在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，PLC（可編程邏輯控制器）控制柜起著至關(guān)重要的作用。它的設(shè)計(jì)涉及到諸多方面，包括電裝布局、接線圖和原理圖等。下面我們將詳細(xì)介紹 PLC 控制柜的設(shè)計(jì)原理以及相關(guān)的布局接線要點(diǎn)。
- 按圖接線：在接線之前，必須仔細(xì)閱讀圖紙，充分領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)者的意圖。不能僅憑個(gè)人所謂的豐富經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行接線。如果發(fā)現(xiàn)圖紙中有不明之處或者矛盾之處，應(yīng)該時(shí)間與設(shè)計(jì)師聯(lián)系確認(rèn)，確保無誤后再進(jìn)行接線施工。這是保證 PLC 控制柜正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，因?yàn)閳D紙是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的，每一個(gè)連接點(diǎn)和線路都有其特定的功能和意義。
- 清晰的接線順序：接線順序要清晰明了，流程應(yīng)簡(jiǎn)單且具有可檢查性。然而在實(shí)際操作中，很多人往往只是簡(jiǎn)單地將線頭一接，盒子一蓋就完事了，這種做法可能會(huì)導(dǎo)致后期維護(hù)困難，也難以排查故障。合理的接線順序可以提高工作效率，減少錯(cuò)誤的發(fā)生。
- 靈活運(yùn)用接線技巧和工具
- 單芯線和多芯線的處理：在處理接線板和接線端子時(shí)，單芯線剝皮后可直接壓入，多芯線則建議使用冷壓端子，不建議搪錫。這是因?yàn)樘洛a可能會(huì)導(dǎo)致線芯變硬，影響連接的可靠性。
- PLC 擴(kuò)展模塊的接線：對(duì)于 PLC 的擴(kuò)展模塊，當(dāng)公共端和供電端的接線處理時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)設(shè)備通常希望供電電源在端子上分配短接后分別引入用戶點(diǎn)，并使用線號(hào)管或在端子上做好標(biāo)記指明去處，這樣直觀明了，相互之間影響小。不希望從一點(diǎn)并到另一點(diǎn)，也不希望一個(gè)端子下接兩根以上的線。對(duì)于電源端子排，使用帶保險(xiǎn)的端子或端子上下之間可以斷開連接的那種，在查找短路故障時(shí)會(huì)非常方便。
- 外部電路接線
- 接觸器電氣控制線路：以電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)控制的接觸器電氣控制線路為例，控制邏輯由交流接觸器 KM 線圈、指示燈 HL1、HL2、熱繼電器常閉觸頭 FR、停止按鈕 SB2、起動(dòng)按鈕 SB1 及接觸器常開輔助觸頭 KM 通過導(dǎo)線連接實(shí)現(xiàn)。合上 QS 后按下起動(dòng)按鈕 SB1，線圈 KM 通電并自鎖，接通指示燈 HL1 所在支路的輔助觸頭 KM 及主電路中的主觸頭，HL1 亮、電動(dòng)機(jī) M 起動(dòng)；按下停止按鈕 SB2，線圈 KM 斷電，指示燈 HL1 滅，M 停轉(zhuǎn)。
- PLC 控制接線：采用 SIEMENS 的一款 S7 系列 PLC 實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)控制時(shí)，主電路保持不變，熱繼電器常閉觸頭 FR、停止按鈕 SB2、起動(dòng)按鈕 SB1 等作為 PLC 的輸入設(shè)備接在 PLC 的輸入接口上，而交流接觸器 KM 線圈、指示燈 HL1、HL2 等作為 PLC 的輸出設(shè)備接在 PLC 的輸出接口上。控制邏輯通過執(zhí)行按照電動(dòng)機(jī)全壓控制要求編寫并存入程序存儲(chǔ)器內(nèi)的用戶程序?qū)崿F(xiàn)。
- 建立內(nèi)部 I/O 映像區(qū)：在 PLC 存儲(chǔ)器內(nèi)開辟了 I/O 映像存儲(chǔ)區(qū)，用于存放 I/O 信號(hào)的狀態(tài)，分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。此外，PLC 其它編程元件也有相對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)器，稱為元件映像寄存器。I/O 映像區(qū)的大小由 PLC 的系統(tǒng)程序確定，系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)的編址號(hào)與 I/O 映像區(qū)的映像寄存器地址號(hào)相對(duì)應(yīng)。PLC 工作時(shí)，將采集到的輸入信號(hào)狀態(tài)存放在輸入映像區(qū)對(duì)應(yīng)的位上，運(yùn)算結(jié)果存放到輸出映像區(qū)對(duì)應(yīng)的位上，執(zhí)行用戶程序時(shí)所需描述輸入繼電器的等效觸頭或輸出繼電器的等效觸頭、等效線圈狀態(tài)的數(shù)據(jù)取用于 I/O 映像區(qū)，而不直接與外部設(shè)備發(fā)生關(guān)系。這樣不僅加快了程序執(zhí)行速度，而且使控制系統(tǒng)與外界隔開，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。
- 內(nèi)部等效電路：以起動(dòng)按鈕 SB1 為例，其接入接口 I0.0 與輸入映像區(qū)的一個(gè)觸發(fā)器 I0.0 相連接。當(dāng) SB1 接通時(shí)，觸發(fā)器 I0.0 被觸發(fā)為 “1” 狀態(tài)，這個(gè) “1” 狀態(tài)可被用戶程序直接引用為 I0.0 觸頭的狀態(tài)，此時(shí) I0.0 觸頭與 SB1 的通斷狀態(tài)相同；反之，SB1 斷開，I0.0 觸頭狀態(tài)為 “0”。由于 I0.0 觸發(fā)器功能與繼電器線圈相同且不用硬連接線，所以 I0.0 觸發(fā)器等效為 PLC 內(nèi)部的一個(gè) I0.0 軟繼電器線圈，直接引用 I0.0 線圈狀態(tài)的 I0.0 觸頭就等效為一個(gè)受 I0.0 線圈控制的常開觸頭。同理，停止按鈕 SB2 與 PLC 內(nèi)部的一個(gè)軟繼電器線圈 I0.1 相連接，SB2 閉合，I0.1 線圈的狀態(tài)為 “1”，反之為 “0”，而繼電器線圈 I0.1 的狀態(tài)被用戶程序取反后引用為 I0.1 觸頭的狀態(tài)，所以 I0.1 等效為一個(gè)受 I0.1 線圈控制的常閉觸頭。而輸出觸頭 Q0.0、Q0.1 則是 PLC 內(nèi)部繼電器的物理常開觸頭，一旦閉合，外部相應(yīng)的 KM 線圈、指示燈 HL1 就會(huì)接通。PLC 輸出端有輸出電源用的公共接口 COM。
- PLC 控制系統(tǒng)構(gòu)成
- 輸入電路：輸入電路的作用是將輸入控制信號(hào)送入 PLC，輸入設(shè)備為按鈕 SB1、SB2 及 FR 常閉觸頭。外部輸入的控制信號(hào)經(jīng) PLC 輸入到對(duì)應(yīng)的一個(gè)輸入繼電器，輸入繼電器可提供任意多個(gè)常開觸頭和常閉觸頭，供 PLC 內(nèi)部控制電路編程使用。
- 輸出電路：輸出電路的作用是將 PLC 的輸出控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為能夠驅(qū)動(dòng) KM 線圈和 HL1 指示燈的信號(hào)。PLC 內(nèi)部控制電路中有許多輸出繼電器，每個(gè)輸出繼電器除了為 PLC 內(nèi)部控制電路提供編程用的常開觸頭和常閉觸頭外，還為輸出電路提供一個(gè)常開觸頭與輸出端口相連，該觸頭稱為內(nèi)部硬觸頭，是一個(gè)內(nèi)部物理常開觸頭。通過該觸頭驅(qū)動(dòng)外部的 KM 線圈和 HL1 指示燈等負(fù)載，而 KM 線圈再通過主電路中 KM 主觸頭去控制電動(dòng)機(jī) M 的起動(dòng)與停止。驅(qū)動(dòng)負(fù)載的電源由外部電源提供，PLC 的輸出端口中還有輸出電源用的 COM 公共端。
- 內(nèi)部控制電路：內(nèi)部控制電路由按照被控電動(dòng)機(jī)實(shí)際控制要求編寫的用戶程序形成，其作用是按照用戶程序規(guī)定的邏輯關(guān)系，對(duì)輸入、輸出信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算、處理和判斷，然后得到相應(yīng)的輸出控制信號(hào)，通過控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備，如電動(dòng)機(jī) M、指示燈 HL1 等。用戶程序通過個(gè)人計(jì)算機(jī)通信或編程器輸入等方式，把程序語句全部寫到 PLC 的用戶程序存儲(chǔ)器中。用戶程序的修改只需通過編程器等設(shè)備改變存儲(chǔ)器中的某些語句，不會(huì)改變控制器內(nèi)部接線，實(shí)現(xiàn)了控制的靈活性。
- PLC 控制梯形圖
- 梯形圖的構(gòu)成：梯形圖是一種將 PLC 內(nèi)部等效成由許多內(nèi)部繼電器的線圈、常開觸頭、常閉觸頭或功能程序塊等組成的等效控制線路。電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)的 PLC 控制梯形圖由 FR 常閉觸頭、SB2 常閉按鈕、KM 常開輔助觸頭與 SB1 常開按鈕的并聯(lián)單元、KM 線圈等零件對(duì)應(yīng)的等效控制元件符號(hào)串聯(lián)而成。它在形式上類似于接觸器電氣控制線路圖，但也與電氣控制線路圖存在許多差異。
- 與電氣元件的差異
- 物理結(jié)構(gòu)不同：PLC 梯形圖中的線圈、觸頭只是功能上與電氣元件的線圈、觸頭等效。梯形圖中的線圈、觸頭在物理意義上只是輸入、輸出存儲(chǔ)器中的一個(gè)存儲(chǔ)位，與電氣元件的物理結(jié)構(gòu)不同。
- 通斷狀態(tài)不同：梯形圖中繼電器元件的通斷狀態(tài)與相應(yīng)存儲(chǔ)位上的保存的數(shù)據(jù)相關(guān)，如果該存儲(chǔ)位的數(shù)據(jù)為 “1”，則該元件處于 “通” 狀態(tài)，如果該位數(shù)據(jù)為 “0”，則表示處于 “斷” 狀態(tài)。與電氣元件實(shí)際的通斷狀態(tài)不同。
- 狀態(tài)切換過程不同：梯形圖中繼電器元件的狀態(tài)切換只是 PLC 對(duì)存儲(chǔ)位的狀態(tài)數(shù)據(jù)的操作，如果 PLC 對(duì)常開觸頭等效的存儲(chǔ)位數(shù)據(jù)賦值為 “1”，就完成動(dòng)合操作過程，同樣如對(duì)常閉觸頭等效的存儲(chǔ)位數(shù)據(jù)賦值為 “0”，就可完成動(dòng)斷操作過程，切換操作過程沒有時(shí)間延時(shí)。而電氣元件線圈、觸頭進(jìn)行動(dòng)合或動(dòng)斷切換時(shí)，必定有時(shí)間延時(shí)，且一般要經(jīng)過先斷開后閉合的操作過程。
- 所屬觸頭數(shù)量不同：只要 PLC 內(nèi)部存儲(chǔ)器足夠多，位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移操作就可無限次進(jìn)行，每進(jìn)行操作，就可產(chǎn)生一個(gè)梯形圖中的繼電器觸頭，由此可見，梯形圖中繼電器觸頭原則上可以無限次反復(fù)使用。但是 PLC 內(nèi)部的線圈通常只能引用，如需重復(fù)使用同一地址編號(hào)的線圈應(yīng)慎之又慎。與 PLC 不同的是電氣元件中觸頭數(shù)量是有限的。
- 梯形圖畫法規(guī)則：梯形圖每一行畫法規(guī)則為從左母線開始，經(jīng)過觸頭和線圈（或功能方框），終止于右母線。一般并聯(lián)單元畫在每行的左側(cè)、輸出線圈則畫在右側(cè)，其余串聯(lián)元件畫在中間。
