使用TRIZ“技術系統完備性法則”、“能量傳遞法則”捋順PLC控制系統硬件接線

宋飛燕 程秀玲 溫賜奇

摘要：在可編程控制器系統硬件接線學習中，引入發明問題解決理論TRIZ中的“技術系統完備性法則”“能量傳遞法則”，可幫助學習者深刻理解PLC硬件接線規律，使其在面對不同型號的PLC控制系統時，能系統全局性的考慮其硬件布局，同時助力其養成使用創新方法去解決問題的習慣。

關鍵詞：技術系統完備性法則;能量傳遞法則;PLC控制系統硬件接線

0 引言

阿齊舒勒指出：“技術系統的進化不是隨機的，而是遵循一定的客觀規律，同生物系統的進化類似，技術系統也面臨著自然選擇、優勝劣汰”。掌握這些規律，能夠能動地幫助我們進行產品設計并預測產品的未來發展趨勢。我們在學習PLC過程中，暫不設計應用產品。但是，我們可以用這些進化法則來剖析PLC及其控制系統的進化過程和它的優劣，認識到要實現我們需要的功能，技術系統是如何從低級到高級進化的，有哪些特點和趨勢;來觀察一下現在工業控制應用廣泛的PLC系統是否契合了某些先進的進化法則;來大膽預測下未來的PLC控制系統會有什么樣的發展。

1 TRIZ技術系統進化法則

阿齊舒勒著名的八大系統進化法則，構成了TRIZ理論的核心內容之一。

1 ）技術系統完備性法則：技術系統要實現某項功能的必要條件是，在整個技術系統中，一定要包含四個相關聯的基本子系統，即動力裝置、傳輸裝置、執行裝置和控制裝置。從實現功能的角度來說，技術系統被劃分成兩類：改變物體參數的執行技術系統、測量物體參數的測量技術系統。最小執行技術系統的整個系統需要從能量源接收能量;再由動力裝置將能量轉換成技術系統所需要的使用形式;傳輸裝置將能量傳輸到執行裝置，按照執行裝置的特性進行調整，最終作用在產品上;控制裝置負責系統各部分之間系統操作。

2 ）技術系統能量傳遞法則：技術系統實現其基本功能的必要條件之一是，能量能夠從能量源流向技術系統的所有元件。如果技術系統的某個元件接收不到能量，它就不能產生效用，那么整個技術系統就不能執行有用功能，或者所實現的有用功能不足。

2 用進化法則擂郢順PLC硬件系統框架構建思路

現在，我們要分析用S7-200某款PLC控制三相異步電動機驅動傳送帶起停控制任務。根據完備性法則可知，這是一個執行系統，需要有能量源、動力裝置、傳輸裝置、執行裝置、被控設備和控制裝置。顯然，被控設備是傳送帶，執行裝置是三相異步電動機;PLC控制三相異步電動機中間還需要有一個傳輸裝置，將能量傳遞給執行裝置，按照執行裝置的特性進行調整，最終作用在被控對象上。這里需要查找手冊，匹配控制裝置和執行裝置的電氣特性。

查找S7-200手冊，發現其CPU的DI輸出有兩種形式，一種為24VDC，一種為繼電器（可24VDC或250VAC）。如果被控對象是24V LED燈，PLC兩種輸出形式都可以與之匹配，此時，二者之間就僅需導線等來進行傳輸;而三相異步電動機的額定電壓，是三相380VAC，顯然，與PLC的輸出并不能直接匹配。初學者，在設計電路圖的時候，可能直接就莽撞的把三相異步電動機拼湊到PLC的輸出端了。

技術系統能量傳遞法則講能量要能夠從能量源流向技術系統的所有元件，如果某個元件接收不到能量，它就不能產生效用。這句話放到電路圖中理解，即是電能要起到作用，必然要形成閉合回路，不能短路和斷路。電信號又分不同類型和等級，不同類別的電能要起到作用，必然不能混淆。若S7-200系列的CPU224 AC/DC/RLY作為控制器，可根據這兩個進化法則繪制出框架示意圖1。

3 在框架示意圖的指導下設計電路原理圖

以上分析的這個執行系統結構完備、能量流合理。之后，我們就可以在示意圖思路的指導下設計電路原理圖。對于有一定電路基礎，沒有PLC基礎的學習者，我們嘗試讓其設計電路圖，往往要比給其現成的電路圖，掌握的更為印象深刻。之后可以依據其進行硬件接線。

4 結束語

技術系統完備性法則和能量傳遞法則，適用于現在所有帶有智能控制裝置的自動化系統。要知道，在沒有智能控制裝置之前，能量傳遞法則依然適用。例如，三相異步電動機的繼電器接觸器控制系統，所有的繼電器、接觸器均構成了傳輸裝置，將能量逐級傳遞給被控裝置負載。智能裝置在現代自動化控制中不可或缺，讀者可以就使用PLC驅動自動化生產線上常常見到的氣動執行裝置氣缸，來使用這兩個進化法則來指導構建你的硬件系統，做一下練習。顯然，在電、氣、液、機械，單一或者混合的傳動控制系統中，電能、氣體液體壓力能、機械能的傳遞都不能憑空產生和消失，如果設備不工作，我們順著能量的傳遞方向去捋一捋，總能發現能量在哪里被截斷了，從而找到問題所在。

參考文獻

[1]孫永偉，（美）伊克萬科.TRIZ：打開創新之門的金鑰匙1[M].北京，科學出版社，2015，11.

[2]趙敏，史曉凌，段海波.TRIZ入門及實踐[M].北京，科學出版社，2009.