继电控制电路优化方案

继电控制电路是指用一些控制电器的触点（如按钮、开关或继电器触点）控制用电器工作的电路。这些控制电器触点及其与用电器的不同连接，可反映它们之间的不同逻辑关系，以实现不同的控制。

继电器控制电路历史悠久，有了电的应用就有它的存在。几经发展，它已越来越便于人们的使用，已在电控领域独领风骚100多年的历史了。尽管PLC的出现与进步已极大地压缩了它的使用空间。但正如飞机、火车、汽车、自行车的相继出现，前者不能取代后者一样，PLC的出现，也不可能完全取代继电控制电路。所以，在了解PLC的产生的同时，简单地回顾一下继电控制电路是必要的。

控制电器有手动的，它的触点的接通、分断用人工控制，如按钮、手动开关。还有自动的，它的触点的通断能自动实现，如行程开关、继电器。

继电控制电路有触点控制电路及继电器控制电路。以下分别对其进行介绍：

1.触点控制电路

触点控制电路是指，用手动控制电器触点的接通与分断，去控制用电器的电路。图1-1所示的是触点控制电路之一。

图1-1a所示为串联电路。它用两个触点串联控制一个电灯L。如图所示，只有两个按钮同时接通，此灯才能亮。从逻辑的关系讲，灯亮的条件是两个按钮“接通的与”。反之，灯不亮的条件是任意一个按钮分断，即两个按钮“分断的或”。

图1-1b所示为并联电路。它用两个触点并联控制一个电灯L。如图所示，两个按钮任意一个接通，此灯就亮。从逻辑的关系讲，灯亮的条件是两个按钮“接通的或”。反之，灯不亮的条件是两个按钮要同时分断，即“分断的与”。

图1-1c所示为混合电路。用触点串联后再并联，去控制一个电灯L。如图所示，只有X1、X2两个按钮同时接通，或按钮X3、X4同时接通，此灯可亮。从逻辑的关系讲，灯点亮的条件是“X1、X2两个按钮接通的与”和“X3、X4两个按钮接通的与”的“或”。

图1-1f所示电路也为混合电路。但它是触点并联后再串联，然后去控制一个电灯L。如图所示，只要按钮X1、按钮X2任意一个接通，同时按钮X3、X4任意一个接通，则此灯亮。从逻辑的关系讲，灯点亮的条件是“X1、X2两个按钮接通的或”和“X3、X4两个按钮接通的或”的“与”。

提示：先串后并到先并后串的转换，可从原电路断的条件确定并的每一个并的小段，然后再把所有小段串联；先并后串到先串后并转换可从原电路的可能通路确定每一个串的支路，然后再把每一支路并联。

图1-1g所示为桥接电路。如图所示，除了触点串联、并联还有像按钮X6那样的桥接。它不能用简单的“与”、“或”去反映它的逻辑关系，故也称复杂电路。相对于复杂电路，仅用触点串并联的控制电路称为简单电路。

要表达复杂电路的逻辑关系，可根据可能产生的通路情况，先求出在控制功能上，与其等价的简单电路，然后用等价电路的逻辑关系来代表它。图1-1d即为图1-1g的等价电路。从图知，它除了按钮X1与按钮X2串联，按钮X3与按钮X4串联，然后并联之外，还有因按钮X6接通，又增加了的两路串联后的并联。

当然也可连接成先并后串的桥接等价电路。这点还是留给读者自己思考吧！

提示：在PLC梯形图程序中不允许出现桥接的逻辑关系。

图1-2所示为触点控制电路之二。

图1-2a所示为先串后并表决电路。这里用了3个按钮X1、X2、X3，当3个中任意2个，或3个全部按下，都将使灯L亮。这里只有3个按钮参与表决，如果增多，也可实现。只是电路要复杂些。

图1-2b所示为先并后串再串比较电路。这里用了两组4个按钮X1、X2及Y1、Y2，当这两组接通及分断情况相同时，灯L亮。否则，灯L不亮。当然，用3组，以至于多组比较也是可实现的。只是电路再多串入一组或多组按钮。

图1-2c所示为先并后串表决电路，与图1-2a的功能相同。

图1-1 触点控制电路之一

a）串联电路 b）并联电路 c）先串后并电路 d）与 g）桥接等价的先串后并电路 e）与 c）等价的先并后串电路 f）先并后串电路 g）桥接电路 h）与 f）等价的先串后并电路

图1-2 触点控制电路之二

a）先串后并表决电路 b）先并后串再串比较电路 c）先并后串表决电路 d）先并后串比较电路 e）先串后并等权控制电路 f）先并后串等权控制电路

图1-2d所示为先并后串比较电路，与图1-2b的功能相同。

图1-2e所示为先串后并等权控制电路。这里用了3个按钮X1、X2、X3，当3个中任意一个改变状态，都将改变灯L的状态。把这3个开关安装不同位置，可用以实现三地开关对一个灯的等权控制。这里只有3个按钮参与等权控制，如果增多，也可实现。只是电路要复杂些。

图1-2f所示为先并后串等权控制电路，与图1-2e的功能相同。

从以上分析可知，对一些常见的逻辑关系，用触点控制电路是可以实现的。但要实现更复杂的逻辑关系或要用小开关去控制大动力的电路就得求助继电器控制电路了。

图1-3 感应电动机点动控制电路

a）示意图 b）电气原理图

2.继电器控制电路

继电器控制电路除了使用手动控制器触点，还使用继电器触点，其控制对象既有用电器，又有电磁继电器自身线圈。

图1-3所示为感应电动机点动控制电路。图1-3a为它的工作示意图，图1-3b为它的电气原理图。

从图知，按下按钮SB，其触点使控制回路接通，接触器KM线圈得电。线圈得电，电磁力克服弹簧力，使KM主触点接通，电动机M得电工作。松开按钮SB，则控制回路分断，KM线圈失电，电磁力消失，弹簧力使KM主触点分断，电动机M失电、停止工作。按钮按下，电动机工作，按钮松开，电动机不工作，所以称之为点动控制。

图中QS为刀开关，合上后才能实施控制。FU为熔断器，用以确保用电安全。(www.xing528.com)

由于这里使用了比按钮触点可通过更大电流的接触器，所以可用一个小小的按钮灵活地控制一个较大功率的电动机。

图1-4所示为串联起、保、停电路，是用电钮控制用电器工作最常见的控制电路。

图1-4 串联起、保、停电路

a）起、保、停电气原理图 b）起、保、停控制电路

从图1-4a知，按下按钮SB1，则控制回路接通，接触器KM线圈得电，其常开主触点KM接通，电动机M得电工作。KM的常开辅助触点与SB1是并联的。因而之后即使松开SB1，而触点分断，仍可使KM线圈得电，继续工作。工作后，按下按钮SB2，其触点分断，使接触器KM线圈失电，进而也使电动机M失电而停止工作。由于KM的常开辅助触点已分断，之后即使松开SB2、常闭触点再合上，KM也仍失电，电动机仍保持停止。可知，此控制电路可控制电动机的起、保、停。

图中，QS为刀开关，合上才能实现控制。FU为熔断器，用以确保用电安全。

图1-4b所示为图1-4a的控制电路。这个电路的要点是，把接触器的常开辅助触点与起动按钮并联，之后再与常闭的停车按钮串联。因此，按钮SB1可起动被控设备工作；起动后能使被控设备保持工作；按钮SB2可停止被控设备工作。故称之为起、保、停控制电路。

除了上述用串联控制起、保、停电路，还有并联控制及混合控制的类似电路。

图1-5所示即为并联起、保、停控制电路。

从图1-5可知，这里起动按钮SB1改用常闭触点，停车按钮SB2改用常开触点。接触器辅助触点也改用常闭触点。并还增加了吸收电阻R。为了KM能正常工作，电源电压要比KM的额定工作电压高。

用以上类似的分析，可知，此电路的功能与图1-4b完全是相同的。

提示：这里吸收电阻是不可或缺的。不然将出现电源短路，那是绝对不允许的。

图1-6所示为混合电路。SB1、SB2、KM全用其常开触点。它也是用以实现起、保、停逻辑控制。与图1-5不同的是，在KM停止工作时，吸收电阻不工作，不消耗能量。

图1-5 并联起、保、停控制电路

图1-6 混合起、保、停控制电路

图1-5电路进一步演变可得到图1-7所示电路。

从图知，其左边画的控制触点SB1、SB2，为电路输入；控制触点KM为接触器KM的常闭辅助触点，用作输出反馈。右边画的接触器线圈KM，为电路输出。中间用点划线框起来的竖线与横线为逻辑方阵。其中R为吸收电阻，竖线与横线通过二极管联系（用小斜箭头表示）实现。

如图所示，P点的高电位是由P1与P2两点高电位的“或”实现，而P1、P2高电位则取决于控制它的触点分断的“与”。可以看出，如图所示的逻辑关系，也是起、保、停逻辑。

图1-7所示的电路用的元器件多，但可把控制电路“标准化”了。从设计思想上讲，这里有两个突破：

（1）便于更改控制逻辑关系；

（2）控制触点使用次数可不受限制。

这两条突破，可使控制电路实现各种逻辑控制变得方便、灵活，是很有意义的。

使控制电路便于设计，便于更改，有人还曾作过其它方面的探讨。有的还设计成可进行程序预选及反馈预选的电路。然而，它总是要靠触点的通断实现控制，所以不可避免地存在如下一些缺点：

（1）触点转换总是需要时间的，总是有电滞后及机械滞后。这两个滞后加起来，长的可达几十毫秒，甚至更多。这两个滞后可能造成控制不及时、不同步。不及时，会降低控制精确度；不同步，有时会使电路工作出现竞态。这是在电路设计时，不得不采取措施加以避免的。

（2）触点频繁通断，易受电火花烧蚀与机械磨损，并因此随着使用次数的增加，总是会带来一些故障。

（3）体积大，安装这些元器件有时需庞大的控制柜。

（4）消耗电能多。初次投资费不大，但日常使用维护费很高。

（5）难以或不便实现逻辑关系复杂的控制。

（6）电路不通用，每种电路多数都要单独设计、单独制造，更改也不便。

所以，要实现复杂的、灵活的、更可靠的、小型化的电气控制，必须寻找别的出路。

图1-7 矩阵连接起、保、停电路