资源简介

(共24张PPT)
项目二
电动机的PLC控制
任务二
PART TWO
三相交流异步电动机点动的PLC控制
（1）知道PLC编程软元件输入继电器X、输出继电器Y的含义。
（2）掌握基本逻辑指令LD、LDI、OUT、NOP和END的使用方法，能应用其绘制PLC梯形图。
（3）利用GX编程软件编写梯形图程序，能完成三相交流异步电动机点动的PLC控制线路的安装、调试和监控运行。
（4）能用万用表检测三相交流异步电动机点动的PLC控制线路及其元器件。
任务目标
（1）了解PLC控制系统的组成，学习PLC编程软元件输入继电器X、输出继电器Y。
（2）学习PLC的基本逻辑指令（LD、LDI、OUT、NOP和END）及其应用。
（3）采用三菱FX系列PLC实现三相交流异步电动机单向起保停控制时，主电路部分不变， 只需要将其控制电路部分由PLC程序来代替。
（4）按三相交流异步电动机单向起保停的PLC控制要求画出I/O分配表。
（5）绘制PLC接线图并进行硬件连接。
（6）按要求编制PLC梯形图程序。
（7）经指导教师初检后，通电检验并调试。
任务清单分析
图2-22所示为三相交流异步电动机单向起保停控制线路，SB为起动按钮，KM为交流接触器，按下SB，KM线圈得电，主触点闭合，电动机单向起动运行；松开SB电动机即可停转。用PLC控制三相交流异步电动机单向起保停线路如何设计？
任务提出
图2-22三相交流异步电动机单向起保停控制线路
一、PLC控制系统的基本组成
PLC控制系统就是存储程序控制系统，如图2-23所示。它由输入设备、PLC内部控制电路和输出设备三部分组成。
知识链接
图2-23PLC控制系统的基本组成
1.输入设备
输入设备连接到PLC的输入端，它们直接接收来自操作台上的操作命令或来自被控对象的各种状态信息，并将产生的输入信号送到PLC。常用的输入器件和设备包括各种控制开关和传感器，如控制按钮、限位开关、光电开关、继电器和接触器的触点、热电阻、热电偶、光栅位移式传感器等。
2.PLC内部控制电路
PLC内部控制电路由CPU模块、输入/输出模块、电源模块等组成。执行按控制要求编制的程序，以完成控制任务。
3.输出设备
输出设备与PLC的输出端连接，将PLC的输出控制信号转换为驱动负载的信号。常用的输出设备有电磁开关、电磁阀、电磁继电器、电磁离合器、指示灯等。可见，存储程序控制系统的输入、输出设备与接线程序控制系统的输入、输出设备相同。不同的是逻辑控制部分，PLC是利用软件编程来实现逻辑控制的。对用户来说，不必考虑PLC内部由CPU、RAM、ROM等组成的复杂电路，只要将PLC看成内部由许多“软继电器”组成的控制器即可，以便用梯形图(类似于继电器控制电路的形式)编程。
二、PLC的正确安全使用
1.PLC使用的注意事项
1）工作环境
（1）温度。要求PLC所处的环境温度为0~55 ℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有30 mm以上的间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果周围环境温度超过55 ℃，要安装电风扇强迫通风。
（2）湿度。为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%(无凝露)。
（3）振动。应使PLC远离强烈的振动源，防止振动频率为10~55 Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免振动时，必须采取减振措施，如采用减振胶等。
（4）空气。避免有腐蚀和易燃的气体，如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。
（5）电源。PLC供电电源为50 Hz、220 V(±10%)的交流电。对于从电源线来的干扰，PLC本身具有足够的抵制能力。对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为1∶1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接LC滤波电路。FX系列PLC有直流24 V输出接线端，该接线端可为输入传感器(如光电开关或接近开关)提供直流24 V电源。当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。
2）安装与布线
动力线、控制线及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双绞线连接。
PLC应远离强干扰源，如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。PLC的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。
PLC基本单元与扩展单元及功能模块的连接线缆应单独敷设，以防止外界信号的干扰。
交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。
输入接线一般不要超过30 m。但如果环境干扰较小、电压不大，输入接线可适当长些。输入/输出线不能用同一根电缆，要分开。尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。
输出接线分为独立输出和公共输出。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板。因此，应用熔丝保护输出元件。采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小会影响继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时选择继电器工作寿命要长。
PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。
2.外部安全电路
（1）急停电路。对于能对用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考虑之外，还应设计外部紧急停车电路，使得PLC发生故障时，能将引起伤害的负载电源可靠切断。
（2）保护电路。正反向运转等可逆操作的控制系统，要设置外部电器互锁保护；往复运行及升降移动的控制系统，要设置外部限位保护电路。
①电源过负荷的防护。PLC有监视定时器等自检功能，检查出异常时，输出全部关闭。但当PLC的CPU故障时就不能控制输出，因此，对于能对用户造成伤害的危险负载，为确保设备在安全状态下运行，需设计外电路加以防护。
②限流保护。如果PLC电源发生故障，中断时间少于10 s，PLC工作不受影响，若电源中断超过10 s或电源下降超过允许值，则PLC停止工作，所有的输出点均同时断开；当电源恢复时，若RUN输入接通，则操作自动进行。因此，对一些易过负载的输入设备应设置必要的限流保护电路。
③重大故障的报警及防护。对于易发生重大事故的场所，为了确保控制系统在重大事故发生时仍可靠地报警及防护，应将与重大故障有联系的信号通过外电路输出，以使控制系统在安全状况下运行。
（3）PLC的接地。良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。PLC的接地线与机器的接地端相接，接地线的截面积应不小于2 mm2 ，接地电阻小于100 Ω；如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC接上专用地线，接地点应与动力设备(如电机)的接地点分开；若达不到这种要求，也必须做到与其他设备公共接地，禁止与其他设备串联接地。接地点应尽可能靠近PLC。
（4）冗余系统与热备用系统。在许多行业的某些系统中，要求控制装置有极高的可靠性。如果控制系统发生故障，将会造成停产、原料大量浪费或设备损坏，给企业造成极大的经济损失。但是仅靠提高控制系统硬件的可靠性来满足上述要求是远远不够的，因为PLC本身可靠性的提高是有一定的限度的。使用冗余系统或热备用系统就能够比较有效地解决上述问题。
在冗余控制系统中，整个PLC控制系统(或系统中最重要的部分，如CPU模块)由两套完全相同的系统组成。两块CPU模块使用相同的用户程序并行工作，其中一块是主CPU，另一块是备用CPU。主CPU工作，而备用CPU的输出是被禁止的，当主CPU发生故障时，备用CPU自动投入运行。这一切换过程是由冗余处理单元RPU控制的，切换时间为1~3个扫描周期，I/O系统的切换也是由RPU完成的。
在热备用系统中，两台CPU用通信接口连接在一起，均处于通电状态。当系统出现故障时，由主CPU通知备用CPU，使备用CPU投入运行。这一切换过程一般不太快，但它的结构比冗余系统简单。
3.PLC面板上的指示灯
（1）POWER：电源指示灯。
（2）RUN：运行指示灯。
（3）BATTV：锂电池指示灯。
（4）PROGE：程序出错指示灯。
（5）IN/OUT：输入输出指示灯。
4.PLC编程软件GX的正确操作步骤
(1)双击图标打开GX编程软件。
(2)新文件→确认。
(3)编程。
(4)转换。
(5)PLC→传送→写出→范围设置→确认。
三、PLC编程软元件
1.输入继电器
（1）输入继电器用X表示：?‖??∣/∣?。
（2）输入继电器的特点。在PLC内部，与输入端子相连的输入继电器是光电隔离的电子继电器，采用八进制编号，有无数个常开和常闭触点；输入继电器不能用程序驱动。
2.输出继电器
（1）输出继电器用Y表示：?‖??∣/∣??（）?。
（2）输出继电器的特点。输出继电器采用八进制编号，有内部触点和外部输出触点（继电器触点、双向可控硅、晶体管等输出元件）之分，由程序驱动；在PLC内部，外部输出触点与输出端子相连，向外部负载输出信号，且一个输出继电器只有一个常开型外部输出触点；输出继电器有无数个内部常开和常闭触点，编程时可随意使用。
四、基本逻辑指令
（一）LD、LDI、OUT指令
1.指令的作用
（1）LD（load）：取指令，常开触点与母线连接。
（2）LDI(load inverse)：取反指令，常闭触点与母线连接。
（3）OUT：驱动线圈的输出指令。
2.指令的说明
（1）LD、LDI用于将触点接到母线上。
（2）LD、LDI还与块操作指令ANB、ORB相配合，用于分支电路的起点。
（3）OUT不能用于X；并联输出OUT指令可连续使用任意次；OUT指令用于T和C，其后须跟常数K，K为延时时间或计数次数。
（二）NOP、END指令
1.指令的作用
（1）NOP：空操作指令。
（2）END：结束指令。
2.指令的说明
（1）NOP、END指令无编程元件。
（2）PLC执行程序时从0步扫描到END指令为止，后面的程序跳过不执行。
任务实施
1.分析三相交流异步电动机点动的PLC控制线路
（1）控制线路要求。按下起动按钮SB，接触器KM的线圈通电吸合，KM主触点闭合，电动机开始运行。松开SB，KM的线圈断电释放，KM主触点断开，电动机停止运行。
（2）观察三相交流异步电动机点动控制电路的工作过程，列出电路中的低压电器。在教师指导下，根据三相笼型异步电动机的技术数据及电动机单向起保停线路的电路图，选用工具、仪表及器材，并填入表2-2中。
任务实施
2.PLC编程设计
（1）I/O分配表见表2-3
（2）巡回指导学生对PLC进行硬线连接。工艺要求如下。
①元器件布置合理，安装坚固，便于走线。
②连接导线除按钮、PLC端口通过接线端子采用BVR软线并扎成线束外，其余接线桩头均采用BV塑铜线，且要求走线横平竖直，线路改变方向互成直角，接点紧固，无交叉、反圈、压皮、露铜过长等现象。
（3）巡回指导学生编程梯形图。
（4）指令语句。
LD X0
OUT Y0
END
3.PLC程序的传送和运行操作
1）程序的传送
（1）读程序的写出。
（2）程序的读入。
（3）程序的校验。
2）运行操作步骤
（1）根据梯形图程序，将PLC的输入输出与外部模拟信号连接好，列出PLC输入输出分配表。
（2）接通PLC运行开关，PLC面板上RUN灯亮，表明程序已开始运行。
（3）结合控制程序，操作有关输入信号，在不同输入状态下观察输入输出指示灯的变化，若输出指示灯的状态与程序要求一致，则表明程序运行正常。
4.监控操作
（1）元件的监视。
（2）强制Y输出。
（3）强制ON/OFF。
（4）改变设定值。
5.讲解实例小程序
简单灯控电路控制要求：按下SB1按钮，灯L1亮，按下SB2按钮，灯L2亮，两个灯不能同时亮；按下SB3按钮，灯灭。案例程序如下。
1 LD X1 6 LD X2
2 OR Y1 7 OR Y2
3 ANI X3 8 ANI Y3
4 ANI Y3 9 AND Y1
5 OUT Y1 10 OUT Y2
11 END
实训步骤：灯控电路分析—I/O端口分配—利用GX软件输入梯形图—模拟仿真不断调试—观察运行结果是否实现控制要求。
6.教师巡视、归纳演示
教师巡视、归纳演示。
能力测试
三相交流异步电动机点动的PLC控制任务测评标准见表2-4。
巩固与练习
画出点动控制电路的PLC安装接线图。

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