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[摘 要]继电控制技术是电气自动化控制领域的核心技术之一，在许多生产实践当中继电控制线路具有诸多优点，但是传统的继电控制线路设计方法对设计人员的专业素养要求极高，导致许多简单继电控制线路就满足控制要求的系统当中却用着价格昂贵的可编程控制器，不仅浪费资源，而且使电路复杂、检修困难。本文通过对继电控制线路和PLC梯形图程序一般结构的抽象，探索出了一种由PLC程序向继电控制线路原理图逆向转化的一般设计方法，对于继电控制线路的设计、应用和改造实践意义重大。
[关键词]PLC基本指令、继电控制、逆向设计
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）48-0067-01
1 继电控制技术
1.1 什么是继电控制线路
继电控制线路是继电器接触器控制线路的简称，通常也将其称作电力拖动控制线路，其实质是利用以继电器为核心的电气元件构成具有特定电气控制功能的电气装置。其中接触器、中间继电器、时间继电器、热继电器、特殊继电器和主令器件（包括所有开关性传感器）是继电控制线路的核心部件，但实际上只有元件的触点和线圈直接参与电气控制功能的实现。
1.2 传统的继电控制线路设计
传统的继电控制线路设计没有一般的规律可循。系统的设计周期、安全性、可靠性在很大程度上受制于设计人员的设计能力，一个成功的设计全凭设计人员扎实的专业素养、丰富的工作经验和创造性的设计灵感，导致设计人员习惯性地放弃继电控制线路设计方案，让成本较高的可编程控制取而代之。
原本简单的继电控制线路就能实现的功能却用PLC去控制，与之配套的开关电源、驱动板和屏蔽电缆等辅助电气被引入系统；电路出现异常时还需要借助电脑和专用软件等资源进行软硬故障排查；许多系统中PLC的绝大多数软硬件功能没有使用，大部分I/O资源被闲置，程序存储空间利用率不足30%。
2 可编程控制器（PLC）
2.1 PLC基本指令的特点
（1）三菱PLC的基本指令
PLC是英文Programmable Logic Controller的缩写，是可编程控制器家族中应用较广的一类。三菱PLC的指令大体可以分为基本指令、顺控指令和功能指令三大类，基本指令是最简单、应用最频繁的指令，主要有LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI、ANB、ORB、MPS、MRD、MPP、OUT、SET、RST、PLS、PLF、MC、MCR等。
（2）位寄存器的抽象
PLC中的输入位寄存器都可以抽象为低压电器元件中的常开、常闭触点，而其输出位寄存器可以抽象为接触器和继电器线圈。
2.2 PLC梯形图程序的特点
（1）梯形图程序的执行：PLC在执行梯形图程序时遵循从上到下、自左向右的顺序，以网络为单位对左右母线之间的寄存器进行逻辑运算，然后将运算结果赋给靠近右母线的输出寄存器。
（2）梯形图结构的抽象：将左右母线抽象为继电控制路线中控制线路的两根电源线，把输入寄存器抽象为继电控制线路控制回路中的触点，再将输出寄存器抽象为继电控制线路中的线圈。
3 逆向设计方法
3.1 设计思路
正如前面抽象，PLC程序中左右母线之间的逻辑表达式运算结果为“1”，类似继电控制线路中一个线圈的闭合回路形成使其得电；同理，左右母线之间逻辑表达式运算结果为“0”类似于继电控制线路中线圈通电回路被断开使其失电（就单个网络当而言）。而不论多么复杂的PLC程序都是由若干个网络构成。
这样，一个用PLC基本指令所写程序控制的系统不论其功能和结构多么复杂，都可以转化出与之控制功能完全一样的继电控制线路原理图，这就是本文所介绍的基于PLC基本指令的继电控制线路逆向设计方法的思路。
3.2 设计步骤
第一步：根据系统控制要求对输入、输出信号及其关系进行分析。
第二步：根据分析结果分配I/O，用基本指令编写PLC梯形图程序（其它指令和程序结构要转化成基本指令构成的梯形图程序）。
第三步：对程序进行调试、优化、调整，使其满足控制要求且符合继电控制线路结构特点。
第四步：将PLC梯形图程序转化成继电控制線路原理图。
第五步：依照继电控制原理图进行电气安装、检测和调试，直至符合设计要求。
3.3 特殊技巧
（1）脉冲指令的转化：PLC程序中的脉冲指令可以利用以M寄存器将其转化为功能相同的基本指令。
（2）顺控指令的转化：用顺控步进指令编写的PLC程序，可以利用“启保停”程序结构转化为基本指令程序。
（3）公共触点端处理：如果同一个触点在多个地方被使用或者实际元件触点具有公共端，可以应用与、或逻辑运算规则对梯形图进行调整，例如：
4 设计实例
三种液体自动混料装置控制是一个典型的PLC编程练习项目，在实际生产中类似这样规模的控制系统大多数也是由PLC控制，其实继电控制线路完全可以很好地解决这类问题，现在就以此项目为例具体说明基于PLC基本指令的继电控制线路逆向设计方法。
4.1 控制要求
初始状态：所有的电磁阀、搅拌电机和电炉全部处于停止状态。
运行过程：按下启动按钮，开始注入A液，至液面到L3停止注A液，延时5秒后开始注B液，至液面到L2停止注B液，延时5秒后开始注C液，至液面到L1停止注C液，再延时10秒，然后启动搅拌电机，搅拌60秒后，电炉开始加热，至温度达到预设值（温控开关T动作），电炉和搅拌电机停止工作，Y4动作开始放料，待液面下降到L3再延时100秒，然后回到初始状态，等待下一次循环开始。
4.2 继电控制原理图
根据控制要求用PLC基本指令编写控制程序，经过程序优化、公共端与公共触点处理和程序转化，得到三种液体混合装置控制系统的继电控制线路原理图（控制线路部分），如图：
5 总结
虽然可编程控制器引领着当今电气自动化控制技术的发展潮流，但是继电控制技术仍然没有被完全取代，其主要原因是在一些不需要数量计算的控制系统中，继电控制线路在成本、维护及抗扰等方面依然占据明显优势，但是传统的继电控制线路设计方法难以掌握。本文从继电控制线路和PLC基本指令的结构着手，通过三液混合控制系统这一典型的设计实例，在具体介绍设计方法的同时也证实了基于PLC基本指令程序的继电控制线路原理图逆向设计方法的一般性。
参考文献
[1] 项万明.《数控机床装调与维修》[M].北京理工大学出版社.2004年8月
[2] 三菱FX3U编程手册.2012年3月.
[关键词]PLC基本指令、继电控制、逆向设计
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）48-0067-01
1 继电控制技术
1.1 什么是继电控制线路
继电控制线路是继电器接触器控制线路的简称，通常也将其称作电力拖动控制线路，其实质是利用以继电器为核心的电气元件构成具有特定电气控制功能的电气装置。其中接触器、中间继电器、时间继电器、热继电器、特殊继电器和主令器件（包括所有开关性传感器）是继电控制线路的核心部件，但实际上只有元件的触点和线圈直接参与电气控制功能的实现。
1.2 传统的继电控制线路设计
传统的继电控制线路设计没有一般的规律可循。系统的设计周期、安全性、可靠性在很大程度上受制于设计人员的设计能力，一个成功的设计全凭设计人员扎实的专业素养、丰富的工作经验和创造性的设计灵感，导致设计人员习惯性地放弃继电控制线路设计方案，让成本较高的可编程控制取而代之。
原本简单的继电控制线路就能实现的功能却用PLC去控制，与之配套的开关电源、驱动板和屏蔽电缆等辅助电气被引入系统；电路出现异常时还需要借助电脑和专用软件等资源进行软硬故障排查；许多系统中PLC的绝大多数软硬件功能没有使用，大部分I/O资源被闲置，程序存储空间利用率不足30%。
2 可编程控制器（PLC）
2.1 PLC基本指令的特点
（1）三菱PLC的基本指令
PLC是英文Programmable Logic Controller的缩写，是可编程控制器家族中应用较广的一类。三菱PLC的指令大体可以分为基本指令、顺控指令和功能指令三大类，基本指令是最简单、应用最频繁的指令，主要有LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI、ANB、ORB、MPS、MRD、MPP、OUT、SET、RST、PLS、PLF、MC、MCR等。
（2）位寄存器的抽象
PLC中的输入位寄存器都可以抽象为低压电器元件中的常开、常闭触点，而其输出位寄存器可以抽象为接触器和继电器线圈。
2.2 PLC梯形图程序的特点
（1）梯形图程序的执行：PLC在执行梯形图程序时遵循从上到下、自左向右的顺序，以网络为单位对左右母线之间的寄存器进行逻辑运算，然后将运算结果赋给靠近右母线的输出寄存器。
（2）梯形图结构的抽象：将左右母线抽象为继电控制路线中控制线路的两根电源线，把输入寄存器抽象为继电控制线路控制回路中的触点，再将输出寄存器抽象为继电控制线路中的线圈。
3 逆向设计方法
3.1 设计思路
正如前面抽象，PLC程序中左右母线之间的逻辑表达式运算结果为“1”，类似继电控制线路中一个线圈的闭合回路形成使其得电；同理，左右母线之间逻辑表达式运算结果为“0”类似于继电控制线路中线圈通电回路被断开使其失电（就单个网络当而言）。而不论多么复杂的PLC程序都是由若干个网络构成。
这样，一个用PLC基本指令所写程序控制的系统不论其功能和结构多么复杂，都可以转化出与之控制功能完全一样的继电控制线路原理图，这就是本文所介绍的基于PLC基本指令的继电控制线路逆向设计方法的思路。
3.2 设计步骤
第一步：根据系统控制要求对输入、输出信号及其关系进行分析。
第二步：根据分析结果分配I/O，用基本指令编写PLC梯形图程序（其它指令和程序结构要转化成基本指令构成的梯形图程序）。
第三步：对程序进行调试、优化、调整，使其满足控制要求且符合继电控制线路结构特点。
第四步：将PLC梯形图程序转化成继电控制線路原理图。
第五步：依照继电控制原理图进行电气安装、检测和调试，直至符合设计要求。
3.3 特殊技巧
（1）脉冲指令的转化：PLC程序中的脉冲指令可以利用以M寄存器将其转化为功能相同的基本指令。
（2）顺控指令的转化：用顺控步进指令编写的PLC程序，可以利用“启保停”程序结构转化为基本指令程序。
（3）公共触点端处理：如果同一个触点在多个地方被使用或者实际元件触点具有公共端，可以应用与、或逻辑运算规则对梯形图进行调整，例如：
4 设计实例
三种液体自动混料装置控制是一个典型的PLC编程练习项目，在实际生产中类似这样规模的控制系统大多数也是由PLC控制，其实继电控制线路完全可以很好地解决这类问题，现在就以此项目为例具体说明基于PLC基本指令的继电控制线路逆向设计方法。
4.1 控制要求
初始状态：所有的电磁阀、搅拌电机和电炉全部处于停止状态。
运行过程：按下启动按钮，开始注入A液，至液面到L3停止注A液，延时5秒后开始注B液，至液面到L2停止注B液，延时5秒后开始注C液，至液面到L1停止注C液，再延时10秒，然后启动搅拌电机，搅拌60秒后，电炉开始加热，至温度达到预设值（温控开关T动作），电炉和搅拌电机停止工作，Y4动作开始放料，待液面下降到L3再延时100秒，然后回到初始状态，等待下一次循环开始。
4.2 继电控制原理图
根据控制要求用PLC基本指令编写控制程序，经过程序优化、公共端与公共触点处理和程序转化，得到三种液体混合装置控制系统的继电控制线路原理图（控制线路部分），如图：
5 总结
虽然可编程控制器引领着当今电气自动化控制技术的发展潮流，但是继电控制技术仍然没有被完全取代，其主要原因是在一些不需要数量计算的控制系统中，继电控制线路在成本、维护及抗扰等方面依然占据明显优势，但是传统的继电控制线路设计方法难以掌握。本文从继电控制线路和PLC基本指令的结构着手，通过三液混合控制系统这一典型的设计实例，在具体介绍设计方法的同时也证实了基于PLC基本指令程序的继电控制线路原理图逆向设计方法的一般性。
参考文献
[1] 项万明.《数控机床装调与维修》[M].北京理工大学出版社.2004年8月
[2] 三菱FX3U编程手册.2012年3月.