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2.2.3 输出端口与连接

1.输出端口的三种方式

PLC的输出有三种方式:继电器输出、晶体管输出和晶闸管(SSR)输出。这三种输出的规格和电路结构均不相同,应用时的注意事项也不完全相同,但其共同点如下所述。

1)分组输出

一般来说,PLC的输入端子不管是多少都是一个公共端,而PLC的输出端子却按照以 1点,4 点和 8 点共一个公共端的形式分组输出,如图 2.2-22 所示。每一种规格的产品其分组都不同,基本单元的分组可参看图 2.1-6~图 2.1-11。

分组输出的好处是在同一PLC上可以连接不同电源规格的负载,但同一组上的输出端口只能连接同一电源规格的负载,如图 2.2-22 所示。

2)负载电源

输出端口仅仅是一个驱动负载的开关(无源触点,开关或有源电子开关),本身并不带有任何电源,因此,外接负载时,负载的电源也必须由外部电路提供。电源的性质(DC/AC)和电源电压必须和负载相匹配,电源的容量一般应大于负载电流 2 倍以上。

很多工控人员在实际连接时都没有加装熔断器,这样做,当负载一旦发生短路故障时,极易烧坏触点或晶体管,还会烧坏输出电路所在的印制电路板,因此,务必在负载回路上加入起短路保护作用的熔断器。

图 2.2-22 FX 3U PLC输出端分组图示

3)回路隔离

三种输出方式在输出回路上都采用了电气隔离措施,详见三种方式说明。

4)互锁

对某些负载,例如,电动机正反转的接触器,其同时接通会引起短路危险。除了在程序中进行互锁外,同时,还要在外部输出电路上采取互锁措施,如图 2.2-23 所示。

图 2.2-23 程序中互锁与外部电路互锁

下面对三种输出电路连接与应用分别进行说明。

2.继电器输出电路与连接

关于继电器输出规格的应用说明如下所述。

1)外部电源

继电器输出仅是一个常开触点,因此,驱动负载时必须同时加负载电源,该规格规定了外部负载电源的最大值,DC30V以下及AC250V以下。

2)电阻性负载时的负载电流

继电器输出触点容量是 2A/点,但如果多个输出点共一个公共端(COM)时,则公共端的容量受到规格的限制。例如,输出 8 点/1 个公共端时,其公共端的容量必须在 8A以下。这就要求除了每个输出点负载电流不能超过 2A外,这 8 个点的负载电流之和也不能超过 8A。

3)电感性负载时的触点寿命

当负载为接触器、继电器、电磁阀等电感性交流负载时,触点寿命规格是 20VA以下 50万次,但据三菱电机公司寿命测试,继电器的目标寿命如表 2.2-1 所示。触点不能承受过大冲击电流,否则其寿命会下降很多。

表2.2-1 FX 3u PLC继电器输出触点寿命

4)回路隔离

继电器输出采取了两种隔离措施,一是在输出继电器线圈和触点之间,在PLC内部回路和外部负载回路之间采取了电气上的隔离。二是输出的各个公共端是互相隔离的。

5)触点保护电路

当继电器输出外接电感性负载时,为延长触点寿命,降低电磁干扰,根据所接负载电源的不同,应增加保护措施。

● DC电源

当电感性负载断开直流电源时,由于电感两端会产生很大的自感电动势,这个自感电动势会使触头延时断开,产生火花或电弧,从而烧坏触头,使触头寿命变短。这时,应在负载两端并联二极管(俗称续流二极管),使自感电动势通过二极管形成电流回路而得到释放。

续流二极管的连接应使其负极与电池正极相连,如图 2.2-24 所示,二极管的选择如表 2.2-2 所示。

图 2.2-24 续流二极管的连接

表 2.2-2 续流二极管选择

● AC电源

当感性负载接入交流电路时,应在负载两端并联RC电路,用于抑制过滤电网浪涌冲击(瞬间高电压),保护负载(一般为各种继电器、接触器和电磁阀的线圈),如图 2.2-25所示。

RC电路的元件一般电容选择 0.1µF的聚丙烯无极性电容,电阻为 100~120Ω左右,电源电压应在AC240V以下。

图 2.2-25 感性负载并联RC电路

3.晶体管输出电路与连接

晶体管输出电路按其公共端的连接方式不同分为漏型和源型两种输出规格。这两种输出回路在外接DC电源的极性时,输入端口的标注不相同。见图 2.2-26。使用时,先要弄清楚是漏型输出还是源型输出,然后再按图进行正确连接。

图 2.2-26 漏型和源型输出

关于晶体管输出的应用说明:

1)外部电源

晶体管输出只能接外部直流电源,外部电源为DC5~24V的平滑稳压电源,电流容量应大于负载电流的 2 倍以上。

2)ON电压

指当输出晶体管导通时,其上有 1.5V压降,加到负载上的电压就要少 1.5V。这在低压电源(DC5V)时,需要对电源带负载能力进行核算。

3)电阻性负载时的负载电流

晶体管输出开关容量是 0.5A/点,但如果多个输出点共一个公共端时,则公共端的容量受到限制。输出 4 点/1 个公共端时,其公共端的容量必须在 0.8A以下。输出 8 点/1 个公共端时,其公共端的容量必须在 1.6A以下。

4)回路隔离

PLC内部回路与输出晶体管之间采用光电隔离,而且,各个输出公共端之间也相互隔离。

5)触点保护电路

连接感性负载时,应在负载两端并联续流二极管,漏型输出和源型输出的连接如图 2.2-27 所示。

图 2.2-27 感性负载续流二极管连接

4.晶闸管(SSR)输出电路与连接

晶闸管(SCR)也称可控硅,是一种大功率半导体器件,主要用于可控整流、交流调压和电子开关。利用晶闸管做成的无触点开关称为固态继电器(SSR)。PLC的晶闸管输出电路实质上就是一个固态继电器电路,其开关通断由PLC内部信号控制。通过光电可控硅耦合电路进行隔离,其输出电路如图 2.2-28 所示,并联在双向可控硅两端的RC电路和压敏电阻用来抑制可控硅的关断过电压和外部电源的浪涌电压。

晶闸管输出主要用于交流负载电路,是一种交流负载的电子开关。与继电器输出交流负载电路相比,其开关的响应速度远大于继电器输出,但其带负载能力小于继电器输出。因此,晶闸管输出适合于高频小负载场合,而继电器输出适合于低频大负载场合。

图 2.2-28 晶闸管(SCR)输出电路

关于晶闸管(SSR)输出的应用说明:

1)外部电源

晶闸管输出型主要用于交流电源负载,各个公共端可以驱动不同交流电压电源系统的负载。外部电源的规格为AC85~242V。

固态继电器(SSR)适用于交流和直流电路控制,但PLC的晶闸管输出型最好不要用于直流电路的通断,直流负载应采用晶体管输出型。

2)输出电流

每一点输出中可以流过 0.3A的电流,但由于受到温度上升的限制,每 4 点为 0.8A(平均每点 0.2A)。当冲击电流的负载频繁通断时,开根号的平均电流要小于 0.2A,如图 2.2-29所示。

3)开路漏电流

在晶闸管输出电路中,双向可控硅的两端并接RC浪涌吸收电路。当可控硅关断时,负载回路会通过RC电路形成开路漏电流。电流大小为 1mA/AC100V,2mA/AC220V,这个电流对于额定电流较小的负载来说会产生误动作,即输出为OFF时,负载仍然处于ON状态。因此,请选择 04VA以上/AC100V,1.6VA以上/AC200V的负载。负载低于这个规格时,可在负载两端并联RC浪涌吸收器,如图 2.2-30 所示。

图 2.2-29 输出电流的核算

图 2.2-30 负载两端并联RC浪涌吸收器

【试试,你行的】

(1)FX 3U PLC的输出端是一个什么性质的端口?它与输入端口有些什么区别?

(2)FX 3U PLC的输出端口有几种类型?在FX 3U 的型号上是如何区分这些类型的?

(3)某人在FX 3U -32MT/ES的输出端口接了一个AC220V中间继电器,当他接入AC220V输出电路电源时,会发生什么情况?

(4)试说明下列各种情况下应选择哪种输出类型的PLC。

① 直接带动AC220V的换向电磁阀。

② 能发出 50kHz的高速脉冲。

③ 每分钟通断 15 次的直流 100mA的中间继电器。 BTPx6uQu299LfG3BIYiSv4i0+lWtxCsKs1/PIZtD0eQi+Fjv+ZuBAG/mBIXuSLSl

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