plc控制系统输出回路的优化措施

有关plc控制系统输出回路的优化措施，如何减少输出点数，包括矩阵输出、分组输出与并联输出，输出设备的多功能化，提高PLC输出可靠性的措施等。

plc控制系统输出回路

1、减少输出点数的措施

(1)矩阵输出

图1中采用8个输出继电器组成4×4矩阵，可接16个输出设备(负载)。要使某个负载接通工作，只要控制它所在的行与列对应的输出继电器接通即可。例如：要使负载KM1得电工作，必须控制Y10和Y14输出接通。

当只有某一行对应的输出继电器接通时，各列对应的输出继电器才可任意接通，或者当只有某一列对应的输出继电器接通时，各行对应的输出继电器才可任意接通，否则将会错误接通负载。

因此，采用矩阵输出时，必须将同一时间段接通的负载安排在同一行或同一列中，否则无法控制。

(2)分组输出

若两组输出设备或负载不会同时工作，可通过外部转换开关或通过受plc控制的继电器触点进行切换，所以PLC的每个输出点可以控制两个不同时工作的负载。

如图2所示，KM1、KM3、KM5与KM2、KM4、KM6两组触点不会同时接通，可用转换开关SA进行切换。

(3)并联输出

两个通断状态完全相同的负载可并联后共用PLC的一个输出点，但要注意PLC输出点同时驱动多个负载时，应考虑PLC输出点的驱动能力是否满足要求。

图1 矩阵输出

图2 分组输出

2、输出设备的多功能化

利用PLC的逻辑处理功能，一个输出设备可实现多种用途。例如在继电器控制系统中一个指示灯指示一种状态，而在PLC系统中很容易实现用一个输出点控制指示灯的常亮和闪烁，这样一个指示灯就可指示两种状态，既节省了指示灯，又减少了输出点数。对于系统中某些相对独立、比较简单的控制部分，可直接采用PLC外部硬件电路实现控制。

3、提高plc输出可靠性的措施

继电器输出型PLC模块的触点工作电压范围宽，导通压降小，与晶体管型和双向可控硅型模块相比，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但是动作速度较慢。当系统输出量变化不是很频繁时，一般选用继电器型输出模块。如用PLC输出模块直接驱动交流接触器，应将额定电压为AC 380V的交流接触器的线圈换成220V的。

如果负载要求的输出功率超过PLC输出模块的允许值，应设置外部继电器。PLC输出模块内的小型继电器的触点容量小(一般为2A)，断弧能力差，不能直接用于DC 220V的负载电路中。断开直流负载要求用较大容量的继电器触点，接通同一直流负载可用容量较小的触点。

选择外接继电器的型号时，应仔细分析是用PLC来控制接通外部负载还是断开外部负载。

例如。DC 220V电磁阀内有与其线圈串联的限位开关常闭触点，电磁阀线圈通电，阀芯动作后，是用阀内的触点来断开电路的。

这种情况下，可选用触点容量较小的小型继电器来转接PLC的输出信号。

当现场的信号准确地输入给PLC后，PLC执行程序，并通过执行机构对现场装置进行调节、控制。

为保证执行机构按控制要求工作，可采取以下措施：当负载由接触器控制时，启动或停止这类负载转为对接触器线圈控制，启动时接触器是否可靠吸合，停止时接触器是否可靠释放，这是所关心的。可设计图3(a)所示的程序来判断接触器是否可靠动作。X0为接触器动作条件，Y0为控制线圈输出，X1为引回到PLC输入端的接触器辅助常开触点，定时器的定时时间大于接触器动作时间。R0为设定的故障位，R0为ON表示有故障，应作报警处理；R0为OFF表示无故障。故障具有记忆功能，由故障复位按钮清除。

图3 执行单元故障记录梯形图

当开启或关闭电动阀门时，根据阀门开启、关闭时间的不同，设置延时时间，经过延时检测开到位或关到位信号。如果这些信号不能按时准确返回给PLC，说明阀可能有故障，应作阀故障报警处理。程序设计如图3(b)所示。X2为阀门开启条件，Y1为控制阀动作输出，定时器的定时时间大于阀开启到位的时间，X3为阀到位返回信号，R1为阀故障位。

在系统功能表上，有时并不出现对互锁及互锁功能的具体描述，但为了提高系统的可靠性，在硬件设计和软件编制中必须加以考虑，并应互相配合。

因为单纯在PLC内部逻辑上的连锁和互锁，往往在外电路发生故障时就失去了作用。

例如，对电机正反转接触器的互锁，仅在梯形图中用软件来实现是不够的，因为对大功率电机，有时会出现因接触器主触点“烧死”而在线圈断电后主电路仍不断开的故障。这时，其输出点的定义号是失电的，常闭触点闭合，如给出反转控制命令，则反转接触器就会通电而造成三相电源短路事故。

解决这一问题的办法是将这两个接触器的常开辅助触点作为输入点引入PLC的输入端，在软件中把这两个输入点定义号以常闭方式串入对方的输出线圈中，同时用硬接线将两个接触器的常闭辅助触点互相串接在对方的线圈控制回路中，实现硬件的互锁，这样就起到了较完善的保护作用，如图4所示。

图4 电机正反转的控制图

在图4(b)中，SB1为电机正转启动按钮，SB2为反转启动按钮，SB3为停止按钮。

在图4(c)中，设置了“按钮连锁”，即将反转启动按钮控制的X401的常闭触点与正转输出继电器Y430的线圈串联，将正转启动按钮控制的X400的常闭触点与控制反转的Y431的线圈串联，以保证Y430和Y431不会同时处于“1”状态。这种“按钮连锁”大大方便了操作。

例如，设Y430接通，电机正转，这时如想改为反转运行，可以不按停止按钮SB3，而直接按反转启动按钮SB2。X401变为“1”状态，它的常闭触点断开，使Y430线圈失电，同时它的常开触点接通，使Y431线圈接通，电机由正转变为反转。

当plc的输出驱动负载为电磁阀和交流接触器之类的元件时，可在输出端与驱动元件之间增加固态继电器(ac-ssr)进行隔离，其电路如图5所示。

图5 电磁阀及交流接触器的驱动电路

从图5可知，从plc输出的控制信号经晶体管放大后驱动AC-SSR，AC-SSR的输出经驱动元件连接AC 220V电压。

RH为金属氧化物压敏电阻，用于保护AC-SSR，其电压在标称值以下时，RH的阻值很大，当超过标称值时阻值很小，在电压断开的瞬间正好可以吸收线圈存储的能量。