本節(jié)介紹幾種常用的PLC控制電路，并與繼電器接觸器控制電路相對照，使讀者在掌握了繼電控制系統(tǒng)的基礎上，全面地了解PLC的控制原理和應用技術。

電動機的啟停控制

圖5-50　PLC控制系統(tǒng)的組成

PLC控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，如圖5-50所示。 硬件部分：將輸入元件通過輸入點與PLC連接，輸出元件通過輸出點與PLC連接，構成PLC控制系統(tǒng)的硬件部分。 軟件部分：用PLC指令將控制思想轉變?yōu)镻LC可以接受的程序。

啟動控制：通常使用按鈕來實現(xiàn)，將其動合觸點接到PLC的輸入點，PLC輸入映像寄存器中的對應位與該觸點形成映射關系，用數(shù)字量“1”和“0”反映觸點的接通和閉合狀態(tài)，如圖5-51所示。 電動機先連接接觸器，接觸器的主觸點接到PLC的輸出點，PLC中有一個輸出映像寄存器與各輸出點形成一一對應的映射關系。

圖5-51　按鈕與輸入映像寄存器的映射

通常的啟動控制，只需將啟動按鈕接在PLC的輸入點，電動機接到PLC的輸出點即可實現(xiàn)。 圖5-53的梯形圖，電路功能單一，不能自鎖，只能實現(xiàn)簡單的點動功能。 與繼電控制圖5-52(b)實現(xiàn)的功能相同。 圖5-54梯形圖，使用輸出線圈的輔助觸點(軟觸點)與按鈕映射觸點(軟觸點)并聯(lián)，稱為自鎖。 將簡單的啟動電路增加了自鎖功能，這樣手離開按鈕后，電動機可以繼續(xù)運行。 與繼電控制圖5-52(c)實現(xiàn)的功能相同。 圖5-55梯形圖，使用按鈕的動斷觸點接到PLC的輸入點，在梯形圖中起到切斷主干通道控制信號的作用，因此，按鈕的動斷觸點串聯(lián)在被控線圈的主通道上。 圖中增加了停止按鈕，使其具備啟動保持停止的功能。 與繼電控制圖5-52(d)實現(xiàn)的功能相同。 讀者將兩種控制裝置對照比較，便可以了解PLC軟硬件以及如何利用梯形圖來實現(xiàn)控制的功能。

圖5-52　電動機繼電控制的啟停電路

(a)主電路; (b)點動控制; (c)帶自鎖的點動控制; (d)典型的啟停控制

圖5-55電路中包含了啟動、保持和停止控制，是最典型的啟保停控制電路，讀圖時將三個梯形圖對應分析。 在實際電路中還需加上一些保護措施，如互鎖保護、過載保護等，梯形圖相對復雜些。 梯形圖實現(xiàn)的電動機啟停控制與繼電器接觸器控制系統(tǒng)功能相同，梯形圖表達得更簡練、直觀。

圖5-53　最簡單電動機啟動程序

圖5-54　帶自鎖觸點啟動程序

電動機正反轉控制

圖5-55　帶停止按鈕的電動機啟動程序

前面已經介紹了利用繼電控制系統(tǒng)實現(xiàn)電動機的正反轉控制。 要實現(xiàn)三相電動機正反轉，只需將接入電動機的三相中任意交換其中兩相，如圖5-56所示。 梯形圖在啟保停電路的基礎上，為了防止電動機正反轉同時接通而燒毀電動機線圈，加入互鎖保護，從而構成了簡單的正反轉控制程序，如圖5-57所示。 在實際電路中，通常使用按鈕、行程開關和傳感器等發(fā)出的控制信號作為正反轉切換的輸入信號。

圖5-56　正/反轉控制電路

圖5-57　輸入/輸出配置及外部接線圖

實現(xiàn)電動機正反向啟動控制。 按下SB1，電動機正向啟動(保持運行狀態(tài)); 按下SB2，電動機反向運行，按下SB3，電動機停止。

(1)要實現(xiàn)正反轉，需要使用兩個接觸器KM1、KM2。 對應PLC輸入點可選Q0.1、Q0.2。

(2)因為正反轉電路中，若同時接通會造成短路，因此每次只能接通其一。 一種方法可以使用帶互鎖的按鈕，另一種方法可以將接觸器的動斷輔助觸點接到對方電路中。 本例中采用雙重互鎖，為保持某一方向的運行狀態(tài)，應使用自鎖觸點。

(3)不可能讓電動機無休止地運行下去，因此將停止按鈕的動斷觸點串聯(lián)在對應的電路中。

根據輸入輸出點數(shù)分配I/O地址，見表5-8。

表5-8 I/O地址分配表

根據PLC上對應的I/O點進行連線，按S7-200的說明書將電源線接好，示意圖如圖5-57所示。 由于PLC的輸出往往是強電，所以操作時一定要遵守安全操作規(guī)程，檢驗沒問題的情況下才可以通電調試。

進入Step7 MicroWin32開發(fā)環(huán)境設計梯形圖程序，如圖5-58所示。 其動作原理的分析與繼電器控制相同。

圖5-58　電動機正反轉控制梯形圖

Y-△減壓啟動

星形三角形減壓啟動能大大減少啟動電流，減少電流沖擊和延長電動機使用壽命，在輕載或空載的啟動電路中得到廣泛應用。 圖5-59為Y-△減壓啟動控制電路圖。 前面已講過Y-△啟動控制電路圖，雖然作用雷同，但實現(xiàn)的線路有所不同，讀者可比較分析。

圖5-59星形三角形減壓啟動控制系統(tǒng)。 控制過程：按下SB2電動機星形啟動，延時3s切換至三角形運行狀態(tài)，按下SB1，系統(tǒng)停止運行。

圖5-59　 Y-△減壓啟動控制電路

繼電控制系統(tǒng)的控制過程如下。

(1)電動機星形連接時，三相繞組線圈的一端連在一起，三角形連接時，三相繞組線圈的頭尾分別相連。 要實現(xiàn)這兩種狀態(tài)的切換，需用3個接觸器KM1、KM2、KM3，連接方式如圖5-59所示。

(2)KM1、KM3通電，KM2斷開時，電動機星形連接。

(3)KM1、KM2通電，KM3斷開時，電動機為三角形連接。

為防止切換到三角形連接時KM3不能及時斷開而產生短路，在KM2和KM3之間建立互鎖保護。

SB1為停止按鈕，串聯(lián)在能夠切斷整個控制電路的地方。

依據上述電路的工作過程，根據所需元件，設置I/O地址，其分配I/O地址見表5-9。 將其繼電控制系統(tǒng)轉化為PLC編程控制系統(tǒng)。 讀者可根據其設計的思路來分析，依據分析繼電控制原理的方式設計PLC的梯形圖。

表5-9 Y-△減壓啟動I/O地址

根據傳統(tǒng)繼電控制電路圖，將其轉化成PLC的梯形圖，如圖5-60所示。 讀者首先要明確 Y-△減壓啟動I/O地址以及所用軟繼電器的作用，PLC的書寫規(guī)則。 識圖時采用順藤摸瓜的方法，沿著繼電器控制電路的每一支路上的輸入輸出元件，在PLC控制程序梯形圖中用對應的指令取代，再對其位置依據符合PLC書寫規(guī)則分析即可。 Y-△減壓啟動梯形圖中用定時器代替了繼電控制中的時間繼電器。

圖5-60　Y-△減壓啟動梯形圖

為了幫助讀者更好地理解梯形圖程序的執(zhí)行過程，圖5-60中梯形圖程序執(zhí)行過程分析如下：

按下SB2觸點I0.2閉合→線圈Q0.1得電并自鎖;定時器T37啟動→線圈Q0.1動合觸點閉合，線圈Q0.3得電→星形運行;同時Q0.3的動斷觸點斷開，實現(xiàn)了互鎖。

在按下SB2的同時→定時器T37定時3s→時間到，則T37動斷觸點斷開，線圈Q0.3失電;T37動合觸點接通，線圈Q0.2得電并自鎖→三角形運行。 Q0.2的動斷觸點斷開，實現(xiàn)了互鎖。 Q0.2動斷觸點斷開，定時器復位。

按下SB1停止按鈕→整個系統(tǒng)停止運行。

操作人員可根據PLC上對應的I/O點進行硬件連線，按S7-200的說明書將電源線接好。 由于PLC的輸出往往是強電，所以操作時一定要遵守安全操作規(guī)程，檢驗合格后才可以加電調試。

多點啟動控制電路

在很多設備裝置中，為了操作方便，常要求能在多個地點進行控制操作; 在某些機械設備上，為保證操作者的安全，需要滿足多個條件設備才能開始工作。 這樣的控制要求可以通過在電路中串聯(lián)或并聯(lián)電器的動斷觸點(常閉觸點)或動合觸點(常開觸點)來實現(xiàn)，如圖5-61、圖5-62所示。

圖5-61　多地點控制電路

圖5-62　條件控制電路

多地點控制電路，可以使用設置在不同位置的啟動按鈕啟動設備，如圖5-61所示，啟動按鈕SB2～SB4分別設置在A地、B地和C地，按下任何一個啟動按鈕，KM線圈自鎖，保持設備的運行狀態(tài)。 3個停止按鈕為SB1、SB5、SB5，保證在方便的位置啟動和停止設備。 如按表5-10設置I/O地址，則轉化成PLC梯形圖控制程序如圖5-63所示。

表5-10 多地點控制電路I/O地址分配表

圖5-63　多點控制梯形圖程序

多條件控制電路中，要啟動設備，處在A地、B地和C地3個不同地點的操作者必須同時按下啟動按鈕SB4、SB5、SB6，要停止設備也需要3個操作者同時按下停止按鈕SB1、SB2、SB3才能完成。 因大型設備往往有很多工作位置，而單個操作者無法看清所有的位置，為了防止出現(xiàn)安全意外，根據設備的工作條件和安裝情況，需要布置多個條件點。 按表5-11設置I/O地址，將圖5-62轉化成PLC控制程序，如圖5-64所示。

表5-11 條件控制電路I/O地址分配表

圖5-64　多條件控制梯形圖程序

自動門控制電路

自動門控制系統(tǒng)是利用PLC啟保停電路的編程實現(xiàn)控制門的開關自動控制。 自動門控制系統(tǒng)的順序功能圖和梯形圖如圖5-65、5-66所示。

控制要求及控制步驟分析如下。

(1)當人靠近自動門時，感應器X0為ON，Y0驅動電動機高速開門，碰到開門減速開關X1時，變?yōu)闇p速開門。 碰到開門極限開關X2時，電動機停轉，開始延時。 若在0.5s內感應器檢測無人，Y2啟動電動機高速關門。 碰到開門減速開關X4時，改為減速門，碰到開門極限開關X5時，電動機停轉。 在關門期間，若感應器檢測到有人，停止關門，T1延時0.5s后自動轉換為高速開門。

圖5-65　自動門控制系統(tǒng)順序功能圖

在圖5-65中，步[1]之前有一個選擇序列的合并，當M0為活動步，并且轉換條件X0滿足，或M6為活動步，且轉換條件T1滿足時，步M1都應變?yōu)榛顒硬剑纯刂芃1的啟動、保持、停止電路的啟動條件應為M0和X0動合觸點串聯(lián)電路與M6和T1的動合觸點串聯(lián)電路進行并聯(lián)(見圖5-66的第二梯級)。

在圖5-65中，M4之后有一個選擇序列的分支，當它的后續(xù)步M5、M6變?yōu)榛顒硬綍r，它應變?yōu)椴换顒硬健?所以，需要將M5和M6的動斷觸點與M4的線圈串聯(lián)。 同樣，M5之后也有一個選擇序列的分支，當它的后續(xù)步M0、M6變?yōu)榛顒硬綍r，它應變?yōu)椴换顒硬健?因此需要將M0、M6的動合觸點串聯(lián)電路與M5的線圈串聯(lián)。

圖5-66　自動門控制梯形圖

初始啟動過程：PLC開始運行后，M8002自動接通1個掃描周期，M0得電，M0(2)閉合，M0(1)閉合、自鎖。

先分析步[1]～步[4]的工作過程(見圖5-64)：

當人靠近自動門感應器時，輸入繼電器X0得電，X0閉合，M1得電(M1已閉合)，步M1進入活動步。 …… 步4后進行選擇分支。

(2)無靠近自動門時，高速關門只減速關門位置，X4得電，X4閉合。 步M5后進行選擇分支。

圖5-67 潛污泵控制電路

圖5-68 潛污泵控制電路

識圖時兩圖對照分析，讀者可自行識圖。

PLC電氣控制工程圖舉例

圖5-67、5-68為兩臺潛污泵啟動、運行和停止手動和自動控制的電氣工程圖。 主電路為圖5-67，與前述基本相同，圖中還標出了水位控制點及高低水位報警線，液位傳檢測采用了超聲波傳感器。 圖紙列出了設備清單。 而圖5-68采用了PLC控制潛污泵的啟動、停止及高低水位的報警。

根據工藝要求：在手動控制中，通過操作泵1、泵2各自的控制按鈕實現(xiàn)泵的啟動、運行和停止。

在自動控制中：

(1)當水位低于—8.76m時，兩臺泵處于停止狀態(tài)。

(2)當水位上升到高水位—7.1m時，兩臺泵同時運行。

(3)當水位在低水位與高水位之間時，開啟一臺泵運行。

(4)當水位低于—8.76m和高于高水位—7.1m時，分別給出高低水位的報警信號。

圖5-68將控制電路分成了若干個環(huán)節(jié)，PLC的輸入、輸出繼電器的地址分配，從PLC模塊的接線圖可以看出，梯形圖是根據上述要求繪制的。 識讀時重點在于掌握如何在理解原理圖的基礎上閱讀工程圖。 圖中增加了一些輔助環(huán)節(jié)，如手自動轉換開關、信號顯示等以及交直流電源。 識圖者依照先主后輔的原則，先分析主要功能再分析輔助環(huán)節(jié)。

圖中通過超聲波傳感器發(fā)出電信號，傳送給PLC，PLC則根據電信號相對應的液位高度，發(fā)出指令控制泵的運行狀態(tài)。 圖5-68是完整的施工圖，PLC模塊的輸入輸出接線及與外部的連接方式表達得很清楚，讀者可根據原理圖及接線方式對照分析。