艾默生CT  唐愛民
摘要：本文簡(jiǎn)要比較了PLC的繼電器和晶體管兩種輸出類型的工作原理及特點(diǎn),提出了在選型和使用中應(yīng)注意的事項(xiàng)忘晤。
關(guān)鍵詞：PLC輸出類型、繼電器、晶體管
Notice about Choosing and Using the PLC output type
Tang Aimin
Emerson Network Power Co., Ltd
Abstract: in this paper the PLC relay output type is compared with the transistor output type in the principles and characteristics. And the notice about choosing and using the two different type of PLC output.
Key words: PLC output type, relay, transistor
1．引言
　　PLC的輸出類型有繼電器和晶體管兩種類型炫茄，兩者的工作參數(shù)差別較大，使用前需加以區(qū)別钓藏，以免誤用而導(dǎo)致產(chǎn)品損壞状奴。本文簡(jiǎn)要介紹了繼電器和晶體管輸出的特點(diǎn)及使用中的注意事項(xiàng)。
2. 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精臭，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）耗憨，通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”摇祖。電磁式繼電器一般由鐵芯眷篇、線圈、銜鐵荔泳、觸點(diǎn)簧片等組成的（如圖1所示）蕉饼。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流玛歌，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)昧港，銜鐵就會(huì)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(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合支子。當(dāng)線圈斷電后创肥，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置值朋，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合叹侄。這樣吸合、釋放吞歼，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通圈膏、切斷的目的塔猾。從繼電器的工作原理可以看出，它是一種機(jī)電元件稽坤，通過機(jī)械動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)的通斷永炭，是有觸點(diǎn)元件。
 

圖1 電磁式繼電器結(jié)構(gòu)圖

    　晶體管是一種電子元件土嚼，它是通過基極電流來控制集電極與發(fā)射極的導(dǎo)通魏桅。它是無觸點(diǎn)元件。
3. 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的不同缓缝，導(dǎo)致了兩者的工作參數(shù)存在了較大的差異钳葬，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)格參見表1）
    （1）驅(qū)動(dòng)負(fù)載不同
    　繼電器型可接交流220V或直流24V負(fù)載，沒有極性要求赂品；晶體管型只能接直流24V負(fù)載翩腹，有極性要求。
    　繼電器的負(fù)載電流比較大可以達(dá)到2A誓豺，晶體管負(fù)載電流為0.2-0.3A刷裂。同時(shí)與負(fù)載類型有關(guān)，具體參見表1吏恃。

表1 輸出端口規(guī)格

   （2）響應(yīng)時(shí)間不同
    繼電器響應(yīng)時(shí)間比較慢（約10ms-20ms）米萝，晶體管響應(yīng)時(shí)間比較快，約0.2ms-0.5ms代虾，Y0进肯、Y1甚至可以達(dá)到10 us。
   （3）使用壽命不同
   　 繼電器由于是機(jī)械元件受到動(dòng)作次數(shù)的壽命限制棉磨，且與負(fù)載容量有關(guān)江掩，詳見表2，從表中可以看出乘瓤，隨著負(fù)載容量的增加频敛，觸點(diǎn)壽命幾乎按級(jí)數(shù)減少。晶體管是電子原件只有老化馅扣，沒有使用壽命限制。

 表2  繼電器使用壽命

    4．繼電器與晶體管輸出選型原則
    　繼電器型輸出驅(qū)動(dòng)電流大着降，響應(yīng)慢差油，有機(jī)械壽命，適用于驅(qū)動(dòng)中間繼電器任洞、接觸器的線圈蓄喇、指示燈等動(dòng)作頻率不高的場(chǎng)合。晶體管輸出驅(qū)動(dòng)電流小交掏，頻率高偷真，壽命長(zhǎng)闲招，適用于控制伺服控制器、固態(tài)繼電器等要求頻率高熙同、壽命長(zhǎng)的應(yīng)用場(chǎng)合蒿疲。在高頻應(yīng)用場(chǎng)合，如果同時(shí)需要驅(qū)動(dòng)大負(fù)載锻刹，可以加其他設(shè)備（如中間繼電器棉玻，固態(tài)繼電器等）方式驅(qū)動(dòng)。
    5. 驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載的影響

 圖2  驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的瞬間高壓

    　繼電器控制接觸器等感性負(fù)載的開合瞬間壕矿，由于電感具有電流具有不可突變的特點(diǎn)坝亿，因此根據(jù)U=L*(dI/dt)，將產(chǎn)生一個(gè)瞬間的尖峰電壓在繼電器的兩個(gè)觸點(diǎn)之間李荚，該電壓幅值超過繼電器的觸點(diǎn)耐壓的降額灰囤；繼電器采用的電磁式繼電器，觸點(diǎn)間的耐受電壓是1000V（1min）鸥层，若觸點(diǎn)間的電壓長(zhǎng)期的工作在1000V左右的話锐拟，容易造成觸點(diǎn)金屬遷移和氧化，出現(xiàn)接觸電阻變大昆码、接觸不良和觸點(diǎn)粘接的現(xiàn)象气忠。而且動(dòng)作頻率越快現(xiàn)象越嚴(yán)重。瞬間高壓如下圖2所示赋咽，持續(xù)的時(shí)間在1ms以內(nèi)旧噪，幅值為1KV以上。晶體管輸出為感性負(fù)載時(shí)也同樣存在這個(gè)問題脓匿，該瞬時(shí)高壓可能導(dǎo)致晶體管的損壞淘钟。
    　因此當(dāng)驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)應(yīng)在負(fù)載兩端接入吸收保護(hù)電路。當(dāng)驅(qū)動(dòng)直流回路的感性負(fù)載（如繼電器線圈）時(shí)陪毡，用戶電路需并聯(lián)續(xù)流二極管（需注意二極管極性）米母；若驅(qū)動(dòng)交流回路的感性負(fù)載時(shí)，用戶電路需并聯(lián)RC浪涌吸收電路毡琉，以保護(hù)PLC的輸出觸點(diǎn)铁瞒。PLC輸出觸點(diǎn)的保護(hù)電路如圖3所示。

    
圖3 PLC輸出觸點(diǎn)的保護(hù)電路

6. 使用中應(yīng)注意的事項(xiàng)
    　目前市場(chǎng)上經(jīng)常出現(xiàn)繼電器問題的客戶現(xiàn)場(chǎng)有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是：出現(xiàn)故障的輸出點(diǎn)動(dòng)作頻率比較快桅滋，驅(qū)動(dòng)的負(fù)載都是繼電器慧耍、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PLC輸出類型選擇和使用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
  1)一定要關(guān)注負(fù)載容量推妈。
    　輸出端口須遵守允許最大電流限制（如表1所示）了赖，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(shí)笆滓，觸點(diǎn)壽命將大大降低（如表2所示）槽顶，因此要特別關(guān)注。
  2)一定要關(guān)注負(fù)載性質(zhì)初肥。
    　根據(jù)第4節(jié)的分析昭淋，感性負(fù)載在開合瞬間會(huì)產(chǎn)生瞬間高壓，因此表面上看負(fù)載容量可能并不大学蟀，但是實(shí)際上負(fù)載容量很大射愧，繼電器的壽命將大大縮短，因此當(dāng)驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)應(yīng)在負(fù)載兩端接入吸收保護(hù)電路户虐。尤其在工作頻率比較高時(shí)務(wù)必增加保護(hù)電路卓俱。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紊荞。
    　根據(jù)電容的特性庶艾，如果直接驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載，在導(dǎo)通瞬間將產(chǎn)生沖擊浪涌電流擎勘，因此原則上輸出端口不宜接入容性負(fù)載咱揍，若有必要，需保證其沖擊浪涌電流小于規(guī)格（見表1）說明中的最大電流棚饵。
  3)一定要關(guān)注動(dòng)作頻率煤裙。
    　當(dāng)動(dòng)作頻率較高時(shí)，建議選擇晶體管輸出類型噪漾，如果同時(shí)還要驅(qū)動(dòng)大電流則可以使用晶體管輸出驅(qū)動(dòng)中間繼電器的模式硼砰。當(dāng)控制步進(jìn)電機(jī)/伺服系統(tǒng)，或者用到高速輸出/PWM波欣硼，或者用于動(dòng)作頻率高的節(jié)點(diǎn)等場(chǎng)合题翰，只能選用晶體管型。PLC對(duì)擴(kuò)展模塊與主模塊的輸出類型并不要求一致诈胜，因此當(dāng)系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)較多而功能各異時(shí)豹障，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(shí)證明焦匈，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(jì)称侣，輸出口的故障率明顯下降，客戶十分滿意淳胆。

參考文獻(xiàn)：
艾默生EC20系列可編程控制器用戶手冊(cè)

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