PLC控制柜設計原理電裝布局、接線圖和原理圖

1、按圖接線，這條說是高準則也不為過。首先，在接線之前就必須先仔細閱讀圖紙，充分領會設計者的意圖，而不是根據個人所謂豐富經驗接線，如果發現不明之處或者矛盾之處應該時間與設計師聯系確認，直到無誤后，接線施工。

2、接線順序要清晰明了，流程簡單具有可檢查性。這一條在實際中能做到的很少，基本都是線頭一接，盒子一蓋完事。

3、多多學習接線技巧,善于靈活運用工具。例如：

Q： 我們在做PLC柜時，接線板和接線端子很多，處理不好會有松動、毛刺等現象，是直接剝去線皮壓入，還是使用插針，還是粘錫。

A： 單芯線剝皮后直接壓入，多芯線用冷壓端子，不建議搪錫；

Q： PLC的擴展模塊比較多時，公共端和供電端的接線是如何處理的，是通過每個PLC模塊上的端子直接并聯至下一個模塊上，還是接至端子上，在端子排上短接呢？

A： 我們在現場維護設備，希望供電電源在端子上分配短接后分別引入用戶點（用線號管或在端子上做好標記指明去處），這樣直觀明了，相互之間影響小，不希望從一點并到另一點，不希望一個端子下接兩根以上的線。對于電源端子排，喜歡使用帶保險的端子或端子上下之間可以斷開連接的那種，查找短路故障時非常方便。

01
PLC內外部電路
1、外部電路接線圖1是電動機全壓起動控制的接觸器電氣控制線路，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、起動按鈕SB1及接觸器常開輔助觸頭KM通過導線連接實現。
合上QS后按下起動按鈕SB1，則線圈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、電動機M起動；按下停止按鈕SB2，則線圈KM斷電，指示燈HL1滅，M停轉。▲圖1 電動機全壓起動電氣控制線路
圖2是采用SIEMENS的一款S7系列PLC實現電動機全壓起動控制的外部接線圖。主電路保持不變，熱繼電器常閉觸頭FR、停止按鈕SB2、起動按鈕 SB1等作為PLC的輸入設備接在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的輸出設備接在PLC的輸出接口上。按制邏輯通過執行按照電動機全壓控制要求編寫并存入程序存儲器內的用戶程序實現。▲圖2 電動機全壓起動PLC控制接線圖 
2、建立內部I/O映像區在PLC存儲器內開辟了I/O映像存儲區，用于存放I/O信號的狀態，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應的映像存儲器，稱為元件映像寄存器。
I/O映像區的大小由PLC的系統程序確定，對于系統的每一個輸入點總有一個輸入映像區的某一位與之相對應，對于系統的每一個輸出點也都有輸出映像區的某一位與之相對應，且系統的輸入輸出點的編址號與I/O映像區的映像寄存器地址號也對應。
PLC工作時，將采集到的輸入信號狀態存放在輸入映像區對應的位上，運算結果存放到輸出映像區對應的位上，PLC在執行用戶程序時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、等效線圈狀態的數據取用于I/O映像區，而不直接與外部設備發生關系。
I/O映像區的建立使PLC工作時只和內存有關地址單元內所存的狀態數據發生關系，而系統輸出也只是給內存某一地址單元設定一個狀態數據。這樣不僅加快了程序執行速度，而且使控制系統與外界隔開，提高了系統的抗干擾能力。
3、內部等效電路圖3是PLC的內部等效電路，以其中的起動按鈕SB1為例，其接入接口I0.0與輸入映像區的一個觸發器I0.0相連接，當SB1接通時，觸發器 I0.0就被觸發為“1”狀態，而這個“1”狀態可被用戶程序直接引用為I0.0觸頭的狀態，此時I0.0觸頭與SB1的通斷狀態相同，則SB1接通，I0.0觸頭狀態為“1”，反之SB1斷開，I0.0觸頭狀態為“0”；
由于I0.0觸發器功能與繼電器線圈相同且不用硬連接線，所以I0.0觸發器等效為PLC內部的一個I0.0軟繼電器線圈，直接引用I0.0線圈狀態的I0.0觸頭就等效為一個受I0.0線圈控制的常開觸頭（或稱為動合觸頭）。▲圖3 PLC內部等效電路
同理，停止按鈕SB2與PLC內部的一個軟繼電器線圈I0.1相連接，SB2閉合，I0.1線圈的狀態為“1”，反之為“0”，而繼電器線圈I0.1的狀態被用戶程序取反后引用為I0.1觸頭的狀態，所以I0.1等效為一個受I0.1線圈控制的常閉觸頭（或稱動斷觸頭）。而輸出觸頭Q0.0、Q0.1則是PLC內部繼電器的物理常開觸頭，一旦閉合，外部相應的KM線圈、指示燈HL1就會接通。PLC輸出端有輸出電源用的公共接口COM。

02
PLC控制系統
用PLC實現電動機全壓起動電氣控制系統，其主電路基本保持不變，而用PLC替代電氣控制線路。
1、PLC控制系統構成圖4是電動機全壓起動的PLC控制系統基本構成圖，可將之分成輸入電路、內部控制電路和輸出電路三個部分。▲圖4 PLC控制系統基本構成框圖

輸入電路輸入電路的作用是將輸入控制信號送入PLC，輸入設備為按鈕SB1、SB2及FR常閉觸頭。外部輸入的控制信號經PLC輸入到對應的一個輸入繼電器，輸入繼電器可提供任意多個常開觸頭和常閉觸頭，供PLC內容控制電路編程使用。
輸出電路輸出電路的作用是將PLC的輸出控制信號轉換為能夠驅動KM線圈和HL1指示燈的信號。PLC內部控制電路中有許多輸出繼電器，每個輸出繼電器除了PLC內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常開觸頭與輸出端口相連，該觸頭稱為內部硬觸頭，是一個內部物理常開觸頭。通過該觸頭驅動外部的KM線圈和HL1指示燈等負載，而KM線圈再通過主電路中KM主觸頭去控制電動機M的起動與停止。驅動負載的電源由外電部電源提供，PLC的輸出端口中還有輸出電源用的COM公共端。
內部控制電路內部控制電路由按照被控電動機實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定的邏輯關系，對輸入、輸出信號的狀態進行計算、處理和判斷，然后得到相應的輸出控制信號，通過控制信號驅動輸出設備：電動機M、指示燈HL1等。
用戶程序通過個人計算機通信或編程器輸入等方式，把程序語句全部寫到PLC的用戶程序存儲器中。用戶程序的修改只需通過編程器等設備改變存儲器中的某些語句，不會改變控制器內部接線，實現了控制的靈活性。
2、PLC控制梯形圖梯形圖是一種將PLC內部等效成由許多內部繼電器的線圈、常開觸頭、常閉觸頭或功能程序塊等組成的等效控制線路。圖5是PLC梯形圖常用的等效控制元件符號。▲圖5 梯形圖常用等效控制元件符號a)線圈 b)常開觸頭 c)常閉觸頭

圖6是電動機全壓起動的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常開按鈕的并聯單元、KM線圈等零件對應的等效控制元件符號串聯而成。電動機全壓起動控制梯形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。

▲圖6 電動機全壓起動控制梯形圖
梯形圖中繼電器元件物理結構不同于電氣元件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、輸出存儲器中的一個存儲位，與電氣元件的物理結構不同。
梯形圖中繼電器元件的通斷狀態不同于電氣元件

梯形圖中繼電器元件的通斷狀態與相應存儲位上的保存的數據相關，如果該存儲位的數據為“1”，則該元件處于“通”狀態，如果該位數據為“0”，則表示處于“斷”狀態。與電氣元件實際的通斷狀態不同。
梯形圖中繼電器元件狀態切換過程不同于電氣元件梯形圖中繼電器元件的狀態切換只是PLC對存儲位的狀態數據的操作，如果PLC對常開觸頭等效的存儲位數據賦值為“1”，就完成動合操作過程，同樣如對常閉觸頭等效的存儲位數據賦值為“0”，就可完成動斷操作過程，切換操作過程沒有時間延時。而電氣元件線圈、觸頭進行動合或動斷切換時，必定有時間延時，且一般要經過先斷開后閉合的操作過程。
梯形圖中繼電器所屬觸頭數量與電氣元件不同如果PLC 從輸入繼電器I0.0相應的存儲位中取出了位數據“0”，將之存入另一個存儲器中的一個存儲位，被存入的存儲位就成了受I0.0繼電器控制的一個常開觸頭，被存入的數據為“0”；如在取出位數據“0”之后先進行取反操作，再存入一個存儲器的一個存儲位，則該位存入的數據為“1”，該存儲位就成了受繼電器 I0.0控制的一個常閉觸頭。
只要PLC內部存儲器足夠多，這種位數據轉移操作就可無限次進行，而每進行一次操作，就可產生一個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使用。
但是PLC內部的線圈通常只能引用一次，如需重復使用同一地址編號的線圈應慎之又慎。與PLC不同的是電氣元件中觸頭數量是有限的。
梯形圖每一行畫法規則為從左母線開始，經過觸頭和線圈（或功能方框），終止于右母線。一般并聯單元畫在每行的左側、輸出線圈則畫在右側，其余串聯元件畫在中間。