周志東

（廣西紡織工業(yè)學(xué)校，廣西 南寧 530007）

基于可編程控制技術(shù)的三控?zé)綦娐返脑O(shè)計(jì)與制作

周志東

（廣西紡織工業(yè)學(xué)校，廣西 南寧 530007）

三控?zé)艨刂齐娐肥且环N比較典型且又較為復(fù)雜的電路形式，文章重點(diǎn)介紹了如何采用可編程控制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)多地控制的功能要求，并從電路邏輯功能分析、程序設(shè)計(jì)、電路安裝制作與調(diào)試等方面，詳細(xì)闡述了采用可編程控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)的典型三控?zé)綦娐返脑O(shè)計(jì)與制作過(guò)程，從而體現(xiàn)出可編程控制技術(shù)在較復(fù)雜電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。

可編程控制技術(shù)；三控?zé)綦娐?；邏輯功能；電路制?/p>

1 引言

在二十世紀(jì)六七十年代，國(guó)外的工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)出了一種專(zhuān)門(mén)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的基于微機(jī)技術(shù)的控制電器，稱(chēng)為可編程序控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC。PLC的誕生解決了工業(yè)控制中較為復(fù)雜的邏輯控制實(shí)現(xiàn)方式的難題。而運(yùn)用了這一設(shè)備進(jìn)行控制的技術(shù)就稱(chēng)為可編程控制技術(shù)，也稱(chēng)PLC控制技術(shù)。隨著PLC控制技術(shù)的不斷發(fā)展，人們也將其應(yīng)用在民用領(lǐng)域等其它場(chǎng)合，使得原本較為復(fù)雜的控制方式也變得簡(jiǎn)單起來(lái)。

2 三控?zé)綦娐返幕驹砑疤攸c(diǎn)

多地點(diǎn)控制電路及技術(shù)是指在兩個(gè)及兩個(gè)以上不同位置對(duì)同一個(gè)（或同一組）被控對(duì)象進(jìn)行控制的電路或技術(shù)。在日常生活中，多地點(diǎn)控制技術(shù)主要應(yīng)用在建筑物的樓道（包括走廊、樓梯等）內(nèi)的照明電路中。當(dāng)樓道比較長(zhǎng)時(shí)，則需要在樓道內(nèi)的不同位置安裝多個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)對(duì)同一盞（或同一組）照明燈進(jìn)行控制，已達(dá)到方便操作的目的。對(duì)于這樣的多地點(diǎn)燈控電路，傳統(tǒng)的做法是采用單刀雙擲、雙刀雙擲等較為特殊的開(kāi)關(guān)，通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)按一定的方式將它們連接起來(lái)，具有類(lèi)似這種功能的電路又稱(chēng)為多控?zé)綦娐?。而其中三控?zé)綦娐酚质嵌嗫責(zé)綦娐分械囊环N較為常見(jiàn)的電路形式，下面我們就以一個(gè)典型三控?zé)綦娐穼?shí)例來(lái)對(duì)多地控制的基本原理及特點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。

圖1　傳統(tǒng)的三控?zé)綦娐吩韴D

根據(jù)三控?zé)舻囊话憧刂埔罂芍?，在初始狀態(tài)下電路中唯一的受控對(duì)象白熾燈處于熄滅狀態(tài)，所有開(kāi)關(guān)均為斷開(kāi)狀態(tài)；每一個(gè)開(kāi)關(guān)都應(yīng)能獨(dú)立控制白熾燈，使之點(diǎn)亮或者熄滅；當(dāng)操作其中一個(gè)開(kāi)關(guān)使白熾燈點(diǎn)亮（或熄滅）時(shí)，再操作另一個(gè)開(kāi)關(guān)則將白熾燈熄滅（或點(diǎn)亮）。為了實(shí)現(xiàn)上述要求，傳統(tǒng)的電路實(shí)現(xiàn)方式是采用兩個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)和一個(gè)雙刀雙擲開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路原理圖如圖 1所示。圖中三個(gè)開(kāi)關(guān)之間的連線(xiàn)有一定的特殊要求，而且三個(gè)開(kāi)關(guān)的類(lèi)型也不相同在一定程度上也增加了安裝的難度。此外，通過(guò)分析可知當(dāng)開(kāi)關(guān)的數(shù)量越多，對(duì)開(kāi)關(guān)的要求會(huì)越高，控制電路就會(huì)越復(fù)雜，電路安裝人員在連線(xiàn)時(shí)稍有不慎就會(huì)出錯(cuò)，在通電操作時(shí)就會(huì)發(fā)生安全事故。

3 采用可編程控制技術(shù)的三控?zé)綦娐返脑O(shè)計(jì)與制作

下面就以日本三菱FX系列PLC為例，介紹如何利用PLC來(lái)設(shè)計(jì)并制作出一個(gè)電路實(shí)現(xiàn)三控?zé)綦娐返目刂乒δ堋?/p>

3.1三控?zé)綦娐返倪壿嫻δ芊治?/p>

根據(jù)三控?zé)舻目刂埔?，初始情況下三個(gè)開(kāi)關(guān)均處于斷開(kāi)狀態(tài)，白熾燈熄滅，在此前提條件下通過(guò)操作改變各開(kāi)關(guān)的通斷狀態(tài)來(lái)控制白熾燈的亮滅。

筆者可以進(jìn)行一種假設(shè)情況的分析：當(dāng)開(kāi)關(guān)K1的狀態(tài)由斷開(kāi)變?yōu)榻油〞r(shí)，白熾燈點(diǎn)亮；白熾燈L點(diǎn)亮后，若開(kāi)關(guān)K2的狀態(tài)由斷開(kāi)變?yōu)榻油〞r(shí)，則白熾燈L熄滅；若此時(shí)第三個(gè)開(kāi)關(guān)K3的狀態(tài)也由斷開(kāi)變成接通，則白熾燈L將再次點(diǎn)亮。至此三個(gè)開(kāi)關(guān)已全部轉(zhuǎn)變?yōu)榻油ǖ臓顟B(tài)。

通過(guò)上述分析可知，每個(gè)開(kāi)關(guān)都有通、斷兩種狀態(tài)，三個(gè)開(kāi)關(guān)就總共有23= 8種不同的狀態(tài)組合情況。按照上面的分析方法，筆者還可以做第二、第三種等其它情況的分析，在此我們就不再展開(kāi)闡述了。不論是何種情況，都可以得出這樣的結(jié)論：三個(gè)開(kāi)關(guān)中只要有奇數(shù)個(gè)開(kāi)關(guān)處于接通的狀態(tài)，白熾燈就會(huì)點(diǎn)亮；其他情況燈均熄滅。這樣一來(lái)，筆者可以將三個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)和白熾燈狀態(tài)之間的邏輯功能關(guān)系歸納如表1所示。

表1　三控?zé)綦娐返倪壿嫻δ埽ㄟ壿嬯P(guān)系）表

通過(guò)上面的分析可以看出，采用PLC控制方式時(shí)，每個(gè)燈開(kāi)關(guān)都只有接通或斷開(kāi)的狀態(tài)，功能比較單一，這樣我們?cè)谕ㄟ^(guò)電路實(shí)現(xiàn)時(shí)只需選用普通的單刀單擲型開(kāi)關(guān)即可。

3.2設(shè)計(jì)PLC控制程序

3.2.1列出PLC程序的I/O分配表

本實(shí)例選用的是三菱FX系列的PLC，根據(jù)此類(lèi)PLC程序軟元件的編號(hào)規(guī)則，列出的I/O分配表如下表2所示。

表2　三控?zé)鬚LC程序I/O分配表

3.2.2分析控制要求

根據(jù)表1中三個(gè)開(kāi)關(guān)與白熾燈之間的邏輯關(guān)系列出PLC的I/O狀態(tài)表，如表3所示。表中字母“OFF”表示開(kāi)關(guān)斷開(kāi)或燈熄滅，字母“ON”表示開(kāi)關(guān)接通或燈點(diǎn)亮。

表3　三控?zé)鬚LC程序I/O狀態(tài)表

3.2.3編寫(xiě)控制程序

根據(jù)前面分析出的邏輯關(guān)系，采用PLC的基本邏輯指令來(lái)編程就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。編程的基本思路如下。

根據(jù)表3所體現(xiàn)出來(lái)的邏輯關(guān)系，筆者就選擇I/O狀態(tài)表中Y000狀態(tài)為“ON”的情況來(lái)編寫(xiě)程序。I/O狀態(tài)表中，X001、X002和X003的狀態(tài)為“ON”的情況，對(duì)應(yīng)梯形圖中選用常開(kāi)觸點(diǎn)；X001、X002和X003的狀態(tài)為“OFF”的情況，對(duì)應(yīng)梯形圖中選用常閉觸點(diǎn)。從 I/O狀態(tài)表中可以看出，能使輸出Y000的狀態(tài)為“ON”的共有4種情況。每一種情況中三個(gè)輸入的狀態(tài)是彼此相關(guān)聯(lián)的，屬于“與”邏輯關(guān)系，在梯形圖中應(yīng)該將它們串聯(lián)起來(lái)。而從大的方面來(lái)看，這四種情況之間卻是并列而互不相關(guān)的，屬于“或”邏輯關(guān)系，因而在梯形圖中采用并聯(lián)的方式將它們連接起來(lái)。最終得到的梯形圖參考程序如圖2所示。

圖2　三控?zé)綦娐稰LC控制梯形圖程序

與圖2的梯形圖程序相對(duì)應(yīng)的PLC指令語(yǔ)句如下：

3.3電路的安裝與試運(yùn)行

3.3.1準(zhǔn)備工具和器材

電路安裝工具的選用，完成電路的安裝和連線(xiàn)工作所需的工具如表4所示。

表4　電路安裝所需工具

電路組成元件（器材）的選用，PLC控制的三控?zé)綦娐返慕M成元件如表5所示。

表5　PLC控制的三控?zé)綦娐方M成元件

3.3.2電路安裝的基本要求

電路安裝過(guò)程中要堅(jiān)持“安全第一”的原則，并符合基本的電氣安裝工藝規(guī)范，具體要求如下：

（1）為便于操作，應(yīng)將三個(gè)燈開(kāi)關(guān)并排安裝在電路板的靠下部分，用于引入電源的接線(xiàn)排安裝在電路板的最上方，燈座和PLC主控制器位于電路板的中部。

（2）正確選用連接導(dǎo)線(xiàn)。

（3）電路各連接點(diǎn)應(yīng)連接可靠、牢固。

（4）同一接線(xiàn)端子的連接導(dǎo)線(xiàn)最多不能超過(guò)2根。

（5）任何電器設(shè)備的安裝都要在斷電狀態(tài)下進(jìn)行。

（6）要正確使用一字螺絲刀、十字螺絲刀、尖嘴鉗、剝線(xiàn)鉗等工具，防止在操作過(guò)程中發(fā)生工具傷手的事故。

（7）安裝過(guò)程中不能用工具敲打所安裝的器件，以免造成損壞。

（8）使用萬(wàn)用表進(jìn)行帶電測(cè)量，應(yīng)遵守萬(wàn)用表的安全操作規(guī)程。

（9）電路安裝完成后一定要進(jìn)行通電前的檢查，確保電路中沒(méi)有短路的現(xiàn)象，保證電路連接正確。

3.3.3電路安裝的步驟與方法

（1）繪制電氣原理圖。根據(jù)PLC的I/O分配表畫(huà)出系統(tǒng)的電氣控制原理圖。如圖3所示。

圖3　PLC控制的三控?zé)綦娐冯姎庠韴D

（2）電器設(shè)備的安裝和固定。使用十字螺絲刀等工具將PLC主控制器、燈座、開(kāi)關(guān)等器材安裝并固定在電路板面上。

（3）根據(jù)原理圖連接電路。依次完成PLC主控制器輸入端子、輸出端子、白熾燈和電源等元件的連線(xiàn)。

3.4電路通電試運(yùn)行

最后還需通過(guò)對(duì)整個(gè)三控?zé)綦娐吠娫囘\(yùn)行來(lái)進(jìn)一步檢驗(yàn)整個(gè)電路的軟、硬件部分的設(shè)計(jì)是否正確。試運(yùn)行可按如下步驟進(jìn)行操作：

（1）接通電路的電源，此時(shí)PLC主控制器面板上的電源指示燈（POWER）發(fā)光，表明PLC主控制器已經(jīng)通電。

（2）利用三菱PLC的專(zhuān)用編程軟件，在電腦上編輯生成如圖2所示的梯形圖程序。

（3）通過(guò)三菱PLC的專(zhuān)用程序傳輸線(xiàn)將電腦和PLC主控制器連接起來(lái)，并將程序從電腦傳輸（寫(xiě)入）的PLC主控制器中。

（4）將 PLC主控制器面板上的小撥動(dòng)開(kāi)關(guān)打至“RUN”檔位，此時(shí)面板上的運(yùn)行指示燈（RUN）也發(fā)光，表明PLC處于運(yùn)行狀態(tài)。

（5）分別操作電路板上的開(kāi)關(guān)A、開(kāi)關(guān)B和開(kāi)關(guān)C，以令其接通或斷開(kāi)，觀察白熾燈的亮滅情況，并將觀察到的現(xiàn)象記錄下來(lái)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)電路通電試運(yùn)行，將觀察到的現(xiàn)象（結(jié)果）與表1的邏輯功能關(guān)系進(jìn)行比對(duì)之后不難發(fā)現(xiàn)，采用上述方法設(shè)計(jì)并制作出來(lái)的電路完全符合三控?zé)舻目刂埔?。而且上述?yīng)用實(shí)例中也只是用到了PLC的一個(gè)最基本的功能，其潛力尚未充分發(fā)揮出來(lái)。試想對(duì)于這種多地點(diǎn)控制的電路系統(tǒng)而言，隨著開(kāi)關(guān)數(shù)量的增加，邏輯關(guān)系就會(huì)更復(fù)雜，而采用PLC控制方式的話(huà)其優(yōu)越性就會(huì)更加明顯。此外，與傳統(tǒng)的多控?zé)綦娐废啾龋捎昧薖LC控制技術(shù)后能起到簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，便于后續(xù)電路功能調(diào)整的效果，同時(shí)電路的可靠性也大幅提升。由此可見(jiàn)，可編程控制技術(shù)應(yīng)用在較復(fù)雜電氣控制系統(tǒng)中的確有其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，具有十分廣泛的應(yīng)用前景。

[1] 高勤.電器及PLC控制技術(shù)(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2008.

[2] 張同蘇,李乃夫.電器及 PLC控制技術(shù)技能訓(xùn)練[M].北京:高等教育出版社,2006.

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[4] 周文煜.PLC綜合應(yīng)用技術(shù)(第2版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2015.

Design and production of three control circuit based on programmable control technique

The three control circuit is a typical and complex circuit form. This paper focuses on how to implement the control function of the multi control circuit by using the programmable control technique, and elaborated the process of how to design and making a typical three control circuit by using programmable control technique in detail, from four aspects, including logical function analyzing, program designing, circuit constructing，and circuit debugging. Thus it shows the advantages of the programmable control technique in the application of the complex electrical system.

Programmable control technique; three control circuit; logical function; circuit constructing

TN7

A

1008-1151(2015)09-0095-03

2015-08-11

周志東（1977－），男，廣西南寧人，廣西紡織工業(yè)學(xué)校機(jī)電工程系教師，從事中職電工電子、電氣控制類(lèi)課程的教學(xué)工作。