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)控制計算機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”，從計算機概念的角度來講，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”，線圈的常開觸點斷開，常閉觸點閉合，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”，線圈的常開觸點閉合，常閉觸點斷開，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]。本文借助電機起停自鎖控制電路[4]對PLC繼電器及其觸點的使用進行了詳細分析，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的使用問題，首先要處理好現(xiàn)實與虛擬的關(guān)系問題，也就是硬件方面與軟件方面是如何銜接的問題?，F(xiàn)實即實際的外部設(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起停自鎖控制電路及其梯形圖程序進行詳細分析，進而解釋了在PLC中繼電器及其常開、常閉觸點是如何工作的。

1 電機起停自鎖電路分析

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，它對應(yīng)到PLC梯形圖程序中的常開觸點X1;與X2連接的作為“停止”按鈕，屬常開型觸點，它對應(yīng)到PLC梯形圖程序中的常閉觸點X2;與PLC輸出模塊端子Y1連接的M1作為電機控制接觸器線圈，它對應(yīng)到PLC梯形圖程序中的輸出線圈Y1。這種對應(yīng)是因為電路控制邏輯的需要。在梯形圖程序中，還有另外一個常開觸點是Y1，它是作為輸出線圈Y1的常開觸點?？梢钥吹皆赑LC梯形圖程序中，常閉觸點 X2被標(biāo)記，表明程序梯級在此導(dǎo)通，程序梯級在此導(dǎo)通是因為這個觸點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X1閉合，“電流”通過已經(jīng)導(dǎo)通的常閉觸點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上，電機開始轉(zhuǎn)動，同時，梯形圖程序中線圈Y1的常開觸點Y1閉合，“電流”就源源不斷的供給線圈 Y1，電機就持續(xù)轉(zhuǎn)動，這樣電路就實現(xiàn)了自鎖控制。

圖1 電機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 X1斷開，返回常態(tài)，即保持斷開，但是電機將一直轉(zhuǎn)，因為線圈Y1關(guān)聯(lián)的常開觸點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，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 電機啟動自鎖電路改進

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，如何進行控制，在電機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。

解決問題的方法是:將程序中的常開觸點X2與真實的“停止按鈕”的邏輯進行顛倒，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X2將保持閉合。這同樣可以使電機在“啟動”按鈕被按下，輸入端子X1得電，常開觸點X1閉合的情況下啟動，并且在“啟動”按鈕松開后，保持一直運轉(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X2斷開。

3 安全設(shè)計理念

電路進行修改后，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X2將斷開，電機將停轉(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，無論“停止”按鈕的導(dǎo)線在哪里發(fā)生斷路，都將直接導(dǎo)致電機停機，不像以前的設(shè)計，如果“停止”電路出現(xiàn)斷路，不能停止電機[7]。

圖6 符合故障-安全設(shè)計理念的電機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繼電器進行編程仍需要仔細分析和領(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。

[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:機械工業(yè)出版社，2006.

[3]趙俊生，樊文欣.電機與電氣控制及 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)——運動控制系統(tǒng)[M].北京:機械工業(yè)出版社，2010.

[7]戈寶軍.電機學(xué)[M].北京:中國電力出版社，2010.