西门子PLC全国总代理控制模块

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继电器触点输出,晶体管输出,双向晶闸管输出三种类型对比

 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，以消除干扰。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、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)，使用较灵活，在实际应用中使用较普遍。但对在驱动DC12V或3mA以下的小电流、低电压负载时，触点接触性能将影响到输出的可靠性，宜采用直流晶体管输出。此外，当PLC驱动开关频率高的感性负载时，出于对触点使用寿命的考虑，宜采用双向晶闸管输出。

  晶体管输出主要用于直流执行元件的驱动，特别是PLC需要与系统中的其他控制装置进行电子信号连接时，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率高、存在感性的交流执行元件的驱动，与继电器触点输出相比，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)，当开关频率高、负荷重或承受冲击电流时，触点寿命将显著降低。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DCL2V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；二是输出触点一端立，另一端由若干输出接点共用(见图5-17)，公共端为L 。

  图5-17 触点输出与外部的连接

  继电器触点输出与外部的连接较自由，对电压的类型、极性无特殊要求，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)二极管；对于交流驱动，应在负载两端加RC抑制器。

  (2) 晶体管输出。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，采用品体管输出可以显著损高处理速度

  晶体管输出可以分NPN集电极开路输出与PNP集电极开路输出两种形式，分别如图5-18所示，这两种输出形式与外部的连接和继电器触点输出(见图5-17)基本相同，但要注意公共端的连接要求。

  由图5-18可见，两种晶体管输出形式公共端的连接区别在于：NPN集电极开路输出以OV作为输出公共端；PNP集电极开路输出以24V作为输出公共端。在S7系列PLC中，一般采用场效应品体管作为驱动元件，其连接方式与PNP集电极开路输出相同，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)二极管，但在这种情况下应特别注意二极管的极性，防止极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，双向品闸管输出的响应速度也比继电器触点输出的要高得多。

  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)。

  图5-18 晶体管输出与外部的连接

  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。

近几年来PLC新兴的应用领域

(1) 近年来，和利时矿用PLC产品的不断推陈出新，以其可靠性、等优势得到了用户的广泛认可。和利时矿用PLC产品大量应用于低压馈电开关、高压配电装置、组合开关、负荷中心等产品，正逐步替代单片机保护器和普通PLC类产品，装备和利时矿用PLC开始成为一些矿用设备公司产品的卖点和优势。

(2) 利用PLC来开发新型的集热式太阳能热水器，可以克服传统的太阳能热水器存在受气候影响大、水温不稳定等缺陷，还可以对多个用户集中供水。采用西门子S7-200 系列PLC 进行控制操作，配合相应的温度、液位和流量传感器及PLC的模拟量输入扩展实现对集热式太阳能热水器中水温、水位和流量的控制。同时，PLC与西门子文本显示器T D400 集成，实现人机交互界面，对集热式热水器内部的水温和水位进行实时在线显示和设置。

(3) 随着科技的发展和社会的进步，自动门在日常生活中也得到了广泛的应用。过去的自动门系统一般采用逻辑控制模块控制，因故障率高、可靠性低、维修不方便等原因而逐步被淘汰。在自动门控制系统中选用三菱PLC作为控制器，以一个发射的超声开关和一个接收的光电开关作为此系统的输入设备，两套不同的传感器输入控制信号给PLC，利用PLC对系统的编码表、I/O分配表和自动门的动作过程等实施控制，从而实现控制门的开放或关闭( 上升或下降) 。

其他还有很多新应用领域如：物联网，市政，新能源发电，智能楼宇电量采集，医疗系统配电电源等，就不一一列举了。