李翔

摘要：本文針對當前PLC有關(guān)教材中的一些不足，進一步明確了繼電器系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)中相關(guān)術(shù)語的對應(yīng)關(guān)系，定義了有關(guān)的邏輯意義，從而建立起兩者間的完全映射關(guān)系，提出了相關(guān)問題的課堂教學(xué)思路與建議。遵循此新的思路與建議能讓初學(xué)者在PLC的首次課堂中就能理解好相關(guān)基本概念，并為繼續(xù)學(xué)習(xí)和實踐樹立信心打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：PLC；繼電器；控制電路；邏輯運算

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）04-0283-02

一、引言

PLC的中文全稱為可編程序邏輯控制器。當今隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機控制已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種工業(yè)領(lǐng)域。為適應(yīng)現(xiàn)代社會市場發(fā)展，滿足生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)具有極高的可靠性和靈活性的要求，以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置PLC順應(yīng)出現(xiàn)。PLC相關(guān)課程是高等院校電氣信息類專業(yè)必修的一門實踐性較強的專業(yè)基礎(chǔ)課程。掌握好PLC的有關(guān)原理和操作，對于實踐開發(fā)和進一步學(xué)習(xí)具有重要意義。

根據(jù)最近的教學(xué)經(jīng)驗，雖然PLC實踐性較強，但是學(xué)生對PLC本身的設(shè)計思想和基本概念把握不好仍然會心有凝慮，這會影響學(xué)生敢想敢做的心態(tài)，實踐效果并不很理想。這些思想和概念理論不是很深，但又有必要在所開設(shè)課程的早期澄清，以使得后面的相關(guān)實踐過程順暢。PLC是講芯片及應(yīng)用的，然而從產(chǎn)生的角度來看又與單片機、DSP等課程有所區(qū)別。PLC追求的是集成和替代，有早期繼電器控制系統(tǒng)的影子在里面，因此對PLC原理的理解不能脫離早期的繼電器控制系統(tǒng)。

二、問題陳述

PLC是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，而且梯形圖中的某些軟元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器等。如圖1所示，繼電器結(jié)構(gòu)主要由電磁線圈、鐵心、觸點和復(fù)位彈簧組成。繼電器有兩種觸點，線圈斷電時處于斷開狀態(tài)的觸點稱為常開觸點，處于閉合狀態(tài)的觸點稱為常閉觸點。線圈通電時，電磁鐵產(chǎn)生磁力，吸引銜鐵，使常閉觸點斷開，常開觸點閉合。線圈電流消失后，復(fù)位彈簧使銜鐵返回原來的位置，常開觸點斷開，常閉觸點閉合。一個繼電器可能有若干對常開觸點和常閉觸點。在繼電器電路圖中，用同一個由字母、數(shù)字組成的名稱（如KA2）來標注同一個繼電器的線圈和觸點。

圖2是用交流接觸器控制異步電動機的主電路、控制電路和有關(guān)的波形。接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理與繼電器基本相同，區(qū)別僅在于繼電器觸點的額定電流較小，而接觸器是用來控制大電流負載的。按下啟動按鈕SB1，它的常開觸點閉合，電流經(jīng)過SB1的常開觸點和停止按鈕SB2以及作過載保護用的熱繼電器FR的常閉觸點，流過交流接觸器KM的線圈。接觸器的銜鐵被吸合，使主電路中的三對常開觸點閉合。異步電動機的三相電源被接通，電動機開始運行，控制電路中接觸器KM的輔助常開觸點同時接通。放開啟動按鈕后，SB1的常開觸點斷開，電流經(jīng)KM的輔助常開觸點和SB2、FR的常閉觸點流過KM的線圈，電動機繼續(xù)運行。KM的輔助常開觸點實現(xiàn)的這種功能稱為“自鎖”或“自保持”，它使繼電器電路具有類似于RS觸發(fā)器的自鎖功能。

在電動機運行時按停止按鈕SB2，它的常閉觸點斷開，使KM的線圈失電，KM的主觸點斷開，異步電動機的三相電源被切斷，電動機停止運行，同時控制電路中的KM的輔助常開觸點斷開；松開停止按鈕SB2，其常閉觸點閉合后，KM的線圈仍然失電，電動機繼續(xù)保持停止運行狀態(tài)。相關(guān)信號的波形在圖2中給出，圖中用高電平表示1狀態(tài)（線圈通電、按鈕被按下），用低電平表示0狀態(tài)（線圈斷電、按鈕被放開）。顯然圖2中的控制電路具有記憶功能，在繼電器系統(tǒng)和PLC的梯形圖中被大量使用，它被稱為“起動—保持—停止”電路，或簡稱為“起保停”電路。

某些物理量只有兩種相反的狀態(tài)，例如電平的高、低，接觸器線圈的通電和斷電等，他們被稱為開關(guān)量。二進制數(shù)的1位只能取0和1這兩個不同的值，可以用他們來表示開關(guān)量的兩種狀態(tài)。梯形圖中的位軟元件（如輔助繼電器M和輸出繼電器Y）的線圈通電時，其常開觸點接通，常閉觸點斷開，以后稱該軟元件為1狀態(tài)，或稱該軟元件為ON。位軟元件的線圈和觸點的狀態(tài)與上述的相反時，稱該軟元件為0狀態(tài)，或稱該軟元件為OFF狀態(tài)。使用繼電器電路或PLC的梯形圖可以實現(xiàn)開關(guān)量的邏輯運算。梯形圖中觸點的串聯(lián)可以實現(xiàn)“與”運算，觸點的并聯(lián)可以實現(xiàn)“或”運算，用常閉觸點控制線圈可以實現(xiàn)“非”運算，如圖3所示。

三、教學(xué)思路與建議

遵循上述過程介紹物理繼電器、異步電機控制及梯形圖中的基本邏輯運算，留給初學(xué)者的印象是PLC中的常開、常閉及線圈與物理繼電器的相應(yīng)元件有對應(yīng)關(guān)系。然而梯形圖中元件旁邊的標號表示什么含義？不同的元件旁邊的標號可以一樣，與繼電器對應(yīng)關(guān)系又如何并沒有明確說明。如果有以上對應(yīng)關(guān)系，它們與其對應(yīng)表示元件的邏輯關(guān)系又如何呢？這涉及到理解PLC系統(tǒng)本身設(shè)計的思想。因此，為方便從本質(zhì)上說明PLC系統(tǒng)的有關(guān)編程元件與實際物理繼電器的對應(yīng)關(guān)系，我們定義如下邏輯關(guān)系：繼電器不工作或工作分別定義為邏輯0或1，觸點斷開或接通分別定義為邏輯0或1，線圈失電或得電分別定義為邏輯0或1。于是我們詳細給出了如下各元件名字的對應(yīng)關(guān)系和邏輯意義。

教學(xué)過程中在以上映射圖的基礎(chǔ)上應(yīng)按照如下幾個方面加以強調(diào)和講授。

1.用線圈或觸點的狀態(tài)來描述軟元件（或軟繼電器）的狀態(tài)容易轉(zhuǎn)移學(xué)生的注意力，造成對PLC中軟元件本身含義不清。軟元件本身就有1狀態(tài)或0狀態(tài)，這與物理繼電器的狀態(tài)相對應(yīng)，利用存儲器中的一位邏輯變量來表示，這需要占用資源。如軟元件Y0，當對應(yīng)的位變量Y0=1時，就說此軟元件為1（ON）態(tài)；當對應(yīng)的位變量Y0=0時，就說此軟元件為0（ON）態(tài)。軟元件Y0處于1態(tài)時，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開，線圈得電；軟元件Y0處于0態(tài)時，其常開觸點斷開，常閉觸點閉合，線圈失電。

2.梯形圖中的字母如Y0表示的是軟元件（或軟繼電器），它對應(yīng)PLC中存儲器中的一個邏輯變量。軟元件Y0的狀態(tài)為0時，表示其常開觸點斷開，常閉觸點閉合，線圈失電；軟元件Y0的狀態(tài)為1時，表示其常開觸點閉合，常閉觸點斷開，線圈得電。因此，常開（常閉）觸點或線圈旁邊的符號Y0并不表示這個觸點或線圈本身，觸點和線圈本身的邏輯與其對應(yīng)的軟元件Y0的邏輯又有關(guān)系，應(yīng)明確的將這些觸點或線圈視為軟元件Y0的常開（常閉）觸點或線圈。

3.梯形圖中同一個軟元件如Y0的常閉或常開觸點及線圈可以使用任意多次，這些觸點和線圈本身涉及的狀態(tài)是通還是斷、是得電還是不得電，它們僅與存儲器中的邏輯變量Y0有關(guān)，Y0才是用到的PLC資源。

4.在圖2交流接觸器控制異步電動機的控制電路中，觸點旁邊的標記符號，如SB1應(yīng)理解為表示相應(yīng)物理繼電器，而SB1旁邊的觸點（或稱為開關(guān)更恰當，以示與梯形圖中的觸點相區(qū)別）應(yīng)稱為繼電器SB1的觸點。在這里，很多初學(xué)者會將這些標記符號視為代表觸點（開關(guān)）或線圈本身，這是不對的。

四、結(jié)論

知識映射是一種好的學(xué)習(xí)方法，在教學(xué)中加以靈活運用也可以達到很好的教學(xué)效果。這就需要專任教師在教材教法上要多下功夫。通過以上教學(xué)思路和建議，學(xué)生通過第一堂PLC的學(xué)習(xí)，可以理解和掌握好PLC系統(tǒng)設(shè)計的思想。有些概念可能學(xué)生通過第一堂課并不能深刻掌握和記憶，這需要在以后的教學(xué)中加以重復(fù)和提醒?？傊?，經(jīng)驗表明，通過以上思路的教學(xué)，學(xué)生能夠深刻理解PLC系統(tǒng)的本質(zhì)，這為以后的進一步教學(xué)和實踐活動打下了堅實的基礎(chǔ)。

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