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5 0 2 0 1 2年 6月 中国制造业信息化第 4 1卷第 1 1 期 P L C驱 动 电磁 阀方案 的确定 谢 宝智 常州轻工职业技术学院 机械工程系 ， 江苏 常州2 1 3 1 6 4 摘要 分析了P L C输出和电磁阀的工作原理及特点， 根据 P L C的输出参数与电磁阀的输入要求， 提 出P L C驱动 电磁阀的 2种方案和 4种提 高电路 安全性及稳 定性 的措施 。通过 贴片机 P L C驱 动电磁 阀工程实例 ， 论述在具体应用中如何综合选择控制方案。 关键词 可编程控制器； 电磁阀； 继电器； 晶体管 中图分类号 T P 2 1 1 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 21 6 1 6 2 0 1 2 1 1 0 0 5 0 0 3 可编程控制器 P L C 作为一种通用 的工业 自 动化装 置 ， 具有体积小 、 编程简单 、 抗干扰能力强 、 可靠性高等特点， 是工业控制的核心⋯ 1 。电磁阀 用电磁铁操纵阀芯移动 ， 配合不同的电路来实现预 期的控制 ， 是常见 的工业控 制对象。在 实际应用 中， 因 P L C输出类型与参数不 同， 电磁 阀的种类众 多 ， 如何确定 P L C控制电磁阀的方案 ， 进行合理有 效的控制 ， 存在一定的难度 。本文将从工作原理出 发 ， 结合工程实例 ， 对 P L C控制电磁 阀需要考虑的 因素进行深入全面的分析 ， 归纳总结 出通用的方法 和步骤 。 ‘ 1 P L C输出工作原理、 分类及特点 P L C根据输 出类 型不同 ， 分 为继 电器 输出型 与晶体管输 出型。如图 1所示_ 2 j ， 继 电器 输 出型 P L C输出部分采用 的是继 电器 ， 它是一种 有触点 的机电元件 ， 最常用的是电磁式继电器。电磁式继 电器当线 圈通电时 ， 产生 电磁力 ， 使衔铁 的动触点 与静触点 常开触点 吸合。线圈断电后 ， 电磁的吸 力消失 ， 衔铁就会在弹簧的反作用力作用下返 回原 来 的位置 ， 使动触点与原来 的静触点 常闭触点 吸 合 。晶体 管输 出型 P L C输 出部 分采用 的是 晶体 管 ， 它是一种无触点的 电子元件 ， 通过基极 电流来 控制集 电极与发射极的导通与断开E 3 J 。 因此 ， 继电器型输 出的 P L C可带交直流负载， 驱动电流大， 响应速度慢。晶体管输出型的 P L C 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。 表 1 j 是 信 捷 X C系 列 P L C2 种输 出类 型 的性 能 b晶体管型 图 1 信捷 X C系列 P L C输 出原理 参数对 比表 ， 从表中可以明显看 出 2种输 出类型的 特点与区别 。 表 1 信捷 X C系列 P L C输出性能参数表 继 电器型 晶体管型 外部电源 AC 2 5 O V． DC 3 0 V以下 DC 5 ～3 O V 电路绝缘 机 械绝缘 光耦绝缘 动作指示 L E D指示灯 L ED指示灯 最大 阻性负载 3 ． 0 A 0 ． 8 A 感性负载 8 0 VA 1 2 W ／ I 4 V 负载 灯负载 1 0 0 W 1 ． 5 W／ r 4 V 最小负载 DC 5 V 2 mA V 2 mA 响应 0 0N 1 0 r r k s 0 ． 2 ms以下 时间 0N } 0F F 1 0 ms 0 ． 2 ms以下 、 收稿 日期 2 0 1 1 0 8 1 1 作者简介 谢宝智 1 9 7 5 一 ， 男 ， 江苏扬 州人 ， 常州轻工职业技术学院讲师 ， 硕士 ， 主要研究方 向为 C A D／C AM 及计算机集 成制造 系统 。 ] 引引 ] 智能控制技术 谢宝智P L C驱动电磁阀方案的确定 5 1 2 电磁 阀工作原理 、 分 类与特 点 电磁阀是 自动化生产设备中常用的电气执行装 置 ， 由电磁铁和阀体组成 。电磁铁是 电磁阀的主要 部件， 它利用电磁原理将电信号转换成阀芯的位移， 从而改变管路的通断状态， 实现不同的控制要求。 根据电磁铁使用的电源不 同， 一般可分为交流 电磁 阀和直流电磁阀。相对于直流型电磁阀 ， 交流 电磁 阀驱动电流小 ， 吸合速度快 ， 使用方便 ， 但噪声 大 ， 发生意外时易发热烧毁 。 3 确定驱动方案 P L C控制电磁 阀， 首先要考虑 P L C的输 出参 数与电磁阀的输入参数 是否匹配 。如果匹配才可 以考虑采用 P L C直接驱动 ， 否则就必须通过 中间 继电器间接控制 。 晶体管输 出型 P L C只能带直流负载 ， 直流 电 磁阀在不超 出 P L C最大输出驱动负载 的前提下可 以考 虑直 接驱 动。若 直 流 电磁 阀的功率 超 出 了 P L C的承受极 限， 就需要选择合适 的 中间继 电器 来间接地控 制 电磁 阀。同理 ， 继 电器输 出型 P L C 可以直接驱动不超过 自身承受极限的交 、 直流电磁 阀 ， 否则就需要用继 电器间接控制。 4 使用中的注意事项 根据 P L C输 出参数 与电磁 阀输 入参 数 ， 确定 P L C控制电磁阀方案之后 ， 为降低 P L C输 出 口与 电磁阀的故障率 ， 保证控制的安全性 与可靠性 ， 需 要注意 以下 4个方面 a ． 并联续流二极管或阻容吸收回路 。 感性负载在得失电的瞬间 ， 由于通过电感的电 流不可突变 ， 将产生一个瞬间的高电压作用在继 电 器的 2 个触点之间或晶体管上 ， 容易造成继电器触 点金属迁移和氧化 ， 出现接触 电阻变大 、 接触不 良、 触点粘接和晶体管损坏的现象_3 J 。 因此 当 P L C驱动直流 回路 的感性负载时 不 管是继电器型还是晶体管型 应在负载两端并联接 人续流二极管吸收保护电路 ； 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 P L C的输出触点 ， 如图 2所示_ 2 J 。 b ． 防止短路的熔断器 。 由于负载短路产生的大电流也会对 P L C的输 出触点造成损坏， 因此为防止负载短路等故障引起 的大电流烧坏 P L C， 需要选用适合各负载的熔断器。 C ． 采用低电压小 电流的中间继 电器间接控制。 对于 P L C可以直接驱动的电磁阀， 也可以用低 电压小电流的中间继电器来间接控制电磁阀， 这不仅 可以通过减小瞬间高电压值减小损坏 P L C输出点的 可能性， 而且还能方便电路的设计与故障的排查。 浪 涌 吸 收 器 b 交流回路感性负载 图 2 冲击 电压保护 电路 d ． 保证负载电压的稳定。 采用隔离变压器、 开关电源保证电磁阀所需交 直流供 电电压 的稳定 ， 也可 以提 高 P L C与电磁 阀 工作的稳定性与安全性。 5 工程实例 某型号贴 片机需要控制多个步进 电机与电磁 阀实现 自动贴片过程 ， 综合 比较多种控制方案的优 缺点 ， 最后采用信捷 X C M 运动控制型 P L C实现 自 动控制功能。其中 P L C控制步进 电机移动贴片头 到达指定的位置， 电磁阀控制真空发生器完成取片 与放片动作。根据系统的输入输出要求选用的是 X C M 一6 0 T型 P L C、 S MC M 3 3 2 V 一5 GM5型 电 磁阀。 查相关手册可知 X C M 一6 0 T型 P L C是晶体 管输 出 型， 可直 接 驱动 的最 大 感性 负 载功 率 为 1 2 W ， 电压为 DC 2 4 V； 电磁 阀是直流型 DC 2 4 V， 功 率 4 WE 。根据以上 P L C驱动 电磁 阀的分析方法 与结论 ， P L C控制电磁阀常采用 的方案有 2种 一 种是 P L C直接驱动电磁 阀， 但 是需要隔离变压器 与开关 电源供电， 并联续流二极管进行冲击电压保 护， 串联熔断器进行短路保护 ； 另一种是 P L C加 中 间继电器间接驱动电磁阀。第一种方案 ， 只适用于 驱动 P L C负载范围内的电磁 阀； 第 二种方案 的适 用范围更广 ， 可 以通过不同类型的继 电器来控制不 同电压不同功率 的电磁阀。为 了防止 P L C的输 出 点被烧毁 ， 方便控制电路的设计 ， 简化硬件接线 ， 采 用 的是第二种间接驱动方案。这一方案虽然增加 1 电磁式继 电器 ， 但成本仅提高 5 ％， 有效保护 了 5 2 2 0 1 2年 6月 中国制造业信息化第 4 1卷第 1 1 期 P L C的安全使用 ， 2年多来没有 出现一次故障 ， 实 践证明是合理可行的。 6 结 束 语 在考虑 P L C驱动电磁阀方案时 ， 首先是要能实 现控制 ， 其次是保证控制的安全 l生。通过对 P L C与 电磁阀的工作原理和类型的分析 ， 总结出 P L C控制 电磁阀的 2种常见方案 ， 给工程技术人员提供了参 考与借鉴， 具有一定的理论与实用价值 。需要注意 的是中间继电器也是感性负载， 若内部没有并联续 流二极管或阻容吸收回路 ， 也需要增加 防止瞬间高 压 的安全电路， 以免由于中问继电器的损坏造成设 备故障。为避免过多的硬件接线并提高可靠性 ， 应 尽量选用 自带保护电路的中间继电器。 参考文献 [ 1 ] 黎伟 ．一种基于 P L C控制 的 自动 混液装置 设计 [ J ] ．科学 技术 与工程 ， 2 0 0 9 ， 9 4 1 0 5 1 1 0 5 7 ． [ 2 ] 信捷科技 电子有 限公 司． 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s o l u t io n f o r e le c t r o ma g n e t ic v a l v e c o n t r o l a n d f o u r w a y s t o imp r o v e s a f e a n d s t a b il it y o f t h e c o n t r o l s y s t e m． T a k i n g a p r a c t i c a l c a s e o f s u r f a c e mo u n t i n g ma c h i n e c o n t r o l s y s t e m ，i t s h o ws d e t a i l a b o u t t h e p r o c e s s o f s e l e c t i n g c o n t r o l s c h e me o f e l e c t r o ma g n e t i c v a l v e c o n t r o l b a s e d o n PL C． Ke y wo r d s PL C； El e c t r o ma g n e t i c Va l v e ； Re l a y； Tr a n s i s t o r 上接第 4 9页 图 9 特征 导入 与特征 自动生成 避免 了传统繁琐的钣金特征建模过程 ， 弥补了钣金 模块中用户 自定义 特征的不足 ， 实现 了知识 的重 用 ， 提高了设计效率 ， 使设计更加规范。 参考文献 [ 1 ] 侯 红亮 ， 余 肖放， 曾元松 ． 国内航 空钣 金装备技术现 状与发展 [ J ] ． 航 空制造技 术， 2 0 0 9 1 3 4 3 5 ． [ 2 ] 何 宝兴 ， 郑 国磊， 王 自军 ． 基 于产 品三维模型的工艺几何特征 快速建模方法 [ J ] ． 航空精密制造技术 ， 2 0 0 9 2 5 1 5 4 ． [ 3 ] S e h y u n M， S o o n h u r g H． Kn o wl e d g e b a s e d p a r a me t r i c d e s ig n o f me c h a n i c a l p r o d u c t s b a s e o n c o n f ig u r a t i o n d e s ig n me t h o d[ J ] ． E x p o r t S y s t e m wi t h Ap p l ic a t io n ， 2 0 0 1 2 1 9 9 1 0 7 ．． [ 4 ] 李峰 ， 周雄辉 ， 阮雪榆 ． 钣金零件 的特征设计 [ J ] ． 机械科 学 与技术 ， 1 9 9 9 ， 1 8 2 3 4 23 4 4 ． [ 5 ] 陈营． 基 于 P r o ／ E的机械零件参数化特征库的研究 [ D] ． 济 南 山东大学 ， 2 0 0 7 ． [ 6 ] 钟毅芳 ， 周济 ． 特征技术 [ J ] ． 工程设计 ， 1 9 9 6 3 4 5 ． [ 7 ] 刘 闯． 面向飞机钣金数字化制造 的知识重用方法研 究与应 用[ D] ． 西安 西北工业 大学， 2 0 0 7 ． [ 8 ] 秦海峰 ， 王强 ， 黄翔 ． 基于特 征与知识 的航 空钣 金快速设 计系统的研究 与开发 [ J ] ． 机械制造 与 自动 化， 2 0 1 0， 3 9 4 1 3 1 6． 1 9 j S i t a r a ma n S ，Ki n z e l G，AI t a n T．A k n o wle d g e b a s e d s y s t e m f o r Pr o c e s s s e q u e n c e d esi gn i n s y mme t r i c s h e e t me t a l f or m i n g [ J ] ． Ma t e r P r o c e s s Te c h n o l o g y ， 1 9 9 1 2 5 2 4 7 2 7 1 ． [ 1 0 ]胡挺 ， 吴立军 ． C A TI A二 次开发 基础 [ M] ． 北京 电子工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． Re s e a r c h o n Fe a t u r e Au t o ma t i c M o d e l i n g o f Ai r c r a f t S h e e t M e t a l J I J i n g j i n g ， L I A O We n h e ， G UO Yu ， Y A N C h o n g i i n g Na n j i n g Un i v e r s i t y o f Ae r o n a u t i c s a n d As t r o n a u t i c s ， J i a n g s u Na n j i n g ， 2 1 0 0 1 6 ，C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o r e a l i z e t h e a u t o ma t i c d e s i g n o f a i r c r a f t s h e e t me t a l p r o c e s s g e o me t r y f e a t u r e ．i t a n a l y z e s t h e t r a d i t i o n a l a i r c r a f t s h e e t me t a l f e a t u r e mo d e l i n g t e c h n o l o g y，p r o p o s e s a n a i r c r a f t s h e e t me t a l f e a t u r e a u t o ma t i c mo d e l i n g t e c h n o l o g y b a s e d o n k n o wl e d g e a n d f e a t u r e d e s i g n ．Th i s mo d e l c a n r e a l i z e a u t o ma t i c g e n e r a t l o n o f s h e e t me t a l g e o me t r i c f e a t u r e ，g r e a t l y i mp r o v e a i r c r a f t d e s i g n e f f i c i e n c y ． Ke y wo r d s Ai r c r a f t S h e e t Me t a l F e a t u r e ； Pa r a me t r i c Mo d e l i n g； Ai r c r a f t S h e e t Me t a l F e a t u r e Li b r a r v