1、项目项目3 PLC对电动机负载的控制对电动机负载的控制任务任务1 PLC如何实现对电动机正反转的控制如何实现对电动机正反转的控制 知识引入知识引入 有资料做过统计，工厂中有资料做过统计，工厂中80%的负载为电动机负载。而在电动机负载中，的负载为电动机负载。而在电动机负载中，交流异步电动机又占有绝对多数。所以掌握对交流异步电动机的控制，是学生交流异步电动机又占有绝对多数。所以掌握对交流异步电动机的控制，是学生学习简单学习简单PLC编程，理论联系实际最好途径之一。而电动机正反转控制又是工编程，理论联系实际最好途径之一。而电动机正反转控制又是工厂中最常用的控制电路。通过对该控制电路的学习，可使学生掌
2、握厂中最常用的控制电路。通过对该控制电路的学习，可使学生掌握PLC编程最编程最基本的知识。基本的知识。任务分析任务分析 要完成该任务，必须具备以下知识：要完成该任务，必须具备以下知识：1了解输入继电器了解输入继电器X、输出继电器、输出继电器Y的结构和作用。的结构和作用。2熟悉电动机正反转的工作原理。熟悉电动机正反转的工作原理。3掌握程序自锁、互锁的设计方法。掌握程序自锁、互锁的设计方法。相关知识相关知识 l 输入继电器（输入继电器（X）作用：采集或接收外部信号。作用：采集或接收外部信号。结构：常开触点，符号：结构：常开触点，符号：常闭触点，符号：常闭触点，符号：公共点：公共点：COM，电位为，
3、电位为0V，相当于直流电源的负极。，相当于直流电源的负极。元件编号：按八进制编号。元件编号：按八进制编号。信号的采集方式：信号的采集方式：PLC的输入端子是从外部开关接收信号的窗口，它只的输入端子是从外部开关接收信号的窗口，它只能接受开关量信号和数据信号。能接受开关量信号和数据信号。1软元件软元件X、Y 如图如图3-1所示，当将图所示，当将图3-1（a）中的按钮）中的按钮SB1按下时，输入继电器按下时，输入继电器X1与公与公共点共点COM之间实现短接，则之间实现短接，则PLC面板上输入继电器面板上输入继电器X1对应的对应的LED红灯亮。表红灯亮。表示图示图3-1（b）梯形图中输入继电器）梯形图
4、中输入继电器X1的常开触点闭合，常闭触点断开，则程序的常开触点闭合，常闭触点断开，则程序中辅助继电器中辅助继电器M0的线圈得电。的线圈得电。输入继电器的常开触点和常闭触点的使用次数不限，这些触点在输入继电器的常开触点和常闭触点的使用次数不限，这些触点在PLC内可内可以自由使用。以自由使用。相关知识相关知识（a）PLC与开关量连接示意图与开关量连接示意图（b）信号采集的梯形图信号采集的梯形图 图图3-1 PLC采集开关量的接线图采集开关量的接线图 注意事项：注意事项：FX2N系列系列PLC的输入继电器与公共点的输入继电器与公共点COM之间存在直流之间存在直流24V的电压，不允的电压，不允许在二者
5、之间再外加电源。许在二者之间再外加电源。输入继电器的常开、常闭触点不能通过程序来驱动其闭合、断开，只能通输入继电器的常开、常闭触点不能通过程序来驱动其闭合、断开，只能通过外部方式使输入继电器与公共点过外部方式使输入继电器与公共点COM接通来驱动输入继电器的常开、常闭触接通来驱动输入继电器的常开、常闭触点闭合、断开。点闭合、断开。相关知识相关知识 相关知识相关知识 l 输出继电器（输出继电器（Y）作用：专门用来驱动外部负载。作用：专门用来驱动外部负载。结构：线圈，符号：结构：线圈，符号：或或 常开触点，符号：常开触点，符号：常闭触点，符号：常闭触点，符号：公共点：公共点：COM1：Y0、Y1、Y
6、2、Y3。COM2：Y4、Y5、Y6、Y7。COM3：Y10、Y11、Y12、Y13。COM4：Y14、Y15、Y16、Y17。COM5：Y20Y37。元件编号：按八进制编号。元件编号：按八进制编号。输出端的外加电压：交流电压小于输出端的外加电压：交流电压小于250V，直流电压小于，直流电压小于30V。输出继电器的驱动负载能力：灯负载输出继电器的驱动负载能力：灯负载100W/点；电阻性负载点；电阻性负载2A/点；电点；电感性负载感性负载80VA/点。点。如图如图3-2所示，图中左边是所示，图中左边是PLC输入信号端口，用以接受外部信号，中间是输入信号端口，用以接受外部信号，中间是PLC内部的梯
7、形图程序，右边是内部的梯形图程序，右边是PLC的输出信号端口。当按钮的输出信号端口。当按钮SB1被按下时，被按下时，PLC的梯形图程序中的输入继电器的梯形图程序中的输入继电器X0常开触点闭合，使输出继电器常开触点闭合，使输出继电器Y0的线圈得的线圈得电，则我们看到的现象是电，则我们看到的现象是PLC面板上输出继电器面板上输出继电器Y0对应的对应的LED红灯亮，表示输红灯亮，表示输出继电器出继电器Y0的外部输出触点与公共点的外部输出触点与公共点COM1之间接通，从而驱动外部接触器之间接通，从而驱动外部接触器（或继电器）的线圈得电，达到控制外部设备的目的。（或继电器）的线圈得电，达到控制外部设备的
8、目的。输出继电器的电子常开和常闭触点使用次数不限，其闭合、断开由线圈驱输出继电器的电子常开和常闭触点使用次数不限，其闭合、断开由线圈驱动。动。输出继电器的线圈得电有两层含义：一是使其常开和常闭触点动作。常开输出继电器的线圈得电有两层含义：一是使其常开和常闭触点动作。常开闭合，常闭断开。二是使其输出信号端口与对应的公共点接通。闭合，常闭断开。二是使其输出信号端口与对应的公共点接通。相关知识相关知识输出继电器的动作原理输出继电器的动作原理图图3-2 输入输出继电器输入输出继电器 相关知识相关知识l 自锁程序自锁程序 1）关断优先自锁程序，如图）关断优先自锁程序，如图3-3所示。所示。当执行关断指令
9、，当执行关断指令，X1有信号，无论有信号，无论X0的状态如何，输出的状态如何，输出Y0的线圈均为的线圈均为OFF（断电）。（断电）。2）启动优先自锁程序，如图）启动优先自锁程序，如图3-4所示。所示。当执行启动指令，当执行启动指令，X0有信号，无论有信号，无论X1的状态如何，输出的状态如何，输出Y0的线圈均为的线圈均为ON（得电）。（得电）。相关知识相关知识2典型小程序典型小程序图图3-3 关断优先关断优先 图图 3-4 启动优先启动优先l 互锁程序互锁程序 互锁程序用于不允许同时动作的两个继电器的控制，如电机的正反转控制。互锁程序用于不允许同时动作的两个继电器的控制，如电机的正反转控制。互锁
10、程序梯形图如图互锁程序梯形图如图3-5所示。所示。图图3-5 互锁程序梯形图互锁程序梯形图 相关知识相关知识 总结程序设计的步骤如下：总结程序设计的步骤如下：l I/O分配。分配。列表将所要使用的输入继电器、输出继电器的作用、地址、连接设备写出来。列表将所要使用的输入继电器、输出继电器的作用、地址、连接设备写出来。l 梯形图设计。梯形图设计。梯形图设计时要将控制设备可能发生的情况都考虑到，这样无论控制设备发梯形图设计时要将控制设备可能发生的情况都考虑到，这样无论控制设备发生何种故障，只要程序设计时考虑到了的，生何种故障，只要程序设计时考虑到了的，PLC都能作出报警、停机等反映。都能作出报警、停
11、机等反映。初设计好的梯形图不一定就是正确的，要在初设计好的梯形图不一定就是正确的，要在PLC上调试，反复修改，直到最上调试，反复修改，直到最后合适。后合适。l 指令表指令表 将设计好的梯形图转化成指令。将设计好的梯形图转化成指令。l 外部接线图外部接线图 外部接线图就是外部接线图就是PLC是如何控制设备的原理图。是如何控制设备的原理图。PLC的外部接线图一般比较的外部接线图一般比较简单，因为很多控制都在梯形图中完成了。初学者往往认为简单，因为很多控制都在梯形图中完成了。初学者往往认为PLC的外部接线图较的外部接线图较难设计，多练习画外部接线图就能解决这个问题。难设计，多练习画外部接线图就能解决
12、这个问题。相关知识相关知识4设计步骤设计步骤l 控制要求控制要求 用用PLC控制电动机的运行，能实现正转、反转的可逆运行。控制电动机的运行，能实现正转、反转的可逆运行。l 训练要达到的目的训练要达到的目的 1）掌握元件的自锁、互锁的设计方法。）掌握元件的自锁、互锁的设计方法。2）掌握过载保护的实现方法。）掌握过载保护的实现方法。3）掌握外部接线图的设计方法，学会实际接线。）掌握外部接线图的设计方法，学会实际接线。任务实施任务实施用用PLC实现对电动机正反转的控制实现对电动机正反转的控制 任务实施任务实施l 控制要求分析控制要求分析 具有双重互锁的电动机正反转控制，在电气控制中，使用交流接具有双
13、重互锁的电动机正反转控制，在电气控制中，使用交流接触器接线实现。如图触器接线实现。如图3-6所示。所示。图图3-6 具有双重互锁的电动机正反转控制原理图具有双重互锁的电动机正反转控制原理图使用使用PLC控制时，各元控制时，各元件之间的逻辑关系不再件之间的逻辑关系不再通过接线实现，而是通通过接线实现，而是通过画梯形图表现图过画梯形图表现图3-6中中的逻辑关系，的逻辑关系，PLC通过通过指令去实现，所以称为指令去实现，所以称为程序逻辑。程序逻辑。任务实施任务实施l 实训设备实训设备FX2N64MR 一台。一台。电路控制板（由空气开关、交流接触器、热继电器、熔断器组成）电路控制板（由空气开关、交流接
14、触器、热继电器、熔断器组成）一块。一块。05KW 4极三相异步电动机极三相异步电动机 一台。一台。任务实施任务实施l 设计步骤设计步骤 1）I/O信号分配信号分配 输入输出信号分配如表输入输出信号分配如表3-1所示。所示。表表3-1 输入输出信号分配表输入输出信号分配表输输 入（入（I I）输输 出（出（O O）元件元件功能功能信号地址信号地址元件元件功能功能信号地址信号地址按钮按钮SB1SB1电机正转信号电机正转信号X0X0KM1KM1控制电机正转控制电机正转Y0Y0按钮按钮SB2SB2电机反转信号电机反转信号 X1 X1KM2KM2控制电机反转控制电机反转Y1Y1按钮按钮SB3SB3电机停
15、止信号电机停止信号 X3 X3FR1FR1过载保护信号过载保护信号 X2 X2 任务实施任务实施2）可编程控制器的外部接线图如图）可编程控制器的外部接线图如图3-7所示所示图图3-7 电动机正反转控制的电动机正反转控制的PLC外部接线图外部接线图 任务实施任务实施3）梯形图及指令如图）梯形图及指令如图3-8所示所示图图3-8 PLC控制电动机正反转梯形图及指令表控制电动机正反转梯形图及指令表 任务实施任务实施l 程序讲解程序讲解 1）停止信号、过载保护信号为什么使用常闭触点控制？）停止信号、过载保护信号为什么使用常闭触点控制？停止按钮停止按钮SB3、过载保护、过载保护FR1使用常闭触点，则使输
16、入继电器使用常闭触点，则使输入继电器X3、X2与公共点与公共点COM接通，梯形图中的接通，梯形图中的X3、X2的常开触点将闭合。当给正转或反的常开触点将闭合。当给正转或反转启动信号时，输出继电器转启动信号时，输出继电器Y0或或Y1能正常输出。能正常输出。在工业控制中，具有在工业控制中，具有“停止停止”和和“过载保护过载保护”等关系到安全保障功能的等关系到安全保障功能的信号一般都应使用常闭触点，防止因不能及时发现断线故障而失去作用。信号一般都应使用常闭触点，防止因不能及时发现断线故障而失去作用。2）交流接触器的线圈为什么要加电气互锁？）交流接触器的线圈为什么要加电气互锁？电动机正反转的主电路中，
17、交流接触器电动机正反转的主电路中，交流接触器KM1和和KM2的主触点不能同时的主触点不能同时闭合，并且必须保证，一个接触器的主触点断开以后，另一个接触器的主触闭合，并且必须保证，一个接触器的主触点断开以后，另一个接触器的主触点才能闭合。点才能闭合。在在PLC的输出回路中，的输出回路中，KM1的线圈和的线圈和KM2的线圈之间必须加电气互锁。的线圈之间必须加电气互锁。一是避免当交流接触器主触点熔焊在一起而不能断开时，造成主回路短路。一是避免当交流接触器主触点熔焊在一起而不能断开时，造成主回路短路。二是电动机正反转切换时，二是电动机正反转切换时，PLC输出继电器输出继电器Y0、Y1几乎是同时动作，容
18、易几乎是同时动作，容易造成一个交流接触器的主触点还没有断开，另一个交流接触器的主触点已经造成一个交流接触器的主触点还没有断开，另一个交流接触器的主触点已经闭合，造成主回路短路。闭合，造成主回路短路。任务实施任务实施 3）过载保护为什么放在）过载保护为什么放在PLC的输入端，而不放在输出控制端？的输入端，而不放在输出控制端？电动机的过载保护一定要加在电动机的过载保护一定要加在PLC控制电路的输入回路中，当电动机出现过控制电路的输入回路中，当电动机出现过载时，热继电器的常闭触点断开，过载信号通过输入继电器载时，热继电器的常闭触点断开，过载信号通过输入继电器X2被采集到被采集到PLC，断，断开程序的
19、运行，使输出继电器开程序的运行，使输出继电器Y0或或Y1同时失电，交流接触器同时失电，交流接触器KM1或或KM2的线圈断的线圈断电，电动机停止运行。电，电动机停止运行。如果过载保护放在输出控制端，当电动机出现过载时，热继电器的常闭触点如果过载保护放在输出控制端，当电动机出现过载时，热继电器的常闭触点断开，只是把断开，只是把PLC输出端的电源切断，而输出端的电源切断，而PLC的程序还在运行，当热继电器冷却的程序还在运行，当热继电器冷却后，其常闭触点闭合，电动机又会重新在过载下运行。造成电动机的间歇运行。后，其常闭触点闭合，电动机又会重新在过载下运行。造成电动机的间歇运行。l 分频器程序分频器程序
20、 分频器程序梯形图如图分频器程序梯形图如图3-9所示。试根据所示。试根据X0的信号画出输出继电器的信号画出输出继电器Y0、Y1的波形。的波形。波形图是根据元件的线圈、触点的动作过程所画的波形，其中高电平表示波形图是根据元件的线圈、触点的动作过程所画的波形，其中高电平表示元件线圈得电和触点闭合；低电平表示元件线圈失电和触点断开。元件线圈得电和触点闭合；低电平表示元件线圈失电和触点断开。在图在图3-9所示梯形图中，当输入继电器所示梯形图中，当输入继电器X0输入如图输入如图3-10所示的信号时，输所示的信号时，输出继电器出继电器Y0、Y1的输出是错开的二分频信号。的输出是错开的二分频信号。知识拓展知识拓展1根据梯形图画元件动作的波形图根据梯形图画元件动作的波形图图图3-9 分频器程序梯形图分频器程序梯形图 图图3-10 分频器程序波形图分频器程序波形图完
