用PLC代替继电器系统的设计方法

摘要：随着PLC 应用技术的日益普及推广,PLC可编程已经成为工业控制领域推广速度最快、应用范围最广的一种控制设备,于是各高校机电类专业都开设了与此相关的课程。由于PLC 采用梯形图的编程语言是以继电器梯形图为基础的形象编程语言,所以很多工厂,在用PLC 进行系统改造时,常常将原有的继电器图直接翻译成PLC梯形图。本文针对用PLC代替继电器系统的设计方法进行总结,并进行案例解析。　　
　　用PLC代替继电器控制系统是PLC产生的基础,其目的是采用PLC的软件结构代替原来的继电器控制结构,是在继电器控制结构的基础上进行PLC程序设计。为了适应社会要求,对“将继电器图翻译成PLC 梯形图”成了高校PLC教学的重要课题。
1、PLC改造继电器控制系统的基本步骤：
　　　用PLC可编程改造继电器控制系统的基本步骤如图1所示。主要步骤包括:(1)分析原继电器控制系统的工作原理和各元件的作用,分离出输入信号和输出控制对象。统计所需要的I/O点数,选择合适的PLC类型。(2)对所有的输入信号及输出控制对象分配PLC的输入/输出地址, 编制出输入/输出分配表或者画出输入/输出端子的接线图, 必要时,也可列出中间信号的地址分配表。(3)写出继电器电路图的逻辑函数关系式, 并根据地址分配表, 用PLC的地址代替电器元件符号, 得到的逻辑函数关系式, 画出梯形图。(4)将程序输入到PLC, 并进行测试, 以排除程序中的错误有仿真软件的, 可先在仿真软件上测试。(5)在PLC软硬件设计和现场施工完成后, 就可以进行整个系统的联机调试, 调试中发现的问题要逐一排除, 直至调试成功。
2 、用PLC改造继电器控制系统的注意事项：
　　　　用PLC改造继电器控制系统应注意以下几点:(1)线圈必须放在梯形图的最右边;(2)串联电路中的单个触点放在关系式右边, 并联电路中的单个触点放在并联的下面;(3)合理设置中间单元以简化电路;(4)时间继电器的触点出现了种状态时, 须采用一中间继电器来处理瞬动触点;(5)原来为常闭的输入信号, 在进入PLC前, 要改成常开或将内部的逻辑取反;(6)外部硬件联锁电路必须保留;(7)PLC的外部负载最大只能为AC220V或DC24V,如负载超出此范围,应将接触器线圈换成以下的或设置外部中间继电器。
3、用PLC改造一个带点动的继电器控制电路：
　　但是,由于继电器控制系统和PLC可编程控制系统工作方式的不同, 参照原有的继电器控制系统翻译过来的电路有时会有与继电器接触控制系统不同的动作结果,甚至有时候会造成按转化过来的梯形图没办法进行硬件连接的情况。
继电器控制系统是以“并行”方式工作的, 即同一电路的各组触点同步动作, 其逻辑运算过程是并行的。继电器线圈从通电到触点的闭合或打开, 有一段吸合时间;而线圈断电时, 从线圈断电到触点打开, 有一段释放时间。(通常触点的通断时间为15ms/ 次)正是因为这些时间,造成了某些继电器控制电路中存在了“触点竞争”问题。“触点竞争”是继电接触器控制电路设计时应该避免的。有时甚至会因操作时用不用力把按钮按到底都会导致控制结果不一样。而在PLC控制系统中,是不能同时去执行多个操作的,它只能按分时工作的原理,每一时刻执行一个操作,随着时间的延伸,一个动作接一个动作顺序地进行。这种分时操作过程,称为扫描过程。它是分三个阶段——输入刷新阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段“串行”工作的,以扫描的方式,循环地、连续地、顺序地逐条执行程序。并且PLC中软触点的动作可以认为是瞬间的(扫描速度为1.6us/步)并能将本次动作的结果记忆到下次扫描运算为止。也就是说它有记忆功能。这种运行方式当然不存在“触点竞争”问题、也不存在操作用不用力的问题。所以按实际继电器控制线路转化为PLC梯形图,有时会出现相反的结果,即控制效果会随之改变。下图2为一例,一个带点动的继电器控制电路,在转化为PLC梯形图后出现了不同的结果。
　照原继电器控制系统并遵循PLC可编程的编程原则,按照表1的输入点分配表得到图3所示的梯形图电路。
在图3中,点动时,PLC的扫描过程如表2示。由表2可知:按下SB3,对应的X2闭合,执行程序使Y0为“1”,该结果被放入输出映象器中,一方面驱动KM,另一方面用于下一次扫描程序运算。当点动结束,松开SB3后,则X2常闭触点闭合,这时,由于Y0仍保持通电状态,使得程序执行的结果Y0仍然是“1”,达不到目的。因此,上述电路转化为PLC梯形图后控制效果也随之改变了。
　　解决方案图4:按下SB2,对应的X2闭合,虽然执行程序使Y0为“1”,该结果被放入输出映象器中,但同时内部继电器R0的线圈得电,R0的常闭触点切断Y0的自锁回路,从而实现了点动。
4 、结语：
　　PLC可编程的功能强大、可靠性高、使用方便,是当代工业自动化的主要设备之一;用PLC取代旧的继电器控制系统,可有效地提高控制系统的可靠性和经济效益。利用逻辑函数将继电器电路图转换为梯形图的设计方法,一方面不用改动控制面板,保持了系统原有的外部特性,操作人员不用改变长期形成的操作习惯另一方面基本不用重新设计控制程序,缩短了设计、安装和调试时间。但在改造比较复杂的、特殊的继电器控制系统,只要掌握好内在的规律,就能更好地运用梯形图完成各种控制,在编程中就会避免一些不应有的错误,能快捷、准确地编出功能更强、更好的程序。

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