淺談程序設(shè)計(jì)：由傳統(tǒng)電工圖轉(zhuǎn)換為PLC階梯圖

1 概論

　　可編程控制器(plc)，其研發(fā)目的在于取代以繼電器為主之順序控制。近來(lái)由于半導(dǎo)體科技的日新月異，使得微處理機(jī)及其它ic等相關(guān)組件的價(jià)格日漸便宜，但功能則愈形增強(qiáng)，除了加、減、乘、除等算術(shù)演算、比較及數(shù)據(jù)處理等功能和其它便利的應(yīng)用指令，加上數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)之構(gòu)成，使得plc不但可與pc聯(lián)機(jī)操作，此外人機(jī)接口之提供，更可作工作程序或整個(gè)系統(tǒng)的圖形監(jiān)控，故除了單一機(jī)臺(tái)之控制之外，更易于達(dá)成整廠自動(dòng)化之目標(biāo)，因此plc目前正廣泛應(yīng)用于工廠自動(dòng)化(fa)及彈性制造系統(tǒng)(fms)中，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了汽車工業(yè)、機(jī)械、鋼鐵工業(yè)、冶金、紡織、石油、化工、食品制造、自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)、故障診斷及系統(tǒng)監(jiān)控等各行各業(yè)中，堪稱為機(jī)電整合之利器、產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化之先鋒。

　　plc程序設(shè)計(jì)，一般均采用直覺(jué)法，也就是說(shuō)它植基于電路設(shè)計(jì)者本身之學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，較為主觀及直接。須經(jīng)歷一段瞎子摸象的嘗試錯(cuò)誤(try and error)時(shí)期，對(duì)程序進(jìn)行除錯(cuò)之后才能符合所需功能或動(dòng)作要求；因此設(shè)計(jì)出來(lái)的程序因人而異，除了原程序設(shè)計(jì)者之外，使用者或維修人員較不易理解其動(dòng)作流程，亦即程序的可讀性較低。但程序設(shè)計(jì)其實(shí)有些許脈絡(luò)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(xiàn)曝的心情，以『三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)故障警報(bào)控制』電路為例，由傳統(tǒng)電工圖轉(zhuǎn)換為階梯圖的過(guò)程，淺談程序設(shè)計(jì)，相信爾后對(duì)于相關(guān)的回路轉(zhuǎn)換或程序設(shè)計(jì)，您或許可觸類旁通。

2 傳統(tǒng)電工圖

　　已知的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)故障警報(bào)控制電路，其傳統(tǒng)電工圖，如圖1所示。

圖1 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)故障警報(bào)控制電路圖

3 動(dòng)作說(shuō)明

　　1.電源正常時(shí)，僅綠燈gl亮，電動(dòng)機(jī)不動(dòng)作。

　　2.按下啟動(dòng)按鈕pb1，電磁接觸器mc動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)立即運(yùn)轉(zhuǎn)，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(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，指示燈rl熄，綠燈gl亮。

　　4.電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中，因過(guò)載或其它故障原因，致使積熱電驛th-ry動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，蜂鳴器bz發(fā)出警報(bào)，指示燈rl熄，綠燈gl亮。

　　5.按下按鈕開(kāi)關(guān)pb3，蜂鳴器bz停止警報(bào)，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(fù)歸桿，則白燈wl熄，綠燈gl亮，紅燈rl熄，可以重新起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

4 i/o編碼

　　使用plc，就是以軟件程序來(lái)取代硬件配線。傳統(tǒng)電工圖當(dāng)中，主電路是plc無(wú)法取代的；plc可以取代的部份，是控制電路。由傳統(tǒng)電工圖轉(zhuǎn)換為階梯圖的第一個(gè)步驟，就是i/o編碼，亦即將傳統(tǒng)電工圖中的輸入/輸出組件，先行確定其在plc中所擬對(duì)應(yīng)之外部輸入/輸出端子編號(hào)，以及外部輸入組件接線方式是采用a/b接點(diǎn)，如表1所示。

　　(a)：外部採(cǎi)a接點(diǎn)方式接線

　　(b)：外部採(cǎi)b接點(diǎn)方式接線

5 plc外部接線圖

　　輸入/輸出組件經(jīng)i/o編碼，并決定外部輸入組件是采用a/b接點(diǎn)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(jī)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階梯圖

　　由傳統(tǒng)電工圖轉(zhuǎn)換為階梯圖之程序設(shè)計(jì)步驟如下：

　　(1)將電工圖中控制電路直接轉(zhuǎn)成對(duì)應(yīng)階梯圖。因?yàn)閜lc階梯圖中規(guī)定，接點(diǎn)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(diǎn)與輸出線圈位置適度變更，以符合plc階梯圖的要求，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(hào)，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(diǎn)及c-b接點(diǎn)要獨(dú)立出來(lái)，各自成為一個(gè)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(zhuǎn)90°，之后再垂直翻轉(zhuǎn)(upside down)，即可成為plc階梯圖，但因：

　　(1)y1、x0接點(diǎn)，

　　(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(zhuǎn)并修正后的階梯圖

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

（4)）使用編程軟件繪制之階梯圖，如圖6所示，與適度翻轉(zhuǎn)并修正后的階梯圖，完全相同。

圖6 編程軟件繪制之階梯圖

7 指令

　　將階梯圖轉(zhuǎn)換為指令，則如下所示：

8 plc轉(zhuǎn)換接線與階梯圖

　　傳統(tǒng)電工圖完整轉(zhuǎn)換后之plc外部輸入/輸出接線與階梯圖。使用軟件程序取代硬件配線后之plc外部輸入/輸出接線與階梯圖，如下圖7所示。

圖7 以軟件程序取代硬件配線后之plc

9 結(jié)束語(yǔ)

　　plc其研發(fā)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(dá)成控制上之不同需求。一般的plc系以傳統(tǒng)繼電器控制回路為基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)，并將繼電器的接點(diǎn)和線圈予以符號(hào)化，當(dāng)轉(zhuǎn)換成一般的階梯圖或指令之后，即可實(shí)現(xiàn)其控制。但如此所完成的控制回路，是基于電路設(shè)計(jì)者本身之學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，較為主觀及直接，一般使用者往往不易理解其動(dòng)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(shè)計(jì)的理念，因此本文以『三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)故障警報(bào)控制』電路為例，將傳統(tǒng)電工圖轉(zhuǎn)換為plc階梯圖的過(guò)程，經(jīng)由個(gè)人多年來(lái)接觸plc的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，不揣淺漏嘗試為讀者建構(gòu)成為一種有跡可循的程序轉(zhuǎn)換及設(shè)計(jì)模式，相信爾后碰到相關(guān)的回路轉(zhuǎn)換或程序設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)，您定可觸類旁通。