谈PLC改造继电接触器控制电路及问题分析

戴建友

摘要：随着科学技术的迅猛发展，PLC以其可靠性极高、能经受恶劣环境的考验，使用极方便的巨大优越性，迅速占领工业自控制领域。本文探讨了如何应用PLC对继电接触器控制电路进行改造，详细阐述了改造继电接触器控制电路的准备和程序设计，并以PLC改造正反转串电阻降压启动控制电路为例来说明。

关键词：PLC；改造；工作原理；扫描；周期；问题分析

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2014）03-0118-03

PLC（Programmable Logic Controller）是可编程控制器的英文缩写，是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动化技术与继电器逻辑控制概念而开发的一代新型工业控制器。PLC将计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电接触器控制系统控制简单、使用方便、价格便宜等优点结合起来，其本身又具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、抗干扰能力强、适应性强、维护方便、改造容易等优点，而传统的继电接触器控制电路存在可靠性差、维修困难、改造复杂、工期长、费用高等缺点。因此，在工矿企业的各种机械设备和生产过程的自动控制系统中PLC得到广泛应用，PLC控制系统已成为当代工业自动化的主要控制装置。

PLC改造继电接触器控制电路的准备

主电路的确定 PLC改造继电接触器控制电路中，主电路是提供电动机电源的，仍由接触器主触头控制，因此主电路基本保持不变。

输入输出（I/O）的确定 PLC输入是用来接受生产过程的各种参数信号，一般用主令电器、速度继电器等触点作为输入信号，电路如图1a所示。当SB闭合时，X1有信号输入，内部继电器动作。如果输入触点改为常闭触点，如图1b所示，则PLC通入电源时，X1就有信号输入，PLC内部继电器就工作了。因此尽可能用常开触点与PLC输入端相连，否则PLC只要接入电源输入部分就处于工作状态。PLC的输出是用来送出可编程控制器运算后得出的控制信息，从控制电路的对象来说主要是接触器等，如图1c所示。绘制输入输出（I/O）分配表，明确元件代号、作用、输入输出继电器的编号等，如表1所示。

外部接线图的确定 外部接线图是把PLC的输入、输出、供电及控制元器件的接线关系画清楚，是根据I/O分配表中的元件代号、作用、输入输出的编号来绘制的。

PLC改造继电接触器控制电路的程序设计

分析工作原理 详细分析继电接触器控制的工作原理是用PLC程序设计的前提。如果对继电接触器控制电路的工作原理分析不全，功能不能完全地表达出来，用PLC改造成的控制程序就可能运行不正常，甚至不能运行。因此，首先要对控制线路的工作原理进行详细分析。

确定控制要求 设计任何一个PLC控制系统，如同设计任何一种电气控制系统一样，其目的都是通过控制被控对象来实现工艺要求，提高生产效率和产品质量，最大限度地满足工艺要求；在满足工艺要求的前提下，力求使PLC控制系统简单、经济、实用及维修方便；保证控制系统的安全、可靠。

梯形图设计 根据I/O分配表将继电接触器控制电路转换成对应的梯形图并进行优化。绘制梯形图时应做到：（1）梯形图的各种符号要以左母线为终点从左向右分行绘出。（2）触点应画在水平线上，不能画在垂直分支线上。（3）不包含触点的分支应放在垂直方向，不可水平方向设置，以便于识别和对输出线圈的路径控制。（4）如果有几个电路块并联时，应将触点的支路块放在最上面。（5）遇到不可编程的梯形图时，可根据信号流向对原梯形图重新编排，以便于正确进行编程。

PLC改造继电接触器控制电路的实例

具体以PLC改造正反转串电阻降压启动控制电路为例来说明。电气原理图如图2所示。

分析工作原理 （1）能实现正反转串电阻降压启动，并具有双重联锁保护。按下正转启动按钮SB1，接触器KM1得电动作，电动机串电阻R降压正转启动，同时KT线圈得电开始定时；当定时时间到，接触器KM3得电动作，电阻R被短接，电动机M进入正常正转运行。当按下反转启动按钮SB2时，SB2常闭触头先断开，接触器KM1先失电，接触器KM3也失电；SB2常开触头后闭合，接触器KM2得电动作，电动机串电阻R降压反转启动，同时KT线圈得电开始定时；当定时时间到，接触器KM3得电动作，电阻R被短接，电动机M进入正常反转运行。（2）按下停止按钮SB3，接触器线圈均失电，主电路电动机M停止。（3）若电动机过载时，KH常闭触点分断，接触器线圈、时间继电器线圈均失电，电动机M停止，起到保护作用。

输入输出（I/O）分配表 根据控制要求确定输入输出（I/O），输入信号有4个，输出信号有3个，如表2所示。

外部接线图 在继电接触器控制电路中，停止按钮SB3是常闭触点、热继电器用常闭触点，与PLC输入端相连时停止按钮应用常开触点、热继电器KH触点应用常开触点，这样当PLC主机通电后输入端就不会直接有输入信号，如图3所示。

梯形图设计 根据继电接触器控制电路图2转换对应的梯形图如下页图4所示。

问题分析 （1）外部接线图中停止按钮SB3、热继电器过载保护触点KH用常开触点，相对应的X3、X4在梯形图中应用常闭触点，保证程序正常运行。（2）由于继电接触器系统是并行工作方式，即继电器的所有触点的动作是和其线圈通电或断电同时发生的，而PLC是串行工作方式，即指令的分时扫描执行，同一个器件的线圈工作和它的各个触点的动作并不同时发生，存在输入输出滞后，即工作过程分输入处理阶段、程序执行阶段、输出处理阶段三个阶段进行循环扫描。如图5所示，输入信号在第一个扫描周期的输入处理阶段之后出现，所以在第一个扫描周期内各数据锁存器均为“0”状态；在第二个扫描周期的输入处理阶段，输入继电器X0的输入锁存器变为“1”状态，在程序执行阶段Y1、Y2依次接通，输出锁存器都变为“1”状态；在第三个扫描周期的程序执行阶段，由于Y1的接通使Y0接通，Y0的输出锁存器驱动负载接通，响应延时最长可达两个多扫描周期。实验证明，图4中当X1接收输入信号时Y1接通同时T0得电计时，5s后Y3接通；当X2接收输入信号时Y1失电Y2得电而Y3不能失电T0始终得电，不能实现串电阻启动控制。整理优化后的梯形图如图6所示。

用PLC改造继电接触器控制电路可以解决控制电路接线复杂、触点多、故障率高的问题，还可以实现集中控制，减少二次接线和投资费用，改造简单。

参考文献：

[1]史国生.可编程控制器系统与继电接触器系统工作原理的差别[J].电气控制与可编程控制器技术，2004（2）.

[2]钟肇新，范建东.可编程控制器原理及应用[M].广州：华南理工大学出版，2004.

[3]王国海.可编程序控制器及其应用（第2版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

[4]李敬梅.电力拖动控制线路与技能训练（第4版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

[5]周文煜，苏国辉.PLC综合应用技术[M].北京：机械工业出版社，2012.

（责任编辑：张维佳）endprint

摘要：随着科学技术的迅猛发展，PLC以其可靠性极高、能经受恶劣环境的考验，使用极方便的巨大优越性，迅速占领工业自控制领域。本文探讨了如何应用PLC对继电接触器控制电路进行改造，详细阐述了改造继电接触器控制电路的准备和程序设计，并以PLC改造正反转串电阻降压启动控制电路为例来说明。

关键词：PLC；改造；工作原理；扫描；周期；问题分析

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2014）03-0118-03

PLC（Programmable Logic Controller）是可编程控制器的英文缩写，是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动化技术与继电器逻辑控制概念而开发的一代新型工业控制器。PLC将计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电接触器控制系统控制简单、使用方便、价格便宜等优点结合起来，其本身又具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、抗干扰能力强、适应性强、维护方便、改造容易等优点，而传统的继电接触器控制电路存在可靠性差、维修困难、改造复杂、工期长、费用高等缺点。因此，在工矿企业的各种机械设备和生产过程的自动控制系统中PLC得到广泛应用，PLC控制系统已成为当代工业自动化的主要控制装置。

PLC改造继电接触器控制电路的准备

主电路的确定 PLC改造继电接触器控制电路中，主电路是提供电动机电源的，仍由接触器主触头控制，因此主电路基本保持不变。

输入输出（I/O）的确定 PLC输入是用来接受生产过程的各种参数信号，一般用主令电器、速度继电器等触点作为输入信号，电路如图1a所示。当SB闭合时，X1有信号输入，内部继电器动作。如果输入触点改为常闭触点，如图1b所示，则PLC通入电源时，X1就有信号输入，PLC内部继电器就工作了。因此尽可能用常开触点与PLC输入端相连，否则PLC只要接入电源输入部分就处于工作状态。PLC的输出是用来送出可编程控制器运算后得出的控制信息，从控制电路的对象来说主要是接触器等，如图1c所示。绘制输入输出（I/O）分配表，明确元件代号、作用、输入输出继电器的编号等，如表1所示。

外部接线图的确定 外部接线图是把PLC的输入、输出、供电及控制元器件的接线关系画清楚，是根据I/O分配表中的元件代号、作用、输入输出的编号来绘制的。

PLC改造继电接触器控制电路的程序设计

分析工作原理 详细分析继电接触器控制的工作原理是用PLC程序设计的前提。如果对继电接触器控制电路的工作原理分析不全，功能不能完全地表达出来，用PLC改造成的控制程序就可能运行不正常，甚至不能运行。因此，首先要对控制线路的工作原理进行详细分析。

确定控制要求 设计任何一个PLC控制系统，如同设计任何一种电气控制系统一样，其目的都是通过控制被控对象来实现工艺要求，提高生产效率和产品质量，最大限度地满足工艺要求；在满足工艺要求的前提下，力求使PLC控制系统简单、经济、实用及维修方便；保证控制系统的安全、可靠。

梯形图设计 根据I/O分配表将继电接触器控制电路转换成对应的梯形图并进行优化。绘制梯形图时应做到：（1）梯形图的各种符号要以左母线为终点从左向右分行绘出。（2）触点应画在水平线上，不能画在垂直分支线上。（3）不包含触点的分支应放在垂直方向，不可水平方向设置，以便于识别和对输出线圈的路径控制。（4）如果有几个电路块并联时，应将触点的支路块放在最上面。（5）遇到不可编程的梯形图时，可根据信号流向对原梯形图重新编排，以便于正确进行编程。

PLC改造继电接触器控制电路的实例

具体以PLC改造正反转串电阻降压启动控制电路为例来说明。电气原理图如图2所示。

分析工作原理 （1）能实现正反转串电阻降压启动，并具有双重联锁保护。按下正转启动按钮SB1，接触器KM1得电动作，电动机串电阻R降压正转启动，同时KT线圈得电开始定时；当定时时间到，接触器KM3得电动作，电阻R被短接，电动机M进入正常正转运行。当按下反转启动按钮SB2时，SB2常闭触头先断开，接触器KM1先失电，接触器KM3也失电；SB2常开触头后闭合，接触器KM2得电动作，电动机串电阻R降压反转启动，同时KT线圈得电开始定时；当定时时间到，接触器KM3得电动作，电阻R被短接，电动机M进入正常反转运行。（2）按下停止按钮SB3，接触器线圈均失电，主电路电动机M停止。（3）若电动机过载时，KH常闭触点分断，接触器线圈、时间继电器线圈均失电，电动机M停止，起到保护作用。

输入输出（I/O）分配表 根据控制要求确定输入输出（I/O），输入信号有4个，输出信号有3个，如表2所示。

外部接线图 在继电接触器控制电路中，停止按钮SB3是常闭触点、热继电器用常闭触点，与PLC输入端相连时停止按钮应用常开触点、热继电器KH触点应用常开触点，这样当PLC主机通电后输入端就不会直接有输入信号，如图3所示。

梯形图设计 根据继电接触器控制电路图2转换对应的梯形图如下页图4所示。

问题分析 （1）外部接线图中停止按钮SB3、热继电器过载保护触点KH用常开触点，相对应的X3、X4在梯形图中应用常闭触点，保证程序正常运行。（2）由于继电接触器系统是并行工作方式，即继电器的所有触点的动作是和其线圈通电或断电同时发生的，而PLC是串行工作方式，即指令的分时扫描执行，同一个器件的线圈工作和它的各个触点的动作并不同时发生，存在输入输出滞后，即工作过程分输入处理阶段、程序执行阶段、输出处理阶段三个阶段进行循环扫描。如图5所示，输入信号在第一个扫描周期的输入处理阶段之后出现，所以在第一个扫描周期内各数据锁存器均为“0”状态；在第二个扫描周期的输入处理阶段，输入继电器X0的输入锁存器变为“1”状态，在程序执行阶段Y1、Y2依次接通，输出锁存器都变为“1”状态；在第三个扫描周期的程序执行阶段，由于Y1的接通使Y0接通，Y0的输出锁存器驱动负载接通，响应延时最长可达两个多扫描周期。实验证明，图4中当X1接收输入信号时Y1接通同时T0得电计时，5s后Y3接通；当X2接收输入信号时Y1失电Y2得电而Y3不能失电T0始终得电，不能实现串电阻启动控制。整理优化后的梯形图如图6所示。

用PLC改造继电接触器控制电路可以解决控制电路接线复杂、触点多、故障率高的问题，还可以实现集中控制，减少二次接线和投资费用，改造简单。

参考文献：

[1]史国生.可编程控制器系统与继电接触器系统工作原理的差别[J].电气控制与可编程控制器技术，2004（2）.

[2]钟肇新，范建东.可编程控制器原理及应用[M].广州：华南理工大学出版，2004.

[3]王国海.可编程序控制器及其应用（第2版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

[4]李敬梅.电力拖动控制线路与技能训练（第4版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

[5]周文煜，苏国辉.PLC综合应用技术[M].北京：机械工业出版社，2012.

（责任编辑：张维佳）endprint

摘要：随着科学技术的迅猛发展，PLC以其可靠性极高、能经受恶劣环境的考验，使用极方便的巨大优越性，迅速占领工业自控制领域。本文探讨了如何应用PLC对继电接触器控制电路进行改造，详细阐述了改造继电接触器控制电路的准备和程序设计，并以PLC改造正反转串电阻降压启动控制电路为例来说明。

关键词：PLC；改造；工作原理；扫描；周期；问题分析

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2014）03-0118-03

PLC（Programmable Logic Controller）是可编程控制器的英文缩写，是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动化技术与继电器逻辑控制概念而开发的一代新型工业控制器。PLC将计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电接触器控制系统控制简单、使用方便、价格便宜等优点结合起来，其本身又具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、抗干扰能力强、适应性强、维护方便、改造容易等优点，而传统的继电接触器控制电路存在可靠性差、维修困难、改造复杂、工期长、费用高等缺点。因此，在工矿企业的各种机械设备和生产过程的自动控制系统中PLC得到广泛应用，PLC控制系统已成为当代工业自动化的主要控制装置。

PLC改造继电接触器控制电路的准备

主电路的确定 PLC改造继电接触器控制电路中，主电路是提供电动机电源的，仍由接触器主触头控制，因此主电路基本保持不变。

输入输出（I/O）的确定 PLC输入是用来接受生产过程的各种参数信号，一般用主令电器、速度继电器等触点作为输入信号，电路如图1a所示。当SB闭合时，X1有信号输入，内部继电器动作。如果输入触点改为常闭触点，如图1b所示，则PLC通入电源时，X1就有信号输入，PLC内部继电器就工作了。因此尽可能用常开触点与PLC输入端相连，否则PLC只要接入电源输入部分就处于工作状态。PLC的输出是用来送出可编程控制器运算后得出的控制信息，从控制电路的对象来说主要是接触器等，如图1c所示。绘制输入输出（I/O）分配表，明确元件代号、作用、输入输出继电器的编号等，如表1所示。

外部接线图的确定 外部接线图是把PLC的输入、输出、供电及控制元器件的接线关系画清楚，是根据I/O分配表中的元件代号、作用、输入输出的编号来绘制的。

PLC改造继电接触器控制电路的程序设计

分析工作原理 详细分析继电接触器控制的工作原理是用PLC程序设计的前提。如果对继电接触器控制电路的工作原理分析不全，功能不能完全地表达出来，用PLC改造成的控制程序就可能运行不正常，甚至不能运行。因此，首先要对控制线路的工作原理进行详细分析。

确定控制要求 设计任何一个PLC控制系统，如同设计任何一种电气控制系统一样，其目的都是通过控制被控对象来实现工艺要求，提高生产效率和产品质量，最大限度地满足工艺要求；在满足工艺要求的前提下，力求使PLC控制系统简单、经济、实用及维修方便；保证控制系统的安全、可靠。

梯形图设计 根据I/O分配表将继电接触器控制电路转换成对应的梯形图并进行优化。绘制梯形图时应做到：（1）梯形图的各种符号要以左母线为终点从左向右分行绘出。（2）触点应画在水平线上，不能画在垂直分支线上。（3）不包含触点的分支应放在垂直方向，不可水平方向设置，以便于识别和对输出线圈的路径控制。（4）如果有几个电路块并联时，应将触点的支路块放在最上面。（5）遇到不可编程的梯形图时，可根据信号流向对原梯形图重新编排，以便于正确进行编程。

PLC改造继电接触器控制电路的实例

具体以PLC改造正反转串电阻降压启动控制电路为例来说明。电气原理图如图2所示。

分析工作原理 （1）能实现正反转串电阻降压启动，并具有双重联锁保护。按下正转启动按钮SB1，接触器KM1得电动作，电动机串电阻R降压正转启动，同时KT线圈得电开始定时；当定时时间到，接触器KM3得电动作，电阻R被短接，电动机M进入正常正转运行。当按下反转启动按钮SB2时，SB2常闭触头先断开，接触器KM1先失电，接触器KM3也失电；SB2常开触头后闭合，接触器KM2得电动作，电动机串电阻R降压反转启动，同时KT线圈得电开始定时；当定时时间到，接触器KM3得电动作，电阻R被短接，电动机M进入正常反转运行。（2）按下停止按钮SB3，接触器线圈均失电，主电路电动机M停止。（3）若电动机过载时，KH常闭触点分断，接触器线圈、时间继电器线圈均失电，电动机M停止，起到保护作用。

输入输出（I/O）分配表 根据控制要求确定输入输出（I/O），输入信号有4个，输出信号有3个，如表2所示。

外部接线图 在继电接触器控制电路中，停止按钮SB3是常闭触点、热继电器用常闭触点，与PLC输入端相连时停止按钮应用常开触点、热继电器KH触点应用常开触点，这样当PLC主机通电后输入端就不会直接有输入信号，如图3所示。

梯形图设计 根据继电接触器控制电路图2转换对应的梯形图如下页图4所示。

问题分析 （1）外部接线图中停止按钮SB3、热继电器过载保护触点KH用常开触点，相对应的X3、X4在梯形图中应用常闭触点，保证程序正常运行。（2）由于继电接触器系统是并行工作方式，即继电器的所有触点的动作是和其线圈通电或断电同时发生的，而PLC是串行工作方式，即指令的分时扫描执行，同一个器件的线圈工作和它的各个触点的动作并不同时发生，存在输入输出滞后，即工作过程分输入处理阶段、程序执行阶段、输出处理阶段三个阶段进行循环扫描。如图5所示，输入信号在第一个扫描周期的输入处理阶段之后出现，所以在第一个扫描周期内各数据锁存器均为“0”状态；在第二个扫描周期的输入处理阶段，输入继电器X0的输入锁存器变为“1”状态，在程序执行阶段Y1、Y2依次接通，输出锁存器都变为“1”状态；在第三个扫描周期的程序执行阶段，由于Y1的接通使Y0接通，Y0的输出锁存器驱动负载接通，响应延时最长可达两个多扫描周期。实验证明，图4中当X1接收输入信号时Y1接通同时T0得电计时，5s后Y3接通；当X2接收输入信号时Y1失电Y2得电而Y3不能失电T0始终得电，不能实现串电阻启动控制。整理优化后的梯形图如图6所示。

用PLC改造继电接触器控制电路可以解决控制电路接线复杂、触点多、故障率高的问题，还可以实现集中控制，减少二次接线和投资费用，改造简单。

参考文献：

[1]史国生.可编程控制器系统与继电接触器系统工作原理的差别[J].电气控制与可编程控制器技术，2004（2）.

[2]钟肇新，范建东.可编程控制器原理及应用[M].广州：华南理工大学出版，2004.

[3]王国海.可编程序控制器及其应用（第2版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

[4]李敬梅.电力拖动控制线路与技能训练（第4版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

[5]周文煜，苏国辉.PLC综合应用技术[M].北京：机械工业出版社，2012.

（责任编辑：张维佳）endprint