如何對電力拖動控制系統進行PLC改造

摘要詳細描述了由繼電器控制電路圖設計梯形圖的方法、步驟和注意事項。

關鍵詞繼電器控制電路 可編程序控制器 梯形圖 轉換 PLC

中圖分類號:TM7文獻標識碼:A

1前言

可編程序控制器(PLC)以其可靠性高、功能全、使用靈活方便及適應工業環境下應用等一系列優點，在工業控制中應用越來越廣泛。許多老的繼電器控制設備也面臨著可編程序控制器改造。對繼電器控制系統在進行可編程序控制器改造時，根據原有的繼電器電路圖來設計梯形圖顯然是一條捷徑，這是因為老的繼電器控制系統經過長期的使用和考驗，已經被證明能完成系統要求的功能。而繼電器電路圖又與梯形圖有很多相似之處，因此可以將繼電器電路圖按一定的規則，轉換為功能相同的可編程序控制器的外部接線圖和梯形圖，即用可編程控制器的硬件和梯形圖來實現繼電器系統功能。這種方法沒有改變系統的外部特性，對于操作人員來說除了系統的可靠性提高之外，改造前后系統沒有什么區別，他們不用改變長期形成的操作習慣。而且這種設計方法一般不需要改動設備的控制面板和它上面的器件，因此可以減少硬件改造的費用和編程所需的時間。

2改造的基本方法和步驟

在將繼電器控制系統進行可編程序控制器改造時，可以將可編程序控制器想象成一個繼電控制系統中的控制箱，可編程序控制器的外部接線圖描述的是這個控制箱的外部接線，可編程控制器的梯形圖是這個控制箱的內部“線路圖”，梯形圖中的輸入繼電器和輸出繼電器是這個控制箱與外部世界聯系的“中間繼電器”，這樣就可以用分析繼電器電路圖的方法來分析可編程序控制器系統。在分析時可以將梯形圖中輸入繼電器的觸點想象成對應的外部輸入器件的觸點，將輸出繼電器的線圈想象成對應外部負載的線圈。外部負載的線圈除受可編程序控制器的控制外，可能還會受外部觸點的控制。然后用上述思想來將繼電器電路圖轉換成為功能相同的可編程序控制器的外部接線圖和梯形圖。其步驟如下:

(1)了解和熟悉被控設備的工藝過程和機械的動作情況，根據繼電器電路圖分析和掌握控制系統的工作原理，這樣才能在設計和調試控制系統時做到心中有數;(2)確定可編程序控制器的輸入信號和輸出負載，以及它們對應的梯形圖中的輸入繼電器和輸出繼電器的元件，畫出可編程序控制器的外部接線圖;(3)確定與繼電器電路圖中的中間繼電器、時間繼電器對應的梯形圖中的輔助繼電器和定時器的元件號。建立繼電器電路圖和梯形圖中的元件一一對應的關系;(4)根據上述對應關系按梯形圖語言中的語法規則畫出梯形圖。

3改造時應遵守的規則

在繼電器電路中，各繼電器可以同時動作，而可編程序控制器是串行工作的，因此根據繼電器電路圖設計可編程序控制器的外部接線圖和梯形圖時應注意以下問題:

(1)應遵守梯形圖語言的語法規則;(2)互鎖電路轉換時應采用雙重互鎖;所謂互鎖是指當兩臺電器同時得電將造成危險時，這兩臺電器應當實行電器互鎖。一臺電器得電，由于互鎖另一臺電器絕對不會得電。對于這種互鎖電路的轉換，除了在梯形圖中實現互鎖之外，兩臺電器設備在外電路上也要實現互鎖。這是因為這種互鎖使得PLC兩個輸出繼電器最小時間間隔只有一個掃描周期(100m/s左右)，在如此短的時間間隔內兩外部繼電器(接觸器)完成通斷切換是困難的，可能會出現一個還未斷，另一個已閉合，造成短路。同時外部互鎖也可有效地保護由于外電路接觸器觸頭熔焊而形成的短路;(3)繼電器控制電路中輸入觸點轉換時應注意觸點的類型。當繼電器電路圖中輸入觸點為常開型(如動合按鈕)，梯形圖中對應的輸入繼電器控制觸點為正常狀態，即常開的常開，常閉的常閉。因為這時可編程序控制器對應的輸入繼電器線圈沒有得電，它的常開觸點仍然斷開，與繼電器電路圖常開輸入觸點自然狀態一致，常閉觸點也是如此。當繼電器電路圖中輸入觸點為常閉型(如動斷按鈕)，梯形圖中對應的輸入控制觸點為逆狀態，即繼電器電路圖中的常開觸點在梯形圖中變為對應輸入繼電器的常閉觸點;繼電器電路圖中的常閉觸點在梯形圖中變為對應輸入繼電器的常開觸點。因為這時可編程序控制器對應的輸入繼電器線圈得電，它的常開觸點閉合，這與繼電器電路圖常閉觸點自然狀態一致。而這時輸入繼電器的常閉觸點與繼電器電路圖常開觸點自然狀態一致;(4)正確區分通電延時觸點和斷電延時觸點繼電器控制電路中時間繼電器的延時觸點有兩大類，一種是通電延時觸點，另一類為斷電延時觸點。小型PLC一般只有通電延時定時器，只能提供通電延時觸點。如果在轉換過程中遇到了斷電延時觸點就要利用通電延時定時器構造斷電型定時器。圖1表示了用FX系列通電延時的定時器T50構造出的斷電延時型定時器;(5)盡量減少可編程序控制器的輸入信號和輸出信號。可編程序控制器的價格與I/O點數有關，而每一輸入信號和輸出信號分別要占用一個輸入點和一個輸出點，因此減少輸入信號和輸出信號的個數是降低硬件費用的主要措施。在繼電器電路圖中，如果幾個輸入器件觸點的串并聯電路只出現一次，或作為整體多次出現，可以將它們作為可編程序控制器的一個信號，只占一個輸入點。繼電器控制系統中某些輸入器件的觸點如果在繼電器電路中只出現一次，并且與可編程序控制器輸出端的負載串聯(如熱繼電器的常閉觸頭)，不必將它們作為輸入信號，可以將它們放在可編程序控制器外部的輸出回路，仍與相應的可編程序控制器的負載串聯。繼電器控制系統中某些相對獨立且比較簡單的部分，如僅用按鈕起動、停止的單向運行電動機的控制電路，可以用繼電器線路控制，而不通過可編程序控制器進行控制，這樣也可減少可編程序控制器輸入輸出的點;(6)注意可編程序控制器輸出繼電器的電壓類型和額定值與外部負載一致。

圖1斷電延時

4 改造實例

圖2所示為三相異步電動機星形——三角形降壓起動控制線路。按下起動按鈕SB2時，接觸器KM1和KM3得電吸合，電動機在星形接線方式下起動，同時時間繼電器KT開始延時，5s后使KM3斷開KM2接通，電動機運行在三角形接線方式下，完成星形——三角形降壓起動。SB1用于停機。

圖2三相異步電動機Y-△減壓起動控制電路原理圖

表1PLC輸入輸出分配表

根據此控制電路的功能，首先確定可編程序控制器的輸入信號和輸出負載，以及它們對應的梯形圖中的輸入繼電器和輸出繼電器的元件及時間繼電器，具體見表1。根據電路的特點畫出PLC外部接線圖如圖3所示。

圖3PLC的I/O接線圖

根據前面所述轉換方法，由圖2中星——三角降壓起動控制線路和梯形圖語言的語法規則得到轉換后的梯形圖如圖4所示。

圖4三相異步電動機Y-△減壓起動控制線路的梯形圖

由本例可以看出，對繼電器控制系統在進行可編程序控制器改造時，根據原有的繼電器電路圖來設計梯形圖方便快捷，效率很高。但同時要注意，繼電控制系統由于受繼電器觸點數量的限制，不得不增加中間繼電器，因而按上述方法得到的梯形圖常常需要進一步簡化、優化，才能達到要求。

參考文獻

[1]黃曉紅.工廠電氣控制與可編程序控制器[M].中國科學出版社，2003.

[2]廖常初.可編程序控制器應用技術[M].重慶大學出版社，2002.