深入理解PLC接线--晶体管、晶闸管、继电器和光电隔离

热控圈2020-12-12 15:17:51

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深入理解PLC接线--晶体管、晶闸管、继电器和光电隔离


我们经常遇到DCSPLC开关量通道的信号输入输出,其内部电路都是通过晶体管、晶闸管、继电器和光电隔离实现。本文对这些器件进行分析,使大家查看设备说明书时能有更深入的理解。

本文部分内容从理论分析方面不是很严谨,这些分析是本人自身的一些理解,目的仅是为了使大家易于理解实际接线原则,希望能对大家有所帮助。

先举两个例子:

1)三菱产品手册中的三菱PLC输入电路:



2)三菱PLC输出电路:


 



下面逐项进行展开分析:

1、三极管

三极管具有电流放大作用、开关作用。



上图中CBE分别叫做三极管的集电极、基极、发射极,Ib为基极电流,Ice为集电极电流。下文的 Vbe 为基极电压,β为三极管电流放大倍数。  

下图说明三极管特性分为三个区域:截止区、放大区、饱和区。



截至区:Vbe<0.7V时,β=0,IceIb无关,

Ice=0

放大区:0.7V <Vbe<0.7V+时,IceIb线性增大,

Ice=βx Ib     

饱和区:Vbe> 0.7V+时,IceIb无关,

Ice=I0          ---- I0Ice最大数值,决定于具体电路

放大区用于模拟信号的处理,主要是声音、图像及其他模拟信号的处理,对于我们工控行业,我们使用截止区和饱和区的性能,也就是三极管的开关作用。对于具有开关作用的三极管,具有如下特性(放大区“萎缩”了):



输入低于某一电压(0.7V),Ice为零无输出,三极管处于截止区;输入高于动作阀值(0.7V+),输出Ice达到最大值为饱和状态,三极管处于饱和区。

下图左侧图中输入低于某一电压,Ice为零,CE间接近电源电压,负载RLD分压为零,电路无输出;输入达到动作阀值,输出Ice达到最大值为饱和状态,CE间接近零电压,负载RLD分压接近电源电压,电路有输出。

下图右侧图中为常规继电器回路,两个回路具有相似的性能。左侧电路也称为固态继电器,无机械触点,动作实时性强(动作速度快)。右侧为常规继电器,动作有机械延时,动作次数有限(触点损坏)。两者在PLC输出通道均有应用。大家注意两侧图中电路端子VccVin以及电阻RLD,有助于理解两者的相似性。



2、晶闸管(可控硅)


AK间加正向电压,GK间加触发电压,晶闸管有条件导通:GK间电压越高,AK间导通电压越低。AK一旦导通,AK间或者GK间电压出现负值才关断,否则一直维持导通。

用作无触点开关的双向晶闸管


栅极(控制极)加正向电压,晶闸管导通。栅极(控制极)加负向电压,晶闸管截止。

开关晶闸管与继电器


晶闸管:G加正向电压,T1-T2导通,G加反向电压,T1-T2截止。

继电器:G加正向电压,T1-T2导通,G电压回零,T1-T2截止。

大家注意两侧图中电路端子T1T2G,有助于理解两者的相似性。。

3、光电耦合


输入的电信号驱动发光二极管(LED),使之发出一定波长的光,被光探测器接收而产生光电流,再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换,从而起到输入、输出、隔离的作用,具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。有了这个电路,强电就不能通过I/O通道串入控制器。

4、三菱产品手册中的三菱PLC开关量输入输出电路:

继电器输出通道:外部电路直流供电、交流供电均可,但要求毫秒级动作的功能不能使用该类通道。


三极管输出通道:外部电路直流供电(负极公共端)

 


晶闸管输出通道:外部电路交流供电



正极公共输入通道:注意光电耦合器件中发光二极管的方向,确定了该类输入通道为正极为公共端。



负极公共端输入通道:注意光电耦合器件中发光二极管的方向,确定了该类输入通道为负极为公共端。



正极公共/负极公共共享输入通道:注意光电耦合器件中发光二极管,确定了该类输入通道为正极公共/负极公共均可使用。


 


区别于上述正极/负极公共端的叫法,PLC开关量输入输出另外一种叫法是源型输入/输出、漏型输入/输出,各个PLC厂家没有进行统一,甚至是相反的叫法,非常容易引起混乱。理解了晶体管、晶闸管、继电器和光电隔离的工作机制,无需区分公共端、源型、漏型,看到手册上内部电路的示意图,就知道如何接线了。这就是理解本文的意义。


编辑:兰陵王

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