[摘要] 现代社会要求制造业对市场需求做出快速反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性。可编程序控制器（简称PLC）正是顺应这一要求出现的。电气、机电一体化的学员必须掌握PLC的基础知识和应用技能。我校已在高技机电一体化专业及我厂高级电工中开展该学科的教学。
[关键词] PLC三菱FX2N梯形图
现在招聘维修电工不但基本技术要扎实，还要懂得PLC技术、变频技术及微机技术的原理和故障鉴别等。而对于在生产线上的普通操作工也应该懂得一些关于PLC、变频器等方面的基本知识，这样既可便于生产操作，又可以对生产和维修提供很大的帮助。
目前，世界上PLC产品按地域可分为三大类：美国、欧洲和日本产品。欧美以中大型PLC为主，日本的小型PLC更具特色。某些需要用欧美的中大型才能实现的控制，日本的小型机就可以解决，在开发复杂的控制方面明显优于欧美。日本三菱公司的FX系列的PLC以其极高的性能价格比，在国内占有很大的市场份额。FX系列的功能强、应用范围广，可以满足大多数用户的需要。我们以三菱公司的FX2N小型PLC为讲授对象，通过教学向学员们传授PLC的基础知识，带领学员在学校的实习工厂进行实际操作，加深学员对PLC的认识。如何引导学员根据实际控制需要进行PLC的外部接线和梯形图的编制是教学的要点。我们以电机自动往返控制电路为例来讲述如何根据继电器电路图设计PLC梯形图。
一、用继电器控制的工作台的自动往返控制
图1：电机自动往返控制电路
电动机自动往返控制电路是继电器控制电路中很常见的电路。这一电路包含了控制电路中的自锁控制、联锁控制、正反转控制、限位控制和自动往返控制。下面我们分析一下用继电器控制的基本原理。
工作原理：按下SB2，接触器KM1线圈得电，KM1触头动作，电动机起动正转，通过机械传动装置拖动工作台向左运动；当工作台上的挡铁碰撞行程开关SQ1（固定在床身上）时，其常闭触头断开，接触器KM1线圈断电释放，电动机断电停转；与此同时SQ1的常开触头闭合，接触器KM2线圈获电动作并自锁，电动机反转，拖动工作台向右运动；这时行程开关SQ1复原。当工作台向右运动行至工定位置时，挡铁碰撞行程开关SQ2，使常闭触头断开，接触器KM2线圈断电释放，电动机断电停转；同时SQ2常开触头闭合，接通KM1线圈电路，电动机又开始正转。这样往复循环直到工作完毕，按下停止按钮SB1，电动机停转，工作台停止运动。另外，还有两个行程开关SQ3、SQ4安装在工作台往返运动的方向上，它们处于工作台正常的往返行程之外，起终端保护作用，当行程开关SQ1、SQ2失效，工作台继续运行就会撞击行程开关SQ3或SQ4，SQ3或SQ4的常闭触点断开，切断控制电路，电动机停车，防止事故的发生。
继电器控制系统虽然比较直观，但控制系统中的每一次控制功能的更改必须改变接线才能实现，且继电器的触电或机械传动系统的故障都会影响工作台的运行。而采用PLC控制系统后，控制功能的更改只要改变程序而不必改变导线的连接就能实现，下面我们就将工作台的控制该为PLC控制
二、PLC控制的工作台自动往返系统的优化设计
【方案一】PLC控制系统中的开关电器的所用输入触点全部采用常开
1.确定PLC的输入信号和输出负载。
2.根据PLC的I/O点分配表画出PLC的外部接线图（如左下图）。
分配PLC的I/O点遵循的原则：继电器电路中的交流接触器和电磁阀等执行机构用PLC的输出继电器来控制，它们的线圈接在PLC的输出端。按钮、控制开关、限位开关、接近开关等用来给PLC提供控制命令和反馈信号，它们的触点接在PLC的输入端。继电器电路图中的中间继电器和时间继电器的功能用PLC内部的辅助继电器和定时器来完成，不占用PLC的I/O点。
3.根据继电器电路与PLC各元件的对应关系画出梯形图（如右图所示）。
注意事项：（1）KM1和KM2之间，除了在梯形图中设置对应的软件互锁外，还必须在PLC的输出回路设置硬件互锁。（2）热继电器FR的常闭触点接在输入端子X7上，在梯形图中，应该用X7的常开触点与Y0和Y1的线圈串联。这是因为在没有过载的正常情况下，FR的常闭触点闭合，X7一直为ON，X7的常开触点闭合，不会影响Y0和Y1的正常工作。过载时FR的常闭触点断开，X7变为OFF，X7的常开触点断开，切断正在运行的Y0或Y1线圈，起到了保护作用。如果热继电器FR的常开触点接在输入端子X7上，那么在梯形图中，应该用X7的常闭触点与Y0和Y1的线圈串联。建议能用常开闭触点作为输入信号时尽量用常开闭触点，这样避免PLC的输入点长时间处于通电状态。
【方案二】从方案一可以看出，输入信号占用了PLC的8个输入点，因为PLC的价格与I/O点数有关，减少输入/输出信号的点数是降低硬件费用的主要措施。
那么如何减少输入/输出点数而又能达到需要的控制效果呢？
我们分析一下图1的继电器控制电路，如果热继电器是采用手动复位的，可以像右图那样把热继电器的常闭触点接在PLC的输出回路，这样就可以节省PLC的一个输入点。如果热继电器是采用自动复位的，可以把热继电器的常开触点与SB1并联，同样也可以节省PLC的一个输入点。起终端保护作用的两个行程开关SQ3、SQ4，只要有任何一个动作，Y0和Y1两个线圈均断电，所起的作用和停止按钮SB1相同，我们可以采用左图那样改变一下继电器控制电路的接线，并把SB1、SQ3、SQ4并联作为一个输入点接入PLC的X0，如右图所示，这样又可以节省PLC的两个输入点。最后画出方案二的梯形图（如下图）。（方案二控制原理图如左图，主电路与图1一样。）
【方案三】我们再进一步分析图1继电器控制电路，可以得出只要行程开关SQ1动作，Y0线圈断电，同时Y1线圈得电；同样，只要行程开关SQ2动作，Y1线圈断电，同时Y0线圈得电，我们可以把SQ2常开触点与SB2并联作为一个输入点接入PLC的X1，把SQ1常开触点与SB3并联作为一个输入点接入PLC的X2，如左下图（方案三PLC外部接线图）所示，这样又可以节省PLC的两个输入点，在梯形图中应设置X1与X2的连锁，如右下图（方案三梯形图）所示。这样从最初的8个输入点节省到只用3个输入点。（注：方案三的继电器控制电路与方案二相同。）
通过上述分析，采用不同的方案，都能够达到相同的控制目的，从方案一到方案三，使学员在对比中不断地分析总结，掌握采用不同的开关节点与软继电器的触点相配合，熟练地绘制T型图，不断地进行优化，特别是对调试有问题的程序一起探讨，极大地激发了学员的学习热情，掌握了使用PLC控制系统的基本分析方法，为进一步深入掌握PLC的应用打下了良好的基础。
[参考文献]
1.《FX系列PLC编程及应用》（机械工业出版社）
2.《PLC应用技术》（中国劳动社会保障出版社）
（作者单位：贵州铝厂职业教育学院）