如何设计继电器电路梯形图

1.基本方法

用PLC改造继电器控制系统时，因为原有的继电器控制系统经过长期使用和考验，已经被证明能完成系统要求的控制功能，而继电器电路图与梯形图在表示方法和分析方法上有很多相似之处，可以根据继电器电路图来设计梯形图，将继电器电路图“翻译”为具有相同功能的PLC的外部硬件接线图和梯形图。因此根据继电器电路图来设计梯形图是一条捷径。这种设计方法一般不需要改动控制面板，保持了系统原有的外部特性，操作人员不用改变长期形成的操作习惯。

在分析PLC控制系统的功能时，可以将它想象成一个继电器控制系统中的控制箱，其外部接线图描述了这个控制箱的外部接线，梯形图是这个控制箱的内部“线路图”，梯形图中的输入继电器和输出继电器是这个控制箱联系外部世界的“接口继电器”，这样就可以用分析继电器电路图的方法来分析PLC控制系统。在分析和设计梯形图时可以将输入继电器的触点想象成对应的外部输入器件的触点或电路，将输出继电器的线圈想象成对应的外部负载的线圈。外部负载的线圈除了受梯形图的控制外，还可能受外部触点的控制。

将继电器电路图转换为功能相同的PLC的外部接线图和梯形图的步骤如下：

1）了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理，这样才能做到在设计和调试控制系统时心中有数。

2）确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的外部接线图。

继电器电路图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（M）和定时器（T）来完成，它们与PLC的输入继电器和输出继电器无关。

画出PLC的外部接线图后，同时也确定了PLC的各输入信号和输出负载对应的输入继电器和输出继电器的软元件号。

3）确定与继电器电路图的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的辅助继电器和定时器的软元件号。

上述第2步和第3步建立了继电器电路图中的元件和梯形图中的软元件之间的对应关系。为梯形图的设计打下了基础。

图5-8 铣床继电器控制电路图

4）根据上述对应关系画出梯形图。

图5-8是经适当简化的某铣床的继电器控制电路原理图。主轴电动机用接触器KM1控制，KM2用于主轴电动机的反接控制，进给电动机用KM3和KM4控制，KS是速度继电器。图5-9和图5-10是具有相同功能的PLC控制系统的外部接线图和梯形图（见随书光盘中的例程“铣床控制”）。

图5-9 PLC外部接线图

图5-10 梯形图

2.注意事项

在将继电器电路图转换为梯形图时，应注意下面的问题：

（1）设计梯形图的基本原则

继电器电路是一种纯硬件的电路，为了节约硬件成本，设计的基本原则是尽量少用软元件和触点，例如在图5-8中，用热继电器FR1的常闭触点控制两个KM1和KM2的线圈，但是这将导致某些线圈的控制电路互相关联，它们交织在一起，给读图带来一定的困难。

设计梯形图时，应力求电路结构清晰，易于理解。梯形图是一种软件，是PLC的程序。编程时即使多用一些梯形图中的辅助软元件（例如M、T、C等）和触点，也不会增加硬件成本，对系统的运行速度几乎没有影响，唯一的代价是输入程序时要多花一点时间。

（2）分离交织在一起的电路(www.xing528.com)

根据PLC外部接线图确定的外部元件与梯形图中的软元件之间的对应关系，可以将图5-8中的继电器电路图基本上“原封不动”地转换为梯形图，用编程软件生成梯形图也很方便，画梯形图时不必考虑堆栈的问题。如果用指令表方式输入用户程序，则需要使用堆栈指令。分析这类交织在一起的复杂电路往往也非常麻烦。一般在设计梯形图时将各线圈的控制电路分离开（见图5-10），这样处理可能会多用一些触点，但是电路比较清晰。因为没有用堆栈指令，与直接转换的方法相比，所用的指令条数相差也不会太大。

（3）中间单元的设置

在梯形图中，若多个线圈都受某一触点串并联电路的控制，为了简化电路，在梯形图中可以设置用该电路控制的辅助继电器。例如图5-8中的KM3～KM5都受到A点之前的电路的控制，所以图5-10用该电路对应的电路来控制M0，用M0的常开触点来控制KM3～KM5对应的Y2～Y4。此外，还设置了控制KM3和KM4的中间单元M1。

（4）复杂电路的等效

设计梯形图时以线圈为单位，用叠加法考虑继电器电路图中每个线圈分别受到哪些触点和电路的控制，然后将控制同一线圈的各条电路并联起来，从而画出等效的梯形图电路。

由于机械结构的原因，限位开关SQ1和SQ2不会同时动作，所以不必考虑经SQ1的常开触点流向SQ2的常开触点的电流。

（5）尽量减少PLC的输入信号和输出信号

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。

一般只需要同一个输入器件的一个常开触点或常闭触点给PLC提供输入信号，在梯形图中，可以多次使用同一个输入继电器的常开触点和常闭触点。

继电器控制系统中某些相对独立且比较简单的部分，可以用继电器电路控制，这样同时减少了所需的PLC的输入点和输出点。

在继电器电路图中，如果多个输入触点的串并联电路只出现一次，或者作为整体多次出现，则可以将它们作为PLC的一个输入信号，只占一个输入点。

在图5-8中，有SB2和SB3的常开触点组成的并联电路，还有它们的常闭触点组成的串联电路。在PLC的外部电路图中，将SB2和SB3的常开触点并联，接在X1输入端子上。在梯形图中，X1的常开触点与继电器电路图中SB2和SB3常开触点的并联电路相对应，X1的常闭触点与SB2和SB3常闭触点的串联电路相对应。

（6）软件互锁与硬件互锁

在图5-8的继电器电路中，KM1和KM2之间、KM3和KM4之间都设置了互锁，即将它们的常闭触点与对方的线圈串连。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（见图5-9）。

（7）梯形图电路的优化设计

为了减少语句表指令的指令条数，在串联电路中，单个触点应放在电路块的右边，在并联电路中，单个触点应放在电路块的下面（见图3-29）。在图5-10中，将X0和Y0的触点组成的并联电路放在最左边，将单个触点放在串连电路的右边。如果像继电器电路那样将并联电路放在中间，则将会多用一条ANB指令。

（8）热继电器触点的处理

图5-8中的FR是用于过载保护的热继电器，采用手动复位的热继电器的常闭触点可以像图5-9那样接在PLC的输出回路，仍然与接触器的线圈串联，这种方案可以节约PLC的一个输入点。

如果热继电器采用自动复位方式，则图5-9这种接法将会导致过载保护后电动机自动重新运转。必须将热继电器的触点接在PLC的输入端，用梯形图来实现电动机的过载保护。

（9）时间继电器瞬动触点的处理

除了延时动作的触点外，时间继电器还有在线圈通电或断电时马上动作的瞬动触点。对于有瞬动触点的时间继电器，可以在梯形图中对应的定时器的线圈两端并联辅助继电器，后者的触点相当于时间继电器的瞬动触点。

（10）外部负载的额定电压

PLC的继电器输出模块和双向晶闸管输出模块一般只能驱动额定电压AC 220V的负载，如果系统原来的交流接触器的线圈电压为380V，则应将它更换成220V的线圈，或在PLC外部设置中间继电器。