传统电工电气控制图转换为PLC梯形图方法研究

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
5plc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2plc外部接线图

6plc梯形图
由传统电工图转换为梯形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梯形图。因为plc梯形图中规定，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梯形图的要求，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梯形图，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PLC梯形图
※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PLC编程软件绘制之梯形图，如图6所示，与适度翻转并修正后的阶梯图，完全相同。

图6 PLC编程软件绘制梯形图
7 指令
将梯形图转换为指令，则如下所示：

8plc转换接线与梯形图
传统电工图完整转换后之plc外部输入/输出接线与梯形图。使用软件程序取代硬件配线后之plc外部输入/输出接线与梯形图，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系统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梯形图的过程，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。