李 俊

（江蘇省常熟中等專業(yè)學(xué)校電氣工程系，江蘇 常熟 215500）

0 引 言

隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC作為自動化控制的核心技術(shù)之一，被應(yīng)用到了自動化控制的各個領(lǐng)域。因此PLC也成了很多學(xué)校機電一體化、自動化類專業(yè)必開的課程之一。

常熟中等專業(yè)學(xué)校在開展PLC課程教學(xué)的過程中，首先讓學(xué)生系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了繼電接觸器控制的電動機基本控制線路知識。在學(xué)習(xí)PLC的過程中，一個重要的環(huán)節(jié)就是將繼電接觸器控制的電動機基本控制線路轉(zhuǎn)換成用PLC來控制。

在教學(xué)實踐中，筆者發(fā)現(xiàn)，如果簡單的將繼電接觸器控制的電路直接轉(zhuǎn)換成由PLC控制的電路，有時將無法達到預(yù)期的效果或者出現(xiàn)運行事故；當然，利用PLC也能解決繼電接觸器控制電路無法克服的一些困難。

本文將分析幾種常見問題并提出解決的方法。

1 PLC工作原理的簡單介紹

1.1 PLC控制電路和繼電器電路的異同

從電路控制技術(shù)的發(fā)展來看，PLC的前身是繼電接觸器系統(tǒng)。在邏輯控制場合，PLC的梯形圖和繼電器電路圖非常相似。但是這兩者之間在運行時序問題上，有著根本的不同。在繼電接觸器系統(tǒng)中，對于同一個繼電器，它的線圈，常開、常閉觸點在通電或斷電的時候動作是同時發(fā)生的，忽略了電磁滯后及機械滯后。但在PLC控制系統(tǒng)中，由于它的工作方式循環(huán)掃描，同一個元器件的線圈和觸點動作時間不一致。這就是繼電接觸器系統(tǒng)的并行工作方式和PLC的串行工作方式的差別。

1.2 PLC的分時處理、循環(huán)掃描工作方式

在PLC控制系統(tǒng)中，PLC通過執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。因此PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式，主要分為如下3種工作階段。

（1）輸入信號處理

在輸入信號處理階段，CPU對輸入端進行掃描，將獲得的各個輸入端子的信號送到輸入暫存器存放。在同一掃描周期內(nèi)，某個輸入端的信號在輸入暫存器中一直保持不變。

（2）用戶程序處理

當輸入端子的信號全部進入暫存器后，CPU工作進入到第二個階段。在這個階段，PLC進行用戶程序的處理，它對用戶程序進行從上到下（從第0句到結(jié)束語句）依次掃描，并根據(jù)輸入暫存器的輸入信號和輸出暫存器中的運算信號（PLC在一個掃描周期內(nèi)，其輸出暫存器中的數(shù)據(jù)跟隨程序執(zhí)行的結(jié)果而變化）及有關(guān)指令進行運算和處理，最后將結(jié)果再寫入輸出暫存器中。

（3）輸出信號處理

這個階段CPU對用戶程序的掃描已處理完畢，并將輸出信號從輸出暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動輸出，控制被控設(shè)備進行各種相應(yīng)的動作。然后，CPU又返回執(zhí)行下一個循環(huán)掃描周期。

1.3 一個掃描周期的表格表示形式

PLC的掃描周期也就是PLC的一個完整工作周期，即從讀入輸入信號到發(fā)出輸出信號所用的時間，具體如表1所示。

2 問題一：點動、連續(xù)控制電路不能實現(xiàn)點動

如圖1所示，在用PLC來改造繼電接觸器控制點動、連續(xù)控制電路時，會發(fā)現(xiàn)按下點動按鈕SB2時，電路無法實現(xiàn)點動控制。那么，為什么會造成這種現(xiàn)象呢？應(yīng)該如何來解決呢？

圖1 繼電接觸器控制的點動、連續(xù)控制電路

2.1 繼電器控制點動控制電路的工作原理分析

如圖1所示，當按下按鈕SB2時（點動按鈕），首先它的常閉觸點斷開，切斷自鎖回路，接著它的常開觸點閉合，同時KM線圈得電，電動機點動運行；松開SB2，KM線圈失電，電動機停止運行[1-5]。

2.2 PLC控制點動控制電路工作原理分析

根據(jù)分析，結(jié)合PLC外部接線圖（見圖2），將繼電器控制電路轉(zhuǎn)化成PLC梯形圖和指令表，如圖3所示。

圖3 梯形圖和指令表

對圖3所示的梯形圖進行分析，可得到表2、表3。

從表2可以看到如下兩個問題：

（1）按下SB2后，SB2由斷到通穩(wěn)定下來的時間遠大于PLC的掃描周期；

（2）由于程序從上到下，從左到右依次掃描，先掃到Y(jié)0常開，后掃到Y(jié)0線圈（看指令表）因此造成，Y0常開和Y0線圈工作不同步。

2.3 PLC程序不能正常工作的原因

從對PLC程序運行情況的分析可以看出，造成該電路不能點動的原因是：松開SB2的第一個掃描周期內(nèi)，Y0的常開觸點是閉合的，從而造成自鎖回路自鎖。這是由PLC的分時處理與循環(huán)掃描工作方式所決定的，它同繼電接觸器控制電路有著本質(zhì)的區(qū)別。

2.4 問題的解決方法

解決方法一：在松開SB2的第一個掃描周期內(nèi)，設(shè)法讓自鎖回路斷開，故在自鎖回路中串入定時器，定時時間可通過實驗確定（不能太大），如圖4所示。

解決方法二：拋棄原有電路，重新進行設(shè)計，如圖5所示；圖5中不能將M0、M1換成Y0，否則會出現(xiàn)雙線圈問題。

3 問題二：PLC控制星三角電路切換過程中有時發(fā)生短路

教學(xué)過程中，實際上還會出現(xiàn)上述同種類型的問題。典型的像正反轉(zhuǎn)電路、星-三角電路、雙速轉(zhuǎn)換電路。安裝完成PLC電路后，有時能正常運行，有時則在電路的切換過程中會發(fā)生短路事故。本文以星三角電路為例進行分析研究。

表2 按下按鈕SB2后程序運行情況

表3 松開SB2后的程序運行情況

圖4 在自鎖回路中傳入定時器

圖5 利用M輔助繼電器設(shè)計程序

3.1 繼電器控制星三角控制電路的工作原理分析

如圖6所示，按起動按鈕SB2，KM1、KM3、時間繼電器KT線圈得電吸合同時自鎖，電動機星形（Y）接法起動。當KT延時時間到，KM3線圈電路中的通電延時斷開的動斷觸點斷開，KM3斷電釋放，電動機星接（Y）起動結(jié)束。此時，KM2線圈電路中的通電延時閉合的動合觸點閉合。KM2線圈得電吸合，電動機改為三角形（△）接法運轉(zhuǎn)[6]。

3.2 PLC控制星三角控制電路工作原理分析（程序運行的指令表不再給出）

根據(jù)圖7、圖8對PLC控制程序進行分析，得到表4、表5。

圖7 PLC控制的星三角控制電路外部接線圖

圖8 PLC控制的星三角控制電路梯形圖

3.3 PLC控制電路在星三角切換過程中有時發(fā)生短路的原因分析

從圖7、圖8的工作原理可以看出，造成該電路在星三角切換過程中有時發(fā)生短路的原因是：T0計時到7 s的第2個掃描周期中，Y2線圈（星形）失電和Y3線圈（三角形）得電是同時進行的，從而造成接觸器KM2和KM3在切換過程中存在可能同時接通的重合時間，若接觸器存在質(zhì)量問題，則可能發(fā)生相間短路。當然，圖5電路也存在這個問題，但用PLC控制時解決這個問題相對容易。

表4 按下SB1后的簡單情況

表5 T0時間到時的簡單情況

3.4 解決的方法

（1）方法一：選擇質(zhì)量高的接觸器，使得KM2（星形）的釋放時間小于KM3（三角形）的吸合時間，盡量縮短兩者的重合時間。

（2）方法二：在程序中加入定時器，保證Y2線圈（星形）先失電，Y3線圈（三角形）后得電，即設(shè)置轉(zhuǎn)換延時，延時時間可通過實驗確定（一般在0.5 s以下），如圖9所示。

圖9 在Y2線圈前加入定時器T0常閉觸點

4 問題三：自動往返電路的自啟動

圖10是典型的繼電接觸器控制的自動往返控制電路原理圖，但這個圖中存在一個明顯的缺點，也即不安全因素：自啟動問題。

圖10 繼電接觸器控制的自動往返控制電路

如果在設(shè)備啟動運行之前，工作臺正好把SQ1（或SQ2）壓住，則只要設(shè)備接通電源，在沒有按下啟動按鈕的情況下，工作臺就將自行啟動，從而釀成事故。要克服這個缺點，在不增加元器件的基礎(chǔ)上，將是十分困難的。

用PLC來實現(xiàn)工作臺的自動往返，則能輕而易舉的解決這個問題。

圖11中巧妙地利用了PLC的開機脈沖M8002，保證設(shè)備啟動運行之前，即使工作臺把SQ1（或SQ2）壓住，設(shè)備接通電源后，在沒有按下啟動按鈕的情況下，工作臺將不能自行啟動[7-8]。

圖11 PLC控制的自動往返控制電路

5 結(jié) 論

本文簡單介紹了PLC的分時處理與循環(huán)掃描工作方式的特點，并通過“點動、連續(xù)控制電路不能實現(xiàn)點動”“PLC控制星三角電路切換過程中有時發(fā)生短路”“自動往返電路的自啟動”三個案例來闡述了如何通過對PLC的每一個完整掃描周期中，輸入輸出信號的變化進行分析，來解決PLC控制過程中，繼電器控制電路和PLC控制程序不匹配的一些問題。