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在PLC控制系统输出中,开关量输出信号占的比重大,如各种继电器/接触器、电磁阀/电磁铁的线圈输出、指示灯输出等。当负载较小时,一般都可用PLC的输出直接驱动,但对大电流负载需要经中间继电器进行转换,用中间继电器的触点进行驱动。
为了提高系统的抗干扰能力与工作可靠性,在PLC输出接口电路中,通常也都采用光电隔离的措施,同时还设计有各种滤波电路,以干扰。PLC的输出连接通常采用接线端子的形式。
PLC输出负载的电源原则上都需要外部提供,根据负载电源的类型与实际需要的驱动电流大小,可以选择不同类型的PLC输出形式。
PLC输出电路的形式多种多样,各PLC生产厂家的产品、同一生产厂家的不同型号PLC甚至是同一型号PLC的不同模块,在内部具体电路的设计上可能都不尽相同,但基本工作原理与要求相同。
从PLC的输出驱动形式上来说,主要有继电器触点输出、直流晶体管(或场效应晶体管)输出与双向晶闸管输出三种类型。
继电器触点输出为交/直流通用驱动方式,输出驱动能力强(一般可以到2~10A),使信号连接时,直流晶体管输出可以大大减少输出延迟时间,提高信号处理速度与可靠性。
双向晶闸管输出一般用于开关频、存在感性的交流执行元件的驱动,与继电器接点输出相比,它可以减少输出延迟时间,延长使用寿命。
三种形式对外部电路的设计要求不同。
①继电器触点输出 继电器触点输出是PLC常用的输出形式。其主要优点是使用灵活,既可以用于驱动交流负载,也可以驱动直流负载;允许负载电压一般为AC250V/DC50V、电流2A以下。但在SIEMENS S7系列PLC中,负载电流大可到10A,容量可达80~1000VA(取决于负载性质)。
但是,继电器触点输出有使用寿命的限制(数十万次),当开关频、负荷重或承受冲击电流时,接点寿命将显著降低。因此,通常不宜用来直接驱动电磁阀、制动器等大电流负载。此外,继电器输出受接触性能与响应时间(一般需要10ms左右)等方面的限制,不宜用于DC12V或3mA以下的小电流、低电压的负载或高速输出。
继电器触点输出的连接方式常用的有两种:一是每一输出点的触点均独立输出,即输出触点间完全隔离,无公共端;二是输出触点一端独立,另一端由若干输出接点共用(见图5-38),公共端为L 。
继电器触点输出的连接较自由,对电压的类型、性无特殊要求,即使对于使用公共端的输出,也只需"统一"即可。
当连接感性负载时,为了延长触点使用寿命,对于直流驱动,通常应在负载两端加过电压抑制(续流)二管;对于交流驱动,应在负载两端加RC抑制器。
②直流晶体管输出 直流晶体管输出的主要优点是响应时间快(一般在0.2ms以下),使用寿命长。当PLC需要与系统其他控制装置进行电子线路连接时,采用晶体管输出可以显著提高处理速度。
直流晶体管输出可以分NPN集电开路输出与PNP集电开路输出两种形式,分别如图5-39(a)、(b)所示,这两种输出形式与外部的连接和继电器接点输出(见图5-38)基本相同,但要注意公共端的连接要求。
由图5-39可见,两种晶体管输出形式公共端的连接区别在于:NPN集电开路输出以0V作为输出公共端;PNP集电开路输出以24V作为输出公共端。在SIEMENS S7系列PLC中,一般采用场效应晶体管作为驱动元件,其连接方式与PNP集电开路输出相同,其输出额定电流大可达到5A。
晶体管的驱动能力一般要小于继电器触点输出,允许负载电压一般为DC5~30V,允许的负载电流为0.2~0.5A。当晶体管输出用于驱动感性负载时,为了防止过电压冲击,应在负载两端加过电压抑制(续流)二管,但在这种情况下应特别注意二管的性,防止性错误引起的输出短路。
③ 双向晶闸管输出 双向晶闸管输出用于驱动交流负载,可以使交流电路实现"无触点通/断",解决继电器触点的使用寿命问题。此外,双向晶闸管输出的响应速度也比继电器触点输出要高得多。
双向晶闸管输出一般采用公共端连接的形式,每4~8点为一组,晶闸管的触发电路与PLC内部电路间采用光电耦合器件隔离。双向晶闸管输出驱动能力一般要小于继电器触点输出,允许负载电压一般为AC85~242V;单点输出电流在0.2~0.5A,当多点共用公共端时,每点的输出电流应相应减小(如单点驱动能力为0.3A的双向晶闸管输出,在4点共用公共端时,大允许输出为0.8A/4点)。
注意:晶闸管的两端通常并联有RC过电压抑制器(通常为0.015μF/22Ω左右),因此,与继电器触点输出不同,它在PLC输出OFF时,仍然有1~2mA的开路漏电流,所以对于小型继电器与微电流负载,可能会产生无法关断的现象。
双向晶闸管输出的电路原理与连接方法如图5-40所示。
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