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PLC为晶体管输出型,输出单元允许所带负载工作电源为DC12~24 V,尢法直接驱动交流接触器,只能先驱DC 12~24V的中问继电器,再用中间继电器来带AC 380V的负载,这样就会使得外部接线变得繁琐,由于传统的交流接触器为电磁式开关,其机械触点的寿命及可靠性与PLC控制系统相差甚远,较大地阻碍了控制系统性能的发挥。像这类的负载,我们需要选择一种更为合适的继电器来充当其受控的开关器件。
1 固态继电器的特点及分类
1.1 固态继电器的特点
固态继电器SSR是近年来世界上新兴的控制继电器,这种继电器用几毫安的微小信号可以控制大功率负载的起动与关断,正符合了晶体管输出型PLC的特点。并且其输入信号(控制端)和输出信号(受控端)采用光电隔离电路,保证了输入与输出互不干扰,输出端采用无触点大功率输出电路,整个电路用环氧树脂浇铸为一体。固态继电器运行时无火花、无噪音、无污染、不产生电磁干扰,比电磁继电器具有开关速度快、体积小、寿命长、耐震、耐腐蚀、防潮、防腐、输出端在接通瞬间无震颤现象等优点,可以在严重污染和震动的环境下使用,更具有很高的灵敏度和抗干扰能力,被广泛应用于石油化工仪器设备,灯光照明设备,纺织机械、数控车床、娱乐设施等各种自动化控制领域,特别适用在腐蚀、防尘、要求防爆等恶劣环境,及频繁开关场合。
1.2 固态继电器的分类
交流固态继电器按开关方式分有电压过零导通型和随机导通型;按输出开关元件分有双向可控硅输出型(普通型)和单向可控硅反并联型(增强型);按安装方式分有印刷线路板上用的针插式(自然冷却,不必带散热器)和固定在金属底板上的装置式(靠散热器冷却);输入端又有宽范围输入(DC3~32 V)的恒流源型和串电阻限流型等。
单相SSR为四端有源器件,(www.dqjsw.com.cn)其中两个输入控制端,两个输出端,输入输出间为光隔离,输入端加上直流或脉冲信号到一定电流值后,输出端就能从断态转变成通态。而三相交流固态继电器则是集三只单相交流固态继电器为一体,并以单一输入端对三相负载进行直接开关切换,可方便地控制l一相交流电机、加热器等三相负载,图1为三相交流固态继电器的基本接线图。三相交流固态继电器的相与相问,输入输出间,以及与基板之间绝缘电压大于2000VAC,其他基本指标与相应的单相固态继电器相同。需要指出的是对实际负载电流不大的场合,比如实验室教学,三相SSR使用起来比较方便,但电流大时发热亦大,这时使用三只单相SSR更为可靠。
2 应用实例
2.1PLC控制的三相交流电动机正反转控制电路
图2为PLC控制的三相交流电动机正反转控制电路,其中X1、X2、X3,分别表示PLC的输入,控制电动机的转动方向与起停;Y1、Y1表示PLC的输出。当Y1有效时,SSR1输入端得到DC24V的直流信号,则三相输出端从断态转变成通态,三相交流电动机得电,反转;同理当Y有效时,SSR2的三相输出端接通,因A、c换向则电动机正转。
2.2 PLC控制的Y-△降压起动控制电路
图3为PLC控制的Y-△降压起动控制电路,其中X1、X2分别表示PLC的输入,控制电动机的起停;Y1、Y2、Y3表示PLC的输出。当Y1和Y3有效时,对应的SSR1和SSR3也有效,此时电动机为Y型接法,延时几秒后,Y3失效,Y2有效,则对应的SSR3三相输出端断开,SSR2三相输出端合上,则电动机变为△接法,完成了Y一△降压起动。
3 结论
三相交流固态继电器是集三只单相交流固态继电器为一体,以单一输入端对三相负载进行直接开关切换,并可以用几毫安的微小信号来控制大功率负载的起动与切断的开关器件。经验证,它能可靠、安全、方便地控制三相交流电机、加热器等三相负载,并使PLC的外部接线变得简单。
·分别将FX1N系列PLC编程口上面的盖板取下,把FX1N-485-BD通讯板分别插入座内,按下图接线构成N:N网络。
·FX系列的N:N网络特点时,网络中的各个PLC之间通讯不用经过编程,经过简单的设置就可以实现各个PLC之间元件状态或是数值的共享。
·接线时请注意采用屏蔽双绞线,一般在三百米之内一般无需接适配电阻。
·下面以三个FX1N系列PLC为例,简述一下FX系列的N:N网络的使用方法。
应用小例:
·接通1#从站输入X0,则主站Y0吸合
·接通1#从站输入X1,则2#从站Y0吸合
·接通2#从站输入X0,则主站Y1吸合
·接通2#从站输入X1,则1#从站Y0吸合
PLC的输出电路形式一般分为:继电器输出,晶体管输出和晶闸管输出三种。弄清这三种输出形式的区别,对于PLC的硬件设计工作非常有必要。下面以三菱PLC为例,简要介绍一下这三种输出电路形式的区别和注意事项,其它公司的PLC输出电路形式也大同小异。 1、继电器输出电路 这是PLC输出电路常见的一种形式,其电路形式如下图所示。该种输出电路形式外接电源既可以是直流,也可以是交流。
图1 继电器输出 PLC继电器输出电路形式允许负载一般是AC250V/50V以下,负载电流可达2A,容量可达80~100VA(电压×电流),PLC的输出一般不宜直接驱动大电流负载(一般通过一个小负载来驱动大负载,如PLC的输出可以接一个电流比较小的中间继电器,再由中间继电器触点驱动大负载,如接触器线圈等)。 PLC继电器输出电路的形式继电器触点的使用寿命也有限制(一般数十万次左右,根据负载而定,如连接感性负载时的寿命要小于阻性负载)。继电器输出的响应时间也比较慢(10ms)左右,在要求快速响应的场合不适合使用此种类型的电路输出形式(可以根据场合使用下面介绍的两种输出形式)。 当连接感性负载时,为了延长继电器触点的使用寿命,对于外接直流电源时的情况,通常应在负载两端加过电压抑制二极管(如上图中并在外接继电器线圈上的二极管);对于交流负载,应在负载两端加RC抑制器。 2、晶体管输出电路 晶体管输出电路形式相比于继电器输出响应快(一般在0.2ms以下),适用于要求快速响应的场合;由于晶体管是无机械触点,比继电器输出电路形式的寿命长。晶体管输出型电路的外接电源只能是直接电源,这是其应用局限的一方面。晶体管输出驱动能力要小于继电器输出,允许负载电压一般为DC5V~30V,允许负载电流为0.2A~0.5A。这两点的使用晶体管输出电路形式时要注意。 晶体管输出电路的形式主要有两种:NPN和PNP型集电极开路输出。如下图所示:
图2NPN集电极开路输出 图3PNP集电极开路输出 由以上两图可看出这两种晶体管输出电路形式的区别:NPN型集电极开路输出形式的公共端COM只能接外接电源的负极,而PNP型的COM端只能接外接电源的正极。 和继电器输出形式电路一样,在驱动感性负载时也要在负载两端反向并联二极管(二极管的阴极接电源的正极)防止过电压,保护PLC的输出电路。 3、双向晶闸管输出电路 双向晶闸管输出电路只能驱动交流负载,响应速度也比继电器输出电路形式要快,寿命要长。其电路形式如下图所示:
图4 双向晶闸管输出 双向晶闸管输出的驱动能力要比继电器输出的要小,允许负载电压一般为AC85~242V;单点输出电流为0.2A~0.5A,当多点共用公共端时,每点的输出电流应减小(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:为了保护晶闸管,通常在PLC内部电路晶闸管的两端并接RC阻容吸收元件(一般为0.015uF/22Ω左右)和压敏电阻,在晶闸管关断时,PLC的输出仍然有1~2mA的开路漏电流,这就可能导致一些小型继电器在PLC输出OFF时无法关断的情况。
一般讲,PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的,对箱体式PLC,有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,当然按CPU性能分成若干型号,并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC,有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC,都属于总线式开放型结构,其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。PLC的基本结构框图如下:
一、CPU的构成
PLC中的CPU是PLC的核心,起神经中枢的作用,每台PLC至少有一个CPU,它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的寄存器中,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后,从用户程序存贮器中逐条读取指令,经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号,去指挥有关的控制电路,
与通用计算机一样,主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。
CPU的控制器控制CPU工作,由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。
CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算,在控制器指挥下工作。
CPU的寄存器参与运算,并存储运算的中间结果,它也是在控制器指挥下工作。
CPU划分为以上几个部分,但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器,由于电路的高度集成,对CPU内部的详细分析已无必要,我们只要弄清它在PLC中的功能与性能,能正确地使用它就够了。
CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲,CPU模块总要有相应的状态指示灯,如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口,用于接I/O模板或底板,有内存接口,用于安装内存,有外设口,用于接外部设备,有的还有通讯口,用于进行通讯。CPU模块上还有许多设定开关,用以对PLC作设定,如设定起始工作方式、内存区等。 PLC资料网
二、I/O模块:
PLC的对外功能,主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的,按I/O点数确定模块规格及数量,I/O模块可多可少,但其大数受CPU所能管理的基本配置的能力,即受大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。
三、电源模块:
有些PLC中的电源,是与CPU模块合二为一的,有些是分开的,其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有:交流电源,加的为交流220VAC或110VAC,直流电源,加的为直流电压,常用的为24V。
四、底板或机架:
大多数模块式PLC使用底板或机架,其作用是:电气上,实现各模块间的联系,使CPU能访问底板上的所有模块,机械上,实现各模块间的连接,使各模块构成一个整体。
五、PLC 的外部设备
外部设备是PLC系统不可分割的一部分,它有四大类
1. 编程设备:有简易编程器和智能图形编程器,用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件,但它不直接参与现场控制运行。
2. 监控设备:有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。
3. 存储设备:有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器,用于性地存储用户数据,使用户程序不丢失,如EPROM、EEPROM写入器等。
4. 输入输出设备:用于接收信号或输出信号,一般有条码读人器,输入模拟量的电位器,打印机等。
六、PLC的通信联网
PLC具有通信联网的功能,它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息,形成一个统一的整体,实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能,它和计算机一样具有RS-232接口,通过双绞线、同轴电缆或光缆,可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。
当然,PLC之间的通讯网络是各厂家专用的,PLC与计算机之间的通讯,一些生产厂家采用工业标准总线,并向标准通讯协议靠拢,这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。
了解了PLC的基本结构,我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念,做到既经济又合理,尽可能发挥PLC所提供的佳功能。