傳統電工電氣控制圖轉換為PLC梯形圖方法研究

ID:107593 · 發表于 2016-3-11 15:47

1 概論
可編程控制器(plc)，其研發目的在于取代以繼電器為主之順序控制。近來由于半導體科技的日新月異，使得微處理機及其它ic等相關組件的價格日漸便宜，但功能則愈形增強，除了加、減、乘、除等算術演算、比較及數據處理等功能和其它便利的應用指令，加上數據通信網絡之構成，使得plc不但可與pc聯機操作，此外人機接口之提供，更可作工作程序或整個系統的圖形監控，故除了單一機臺之控制之外，更易于達成整廠自動化之目標，因此plc目前正廣泛應用于工廠自動化(fa)及彈性制造系統(fms)中，應用領域涵蓋了汽車工業、機械、鋼鐵工業、冶金、紡織、石油、化工、食品制造、自動倉儲、故障診斷及系統監控等各行各業中，堪稱為機電整合之利器、產業自動化之先鋒。

plc程序設計，一般均采用直覺法，也就是說它植基于電路設計者本身之學習經驗，較為主觀及直接。須經歷一段瞎子摸象的嘗試錯誤(try and error)時期，對程序進行除錯之后才能符合所需功能或動作要求；因此設計出來的程序因人而異，除了原程序設計者之外，使用者或維修人員較不易理解其動作流程，亦即程序的可讀性較低。但程序設計其實有些許脈絡可循，祇是坊間的書籍很少提及這一部份。以下姑且抱著野人獻曝的心情，以『三相感應電動機故障警報控制』電路為例，由傳統電工圖轉換為階梯圖的過程，淺談程序設計，相信爾后對于相關的回路轉換或程序設計，您或許可觸類旁通。

2 傳統電工圖

已知的三相感應電動機故障警報控制電路，其傳統電工圖，如圖1所示。

圖1 三相感應電動機故障警報控制電路圖

3 動作說明

1. 電源正常時，僅綠燈gl亮，電動機不動作。

2. 按下啟動按鈕pb1，電磁接觸器mc動作，電動機立即運轉，指示燈rl亮，綠燈gl熄。

3. 按下停止按鈕pb2，電磁接觸器mc斷電，電動機停止運轉，指示燈rl熄，綠燈gl亮。

4. 電動機在運轉中，因過載或其它故障原因，致使積熱電驛th-ry動作，電動機停止運轉，蜂鳴器bz發出警報，指示燈rl熄，綠燈gl亮。

5. 按下按鈕開關pb3，蜂鳴器bz停止警報，白燈wl亮，綠燈gl亮，紅燈rl熄。

6. 故障排除后，按下積熱電驛th-ry復歸桿，則白燈wl熄，綠燈gl亮，紅燈rl熄，可以重新起動電動機。

4 i/o編碼

使用plc，就是以軟件程序來取代硬件配線。傳統電工圖當中，主電路是plc無法取代的；plc可以取代的部份，是控制電路。由傳統電工圖轉換為階梯圖的第一個步驟，就是i/o編碼，亦即將傳統電工圖中的輸入/輸出組件，先行確定其在plc中所擬對應之外部輸入/輸出端子編號，以及外部輸入組件接線方式是采用a/b接點，如表1所示。

(a)：外部採a接點方式接線

(b)：外部採b接點方式接線

5 plc外部接線圖

輸入/輸出組件經i/o編碼，并決定外部輸入組件是采用a/b接點接線方式后，plc外部接線圖如圖2所示。圖中所示為豐煒vigor-vb系列plc機種，采用npn接線，亦即24v端子與s/s端子并接。

圖2 plc外部接線圖

6 plc梯形圖
由傳統電工圖轉換為梯形圖之程序設計步驟如下：

(1) 將電工圖中控制電路直接轉成對應梯形圖。因為plc梯形圖中規定，接點在前，輸出線圈則必須位于回路的最后。故首先須重新繪制電工圖，將圖中接點與輸出線圈位置適度變更，以符合plc梯形圖的要求，重新繪制后的電工圖，如圖3所示。

圖3 重新繪制后的電工圖

(2) 以i/o編碼后的組件編號，取代電工圖中的輸入/輸出組件，此處要留意的是，th-ry的c-a接點及c-b接點要獨立出來，各自成為一個控制回路，如圖4所示。

圖4 i/o編碼后的的電工圖

(3)將圖4所示的電工圖，向左旋轉90°，之后再垂直翻轉(upside down)，即可成為plc梯形圖，但因：

(1)y1、x0接點，

(2)輸出線圈y1和y2，不符合一般編程軟件格式，故須適度更正，如圖5右方所示。

圖5 適度翻轉并修正后的PLC梯形圖

※若您使用visio來繪制電工圖，則向左旋轉90°，之后再垂直翻轉，就變的很easy。

(4) 使用PLC編程軟件繪制之梯形圖，如圖6所示，與適度翻轉并修正后的階梯圖，完全相同。

圖6 PLC編程軟件繪制梯形圖
7 指令
將梯形圖轉換為指令，則如下所示：

8 plc轉換接線與梯形圖
傳統電工圖完整轉換后之plc外部輸入/輸出接線與梯形圖。使用軟件程序取代硬件配線后之plc外部輸入/輸出接線與梯形圖，如下圖7所示。

圖7 以軟件程序取代硬件配線后之plc
9 結束語
plc其研發目的在于取代以繼電器為主之順序控制，亦即使用軟件程序以取代硬件配線，因此祇要改變其軟件程序即可改變其控制的順序，而輕易的達成控制上之不同需求。一般的plc系統以傳統繼電器控制回路為基礎發展而來，并將繼電器的接點和線圈予以符號化，當轉換成一般的階梯圖或指令之后，即可實現其控制。但如此所完成的控制回路，是基于電路設計者本身之學習經驗，較為主觀及直接，一般使用者往往不易理解其動作流程，亦即程序的可讀性較低。
坊間的書籍很少提及程序設計的理念，因此本文以『三相感應電動機故障警報控制』電路為例，將傳統電工圖轉換為plc梯形圖的過程，經由個人多年來接觸plc的學習經驗，不揣淺漏嘗試為讀者建構成為一種有跡可循的程序轉換及設計模式，相信爾后碰到相關的回路轉換或程序設計問題時，您定可觸類旁通。

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