關(guān)于PLC 輸出類型的選擇及使用中的注意事項

0 引言

PLC的輸出類型有繼電器和晶體管兩種類型，兩者的工作參數(shù)差別較大，使用前需加以區(qū)別，以免誤用而導(dǎo)致產(chǎn)品損壞。本文簡要介紹了繼電器和晶體管輸出的特點及使用中的注意事項。

1 繼電器和晶體管輸出工作原理

繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)(又稱輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱輸出回路)，通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。

電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成，如圖1 所示。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點(常開觸點)吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力下返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點(常閉觸點)吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。從繼電器的工作原理可以看出，它是一種機電元件，通過機械動作來實現(xiàn)觸點的通斷，是有觸點元件。

晶體管是一種電子器件，它是通過基極電流來控制集電極與發(fā)射極的導(dǎo)通，是無觸點器件。

2 繼電器與晶體管輸出的主要差別

由于繼電器與晶體管工作原理不同，導(dǎo)致兩者的工作參數(shù)存在較大的差異，下面以艾默生EC系列PLC 相關(guān)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行比較說明，輸出口主要規(guī)格如表1 所列。

1)驅(qū)動負(fù)載不同繼電器型可接交流220 V或直流24 V 負(fù)載，沒有極性要求;晶體管型只能接直流24 V負(fù)載，有極性要求。

繼電器的負(fù)載電流比較大，可以達(dá)到2 A，晶體管負(fù)載電流為0.2~0.3 A。同時與負(fù)載類型有關(guān)，具體參見表1。

2)響應(yīng)時間不同繼電器的響應(yīng)時間比較慢(約10~20 ms)，晶體管響應(yīng)時間比較快，約0.2耀0.5 ms，Y0、Y1甚至可以達(dá)到10 滋s。

3)使用壽命不同繼電器由于是機械元件受到動作次數(shù)的壽命限制，且與負(fù)載容量有關(guān)，詳見表2 所列，從表中可以看出，隨著負(fù)載容量的增加，觸點壽命幾乎按級數(shù)減少。晶體管是電子器件，只有老化，沒有使用壽命限制。

3 繼電器與晶體管輸出選型原則

繼電器型輸出驅(qū)動電流大，響應(yīng)慢，有機械壽命，適用于驅(qū)動中間繼電器、接觸器的線圈、指示燈等動作頻率不高的場合。晶體管輸出驅(qū)動電流小，頻率高，壽命長，適用于控制伺服控制器、固態(tài)繼電器等要求頻率高、壽命長的應(yīng)用場合。

在高頻應(yīng)用場合，如果同時需要驅(qū)動大負(fù)載，可以加其他設(shè)備(如中間繼電器，固態(tài)繼電器等)方式驅(qū)動。[!--empirenews.page--]

4 驅(qū)動感性負(fù)載的影響

繼電器控制接觸器等感性負(fù)載的開合瞬間，由于電感具有電流不可突變的特點，因此根據(jù)U=L(dI/dt)，將產(chǎn)生一個瞬間的尖峰電壓在繼電器的兩個觸點之間，該電壓幅值超過繼電器的觸點耐壓的降額;繼電器采用的電磁式繼電器，觸點間的耐受電壓是1 000 V(1 min)，若觸點間的電壓長期工作在1 000 V 左右，容易造成觸點金屬遷移和氧化，出現(xiàn)接觸電阻變大、接觸不良和觸點粘接的現(xiàn)象。而且動作頻率越快現(xiàn)象越嚴(yán)重。瞬間高壓如圖2 所示，持續(xù)的時間在1 ms 以內(nèi)，幅值為1 kV以上。晶體管輸出為感性負(fù)載時也同樣存在這個問題，該瞬時高壓可能導(dǎo)致晶體管的損壞。

因此當(dāng)驅(qū)動感性負(fù)載時應(yīng)在負(fù)載兩端接入吸收保護(hù)電路。當(dāng)驅(qū)動直流回路的感性負(fù)載(如繼電器線圈)時，用戶電路需并聯(lián)續(xù)流二極管(需注意二極管極性);若驅(qū)動交流回路的感性負(fù)載時，用戶電路需并聯(lián)RC 浪涌吸收電路，以保護(hù)PLC 的輸出觸點。PLC 輸出觸點的保護(hù)電路如圖3 所示。

5 使用中應(yīng)注意的事項

目前市場上經(jīng)常出現(xiàn)繼電器問題的客戶現(xiàn)場有一個共同的特點就是：出現(xiàn)故障的輸出點動作頻率比較快，驅(qū)動的負(fù)載都是繼電器、電磁閥或接觸器等感性負(fù)載而且沒有吸收保護(hù)電路。因此，建議在對PLC 輸出類型進(jìn)行選擇和使用時應(yīng)注意以下幾點。

1)一定要關(guān)注負(fù)載容量輸出端口須遵守允許最大電流限制(如表1 所列)，以保證輸出端口的發(fā)熱限制在允許范圍。繼電器的使用壽命與負(fù)載容量有關(guān)，當(dāng)負(fù)載容量增加時，觸點壽命將大大降低(如表2 所列)，因此要特別關(guān)注。

2)一定要關(guān)注負(fù)載性質(zhì)根據(jù)前面的分析，感性負(fù)載在開合瞬間會產(chǎn)生瞬間高壓，因此表面上看負(fù)載容量可能并不大，但是實際上負(fù)載容量很大，繼電器的壽命將大大縮短，因此當(dāng)驅(qū)動感性負(fù)載時應(yīng)在負(fù)載兩端接入吸收保護(hù)電路。尤其在工作頻率比較高時務(wù)必增加保護(hù)電路。從客戶的使用情況來看，增加吸收保護(hù)電路后的改善效果十分明顯。

根據(jù)電容的特性，如果直接驅(qū)動電容負(fù)載，在導(dǎo)通瞬間將產(chǎn)生沖擊浪涌電流，因此原則上輸出端口不宜接入容性負(fù)載，若有必要，需保證其沖擊浪涌電流小于規(guī)格(見表1)說明中的最大電流。

猿)一定要關(guān)注動作頻率當(dāng)動作頻率較高時，建議選擇晶體管輸出類型，如果同時還要驅(qū)動大電流則可以使用晶體管輸出驅(qū)動中間繼電器的模式。當(dāng)控制步進(jìn)電機/伺服系統(tǒng)，或者用到高速輸出/PWM 波，或者用于動作頻率高的節(jié)點等場合，只能選用晶體管型。PLC 對擴(kuò)展模塊與主模塊的輸出類型并不要求一致，因此當(dāng)系統(tǒng)點數(shù)較多而功能各異時，可以考慮繼電器輸出的主模塊擴(kuò)展晶體管輸出或晶體管輸出主模塊擴(kuò)展繼電器輸出以達(dá)到最佳配合。

事實證明，根據(jù)負(fù)載性質(zhì)和容量以及工作頻率進(jìn)行正確選型和系統(tǒng)設(shè)計，輸出口的故障率明顯下降，客戶十分滿意。