为什么要学习基于继电器的电路？
继电器常用于工业控制和自动化。这包括安装在工业控制面板中的物理DIN继电器。它还包括编程到可编程逻辑控制器（PLC）中的继电器的梯形逻辑表示。物理继电器和软件抽象之间的这种相互作用很重要，因为学习其中一个可以增强你对另一个的理解。
作为技术人员，你将花费大量时间排查故障的现场设备和布线。你偶尔会检查PLC程序。作为工程师，你应该研究物理继电器的模式，以更好地理解PLC如何与现实世界接口，并构建独立于PLC的故障安全电路。它还将帮助你编写更好的PLC代码，为未来的技术人员提供快速排查故障并将设备恢复到运行状态的能力。
动手实验是学习继电器的最佳方式
这是多部分教育系列的第一部分，我们将探讨继电器和开关的常见模式/组合。我们鼓励你通过如图1所示的动手实验来学习这些电路。这是学习电路如何工作的最佳方式之一。它还将提高你的故障排查技能，因为你在布线时肯定会犯错误。实验是使用图1中的这个小训练器完成的，更多信息请参阅本文。
请收藏此页面并经常返回，因为我们正在添加更多内容。 这是未来部分链接的占位符。
图 1 ：带有高亮线标签的开关布线图片。仔细检查开关体，可以看到中央的红色和绿色标签分别对应N.C.和N.O.。
技术提示 ：布线图是技术人员、装配工、工程师和组件制造商之间的共同语言。这是一种复杂的速记法，使用标准化符号来表示特定设备以及对这些设备采取或施加的操作。NEMA提供了这些符号的介绍，标准为ICS19-2002，最后一次修订是在2021年。建议你下载并研究该文档的免费电子版。
基于继电器的梯形逻辑介绍
掌握工业控制的第一步是理解基于继电器的梯形逻辑的结构。图2展示了一个小的“梯形图”。梯子的两侧为电路提供电源。在本例中，24 VDC在左侧，返回在右侧。
每个梯子都有一个或多个由梯子两侧供电的横档。图2中有两个横档：
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横档 1 包含一个选择开关、一个常闭（N.C.）按钮（红色）、一个常开（N.O.）按钮（绿色）和一个继电器线圈。
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横档 2 包含一个继电器触点和一个绿色面板灯。
请注意，继电器和开关触点在左侧，而继电器线圈和面板灯等输出在右侧。这是大多数电路遵循的惯例，但也有一些例外，例如电机启动器的过载触点。
图 2 ：显示AND操作（横档1）和继电器触点以打开绿色面板灯（横档2）的接线图。
梯形逻辑方向
在图2的示例中，梯子是直立的，就像靠在墙上一样。这种传统的直立方向可能具有挑战性，因为横档从顶部开始并向下延伸。这反映在图2中，横档#1（左侧标签）在顶部，横档#2在底部。
偶尔，我们会发现梯子被侧放。两种方向都有其好处。然而，初学者可能更喜欢将梯子侧放，因为横档现在从左到右阅读，这对英语读者来说很自然。当您学习阅读和排除故障图时，将纸质原理图旋转90度可能有助于更好地理解电路。
横档上的连续性
连续性这一术语对于理解梯形逻辑非常重要。我们说左侧的开关和触点提供连续性——一个闭合电路——为右侧的线圈或面板灯提供电源。
排除横档上的连续性故障
当我们排除继电器电路故障时，通常从损坏的部分开始。例如，假设图2中的面板灯未被激活。我们的第一个动作是尝试为面板灯左侧的部分建立连续性。例如，K1是否激活？
假设 K1 未激活，我们跳转到上游的第 1 级。然后我们重复该过程，尝试在第 1 级的左侧组件之间建立连续性。我们可能遇到“操作员错误”，因为选择开关可能未打开或常开按钮可能未被按下。电路也可能损坏，开关断裂或接线松动。
完成这些初步评估后，我们可能需要使用万用表对电路进行故障排除。第 1 级的第 3 根线是一个很好的起点，因为它是系统化半步故障排除方法的第一步。我们可以在第 3 根线和直流回路之间测试直流电压。如果存在电压，我们接下来测试第 4 根线。如果不存在电压，我们的下一步测试是第 2 根线。此外，在某个时候，我们应该检查 24 VDC 电源。
技术提示 ：我们使用“连续性”一词来描述电流在某一级上的流动。当左侧的开关和触点提供完整的电路路径从而激活右侧设备时，我们说该级具有连续性。这与万用表执行的“连续性测试”相关但不同。本文档末尾的问题鼓励您考虑是否可以使用万用表的连续性测试功能来测试某一级的连续性。
继电器逻辑的逻辑 AND 模式
逻辑 AND 模式描述了一个串联电路，具有单一的连续性路径。两个或更多左侧输入串联连接。当所有设备被激活时，相应的右侧输出被激活。
图 1 和 2 展示了一个三输入 AND 示例，包含两个按钮和一个继电器。在此示例中，当选择器激活、红色常闭开关未激活且绿色常开按钮激活时，控制继电器 (K1) 线圈将激活。继电器的物理连接如图 3 所示。
技术提示 ：“激活”的概念是一个具有挑战性的概念，尤其是当我们添加“常闭”和“常开”术语时：
- 激活的常开开关或继电器触点将具有连续性。
- 常闭触点必须处于未激活状态（未按下）才能具有连续性。
在 PLC 的梯形逻辑抽象中，这一讨论进一步复杂化。在PLC中，N.C.和N.O.元件并不是真实的。相反，它们是操作PLC内存中单个位的函数。本文介绍的基于继电器的梯形逻辑和术语将对你很有帮助，但有时这种类比会失效。这就像使用水的类比来解释欧姆定律，在某些时候你需要停止讨论水的流动，并使用更复杂的模型。
图 3 ：连接到Weidmüller DPDT继电器的接线。请注意，继电器的DTDT连接的公共连接（引脚11和21）位于第二层。
继电器逻辑的逻辑 OR 模式
逻辑OR操作为连续性提供了两条或更多路径。图4至图6中展示了一个示例。这里我们看到两个N.O.按钮并联连接。这为连续性提供了两条路径——电流可以通过PB1或PB2的路径。
图 4 ：带有OR功能的开关接线图，由左侧的两个开关构成。仔细观察开关体，可以看到中央的白色和黑色标签分别对应N.O.和N.C.。
图 5 ：显示按钮1和2执行OR操作的接线图。
图 6 ：连接到Weidmüller 4PDT继电器的接线。背景中可以看到带有4位跳线的端子排。这些端子排充当梯子的“侧边”，为电路提供电源和接地。
继电器逻辑的组合模式
仔细检查图4至图6可以发现，这是一个组合电路，因为它同时具有AND和OR逻辑。在图5中，我们看到任何一个按钮都会激活电路。然而，如果按下常闭按钮，连续性将被中断。用布尔术语描述，电路的操作是PB1 OR PB2，且非PB3。
正如我们将在未来的文章中看到的，组合电路提供了广泛的电路功能。我们还将看到，这些原始的组合电路可以组合成顺序电路——也就是说，具有记忆功能的电路。这种组合电路和顺序电路的混合为工业控制提供了坚实的基础，尤其是当我们考虑这些电路如何集成到PLC中时。这种顺序电路的一个必知例子是经典的三线启动停止控制电路。
电路构建技巧
工业控制面板必须系统地构建，以确保可靠性、安全性并便于维护。在结束本文之前，让我们探讨一下电线颜色代码和编号。
工业控制面板中应使用什么颜色的电线？
电线颜色是工业控制面板的重要考虑因素。它就像技术人员、装配工和工程师之间的一种语言。某些颜色与特定电压相关联。例如，在本文中，使用了蓝色和带蓝色条纹的白色电线。蓝色用于任何直接与24 VDC电源相关的电线，或任何可能处于24 VDC电位的电线。对比鲜明的带蓝色条纹的白色电线保留用于100%与24 VDC回路相关的连接。
有关颜色编码和机器安全的更多信息，请参阅IEC 60204-1标准。不幸的是，大多数学生无法轻易获得该标准的费用。然而，西门子等公司提供了与IEC标准相关的参考手册，并在西门子控制面板技巧中提供了更多信息。
请注意，电线颜色代码并不固定，可能会因地区和设备制造商而异。请务必识别并遵守您机器中使用的颜色。
安全提示 ：不要完全依赖电线颜色。例如，蓝色电线可能用于直流控制电路。蓝色或浅蓝色也可能用于三相系统的中性线。仅依赖颜色会导致故障排除时的混淆和延迟。
我们应如何识别和标记工业控制面板中的电线？
标记电线的方法有很多。您会发现，随着系统复杂性的增加，标记的复杂性也会增加，包括电线图页码、信号类型和相关连接点的标识。在本文中，我们使用简单的梯级和电线编号。例如，在图#3中，R1 / W4代表梯级#1电线#4。
使用此系统时，当连续性被触点或线圈中断时，编号会发生变化。请注意，两条导线可能具有相同的名称，如图4和图5所示。例如，在左上角，我们看到第1梯级第1导线（R1 / W1）出现在两个位置。请注意，这些导线在电气上位于同一节点，因为它们都连接到最左侧按钮的上部螺钉端子。
最后的思考
本文简要介绍了基于继电器的梯形逻辑。如您所见，成功构建控制电路需要许多交织的概念。对看似不重要的细节（如导线颜色）的关注可能会在以后产生重大影响。
在您继续学习的过程中，请务必考虑本说明末尾出现的问题。此外，别忘了将此页面添加书签，因为我们打算在未来扩展内容，包括组合电路以及各种继电器控制和PLC接口主题。