《電氣控制與PLC》課件第11章

第11章工業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

工業(yè)電氣設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括繼電接觸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、PLC可編程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、DDC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、單片微型計(jì)算機(jī)和DSP控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)計(jì)算機(jī)和DCS控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)裝置等設(shè)計(jì)。工業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般應(yīng)包括電氣設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線的拖動(dòng)方案、選擇拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的容量和電氣控制系統(tǒng)線路、電氣控制系統(tǒng)控制元器件選用等設(shè)計(jì)內(nèi)容。本章主要介紹工業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線常用繼電接觸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法、PLC可編程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法、控制系統(tǒng)裝置等設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法。第11章工業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.1工業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述11.2工業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備的繼電接觸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.2.1繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法11.2.2繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的邏輯設(shè)計(jì)法11.2.3電氣自動(dòng)化設(shè)備的繼電接觸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例11.3工業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備PLC可編程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.3.1電氣自動(dòng)化設(shè)備PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和一般方法11.3.2電氣自動(dòng)化設(shè)備PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法11.3.3PLC輸入輸出接線圖的設(shè)計(jì)11.3.4電氣自動(dòng)化設(shè)備PLC順序功能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法11.1工業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述1、工業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備電氣控制線路設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容電氣設(shè)備一般由機(jī)械部分和電氣二部分組成。電氣部分的設(shè)計(jì)通常是和機(jī)械部分的設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行的。電氣設(shè)計(jì)是電氣設(shè)備設(shè)計(jì)工作的重要組成部分。電氣部分設(shè)計(jì)的好壞直接影響到機(jī)電設(shè)備的使用效能及其先進(jìn)性。對(duì)于電氣控制設(shè)計(jì)而言，則主要是根據(jù)機(jī)械等專業(yè)提出的控制要求，設(shè)計(jì)滿足實(shí)際需要的控制線路，選擇所需要的控制系統(tǒng)元器件。電氣設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般應(yīng)包括確定電氣設(shè)備的拖動(dòng)方案、選擇拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的容量、設(shè)計(jì)控制線路、正確選用電氣控制系統(tǒng)的元器件。主要是設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)的主電路和控制電路的電氣原理圖、元器件布置圖、安裝接線圖等三大圖。此處主要介紹電氣控制系統(tǒng)的電氣原理圖設(shè)計(jì)。２、電氣設(shè)備電氣控制線路設(shè)計(jì)的基本步驟（1）擬定技術(shù)條件（任務(wù)書）（2）選擇傳動(dòng)形式與控制方案（3）選擇電動(dòng)機(jī)（4）設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)原理圖（5）選擇控制方法和控制元件、設(shè)計(jì)電器元件布置圖、制定電器元件明細(xì)表（6）設(shè)計(jì)電氣柜、操作臺(tái)、配電板等（7）繪制電氣設(shè)備的電氣安裝圖和接線圖（8）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書和使用說明書11.1工業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述11.2.1繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法1.繼電接觸電氣控制系統(tǒng)原理圖經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的一般步驟

(1)根據(jù)相關(guān)專業(yè)提出的控制要求和電氣設(shè)備的工作過程要求，制定出具體、詳細(xì)的控制要求，作為設(shè)計(jì)繼電接觸電氣控制線路的依據(jù)及控制目標(biāo)。(2)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按繼電接觸電氣控制要求的起動(dòng)、停車、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)及調(diào)速等設(shè)計(jì)主電路。(3)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和繼電接觸控制主電路的要求，參照繼電接觸電氣控制典型控制環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)繼電接觸電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)。(4)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和建筑電氣設(shè)備各部分運(yùn)動(dòng)要求的配合關(guān)系及聯(lián)鎖關(guān)系設(shè)計(jì)繼電接觸電氣控制線路的特殊環(huán)節(jié)。(5)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的故障，在繼電接觸電氣控制線路中加入必要的保護(hù)環(huán)節(jié)。(6)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)綜合審查繼電接觸電氣控制整體電路，按繼電接觸電氣控制線路的動(dòng)作步驟分析線路工作原理，檢查線路是否能達(dá)到控制目的，進(jìn)一步完善繼電接觸電氣控制電路，必要時(shí)可做實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證。11.2工業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備的繼電接觸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.滿足控制要求使繼電接觸控制線路簡單、經(jīng)濟(jì)的措施

(1)盡量選用典型的、常用的或經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證過的線路和環(huán)節(jié)。

(2)盡量選用相同型號(hào)的電器，以減少備品量。(3)盡量縮短連接導(dǎo)線的長度，可采用如圖11-1的方法。

(4)盡量減少觸點(diǎn)數(shù)，以簡化線路，減少可能的故障點(diǎn)。方法是：合并同類觸點(diǎn)、利用二極管的單向?qū)щ娦詼p化直流電路、利用邏輯代數(shù)法合并同類觸點(diǎn)。具體可采用如圖11-2和圖11-3、圖11-4的方法。

(5)盡量減少不必要的通電電器，以減少電能損耗、延長控制電器的壽命。11.2.1繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法圖11-1節(jié)省連接導(dǎo)線的方法(a)用4根板外線接線；(b)用3根板外線接線11.2.1繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

圖11-2減化直流電路圖11-3利用邏輯代數(shù)法合并同類觸點(diǎn)1

圖11-4利用邏輯代數(shù)法合并同類觸點(diǎn)211.2.1繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法3.保證控制線路工作可靠性的措施(1)正確連接電器的觸點(diǎn)同一電器的各對(duì)觸點(diǎn)應(yīng)接在電源的同一相上，以避免在電器觸點(diǎn)分?jǐn)嚯娐樊a(chǎn)生飛弧時(shí)，由飛弧引起的相間短路，應(yīng)避免圖11-5的錯(cuò)誤接法。11.2.1繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

圖11-5同一電器的各對(duì)觸點(diǎn)的接法(2)正確連接電器的線圈1）在交流控制線路中，不能串聯(lián)接入如圖11-6所示的兩個(gè)電器線圈，即使外加電壓是兩個(gè)線圈額定電壓之和也不允許。圖11-6串聯(lián)接入兩個(gè)電器線圈2）在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)，電器線圈的一端應(yīng)接在電源的同一端。如圖11-7所示，繼電器、接觸器以及其它電器的線圈一端統(tǒng)一接在電源的同一側(cè)，使所有電器的觸點(diǎn)在電源的另一側(cè)。圖11-7電器線圈接在電源的同一端11.2.1繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法(3)減少多個(gè)電器元件依次動(dòng)作后才接通某一電器的控制方式

如圖11-8所示，在控制線路中應(yīng)盡量避免許多電器觸點(diǎn)依次接通才接通某一電器的控制方式，應(yīng)避免圖11-8(a)的不合理使用方式。圖11-8減少多個(gè)電器元件依次動(dòng)作后接通某一電器(a)不合理使用方式；(b)合理使用方式(4)提高電器觸頭的接通和分?jǐn)嗄芰?5)電氣互鎖與機(jī)械互鎖(6)電器觸頭的“競(jìng)爭”問題(7)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式11.2.1繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法應(yīng)考慮提高電器觸頭的接通和分?jǐn)嗄芰Γ羧萘坎粔?，可在線路中增加中間繼電器，或增加線路中觸頭數(shù)目。增加接通能力用多觸頭并聯(lián)連接；增加分?jǐn)嗄芰t用多觸頭串聯(lián)連接。采用小容量繼電器控制大容量的接觸器時(shí)，應(yīng)校核其觸點(diǎn)容量是否允許。在頻繁操作的可逆線路中，正反向接觸器之間不僅要有電氣互鎖，還要有機(jī)械互鎖。同一繼電器的常開觸頭和常閉觸頭有“先斷后合”型和“先合后斷”型。如果觸頭的動(dòng)作先后發(fā)生“競(jìng)爭”的話，電路工作則不可靠。應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)的容量及所允許的沖擊電流值等因素設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式。采用間接起動(dòng)方式時(shí)應(yīng)注意校核起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是否夠用，熱繼電器是否會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作等。11.2.1繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法（8）控制線路力求簡單、經(jīng)濟(jì)

1)盡量減少觸頭的數(shù)目。

2)盡量減少連接導(dǎo)線。如圖11-9所示，應(yīng)把電器觸頭放在一起連接。圖11-9電器觸頭的連接3)控制線路在工作時(shí)，除必要的電器元件必須長期通電外，其余電器應(yīng)盡量不長期通電，以延長電器的使用壽命和節(jié)約電能。4)應(yīng)盡量縮減電器元件的數(shù)量，要采用標(biāo)準(zhǔn)件，并盡可能選用相同型號(hào)。（9）盡量選用可靠的電器元件盡量選用機(jī)械壽命和電氣壽命長、結(jié)構(gòu)合理、堅(jiān)固、動(dòng)作可靠且抗干擾性好的電器元件。11.2.1繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法（10）避免寄生回路所謂寄生回路是指在控制線路的動(dòng)作過程中意外接通的電路，也叫假回路，如圖11-10所示。圖11-10寄生回路示例11.2.1繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法（11）兩電感量相差懸殊的直流線圈不能直接并聯(lián)使用，應(yīng)避免圖11-11的錯(cuò)誤使用方法。圖11-11電感量相差懸殊的直流線圈的并聯(lián)使用11.2.1繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法4、保證控制線路安全性的措施（1）短路保護(hù)短路保護(hù)可由熔斷器或低壓斷路器實(shí)現(xiàn)。熔斷器在被保護(hù)線路發(fā)生故障時(shí)，利用熔體熔化斷開線路。低壓斷路器則是進(jìn)行跳閘(脫扣)保護(hù)，事故處理完畢后，可再合閘。針對(duì)不同的控制要求通?？刹捎萌鐖D11-12的保護(hù)方式。圖11-12電動(dòng)機(jī)的短路和過載保護(hù)方式11.2.1繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法（2）過電流保護(hù)

不正確的起動(dòng)和過大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩常引起電動(dòng)機(jī)的過電，此電流一般比過載電流大而比短路電流小。過電流會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)的換向器，產(chǎn)生過大的電磁轉(zhuǎn)矩，過大的電磁轉(zhuǎn)矩也會(huì)使機(jī)械傳動(dòng)部件受到損壞。對(duì)于不同的電機(jī)可以采用圖11-13的過電流保護(hù)方式。圖11-13電動(dòng)機(jī)的過電流保護(hù)方式11.2.1繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法（3）過載保護(hù)為了防止電動(dòng)機(jī)因長期過載運(yùn)行而使電動(dòng)機(jī)繞組的溫升超過允許值而損壞，需采用熱保護(hù)即過載保護(hù)。此保護(hù)多采用熱繼電器實(shí)現(xiàn)。需注意在采用熱繼電器作過載保護(hù)時(shí)，還必須使用熔斷器或低壓斷路器作短路保護(hù)。（4）失壓保護(hù)為了防止電網(wǎng)停電時(shí)，在電網(wǎng)電壓恢復(fù)時(shí)電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)的保護(hù)叫失壓保護(hù)。它通過接觸器的自鎖觸點(diǎn)或通過并聯(lián)在萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)或主令控制器的零位閉合觸點(diǎn)上的零壓繼電器的常開觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。（5）弱磁保護(hù)

對(duì)于直流電動(dòng)機(jī),當(dāng)其磁場(chǎng)減弱或者消失時(shí),會(huì)引起電動(dòng)機(jī)超速甚至“飛車”,所以應(yīng)設(shè)置弱磁保護(hù)。弱磁保護(hù)一般由欠電流繼電器實(shí)現(xiàn)，其整定值為電機(jī)額定最小勵(lì)磁電流的0.8倍左右。（6）極限保護(hù)極限保護(hù)是由行程開關(guān)的常閉觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。（7）超速保護(hù)某些控制系統(tǒng)為了防止生產(chǎn)機(jī)械超過預(yù)定允許速度運(yùn)行,在控制線路中設(shè)置了超速保護(hù)。如電梯的超速保護(hù)一般用離心開關(guān)完成。也有的用測(cè)速發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)。11.2.1繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法11.2.2繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的邏輯設(shè)計(jì)法根據(jù)設(shè)備工藝的要求，利用邏輯代數(shù)的方法來分析、化簡和設(shè)計(jì)線路。這種設(shè)計(jì)方法能夠確定實(shí)現(xiàn)一個(gè)開關(guān)量自動(dòng)控制線路的邏輯功能所必須的、最少的中間繼電器的數(shù)目，然后有選擇地進(jìn)行添置。邏輯設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)：用這種邏輯設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)出的線路結(jié)構(gòu)比較合理，所用的元件數(shù)量也較少，特別適合完成較復(fù)雜的生產(chǎn)工藝所要求的控制線路。但是相對(duì)而言，這種設(shè)計(jì)方法難度較大，不容易掌握。對(duì)于一個(gè)功能較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，若能將其分成若干個(gè)互相聯(lián)系的控制單元，用邏輯設(shè)計(jì)方法完成各單元的設(shè)計(jì)，然后再用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法把這些單元組合成一個(gè)整體，這種設(shè)計(jì)方法較為簡潔、切實(shí)可行。1、繼電器開關(guān)線路的邏輯函數(shù)繼電器開關(guān)的邏輯電路也可用邏輯函數(shù)來描述，其輸出變量是受控元件（如接觸器、繼電器的線圈等），輸入變量是主令信號(hào)，中間單元，檢測(cè)信號(hào)及輸出變量的反饋觸點(diǎn)。如圖11-14所示電路可用下面函數(shù)表達(dá)式表示。圖11-14(a)的邏輯函數(shù)表達(dá)式：

，圖11-14(b)的邏輯函數(shù)表達(dá)式。圖11-14啟、保、?？刂齐娐?1.2.2繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的邏輯設(shè)計(jì)法

例如空調(diào)制冷控制系統(tǒng)中的循環(huán)泵的控制電路圖如圖11-15所示，要求在冷卻塔風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后方可啟動(dòng)，冷凍水泵停車時(shí)方可停車，請(qǐng)給出循環(huán)泵的邏輯表達(dá)式。如圖11-15所示，冷卻塔風(fēng)機(jī)由KM1控制，循環(huán)泵由KM2控制，冷凍水泵由KM3控制，啟動(dòng)按鈕SB1，停車按鈕SB2。則圖11-15(a)、(b)的邏輯函數(shù)表達(dá)式分別如下式所示。(a)(b)圖11-15空調(diào)制冷控制系統(tǒng)循環(huán)泵控制電路圖

(a)循環(huán)泵控制電路；(b)循環(huán)泵控制簡化電路11.2.2繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的邏輯設(shè)計(jì)法2、繼電接觸控制線路原理圖的邏輯設(shè)計(jì)基本方法與步驟(1)繼電接觸式控制線路的組成繼電接觸式控制線路的組成一般由輸入電路、中間邏輯控制電路、輸出執(zhí)行電路三大部分組成。(2)繼電接觸式控制線路邏輯設(shè)計(jì)法的一般步驟1)在充分研究工藝流程的基礎(chǔ)上，作出工作過程示意圖；2)確定執(zhí)行元件和檢測(cè)元件，按工作過程示意圖作出執(zhí)行元件動(dòng)作節(jié)拍表及檢測(cè)元件狀態(tài)表；3)根據(jù)檢測(cè)元件狀態(tài)表寫出各輸出控制線圈（輸出控制元件）控制程序的特征邏輯函數(shù)，確定輸出控制線圈（輸出控制元件）分組，設(shè)置中間記憶元件，使各輸出控制線圈（輸出控制元件）分組的所有程序區(qū)分開；4)確定中間記憶元件開關(guān)邏輯函數(shù)表達(dá)式及執(zhí)行元件動(dòng)作邏輯函數(shù)表達(dá)式；5)根據(jù)邏輯函數(shù)表達(dá)式繪制控制線路圖；6)進(jìn)一步完善電路，增加必要保護(hù)環(huán)節(jié)和聯(lián)鎖，檢查電路是否符合控制要求。11.2.2繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的邏輯設(shè)計(jì)法(３)電氣控制線路邏輯設(shè)計(jì)方法1)列出接觸器等輸出電器元件通電狀態(tài)真值表例如：某電機(jī)只有在繼電器K1、K2和K3中任何一個(gè)或兩個(gè)動(dòng)作時(shí)才能運(yùn)轉(zhuǎn)，而在其它任何情況下都不運(yùn)轉(zhuǎn)，試設(shè)計(jì)其控制電路。根據(jù)題目要求，其接觸器通電狀態(tài)的真值表如表11－1所示。表11－1接觸器通電狀態(tài)的真值表11.2.2繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的邏輯設(shè)計(jì)法2）根據(jù)真值表寫出邏輯代數(shù)表達(dá)式根據(jù)表11－1真值表，繼電器K1、K2和K3中任何一個(gè)動(dòng)作時(shí)，接觸器KM動(dòng)作條件1的邏輯代數(shù)表達(dá)式可寫成：繼電器K1、K2和K3中任何兩個(gè)動(dòng)作時(shí)，接觸器KM動(dòng)作條件2的邏輯代數(shù)表達(dá)式可寫成：

則接觸器動(dòng)作條件，即電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件的邏輯代數(shù)表達(dá)式為：11.2.2繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的邏輯設(shè)計(jì)法3）用邏輯代數(shù)的基本公式化簡邏輯代數(shù)表達(dá)式對(duì)上述邏輯代數(shù)表達(dá)式（11－3）用邏輯代數(shù)的基本公式進(jìn)行化簡，化簡過程如下：4）根據(jù)化簡邏輯代數(shù)表達(dá)式繪制控制線路圖11-16電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制線路11.2.2繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的邏輯設(shè)計(jì)法5）校驗(yàn)設(shè)計(jì)出的控制線路對(duì)于設(shè)計(jì)出的控制線路，應(yīng)校驗(yàn)繼電器K1、K2和K3在任一給定的條件下電動(dòng)機(jī)都運(yùn)轉(zhuǎn)，即接觸器KM的線圈都通電。而在其它條件下，如三個(gè)繼電器都動(dòng)作或都不動(dòng)作時(shí)，接觸器KM不應(yīng)動(dòng)作。使用邏輯設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的控制線路比較合理，不但能節(jié)省元件數(shù)量，獲得一種邏輯功能的最簡線路，而且方法也不算復(fù)雜。11.2.2繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的邏輯設(shè)計(jì)法3、具有記憶功能的邏輯時(shí)序線路的邏輯設(shè)計(jì)方法（1）根據(jù)工藝過程作出工作循環(huán)圖；（2）根據(jù)工作循環(huán)圖作執(zhí)行元件和檢測(cè)元件狀態(tài)表；（3）由狀態(tài)表增設(shè)必要的中間記憶元件(中間繼電器);（4）列出中間記憶元件邏輯函數(shù)關(guān)系式和執(zhí)行元件邏輯函數(shù)關(guān)系式；（5）根據(jù)邏輯函數(shù)關(guān)系式繪出相應(yīng)的電器控制線路；（6）檢查并完善所設(shè)計(jì)的控制線路。

4、繼電接觸控制線路原理圖邏輯設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)規(guī)律（1）常開觸點(diǎn)串聯(lián):“與”邏輯當(dāng)要求幾個(gè)條件同時(shí)具備時(shí),才能使電器線圈得電動(dòng)作,可將幾個(gè)常開觸點(diǎn)與線圈串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，具體如圖11-17所示。圖11-17常開觸點(diǎn)與線圈的串聯(lián)“與”邏輯（2）常開觸點(diǎn)并聯(lián):“或”邏輯當(dāng)在幾個(gè)條件中，只要具備其中任一條件時(shí)，所控制的電器線圈就能得電，這時(shí)可將幾個(gè)常開觸點(diǎn)并聯(lián)實(shí)現(xiàn)。11.2.2繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的邏輯設(shè)計(jì)法（3）常閉觸點(diǎn)串聯(lián)當(dāng)幾個(gè)條件僅具備一個(gè)時(shí)，繼電器線圈就斷電，可用幾個(gè)常閉觸點(diǎn)和所控制的電器線圈串聯(lián)的方法實(shí)現(xiàn)，如圖11-18所示。圖11-18常閉觸點(diǎn)串聯(lián)（4）常閉(動(dòng)斷)觸點(diǎn)并聯(lián)當(dāng)要求幾個(gè)條件都具備時(shí)，繼電器線圈才斷電，可用幾個(gè)常閉觸點(diǎn)并聯(lián)，再和所控制的電器線圈串聯(lián)的方法來實(shí)現(xiàn)，如圖11-19所示。圖11-19常閉(動(dòng)斷)觸點(diǎn)并聯(lián)11.2.2繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖的邏輯設(shè)計(jì)法11.2.3電氣自動(dòng)化設(shè)備的繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)舉例1．某工業(yè)給水泵的繼電接觸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）工業(yè)給水泵的供水工作過程要求城市自來水管網(wǎng)→工業(yè)企業(yè)廠區(qū)地下貯水池→高位水箱或建筑天面（屋頂面）水池→工業(yè)企業(yè)廠區(qū)內(nèi)部用戶。（2）工業(yè)給水泵的一般控制要求

1）應(yīng)在地下水池與高位水箱均設(shè)置水位信號(hào)器，由兩處的水位信號(hào)器控制水泵的運(yùn)行；

2）為了保障供水可靠性，工業(yè)給水泵分為工作泵和備用泵，工作泵發(fā)生故障時(shí)，備用泵應(yīng)能自動(dòng)投入。

3）應(yīng)有水泵電動(dòng)機(jī)運(yùn)行指示及自動(dòng)、手動(dòng)控制的切換位置，備用泵應(yīng)設(shè)計(jì)有自動(dòng)投入控制指示。

（3）基本設(shè)計(jì)思路

1）為了便于線路的維護(hù)、管理等，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)將輔助線路分為信號(hào)控制回路和電動(dòng)機(jī)控制回路等幾部分，使得控制線路的分工更加明確，可讀性增強(qiáng)；

2）根據(jù)水泵控制要求1），利用繼電器觸點(diǎn)的串并聯(lián)組合，實(shí)現(xiàn)兩處的水位信號(hào)器與水泵的邏輯關(guān)系；

3）根據(jù)水泵控制要求2），工作泵與備用泵二者工況轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵是尋找一個(gè)合適的轉(zhuǎn)換信號(hào)，可利用接觸器的常閉觸點(diǎn)；

4）根據(jù)水泵控制要求3），指示信號(hào)可由運(yùn)行接觸器及轉(zhuǎn)換開關(guān)發(fā)出；利用萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換；

5）水泵電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方案由電網(wǎng)容量及電動(dòng)機(jī)容量決定。11.2.3電氣自動(dòng)化設(shè)備的繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)舉例（4）具體控制電路設(shè)計(jì)

1）水位控制信號(hào)電路設(shè)計(jì)為了保障供水可靠性，在地下水池與高位水箱均設(shè)置水位控制信號(hào)器，由兩處的水位信號(hào)器控制水泵的運(yùn)行。具體控制信號(hào)的設(shè)計(jì)電路如圖11－20所示。圖11-20水位控制器安裝示意圖和接線圖11.2.3電氣自動(dòng)化設(shè)備的繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)舉例2）控制水泵運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)主電路設(shè)計(jì)為了保障供水系統(tǒng)的可靠性，該生活給水泵設(shè)計(jì)有工作水泵和備用水泵，當(dāng)工作水泵發(fā)生故障時(shí)，備用水泵可自動(dòng)投入，主電路設(shè)計(jì)如圖11－21所示。圖11－21給水泵電動(dòng)機(jī)主電路（一主一備）11.2.3電氣自動(dòng)化設(shè)備的繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)舉例3）控制水泵電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的控制電路設(shè)計(jì)控制電路中分別設(shè)計(jì)有1號(hào)泵和2號(hào)泵電動(dòng)機(jī)手動(dòng)/自動(dòng)控制電路，所設(shè)計(jì)的控制電路原理圖如圖11－22所示。

(b)1號(hào)泵電動(dòng)機(jī)控制回路

(a)水位信號(hào)控制電路(c)2號(hào)泵電動(dòng)機(jī)控制回路圖11-22控制1號(hào)泵和2號(hào)泵電動(dòng)機(jī)的手動(dòng)/自動(dòng)控制電路原理圖11.2.3電氣自動(dòng)化設(shè)備的繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)舉例控制電路中的轉(zhuǎn)換開關(guān)觸點(diǎn)閉合表及外接端子接線如圖11－23所示。圖11-23控制電路中的轉(zhuǎn)換開關(guān)觸點(diǎn)閉合表及外接端子接線11.2.3電氣自動(dòng)化設(shè)備的繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)舉例

4）控制線路元器件的選擇

(a)隔離開關(guān)、低壓斷路器、接觸器及熱繼電器等與主電路有關(guān)的元器件的主要選擇依據(jù)是被控設(shè)備的容量；

(b)水位信號(hào)器則依據(jù)水質(zhì)、水溫和水位控制高度進(jìn)行選擇；

(c)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)依據(jù)實(shí)際需求的檔位、觸點(diǎn)對(duì)數(shù)和開閉情況進(jìn)行選擇；

(d)中間繼電器則根據(jù)觸點(diǎn)要求，線圈電壓要求進(jìn)行選擇。11.2.3電氣自動(dòng)化設(shè)備的繼電接觸控制系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)舉例11.3工業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備PLC可編程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.3.1電氣自動(dòng)化設(shè)備PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和一般方法1.電氣自動(dòng)化設(shè)備PLC可編程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

PLC電氣控制系統(tǒng)是控制電氣設(shè)備的核心部件，因此PLC的控制性能是關(guān)系到整個(gè)控制系統(tǒng)是否能正常、安全，可靠、高率的關(guān)鍵所在。在設(shè)計(jì)電氣設(shè)備的PLC可編程控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：

(1)最大限度地滿足電氣自動(dòng)化設(shè)備的控制要求；

(2)力求電氣自動(dòng)化設(shè)備的控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，維修方便；

(3)保證電氣自動(dòng)化設(shè)備的控制系統(tǒng)的安全、可靠性；

(4)保證電氣自動(dòng)化設(shè)備的操作簡單、方便、并考慮有防止誤操作的安全措施；

(5)滿足所選用PLC可編程序控制器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和安裝接線要求及環(huán)境要求。11.3.1電氣自動(dòng)化設(shè)備PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的

基本原則和一般方法

2.電氣自動(dòng)化設(shè)備PLC可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法（1）詳細(xì)了解電氣自動(dòng)化設(shè)備對(duì)PLC控制系統(tǒng)的要求對(duì)電氣自動(dòng)化設(shè)備的控制要求進(jìn)行詳細(xì)了解，必要時(shí)畫出系統(tǒng)的工作循環(huán)圖或流程圖、功能圖及有關(guān)信號(hào)的時(shí)序圖。（2）進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和PLC選型根據(jù)電氣自動(dòng)化設(shè)備對(duì)PLC控制系統(tǒng)的要求，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，選擇所需要的PLC可編程序控制器型號(hào)。（3）選擇輸入輸出設(shè)備，分配I/O端口根據(jù)電氣自動(dòng)化設(shè)備對(duì)PLC控制系統(tǒng)的要求和所選擇的PLC可編程序控制器型號(hào)，選擇輸入輸出設(shè)備，分配I/O端口。（4）硬件電路設(shè)計(jì)根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)PLC輸入輸出接線圖和主電路圖的硬件電路。將所有輸入信號(hào)（按鈕、行程開關(guān)、速度及時(shí)間等傳感器），輸出信號(hào)（接觸器、電磁閥、信號(hào)燈等）及其它信號(hào)分別列表，并按PLC內(nèi)部軟繼電器的編號(hào)范圍，給每個(gè)信號(hào)分配一個(gè)確定的編號(hào)，即編制現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與PLC軟繼電器編號(hào)對(duì)照表，繪制PLC輸入輸出接線圖和主電路圖。（5）根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)PLC梯形圖

根據(jù)控制要求和輸入輸出接線圖繪制梯形圖。圖上的文字符號(hào)應(yīng)按現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與PLC軟繼電器編號(hào)對(duì)照表的規(guī)定標(biāo)注。梯形圖的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵的一步，針對(duì)不同的控制系統(tǒng)要求可采用不同的梯形圖的設(shè)計(jì)方法。（6）編寫PLC程序清單根據(jù)所設(shè)計(jì)的控制梯形圖編寫程序清單。梯形圖上的每個(gè)邏輯元件均可相應(yīng)地寫出一條命令語句。編寫程序應(yīng)按梯形圖的邏輯行和邏輯元件的編排順序由上至下、自左至右依次進(jìn)行。（7）完善上述設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)所選擇的PLC可編程序控制器對(duì)上述設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步完善。（8）安裝調(diào)試根據(jù)所選擇的PLC可編程序控制器進(jìn)行安裝調(diào)試，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的安裝接線圖。（9）編制技術(shù)文件在設(shè)計(jì)完成上述各項(xiàng)任務(wù)后，應(yīng)按照工程應(yīng)用要求編制設(shè)計(jì)說明書、使用說明書和設(shè)計(jì)圖紙等技術(shù)文件。11.3.1電氣自動(dòng)化設(shè)備PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和一般方法11.3.2電氣自動(dòng)化設(shè)備PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的常用方法

1.繼電器電路的轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)法將建筑電氣設(shè)備繼電器控制電路直接轉(zhuǎn)化成梯形圖。對(duì)于成熟的建筑電氣設(shè)備繼電器控制系統(tǒng)而言，可用此法改畫成PLC梯形圖。如圖11-24為某建筑電氣設(shè)備的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路，現(xiàn)以此為例來說明此法。此處以三菱FX系列小型可編程控制器的要求為例來介紹此方法。

1）分析控制要求正轉(zhuǎn)：按下SB2，KM1通電吸合，電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)；反轉(zhuǎn)：按下SB3，KM2通電吸合，電動(dòng)機(jī)M反轉(zhuǎn)；停止：按下SB1，KM1（KM2）斷電釋放，電動(dòng)機(jī)M停止工作。

圖11-24某電氣設(shè)備接觸器控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路

2）編制現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與PLC軟繼電器對(duì)照表表11-2現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與PLC地址對(duì)照表類

別名

稱現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)PLC地址

輸入信號(hào)停止按鈕SB1X000正轉(zhuǎn)按鈕SB2X001反轉(zhuǎn)按鈕SB3X002熱繼電器KRX003輸出信號(hào)正轉(zhuǎn)接觸器KM1Y000反轉(zhuǎn)接觸器KM2Y00111.3.2電氣自動(dòng)化設(shè)備PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的常用方法

3）畫梯形圖

按梯形圖的要求把原控制電路適當(dāng)改動(dòng)，并根據(jù)表11-2標(biāo)出各觸點(diǎn)，線圈的文字符號(hào)，見圖11-25（b)所示。其PLC的外部硬件接線圖如圖11-25(a)所示。圖11-25

PLC控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路11.3.2電氣自動(dòng)化設(shè)備PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的常用方法4）列寫程序清單根據(jù)梯形圖自上而下，從左到右按它們的邏輯關(guān)系，列寫程序清單，如表11-3所示。表11-3PLC控制程序清單步序號(hào)指令數(shù)據(jù)步序號(hào)指令數(shù)據(jù)01234567LDORANIANIANIANIOUTLDX001Y000X000X002X003Y001Y000X002891011121314ORANIANIANIANIOUTENDY001X000X001X003Y000Y00111.3.2電氣自動(dòng)化設(shè)備PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的常用方法

2.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

根據(jù)被控的建筑電氣設(shè)備對(duì)控制的要求，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步設(shè)計(jì)出繼電器控制電路，或直接設(shè)計(jì)出PLC的梯形圖，再進(jìn)行必要的化簡和校驗(yàn)，在調(diào)試過程中進(jìn)行必要的修改。這種設(shè)計(jì)方法靈活性大，其結(jié)果一般不是唯一的。

例如上述電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路圖11-25（a）所示為PLC的外部硬件接線圖，其中SB1為停止按鈕，SB2為正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕，SB3為反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕，KM1為正轉(zhuǎn)接觸器，KM2為反轉(zhuǎn)接觸器。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)功能的梯形圖如圖11-25（b）所示。應(yīng)該注意的是：圖11-25雖然在梯形圖中已經(jīng)有了內(nèi)部軟繼電器的互鎖觸點(diǎn)(X001與X002、Y000與Y001)，但在外部硬件輸出電路中還必須使用KM1、KM2的常閉觸點(diǎn)進(jìn)行互鎖。因?yàn)?，一方面是PLC內(nèi)部軟繼電器互鎖只相差一個(gè)掃描周期，而外部硬件接觸器觸點(diǎn)的斷開時(shí)間往往大于掃描周期，來不及響應(yīng)。另一方面也是避免接觸器KM1或KM2的主觸點(diǎn)經(jīng)過長時(shí)間使用，有可能熔焊引起電動(dòng)機(jī)主電路短路。11.3.2電氣自動(dòng)化設(shè)備PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的常用方法

3.程序設(shè)計(jì)的狀態(tài)表法

狀態(tài)表法是從傳統(tǒng)繼電器邏輯設(shè)計(jì)方法繼承而來的，經(jīng)過適當(dāng)改進(jìn)，適合于可編程控制器梯形圖設(shè)計(jì)的一種方法。它的基本思路是，被控過程由若干個(gè)狀態(tài)所組成；每個(gè)狀態(tài)都是由于接受了某個(gè)切換主令信號(hào)而建立；輔助繼電器用于區(qū)分狀態(tài)且構(gòu)成執(zhí)行元件的輸入變量；而輔助繼電器的狀態(tài)由切換主令信號(hào)來控制。正確寫出輔助繼電器與切換主令信號(hào)之間的邏輯方程及執(zhí)行元件與輔助繼電器之間的邏輯方程。首先列出狀態(tài)表，用以表示被控對(duì)象工作過程。

狀態(tài)表是在矩形表格中，從左到右列有：狀態(tài)序號(hào)、該序號(hào)狀態(tài)的切換主令信號(hào)、該狀態(tài)對(duì)應(yīng)的動(dòng)作名稱、每個(gè)執(zhí)行元件的狀態(tài)、輸入元件狀態(tài)、將要設(shè)計(jì)的輔助繼電器狀態(tài)及約束條件等。

狀態(tài)表列出后，用1或0數(shù)碼來記載每一個(gè)輸入信號(hào)觸點(diǎn)的狀態(tài)。若將該狀態(tài)序號(hào)的每一個(gè)輸入信號(hào)的數(shù)碼，從左到右排成一行就成為該狀態(tài)序號(hào)的特征數(shù)，所以特征數(shù)是由該狀態(tài)輸入觸點(diǎn)數(shù)碼組成。將各個(gè)狀態(tài)的特征邏輯函數(shù)進(jìn)行分析，看哪些是可區(qū)分狀態(tài)，哪些是不可區(qū)分狀態(tài)。對(duì)于不可區(qū)分狀態(tài)可通過引入輔助繼電器，構(gòu)成尾綴數(shù)碼，把它們尾綴在特征邏輯函數(shù)之后。使之獲得新的特征邏輯函數(shù)。這樣，由于輔助繼電器的介入，使所有狀態(tài)的特征數(shù)都獲得完全區(qū)分。利用特征邏輯函數(shù)中的數(shù)碼就能構(gòu)成每個(gè)狀態(tài)的輸出邏輯方程。此后，再將邏輯方程轉(zhuǎn)化為梯形圖或程序命令。11.3.2電氣自動(dòng)化設(shè)備PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的常用方法11.3.3PLC輸入輸出接線圖的設(shè)計(jì)1.輸入接線圖的設(shè)計(jì)例11-1將圖11-26所示的兩個(gè)地點(diǎn)控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的控制電路改為PLC控制。圖11-26兩個(gè)地點(diǎn)控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的控制電路應(yīng)用前面所述的改畫梯形圖法和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，可得到如圖11-27所示的兩個(gè)地點(diǎn)控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的PLC控制圖1。圖11-27（a）為PLC的輸入和輸出接線圖，圖11-27（b）為PLC的控制梯形圖。要注意的是在圖11-27中PLC的輸入端，將圖11-26中現(xiàn)場(chǎng)控制的長閉按鈕SB3、SB4、長閉過載保護(hù)器FR均換成了長開接觸點(diǎn)形式。圖11-27兩個(gè)地點(diǎn)控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的PLC控制圖111.3.3PLC輸入輸出接線圖的設(shè)計(jì)

應(yīng)用前面所述的改畫梯形圖法和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，采用節(jié)省輸入點(diǎn)的方法，我們可得到如圖11-28所示的兩個(gè)地點(diǎn)控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的PLC控制梯形圖2。如果將圖11-28與圖11-27相比，可看出輸出接線圖沒有變化，但是輸入接線圖變化較大。因此，從圖11-28與圖11-27相比可知，PLC控制梯形圖的設(shè)計(jì)不是唯一的。圖11-28兩個(gè)地點(diǎn)控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的PLC控制圖211.3.3PLC輸入輸出接線圖的設(shè)計(jì)2.輸出接線圖的設(shè)計(jì)在PLC輸出電路采用直流電源時(shí)，對(duì)于感性負(fù)載，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加反向并聯(lián)二極管，否則接點(diǎn)的壽命會(huì)顯著下降，二極管的反向耐壓應(yīng)大于負(fù)載電壓的5～10倍，正向電流大于負(fù)載電流。在PLC輸出電路采用交流電源時(shí)，對(duì)于感性負(fù)載，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)并聯(lián)阻容吸收器(可由一個(gè)0.1μF電容器和一個(gè)100～120Ω電阻串聯(lián)而成)以保護(hù)接點(diǎn)的壽命。PLC輸出電路無內(nèi)置熔斷器，當(dāng)負(fù)載短路等故障發(fā)生時(shí)將損壞輸出元件，為了防止輸出元件損壞，設(shè)計(jì)時(shí)在輸出電源中應(yīng)串接一個(gè)5～10A的熔斷器，如圖11-29所示。圖11-29PLC輸出電路的保護(hù)措施11.3.3PLC輸入輸出接線圖的設(shè)計(jì)11.3.4電氣自動(dòng)化設(shè)備的PLC順序功能控制設(shè)計(jì)方法如圖11-30（a)所示，為某一工廠生產(chǎn)過程運(yùn)料小車運(yùn)行的空間示意圖，現(xiàn)采用三菱FX系列PLC的步進(jìn)順序控制功能設(shè)計(jì)該運(yùn)料小車的PLC控制系統(tǒng)。

1.步進(jìn)順序控制的步進(jìn)動(dòng)作確定根據(jù)三菱FX系列PLC的步進(jìn)順序控制方法，首先確定運(yùn)料小車步進(jìn)順序控制的步進(jìn)動(dòng)作順序。如圖11-30（a）所示，運(yùn)料小車開始停在左側(cè)限位開關(guān)X1處，按下起動(dòng)按扭X0，Y2變?yōu)镺N。打開貯料斗的閘門，運(yùn)料小車開始裝料，同時(shí)用定時(shí)器T0定時(shí)，10S后關(guān)閉貯料斗的閘門，Y0變?yōu)镺N，開始右行。碰到限位開關(guān)X2后停下來卸料（Y3為ON），同時(shí)用定是器T1定時(shí)。5S后Y1變?yōu)镺N，開始左行，碰到限位開關(guān)X1后返回初始狀態(tài)，停止運(yùn)行。根據(jù)Y0~Y3的ON/OFF狀態(tài)的變化。顯然一個(gè)周期可以分為裝料、右行、卸料和左行這4步，另外還應(yīng)設(shè)置等待起動(dòng)的初始步。分別用M0~M4來代表這5步。圖11-30（b）是描述該系統(tǒng)的順序功能圖，圖中用矩形方框表示步，方框中可以用數(shù)字表示該步的編號(hào)，一般用代表該步的編程元件的元件號(hào)作為步的編號(hào)，如M0等，這樣在根據(jù)順序圖設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)較為方便。圖11-30建筑材料運(yùn)料小車運(yùn)行的空間示意圖和順序功能圖（a）運(yùn)料小車運(yùn)行示意圖；（b）順序功能圖11.3.4電氣自動(dòng)化設(shè)備的PLC順序功能控制設(shè)計(jì)方法

2.初始步的確定

與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的步稱為初始步，初始狀態(tài)一般是系統(tǒng)等待起動(dòng)命令的相對(duì)靜止的狀態(tài)。初始步用雙線方框表示，每一個(gè)順序功能圖至少應(yīng)該有一個(gè)初始步。

3.活動(dòng)步的確定

當(dāng)系統(tǒng)正處于某一步所在的階段時(shí)，該步處于活動(dòng)狀態(tài)，稱該步為“活動(dòng)步”。步處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的動(dòng)作被執(zhí)行。處于不活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的非存儲(chǔ)型動(dòng)作被停止執(zhí)行。

4.與步對(duì)應(yīng)的動(dòng)作或命令

可以將一個(gè)控制系統(tǒng)劃分為被控制系統(tǒng)和施控系統(tǒng)，例如在電梯控制系統(tǒng)中，控制裝置是施控系統(tǒng)，而電梯轎廂是被控系統(tǒng)。對(duì)于被控系統(tǒng)，在某一步中要完成某些“動(dòng)作”，對(duì)于施控系統(tǒng)，在某一步中則要向被控系統(tǒng)發(fā)出某些“命令”。

下面將命令或動(dòng)作統(tǒng)稱為動(dòng)作，并將矩形框中的文字用符號(hào)表示，該矩形框應(yīng)與相應(yīng)步的符號(hào)相連。11.3.4電氣自動(dòng)化設(shè)備的PLC順序功能控制設(shè)計(jì)方法

如果某一步有幾個(gè)動(dòng)作，可以用圖11-31中的兩種畫法來表示，但是并不隱含這些動(dòng)作之間的任何順序。例如某步的存儲(chǔ)型命令“打開1號(hào)閥并保持”，是指該步為活動(dòng)步時(shí)1號(hào)閥打開，該步為不活動(dòng)步時(shí)繼續(xù)打開；非存儲(chǔ)型命令“打開1號(hào)閥”，是指該步為活動(dòng)步時(shí)打開，為不活動(dòng)步時(shí)關(guān)閉。圖11-31多個(gè)動(dòng)作的表示方法（a）動(dòng)作表示方法1；（b）動(dòng)作表示方法2

在圖11-30（b）中定時(shí)器T0的線圈應(yīng)在M1為活動(dòng)步時(shí)“通電”，M1為不活動(dòng)步時(shí)斷電，從這個(gè)意義上來說，T0的線圈相當(dāng)于步M1的一個(gè)動(dòng)作，所以將T0作為步M1的動(dòng)作來處理。步M1下面的轉(zhuǎn)換條件T0由在指定時(shí)時(shí)間到時(shí)閉和的T0的常開觸點(diǎn)提供。因此動(dòng)作框中的T0對(duì)應(yīng)的是T0的線圈，轉(zhuǎn)換條件T0對(duì)應(yīng)的是T0的常開觸點(diǎn)。11.3.4電氣自動(dòng)化設(shè)備的PLC順序功能控制設(shè)計(jì)方法

5.順序功能控制梯形圖的編程設(shè)計(jì)方法（1）使用起保停電路的編程設(shè)計(jì)方法根據(jù)順序功能圖設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)，可用內(nèi)部輔助繼電器M（特殊輔助繼電器除外）來代表各步。某一步為活動(dòng)步時(shí)，對(duì)應(yīng)的輔助繼電器為ON，某一轉(zhuǎn)換條件實(shí)現(xiàn)時(shí)，該轉(zhuǎn)換的后續(xù)步變?yōu)榛顒?dòng)步，前一級(jí)步變?yōu)椴换顒?dòng)步。很多轉(zhuǎn)換條件都是短信號(hào)，即它存在的時(shí)間比它激活的后續(xù)步為活動(dòng)步的時(shí)間短，因此應(yīng)使用有記憶（或稱保持）功能的電路來控制代表步的輔助繼電器。如常用的有起、保、停電路和置位、復(fù)位指令組成的電路。

如圖11-32所示，采用了起保停電路進(jìn)行順序控制梯形編程設(shè)計(jì)。圖中M2、M3和M4是順序功能圖中順序相連的3步，X2是步M3之前的轉(zhuǎn)換條件。設(shè)計(jì)起保停電路的關(guān)鍵是找出它的起動(dòng)條件和停止條件。根據(jù)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則，轉(zhuǎn)換實(shí)際的條件是它的前級(jí)步為活動(dòng)步，并且滿足相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件，所以步M3變?yōu)榛顒?dòng)步的條件是它的前級(jí)步M2為活動(dòng)步，且轉(zhuǎn)換條件X2=1。在起保停電路中，則應(yīng)將前級(jí)步M2和轉(zhuǎn)換條件X2對(duì)應(yīng)的常開觸點(diǎn)串聯(lián)，作為控制M2的起動(dòng)電路。11.3.4電氣自動(dòng)化設(shè)備的PLC順序功能控制設(shè)計(jì)方法當(dāng)M3和X3均為ON時(shí)，步M4變?yōu)榛顒?dòng)步，這時(shí)步M3應(yīng)變?yōu)椴换顒?dòng)步，因此可以將M4=1作為使輔助繼電器M3變?yōu)镺FF的條件，即將后續(xù)步M4的常閉觸點(diǎn)與M3的線圈串聯(lián)，作為起保停電路的停止電路。

圖11-32用起保停電路控制步

M3=(M2·X002+M3)??M4（11－5）11.3.4電氣自動(dòng)化設(shè)備的PLC順序功能控制設(shè)計(jì)方法

下面以圖11-30所示的運(yùn)料小車自動(dòng)循環(huán)的控制過程為例說明單序列的編程方法和用順序功能圖繪制梯形圖的步驟：1)根據(jù)控制要求繪制功能圖首先根據(jù)圖11-30所示運(yùn)料小車運(yùn)行的空間示意圖和順序功能圖，可畫出圖11-33（b)所示運(yùn)料小車自動(dòng)循環(huán)的控制過程圖。然后把運(yùn)料小車自動(dòng)循環(huán)工作過程分成預(yù)備、裝料、右行、卸料和左行共5步，它們的轉(zhuǎn)換條件分別為SB（X0）、T0、SQ2（X2）、T1和SQ1（X1），畫出圖11-33（c）所示的功能圖，并且填寫各步對(duì)應(yīng)的動(dòng)作及執(zhí)行電器的工作情況。圖11-33運(yùn)料小車運(yùn)行的狀態(tài)示意圖和順序功能圖11.3.4電氣自動(dòng)化設(shè)備的PLC順序功能控制設(shè)計(jì)方法2）編制現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與PLC軟繼電器編號(hào)對(duì)照表根據(jù)圖10-33（c）運(yùn)料小車的功能圖，給標(biāo)在功能圖上的各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)或工步，分配一個(gè)PLC軟繼電器編號(hào)與之對(duì)應(yīng)，可列出運(yùn)料小車的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和PLC軟繼電器編號(hào)對(duì)照表10-4。表11-4運(yùn)料小車的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和PLC軟繼電器編號(hào)對(duì)照表分類輸入信號(hào)輸出信號(hào)步序繼電器其它信號(hào)名稱起動(dòng)按鈕左限位開關(guān)右限位開關(guān)右行接觸器左行接觸器裝料電磁鐵卸料電磁鐵預(yù)備狀態(tài)一工步二工步三工步四工步激活初始步裝料卸料時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)SBSQ1SQ2KM1KM2YV1YV2Q0Q1Q2Q3Q4Lt0、t1PLC地址X0X1X2Y0Y1Y2Y3M0M1M2M3M4M8002T0、T111.3.4電氣自動(dòng)化設(shè)備的PLC順序功能控制設(shè)計(jì)方法

3）編寫工步狀態(tài)的邏輯表達(dá)式

根據(jù)圖11-33（c）所示的功能圖直接寫出五個(gè)工步狀態(tài)的以PLC地址表達(dá)的邏輯式：4）寫出各執(zhí)行電器（即輸出信號(hào)）的邏輯表達(dá)式11.3.4電氣自動(dòng)化設(shè)備的PLC順序功能控制設(shè)計(jì)方法5）根據(jù)邏輯表達(dá)式畫出梯形圖由上述邏輯電路表達(dá)式的規(guī)律，可畫出運(yùn)料小車的步序繼電器和輸出信號(hào)的梯形圖，如圖11—34所示。

6）寫出指令語句表（程序）（此處略）

圖11-34運(yùn)料小車的PLC

可編程控制梯形圖11.3.4電氣自動(dòng)化設(shè)備的PLC順序功能控制設(shè)計(jì)方法

(2)步進(jìn)梯形指令的編程設(shè)計(jì)方法許多PLC都有專門用于編制順序控制程序的步進(jìn)梯形指令及編程元件。步進(jìn)梯形指令簡稱為STL指令，F(xiàn)X系列PLC還有一條使STL指令復(fù)位的RET指令。利用這兩條指令，可以很方便地編制順序控制梯形圖程序。STL指令的用法如圖11—35所示，從圖中可以看出順序功能圖與梯形圖之間的關(guān)系。用狀態(tài)繼電器表示順序功能圖序步，每一步都具有三種功能：負(fù)載的驅(qū)動(dòng)處理、指定轉(zhuǎn)換條件和指定轉(zhuǎn)換目標(biāo)。圖11-35

STL指令的用法11.3.4電氣自動(dòng)化設(shè)備的PLC順序功能控制設(shè)計(jì)方法如前面圖11—33所示的運(yùn)料小車自動(dòng)循環(huán)的控制過程，小車運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)一個(gè)周期由5步組成。它們可分別對(duì)應(yīng)S0、S20～S23，步S0代表初始步。其順序功能圖和梯形圖如圖11—36所示。圖11—36運(yùn)料小車STL指令編程的STL指令編程的梯形圖對(duì)應(yīng)指令表

順序功能圖和梯形圖11.3.4電氣自動(dòng)化設(shè)備的PLC順序功能控制設(shè)計(jì)方法

如圖11—36（b）所示，PLC上電進(jìn)入RUN狀態(tài)，初始化脈沖M8002的常開觸點(diǎn)閉合一個(gè)掃描周期，梯形圖中第一行的SET指令將初始步S0置為活動(dòng)步。在梯形圖的第二行中，S0的STL觸點(diǎn)和X0的常開觸點(diǎn)組成的串聯(lián)電路代表轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)條件。當(dāng)初始步S0為活動(dòng)步，按下起動(dòng)按鈕X0時(shí)，轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)條件同時(shí)滿足，置位指令SETS20被執(zhí)行，后續(xù)步S20變?yōu)榛顒?dòng)步，同時(shí)S0自動(dòng)復(fù)位為不活動(dòng)步。

S20的STL觸點(diǎn)閉合后，該步的負(fù)載被驅(qū)動(dòng)，Y2變?yōu)镺N，打開貯料斗的閘門，開始裝料，同時(shí)用定時(shí)器T0定時(shí)，10S后關(guān)閉貯料斗的閘門，轉(zhuǎn)換條件T0=1得到滿足，下一步的狀態(tài)繼電器S21被置位，同時(shí)狀態(tài)繼電器S20被自動(dòng)復(fù)位。系統(tǒng)將這樣依次工作下去，直到最后返回到起始位置，碰到限位開關(guān)X1時(shí)，用OUTS0指令使S0變?yōu)镺N并保持，系統(tǒng)返回并停在初始步。

設(shè)計(jì)時(shí)要注意的是，在圖11—36中梯形圖的結(jié)束處，一定要使用RET指令，使LD觸點(diǎn)回到左母線上，否則系統(tǒng)將不能正常工作。比較圖11-34和圖11—36（b）可看出，用步進(jìn)梯形指令的編程設(shè)計(jì)方法，比使用起保停電路的編程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的順序功能梯形圖要簡單得多。

11.3.4電氣自動(dòng)化設(shè)備的PLC順序功能控制設(shè)計(jì)方法（3）以轉(zhuǎn)換為中心的單序列的編程方法如圖11-37所示為以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法的順序功能圖與梯形圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系。實(shí)現(xiàn)圖中X2對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換需要同時(shí)滿足兩個(gè)條件，即該轉(zhuǎn)換的前級(jí)步是活動(dòng)步（M2=1）和轉(zhuǎn)換條件滿足（X2=1）。在梯形圖中，可以用M2和X2的常開觸點(diǎn)組成的串聯(lián)電路來表示上述條件。該電路接通時(shí)，兩個(gè)條件同時(shí)滿足，用它編制復(fù)雜的順序功能圖的梯形圖時(shí)，更能顯示出它的優(yōu)越性。11.3.4電氣自動(dòng)化設(shè)備的PLC順序功能控制設(shè)計(jì)方法圖11-37以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式（a）順序功能圖(狀態(tài)圖)（b）梯形圖（3）以轉(zhuǎn)換為中心的單序列的編程方法圖11-38中的兩條運(yùn)輸帶順序相連，為了避免運(yùn)送的物料在2號(hào)運(yùn)輸帶上堆積，按下起動(dòng)按鈕后，2號(hào)運(yùn)輸帶開始運(yùn)行，5S后1號(hào)運(yùn)輸帶自動(dòng)起動(dòng)。停機(jī)的順序與起動(dòng)的順序剛好相反，間隔仍然為5S。圖11-38同時(shí)給出了控制系統(tǒng)的順序功能圖和梯形圖。圖11-38傳送帶控制系統(tǒng)的順序功能圖與梯形圖11.3.4電氣自動(dòng)化設(shè)備的PLC順序功能控制設(shè)計(jì)方法（4）以轉(zhuǎn)換為中心的選擇序列的編程方法如果某一轉(zhuǎn)換與并行序列的分支、合并無關(guān)，那么它的前級(jí)步和后續(xù)步都只有一個(gè)，需要復(fù)位、置位的輔助繼電器也只有一個(gè)，因此對(duì)選擇序列的分支與合并的編程方法實(shí)際上與對(duì)單序列的編程方法完全相同。圖11-39所示是自動(dòng)門控制系統(tǒng)順序功能圖的梯形圖。每一個(gè)控制置位、復(fù)位的電路塊都由前級(jí)步對(duì)應(yīng)的輔助繼電器的常開觸點(diǎn)和轉(zhuǎn)換條件對(duì)應(yīng)的常開觸點(diǎn)組成的串聯(lián)電路、一條SET指令和一條RST指令組成。

圖11-39以轉(zhuǎn)換為中心選擇序列的編程11.3.4電氣自動(dòng)化設(shè)備的PLC順序功能控制設(shè)計(jì)方法11.3.4電氣自動(dòng)化設(shè)備的PLC順序功能控制設(shè)計(jì)方法（5）并行序列的編程方法組合機(jī)床是針對(duì)特定工件和特定加工要求設(shè)計(jì)的自動(dòng)化加工設(shè)備，通常由標(biāo)準(zhǔn)通用部件和專用部件組成，PLC是組合機(jī)