温州西门子总代理商PLC

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PLC梯形图的经验设计法是什么

  1.起动、保持与停止电路

  起动、保持与停止电路简称为起保停电路，在梯形图中得到了广泛的应用。图5-1中起动按钮和停止按钮提供的起动信号10.0和停止信号10.1为1状态的时间很短。按下起动按钮，I0.0的常开触点和10.1的常闭触点均接通，Q4.1的线圈“通电”，它的常开触点同时接通。放开起动按钮，00.0的常开触点断开，“能流”经Q4.1和10.1的触点流过Q4.1 的线圈，这就是所谓的“自锁”或“自保持”功能。按下停止按钮，10.1的常闭触点断开，使Q4.1的线圈“断电”，其常开触点断开，以后即使放开停止按钮，I0.1的常闭触点恢复接通状态，Q4.1的线圈仍然“断电”。这种功能也可以用图5-2中的S(置位)指令和R (复位)指令来实现。

  在实际电路中，起动信号和停止信号可能由多个触点组成的串、并联电路提供。

  可以用设计继电器电路图的方法来设计比较简单的数字量控制系统的梯形图，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要反复多次地调试和修改梯形图，增加一些中间编程元件和触点，后才能得到一个较为满意的结果。电工手册中常用的继电器电路图可以作为设计梯形图的参考电路。

  这种方法没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，后的结果不是的，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系，所以有人把这种设计方法叫做经验设计法，它可以用于较简单的梯形图(例如手动程序)的设计。

  2. 小车控制程序的设计

  2.7节给出了三相异步电动机正反转控制的主电路、PLC外部接线图和梯形图程序。图5-3是在异步电动机正反转控制的基础上设计的小车控制系统的PLC外部接线图。开始时小车停在左边，左限位开关SQ1的常开触点闭合。要求按下列顺序控制小车

  1)按下右行起动按钮SB2，小车右行。

  2)走到右限位开关SQ2处停止运动，延时8s后开始左行。

  3)回到左限位开关SQ1处时停止运动。

  图5-4是小车控制系统的梯形图程序。下面详细介绍硬件、软件设计中需要注意的一些问题。

  (1)确定PLC的输入、输出信号

  将继电器电路图转换为梯形图时，应确定PLC的输入信号和输出信号。3个按钮提供操作人员的指令信号，热继电器和限位开关的常开触点是反馈信号，它们都是PLC的输入信号。两个交流接触器的线圈是PLC的输出负载。

  画出PLC的外部接线图后，同时也确定了外部输入/输出信号与PLC内的过程映像输入/输出位的地址之间的关系。可以将继电器电路图“翻译”为梯形图。因为各输入信号均用常开触点提供，各触点的常开、常闭的性质不变。根据PLC外部接线图给出的关系，来确定梯形图中各触点的地址。

  (2)按钮连锁

  为了方便操作和KM1和KM2不会同时动作，在图5-4中设置了“按钮联锁”，即将正转起动按钮I0.0的常闭触点与控制反转的Q4.1的线圈串联，将反转起动按钮I0.1的常闭触点与控制正转的Q4.0的线圈串联。设Q4.0的线圈通电，电动机正转。这时如果想改为反转，可以不按停止按钮I0.2，直接按反转起动按钮10.1，它的常闭触点断开，使Q4.0的线圈断电。同时10.1的常开触点接通，使Q4.1的线圈得电，电动机由正转变为反转。

  (3)硬件互锁电路

  由图3-5中的主回路可知，如果KM1和KM2的主触点同时闭合，将会造成三相电源相间短路的故障。梯形图用Q4.0和Q4.1的常闭触点组成软件互锁电路，它们只能输出模块与Q4.0和Q4.1对应的硬件继电器的常开触点不会同时接通。

  如果没有图5-3输出电路中的硬件互锁电路，从正转马上切换到反转时，由于切换过程中电感的延时作用，可能会出现原来接通的接触器的主触点还未断弧，另一个接触器的主触点已经合上的现象，从而造成交流电源瞬间短路的故障。

  此外，如果没有硬件互锁电路，且因为主电路电流过大或接触器质量不好，某一接触器的主触点被断电时产生的电弧熔焊而被粘结，其线圈断电后主触点仍然是接通的。这时如果另一个接触器的线圈通电，也会造成交流电源短路。为了防止出现这种情况，应在PLC外部设置由KM1和KM2的辅助常闭触点组成的硬件互锁电路(见图5-3)。假设KM1的主触点被电弧熔焊，这时它与KM2线圈串联的辅助常闭触点处于断开状态，因此KM2的线圈不可能得电。这种互锁电路可以有效地防止电源短路故障。

  (4)小车控制系统的程序设计

  在异步电动机正反转控制电路的基础上设计的满足上述要求的梯形图如图5-4所示。在控制右行的Q4.0的线圈回路中串联了10.4的常闭触点，小车走到右限位开关SQ2处时，I0.4的常闭触点断开，使Q4.0的线圈断电，小车停止右行。同时I0.4的常开触点闭合，TO 的线圈通电，开始定时。8s后定时时间到，T0的常开触点闭合，使Q4.1的线圈通电并自保持，小车开始左行。离开限位开关SQ2后，10.4的常开触点断开，TO因为其线圈断电而被复位。小车运行到左边的起始点时，左限位开关SQ1的常开触点闭合，I0.3的常闭触点断开，使Q4.1的线圈断电，小车停止运动。

  在梯形图中(见图5-4)，保留了左行起动按钮I0.1和停止按钮I0.2的触点，使系统有手动操作的功能。串联在起保停电路中的限位开关I0.3和I0.4的常闭触点可以防止手动时小车的运动超限。

  3. 常闭触点输入信号的处理

  前面在介绍梯形图的设计方法时，输入的数字量信号均由外部常开触点提供，但是在实际的系统中有些输入信号只能由常闭触点提供。如果将图5-3热继电器FR的常开触点换成常闭触点，没有过载时FR的常闭触点闭合，I0.5为1状态，其常开触点闭合，常闭触点断开。为了没有过载时电动机的正常运行，显然应在Q4.0和Q4.1的线圈回路中串联I0.5的常开触点，而不是像继电器系统那样串联I0.5的常闭触点。过载时FR 的常闭触点断开，I0.5为0状态，其常开触点断开，使Q4.0或Q4.1的线圈“断电”，起到了保护作用。

  这种处理方法虽然能系统的正常运行，但是作过载保护的I0.5的触点类型与继电器电路中的刚好相反，熟悉继电器电路的人看起来很不习惯，在将继电器电路“转换”为梯形图时也很容易出错。为了使梯形图和继电器电路图中触点的常开/常闭的类型相同，建议尽可能地用常开触点作PLC的输入信号。如果某些信号只能用常闭触点输入，可以按输人全部为常开触点来设计，然后将梯形图中相应的输入位的触点改为相反的触点，即常开触点改为常闭触点，常闭触点改为常开触点。

 可编程序控制器诞生不久即显示了其在工业控制中的重要地位，如日本、德国、法国等国家相继研制成各自的PLC。PLC技术随着计算机和微电子技术的发展而迅速发展，由初的一位机发展为8位机。随着微处理器CPU和微型计算机技术在PLC中的应用，形成了现代意义上的PLC。现在的PLC产品己使用了16位、32位做处理器，而且实现了多处理器的多通道处理，通讯技术使PLC的应用得到进一步发展。如今，可编程序控制器技术已比较成熟。

 　　目前，世界上有200多个厂家生产可编程序控制器产品，比较的厂家有德国的西门子，美国的Rockwell(AB)、通用(GE),日本的三菱、欧姆龙，法国的施耐德等。

   可编程序控制器总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、方向发展。具体表现在以下几个方面：

 　　(1)向小型化、化、低成本方向发展

 　　20世纪80年代初，小型PLC在价格上还小系统用的继电器控制装置。随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高功能和降格，使PLC结构更为紧凑，功能不断增加，将原来大、中型PLC才有的功能移植到小型PLC上，如模拟量处理、数据通讯和复杂的功能指令等，但价格不断下降，真正成为继电器控制系统的替代产品。

 　　(2)向大容量，高速度方向发展

 　　大型PLC采用多微处理器系统，有的采用32位微处理器，可同时进行多任务操作，处理速度提高，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外，存储容量大大增加。

 　　(3)与计算机联系密切

 　　从功能上看，PLC不仅能完成逻辑运算，且计算机的复杂运算功能在PLC中也进一步得到利用，从结构上看，计算机的硬件和技术越来越多地应用到PLC；从语言上看，PLC己不再是单纯用梯形图语言，而且可用多种语言编程，如类似计算机汇编语言的语句表，甚至可直接由计算机语言编程；在通讯方面，PLC与计算机可直接相连并进行信息传递。

 　　(4)发展多样化

 　　可编程序控制器发展的多样化体现在3个方面：产品类型、编程语言和应用领域。

 　　(5)模块化

 　　PLC的扩展模块发展迅速。功能明确化、化的复杂功能由模块来完成。主机仅仅通过通讯设备向模块发布命令和测试状态，这使得PLC的系统功能进一步增强，控制系统设计进一步简化。

 　　(6)网络与通讯能力增强

 　　计算机与PLC之间以及各个PLC之间的联网和通讯的能力不断增强，使用工业网络可以有效地节省资源、降低成本、提高系统可靠性和灵活性，致使网络的应用有普遍化的趋势。

 　　(7)多样化与标准化

 　　生产PLC产品的各厂家都在大力度地开发自己的新产品，以求占据市场的更大份额。因此产品向多样化方向发展，出现了欧、美、日多种流派。与此同时，为了推动技术标准化的进程。一些国际性组织，如国际电工(IEC)不断为PLC的发展制定一些新的标准，如对各种类型的产品作一定的归纳或定义，或对PLC未来的发展制定一种方向或框架。

 　　(8)工业软件发展迅速

 　　与可编程序控制器硬件技术的发展相适应，工业软件的发展非常迅速，它使系统应用更加简单易行，大大方便了PLC系统的开发人员和操作使用人员。