西门子6ES7222-1HD22-0XA0详细使用
PLC的输出类型有继电器和晶体管两种类型，两者的工作参数差别较大，使用前需加以区别，以免误用而导致产品损坏。本文简要介绍了继电器和晶体管输出的特点及使用中的注意事项。
继电器和晶体管输出工作原理
继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的（如图1所示）。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。从继电器的工作原理可以看出，它是一种机电元件，通过机械动作来实现触点的通断，是有触点元件。
晶体管是一种电子元件，它是通过基极电流来控制集电极与发射极的导通。它是无触点元件。
继电器与晶体管输出的主要差别
由于继电器与晶体管工作原理的不同，导致了两者的工作参数存在了较大的差异，下面以艾默生EC系列PLC相关数据为例进行比较说明（输出口主要规格参见表1）
（1）驱动负载不同
继电器型可接交流220V或直流24V负载，没有极性要求；晶体管型只能接直流24V负载，有极性要求。
继电器的负载电流比较大可以达到2A，晶体管负载电流为0.2-0.3A。与负载类型有关，具体参见表1。
表1 输出端口规格
2）响应时间不同
继电器响应时间比较慢（约10ms-20ms），晶体管响应时间比较快，约0.2ms-0.5ms，Y0、Y1甚至可以达到10us。
（3）使用寿命不同
继电器由于是机械元件受到动作次数的寿命限制，且与负载容量有关，详见表2，从表中可以看出，随着负载容量的增加，触点寿命几乎按级数减少。晶体管是电子原件只有老化，没有使用寿命限制。
表2 继电器使用寿命
继电器与晶体管输出选型原则
继电器型输出驱动电流大，响应慢，有机械寿命，适用于驱动中间继电器、接触器的线圈、指示灯等动作频率不高的场合。晶体管输出驱动电流小，频率高，寿命长，适用于控制伺服控制器、固态继电器等要求频率高、寿命长的应用场合。在高频应用场合，如果需要驱动大负载，可以加其他设备（如中间继电器，固态继电器等）方式驱动。
驱动感性负载的影响
图2 驱动感性负载时产生的瞬间高压
继电器控制接触器等感性负载的开合瞬间，由于电感具有电流具有不可突变的特点，根据U=L*（dI/dt），将产生一个瞬间的尖峰电压在继电器的两个触点之间，该电压幅值超过继电器的触点耐压的降额；继电器采用的电磁式继电器，触点间的耐受电压是1000V（1min），若触点间的电压长期的工作在1000V左右的话，容易造成触点金属迁移和氧化，出现接触电阻变大、接触不良和触点粘接的现象。动作频率越快现象越严重。瞬间高压如下图2所示，持续的时间在1ms以内，幅值为1KV以上。晶体管输出为感性负载时也同样存在这个问题，该瞬时高压可能导致晶体管的损坏。
当驱动感性负载时应在负载两端接入吸收保护电路。当驱动直流回路的感性负载（如继电器线圈）时，用户电路需并联续流二极管（需注意二极管极性）；若驱动交流回路的感性负载时，用户电路需并联RC浪涌吸收电路，以保护PLC的输出触点。PLC输出触点的保护电路如图3所示。
图3 PLC输出触点的保护电路
使用中应注意的事项
目前市场上经常出现继电器问题的客户现场有一个共同的特点就是：出现故障的输出点动作频率比较快，驱动的负载都是继电器、电磁阀或接触器等感性负载没有吸收保护电路。建议在PLC输出类型选择和使用时应注意以下几点：
（1）一定要关注负载容量。输出端口须遵守允许大电流限制（如表1所示），以保证输出端口的发热限制在允许范围。继电器的使用寿命与负载容量有关，当负载容量增加时，触点寿命将大大降低（如表2所示），要特别关注。
（2）一定要关注负载性质。根据第4节的分析，感性负载在开合瞬间会产生瞬间高压，表面上看负载容量可能并不大，实际上负载容量很大，继电器的寿命将大大缩短，当驱动感性负载时应在负载两端接入吸收保护电路。尤其在工作频率比较高时务必增加保护电路。从客户的使用情况来看，增加吸收保护电路后的改善效果十分明显。
根据电容的特性，如果直接驱动电容负载，在导通瞬间将产生冲击浪涌电流，原则上输出端口不宜接入容性负载，若有必要，需保证其冲击浪涌电流小于规格（见表1）说明中的大电流。
（3）一定要关注动作频率。当动作频率较高时，建议选择晶体管输出类型，如果还要驱动大电流则可以使用晶体管输出驱动中间继电器的模式。当控制步进电机/伺服系统，或者用到高速输出/PWM波，或者用于动作频率高的节点等场合，只能选用晶体管型。PLC对扩展模块与主模块的输出类型并不要求一致，当系统点数较多而功能各异时，可以考虑继电器输出的主模块扩展晶体管输出或晶体管输出主模块扩展继电器输出以达到佳配合。
事实证明，根据负载性质和容量以及工作频率进行正确选型和系统设计，输出口的故障率明显下降，客户十分满意。
1．标准型CPU系列
标准型CPU模板为CPU31x系列，其面板见图。面板上有各类控制开关、状态指示灯、插槽及电源端口等。
1）状态指示灯
不同颜色的LED指示灯表示了CPU的各种运行状态。
SF—红色，系统故障指示；
BF（或BATF）—红色，后备电池故障指示，没有电池或电池电压不足时亮；
DC5V—绿色，表示内部5V工作电压正常；
FRCE—黄色，强制（FORCE），表示至少有一个输入或输出被强制；
RUN—绿色，在CPU起动（STARTUP）时闪烁，在运行时长亮；
ST0P—橙色，在停止模式下长亮，慢速闪烁（0.5Hz）表示请求复位，快速闪烁（2Hz）表示正在复位。
2）模式选择开关
RUN—运行模式。开关在此位置时，编程器可以监控CPU的运行，也可以读程序；但不可以命令CPURUN或STOP，不可以改写程序，在此位置可以拔出钥匙；
STOP—停止模式。CPU不扫描用户程序，开关在此位置时，编程器可以读写程序，可以拔出钥匙；
MRES—存储器复位模式（MEMORYRESET）。开关不可以自然停留在此位置上，一旦松手，开关自动弹回STOP位置。
3）微存储器卡槽
旧型号的CPU面板上有FEPROM插槽，新型号CPU面板取消了电池和FEPROM插槽，代之以微存储器（MMC）卡，由于MMC存储容量大（64KB~8MB），不仅可以存程序，甚至可以存整个项目（Project）。
4）接口与端口
MPI—Multi-PointInterface，也称编程口。可以接入编程器或其它设备；
DP（PtP）—PROFIBUSDP网络的接口或P点对点连接（oint to Point）接口。该接口是否存在，或是哪种接口，取决于CPU的型号；
电池盒—可以装入锂电池，在停电时保存程序和部分数据。
2．CPU型号
S7-300的CPU型号很多且不断更新，只列出CPU3x系列部分型号的技术参数，见表。其中CPU3x-2DP表示该CPU模板上集成有现场总线（PROFIBUS-DP）通信接口。
3．集成型CPU系列
集成型CPU模板为CPU31xIFM系列，在标准型CPU模板上集成了部分I/O接口、高速计数器和部分控制功能，目前有CPU312IFM和CPU314IFM两种型号。
4．紧凑型CPU系列
紧凑型CPU模板为CPU31xC系列，是在CPU31xIFM系列基础上推出的功能更强、结构更紧凑的CPU模板。该CPU模板配置有MMC卡（MicroMemory Cart，微存储卡）和9针MPI（Multi PointInterface，多点通信接口），有的还配置了9针DP(DecentralPeripherals分散外围设备)接口，或15针PtP(Point to point点对点)接口。
5．故障安全型CPU系列
故障安全型CPU模板为CPU31xF系列，是具有更高可靠性的CPU模板，主要有CPU315F和CPU317F-2DP两种型号
（1）作用：主要用于当发生人身触电或漏电时，能迅速切断电源，保障人身安全，防止触电事故。有的漏电保护器还兼有过载、短路保护，用于不频繁起、停电动机。
（2）工作原理：当正常工作时，不论三相负载是否平衡，通过零序电流互感器主电路的三相电流相量之和等于零，故其二次绕组中无感应电动势产生，漏电保护器工作于闭合状态。如果发生漏电或触电事故，三相电流之和便不再等于零，而等于某一电流值Is。Is会通过人体、大地、变压器中性点形成回路，这样零序电流互感器二次侧产生与Is对应的感应电动势，加到脱扣器上，当Is达到一定值时，脱扣器动作，推动主开关的锁扣，分断主电路。
（3）参数与类型参数：额定电流，额定漏电动作电流，额定漏电动作时间。类型：按动作方式可分为电压动作型和电流动作型；按动作机构分，有开关式和继电器式；按极数和线数分，有单极二线、二极、二极三线等。
（4）选择：选择漏电保护器应按照使用目的和根据作业条件选用：按使用目的选用：①以防止人身触电为目的。安装在线路末端，选用高灵敏度，快速型漏电保护器。②以防止触电为目的与设备接地并用的分支线路，选用中灵敏度、快速型漏电保护器。③用以防止由漏电引起的火灾和保护线路、设备为目的的干线，应选用中灵敏度、延时型漏电保护器。按供电方式选用：①保护单相线路（设备）时，选用单极二线或二极漏电保护器。 ②保护三相线路（设备）时，选用三极产品。③既有三相又有单相时，选用三极四线或四极产品。
5）使用方法 ①在选定漏电保护器的极数时，必须与被保护的线路的线数相适应。②安装在电度表和熔断器后检查漏电可靠度，定期校验。