周志東

（廣西紡織工業(yè)學(xué)校，廣西 南寧 530007）

基于可編程控制技術(shù)的三控?zé)綦娐返脑O(shè)計與制作

周志東

（廣西紡織工業(yè)學(xué)校，廣西 南寧 530007）

三控?zé)艨刂齐娐肥且环N比較典型且又較為復(fù)雜的電路形式，文章重點介紹了如何采用可編程控制的方式來實現(xiàn)多地控制的功能要求，并從電路邏輯功能分析、程序設(shè)計、電路安裝制作與調(diào)試等方面，詳細闡述了采用可編程控制技術(shù)實現(xiàn)一個的典型三控?zé)綦娐返脑O(shè)計與制作過程，從而體現(xiàn)出可編程控制技術(shù)在較復(fù)雜電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用中的優(yōu)勢。

可編程控制技術(shù)；三控?zé)綦娐?；邏輯功能；電路制?/p>

1 引言

在二十世紀六七十年代，國外的工程技術(shù)人員設(shè)計出了一種專門用于工業(yè)控制領(lǐng)域的基于微機技術(shù)的控制電器，稱為可編程序控制器，簡稱PLC。PLC的誕生解決了工業(yè)控制中較為復(fù)雜的邏輯控制實現(xiàn)方式的難題。而運用了這一設(shè)備進行控制的技術(shù)就稱為可編程控制技術(shù)，也稱PLC控制技術(shù)。隨著PLC控制技術(shù)的不斷發(fā)展，人們也將其應(yīng)用在民用領(lǐng)域等其它場合，使得原本較為復(fù)雜的控制方式也變得簡單起來。

2 三控?zé)綦娐返幕驹砑疤攸c

多地點控制電路及技術(shù)是指在兩個及兩個以上不同位置對同一個（或同一組）被控對象進行控制的電路或技術(shù)。在日常生活中，多地點控制技術(shù)主要應(yīng)用在建筑物的樓道（包括走廊、樓梯等）內(nèi)的照明電路中。當樓道比較長時，則需要在樓道內(nèi)的不同位置安裝多個開關(guān)來對同一盞（或同一組）照明燈進行控制，已達到方便操作的目的。對于這樣的多地點燈控電路，傳統(tǒng)的做法是采用單刀雙擲、雙刀雙擲等較為特殊的開關(guān)，通過導(dǎo)線按一定的方式將它們連接起來，具有類似這種功能的電路又稱為多控?zé)綦娐?。而其中三控?zé)綦娐酚质嵌嗫責(zé)綦娐分械囊环N較為常見的電路形式，下面我們就以一個典型三控?zé)綦娐穼嵗齺韺Χ嗟乜刂频幕驹砑疤攸c進行說明。

圖1　傳統(tǒng)的三控?zé)綦娐吩韴D

根據(jù)三控?zé)舻囊话憧刂埔罂芍?，在初始狀態(tài)下電路中唯一的受控對象白熾燈處于熄滅狀態(tài)，所有開關(guān)均為斷開狀態(tài)；每一個開關(guān)都應(yīng)能獨立控制白熾燈，使之點亮或者熄滅；當操作其中一個開關(guān)使白熾燈點亮（或熄滅）時，再操作另一個開關(guān)則將白熾燈熄滅（或點亮）。為了實現(xiàn)上述要求，傳統(tǒng)的電路實現(xiàn)方式是采用兩個單刀雙擲開關(guān)和一個雙刀雙擲開關(guān)來實現(xiàn)的，其電路原理圖如圖 1所示。圖中三個開關(guān)之間的連線有一定的特殊要求，而且三個開關(guān)的類型也不相同在一定程度上也增加了安裝的難度。此外，通過分析可知當開關(guān)的數(shù)量越多，對開關(guān)的要求會越高，控制電路就會越復(fù)雜，電路安裝人員在連線時稍有不慎就會出錯，在通電操作時就會發(fā)生安全事故。

3 采用可編程控制技術(shù)的三控?zé)綦娐返脑O(shè)計與制作

下面就以日本三菱FX系列PLC為例，介紹如何利用PLC來設(shè)計并制作出一個電路實現(xiàn)三控?zé)綦娐返目刂乒δ堋?/p>

3.1三控?zé)綦娐返倪壿嫻δ芊治?/p>

根據(jù)三控?zé)舻目刂埔?，初始情況下三個開關(guān)均處于斷開狀態(tài)，白熾燈熄滅，在此前提條件下通過操作改變各開關(guān)的通斷狀態(tài)來控制白熾燈的亮滅。

筆者可以進行一種假設(shè)情況的分析：當開關(guān)K1的狀態(tài)由斷開變?yōu)榻油〞r，白熾燈點亮；白熾燈L點亮后，若開關(guān)K2的狀態(tài)由斷開變?yōu)榻油〞r，則白熾燈L熄滅；若此時第三個開關(guān)K3的狀態(tài)也由斷開變成接通，則白熾燈L將再次點亮。至此三個開關(guān)已全部轉(zhuǎn)變?yōu)榻油ǖ臓顟B(tài)。

通過上述分析可知，每個開關(guān)都有通、斷兩種狀態(tài)，三個開關(guān)就總共有23= 8種不同的狀態(tài)組合情況。按照上面的分析方法，筆者還可以做第二、第三種等其它情況的分析，在此我們就不再展開闡述了。不論是何種情況，都可以得出這樣的結(jié)論：三個開關(guān)中只要有奇數(shù)個開關(guān)處于接通的狀態(tài)，白熾燈就會點亮；其他情況燈均熄滅。這樣一來，筆者可以將三個開關(guān)的狀態(tài)和白熾燈狀態(tài)之間的邏輯功能關(guān)系歸納如表1所示。

表1　三控?zé)綦娐返倪壿嫻δ埽ㄟ壿嬯P(guān)系）表

通過上面的分析可以看出，采用PLC控制方式時，每個燈開關(guān)都只有接通或斷開的狀態(tài)，功能比較單一，這樣我們在通過電路實現(xiàn)時只需選用普通的單刀單擲型開關(guān)即可。

3.2設(shè)計PLC控制程序

3.2.1列出PLC程序的I/O分配表

本實例選用的是三菱FX系列的PLC，根據(jù)此類PLC程序軟元件的編號規(guī)則，列出的I/O分配表如下表2所示。

表2　三控?zé)鬚LC程序I/O分配表

3.2.2分析控制要求

根據(jù)表1中三個開關(guān)與白熾燈之間的邏輯關(guān)系列出PLC的I/O狀態(tài)表，如表3所示。表中字母“OFF”表示開關(guān)斷開或燈熄滅，字母“ON”表示開關(guān)接通或燈點亮。

表3　三控?zé)鬚LC程序I/O狀態(tài)表

3.2.3編寫控制程序

根據(jù)前面分析出的邏輯關(guān)系，采用PLC的基本邏輯指令來編程就可以實現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。編程的基本思路如下。

根據(jù)表3所體現(xiàn)出來的邏輯關(guān)系，筆者就選擇I/O狀態(tài)表中Y000狀態(tài)為“ON”的情況來編寫程序。I/O狀態(tài)表中，X001、X002和X003的狀態(tài)為“ON”的情況，對應(yīng)梯形圖中選用常開觸點；X001、X002和X003的狀態(tài)為“OFF”的情況，對應(yīng)梯形圖中選用常閉觸點。從 I/O狀態(tài)表中可以看出，能使輸出Y000的狀態(tài)為“ON”的共有4種情況。每一種情況中三個輸入的狀態(tài)是彼此相關(guān)聯(lián)的，屬于“與”邏輯關(guān)系，在梯形圖中應(yīng)該將它們串聯(lián)起來。而從大的方面來看，這四種情況之間卻是并列而互不相關(guān)的，屬于“或”邏輯關(guān)系，因而在梯形圖中采用并聯(lián)的方式將它們連接起來。最終得到的梯形圖參考程序如圖2所示。

圖2　三控?zé)綦娐稰LC控制梯形圖程序

與圖2的梯形圖程序相對應(yīng)的PLC指令語句如下：

3.3電路的安裝與試運行

3.3.1準備工具和器材

電路安裝工具的選用，完成電路的安裝和連線工作所需的工具如表4所示。

表4　電路安裝所需工具

電路組成元件（器材）的選用，PLC控制的三控?zé)綦娐返慕M成元件如表5所示。

表5　PLC控制的三控?zé)綦娐方M成元件

3.3.2電路安裝的基本要求

電路安裝過程中要堅持“安全第一”的原則，并符合基本的電氣安裝工藝規(guī)范，具體要求如下：

（1）為便于操作，應(yīng)將三個燈開關(guān)并排安裝在電路板的靠下部分，用于引入電源的接線排安裝在電路板的最上方，燈座和PLC主控制器位于電路板的中部。

（2）正確選用連接導(dǎo)線。

（3）電路各連接點應(yīng)連接可靠、牢固。

（4）同一接線端子的連接導(dǎo)線最多不能超過2根。

（5）任何電器設(shè)備的安裝都要在斷電狀態(tài)下進行。

（6）要正確使用一字螺絲刀、十字螺絲刀、尖嘴鉗、剝線鉗等工具，防止在操作過程中發(fā)生工具傷手的事故。

（7）安裝過程中不能用工具敲打所安裝的器件，以免造成損壞。

（8）使用萬用表進行帶電測量，應(yīng)遵守萬用表的安全操作規(guī)程。

（9）電路安裝完成后一定要進行通電前的檢查，確保電路中沒有短路的現(xiàn)象，保證電路連接正確。

3.3.3電路安裝的步驟與方法

（1）繪制電氣原理圖。根據(jù)PLC的I/O分配表畫出系統(tǒng)的電氣控制原理圖。如圖3所示。

圖3　PLC控制的三控?zé)綦娐冯姎庠韴D

（2）電器設(shè)備的安裝和固定。使用十字螺絲刀等工具將PLC主控制器、燈座、開關(guān)等器材安裝并固定在電路板面上。

（3）根據(jù)原理圖連接電路。依次完成PLC主控制器輸入端子、輸出端子、白熾燈和電源等元件的連線。

3.4電路通電試運行

最后還需通過對整個三控?zé)綦娐吠娫囘\行來進一步檢驗整個電路的軟、硬件部分的設(shè)計是否正確。試運行可按如下步驟進行操作：

（1）接通電路的電源，此時PLC主控制器面板上的電源指示燈（POWER）發(fā)光，表明PLC主控制器已經(jīng)通電。

（2）利用三菱PLC的專用編程軟件，在電腦上編輯生成如圖2所示的梯形圖程序。

（3）通過三菱PLC的專用程序傳輸線將電腦和PLC主控制器連接起來，并將程序從電腦傳輸（寫入）的PLC主控制器中。

（4）將 PLC主控制器面板上的小撥動開關(guān)打至“RUN”檔位，此時面板上的運行指示燈（RUN）也發(fā)光，表明PLC處于運行狀態(tài)。

（5）分別操作電路板上的開關(guān)A、開關(guān)B和開關(guān)C，以令其接通或斷開，觀察白熾燈的亮滅情況，并將觀察到的現(xiàn)象記錄下來。

4 結(jié)語

通過對電路通電試運行，將觀察到的現(xiàn)象（結(jié)果）與表1的邏輯功能關(guān)系進行比對之后不難發(fā)現(xiàn)，采用上述方法設(shè)計并制作出來的電路完全符合三控?zé)舻目刂埔?。而且上述?yīng)用實例中也只是用到了PLC的一個最基本的功能，其潛力尚未充分發(fā)揮出來。試想對于這種多地點控制的電路系統(tǒng)而言，隨著開關(guān)數(shù)量的增加，邏輯關(guān)系就會更復(fù)雜，而采用PLC控制方式的話其優(yōu)越性就會更加明顯。此外，與傳統(tǒng)的多控?zé)綦娐废啾龋捎昧薖LC控制技術(shù)后能起到簡化電路結(jié)構(gòu)，便于后續(xù)電路功能調(diào)整的效果，同時電路的可靠性也大幅提升。由此可見，可編程控制技術(shù)應(yīng)用在較復(fù)雜電氣控制系統(tǒng)中的確有其獨特的技術(shù)優(yōu)勢，具有十分廣泛的應(yīng)用前景。

[1] 高勤.電器及PLC控制技術(shù)(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2008.

[2] 張同蘇,李乃夫.電器及 PLC控制技術(shù)技能訓(xùn)練[M].北京:高等教育出版社,2006.

[3] 趙進學(xué),邢貴寧.PLC應(yīng)用技術(shù)項目教程[M].北京:科學(xué)出版社,2009.

[4] 周文煜.PLC綜合應(yīng)用技術(shù)(第2版)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2015.

Design and production of three control circuit based on programmable control technique

The three control circuit is a typical and complex circuit form. This paper focuses on how to implement the control function of the multi control circuit by using the programmable control technique, and elaborated the process of how to design and making a typical three control circuit by using programmable control technique in detail, from four aspects, including logical function analyzing, program designing, circuit constructing，and circuit debugging. Thus it shows the advantages of the programmable control technique in the application of the complex electrical system.

Programmable control technique; three control circuit; logical function; circuit constructing

TN7

A

1008-1151(2015)09-0095-03

2015-08-11

周志東（1977－），男，廣西南寧人，廣西紡織工業(yè)學(xué)校機電工程系教師，從事中職電工電子、電氣控制類課程的教學(xué)工作。