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PLC驅(qū)動(dòng)電磁閥系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)-德國(guó)萊克LIK品牌
發(fā)布時(shí)間:2023/4/15
1 引言
PLC是一種可編程控制器，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。它具有體積小、編程簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)，是工業(yè)自動(dòng)化控制的核心部件。當(dāng)用來(lái)驅(qū)動(dòng)電磁閥時(shí)，其由電磁閥用電磁鐵操縱閥芯移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)所要控制的目標(biāo)，也就是所謂常見(jiàn)的工業(yè)控制對(duì)象。由于PLC輸出類型與參數(shù)不同，加上電磁閥的種類也繁多，設(shè)計(jì)PLC驅(qū)動(dòng)電磁閥電路時(shí)，就要合理選型匹配控。在此就它們的工作原理和特點(diǎn)進(jìn)行比較分析，以便于選型應(yīng)用在工程實(shí)際控制。
2 PLC輸出工作原理及其特點(diǎn)
1）分類與原理：PLC按輸出類型不同，分為繼電器輸出型與晶體管輸出型。繼電器輸出型PLC輸出部分采用的是繼電器，是一種有觸點(diǎn)的機(jī)電元件，最常用的就是電磁式繼電器。該繼電器線圈通電時(shí)，產(chǎn)生電磁力，使銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。線圈斷電后，電磁的吸力消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力作用下返回原位，使動(dòng)觸點(diǎn)與原靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。晶體管輸出型PLC輸出部分采用的是晶體管，它是一種無(wú)觸點(diǎn)的電子元件，通過(guò)基極電流來(lái)控制集電極與發(fā)射極的導(dǎo)通與斷開(kāi)。
2）特點(diǎn)：繼電器型輸出的PLC可帶交直流負(fù)載，驅(qū)動(dòng)電流大，響應(yīng)速度慢。而晶體管輸出型PLC驅(qū)動(dòng)電流小，頻率高，壽命長(zhǎng)，適用于控制伺服控制器、固態(tài)繼電器等要求頻率高、壽命長(zhǎng)的應(yīng)用場(chǎng)合。其各自的特點(diǎn)與區(qū)別見(jiàn)表1。
3 電磁閥的工作原理及其主要特點(diǎn)
電磁閥則是工業(yè)控制中常用的電氣執(zhí)行裝置，它由電磁鐵和閥體組成。電磁鐵則是電磁閥的主要部件。利用電磁原理將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成閥芯的位移，以改變管路的通斷狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)所要控制的目的。按使用電源不同，一般分交流電磁閥和直流電磁閥。直流型電磁閥驅(qū)動(dòng)電流小，吸合速度快，使用方便，但噪聲大，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱燒毀現(xiàn)象。
4 PLC驅(qū)動(dòng)電磁閥類型的匹配選擇
使用PLC驅(qū)動(dòng)電磁閥，首先要考慮PLC的輸出參數(shù)與電磁閥的輸入?yún)?shù)的匹配。只有匹配后才可以考慮采用PLC直接驅(qū)動(dòng)，不然就要通過(guò)中間繼電器間接控制。作為晶體管輸出型PLC，它只能帶直流負(fù)載，直流電磁閥在不超出PLC最大輸出驅(qū)動(dòng)負(fù)載的前提下則可以考慮直接驅(qū)動(dòng)。假如直流電磁閥的功率超出了PLC的承受極限，那么就要選擇合適的中間繼電器作間接地控制電磁閥。一樣，繼電器輸出型PLC可以直接驅(qū)動(dòng)不超過(guò)自身承受極限的交、直流電磁閥，不然也要用繼電器間接控制。因此，選擇用PLC驅(qū)動(dòng)電磁閥，關(guān)鍵就是考慮是否匹配的問(wèn)題。
5 PLC輸出驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)值得注意的問(wèn)題
根據(jù)PLC輸出參數(shù)與電磁閥輸入?yún)?shù)，則可設(shè)計(jì)PLC控制電磁閥的方式。為降低PLC輸出口與電磁閥的故障率，保證控制的安全性與可靠性，還應(yīng)注意考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：①要并聯(lián)續(xù)流二極管或采用阻容吸收回路。感性負(fù)載在得失電的瞬間，由于通過(guò)電感的電流不可突變，將產(chǎn)生一個(gè)瞬間的高電壓作用在繼電器的2個(gè)觸點(diǎn)之間或晶體管上，容易造成繼電器觸點(diǎn)金屬遷移和氧化，出現(xiàn)接觸電阻變大、接觸不良、觸點(diǎn)粘接和晶體管損壞的現(xiàn)象。所以當(dāng)PLC驅(qū)動(dòng)直流回路的感性負(fù)載時(shí)（繼電器型、晶體管型都是如此）應(yīng)在負(fù)載兩端并聯(lián)接人續(xù)流二極管吸收保護(hù)電路；若驅(qū)動(dòng)交流回路的感性負(fù)載時(shí)，用戶電路需并聯(lián)RC浪涌吸收電路，以保護(hù)PLC的輸出觸點(diǎn)（見(jiàn)圖2）。②設(shè)置熔斷器防止短路。由于負(fù)載短路產(chǎn)生的大電流也會(huì)對(duì)PLC的輸出觸點(diǎn)造成損壞，所以為有效防止負(fù)載短路等故障引起的大電流燒壞PLC，需要配置適合各負(fù)載的熔斷器。③盡量采用低電壓小電流的中間繼電器間接控制。對(duì)于PLC可以直接驅(qū)動(dòng)的電磁閥，也可用低電壓小電流的中間繼電器實(shí)行間接控制電磁閥，這可通過(guò)減小瞬間高電壓值減小損壞PLC輸出點(diǎn)的可能性，還能方便電路的設(shè)計(jì)與故障的排查。④需要保證負(fù)載電壓的穩(wěn)定性。采用隔離變壓器、開(kāi)關(guān)電源時(shí)，要保證電磁閥所需交直流供電電壓的穩(wěn)定性，因這也可以提高PLC與電磁閥工作的穩(wěn)定性與安全性。
6 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，設(shè)計(jì)PLC驅(qū)動(dòng)電磁閥電路時(shí)，一要保證選型匹配，便于實(shí)現(xiàn)控制，二要保證控制的安全、穩(wěn)定性。從上述對(duì)PLC與電磁閥的工作原理、特性的分析，明顯可以看出匹配性是關(guān)鍵。另外，設(shè)有中間繼電器的若是感性負(fù)載，內(nèi)部保護(hù)電路要設(shè)置并聯(lián)續(xù)流二極管或阻容吸收回路，以防止瞬間高壓擊毀PLC或中間繼
PLC是一種可編程控制器，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。它具有體積小、編程簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)，是工業(yè)自動(dòng)化控制的核心部件。當(dāng)用來(lái)驅(qū)動(dòng)電磁閥時(shí)，其由電磁閥用電磁鐵操縱閥芯移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)所要控制的目標(biāo)，也就是所謂常見(jiàn)的工業(yè)控制對(duì)象。由于PLC輸出類型與參數(shù)不同，加上電磁閥的種類也繁多，設(shè)計(jì)PLC驅(qū)動(dòng)電磁閥電路時(shí)，就要合理選型匹配控。在此就它們的工作原理和特點(diǎn)進(jìn)行比較分析，以便于選型應(yīng)用在工程實(shí)際控制。
2 PLC輸出工作原理及其特點(diǎn)
1）分類與原理：PLC按輸出類型不同，分為繼電器輸出型與晶體管輸出型。繼電器輸出型PLC輸出部分采用的是繼電器，是一種有觸點(diǎn)的機(jī)電元件，最常用的就是電磁式繼電器。該繼電器線圈通電時(shí)，產(chǎn)生電磁力，使銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。線圈斷電后，電磁的吸力消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力作用下返回原位，使動(dòng)觸點(diǎn)與原靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。晶體管輸出型PLC輸出部分采用的是晶體管，它是一種無(wú)觸點(diǎn)的電子元件，通過(guò)基極電流來(lái)控制集電極與發(fā)射極的導(dǎo)通與斷開(kāi)。
2）特點(diǎn)：繼電器型輸出的PLC可帶交直流負(fù)載，驅(qū)動(dòng)電流大，響應(yīng)速度慢。而晶體管輸出型PLC驅(qū)動(dòng)電流小，頻率高，壽命長(zhǎng)，適用于控制伺服控制器、固態(tài)繼電器等要求頻率高、壽命長(zhǎng)的應(yīng)用場(chǎng)合。其各自的特點(diǎn)與區(qū)別見(jiàn)表1。
3 電磁閥的工作原理及其主要特點(diǎn)
電磁閥則是工業(yè)控制中常用的電氣執(zhí)行裝置，它由電磁鐵和閥體組成。電磁鐵則是電磁閥的主要部件。利用電磁原理將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成閥芯的位移，以改變管路的通斷狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)所要控制的目的。按使用電源不同，一般分交流電磁閥和直流電磁閥。直流型電磁閥驅(qū)動(dòng)電流小，吸合速度快，使用方便，但噪聲大，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱燒毀現(xiàn)象。
4 PLC驅(qū)動(dòng)電磁閥類型的匹配選擇
使用PLC驅(qū)動(dòng)電磁閥，首先要考慮PLC的輸出參數(shù)與電磁閥的輸入?yún)?shù)的匹配。只有匹配后才可以考慮采用PLC直接驅(qū)動(dòng)，不然就要通過(guò)中間繼電器間接控制。作為晶體管輸出型PLC，它只能帶直流負(fù)載，直流電磁閥在不超出PLC最大輸出驅(qū)動(dòng)負(fù)載的前提下則可以考慮直接驅(qū)動(dòng)。假如直流電磁閥的功率超出了PLC的承受極限，那么就要選擇合適的中間繼電器作間接地控制電磁閥。一樣，繼電器輸出型PLC可以直接驅(qū)動(dòng)不超過(guò)自身承受極限的交、直流電磁閥，不然也要用繼電器間接控制。因此，選擇用PLC驅(qū)動(dòng)電磁閥，關(guān)鍵就是考慮是否匹配的問(wèn)題。
5 PLC輸出驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)值得注意的問(wèn)題
根據(jù)PLC輸出參數(shù)與電磁閥輸入?yún)?shù)，則可設(shè)計(jì)PLC控制電磁閥的方式。為降低PLC輸出口與電磁閥的故障率，保證控制的安全性與可靠性，還應(yīng)注意考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：①要并聯(lián)續(xù)流二極管或采用阻容吸收回路。感性負(fù)載在得失電的瞬間，由于通過(guò)電感的電流不可突變，將產(chǎn)生一個(gè)瞬間的高電壓作用在繼電器的2個(gè)觸點(diǎn)之間或晶體管上，容易造成繼電器觸點(diǎn)金屬遷移和氧化，出現(xiàn)接觸電阻變大、接觸不良、觸點(diǎn)粘接和晶體管損壞的現(xiàn)象。所以當(dāng)PLC驅(qū)動(dòng)直流回路的感性負(fù)載時(shí)（繼電器型、晶體管型都是如此）應(yīng)在負(fù)載兩端并聯(lián)接人續(xù)流二極管吸收保護(hù)電路；若驅(qū)動(dòng)交流回路的感性負(fù)載時(shí)，用戶電路需并聯(lián)RC浪涌吸收電路，以保護(hù)PLC的輸出觸點(diǎn)（見(jiàn)圖2）。②設(shè)置熔斷器防止短路。由于負(fù)載短路產(chǎn)生的大電流也會(huì)對(duì)PLC的輸出觸點(diǎn)造成損壞，所以為有效防止負(fù)載短路等故障引起的大電流燒壞PLC，需要配置適合各負(fù)載的熔斷器。③盡量采用低電壓小電流的中間繼電器間接控制。對(duì)于PLC可以直接驅(qū)動(dòng)的電磁閥，也可用低電壓小電流的中間繼電器實(shí)行間接控制電磁閥，這可通過(guò)減小瞬間高電壓值減小損壞PLC輸出點(diǎn)的可能性，還能方便電路的設(shè)計(jì)與故障的排查。④需要保證負(fù)載電壓的穩(wěn)定性。采用隔離變壓器、開(kāi)關(guān)電源時(shí)，要保證電磁閥所需交直流供電電壓的穩(wěn)定性，因這也可以提高PLC與電磁閥工作的穩(wěn)定性與安全性。
6 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，設(shè)計(jì)PLC驅(qū)動(dòng)電磁閥電路時(shí)，一要保證選型匹配，便于實(shí)現(xiàn)控制，二要保證控制的安全、穩(wěn)定性。從上述對(duì)PLC與電磁閥的工作原理、特性的分析，明顯可以看出匹配性是關(guān)鍵。另外，設(shè)有中間繼電器的若是感性負(fù)載，內(nèi)部保護(hù)電路要設(shè)置并聯(lián)續(xù)流二極管或阻容吸收回路，以防止瞬間高壓擊毀PLC或中間繼
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