使用TRIZ“技術(shù)系統(tǒng)完備性法則”、“能量傳遞法則”捋順PLC控制系統(tǒng)硬件接線

宋飛燕 程秀玲 溫賜奇

摘要：在可編程控制器系統(tǒng)硬件接線學(xué)習(xí)中，引入發(fā)明問題解決理論TRIZ中的“技術(shù)系統(tǒng)完備性法則”“能量傳遞法則”，可幫助學(xué)習(xí)者深刻理解PLC硬件接線規(guī)律，使其在面對不同型號的PLC控制系統(tǒng)時(shí)，能系統(tǒng)全局性的考慮其硬件布局，同時(shí)助力其養(yǎng)成使用創(chuàng)新方法去解決問題的習(xí)慣。

關(guān)鍵詞：技術(shù)系統(tǒng)完備性法則;能量傳遞法則;PLC控制系統(tǒng)硬件接線

0 引言

阿齊舒勒指出：“技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化不是隨機(jī)的，而是遵循一定的客觀規(guī)律，同生物系統(tǒng)的進(jìn)化類似，技術(shù)系統(tǒng)也面臨著自然選擇、優(yōu)勝劣汰”。掌握這些規(guī)律，能夠能動(dòng)地幫助我們進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)并預(yù)測產(chǎn)品的未來發(fā)展趨勢。我們在學(xué)習(xí)PLC過程中，暫不設(shè)計(jì)應(yīng)用產(chǎn)品。但是，我們可以用這些進(jìn)化法則來剖析PLC及其控制系統(tǒng)的進(jìn)化過程和它的優(yōu)劣，認(rèn)識到要實(shí)現(xiàn)我們需要的功能，技術(shù)系統(tǒng)是如何從低級到高級進(jìn)化的，有哪些特點(diǎn)和趨勢;來觀察一下現(xiàn)在工業(yè)控制應(yīng)用廣泛的PLC系統(tǒng)是否契合了某些先進(jìn)的進(jìn)化法則;來大膽預(yù)測下未來的PLC控制系統(tǒng)會(huì)有什么樣的發(fā)展。

1 TRIZ技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則

阿齊舒勒著名的八大系統(tǒng)進(jìn)化法則，構(gòu)成了TRIZ理論的核心內(nèi)容之一。

1 ）技術(shù)系統(tǒng)完備性法則：技術(shù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)功能的必要條件是，在整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)中，一定要包含四個(gè)相關(guān)聯(lián)的基本子系統(tǒng)，即動(dòng)力裝置、傳輸裝置、執(zhí)行裝置和控制裝置。從實(shí)現(xiàn)功能的角度來說，技術(shù)系統(tǒng)被劃分成兩類：改變物體參數(shù)的執(zhí)行技術(shù)系統(tǒng)、測量物體參數(shù)的測量技術(shù)系統(tǒng)。最小執(zhí)行技術(shù)系統(tǒng)的整個(gè)系統(tǒng)需要從能量源接收能量;再由動(dòng)力裝置將能量轉(zhuǎn)換成技術(shù)系統(tǒng)所需要的使用形式;傳輸裝置將能量傳輸?shù)綀?zhí)行裝置，按照執(zhí)行裝置的特性進(jìn)行調(diào)整，最終作用在產(chǎn)品上;控制裝置負(fù)責(zé)系統(tǒng)各部分之間系統(tǒng)操作。

2 ）技術(shù)系統(tǒng)能量傳遞法則：技術(shù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其基本功能的必要條件之一是，能量能夠從能量源流向技術(shù)系統(tǒng)的所有元件。如果技術(shù)系統(tǒng)的某個(gè)元件接收不到能量，它就不能產(chǎn)生效用，那么整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)就不能執(zhí)行有用功能，或者所實(shí)現(xiàn)的有用功能不足。

2 用進(jìn)化法則擂郢順PLC硬件系統(tǒng)框架構(gòu)建思路

現(xiàn)在，我們要分析用S7-200某款PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)傳送帶起停控制任務(wù)。根據(jù)完備性法則可知，這是一個(gè)執(zhí)行系統(tǒng)，需要有能量源、動(dòng)力裝置、傳輸裝置、執(zhí)行裝置、被控設(shè)備和控制裝置。顯然，被控設(shè)備是傳送帶，執(zhí)行裝置是三相異步電動(dòng)機(jī);PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)中間還需要有一個(gè)傳輸裝置，將能量傳遞給執(zhí)行裝置，按照執(zhí)行裝置的特性進(jìn)行調(diào)整，最終作用在被控對象上。這里需要查找手冊，匹配控制裝置和執(zhí)行裝置的電氣特性。

查找S7-200手冊，發(fā)現(xiàn)其CPU的DI輸出有兩種形式，一種為24VDC，一種為繼電器（可24VDC或250VAC）。如果被控對象是24V LED燈，PLC兩種輸出形式都可以與之匹配，此時(shí)，二者之間就僅需導(dǎo)線等來進(jìn)行傳輸;而三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓，是三相380VAC，顯然，與PLC的輸出并不能直接匹配。初學(xué)者，在設(shè)計(jì)電路圖的時(shí)候，可能直接就莽撞的把三相異步電動(dòng)機(jī)拼湊到PLC的輸出端了。

技術(shù)系統(tǒng)能量傳遞法則講能量要能夠從能量源流向技術(shù)系統(tǒng)的所有元件，如果某個(gè)元件接收不到能量，它就不能產(chǎn)生效用。這句話放到電路圖中理解，即是電能要起到作用，必然要形成閉合回路，不能短路和斷路。電信號又分不同類型和等級，不同類別的電能要起到作用，必然不能混淆。若S7-200系列的CPU224 AC/DC/RLY作為控制器，可根據(jù)這兩個(gè)進(jìn)化法則繪制出框架示意圖1。

3 在框架示意圖的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)電路原理圖

以上分析的這個(gè)執(zhí)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完備、能量流合理。之后，我們就可以在示意圖思路的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)電路原理圖。對于有一定電路基礎(chǔ)，沒有PLC基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)者，我們嘗試讓其設(shè)計(jì)電路圖，往往要比給其現(xiàn)成的電路圖，掌握的更為印象深刻。之后可以依據(jù)其進(jìn)行硬件接線。

4 結(jié)束語

技術(shù)系統(tǒng)完備性法則和能量傳遞法則，適用于現(xiàn)在所有帶有智能控制裝置的自動(dòng)化系統(tǒng)。要知道，在沒有智能控制裝置之前，能量傳遞法則依然適用。例如，三相異步電動(dòng)機(jī)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)，所有的繼電器、接觸器均構(gòu)成了傳輸裝置，將能量逐級傳遞給被控裝置負(fù)載。智能裝置在現(xiàn)代自動(dòng)化控制中不可或缺，讀者可以就使用PLC驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化生產(chǎn)線上常常見到的氣動(dòng)執(zhí)行裝置氣缸，來使用這兩個(gè)進(jìn)化法則來指導(dǎo)構(gòu)建你的硬件系統(tǒng)，做一下練習(xí)。顯然，在電、氣、液、機(jī)械，單一或者混合的傳動(dòng)控制系統(tǒng)中，電能、氣體液體壓力能、機(jī)械能的傳遞都不能憑空產(chǎn)生和消失，如果設(shè)備不工作，我們順著能量的傳遞方向去捋一捋，總能發(fā)現(xiàn)能量在哪里被截?cái)嗔耍瑥亩业絾栴}所在。

參考文獻(xiàn)

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