西门子模块6ES7223-1BF22-0XA8产品型号

西门子模块6ES7223-1BF22-0XA8产品型号

．引言

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。

2． 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。

图1电磁式继电器结构图

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。

3． 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

4．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。

5． 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

6． 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

  1250离心机是立式刮刀卸料自动过滤离心机，主要用于固相为颗粒状 悬浮物料 固液相分离，也可用于纤维状物料 固液相分离。 矿物、环保、医药、化工等行业中广泛应用。目前多数离心机仍由继电器控制，采用有级调速，离心机工作转速调节单一、设备故障率较高，生产效率低下。为克服这些问题，我们对制药厂1250离心机电控系统进行技术改造，采用PLC控制和变频器调速，该系统自动化程度高、稳定性好，运行可靠，现已成功应用于多家制药厂。
2.系统原理
    离心机工作原理是将待分离 物料经进料管送入高速旋转 离心机转鼓内， 离心机力场 作用下，物料 滤布(滤网)实现过滤，液相经出液管排出，固相则截留 转鼓内，待转鼓内滤饼达到机器规定 装料量，停止装料，对滤饼进行洗涤，将洗涤液滤出，达到分离要求后，离心机低速运转，刮刀装置动作，将滤饼刮下，完成一次工作循环。图1为1250离心机结构图。
离心机离心工艺过程：1）进料：当变频器速度达到20Hz时，打开进料阀、料层检测阀，当检测到料层满时，关闭进料阀并延时10S，料层满信号消失打开进料阀连续执行上述动作2次。2）离心：当第三次料满信号产生时，关闭进料阀变频器升速至50Hz进行高速分离，离心时间可由触摸屏设置，时间到后变频降速至40Hz。3）清洗甩干：打开清洗阀进行清洗，清洗时间、暂停时间和清洗次数 所分离药物品种由触摸屏设置。清洗工艺完成后进入甩干过程，变频器升至50Hz，甩干时间由触摸屏设置。时间到后进入卸料状态。4）卸料： 甩干后料层过厚，刮刀采用分段定时旋转卸料，即刮刀旋转（时间可设置）→停2秒 →刮刀下降（下降高度可设置），重复上述动作，直至后一次刮刀下降至下限感器动作，上升到顶部至上限位停止动作。

3 系统设计
3．1硬件设计
  系统采用三菱公司FX2N-40MR型可编程序控制器（PLC）控制，当程序设定好后可进行无人看护 自动化操作或选择手动控制，并对加料、初过滤、洗涤、精过滤、卸料等进行全过程监护。离心机调速采用PLC+D/A模块、变频器进行调速， 电压（0-10V）来控制变频器 频率，变频器采用德国伦茨公司EVF系列变频器，功率22KW。触摸屏采用EASYVIEW5.7英寸4灰度触摸屏。
PLC共有20个输入点，15个输出点。图2为PLC外部硬件配置图。控制系统主回路及变频器外部接线如图3所示。
 
 
 

其中为消抖防信号干扰，输入点X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X20分别经4个隔离栅接入PLC输入
3．2软件设计
   编程采用编程软件MELSECMEDOC软件包，它基于个人计算机，适用于三菱公司PLC 用户程序编制和监控， SC-09RS232/RS422接口与PLC编程口相连，可用梯形图或指令编程。本系统PLC梯形图程序 控制要求采用STL和SET步进指令编制。主要有初始化设定，进料、分离、清洗、甩干控制程序、自动控制程序等。程序设计中采取 安全保护有:转速检测，过振动保护，开盖保护，电机过载过热保护，刮刀旋转，升降机械电气双重控制，刮刀与转鼓 联动锁定。程序流程图4所示。

4.结束语
   该系统 多家药厂现场运行，结果令人满意各项指标满足现场技术要求。系统启动平稳，分离因数可调，操作简洁方便，自改造投入运行以来，运行稳定调速方便，免维护，为现场操作人员创造了一个高效率 工作环境，实现了1250离心机较为先进 控制技术