PLC使用与继电器控制电路图极为相似的梯形图语言，继电器控制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，因此，用PLC改造继电器控制系统，根据继电器控制电路图设计梯形图是一种简便快捷的程序设计方法。

1.方法原理

继电器控制电路转换法主要是用来对原有机电控制系统进行改造。这是由于原有的继电器控制系统经过长期的使用和考验，已经被证明能完成系统要求的控制功能，而继电器电路图又与梯形图极为相似，因此可以将继电器控制电路图经过适当的“翻译”，直接转化为具有相同功能的PLC梯形图程序，这种设计方法又称为“移植设计法”或“翻译法”。

2.设计步骤

继电器控制电路图是一个纯粹的硬件电路图。将它改为PLC控制时，需要用PLC的外部接线图和梯形图来等效继电器电路图。可以将PLC想象成是一个控制箱，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”，梯形图中的输入位和输出位是这个控制箱与外部联系的“接口继电器”，这样就可以用分析继电器控制电路图的方法来分析PLC控制系统。在分析梯形图时，可以将输入位的触点想象成对应的外部输入器件的触点，将输出位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，还受外部触点的控制。

将继电器控制电路图转换为功能相同的PLC外部接线图和梯形图的步骤如下。

1）了解和熟悉被控设备。

了解和熟悉被控设备的工作原理、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。

2）确定PLC的输入信号和输出负载。

继电器电路图中的交流接触器和电磁阀等执行机构，如果用PLC的输出位来控制，则它们的线圈在PLC的输出端。按钮、操作开关、行程开关和接近开关等提供PLC的数字量输入信号，继电器电路图中的中间继电器和时间继电器的功能用PLC内部的存储器位和定时器来代替，它们与PLC的输入位、输出位无关。

3）选择PLC的型号，确定I/O端子。

根据系统所需要的功能和规模选择CPU模块、电源模块、数字量输入和输出模块，对硬件进行组态，确定输入/输出模块的安装位置和它们的起始地址。

4）画出PLC的外部接线图。

确定PLC各数字量输入信号与输出负载对应输入位、输出位的地址，画出PLC的外部接线图。各输入和输出在梯形图中的地址，取决于它们的模块的起始地址和模块中的接线端子号。

5）设计梯形图。

确定与继电器电路图中中间、时间继电器对应的梯形图中存储器、定时器和计数器的地址。根据两种电路转换得到的PLC外部电路和梯形图元件及其元件号，将继电器的控制逻辑转换成对应的PLC梯形图。

3.设计特点

这种设计方法没有改变系统的外部特性，对于操作人员来说，除了控制系统的可靠性提高之外，改造前后的系统没有什么区别，他们不用改变长期形成的操作习惯。这种设计方法一般不需要改动控制面板及器件，可以减少硬件改造的费用和改造的工作量。

【例4-24】图4-40所示为某三相异步电动机的继电器控制电路图，试将该继电器控制移植为PLC控制。

设计实现过程如下。

1）控制原理分析。

在继电器控制电路图中，SB1为起动按钮，SB2为停止按钮，接触器KM1控制电动机起动，KM2用于控制电动机加速，加速时间到后，用KM3控制电动机稳定运行；KA为辅助的中间继电器，KT1和KT2为时间继电器，用于电动机起动和加速阶段的时间控制。

当按下按钮SB1，KA得电，其常开触点闭合，KA自锁，KM1得电，电动机起动，同时KT1得电开始计时，计时到后，其常开触点闭合，常闭触点断开，此时KM1断电，KM2得电，电动机加速运转，同时KT2也得电并开始计时，计时到后，其常开触点闭合，常闭触点断开，KM3得电，而KM1、KM2均断电，电动机稳定运行。当按下按钮SB2，电动机停止，实现了电动机的起动、加速运转和稳定运行，直到停止的控制过程。

图4-40 三相异步电动机的继电器控制电路图

2）确定I/O信号。

根据分析可知，其输入信号为SB1、SB2，输出信号为KM1、KM2和KM3。假设继电器控制系统与PLC控制系统中信号的对应关系：SB1（常开触点）用I0.0代替，SB2用I0.1代替，KM1、KM2、KM3分别用Q0.1、Q0.2和Q0.3代替。(www.daowen.com)

3）选择PLC，画出PLC的外部接线图。

根据控制需要，选择西门子CPU 224，根据I/O控制信号，同时考虑KM1、KM2和KM3主触点可能因断电灭弧延时或电弧黏合而断不开造成主电路短路故障等因素，故在PLC外部电路KM1、KM2和KM3的线圈前增加常闭触点作硬件互锁。如图4-41所示。

4）编制梯形图程序。

由继电器控制电路图转换成对应的梯形图如图4-42所示。继电器控制电路图中的中间继电器和时间继电器（KA、KT1和KT2）的功能用PLC的内部标志位M0.0和定时器T37、T38来完成，与接触器KM1、KM2和KM3对应的PLC输出寄存器Q0.1、Q0.2和Q0.3称为PLC的输出位；它们（M、T、Q）的触点与按钮SB1、SB2对应的PLC的输入寄存器I0.0、I0.1的触点构成PLC输入位。但该梯形图中重复使用常闭触点I0.1，而且多个线圈都受某一触点串、并电路控制。因此该梯形图需要重新规划。

图4-41 PLC的外部接线图

完善并优化后，设计出图4-43所示的具有相同功能的PLC控制系统梯形图。

设计过程中应注意梯形图与继电器控制电路图的区别。梯形图是PLC图形化的程序，PLC梯形图是串行工作的，而在继电器控制电路图中，各电器可以同时动作（并行工作）。根据继电器电路图设计PLC的外部接线图和梯形图时应注意以下问题：

图4-42 梯形图

图4-43 完善优化后的梯形图

1）应遵守梯形图语言中的语法规定。

由于工作原理不同，梯形图不能照搬继电器电路中的某些处理方法。例如在继电器电路中，触点可以放在线圈的两侧，但是在梯形图中，线圈必须放在电路的最右边。

2）适当的分离继电器电路图中的某些电路。

设计继电器电路图时的一个基本原则是尽量减少图中使用的触点个数，因为这意味着成本的节约，但是这往往会使某些线圈的控制电路交织在一起。在设计梯形图时首要的问题是设计的思路要清楚，设计出的梯形图容易阅读和理解，并不特别在意是否多用几个触点，因为这不会增加硬件的成本，只是在输入程序时需要多花一些时间。

3）尽量减少PLC的输入和输出端子。

减少输入、输出信号的点数可以降低硬件费用。在PLC的外部输入电路中，各输入端可以接常开触点或常闭触点，也可以接触点组成的串、并联电路。PLC不能识别外部电路的结构和触点类型，只能识别外部电路的通断。

4）代换时间继电器。

物理时间继电器有通电延时型和断电延时型两种。通电延时型时间继电器，其延时动作的触点有通电延时闭合和通电延时断开两种。断电延时型时间继电器，其延时动作的触点有断电延时闭合和断电延时断开两种。在用PLC控制时，时间继电器可以用PLC的定时器或计数器或者是二者的组合来代替。

5）设置中间单元。

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中间单元，即用该电路来控制某存储位，在各线圈的控制电路中使用其常开触点。这种中间元件类似于继电器控制电路中的中间继电器。

6）设立外部互锁电路。

控制异步电动机正反转的交流接触器如果同时动作，将会造成三相电源短路。为了防止出现这样的事故，应在PLC外部设置硬件互锁电路。

7）重新确定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AC220V的负载，如果系统原来的交流接触器的线圈电压为380V，应换成220V的线圈，或者设置外部中间继电器，同时它们的电流也必须匹配。