使用TRIZ“技术系统完备性法则”、“能量传递法则”捋顺PLC控制系统硬件接线

宋飞燕 程秀玲 温赐奇

摘要：在可编程控制器系统硬件接线学习中，引入发明问题解决理论TRIZ中的“技术系统完备性法则”“能量传递法则”，可帮助学习者深刻理解PLC硬件接线规律，使其在面对不同型号的PLC控制系统时，能系统全局性的考虑其硬件布局，同时助力其养成使用创新方法去解决问题的习惯。

关键词：技术系统完备性法则;能量传递法则;PLC控制系统硬件接线

0 引言

阿齐舒勒指出：“技术系统的进化不是随机的，而是遵循一定的客观规律，同生物系统的进化类似，技术系统也面临着自然选择、优胜劣汰”。掌握这些规律，能够能动地帮助我们进行产品设计并预测产品的未来发展趋势。我们在学习PLC过程中，暂不设计应用产品。但是，我们可以用这些进化法则来剖析PLC及其控制系统的进化过程和它的优劣，认识到要实现我们需要的功能，技术系统是如何从低级到高级进化的，有哪些特点和趋势;来观察一下现在工业控制应用广泛的PLC系统是否契合了某些先进的进化法则;来大胆预测下未来的PLC控制系统会有什么样的发展。

1 TRIZ技术系统进化法则

阿齐舒勒著名的八大系统进化法则，构成了TRIZ理论的核心内容之一。

1 ）技术系统完备性法则：技术系统要实现某项功能的必要条件是，在整个技术系统中，一定要包含四个相关联的基本子系统，即动力装置、传输装置、执行装置和控制装置。从实现功能的角度来说，技术系统被划分成两类：改变物体参数的执行技术系统、测量物体参数的测量技术系统。最小执行技术系统的整个系统需要从能量源接收能量;再由动力装置将能量转换成技术系统所需要的使用形式;传输装置将能量传输到执行装置，按照执行装置的特性进行调整，最终作用在产品上;控制装置负责系统各部分之间系统操作。

2 ）技术系统能量传递法则：技术系统实现其基本功能的必要条件之一是，能量能够从能量源流向技术系统的所有元件。如果技术系统的某个元件接收不到能量，它就不能产生效用，那么整个技术系统就不能执行有用功能，或者所实现的有用功能不足。

2 用进化法则擂郢顺PLC硬件系统框架构建思路

现在，我们要分析用S7-200某款PLC控制三相异步电动机驱动传送带起停控制任务。根据完备性法则可知，这是一个执行系统，需要有能量源、动力装置、传输装置、执行装置、被控设备和控制装置。显然，被控设备是传送带，执行装置是三相异步电动机;PLC控制三相异步电动机中间还需要有一个传输装置，将能量传递给执行装置，按照执行装置的特性进行调整，最终作用在被控对象上。这里需要查找手册，匹配控制装置和执行装置的电气特性。

查找S7-200手册，发现其CPU的DI输出有两种形式，一种为24VDC，一种为继电器（可24VDC或250VAC）。如果被控对象是24V LED灯，PLC两种输出形式都可以与之匹配，此时，二者之间就仅需导线等来进行传输;而三相异步电动机的额定电压，是三相380VAC，显然，与PLC的输出并不能直接匹配。初学者，在设计电路图的时候，可能直接就莽撞的把三相异步电动机拼凑到PLC的输出端了。

技术系统能量传递法则讲能量要能够从能量源流向技术系统的所有元件，如果某个元件接收不到能量，它就不能产生效用。这句话放到电路图中理解，即是电能要起到作用，必然要形成闭合回路，不能短路和断路。电信号又分不同类型和等级，不同类别的电能要起到作用，必然不能混淆。若S7-200系列的CPU224 AC/DC/RLY作为控制器，可根据这两个进化法则绘制出框架示意图1。

3 在框架示意图的指导下设计电路原理图

以上分析的这个执行系统结构完备、能量流合理。之后，我们就可以在示意图思路的指导下设计电路原理图。对于有一定电路基础，没有PLC基础的学习者，我们尝试让其设计电路图，往往要比给其现成的电路图，掌握的更为印象深刻。之后可以依据其进行硬件接线。

4 结束语

技术系统完备性法则和能量传递法则，适用于现在所有带有智能控制装置的自动化系统。要知道，在没有智能控制装置之前，能量传递法则依然适用。例如，三相异步电动机的继电器接触器控制系统，所有的继电器、接触器均构成了传输装置，将能量逐级传递给被控装置负载。智能装置在现代自动化控制中不可或缺，读者可以就使用PLC驱动自动化生产线上常常见到的气动执行装置气缸，来使用这两个进化法则来指导构建你的硬件系统，做一下练习。显然，在电、气、液、机械，单一或者混合的传动控制系统中，电能、气体液体压力能、机械能的传递都不能凭空产生和消失，如果设备不工作，我們顺着能量的传递方向去捋一捋，总能发现能量在哪里被截断了，从而找到问题所在。

参考文献

[1]孙永伟，（美）伊克万科.TRIZ：打开创新之门的金钥匙1[M].北京，科学出版社，2015，11.

[2]赵敏，史晓凌，段海波.TRIZ入门及实践[M].北京，科学出版社，2009.