介紹幾種常用的PLC控制電路

本節(jié)介紹幾種常用的PLC控制電路，并與繼電器接觸器控制電路相對(duì)照，使讀者在掌握了繼電控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，全面地了解PLC的控制原理和應(yīng)用技術(shù)。

電動(dòng)機(jī)的啟?？刂?/p>

圖5-50　PLC控制系統(tǒng)的組成

PLC控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，如圖5-50所示。 硬件部分：將輸入元件通過(guò)輸入點(diǎn)與PLC連接，輸出元件通過(guò)輸出點(diǎn)與PLC連接，構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)的硬件部分。 軟件部分：用PLC指令將控制思想轉(zhuǎn)變?yōu)镻LC可以接受的程序。

啟動(dòng)控制：通常使用按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)，將其動(dòng)合觸點(diǎn)接到PLC的輸入點(diǎn)，PLC輸入映像寄存器中的對(duì)應(yīng)位與該觸點(diǎn)形成映射關(guān)系，用數(shù)字量“1”和“0”反映觸點(diǎn)的接通和閉合狀態(tài)，如圖5-51所示。 電動(dòng)機(jī)先連接接觸器，接觸器的主觸點(diǎn)接到PLC的輸出點(diǎn)，PLC中有一個(gè)輸出映像寄存器與各輸出點(diǎn)形成一一對(duì)應(yīng)的映射關(guān)系。

圖5-51　按鈕與輸入映像寄存器的映射

通常的啟動(dòng)控制，只需將啟動(dòng)按鈕接在PLC的輸入點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)接到PLC的輸出點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)。 圖5-53的梯形圖，電路功能單一，不能自鎖，只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的點(diǎn)動(dòng)功能。 與繼電控制圖5-52(b)實(shí)現(xiàn)的功能相同。 圖5-54梯形圖，使用輸出線圈的輔助觸點(diǎn)(軟觸點(diǎn))與按鈕映射觸點(diǎn)(軟觸點(diǎn))并聯(lián)，稱為自鎖。 將簡(jiǎn)單的啟動(dòng)電路增加了自鎖功能，這樣手離開(kāi)按鈕后，電動(dòng)機(jī)可以繼續(xù)運(yùn)行。 與繼電控制圖5-52(c)實(shí)現(xiàn)的功能相同。 圖5-55梯形圖，使用按鈕的動(dòng)斷觸點(diǎn)接到PLC的輸入點(diǎn)，在梯形圖中起到切斷主干通道控制信號(hào)的作用，因此，按鈕的動(dòng)斷觸點(diǎn)串聯(lián)在被控線圈的主通道上。 圖中增加了停止按鈕，使其具備啟動(dòng)保持停止的功能。 與繼電控制圖5-52(d)實(shí)現(xiàn)的功能相同。 讀者將兩種控制裝置對(duì)照比較，便可以了解PLC軟硬件以及如何利用梯形圖來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的功能。

圖5-52　電動(dòng)機(jī)繼電控制的啟停電路

(a)主電路; (b)點(diǎn)動(dòng)控制; (c)帶自鎖的點(diǎn)動(dòng)控制; (d)典型的啟?？刂?/p>

圖5-55電路中包含了啟動(dòng)、保持和停止控制，是最典型的啟保停控制電路，讀圖時(shí)將三個(gè)梯形圖對(duì)應(yīng)分析。 在實(shí)際電路中還需加上一些保護(hù)措施，如互鎖保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等，梯形圖相對(duì)復(fù)雜些。 梯形圖實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)啟?？刂婆c繼電器接觸器控制系統(tǒng)功能相同，梯形圖表達(dá)得更簡(jiǎn)練、直觀。

圖5-53　最簡(jiǎn)單電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)程序

圖5-54　帶自鎖觸點(diǎn)啟動(dòng)程序

電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制

圖5-55　帶停止按鈕的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)程序

前面已經(jīng)介紹了利用繼電控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。 要實(shí)現(xiàn)三相電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，只需將接入電動(dòng)機(jī)的三相中任意交換其中兩相，如圖5-56所示。 梯形圖在啟保停電路的基礎(chǔ)上，為了防止電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)同時(shí)接通而燒毀電動(dòng)機(jī)線圈，加入互鎖保護(hù)，從而構(gòu)成了簡(jiǎn)單的正反轉(zhuǎn)控制程序，如圖5-57所示。 在實(shí)際電路中，通常使用按鈕、行程開(kāi)關(guān)和傳感器等發(fā)出的控制信號(hào)作為正反轉(zhuǎn)切換的輸入信號(hào)。

圖5-56　正/反轉(zhuǎn)控制電路

圖5-57　輸入/輸出配置及外部接線圖

實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反向啟動(dòng)控制。 按下SB1，電動(dòng)機(jī)正向啟動(dòng)(保持運(yùn)行狀態(tài)); 按下SB2，電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)行，按下SB3，電動(dòng)機(jī)停止。

(1)要實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，需要使用兩個(gè)接觸器KM1、KM2。 對(duì)應(yīng)PLC輸入點(diǎn)可選Q0.1、Q0.2。

(2)因?yàn)檎崔D(zhuǎn)電路中，若同時(shí)接通會(huì)造成短路，因此每次只能接通其一。 一種方法可以使用帶互鎖的按鈕，另一種方法可以將接觸器的動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)接到對(duì)方電路中。 本例中采用雙重互鎖，為保持某一方向的運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)使用自鎖觸點(diǎn)。

(3)不可能讓電動(dòng)機(jī)無(wú)休止地運(yùn)行下去，因此將停止按鈕的動(dòng)斷觸點(diǎn)串聯(lián)在對(duì)應(yīng)的電路中。

根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)分配I/O地址，見(jiàn)表5-8。

表5-8 I/O地址分配表

根據(jù)PLC上對(duì)應(yīng)的I/O點(diǎn)進(jìn)行連線，按S7-200的說(shuō)明書(shū)將電源線接好，示意圖如圖5-57所示。 由于PLC的輸出往往是強(qiáng)電，所以操作時(shí)一定要遵守安全操作規(guī)程，檢驗(yàn)沒(méi)問(wèn)題的情況下才可以通電調(diào)試。

進(jìn)入Step7 MicroWin32開(kāi)發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)梯形圖程序，如圖5-58所示。 其動(dòng)作原理的分析與繼電器控制相同。

圖5-58　電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制梯形圖

Y-△減壓?jiǎn)?dòng)

星形三角形減壓?jiǎn)?dòng)能大大減少啟動(dòng)電流，減少電流沖擊和延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)使用壽命，在輕載或空載的啟動(dòng)電路中得到廣泛應(yīng)用。 圖5-59為Y-△減壓?jiǎn)?dòng)控制電路圖。 前面已講過(guò)Y-△啟動(dòng)控制電路圖，雖然作用雷同，但實(shí)現(xiàn)的線路有所不同，讀者可比較分析。

圖5-59星形三角形減壓?jiǎn)?dòng)控制系統(tǒng)。 控制過(guò)程：按下SB2電動(dòng)機(jī)星形啟動(dòng)，延時(shí)3s切換至三角形運(yùn)行狀態(tài)，按下SB1，系統(tǒng)停止運(yùn)行。

圖5-59　 Y-△減壓?jiǎn)?dòng)控制電路

繼電控制系統(tǒng)的控制過(guò)程如下。

(1)電動(dòng)機(jī)星形連接時(shí)，三相繞組線圈的一端連在一起，三角形連接時(shí)，三相繞組線圈的頭尾分別相連。 要實(shí)現(xiàn)這兩種狀態(tài)的切換，需用3個(gè)接觸器KM1、KM2、KM3，連接方式如圖5-59所示。

(2)KM1、KM3通電，KM2斷開(kāi)時(shí)，電動(dòng)機(jī)星形連接。

(3)KM1、KM2通電，KM3斷開(kāi)時(shí)，電動(dòng)機(jī)為三角形連接。

為防止切換到三角形連接時(shí)KM3不能及時(shí)斷開(kāi)而產(chǎn)生短路，在KM2和KM3之間建立互鎖保護(hù)。

SB1為停止按鈕，串聯(lián)在能夠切斷整個(gè)控制電路的地方。

依據(jù)上述電路的工作過(guò)程，根據(jù)所需元件，設(shè)置I/O地址，其分配I/O地址見(jiàn)表5-9。 將其繼電控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為PLC編程控制系統(tǒng)。 讀者可根據(jù)其設(shè)計(jì)的思路來(lái)分析，依據(jù)分析繼電控制原理的方式設(shè)計(jì)PLC的梯形圖。

表5-9 Y-△減壓?jiǎn)?dòng)I/O地址

根據(jù)傳統(tǒng)繼電控制電路圖，將其轉(zhuǎn)化成PLC的梯形圖，如圖5-60所示。 讀者首先要明確 Y-△減壓?jiǎn)?dòng)I/O地址以及所用軟繼電器的作用，PLC的書(shū)寫規(guī)則。 識(shí)圖時(shí)采用順藤摸瓜的方法，沿著繼電器控制電路的每一支路上的輸入輸出元件，在PLC控制程序梯形圖中用對(duì)應(yīng)的指令取代，再對(duì)其位置依據(jù)符合PLC書(shū)寫規(guī)則分析即可。 Y-△減壓?jiǎn)?dòng)梯形圖中用定時(shí)器代替了繼電控制中的時(shí)間繼電器。

圖5-60　Y-△減壓?jiǎn)?dòng)梯形圖

為了幫助讀者更好地理解梯形圖程序的執(zhí)行過(guò)程，圖5-60中梯形圖程序執(zhí)行過(guò)程分析如下：

按下SB2觸點(diǎn)I0.2閉合→線圈Q0.1得電并自鎖;定時(shí)器T37啟動(dòng)→線圈Q0.1動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，線圈Q0.3得電→星形運(yùn)行;同時(shí)Q0.3的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)了互鎖。

在按下SB2的同時(shí)→定時(shí)器T37定時(shí)3s→時(shí)間到，則T37動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，線圈Q0.3失電;T37動(dòng)合觸點(diǎn)接通，線圈Q0.2得電并自鎖→三角形運(yùn)行。 Q0.2的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)了互鎖。 Q0.2動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，定時(shí)器復(fù)位。

按下SB1停止按鈕→整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)行。

操作人員可根據(jù)PLC上對(duì)應(yīng)的I/O點(diǎn)進(jìn)行硬件連線，按S7-200的說(shuō)明書(shū)將電源線接好。 由于PLC的輸出往往是強(qiáng)電，所以操作時(shí)一定要遵守安全操作規(guī)程，檢驗(yàn)合格后才可以加電調(diào)試。

多點(diǎn)啟動(dòng)控制電路

在很多設(shè)備裝置中，為了操作方便，常要求能在多個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行控制操作; 在某些機(jī)械設(shè)備上，為保證操作者的安全，需要滿足多個(gè)條件設(shè)備才能開(kāi)始工作。 這樣的控制要求可以通過(guò)在電路中串聯(lián)或并聯(lián)電器的動(dòng)斷觸點(diǎn)(常閉觸點(diǎn))或動(dòng)合觸點(diǎn)(常開(kāi)觸點(diǎn))來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖5-61、圖5-62所示。

圖5-61　多地點(diǎn)控制電路

圖5-62　條件控制電路

多地點(diǎn)控制電路，可以使用設(shè)置在不同位置的啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)設(shè)備，如圖5-61所示，啟動(dòng)按鈕SB2～SB4分別設(shè)置在A地、B地和C地，按下任何一個(gè)啟動(dòng)按鈕，KM線圈自鎖，保持設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。 3個(gè)停止按鈕為SB1、SB5、SB5，保證在方便的位置啟動(dòng)和停止設(shè)備。 如按表5-10設(shè)置I/O地址，則轉(zhuǎn)化成PLC梯形圖控制程序如圖5-63所示。

表5-10 多地點(diǎn)控制電路I/O地址分配表

圖5-63　多點(diǎn)控制梯形圖程序

多條件控制電路中，要啟動(dòng)設(shè)備，處在A地、B地和C地3個(gè)不同地點(diǎn)的操作者必須同時(shí)按下啟動(dòng)按鈕SB4、SB5、SB6，要停止設(shè)備也需要3個(gè)操作者同時(shí)按下停止按鈕SB1、SB2、SB3才能完成。 因大型設(shè)備往往有很多工作位置，而單個(gè)操作者無(wú)法看清所有的位置，為了防止出現(xiàn)安全意外，根據(jù)設(shè)備的工作條件和安裝情況，需要布置多個(gè)條件點(diǎn)。 按表5-11設(shè)置I/O地址，將圖5-62轉(zhuǎn)化成PLC控制程序，如圖5-64所示。

表5-11 條件控制電路I/O地址分配表

圖5-64　多條件控制梯形圖程序

自動(dòng)門控制電路

自動(dòng)門控制系統(tǒng)是利用PLC啟保停電路的編程實(shí)現(xiàn)控制門的開(kāi)關(guān)自動(dòng)控制。 自動(dòng)門控制系統(tǒng)的順序功能圖和梯形圖如圖5-65、5-66所示。

控制要求及控制步驟分析如下。

(1)當(dāng)人靠近自動(dòng)門時(shí)，感應(yīng)器X0為ON，Y0驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)高速開(kāi)門，碰到開(kāi)門減速開(kāi)關(guān)X1時(shí)，變?yōu)闇p速開(kāi)門。 碰到開(kāi)門極限開(kāi)關(guān)X2時(shí)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，開(kāi)始延時(shí)。 若在0.5s內(nèi)感應(yīng)器檢測(cè)無(wú)人，Y2啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)高速關(guān)門。 碰到開(kāi)門減速開(kāi)關(guān)X4時(shí)，改為減速門，碰到開(kāi)門極限開(kāi)關(guān)X5時(shí)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。 在關(guān)門期間，若感應(yīng)器檢測(cè)到有人，停止關(guān)門，T1延時(shí)0.5s后自動(dòng)轉(zhuǎn)換為高速開(kāi)門。

圖5-65　自動(dòng)門控制系統(tǒng)順序功能圖

在圖5-65中，步[1]之前有一個(gè)選擇序列的合并，當(dāng)M0為活動(dòng)步，并且轉(zhuǎn)換條件X0滿足，或M6為活動(dòng)步，且轉(zhuǎn)換條件T1滿足時(shí)，步M1都應(yīng)變?yōu)榛顒?dòng)步，即控制M1的啟動(dòng)、保持、停止電路的啟動(dòng)條件應(yīng)為M0和X0動(dòng)合觸點(diǎn)串聯(lián)電路與M6和T1的動(dòng)合觸點(diǎn)串聯(lián)電路進(jìn)行并聯(lián)(見(jiàn)圖5-66的第二梯級(jí))。

在圖5-65中，M4之后有一個(gè)選擇序列的分支，當(dāng)它的后續(xù)步M5、M6變?yōu)榛顒?dòng)步時(shí)，它應(yīng)變?yōu)椴换顒?dòng)步。 所以，需要將M5和M6的動(dòng)斷觸點(diǎn)與M4的線圈串聯(lián)。 同樣，M5之后也有一個(gè)選擇序列的分支，當(dāng)它的后續(xù)步M0、M6變?yōu)榛顒?dòng)步時(shí)，它應(yīng)變?yōu)椴换顒?dòng)步。 因此需要將M0、M6的動(dòng)合觸點(diǎn)串聯(lián)電路與M5的線圈串聯(lián)。

圖5-66　自動(dòng)門控制梯形圖

初始啟動(dòng)過(guò)程：PLC開(kāi)始運(yùn)行后，M8002自動(dòng)接通1個(gè)掃描周期，M0得電，M0(2)閉合，M0(1)閉合、自鎖。

先分析步[1]～步[4]的工作過(guò)程(見(jiàn)圖5-64)：

當(dāng)人靠近自動(dòng)門感應(yīng)器時(shí)，輸入繼電器X0得電，X0閉合，M1得電(M1已閉合)，步M1進(jìn)入活動(dòng)步。 …… 步4后進(jìn)行選擇分支。

(2)無(wú)靠近自動(dòng)門時(shí)，高速關(guān)門只減速關(guān)門位置，X4得電，X4閉合。 步M5后進(jìn)行選擇分支。

圖5-67 潛污泵控制電路

圖5-68 潛污泵控制電路

識(shí)圖時(shí)兩圖對(duì)照分析，讀者可自行識(shí)圖。

PLC電氣控制工程圖舉例

圖5-67、5-68為兩臺(tái)潛污泵啟動(dòng)、運(yùn)行和停止手動(dòng)和自動(dòng)控制的電氣工程圖。 主電路為圖5-67，與前述基本相同，圖中還標(biāo)出了水位控制點(diǎn)及高低水位報(bào)警線，液位傳檢測(cè)采用了超聲波傳感器。 圖紙列出了設(shè)備清單。 而圖5-68采用了PLC控制潛污泵的啟動(dòng)、停止及高低水位的報(bào)警。

根據(jù)工藝要求：在手動(dòng)控制中，通過(guò)操作泵1、泵2各自的控制按鈕實(shí)現(xiàn)泵的啟動(dòng)、運(yùn)行和停止。

在自動(dòng)控制中：

(1)當(dāng)水位低于—8.76m時(shí)，兩臺(tái)泵處于停止?fàn)顟B(tài)。

(2)當(dāng)水位上升到高水位—7.1m時(shí)，兩臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行。

(3)當(dāng)水位在低水位與高水位之間時(shí)，開(kāi)啟一臺(tái)泵運(yùn)行。

(4)當(dāng)水位低于—8.76m和高于高水位—7.1m時(shí)，分別給出高低水位的報(bào)警信號(hào)。

圖5-68將控制電路分成了若干個(gè)環(huán)節(jié)，PLC的輸入、輸出繼電器的地址分配，從PLC模塊的接線圖可以看出，梯形圖是根據(jù)上述要求繪制的。 識(shí)讀時(shí)重點(diǎn)在于掌握如何在理解原理圖的基礎(chǔ)上閱讀工程圖。 圖中增加了一些輔助環(huán)節(jié)，如手自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、信號(hào)顯示等以及交直流電源。 識(shí)圖者依照先主后輔的原則，先分析主要功能再分析輔助環(huán)節(jié)。

圖中通過(guò)超聲波傳感器發(fā)出電信號(hào)，傳送給PLC，PLC則根據(jù)電信號(hào)相對(duì)應(yīng)的液位高度，發(fā)出指令控制泵的運(yùn)行狀態(tài)。 圖5-68是完整的施工圖，PLC模塊的輸入輸出接線及與外部的連接方式表達(dá)得很清楚，讀者可根據(jù)原理圖及接線方式對(duì)照分析。