浅谈程序设计:由传统电工图转换为PLC阶梯图

2019-10-21 15:13

1 概论

  可编程控制器(plc),其研发目的在于取代以继电器为主之顺序控制。近来由于半导体科技的日新月异,使得微处理机及其它ic等相关组件的价格日渐便宜,但功能则愈形增强,除了加、减、乘、除等算术演算、比较及数据处理等功能和其它便利的应用指令,加上数据通信网络之构成,使得plc不但可与pc联机操作,此外人机接口之提供,更可作工作程序或整个系统的图形监控,故除了单一机台之控制之外,更易于达成整厂自动化之目标,因此plc目前正广泛应用于工厂自动化(fa)及弹性制造系统(fms)中,应用领域涵盖了汽车工业、机械、钢铁工业、冶金、纺织、石油、化工、食品制造、自动仓储、故障诊断及系统监控等各行各业中,堪称为机电整合之利器、产业自动化之先锋。

  plc程序设计,一般均采用直觉法,也就是说它植基于电路设计者本身之学习经验,较为主观及直接。须经历一段瞎子摸象的尝试错误(try and error)时期,对程序进行除错之后才能符合所需功能或动作要求;因此设计出来的程序因人而异,除了原程序设计者之外,使用者或维修人员较不易理解其动作流程,亦即程序的可读性较低。但程序设计其实有些许脉络可循,祇是坊间的书籍很少提及这一部份。以下姑且抱着野人献曝的心情,以『三相感应电动机故障警报控制』电路为例,由传统电工图转换为阶梯图的过程,浅谈程序设计,相信尔后对于相关的回路转换或程序设计,您或许可触类旁通。

2 传统电工图

  已知的三相感应电动机故障警报控制电路,其传统电工图,如图1所示。

图1 三相感应电动机故障警报控制电路图



3 动作说明

  1.电源正常时,仅绿灯gl亮,电动机不动作。

  2.按下启动按钮pb1,电磁接触器mc动作,电动机立即运转,指示灯rl亮,绿灯gl熄。

  3.按下停止按钮pb2,电磁接触器mc断电,电动机停止运转,指示灯rl熄,绿灯gl亮。

  4.电动机在运转中,因过载或其它故障原因,致使积热电驿th-ry动作,电动机停止运转,蜂鸣器bz发出警报,指示灯rl熄,绿灯gl亮。

  5.按下按钮开关pb3,蜂鸣器bz停止警报,白灯wl亮,绿灯gl亮,红灯rl熄。

  6.故障排除后,按下积热电驿th-ry复归杆,则白灯wl熄,绿灯gl亮,红灯rl熄,可以重新起动电动机。

4 i/o编码

  使用plc,就是以软件程序来取代硬件配线。传统电工图当中,主电路是plc无法取代的;plc可以取代的部份,是控制电路。由传统电工图转换为阶梯图的第一个步骤,就是i/o编码,亦即将传统电工图中的输入/输出组件,先行确定其在plc中所拟对应之外部输入/输出端子编号,以及外部输入组件接线方式是采用a/b接点,如表1所示。

  (a):外部採a接点方式接线

  (b):外部採b接点方式接线

5 plc外部接线图

  输入/输出组件经i/o编码,并决定外部输入组件是采用a/b接点接线方式后,plc外部接线图如图2所示。图中所示为丰炜vigor-vb系列plc机种,采用npn接线,亦即24v端子与s/s端子并接。

图2 plc外部接线图



6 plc阶梯图

  由传统电工图转换为阶梯图之程序设计步骤如下:

  (1)将电工图中控制电路直接转成对应阶梯图。因为plc阶梯图中规定,接点在前,输出线圈则必须位于回路的最后。故首先须重新绘制电工图,将图中接点与输出线圈位置适度变更,以符合plc阶梯图的要求,重新绘制后的电工图,如图3所示。

图3 重新绘制后的电工图

  (2)以i/o编码后的组件编号,取代电工图中的输入/输出组件,此处要留意的是,th-ry的c-a接点及c-b接点要独立出来,各自成为一个控制回路,如图4所示。

图4 i/o编码后的的电工图

  (3)将图4所示的电工图,向左旋转90,之后再垂直翻转(upside down),即可成为plc阶梯图,但因:

  (1)y1、x0接点,

  (2)输出线圈y1和y2,不符合一般编程软件格式,故须适度更正,如图5右方所示。

图5 适度翻转并修正后的阶梯图

  ※若您使用visio来绘制电工图,则向左旋转90,之后再垂直翻转,就变的很easy。



  (4) 使用编程软件绘制之阶梯图,如图6所示,与适度翻转并修正后的阶梯图,完全相同。

图6 编程软件绘制之阶梯图

7 指令

  将阶梯图转换为指令,则如下所示:

8 plc转换接线与阶梯图

  传统电工图完整转换后之plc外部输入/输出接线与阶梯图。使用软件程序取代硬件配线后之plc外部输入/输出接线与阶梯图,如下图7所示。

图7 以软件程序取代硬件配线后之plc

9 结束语

  plc其研发目的在于取代以继电器为主之顺序控制,亦即使用软件程序以取代硬件配线,因此祇要改变其软件程序即可改变其控制的顺序,而轻易的达成控制上之不同需求。一般的plc系以传统继电器控制回路为基础发展而来,并将继电器的接点和线圈予以符号化,当转换成一般的阶梯图或指令之后,即可实现其控制。但如此所完成的控制回路,是基于电路设计者本身之学习经验,较为主观及直接,一般使用者往往不易理解其动作流程,亦即程序的可读性较低。

  坊间的书籍很少提及程序设计的理念,因此本文以『三相感应电动机故障警报控制』电路为例,将传统电工图转换为plc阶梯图的过程,经由个人多年来接触plc的学习经验,不揣浅漏尝试为读者建构成为一种有迹可循的程序转换及设计模式,相信尔后碰到相关的回路转换或程序设计问题时,您定可触类旁通。

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