林小宁_《可编程控制器应用技术》模块2任务2-1

1、 电动机作为自动控制中最常用的设备之一，电动机作为自动控制中最常用的设备之一， 在电气控制系统中起着举足轻重的作用，为使在电气控制系统中起着举足轻重的作用，为使 在电动机的启动、调速、制动等方面控制得更在电动机的启动、调速、制动等方面控制得更 加准确可靠，构建复杂控制系统时常采用加准确可靠，构建复杂控制系统时常采用PLCPLC来来 实现对电动机的控制。实现对电动机的控制。 通过通过3 3项与电动机控制相关任务的实施，达到熟悉梯形图的编程项与电动机控制相关任务的实施，达到熟悉梯形图的编程 规则、掌握基本逻辑指令的应用、进一步掌握规则、掌握基本逻辑指令的应用、进一步掌握PLCPLC的接线方法，能够

2、的接线方法，能够 熟练运用编程软件进行联机调试；了解经验设计法的一般步骤、了熟练运用编程软件进行联机调试；了解经验设计法的一般步骤、了 解联锁控制的意义并掌握解联锁控制的意义并掌握PLCPLC联锁控制的设计要点、掌握堆栈操作指联锁控制的设计要点、掌握堆栈操作指 令的应用；掌握定时器的种类及基本用法；掌握定时器常见的基本令的应用；掌握定时器的种类及基本用法；掌握定时器常见的基本 应用电路、掌握复位应用电路、掌握复位/ /置位指令、边沿触发指令的用法。置位指令、边沿触发指令的用法。 任务任务2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 任务任务2-2 三相异步电动机正反转控制三相异步电动机

3、正反转控制 任务任务2-3 S7-200三相异步电动机三相异步电动机Y-降压启动控制降压启动控制 学习目标 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r任务目标任务目标 （1 1）熟悉梯形图的编程规则。）熟悉梯形图的编程规则。 （2 2）掌握基本逻辑指令的应用。）掌握基本逻辑指令的应用。 （3 3）进一步掌握）进一步掌握PLCPLC的接线方法，能够熟练运用编程的接线方法，能够熟练运用编程 软件软件STEP 7-Micro/WINSTEP 7-Micro/WIN对三相异步电动机连续控制系对三相异步电动机连续控制系 统进行联机调试。统进行联机调试。 任务任务2-1 2-

4、1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r前导知识前导知识 S7-200系列PLC具有丰富的指令集，按功能可分为基本逻辑指 令、算术与逻辑指令、数据处理指令、程序控制指令以及集成功 能指令5部分。其中前4部分是编写PLC基本应用程序经常用到的， 称为基本指令，最后一部分是PLC完成复杂的功能控制所需要的， 称为功能指令。 指令是程序的最小独立单位，用户程序是由若干条顺序排列 的指令构成。对于各种编程语言（如梯形图和语句表），尽管其 表达形式不同，但表示的内容是相同或类似的。 基本逻辑指令是PLC中应用最多的指令，是构成基本逻辑运算 功能指令的集合，包括基本位操作、取非和空操作、置位/

5、复位、 边沿触发、逻辑堆栈、定时、计数、比较等逻辑指令。从梯形图 指令的角度来讲，这些指令可分为触点指令和线圈指令两大类。 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r前导知识前导知识 1 1触点指令触点指令 触点指令用来是提取触点状态或触点之间逻辑关系的指令集。 触点分为常开（动合）触点和常闭（动断）触点两种形式。在梯 形图中，触点之间可以自由地以串联或并联的形式存在。 触点指令代表CPU对存储器的读操作，常开触点和存储器的位 状态一致，常闭触点和存储器的位状态相反。常开触点对应的存 储器地址位为1状态时，触点闭合，常闭触点对应的存储器地址位 为0状态，触点闭合。

6、用户程序中同一触点可以多次使用。S7- 200PLC部分触点指令的格式及功能下表所示。 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r前导知识前导知识 1 1触点指令触点指令 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r前导知识前导知识 1 1触点指令触点指令 说明： r 语句表程序的触点指令由操作码和操作数组成。在语句表 程序中，控制逻辑的执行通过CPU中的一个逻辑堆栈来实现， 这个堆栈有九层深度，每层只有一位宽度。语句表程序的触 点指令运算全部都在栈顶进行。 r 表中操作数bit寻址寄存器I、Q、M、SM、T、C、V、S、L的 位值。

7、任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r前导知识前导知识 2 2线圈指令线圈指令 线圈指令是用来表达一段程序的运行结果的指令集。线圈指 令包括普通线圈指令、置位及复位线圈指令、立即线圈指令等。 线圈指令代表CPU对存储器的写操作，若线圈左侧的逻辑运算 结果为“1”，则表示能流能够到达线圈，CPU将该线圈所对应的 存储器的位置“1”；若线圈左侧的逻辑运算结果为“0”，则表 示能流不能够到达线圈，CPU将该线圈所对应的存储器的位写入 “0”，在同一程序中，同一线圈一般只能使用一次。S7-200PLC 普通线圈指令的格式及功能如下表所示。 任务任务2-1 2-1 三相

8、异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r前导知识前导知识 2 2线圈指令线圈指令 说明： r 线圈指令的操作数bit寻址寄存器I、Q、M、SM、T、C、V、 S、L的位值。 r 线圈指令对同一元件（操作数）一般只能使用一次。 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r前导知识前导知识 3 3触点及线圈指令的使用触点及线圈指令的使用 1）LD、LDN和 = 指令 LD（Load）：装载指令，用于常开触点与起始母线的连接。 每一个以常开触点开始的逻辑行（或电路块）均使用这一指令。 LDN（Load Not）：装载指令，用于常闭触点与起始母线的连 接。每一个以常闭触

9、点开始的逻辑行（或电路块）均使用这一指 令。 =（Out）：线圈驱动指令，用于驱动各类继电器的线圈。 LD、LDN、= 指令的使用方法如图所示。 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 3 3触点及线圈指令的使用触点及线圈指令的使用 1）LD、LDN和 = 指令 说明： 1）LD与LDN指令既可用于与起始母线相接的触点，也可与OLD、 ALD指令配合，用于分支电路的起点。 2）= 指令是驱动线圈的指令。用于驱动各类继电器线圈，但 梯形图中不应出现输入继电器的线圈。 3）并行的指令可以使用任意次，但不能串联使用。 r前导知识前导知识 任务任务2-1 2-1 三相异步

10、电动机连续控制三相异步电动机连续控制 3 3触点及线圈指令的使用触点及线圈指令的使用 2）A和AN指令 A（And）：与操作指令，用于单个常开触点与前面的触点 （或电路块）的串联连接。 AN（And Not）：与操作指令，用于单个常闭触点与前面的触 点（或电路块）的串联连接。 A、AN指令的使用方法如图所示。 r前导知识前导知识 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 3 3触点及线圈指令的使用触点及线圈指令的使用 2）A和AN指令 说明： A和AN指令用于单个触点与前面的触点（或电路块）的串联 （此时不能用LD、LDN指令），串联触点的次数不限，即该指令可 多次

11、重复使用。 r前导知识前导知识 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 3 3触点及线圈指令的使用触点及线圈指令的使用 3）O和ON指令 O（Or）：或操作指令，用于单个常开触点与上面的触点（或 电路块）的并联连接。 ON（Or Not）：或操作指令，用于单个常闭触点与上面的触 点（或电路块）的并联连接。O、ON指令的使用方法如图所示。 r前导知识前导知识 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 3 3触点及线圈指令的使用触点及线圈指令的使用 3）O和ON指令 说明： 1）O、ON是用于将单个触点与上面的触点（或电路块）并联 连接的指

12、令。 2）O和ON指令引起的并联是从O和ON一直并联到前面最近的母 线上，并联的数量不受限制。 r前导知识前导知识 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 4 4梯形图的特点与编程规则梯形图的特点与编程规则 梯形图直观易懂，与继电器控制电路图相近，很容易为电气 技术人员所掌握，是应用最多的一种编程语言。尽管梯形图与继 电器控制电路图在结构形式、元件符号及逻辑控制功能等方面是 相类似的，但它们又有很多不同之处。梯形图具有自己的特点及 设计规则。 r前导知识前导知识 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 4 4梯形图的特点与编程规则梯形

13、图的特点与编程规则 （1）梯形图的特点 1）梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。每个继电器线 圈为一个逻辑行，即一层阶梯。每一逻辑行起于左母线，然后是 触点的连接，最后终止于继电器线圈及右母线（有些PLC右母线可 省略，如S7-200PLC）。 在S7-200PLC的编程软件STEP 7-Micro/WIN中，一个或几个逻 辑行构成一个网络，用NETWORK*表示，NETWORK为网络段，后面 的*是网络段序号。为了使程序易读，可以在NETWORK后面输入 程序标题或注释，但不参与程序执行。 注意：左母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与右母线之 间则不能有任何触点。 r前导知识前导知识 任务

14、任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 4 4梯形图的特点与编程规则梯形图的特点与编程规则 （1）梯形图的特点 2）梯形图中的继电器不是物理继电器，每个继电器均为存储 器中的一位，因此称为“软继电器”。当存储器相应位的状态为 “1”，表示该继电器线圈得电，其动合触点闭合或动断触点断开。 也就是说，线圈通常代表逻辑“输出”结果，如指示灯、接触器、 中间继电器、电磁阀等。 对S7-200系列PLC来说，还有一种输出“盒”（也称为功能框 或电路块或指令盒），它代表附加指令，如定时器、计数器、移 位寄存器以及各种数学运算等功能指令。 所以说梯形图中的线圈是广义的，它只代表逻辑

15、“输出”结 果。 r前导知识前导知识 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r前导知识前导知识 4 4梯形图的特点与编程规则梯形图的特点与编程规则 （1）梯形图的特点 3）梯形图是PLC形象化的编程手段，梯形图两端的母线并非 实际电源的两端。因此，梯形图中流过的电流也不是实际的物理 电流，而是“概念”电流，也称为“能流/使能”，是用户程序执 行过程中满足输出条件的形象表示方式。 梯形图中，能流只能从左到右流动，层次改变只能先上后下。 PLC总是按照梯形图排列的先后顺序（从上到下、从左到右）逐一 处理。 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机

16、连续控制 r前导知识前导知识 4 4梯形图的特点与编程规则梯形图的特点与编程规则 （1）梯形图的特点 4）一般情况下，在梯形图中某个编号继电器线圈只能出现一 次，而继电器触点（动合或动断）可无限次引用。 如果在同一程序中，同一继电器的线圈使用了两次或多次， 则称为“双线圈输出”。对于“双线圈输出”，有些PLC将其视为 语法错误，绝对不允许；有些PLC则将前面的输出视为无效只有 最后一次输出有效；而有些PLC在含有跳转、步进等指令的梯形图 中允许双线圈输出。 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r前导知识前导知识 4 4梯形图的特点与编程规则梯形图的特点与编程规

17、则 （1）梯形图的特点 5）梯形图中，前面所有逻辑行的逻辑执行结果，将立即被后 而逻辑行的逻辑操作所利用。 6）梯形图中，除了输入继电器没有线圈，只有触点外，其他 继电器既有线圈，又有触点。 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r前导知识前导知识 4 4梯形图的特点与编程规则梯形图的特点与编程规则 （2）梯形图编程规则 梯形图的设计必须满足控制要求，这是设计梯形图的前提条 件。此外，在绘制梯形图时，还要遵循以下基本规则。 1）在每一个逻辑行中，串联触点多的支路应放在上方。如果 将串联触点多的支路放在下方，则语句增多、程序变长。 2）在每一个逻辑行中，并联触点多

18、的电路应放在左方。如果 将并联触点多的电路放在右方，则语句增多、程序变长。 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r前导知识前导知识 4 4梯形图的特点与编程规则梯形图的特点与编程规则 （2）梯形图编程规则 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r前导知识前导知识 4 4梯形图的特点与编程规则梯形图的特点与编程规则 （2）梯形图编程规则 3）梯形图中，不允许一个触点上有双向能流通过。如图所示， 触点5上有双向能流通过，该梯形图不可编程。对于这样的梯形图， 应根据其逻辑功能作适当的等效变换，再将其简化成。 任务任务2-1 2-1 三

19、相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r前导知识前导知识 4 4梯形图的特点与编程规则梯形图的特点与编程规则 （2）梯形图编程规则 4）梯形图中，当多个逻辑行都具有相同条件时，为了节省语 句数量，常将这些逻辑行合并，如图所示。 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r前导知识前导知识 4 4梯形图的特点与编程规则梯形图的特点与编程规则 课堂训练 将下列不可编程梯形图电路改为可编程梯形图电路 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r任务内容任务内容 图示为采用继电器控制 的电动机单向连续运行电路。 1）主电路：由电源开关Q、

20、熔断器FU1、交流接触器KM 的常开主触点、热继电器FR 热元件和电动机M构成； 2）控制电路：由熔断器FU2、 起动按钮SB1、停止按钮SB2、 交流接触器KM的常开辅助触 点、热继电器FR的常闭触点 和交流接触器线圈KM组成。 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r任务内容任务内容 继电器控制的电动机单向连续运行电路工作过程如下： 先接通三相电源开关Q 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r任务内容任务内容 设计设计PLCPLC控制的三相异步电动机连续运转控制系统，功能要求控制的三相异步电动机连续运转控制系统，功能要求 如

21、下：如下： r 当接通三相电源时，电动机M不运转； r 当按下启动按钮SB1后，电动机M连续运转； r 当按下停止按钮SB2后，电动机M停止运转； r 电动机具有长期过载保护。 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r制定计划制定计划 工作计划工作计划: : 在实际行动之前，预先对目标和行动方案作出选择和具体安 排，计划是预测与构想，即预先进行行动安排；围绕预期的目标， 采取具体行动措施的工作过程，随着目标的调整进行行动的调整。 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r任务实施任务实施 1 1分析控制要求，确定输入分析控制要求，确

22、定输入/ /输出设备输出设备 通过对继电器控制的电动机单向连续运行电路的分析，可以 归纳出电路中出现的输入/输出设备。 3个输入设备：启动按钮SB1、停止按钮SB2和热继电器FR； 1个输出设备：接触器KM。 这是将继电器控制转换为PLC控制必做的准备工作。 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r任务实施任务实施 2 2对输入对输入/ /输出设备进行输出设备进行I/OI/O地址分配地址分配 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r任务实施任务实施 3 3绘制绘制PLCPLC外部接线图外部接线图 图图2-9 2-9 三相异步电动机

23、单向连续运行控制电路的三相异步电动机单向连续运行控制电路的PLCPLC外部接线图外部接线图 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r任务实施任务实施 4 4PLCPLC程序设计程序设计 根据控制电路的要求，设计PLC控制程序如图所示。 5安装配线 按照PLC外部接线图进行配线，安装方法及要求与继电器控制 电路相同。 6运行调试 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 图图2-10 2-10 三相异步电动机单向连续运行控制电路的三相异步电动机单向连续运行控制电路的PLCPLC控制程序控制程序 r检查评价检查评价 r成果展示成果展示 按

24、任务检查与评价标准进行。按任务检查与评价标准进行。 r成果展示、分组交流成果展示、分组交流 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r相关知识相关知识 1 1PLCPLC程序设计方法程序设计方法继电器控制电路移植法继电器控制电路移植法 PLC在控制系统的应用中，外部硬件接线部分较为简单，对被 控对象的控制作用，都体现在PLC的程序上。由此，PLC程序设计 得好坏，直接影响控制系统的性能。 PLC在逻辑控制系统中的程序设计方法主要有经验设计法、继 电器控制电路移植法和逻辑设计法。 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r相关知识相关知

25、识 1 1PLCPLC程序设计方法程序设计方法继电器控制电路移植法继电器控制电路移植法 继电器控制电路移植法，主要用于继电器控制电路改造时的 编程，按原电路逻辑关系对照翻译即可。具体步骤大致如下： 1）认真研究继电器控制电路及有关资料，深人理解控制要求， 这是设计PLC控制程序的基础。找出主电路和控制电路的关键元件 和电路，逐一对它们进行功能分析，如哪些是主令电器，哪些是 执行电器等。也就是要找出哪些电器元件可以作为PLC的输入/输 出设备。 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r相关知识相关知识 1 1PLCPLC程序设计方法程序设计方法继电器控制电路移植法

26、继电器控制电路移植法 2）对照PLC的输入/输出接线端，将继电器控制线路中归纳出 的输人/输出设备进行PLC控制的I/O编号设置。即对输入/输出设 备进行PLC I/O地址分配，并绘制出PLC的输入/输出接线图。要特 别注意对原继电器控制电路中作为输入设备的动断形式的处理。 3）将现有继电器控制线路的中间继电器、时间继电器用PLC 辅助继电器、定时器代替。 4）完成翻译后，对梯形图进行简化、修改完善（注意避免因 PLC的周期扫描工作方式可能引起的错误），并联机调试。 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r相关知识相关知识 2 2常闭触点的输入处理常闭触点的输入

27、处理 PLC是继电器控制柜的理想替代物，在实际应用中，常遇到对 老设备的改造，即用PLC取代继电器控制柜。这时已有了继电器控 制原理图，此原理图与PLC的梯形图相类似，可以进行相应的转换， 但在转换过程中必须注意对作为PLC输入信号的常闭触点的处理。 以前述三相异步电动机连续运行控制电路为例，在进行PLC改 造时，仍沿用继电器控制的习惯，启动按钮SB1选用常开形式，停 止按钮SB2选用常闭形式，热继电器FR的触点选用常闭形式，则改 造后的PLC输入输出接线如图所示。 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 2 2常闭触点的输入处理常闭触点的输入处理 r相关知识相关

28、知识 图图2-11 2-11 常闭输入触点的处理常闭输入触点的处理 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r相关知识相关知识 2 2常闭触点的输入处理常闭触点的输入处理 实际设计梯形图时，输入继电器的触点状态全部按相应的输 入设备为常开形式进行设计更为合适。因此，建议尽可能用输入 设备的动合触点与PLC输入端连接，尤其在改造项目中，要尽量将 作为PLC输入的原常闭触点改作常开触点（某些只能用常闭触点输 入的除外）。 采用常闭触点输入时，可使PLC的输入端口在大多数时间内处 于断开状态，这样做既可以节电，又可以延长PLC输入端口的使用 寿命，同时在转换为梯形图时也能保持与继电器控制原理图的习 惯相一致，不会给编程带来麻烦。 任务任务2-1 2-1 三相异步电动机连续控制三相异步电动机连续控制 r任务训练任务训练 在电力拖动系统中，采用继电器控制方式实现对两台电动机 的顺序启动控制电路如图2-13所示。 任务要求如下： 1）分析继电器控制电路的工作过程。 2）确定哪些电器元件可作为PLC的输入/输出设备，并进行 I/O地