用PLC改造继电器——接触器控制线路及应用实例

用PLC改造继电器——接触器控制线路及应用实例
摘要：
本文介绍用PLC改造继电器——接触器控制系统的常见方法，分析了在改造过程中可能遇到的问题，提出了利用辅助继电器剥离复杂控制环节，引入时间空余去消除竞争现象的观点。

关键词：
改造；PLC；时间空余；继电器——接触器控制。

PLC是现代工业控制的主流方向和应用前景的主体，具有编程灵活、方便，功能可靠，性价比高，安全实用等优点。

基于这些，PLC在高职教育，技工、技师考证等方面得到了前所未有的重视，甚至在中职教育中也列为教学内容，以适应在工业控制的需要。

在实际的工业应用中，PLC也得到了不断的发展，尤其对原来的继电器——接触器控制线路进行改造。

很多的教材和文章中介绍了用PLC改造继电器——接触器控制线路的方法和思路，笔者觉得有些地方不尽完整，与实际脱钩，特提出以下观点，以为交流。

一、PLC改造继电器——接触器控制前的理论准备
1.三个确定
⑴确定主电路。

在PLC改造电气控制的继电器——接触器控制系统中，如果不做功能上的改善和拓展，主电路基本保持不变。

需要说明的是，如果电路中没有保护部分，必须要添加上去；电路的功能需要拓展的，必须将原电路重新设计，不仅仅是拓展的部分重新设计，充分考虑控制要求。

⑵确定好输入部分。

输入信号是直接的主令控制电器或者保护电器的触点、实际的反馈信号所带过来的实际控制信号，因此，它可以外接按钮的触点，位置开关的触点，感应开关的触点，热继电器的触点，速度继电器的触点和其它控制感应继电器的执行触点。

⑶确定好输出部分。

输出是对控制执行电器的部分。

从电机控制电路的角度来说，主要就是接触器。

在这一部分需要强调的是，如果是交流控制环境，而PLC未带交流接口，必须采用中间继电器外接端口，引入所需的交流电源。

2.改造思路的三个过程
⑴过程一：明确任务，分配输入∕输出设备，画出PLC接线图。

需要说明的有两点：
①输入部分的触点尽量采用常开触点，这对于初学者那个更加直观地理解PLC程序和控制原理图之间的转换关系；②输出部分需要电气联锁（通常所说的硬联锁）必须保留联锁部分。

⑵过程二：编程元件的选择。

一般的规则是：输入部分用X代替（注意编号的对应），输出部分用Y代替（注意编号的对应），中间继电器用通用型辅助继电器代替，时间继电器用定时器代替，等等。

热继电器、速度继电器等已经是输入部分，就不用考虑了。

⑶过程三：消除竞争，预防短路。

在某些控制电路如双重联锁正反转电路中，电动机正转的情况下突然给出反转信号，由于PLC是扫描的工作方式，会出现竞争现象，从而引起电源的相间短路，这很危险，必须消除，类似的情况在三相交流电动机Y―△起动控制中也存在。

我们必须采用合理的方法来克服。

3.两点不同：
⑴PLC的梯形图是严格二维的，不容许有交叉线，触点不能放在垂直位置上。

⑵PLC依次扫描梯形图的每一个梯级，而继电器电路是给所有继电器触点同时动作的。

也就是说，前者的梯级次序不可颠倒，后者的梯级次序可以颠倒。

二、PLC改造继电器——接触器控制范例
我们可以用三相交流电动机Y―△起动的PLC实现来简单说明。

图一Y―△起动的电气控制原理图
Y―△起动的电气原理图见图一，通过主电路，KM Y得电的情况下实现的是“Y”接法，
而KM
△得电则是实现“△”接法。

这样也就确定了KM Y先得电、KM
△
后得电的控制要求，
而控制电路也实现了这一点。

需要说明的是，利用KT延时常闭、常开触点的动作，实现了由“Y”接法向“△”接法的转换。

该硬件接线控制方式无竞争现象，也不会出现KM Y和KM△同时得电而引起三相电源相间短路的问题。

在进行PLC改造过程中，如果需要对原电路的功能增加能耗制动的制动方式，我们对主电路的重新设计如图二(1)，说明一下，制动过程定子回路采用Y接法。

从主电路可以看出，输出应该有四个，外接KM1、KM2，KMY，KM△。

工作过程可以简单描述如下：电源接通的情况下，起动过程中，先KM1、KMY接通，电动机转速达到速度继电器的动作速度时，KMY失电，KM△得电，实现Y―△起动转换。

制动过程中，KM △失电，KM2、KMY得电，当速度继电器实现恢复状态时，KM2 、KMY失电，结束制动过程。

选择的PLC为三菱FX1N—40MR，由于没有交流接口，接线图中考虑用中间继电器转换交流电源,如图二（2）、（3）所示。

为了防止KM1、KM2的竞争以及KMY、KM△的竞争，我们采用时间空余来解决。

所谓时间空余不过是人为地引入一个时间段，使其处于状态转换的两种状态之间，以冒险来消除竞争的一种方法。

对应的梯形图见图三，其中的T200、T201就是引进的时间空余设置。

说明一下，三菱FX系列PLC定时器T200∽T245的计时单元为10ms，即0.01s。

图二带能耗制动Y―△起动控制的PLC控制
(1)主电路图（2）PLC接线图（3）继电器接口接线图
图三带能耗制动的Y―△起动PLC梯形图
倘若没有增加能耗制动功能，它的PLC改造系统图见图四。

可见，由于引入了消除竞争的时间空余，使得梯形图结构与原电气控制图结构有较大差别。

这也就是说，PLC梯形图的结构与电气控制图的结构不同是正常的，只在简单控制中才有相同结构，如电动机点动、自锁、两地控制等。

图四Y―△起动的PLC控制系统图
（1）主电路（2）接线图（PLC接线图和继电器接口接线图）（3）梯形图三、复杂电气控制原理图的PLC改造
图五C650Ⅰ型车床主轴电动机电气控制原理图
控制中的中间继电器功能不单一，或者非严格二维的电气控制原理图称之为复杂电气控制原理图。

对这种电路转换的过程中要注意以下两点：①分离原来的中间继电器的功能，使之具体化；②分解垂直方向的电气控制单元。

我们可以用C650Ⅰ型车床主轴电动机电气控制的PLC改造来说明。

具体电气原理图见图五，相应的控制功能如下：
①正反转功能，KM1、KM3通正转，KM2、KM3通反转；
②点动试车功能，SB4为点动按钮；
③反接制动功能，单独KM1、KM2通是反转、正转反接制动；
④电气保护环节，短路、过载、欠电压保护均有。

图六C650Ⅰ型车床主轴电动机PLC控制图
（1）PLC接线图（2）继电器接口电路图（3）梯形图
综合上述原因，改造该车床主轴电动机控制必须要引入辅助继电器来进行功能剥离，同时，还要引入时间空余来消除竞争。

在主电路保持不变的基础上，具体的PLC接线图、梯形图如图六（文字部分是介绍各部分功能及体现形式）所示。

四、小结
用PLC改造继电器——接触器控制系统中可以很好地消除竞争现象，编程灵活、方便，非常实用，还可以省去控制电路接线等，从而进一步实现了用整个控制环节软件化。

注意在复杂控制系统的PLC实现中，应用时间空余可以达到消除竞争的效果。

另外，本文中的所有梯形图程序均经过实践运行检验，可以正常工作，本文中所引用的PLC均为三菱FX系列PLC。

参考文献：
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