基于可编程控制技术的三控灯电路的设计与制作

周志东

（广西纺织工业学校，广西 南宁 530007）

基于可编程控制技术的三控灯电路的设计与制作

周志东

（广西纺织工业学校，广西 南宁 530007）

三控灯控制电路是一种比较典型且又较为复杂的电路形式，文章重点介绍了如何采用可编程控制的方式来实现多地控制的功能要求，并从电路逻辑功能分析、程序设计、电路安装制作与调试等方面，详细阐述了采用可编程控制技术实现一个的典型三控灯电路的设计与制作过程，从而体现出可编程控制技术在较复杂电气控制系统应用中的优势。

可编程控制技术；三控灯电路；逻辑功能；电路制作

1 引言

在二十世纪六七十年代，国外的工程技术人员设计出了一种专门用于工业控制领域的基于微机技术的控制电器，称为可编程序控制器，简称PLC。PLC的诞生解决了工业控制中较为复杂的逻辑控制实现方式的难题。而运用了这一设备进行控制的技术就称为可编程控制技术，也称PLC控制技术。随着PLC控制技术的不断发展，人们也将其应用在民用领域等其它场合，使得原本较为复杂的控制方式也变得简单起来。

2 三控灯电路的基本原理及特点

多地点控制电路及技术是指在两个及两个以上不同位置对同一个（或同一组）被控对象进行控制的电路或技术。在日常生活中，多地点控制技术主要应用在建筑物的楼道（包括走廊、楼梯等）内的照明电路中。当楼道比较长时，则需要在楼道内的不同位置安装多个开关来对同一盏（或同一组）照明灯进行控制，已达到方便操作的目的。对于这样的多地点灯控电路，传统的做法是采用单刀双掷、双刀双掷等较为特殊的开关，通过导线按一定的方式将它们连接起来，具有类似这种功能的电路又称为多控灯电路。而其中三控灯电路又是多控灯电路中的一种较为常见的电路形式，下面我们就以一个典型三控灯电路实例来对多地控制的基本原理及特点进行说明。

图1　传统的三控灯电路原理图

根据三控灯的一般控制要求可知，在初始状态下电路中唯一的受控对象白炽灯处于熄灭状态，所有开关均为断开状态；每一个开关都应能独立控制白炽灯，使之点亮或者熄灭；当操作其中一个开关使白炽灯点亮（或熄灭）时，再操作另一个开关则将白炽灯熄灭（或点亮）。为了实现上述要求，传统的电路实现方式是采用两个单刀双掷开关和一个双刀双掷开关来实现的，其电路原理图如图 1所示。图中三个开关之间的连线有一定的特殊要求，而且三个开关的类型也不相同在一定程度上也增加了安装的难度。此外，通过分析可知当开关的数量越多，对开关的要求会越高，控制电路就会越复杂，电路安装人员在连线时稍有不慎就会出错，在通电操作时就会发生安全事故。

3 采用可编程控制技术的三控灯电路的设计与制作

下面就以日本三菱FX系列PLC为例，介绍如何利用PLC来设计并制作出一个电路实现三控灯电路的控制功能。

3.1三控灯电路的逻辑功能分析

根据三控灯的控制要求，初始情况下三个开关均处于断开状态，白炽灯熄灭，在此前提条件下通过操作改变各开关的通断状态来控制白炽灯的亮灭。

笔者可以进行一种假设情况的分析：当开关K1的状态由断开变为接通时，白炽灯点亮；白炽灯L点亮后，若开关K2的状态由断开变为接通时，则白炽灯L熄灭；若此时第三个开关K3的状态也由断开变成接通，则白炽灯L将再次点亮。至此三个开关已全部转变为接通的状态。

通过上述分析可知，每个开关都有通、断两种状态，三个开关就总共有23= 8种不同的状态组合情况。按照上面的分析方法，笔者还可以做第二、第三种等其它情况的分析，在此我们就不再展开阐述了。不论是何种情况，都可以得出这样的结论：三个开关中只要有奇数个开关处于接通的状态，白炽灯就会点亮；其他情况灯均熄灭。这样一来，笔者可以将三个开关的状态和白炽灯状态之间的逻辑功能关系归纳如表1所示。

表1　三控灯电路的逻辑功能（逻辑关系）表

通过上面的分析可以看出，采用PLC控制方式时，每个灯开关都只有接通或断开的状态，功能比较单一，这样我们在通过电路实现时只需选用普通的单刀单掷型开关即可。

3.2设计PLC控制程序

3.2.1列出PLC程序的I/O分配表

本实例选用的是三菱FX系列的PLC，根据此类PLC程序软元件的编号规则，列出的I/O分配表如下表2所示。

表2　三控灯PLC程序I/O分配表

3.2.2分析控制要求

根据表1中三个开关与白炽灯之间的逻辑关系列出PLC的I/O状态表，如表3所示。表中字母“OFF”表示开关断开或灯熄灭，字母“ON”表示开关接通或灯点亮。

表3　三控灯PLC程序I/O状态表

3.2.3编写控制程序

根据前面分析出的逻辑关系，采用PLC的基本逻辑指令来编程就可以实现系统的控制要求。编程的基本思路如下。

根据表3所体现出来的逻辑关系，笔者就选择I/O状态表中Y000状态为“ON”的情况来编写程序。I/O状态表中，X001、X002和X003的状态为“ON”的情况，对应梯形图中选用常开触点；X001、X002和X003的状态为“OFF”的情况，对应梯形图中选用常闭触点。从 I/O状态表中可以看出，能使输出Y000的状态为“ON”的共有4种情况。每一种情况中三个输入的状态是彼此相关联的，属于“与”逻辑关系，在梯形图中应该将它们串联起来。而从大的方面来看，这四种情况之间却是并列而互不相关的，属于“或”逻辑关系，因而在梯形图中采用并联的方式将它们连接起来。最终得到的梯形图参考程序如图2所示。

图2　三控灯电路PLC控制梯形图程序

与图2的梯形图程序相对应的PLC指令语句如下：

3.3电路的安装与试运行

3.3.1准备工具和器材

电路安装工具的选用，完成电路的安装和连线工作所需的工具如表4所示。

表4　电路安装所需工具

电路组成元件（器材）的选用，PLC控制的三控灯电路的组成元件如表5所示。

表5　PLC控制的三控灯电路组成元件

3.3.2电路安装的基本要求

电路安装过程中要坚持“安全第一”的原则，并符合基本的电气安装工艺规范，具体要求如下：

（1）为便于操作，应将三个灯开关并排安装在电路板的靠下部分，用于引入电源的接线排安装在电路板的最上方，灯座和PLC主控制器位于电路板的中部。

（2）正确选用连接导线。

（3）电路各连接点应连接可靠、牢固。

（4）同一接线端子的连接导线最多不能超过2根。

（5）任何电器设备的安装都要在断电状态下进行。

（6）要正确使用一字螺丝刀、十字螺丝刀、尖嘴钳、剥线钳等工具，防止在操作过程中发生工具伤手的事故。

（7）安装过程中不能用工具敲打所安装的器件，以免造成损坏。

（8）使用万用表进行带电测量，应遵守万用表的安全操作规程。

（9）电路安装完成后一定要进行通电前的检查，确保电路中没有短路的现象，保证电路连接正确。

3.3.3电路安装的步骤与方法

（1）绘制电气原理图。根据PLC的I/O分配表画出系统的电气控制原理图。如图3所示。

图3　PLC控制的三控灯电路电气原理图

（2）电器设备的安装和固定。使用十字螺丝刀等工具将PLC主控制器、灯座、开关等器材安装并固定在电路板面上。

（3）根据原理图连接电路。依次完成PLC主控制器输入端子、输出端子、白炽灯和电源等元件的连线。

3.4电路通电试运行

最后还需通过对整个三控灯电路通电试运行来进一步检验整个电路的软、硬件部分的设计是否正确。试运行可按如下步骤进行操作：

（1）接通电路的电源，此时PLC主控制器面板上的电源指示灯（POWER）发光，表明PLC主控制器已经通电。

（2）利用三菱PLC的专用编程软件，在电脑上编辑生成如图2所示的梯形图程序。

（3）通过三菱PLC的专用程序传输线将电脑和PLC主控制器连接起来，并将程序从电脑传输（写入）的PLC主控制器中。

（4）将 PLC主控制器面板上的小拨动开关打至“RUN”档位，此时面板上的运行指示灯（RUN）也发光，表明PLC处于运行状态。

（5）分别操作电路板上的开关A、开关B和开关C，以令其接通或断开，观察白炽灯的亮灭情况，并将观察到的现象记录下来。

4 结语

通过对电路通电试运行，将观察到的现象（结果）与表1的逻辑功能关系进行比对之后不难发现，采用上述方法设计并制作出来的电路完全符合三控灯的控制要求。而且上述应用实例中也只是用到了PLC的一个最基本的功能，其潜力尚未充分发挥出来。试想对于这种多地点控制的电路系统而言，随着开关数量的增加，逻辑关系就会更复杂，而采用PLC控制方式的话其优越性就会更加明显。此外，与传统的多控灯电路相比，采用了PLC控制技术后能起到简化电路结构，便于后续电路功能调整的效果，同时电路的可靠性也大幅提升。由此可见，可编程控制技术应用在较复杂电气控制系统中的确有其独特的技术优势，具有十分广泛的应用前景。

[1] 高勤.电器及PLC控制技术(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2008.

[2] 张同苏,李乃夫.电器及 PLC控制技术技能训练[M].北京:高等教育出版社,2006.

[3] 赵进学,邢贵宁.PLC应用技术项目教程[M].北京:科学出版社,2009.

[4] 周文煜.PLC综合应用技术(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2015.

Design and production of three control circuit based on programmable control technique

The three control circuit is a typical and complex circuit form. This paper focuses on how to implement the control function of the multi control circuit by using the programmable control technique, and elaborated the process of how to design and making a typical three control circuit by using programmable control technique in detail, from four aspects, including logical function analyzing, program designing, circuit constructing，and circuit debugging. Thus it shows the advantages of the programmable control technique in the application of the complex electrical system.

Programmable control technique; three control circuit; logical function; circuit constructing

TN7

A

1008-1151(2015)09-0095-03

2015-08-11

周志东（1977－），男，广西南宁人，广西纺织工业学校机电工程系教师，从事中职电工电子、电气控制类课程的教学工作。