任福建

(中原輸油氣分公司，山東 德州 253020)

0 引言

操作簡便的PLC在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)被越來越多地在各行各業(yè)中使用[1]。

但目前從使用中來看，很多人對PLC外部輸入/輸出設(shè)備的使用及分析和PLC繼電器及其觸點(diǎn)的使用及分析還存在一些不足之處，從而給程序編制及分析帶來了不少麻煩。PLC程序中的繼電器又叫“軟繼電器”，從計(jì)算機(jī)概念的角度來講，它們只是PLC存儲器中元件映像寄存器中的存儲單元或存儲位[2]。以輔助繼電器為例，如果其對應(yīng)的存儲單元或存儲位為0狀態(tài)，那么梯形圖中其對應(yīng)的線圈“斷電”，線圈的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合，稱該輔助繼電器為0狀態(tài)，或稱該輔助繼電器為 OFF(斷開)。其對應(yīng)的存儲單元如果為1狀態(tài)，那么梯形圖中其對應(yīng)的線圈“得電”，線圈的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，稱該輔助繼電器為1狀態(tài)，或稱該輔助繼電器為ON(閉合)[3]。本文借助電機(jī)起停自鎖控制電路[4]對PLC繼電器及其觸點(diǎn)的使用進(jìn)行了詳細(xì)分析，希望能給讀者一個清楚的說明。

為了更好地分析與理解PLC程序處理輸入、輸出信號的過程，拋開I/O定義、地址分配、梯形圖編制、程序調(diào)試等過程，簡單直接的透視外部設(shè)備與程序的關(guān)系。

分析PLC控制及其繼電器觸點(diǎn)的使用問題，首先要處理好現(xiàn)實(shí)與虛擬的關(guān)系問題，也就是硬件方面與軟件方面是如何銜接的問題。現(xiàn)實(shí)即實(shí)際的外部設(shè)備及連接到PLC模塊端子的線路，虛擬即PLC內(nèi)部不以物理實(shí)體存在的“軟繼電器”，而是僅存在于程序中的符號標(biāo)志[5]。再從硬件方面來看，PLC外部設(shè)備配置是可變的;從軟件方面來看，PLC程序也是可編輯、可修改的。

本文通過對一個常見的電機(jī)起停自鎖控制電路及其梯形圖程序進(jìn)行詳細(xì)分析，進(jìn)而解釋了在PLC中繼電器及其常開、常閉觸點(diǎn)是如何工作的。

1 電機(jī)起停自鎖電路分析

圖1中，與PLC輸入模塊端子 X1連接的按鈕開關(guān)作為“啟動”按鈕，屬常開型觸點(diǎn)，它對應(yīng)到PLC梯形圖程序中的常開觸點(diǎn)X1;與X2連接的作為“停止”按鈕，屬常開型觸點(diǎn)，它對應(yīng)到PLC梯形圖程序中的常閉觸點(diǎn)X2;與PLC輸出模塊端子Y1連接的M1作為電機(jī)控制接觸器線圈，它對應(yīng)到PLC梯形圖程序中的輸出線圈Y1。這種對應(yīng)是因?yàn)殡娐房刂七壿嫷男枰?。在梯形圖程序中，還有另外一個常開觸點(diǎn)是Y1，它是作為輸出線圈Y1的常開觸點(diǎn)?？梢钥吹皆赑LC梯形圖程序中，常閉觸點(diǎn) X2被標(biāo)記，表明程序梯級在此導(dǎo)通，程序梯級在此導(dǎo)通是因?yàn)檫@個觸點(diǎn)處于不被激活的狀態(tài)，即處于常閉的狀態(tài)。其他兩個常開觸點(diǎn)X1、Y1也處于不被激活的狀態(tài)，即處于常開的狀態(tài)，程序梯級在此不導(dǎo)通，所以整個程序梯級不導(dǎo)通。

按住啟動按鈕(啟動按鈕被激活)，見圖2，則輸入端子X1被激活，得電，X1對應(yīng)的 PLC中的虛擬線圈X1得電，則梯形圖程序中線圈X1的常開觸點(diǎn)X1閉合，“電流”通過已經(jīng)導(dǎo)通的常閉觸點(diǎn)X2被送到線圈Y1，線圈Y1得電后，使能與輸出端子Y1連接的接觸器線圈，220伏交流電就被送到電機(jī)上，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動，同時，梯形圖程序中線圈Y1的常開觸點(diǎn)Y1閉合，“電流”就源源不斷的供給線圈 Y1，電機(jī)就持續(xù)轉(zhuǎn)動，這樣電路就實(shí)現(xiàn)了自鎖控制。

圖1 電機(jī)起停自鎖控制電路示意圖及其PLC梯形圖程序

圖2 啟動按鈕被按下(被激活)的電路示意圖及其PLC梯形圖程序

松開啟動按鈕(啟動按鈕未被激活，即保持常態(tài))，見圖3，則輸入端子X1失電，X1對應(yīng)的PLC中的虛擬線圈X1失電，則梯形圖程序中線圈 X1的常開觸點(diǎn) X1斷開，返回常態(tài)，即保持?jǐn)嚅_，但是電機(jī)將一直轉(zhuǎn)，因?yàn)榫€圈Y1關(guān)聯(lián)的常開觸點(diǎn)Y1持續(xù)閉合，從而不斷提供電流給線圈 Y1，保持了線圈 Y1輸出一直被激活。

為了停止電機(jī)，必須按下停止按鈕(停止按鈕被激活)，見圖4，則停止按鈕與輸入端子X2之間的電路導(dǎo)通，輸入端子X2被激活，得電，X2對應(yīng)的PLC中的虛擬線圈 X2得電，則梯形圖程序中線圈X2的常閉觸點(diǎn)X2斷開，程序梯級即在此處斷開，切斷了到線圈Y1的“電流”，輸出端子Y1不再保持激活，接觸器線圈M1斷電，電機(jī)則停轉(zhuǎn)。

當(dāng)停止按鈕被松開(即停止按鈕與輸入端子X2之間的電路斷開)，見圖5，那么輸入端子X2不再被激活，即失電，X2對應(yīng)的PLC中的虛擬線圈X2失電，則梯形圖程序中線圈 X2的常閉觸點(diǎn)X2閉合，即返回常態(tài)，保持閉合。

圖3 啟動按鈕被松開(未被激活)的電路示意圖及其PLC梯形圖程序

圖4 停止按鈕被按下(被激活)的電路示意圖及其PLC梯形圖程序

2 電機(jī)啟動自鎖電路改進(jìn)

圖5 停止按鈕被松開(未被激活)的電路示意圖及其PLC梯形圖程序

需要指出的是:“故障 －安全”的設(shè)計(jì)理念在繼電器控制系統(tǒng)和PLC邏輯控制系統(tǒng)中的要求是一致的[6]。我們應(yīng)該首先考慮如果被控設(shè)備的線路故障(斷開)的情況下，如何進(jìn)行控制，在電機(jī)起停自鎖控制電路的例子中有一個問題:如果連接“停止按鈕”與輸入端子X2的導(dǎo)線斷開了，“停止按鈕”沒法去激活輸入端子X2，使它得電，也就不能使PLC程序中的虛擬繼電器線圈X2得電，那么線圈對應(yīng)的常閉觸點(diǎn)X2將一直保持吸合，因此電路將一直導(dǎo)通，那么將無法停止電機(jī)。

解決問題的方法是:將程序中的常開觸點(diǎn)X2與真實(shí)的“停止按鈕”的邏輯進(jìn)行顛倒，見圖6。

常閉型的“停止”按鈕未被激活(沒有被按下)，PLC輸入端子X2則保持被激活，其對應(yīng)的PLC中的虛擬線圈X2一直得電，這樣，程序中的常開觸點(diǎn)X2將保持閉合。這同樣可以使電機(jī)在“啟動”按鈕被按下，輸入端子X1得電，常開觸點(diǎn)X1閉合的情況下啟動，并且在“啟動”按鈕松開后，保持一直運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)“停止”按鈕被激活/被按下(“停止”按鈕與輸入端子 X2之間的電路斷開)，輸入端子X2斷電，常開觸點(diǎn)X2斷開。

3 安全設(shè)計(jì)理念

電路進(jìn)行修改后，如果“停止”按鈕與輸入端子X2之間的輸入導(dǎo)線出現(xiàn)斷開、斷裂等異常情況，那么常開觸點(diǎn)X2將斷開，電機(jī)將停轉(zhuǎn)，這樣跟“停止”按鈕被按下是一樣的結(jié)果。這是更安全的設(shè)計(jì)，無論“停止”按鈕的導(dǎo)線在哪里發(fā)生斷路，都將直接導(dǎo)致電機(jī)停機(jī)，不像以前的設(shè)計(jì)，如果“停止”電路出現(xiàn)斷路，不能停止電機(jī)[7]。

圖6 符合故障-安全設(shè)計(jì)理念的電機(jī)起停自鎖控制電路示意圖及其PLC梯形圖程序

這樣看來，在實(shí)際操作上原有電路和修改后的電路并沒有什么不同，但是從安全角度來說，后者比前者卻更符合要求。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時，安全因素也是一個必須要考慮的重要因素。

4 結(jié)束語

初學(xué)者對于PLC的基本應(yīng)用易于掌握，但要做到靈活使用PLC外部設(shè)備和PLC繼電器進(jìn)行編程仍需要仔細(xì)分析和領(lǐng)會其中的邏輯關(guān)系，從而使編寫出的程序邏輯清楚，可讀性增強(qiáng)。

[1]齊蓉，肖維榮.可編程控制器技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2009.

[2]王成福.可編程序控制器及其應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[3]趙俊生，樊文欣.電機(jī)與電氣控制及 PLC[M].北京:電子工業(yè)出版社，2009.

[4]周順榮.電機(jī)學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社，2002.

[5]魏偉.PLC控制技術(shù)與應(yīng)用工藝與設(shè)備[M].北京:中國輕工業(yè)出版社，2010.

[6]阮毅，陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)——運(yùn)動控制系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[7]戈寶軍.電機(jī)學(xué)[M].北京:中國電力出版社，2010.