PMC输出电路设计与优化

1.基本说明

CNC控制系统的PMC输出大多数用于接触器、继电器、制动器、电磁阀线圈和指示灯的通断控制。

PMC的输出主要有晶体管（或场效应管）输出、继电器触点输出、双向晶闸管输出3类。CNC集成式PMC的I/O单元输入/输出点数通常较多，为了减小体积、降低成本，它一般采用晶体管输出；外置式PLC或分布式I/O单元可以根据需要选配继电器触点输出、双向晶闸管输出模块。

晶体管输出具有延迟时间短、处理速度快、使用寿命长等特点，而且它和其他控制装置进行电子信号连接较为方便，故适合CNC控制系统。但是，晶体管输出只能用于直流负载驱动，且其驱动能力一般较小，因此，一般只能直接驱动电流较小的接触器、继电器、指示灯等负载；对于电流较大的制动器、电磁阀等负载驱动，需要使用中间继电器。

继电器触点输出的优点是交/直流通用、驱动能力强、使用较灵活，故在通用PLC上使用较普遍。但是，由于继电器触点存在接触电阻和压降，因此，一般不能用于DC12V/3mA以下的小电流、低电压电子信号驱动；此外，它用于驱动开关频率高的感性负载时，其触点使用寿命也将下降。

双向晶闸管输出也是一种交/直流通用的驱动形式，与继电器输出相比，它可减少输出延迟时间、延长使用寿命，故多用于开关频率高的交流感性负载驱动。

为了提高系统的抗干扰能力和可靠性，PMC的输出接口电路通常也采用光耦隔离措施，部分I/O模块还带有输出过电流保护电路。由于输出负载的驱动电流一般较大，因此，其负载驱动电源一般需要外部提供。

以上三种输出形式的接口电路原理和外部连接要求分别如下。

2.晶体管输出

晶体管输出是CNC控制系统最常用的PMC输出方式，其常用形式有图5.2-12所示的NPN集电极开路输出和PNP集电极开路输出2种。

图5.2-12a为NPN集电极开路输出的接口原理和外部连接图，PMC输出ON时，晶体管饱和导通，输出端与公共端M接通，外部电源可通过负载、输出晶体管、输出公共端M构成回路。而在PMC输出OFF时，输出晶体管截止，负载无驱动电流。

图5.2-12b为PNP集电极开路输出的接口原理和外部连接图，PMC输出ON时，晶体管饱和导通，输出端与电源公共端L+接通，外部电源可电源公共端、输出晶体管、负载构成回路。而在PMC输出OFF时，输出晶体管同样截止，负载无驱动电流。

以上两种晶体管输出形式的区别是：NPN集电极开路输出以0V作为输出公共端，PNP集电极开路输出以24V作为输出公共端，其余性能相同。

晶体管输出的负载驱动能力一般小于继电器输出，允许的负载电压一般为DC5～30V，驱动电流为0.1～0.5A。当晶体管输出用于驱动感性负载时，为了防止过电压冲击，应在负载两端加过电压抑制（续流）二极管；但在这种情况下应特别注意二极管的极性，防止极性错误引起的输出短路。(www.xing528.com)

3.继电器触点输出

继电器输出是通用型PLC的常用输出形式，在CNC控制系统中常用于外置式PMC或分布式I/O，继电器输出可用于交/直流负载驱动，其驱动能力一般为AC250V/DC50V、2A，输出连接电路如图5.2-13所示。

图5.2-12 晶体管输出与外部的连接

图5.2-13 继电器输出连接

继电器输出有触点使用寿命的限制，在开关频率高、负荷重或承受冲击电流时，触点的使用寿命将显著降低，因此，通常不宜用来直接驱动电磁阀、制动器等大电流负载。此外，继电器输出的响应时间一般需要10ms左右，而且存在接触电阻，故也不宜用于DC12V/3mA以下的小电流、低电压电子信号。

继电器输出的负载连接较自由，对电压的类型、极性无特殊要求。在连接感性负载时，为了延长触点使用寿命，直流负载一般需要在负载两端加过电压抑制二极管；交流负载一般需要在负载两端加RC抑制器。

4.双向晶闸管输出

双向晶闸管输出一般用于外置式PMC，它可实现无触点通/断控制，其输出响应速度也比继电器触点快。双向晶闸管输出的电路原理与连接方法如图5.2-14所示。

图5.2-14 双向晶闸管输出连接

双向晶闸管输出驱动能力一般为AC85～242V、0.5A，由于输出晶闸管的两端通常并联有0.015μF/22Ω左右的RC抑制器，因此，在PMC输出OFF时仍然有1～2mA的漏电流，故如果用它来驱动微型继电器等负载，可能产生会出现输出无法正常关断的现象。