說個很多人學(xué)PLC編程時都會碰到的坎梯形圖指令背熟了拿到一張繼電器控制電路圖卻不知道從哪里開始翻譯反過來干了多年的電氣師傅看電路圖一目了然但一接觸梯形圖又覺得拗口。我見過太多人卡在這一步最后給出的辦法往往不是背指令而是練一種思路——中間繼電器替代法。這個方法的本質(zhì)就是把繼電器電路圖里的每一個控制線圈當成PLC里的一個輸出把它的每一個觸點當成程序里的一個條件。當你習(xí)慣了這種替換思維電路圖就不再是不可讀的硬件圖梯形圖也不再是沒有對應(yīng)關(guān)系的虛擬程序兩邊一下就通了。這篇文章就圍繞這個方法展開講清楚它的底層邏輯、實操步驟以及我在實際調(diào)試和控制柜改造中踩過的坑。對象是正在自學(xué)PLC的電工朋友也適合剛?cè)胄械碾姎夤こ處煛⒃O(shè)備維護人員。1. 中間繼電器替代法到底是什么它解決什么問題1.1 為什么很多人卡在“看得懂圖寫不出程序”這一關(guān)我見過兩類非常典型的學(xué)習(xí)者。一類是傳統(tǒng)電工轉(zhuǎn)PLC繼電器控制電路是他的強項正反轉(zhuǎn)、星三角、順序啟動都門兒清但翻開源程序一看梯形圖總覺得哪里別扭。另一類是學(xué)生或者搞軟件出身的朋友邏輯思維沒問題也能看懂X0、Y0這些地址但是一拿到真正的電氣原理圖滿紙的常開常閉、自鎖互鎖直接懵掉。這兩種人卡住的根源其實是一樣的繼電器電路圖和梯形圖本質(zhì)上是同一套邏輯但表達方式完全不同。繼電器圖是在描述物理器件之間怎么接線梯形圖是在描述信號在程序里怎么流動。你如果只學(xué)過其中一種表達就沒有建立起兩者之間的對應(yīng)關(guān)系自然看不懂另一種。中間繼電器替代法就是專門用來搭這座橋的。1.2 替代法的本質(zhì)把“物理中間繼電器”改成“邏輯中間繼電器”什么叫替代法一句話你在圖紙上看到一只中間繼電器它有一個線圈和多組觸點你就把它想象成PLC程序里的一個結(jié)果變量線圈得電就等于這個變量的值為1觸點動作就等于程序里這個變量參與了后續(xù)的條件判斷。反過來也一樣。你在PLC程序里看到一個輸出線圈Y0它在梯形圖里反復(fù)使用自己的常開觸點來“自鎖”那你就把它想象成一個物理中間繼電器線圈一吸合它的常開觸點也就跟著閉合給控制回路提供了一個自保持路徑。這個方法的好處在于它強迫你同時用兩種視角看同一個控制邏輯從電路圖視角拆解線圈是什么觸點在哪個支路里什么條件能讓線圈得電從梯形圖視角重構(gòu)輸出線圈是什么程序里有哪些條件行哪些觸點實現(xiàn)了自鎖和互鎖兩個視角來回切換練到一定程度后你的大腦里自然就會形成一種“翻譯引擎”。以后再看到任何一張繼電器邏輯圖不需要特意想就能大概猜到轉(zhuǎn)換成梯形圖以后會長什么樣。這也是為什么我一直跟新人說別急著背指令先練好這個替代思維PLC編程的路會順很多。2. 想用這個方法先把中間繼電器本身吃透替代法練得好不好取決于你有多懂中間繼電器這個器件。很多人覺得中間繼電器就是個“小接觸器”其實這里面的細節(jié)不少。2.1 一個線圈加兩組觸點內(nèi)部的“開關(guān)邏輯”是怎么組織的中間繼電器最核心的構(gòu)造就是一組線圈加上若干組觸點。線圈通電后產(chǎn)生磁力吸合銜鐵帶動所有觸點同時動作。這里有幾個容易被忽略的點線圈是一個耗電元件不是開關(guān)。它需要接在控制電源上比如DC24V或者AC220V。線圈得電時繼電器吸合失電時釋放。觸點分兩種常開和常閉。常開就是平時斷開、吸合后閉合常閉正好相反平時閉合、吸合后斷開。所有觸點同時動作。這是中間繼電器在邏輯上最重要的特性——一組線圈可以同時控制好幾條回路的通斷相當于把一個“邏輯結(jié)果”廣播到了多個地方。我在教新人的時候最喜歡打一個比方中間繼電器就像一個聲控燈開關(guān)。你拍一下手線圈得電樓上樓下好幾盞燈觸點同時亮了。在電路圖里你找這個繼電器本質(zhì)上就是找它控制的那些“燈”在哪里。2.2 中間繼電器和接觸器別混著用很多初學(xué)者搞不清中間繼電器和接觸器有什么區(qū)別這里直接列個對比表。對比項中間繼電器交流接觸器主要用途控制回路信號切換主回路負載通斷觸點容量較小一般5A級別較大甚至幾百安觸點數(shù)量一般4~8組常開常閉都有主觸頭通常3~4組輔助觸頭少是否有滅弧裝置一般沒有有滅弧罩適合大電流分斷動作頻率可相對較高但仍有限制較低不適合頻繁起停價格便宜較貴在電路圖翻譯成梯形圖的時候接觸器線圈和中間繼電器線圈的處理方式一樣都當成一個輸出線圈來看。但做實際控制柜接線時區(qū)別就大了中間繼電器是用來傳遞邏輯信號的你不能用它直接去帶一臺電機接觸器才是真正通斷主回路的器件。PLC的輸出信號如果容量不夠往往是先驅(qū)動一只中間繼電器再由中間繼電器的觸點去控制接觸器線圈。2.3 看見觸點編號怎么認常開常閉看電路圖的時候線圈旁邊會標注KM、KA、KT這些文字符號觸點圖上也會標相同的文字符號。但到了實物上面你靠什么區(qū)分常開和常閉答案是看編號。這里我以最常見的8腳中間繼電器為例說一下規(guī)律不同品牌號可能略有差異但原理一致線圈接線端一般標A1、A2沒有極性部分帶指示燈的會分正負極。公共端標為數(shù)字1、5、9這類單數(shù)端或者標COM。常開觸點一般標3-4、6-7這種連續(xù)兩位數(shù)的組合默認斷開。常閉觸點一般標1-2、4-5這種帶非連續(xù)感的組合默認閉合。說實話沒有統(tǒng)一標準我的建議是不要靠記憶編號去買繼電器而是直接看殼體上印刷的觸點分布圖。一般繼電器側(cè)面或者頂部都會畫一個簡單的示意圖電源側(cè)、線圈、常開常閉一目了然?？炊@個示意圖比背十個編號都有用。拿到一個新繼電器花一分鐘找到觸點分布圖然后拿萬用表測一下不通的、導(dǎo)通的比什么都強。3. 替代法的完整流程從圖紙到梯形圖的五步翻譯法理論講完了現(xiàn)在上干貨。我平時帶新人練替代法基本固定是五步。這五步做完一張繼電器電路圖就能變成一份能用的梯形圖。3.1 第一步圈線圈先找“邏輯結(jié)果的容器”拿過一張電路圖別從左上角開始一個點一個點看先找所有線圈符號。線圈符號一般是圓形加對角線或者半圓弧加兩條短線旁邊標KA1、KM2、KT1這樣的代號。你用筆把它們?nèi)Τ鰜磉@些就是這張圖的“邏輯結(jié)果”。每個線圈對應(yīng)梯形圖里的一條輸出行。有一個細節(jié)要記住電路圖里的線圈有的是控制回路的中間繼電器線圈有的是接觸器線圈還有時間繼電器線圈。時間繼電器在翻譯的時候要額外處理它多了一個延時功能PLC里會對應(yīng)成TON、TOF這樣的定時器指令而不是簡單的輸出線圈。3.2 第二步分觸點按“條件”歸類每個線圈除了自身之外在圖紙的其他位置還會有它的觸點。這些觸點就是那個線圈的結(jié)果被用到了哪些地方。我的做法是在圖上給每個觸點上色標號比如KA1的所有觸點都用紅筆圈出來KM2的觸點用藍筆圈出來。然后逐一看這些觸點前面串聯(lián)了什么、并聯(lián)了什么如果某個觸點與其所在支路上的按鈕、開關(guān)串聯(lián)那它就是一個“條件之一”。如果某個觸點和按鈕并聯(lián)那它大概率是自鎖觸點或保持觸點。如果某個常閉觸點串聯(lián)在別的支路里那它大概率是互鎖觸點用來防止兩個線圈同時得電。這一步不需要急著寫程序只需要把邏輯結(jié)構(gòu)看清楚。你會發(fā)現(xiàn)原本密密麻麻的電路圖一旦把觸點按照線圈歸屬分類立刻清爽很多因為它本質(zhì)上就是在“找誰被誰控制”。3.3 第三步列I/O表把物理端子變成程序符號電路圖里的按鈕、限位開關(guān)、傳感器最終要接到PLC的輸入端子X上中間繼電器線圈、接觸器線圈、指示燈要接到PLC的輸出端子Y上。這一步要做的是列一張I/O分配表。我自己的習(xí)慣是拿一張草稿紙豎著畫兩欄左邊輸入右邊輸出輸入點對應(yīng)信號輸出點對應(yīng)負載X0啟動按鈕SB1Y0接觸器KM線圈X1停止按鈕SB2Y1指示燈HL1X2熱繼電器FR常閉觸點Y2中間繼電器KA1線圈X3行程開關(guān)SQ1......列這張表的時候你就會發(fā)現(xiàn)有些中間繼電器只存在邏輯回路里不接外部負載那它在梯形圖里就可以直接用PLC內(nèi)部的輔助繼電器M來代替比如M0、M1。這也是替代法最關(guān)鍵的一步物理中間繼電器可以變成程序里的內(nèi)部繼電器程序里的內(nèi)部繼電器也可以對應(yīng)成物理中間繼電器完全看外部負載需不需要。3.4 第四步逐行翻譯串聯(lián)并聯(lián)對應(yīng)清楚到了這一步就可以寫梯形圖了。翻譯規(guī)則其實就三條串聯(lián)支路上的所有觸點都是“與”的關(guān)系。都閉合了電流才能流過。并聯(lián)支路上的觸點都是“或”的關(guān)系。任意一個閉合支路就通。線圈的常開觸點并聯(lián)在線圈支路上就是自鎖電路常閉觸點串聯(lián)在別的線圈支路上就是互鎖電路。翻譯的時候每條控制回路對應(yīng)梯形圖的一行網(wǎng)絡(luò)。你在電路圖里圈出來的每個線圈就是那一行的輸出。別試圖一口氣把整張圖紙翻譯完一張圖里可能有五個線圈那你就一行一行來翻譯完一個查一個。3.5 第五步仿真和實物驗證注意下裝紙上翻譯完了還不算結(jié)束。至少要做一遍仿真有條件的話最好接實物驗證一遍。軟件方面三菱GX Works的仿真功能、西門子TIA Portal的仿真功能都可以模擬梯形圖運行先把邏輯跑通能避免很多低級錯誤。但是我要提醒一句仿真沒問題不代表實物沒問題。最典型的就是輸入點接線方式的問題。仿真軟件不會管你外部按鈕接的是常開還是常閉但實物一定分。這個坑我在下一章詳細講。4. 一次實戰(zhàn)電機啟保停電路的替代翻譯全流程空對空講規(guī)則不容易記住我們拿最經(jīng)典的電機啟保停電路從頭到尾走一遍。這個電路幾乎所有的控制柜里都有學(xué)會了它等于掌握了所有繼電器控制電路的骨架子。4.1 原電路圖里有哪些器件電機啟保停電路通常包括這么幾個部分主回路三相電源經(jīng)斷路器、接觸器主觸頭、熱繼電器到電機。控制回路兩到三個按鈕一只接觸器接觸器的一組輔助常開觸點做自鎖?？刂苹芈返倪壿嬍沁@樣的按下啟動按鈕接觸器KM線圈得電主觸頭吸合電機運行與此同時KM的輔助常開觸點閉合和啟動按鈕并聯(lián)所以松開按鈕后線圈依然保持有電按下停止按鈕線圈斷電電機停止。這里就出現(xiàn)了三個“角色”啟動按鈕常開停止按鈕常閉接觸器線圈及其輔助觸點。我們先用替代法把它拆開。4.2 PLC硬接線方案中間繼電器在哪個位置先做I/O分配PLC地址接的什么說明X0啟動按鈕SB1常開按下時為ONX1停止按鈕SB2常閉未按下時為ON按下時為OFFX2熱繼電器FR常閉觸點未跳閘時為ONY0中間繼電器KA1線圈由PLC輸出驅(qū)動無KA1常開觸點串入KM線圈回路控制接觸器注意我這里在PLC輸出和接觸器之間加了一只中間繼電器KA1。為什么要加因為很多PLC的晶體管輸出只能帶DC24V、0.5A左右的負載而交流接觸器線圈往往需要AC220V且啟動電流大直接掛上去容易燒輸出點。讓Y0驅(qū)動一只DC24V的中間繼電器再由中間繼電器的觸點去控制接觸器線圈這是最穩(wěn)的做法。中間繼電器在這個環(huán)節(jié)里就是“信號放大橋”。4.3 梯形圖怎么畫梯形圖很簡潔如下X0 X1 X2 Y0 --| |------|/|------|/|-------( )-- | Y0| --| |--------------------------我來一行一行解釋第一行從左到右依次是X0常開、X1常閉、X2常閉最后是線圈Y0。X0閉合后電流可以流經(jīng)X1、X2到達Y0Y0得電。Y0得電后它的常開觸點閉合和X0并聯(lián)。這時松開啟動按鈕X0斷開但Y0觸點已經(jīng)把這條路“替代”上了所以線圈繼續(xù)有電。按下停止按鈕時X1斷開因為外部接的是常閉觸點整個支路斷電Y0失電釋放。熱繼電器FR跳閘也是同樣道理X2斷開強制停機。這一段梯形圖其實就是把原來接觸器KM的自鎖邏輯搬到了PLC里由Y0來扮演KM的角色。外部接觸器KM此時只是一個執(zhí)行元件邏輯全在PLC程序里。這就是替代法的最終形態(tài)。4.4 這個例子里最容易踩的“常閉陷阱”這個經(jīng)典電路里藏著一個90%新手都會踩的坑就是停止按鈕的處理。外部停止按鈕絕大多數(shù)情況下接的是常閉觸點。當按鈕沒被按下時X1輸入端子是導(dǎo)通的信號為ON。這時候程序里應(yīng)該用常開觸點去讀X1而不是常閉觸點。用常開觸點去判斷一個常閉信號是非常正常的容易和物理按鈕的常開常閉搞混。我見過太多人這樣寫梯形圖里停止按鈕用的是常閉觸點結(jié)果程序一運行根本啟動不了因為X1一直是ON常閉觸點反而不通了。記住一句話程序里的常開常閉是基于輸入端子處得到的信號來寫的不是復(fù)制物理按鈕的觸點類型。外部用常閉按鈕輸入信號平時為ON那你在梯形圖里就要用常開觸點來讓這個ON信號通過等按鈕按下時刻斷回路。你一旦理解了替代法的“信號替代”這種混亂就不會出現(xiàn)了。5. 替代法的另一面怎么用它反過來練電路圖識圖前面講的都是把電路圖翻譯成梯形圖。但如果你的目標是“看懂電路圖本身”替代法一樣非常好用。因為當你習(xí)慣了一個線圈等于一個邏輯輸出之后你再看電路圖就不再是“看線”而是“看邏輯”了。5.1 先看線圈后看觸點讀圖的固定順序我讀任何一張繼電器控制圖第一步永遠是找線圈。一個控制柜里可能有二十個繼電器、接觸器但你先別管它們怎么接線先把每個線圈位置找到旁邊標注的KM、KA、KT就是它們代號。找完線圈之后每個線圈都是一道題它在什么條件下得電順著線圈往回看找到串在這個回路里的所有觸點把這些觸點的通斷狀態(tài)結(jié)合在一起就是線圈得電的條件。再順著觸點找到控制的來源一路往上游看把整條因果鏈理順。這里有個經(jīng)驗碰到復(fù)雜圖紙時把每個線圈的“得電條件”寫在一張便簽上寫上它的啟動條件、停止條件、互鎖條件、聯(lián)鎖條件。二十個線圈寫完整張圖的邏輯已經(jīng)在你腦子里建起了一棵邏輯樹。5.2 自鎖、互鎖、聯(lián)鎖三個高頻模式一眼認出電路圖里最常出現(xiàn)的三種邏輯模式一定要練到一眼認出來。自鎖線圈附近并聯(lián)了一個自己的常開觸點。典型表現(xiàn)是啟動信號和啟動信號并聯(lián)松開按鈕后依賴自己保持?；ユi一個線圈的常閉觸點串聯(lián)在另一個線圈回路里。典型表現(xiàn)是正反轉(zhuǎn)電路KM1的常閉觸點串在KM2回路KM2的常閉觸點串在KM1回路目的是防止兩個接觸器同時吸合造成短路。聯(lián)鎖一個回路的得電條件依賴另一個回路的得電狀態(tài)。典型表現(xiàn)是順序啟動第二臺設(shè)備回路串了第一臺接觸器的常開輔助觸點。在梯形圖里這三種模式同樣存在。當你用替代法的思維去看這三種模式就是PLC里最簡單的“常開觸點并聯(lián)自己”“常閉觸點串到對面”“常開觸點作為另一行條件”。兩邊一對照就會覺得原來的電路圖一點都不神秘了。5.3 一個很有效的練習(xí)思路把梯形圖“反畫”回電路圖多數(shù)人練替代法都是從電路圖畫梯形圖。但我強烈建議你練完一輪之后做一個反向練習(xí)拿到一段梯形圖把它改畫成繼電器電路圖。反向畫的過程會讓你發(fā)現(xiàn)有些程序邏輯在真實電路里根本沒法實現(xiàn)比如PLC內(nèi)部那些不需要物理接線的輔助繼電器M一旦畫回電路圖就對應(yīng)成了一個實際的中間繼電器必須給它分配觸點編號。這個過程會倒逼你思考哪些邏輯是外部的、哪些邏輯是內(nèi)部的、哪些信號可以精簡接線。我在帶徒弟時經(jīng)常讓他們正反畫至少三輪。畫到第三遍的時候很多人會突然感覺自己“開竅了”。那種感覺很難形容就像是原來電路圖和梯形圖之間的那堵墻被拆掉了一半。6. 實際接線和調(diào)試中繞不開的那些坑在線上的講解再完美到現(xiàn)場也會冒出一堆實際問題。下面這些坑都是我這么多年在設(shè)備調(diào)試、老電柜改造過程中實打?qū)嵅冗^的提前說給大家聽。6.1 中間繼電器線圈電壓選錯一上電就冒煙最常見的坑是PLC輸出端是DC24V結(jié)果有人選了一只AC220V線圈的中間繼電器。一送電啪線圈直接燒了。這里有兩類輸出端要區(qū)分清楚PLC的繼電器輸出類型可以切換交流負載也能切換直流負載但負載容量的限制要看手冊。PLC的晶體管輸出類型只能帶直流負載。如果你要控制交流接觸器就必須要用中間繼電器做轉(zhuǎn)換。所以選中間繼電器時第一件事先確認PLC輸出類型然后再確認線圈電壓。PLC輸出DC24V就選DC24V線圈的中間繼電器PLC輸出是AC220V才考慮選AC220V線圈的繼電器。拿萬用表量一下PLC輸出端子之間的電壓比看一百遍手冊都直接。6.2 PLC晶體管輸出直接帶接觸器線圈的后果有同行為了省一只中間繼電器把PLC的晶體管輸出直接串進接觸器線圈回路覺得額定電流夠用就行了。其實不推薦原因有三第一交流接觸器線圈是強感性負載斷電瞬間會產(chǎn)生很高的反電動勢容易擊穿晶體管輸出點。第二接觸器線圈啟動瞬間的沖擊電流往往是穩(wěn)態(tài)電流的數(shù)倍長期這樣用輸出點容易疲勞損壞。第三晶體管輸出只能接直流如果你接的是AC220V接觸器直接不工作或者燒掉。我的標準做法是PLC輸出點出來后先進中間繼電器線圈再從中間繼電器的觸點去控制接觸器線圈或指示燈。多一只繼電器確實多一個故障點但換來的是PLC輸出端的安全隔離這個投入值得。6.3 DC線圈并聯(lián)續(xù)流二極管的講究當你用PLC的晶體管輸出驅(qū)動DC24V中間繼電器線圈時有一個細節(jié)容易被忽略繼電器線圈斷電瞬間會產(chǎn)生反向感應(yīng)電動勢。雖然現(xiàn)在的PLC輸出模塊大多有內(nèi)置保護但在一些老設(shè)備里沒有保護的話就有可能導(dǎo)致輸出點損壞。常規(guī)處理辦法是在繼電器線圈兩端反向并聯(lián)一只續(xù)流二極管也叫吸收二極管。接線方向是關(guān)鍵二極管陰極接電源正極陽極接電源負極。如果接反了相當于直接短路電源一上電就燒。不過這里得提醒一句這個續(xù)流二極管會讓繼電器釋放變慢一點點對普通控制邏輯幾乎沒有影響。但如果你做的是高頻輸出控制就需要考慮一下釋放時間或者改用固態(tài)繼電器。6.4 程序能跑但繼電器不動作的檢查順序最后說說調(diào)試點。程序的仿真跑通之后往往一到實物就出問題看程序邏輯沒問題但中間繼電器死活不吸合。這時候我的排查順序是固定的用萬用表量PLC輸出Y0端子看有沒有電壓輸出。沒有電壓說明程序沒寫到輸出或者輸出點燒了。有電壓但繼電器不動作量繼電器線圈兩端電壓是否達到額定值。電壓低于額定值20%以上繼電器就可能無法正常吸合。線圈電壓正常還不動作拆下來單獨用24V電源直接驅(qū)動線圈驗證繼電器本身是不是壞的。線圈和電壓都正常那再查公共端子接線。中間繼電器觸點的公共端接沒接對很多新手把公共端當線圈端結(jié)果怎么弄都不通。最后查觸點是否良好用萬用表蜂鳴檔量常開觸點在吸合后是否導(dǎo)通。按這個順序查下來絕大多數(shù)問題都能定位到具體環(huán)節(jié)。別一上來就懷疑程序也別一上來就懷疑PLC從最靠近負載的末端開始往上游排查是最有效率的。中間繼電器替代法說白了就是在硬件邏輯和軟件邏輯之間反復(fù)“翻譯”。練熟之后你會發(fā)現(xiàn)看電路圖的速度快了寫梯形圖的底氣足了甚至現(xiàn)場改設(shè)備的時候腦子里會直接浮現(xiàn)出對應(yīng)的程序結(jié)構(gòu)。如果你正準備入門PLC或者正在補電路圖的短板找?guī)讖埥?jīng)典的繼電器控制圖按我上面說的方法一張一張翻譯、反畫練上一個月你會明顯感覺到自己的變化。