质。根据第4节的分析,感性负载在开合瞬间会产生瞬间高压,因此表面上看负载容量可能并不大,但是实际上负载容量很大,继电器的寿命将大大缩短,因此当驱动感性负载时应在负载两端接入吸收保护电路。尤其在工作频率

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