《可编程序控制器应用技术》项目一 常见继电器控制电路的PLC改造-电路“翻译”法

项目一常见继电器控制电路的PLC改造——电路“翻译”法

模块1三相异步交流电动机的点动和连续控制模块2三相异步交流电动机的典型电路控制*模块3T68镗床的PLC改造小结习题与思考

学习目标：通过本项目的学习，学生能够领会可编程序控制器的电路“翻译”法设计思路，并以点动和连续控制电路的PLC改造为引子，以T68卧式镗床控制电路的PLC改造为支点，熟练运用PLC改造的方法，熟练掌握PLC的基本逻辑指令和一些具体的操作步骤与注意事项，形成一定的PLC改造实践能力。

教学提示：本项目共分三个模块，模块与模块之间既相对独立又相互联系，前为后用，逐步深入，从一些简单的典型控制电路入手，逐步过渡到T68卧式镗床的控制电路，详细介绍继电器-接触器控制系统的PLC改造过程。模块1三相异步交流电动机的点动和连续控制1.1.1点动和连续控制电路在生产实践中，某些生产机械经常要求既能实现正常启动，又能实现调整位置的点动工作。图1-1所示为几种常用的继电器-接触器系统实现的点动和连续控制电路。图1-1(a)为主电路。工作时，合上刀开关QS，三相交流电经过QS、熔断器FU、接触器KM主触点、热继电器FR至三相交流电动机。图1-1(b)为最简单的点动控制线路。启动按钮SB没有并联接触器KM的自锁触点，按下SB，KM线圈通电，其主触点闭合，电动机开始运转。松开SB，KM线圈又失电，其主触点断开，电动机停止运转。图1-1(c)是带手动开关SA的点动控制线路。当需要点动控制时，把开关SA断开，由按钮SB2来进行点动控制。当需要连续运行时，把开关SA合上，将KM的自锁触点接入，即可实现连续控制。图1-1(d)中增加了一个复合按钮SB3来实现点动控制。需要点动运行时，按下点动按钮SB3，其常闭触点先断开自锁电路，然后常开触点闭合，接通控制电路，接触器KM线圈得电，主触点闭合，接通三相电源，电动机启动运转。当松开点动按钮SB3时，KM线圈失电，KM主触点断开，电动机停止运转。若需要电动机连续运转，则由停止按钮SB1及启动按钮SB2控制，接触器KM的辅助触点起自锁作用。图1-1常用的点动和连续控制电路1.1.2用PLC实现点动和连续控制

【相关知识1】PLC输入/输出接口的原理介绍输入/输出接口是可编程序控制器和工业控制现场各类信号连接的部分。输入接口用来接收生产过程的各种参数，输出接口用来送出可编程序控制器运算后得出的控制信息，并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。由于可编程序控制器在工业生产现场工作，因此对输入/输出接口有两个主要要求：一是接口有良好的抗干扰能力，二是接口能满足工业现场各类信号的匹配要求。

Ⅰ．输入接口可编程序控制器为不同的接口需求设计了不同的接口单元，主要有以下几种。

1)数字(开关)量输入接口数字(开关)量输入接口的作用是把现场的数字(开关)量信号变成可编程序控制器内部处理的标准信号。数字(开关)量输入接口按可接入的外部信号电源的类型不同分为直流输入接口单元、交流输入接口单元和交直流输入接口单元，如图1-2～图1-4所示。从图1-2～图1-4中可以看出，数字(开关)量输入接口单元中都有滤波电路及耦合隔离电路。滤波有抗干扰的作用，耦合有抗干扰及产生标准信号的作用。在一般整体式可编程序控制器中，输入接口单元使用PLC本机的直流电源供电，不需要外接电源，如图1-2所示。在模块式可编程序控制器中，数字(开关)量输入接口单元的电源部分都画在了输入口(虚线框外)，如图1-3和图1-4所示。图1-2直流输入接口单元电路图1-3交流输入/接口单元电路图1-4交直流输入接口单元电路

2)模拟量输入接口模拟量输入接口的作用是把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合可编程序控制器内部处理的由若干位二进制数字表示的信号。模拟量输入接口接收标准模拟信号，无论是电压信号还是电流信号均可。这里标准信号是指符合国际标准的通用交互用电压电流信号值，如4～20 mA的直流电流信号、1～10 V的直流电压信号等。工业现场中模拟量信号的变化范围一般是不标准的，在送入模拟量接口时一般都需经变送处理才能使用。图1-5是模拟量输入接口的内部电路框图。输入的模拟量信号一般经运算放大器放大并进行A/D转换，再经光电耦合后为可编程序控制器提供一定位数的数字量信号。图1-5模拟量输入接口的内部电路框图

Ⅱ．输出接口

1)数字(开关)量输出接口数字(开关)量输出接口的作用是把可编程序控制器内部的标准信号转换成现场执行机构所需的数字(开关)量信号。数字(开关)量输出接口按可编程序控制器内使用的器件可分为继电器输出型、晶体管输出型及可控硅输出型。内部参考电路图如图1-6所示。从图1-6中可以看出，图(a)为继电器输出型，图(b)为晶体管输出型，图(c)为可控硅输出型。各类输出接口中也都具有隔离耦合电路。这里特别要指出的是，输出接口本身都不带电源，而且在考虑外驱动电源时，还需考虑到输出设备器件的类型。继电器式的输出接口可用于交流及直流两种驱动电源，但接通断开的频率低；晶体管式的输出接口有较高的接通断开频率，但只适用于直流驱动的场合；可控硅型的输出接口仅适用于交流驱动场合。

2)模拟量输出接口模拟量输出接口的作用是将可编程序控制器运算处理后的若干位数字量信号转换为响应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制信号的需求。模拟量输出接口一般由光电隔离、D/A转换和信号驱动等环节组成。其原理框图见图1-7。模拟量输入/输出接口一般安装在专门的模拟量工作单元上。图1-6数字(开关)量输出接口的内部参考电路图图1-7模拟量输出接口的原理框图

Ⅲ．智能输入/输出接口

为了适应较复杂的控制工作的需要，可编程序控制器还有一些智能控制单元，如PID工作单元、高速计数器工作单元、温度控制单元等。这类单元大多是独立的工作单元。它们和普通输入/输出接口的区别在于其一般带有单独的CPU，有专门的处理能力。在具体的工作中，每个扫描周期智能单元和主机的CPU交换一次信息，共同完成控制任务。从近期的发展来看，不少新型的可编程序控制器本身也带有PID功能及高速计数器接口，但它们的功能一般比专用智能输入/输出单元的功能稍弱。

【相关知识2】可编程序控制器中的软继电器可编程序控制器用于工业控制，其实质是用程序表达控制过程中事物间的逻辑或控制关系。就程序而言，这种关系必须借助机内器件来表达，这就要求在可编程序控制器内部设置具有各种各样的功能、能方便地代表控制过程中各种事物的元器件，这就是编程组件。可编程序控制器的编程组件从物理实质上来说是电子电路及存储器。具有不同使用目的的组件电路有所不同。考虑工程技术人员的习惯，用继电器电路中类似的名称命名，称为输入继电器、输出继电器、辅助(中间)继电器、定时器、计时器等。为了区别其物理属性，称它们为“软继电器”。从编程的角度出发，我们可以不管这些器件的物理实现，只注重它们的功能，像在继电器控制电路中使用继电器一样。这些编程用的继电器，其工作线圈没有工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题；触点没有数量限制、机械磨损和电蚀等问题。在不同的指令操作下，其工作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可以作脉冲数字元件使用。在可编程序控制器中，这种“编程组件”的数量是巨大的。为了区分它们的功能，也为了不重复选用，我们给组件编上号码，这些号码也就是计算机存储单元的地址。

FX2N系列PLC具有数十种编程组件，一般情况下，X代表输入继电器，Y代表输出继电器，M代表辅助继电器，SPM代表专用辅助继电器，T代表定时器，C代表计数器，S代表状态继电器，D代表数据寄存器，MOV代表传输等。表1-1中列出了输入继电器及输出继电器组件的编号。FX2N系列PLC编程组件的编号分为两个部分：第一部分是代表功能的字母，如输入继电器用“X”表示，输出继电器用“Y”表示；第二部分为数字，数字为该类器件的序号。从组件的最大序号我们可以了解可编程序控制器可能具有的某类器件的最大数量。例如，表1-1中输入继电器的编号范围为X0～X177，为八进制编号，我们可计算出FX2N系列PLC可能接入的最大输入信号数为128点。这里标示的是CPU所能接入的最大输入信号的数量，而不是一台具体的基本单元或扩展单元所安装的输入口的数量。表1-1输入继电器及输出继电器组件的性能指标可编程序控制器的基本逻辑控制功能演变于继电器-接触器控制系统，而控制功能的实现是由应用程序来完成的，应用程序则是由使用者根据可编程序控制器生产厂家所提供的编程语言并结合所要实现的控制任务而形成的。梯形图便是诸多编程语言中最常用的一种类型，它是以图形符号及图形符号在图中的相互关系表示控制关系的编程语言，是从继电器电路图演变而来的。两者部分符号的对应关系如表1-2所示。表1-2符 号 对 照 表下面详细介绍三菱公司的FX2N系列产品的一些编程元件及其功能。

Ⅰ.输入继电器(X)

PLC的输入端子是从外部开关接收信号的窗口，PLC内部与输入端子连接的输入继电器X是用光电隔离的电子继电器，它们的编号与接线端子编号一致(按八进制输入)，线圈的吸合或释放只取决于PLC外部触点的状态。内部有常开/常闭两种触点供编程时随时使用，且使用次数不限。输入电路的时间常数一般小于10 ms。各基本单元都是八进制输入的地址，输入为X000～X007、X010～X017、X020～X027等。它们一般位于机器的上端。

Ⅱ．输出继电器(Y)

PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器的线圈由程序控制，输出继电器的外部输出主触点接到PLC的输出端子上供外部负载使用，其余常开/常闭触点供内部程序使用。输出继电器的电子常开/常闭触点使用次数不限。输出电路的时间常数是固定的。各基本单元都是八进制输出，输出为Y000～Y007、Y010～Y017、Y020～Y027等。它们一般位于机器的下端。

Ⅲ．辅助继电器(M)图1-8辅助继电器指令应用

PLC内有很多辅助继电器，其线圈与输出继电器一样，由PLC内各软元件的触点驱动。辅助继电器也称中间继电器，它与外界没有任何联系，只供内部编程使用。它的电子常开/常闭触点使用次数不受限制(无数次)。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现，如图1-8中的M30，它只起到一个自锁的功能。在FX2N中通常采用M0～M499，共500点辅助继电器，其地址号按十进制编号。辅助继电器中还有一些特殊的辅助继电器，如掉电继电器、保持继电器等，在这里就不一一介绍了。图1-8辅助继电器指令应用

Ⅳ．定时器(T)

PLC内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式来实现定时的，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作，时钟脉冲有1 ms、10 ms、100 ms。定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以用数据寄存器(D)的内容作为设定值。在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据寄存器。即使如此，当备用电池电压降低时，定时器或计数器往往会发生误动作。定时器通道范围如下：

100 ms定时器T0～T199，共200点，设定值：0.1～3276.7 s；

10 ms定时器T200～T245，共46点，设定值：0.01～327.67 s；

1 ms积算定时器T245～T249，共5点，设定值：0.001～32.767 s；

100 ms积算定时器T250～T255，共6点，设定值：0.1～3276.7 s；定时器指令符号及应用如图1-9所示。图1-9定时器指令符号及应用当定时器线圈T200的驱动输入X000接通时，T200的当前值计数器对10ms的时钟脉冲进行累积计数，当前值与设定值K123相等时，定时器的输出接点动作，即输出触点是在驱动线圈后的1.23 s(10ms × 123=1.23 s)时才动作。当T200触点吸合后，Y000就有输出。当驱动输入X000断开或发生停电时，定时器复位，输出触点也复位。每个定时器只有一个输入，它与常规定时器一样，线圈通电时，开始计时；断电时，自动复位，不保存中间数值。定时器有两个数据寄存器，一个为设定值寄存器，另一个是现时值寄存器。编程时，由用户设定累积值。图1-10积算定时器的符号接线如果是积算定时器，则其符号接线如图1-10所示。图1-10积算定时器的符号接线定时器线圈T250的驱动输入X000接通时，T250的当前值计数器对100ms的时钟脉冲进行累积计数。当该值与设定值K345相等时，定时器的输出触点动作。在计数过程中，即使输入X000在接通或复位时，计数继续进行，其累积时间为34.5 s(100 ms × 345 = 34.5 s)时触点动作。当复位输入X002接通时，定时器就复位，输出触点也复位。

Ⅴ．计数器(C)

FX2N中的16位递增计数器是16位二进制加法计数器，它是在计数信号的上升沿进行计数的。它有两个输入：一个用于复位，另一个用于计数。每一个计数脉冲上升沿使原来的数值减1，当现时值减到零时停止计数，同时触点闭合。直到复位控制信号的上升沿输入时，触点才断开，设定值又写入，再次进入计数状态。其设定值在K1～K32767范围内有效。设定值K0与K1含义相同，即在第一次计数时，其输出触点就动作。通用计数器的通道号：C0～C99，共100点。保持用计数器的通道号：C100～C199，共100点。通用与掉电保持用的计数器点数分配可由参数设置而随意更改。如图1-11所示，由计数输入X011每次驱动C0线圈时，计数器的当前值加1。当第10次执行线圈指令时，计数器C0的输出触点动作。之后即使计数器输入X011再动作，计数器的当前值也保持不变。图1-11计数器指令应用当复位输入X010接通(ON)时，执行RST指令，计数器的当前值为0，输出接点也复位。应注意的是，计数器C100～C199即使发生停电，当前值与输出触点的动作状态或复位状态也能保持。

Ⅵ．数据寄存器数据寄存器是计算机必不可少的元件，用于存放各种数据。FX2N中每一个数据寄存器都是16 bit(最高位为正、负符号位)，也可用两个数据寄存器合并起来存储32 bit数据(最高位为正、负符号位)。 通用数据寄存器D通道分配D0～D199，共200点。只要不写入其他数据，已写入的数据就不会变化。但是，由RUN→STOP时，全部数据均清零(若特殊辅助继电器M8033已被驱动，则数据不被清零)。停电保持用寄存器通道分配D200～D511，共312点，或D200～D999，共800点(由机器的具体型号而定)。除非改写，否则原有数据不会丢失，不论电源接通与否，PLC运行与否，其内容也不变化。然而在两台PLC作点对点的通信时，D490～D509被用作通信操作。文件寄存器通道分配D1000～D2999，共2000点。文件寄存器是在用户程序存储器(RAM、EPROM、EEPROM)内的一个存储区，以500点为一个单位，最多可在参数设置时到2000点。用外部设备口进行写入操作。在PLC运行时，可用BMOV指令读到通用数据寄存器，但是不能用指令将数据写入文件寄存器。用BMOV将数据写入RAM后，再从RAM中读出。将数据写入EEPROM时，需要花费一定的时间，这点请务必注意。另外，还有RAM文件寄存器通道分配D6000～D7999，共2000点。

Ⅶ．特殊用寄存器特殊用寄存器通道分配D8000～D8255，共256点。其作用是写入特定目的数据，其内容在电源接通时，写入初始化值(一般先清零，然后由系统ROM来写入)。下面以图1-12(a)为例，用PLC实现连续运行的控制。从图中可以看出，实现电动机连续运行控制所需的器件有：启动按钮SB2、停止按钮SB1、交流接触器KM、热继电器FR等。明确这些器件哪些用来提供电路输入信号，哪些用来提供给执行元件相关信号成为实现PLC控制的第一步工作，我们称之为PLC的输入/输出端子(I/O)分配，I/O分配后根据I/O分配表画出PLC的硬件接线图，最后根据控制电路画出PLC的梯形图，编写出PLC的指令表。习惯上把I/O分配表、硬件接线图、梯形图、指令表简称为“两表两图”。下面我们按照以上步骤逐一展开。图1-12用PLC实现连续运行控制的接线图1．PLC硬件的实现

1) PLC的I/O分配表将图1-12(a)中的停止按钮SB1、启动按钮SB2、热继电器FR作为输入控制，分别接到图1-12(b)中PLC的输入接口X000、X001、X002端，将交流接触器KM接到PLC的输出接口Y000端。PLC的输入/输出接口地址分配如表1-3所示。表1-3PLC的输入/输出接口地址分配

2) PLC的接线图用PLC实现电动机连续运行控制电路的硬件接线图如图1-12(b)所示，它在图1-12(a)的基础上加入可编程序控制器，并对原电路作了一定的改动。其中，停止按钮SB1接于PLC的输入接口X000端，启动按钮SB2接于PLC的输入接口X001端，热继电器常开触点FR接于输入接口X002端，交流接触器KM线圈接于PLC的输出接口Y000端。其接线方式与PLC的输入/输出地址分配表是一致的，其实质是为程序安排控制系统中的机内元件。至于图1-12(a)控制电路中FR的常闭触点，在PLC的接线图画作常开触点的原因，我们将在项目二中阐述。

2．PLC的软件设计

【相关知识3】PLC的梯形图和相关指令介绍

FX2N系列可编程序控制器共有20条基本指令，供设计者编制语句表时使用，它与梯形图有严格的对应关系。

Ⅰ．逻辑取及输出线圈(LD、LDI、OUT)

LD、LDI、OUT指令的功能、电路表示、操作元件、所占的程序步如表1-4所示。这里的一个程序步即是一个字。

LD指令是从母线取用常开触点的指令，LDI是从母线上取用常闭触点的指令，它们还可以与后面介绍的ANB、ORB指令配合用于分支回路的开头；OUT指令是对输出继电器、辅助继电器、状态继电器、定时器、计数器的线圈进行驱动的指令，但不能用于输入继电器。LD、LDI指令只能连续使用8次。表1-4逻辑取及输出线圈

Ⅱ．触点串联(AND、ANI)

AND、ANI指令的功能、电路表示、操作元件、程序步如表1-5所示。

AND、ANI指令为单个触点的串联连接指令，AND用于常开触点，ANI用于常闭触点，串联接点的数量无限制。图1-13是使用AND、ANI指令的实例。图中OUT指令后，通过触点对其他线圈使用OUT指令(如图中的OUTY004)，称之为纵接输出或连续输出。在图1-13中，驱动M101之后可通过触点T1驱动Y004。但是，若驱动顺序换成图1-14所示的形式，则不能在OUTY004指令后连续跟着输出OUTY004，正确的指令编程方式应该使用后面介绍的MPS、MPP指令，在这里暂不作叙述。表1-5触点串联图1-13AND、ANI指令的应用图1-14不能使用连续输出的例子

Ⅲ．触点并联(OR、ORI)

OR、ORI指令的功能、操作元件等如表1-6所示。

OR、ORI指令为单个触点的并联连接指令。OR为常开触点的并联，ORI为常闭触点的并联。要将两个以上触点的串联回路和其他回路并联，可采用下面介绍的ORB指令。

OR、ORI指令紧接在LD、LDI指令后使用，即对LD、LDI指令规定的触点再并联一个触点，并联的次数无限制。OR、ORI指令的使用如图1-15所示。表1-6触点并联图1-15OR、ORI指令的使用

Ⅳ．串联电路块的并联(ORB)

ORB指令的功能、电路表示等如表1-7所示。

ORB指令是不带操作元件的指令。两个以上的触点串联连接的电路为串联电路块。将串联电路块并联使用时，用LD、LDI指令表示分支开始，用ORB指令表示分支结束。图1-16给出了ORB指令的使用情况。若有多条并联电路，则在每个电路块后使用ORB指令，对并联电路数没有限制，但考虑到LD、LDI指令只能连续使用8次，故ORB指令的使用次数也应限制为8次。表1-7串联电路块的并联图1-16ORB指令的使用

Ⅴ．并联电路块的串联(ANB)

ANB指令的功能、电路表示等如表1-8所示。

ANB指令是不带操作元件编号的指令。两个或两个以上触点并联连接的电路称为并联电路块。当分支电路并联电路块与前面的电路串联连接时，使用ANB指令，即分支起点用LD、LDI指令，并联电路块结束后使用ANB指令，表示与前面的电路串联。ANB指令原则上可以无限制使用，但受LD、LDI指令只能连续使用8次的影响，ANB指令的使用次数也应限制为8次。图1-17为ANB指令使用的梯形图实例。表1-8并联电路块的串联图1-17ANB指令的使用

Ⅵ．程序结束(END)

END指令的功能、电路表示如表1-9所示。

END为程序结束指令。可编程序控制器按照输入处理、程序执行、输出处理循环工作，若在程序中不写入END指令，则可编程序控制器从用户程序的第一步扫描到程序存储器的最后一步。若在程序中写入END指令，则END以后的程序步不再扫描，而是直接进行输出处理。也就是说，使用END指令可以缩短扫描周期。END指令的另一个用处是分段程序调试。调试时，可将程序分段后插入END指令，从而依次对各程序段的运算进行检查。而后，在确认前面电路块动作正确无误后依次删除END指令。表1-9程序结束指令

1)绘制梯形图本项目的主要任务是把继电器-接触器控制电路“翻译”成梯形图，这是电路改造过程中最为关键的一步。根据控制电路、PLC的输入/输出端口地址分配表和接线图，把控制电路“翻译”成PLC梯形图的过程如图1-18所示。对照图1-18中的(a)、(c)两图，除了图形符号不同外，结构形式是一模一样的，其一一对应关系在图1-18(c)中已经反映出来。正因为这样一个原因，我们就把继电器-接触器控制电路“翻译”成梯形图的方法称为电路“翻译”法。图1-18控制电路“翻译”成梯形图结合PLC的输入/输出接线图，分析梯形图的工作过程如下：按下启动按钮SB2时，输入继电器X001的常开触点闭合，输出继电器Y000接通，并通过输出继电器Y000常开触点自锁，接触器KM得电吸合，电动机启动运行。此时，因为异步电动机未过热，所以热继电器常开触点不闭合，输入继电器X002不接通，其常闭触点保持闭合状态。若要使电动机停止工作，按下SB1按钮(或FR过载保护动作)，输入继电器触点X002或X000断开，不论电动机是在启动或运行情况下都可使主控接点Y000断开，电动机停止运行。注意，在PLC接线图中使用的热继电器的触点为常开触点，与继电器-接触器控制线路中的接法不同。请思考，如果在PLC接线图中使用常闭触点，则梯形图应该如何设计？图1-18(c)又称为启-保-停电路。这个名称主要来源于图中的自锁触点Y000。并联在X001常开触点上的Y000常开触点的作用是当按钮SB2松开，输入继电器X001断开时，线圈Y000仍然能保持接通状态。工程中把这个触点叫做“自保持触点”。启-保-停电路是梯形图中最典型的单元，它包含了梯形图程序的全部要素，它们是：

(1)事件：每一个梯形图支路都针对一个事件。事件用输出线圈(或功能框)表示，本例中为Y000。

(2)事件发生的条件：梯形图支路中除了线圈外还有触点的组合，使线圈置1的条件即是事件发生的条件，本例中为启动按钮X001置1。

(3)事件得以延续的条件：触点组合中使线圈置1得以持久的条件，本例中为与X001并联的Y000的自保持触点。

(4)使事件终止的条件：触点组合中使线圈置1中断的条件，本例中为X000或X002的常闭触点断开。

2)编写指令表根据图1-18(c)所示梯形图编写对应的指令表，如图1-19所示。图1-19指令表同样，我们可以对图1-1的另外两个控制电路进行PLC改造，设计出异步电动机点动运行的梯形图，如图1-20(a)所示。其工作过程分析如下：当按下SB1时，输入继电器X000得电，其常开触点闭合，因为异步电动机未过热，所以热继电器常开触点不闭合，输入继电器X002不接通，其常闭触点保持原态，输出继电器Y000接通，接触器KM得电，其主触点接通电动机的电源，则电动机启动运行。当松开按钮SB1时，X000失电，其触点断开，Y000失电，接触器KM断电，电动机停止转动。可编程控制器的优点之一是在不改变硬件接线的情况下，通过变更软件设计，可完成不同的控制任务。图1-20(b)为图1-1(c)所示的带手动开关的点动控制电路的梯形图，其工作过程分析如下：点动工作时，按下启动按钮SB2，X000接通，Y000置1，这时电动机运行，需要停车时，松开SB2按钮即可；需要连续工作时，首先让开关SA1闭合，X003接通，然后按下启动按钮SB2，X000接通，Y000置1，这时电动机运行，同时Y000自锁触点闭合，形成自锁回路，保证松开SB2按钮后电动机仍正常运行，需要停车时，按下停止按钮SB1，串联于Y000线圈回路中的X001的常闭触点断开，Y000置0，电机失电停车。图1-20电动机控制梯形图模块2三相异步交流电动机的典型电路控制1.2.1继电接触式三相异步交流电动机正反转电路控制

1．继电接触式三相异步交流电动机正反转控制电路分析图1-21为三相异步电动机正反转控制电路。图1-21(a)为三相异步电动机正反转控制电路的主电路。图1-21(b)是将两个单向旋转控制电路组合起来，主电路由正、反转接触器KM1、KM2的主触头来实现电动机三相电源任意两相的换相，从而实现电动机正反转。当正转启动时，按下正转启动按钮SB2，KM1线圈通电吸合并自锁，电动机正向启动并运转；当反转启动时，按下反转启动按钮SB3，KM2线圈通电吸合并自锁，电动机反向启动并运转。此线路的缺点是：若按下正转启动按钮SB2，电动机进入正转运行后，又按下反转启动按钮SB3，则由于正反转接触器KM1、KM2线圈均通电吸合，其主触头均闭合，于是发生电源两相短路，致使熔断器FU1熔体熔断，电动机无法工作。因此，该线路在任何时候只能允许一个接触器通电工作。为此，通常在控制电路中将KM1、KM2正反转接触器常闭辅助触头串接在对方线圈电路中，形成相互制约的控制，这种互相制约的控制关系称为互锁，这两对起互锁作用的常闭触头称为互锁触头。图1-21三相异步电动机正反转控制电路图1-21(c)就是接触器互锁的电动机正反转控制电路。它利用正反转接触器常闭触头进行互锁，这种互锁称为电气互锁。这种电路的缺点是：要实现电动机由正转变反转，或由反转变正转，都必须先按下停止按钮，然后才可进行反向启动。图1-21(d)是在图1-21(c)的基础上又增加了一对正反转启动按钮的常闭辅助触头串接在对方接触器线圈电路中，这种互锁称为按钮互锁，又称机械互锁。所以，图1-21(d)是具有双重互锁的控制电路。该电路的优点是：可以实现不按停止按钮，就能正转直接变反转，或反转直接变正转。

2．用PLC控制的电动机正反转控制电路

1) PLC硬件的实现

(1) PLC的I/O分配表。下面首先对图1-21(c)所示的电气互锁的电动机正反转控制电路进行分析，停止按钮SB1、正转按钮SB2、反转按钮SB3、热继电器FR作为输入控制，分别接到PLC的输入接口X000、X001、X002、X003端，正反转交流接触器KM1、KM2接到PLC的输出接口Y000和Y001端。PLC的输入/输出接口地址分配如表1-10所示。

(2) PLC的电气接线图。按照图1-21(c)完成PLC的接线，如图1-22所示。输入端的电源利用PLC提供的内部直流电源，也可以根据功率单独提供电源。表1-10PLC的输入/输出接口地址分配表图1-22PLC接线图

2) PLC的软件设计

【相关知识4】PLC的相关指令介绍

Ⅰ．SET、RST指令

1)指令的使用方法

SET、RST指令的符号、功能与操作元件等如表1-11所示。

SET：置位指令，使操作保持ON的指令。

RST：复位指令，使操作保持OFF的指令。

SET指令用于Y、M和S；RST指令可以用于复位Y、M、S、T、C，或将字元件D、V和Z清零。表1-11SET、RST指令的符号、功能与操作元件

2)指令说明

(1)对同一编程元件，可以多次使用SET和RST指令，最后一次执行SET、RST指令的功能与数字电路中R-S触发器的功能相似，SET与RST指令之间可以插入别的指令。如果它们之间没有别的指令，则后一条指令有效。

(2)在任何情况下，RST指令都优先执行。计数器处于复位状态时，输入的计数脉冲不起作用。如果不希望计数器和积算定时器具有断电保持功能，则可以在用户程序开始运行时用初始化脉冲M8002将它们复位。

3)指令仿真及物理意义

【例】SET/RST指令的应用举例如图1-23所示。图1-23SET和RST指令的应用——梯形图、指令表和时序图该例中X000一接通，Y000被驱动，保持接通状态，此时再断开X000，Y000还保持接通，即X000的开或关(ON/OFF)与Y000无关；X001一接通，Y000还是不被驱动，此时X001的开或关(ON/OFF)与Y000无关。M与Y相同，同一软元件可多次使用SET、RST指令，以最后一次为有效。RST指令可以使数据寄存器D、变址寄存器V和Z的内容清零。如果图1-23中X000的常开触点接通，Y000变为ON并保持该状态，则即使X000的常开触点断开，它也仍然保持ON状态；若X001的常开触点闭合，Y000变为OFF并保持该状态，则即使X001的常开触点断开，它也仍然保持OFF状态(见图1-23中的时序波形图)。

Ⅱ．PLS、PLF指令

1)指令使用方法

PLS、PLF指令的符号与功能如表1-12所示。

2)指令说明

(1)使用PLS指令，输入脉冲前沿使指定继电器Y、M接通一个扫描周期后复位。

(2)使用PLF指令，输入脉冲后沿使指定继电器Y、M接通一个扫描周期后复位。

(3)特殊继电器不能用作PLS或PLF的操作元件。

(4)在驱动输入接通时，PLC由运行→停机→运行，此时PLSM0动作，但PLSM600不动作。这是因为M600是保持继电器，即使在断电停机时其动作也能保持。

3)指令仿真及物理意义

【例】说明PLS与PLF指令的使用(见图1-24)。表1-12PLS、PLF指令的符号与功能图1-24使用PLS和PLF指令的梯形图、指令表和时序图

Ⅲ．检测上升沿和下降沿的触点指令

1)指令使用方法

LDP、LDF指令的符号、功能与操作元件等如表1-13所示。

LDP是用来检测上升沿的触点指令，对应的触点仅在指定位元件波形的上升沿(由OFF变为ON)时接通一个扫描周期。

LDF是用来检测下降沿的触点指令，对应的触点仅在指定位元件波形的下降沿(由ON变为OFF)时接通一个扫描周期。

2)指令说明

(1)这是一组与LD、AND、OR指令相对应的脉冲触点指令。指令中P对应上升沿脉冲，F对应下降沿脉冲。指令中的触点仅在操作元件有上升沿/下降沿时导通一个扫描周期。

(2)这组指令只是在某些场合为编程提供方便。表1-13LDP、LDF指令的符号、功能与操作元件

(3)当这组指令以辅助继电器M作为操作元件时，会影响程序的执行情况。

3)指令仿真及物理意义用于高速开关动作时，用此指令会很好地解决误动作问题。

【例】已知图1-25中X000的波形，画出M001和Y000的波形。假设图1-25中Y000的初始状态为OFF，在X000由OFF变为ON的第一个上升沿，X000的上升沿检测触点闭合一个扫描周期，但是Y000的常开触点断开，所以执行完第一行的电路后，M1为OFF。因为启-保-停电路中X000的上升沿触点和M1的常闭触点均接通，所以Y000的线圈“通电”并保持。从上升沿之后的第二个扫描周期开始，因为X000的上升沿检测触点一直断开，所以M1一直为OFF。图1-25双稳态电路在X000的第二个上升沿，X000的上升沿检测触点和Y000的常开触点均闭合，所以执行完第一行的电路后，M1为ON，其常闭触点断开，使Y000的线圈“断电”。在第二个上升沿之后的第二个扫描周期和以后的扫描周期，X000的上升沿检测触点断开，使M1变为OFF，其常闭触点闭合，但是因为启-保-停电路的启动触点断开，所以Y000一直为OFF。在X000的第三个上升沿，重复第一个上升沿的过程，因此Y000的状态交替变化，变化的频率是X000的两倍。这个电路有分频功能，与FX系列的ALT(交替输出)指令的功能相同，可以用于用一个按钮控制设备的启动和停止的场合。

(1)绘制接触器互锁正反转控制线路梯形图。图1-26为电动机正、反转控制程序，采用自锁和互锁控制。应该注意的是，虽然在梯形图中已经有了软继电器的互锁触点(X001与X000、Y001与Y000)，但在I/O接线图的输出电路中还必须使用KM1、KM2的常闭触点进行硬件互锁，因为PLC软继电器互锁只相差一个扫描周期，而外部硬件接触器触点的断开时间往往大于一个扫描周期，来不及响应，且触点的断开时间一般较闭合时间长。例如Y000虽然断开，可能KM1的触点还未断开，在没有外部硬件互锁的情况下，KM2的触点可能接通，引起主电路短路，因此必须采用软硬件双重互锁。采用了双重互锁，同时也避免了因接触器KM1或KM2的主触点熔焊引起电动机主电路短路。由图1-26可见，通电后，先按正转按钮X001，Y000导通并形成自锁。同时Y000的动断触点断开，即使按下反转按钮Y001也无法接通，也就无法实现反转。在正转的情况下，要想实现反转，只要先按一下停止按钮X000，使Y000失电，从而正转接触器断电，即使松开停止按钮Y000，Y001仍失电。再按下反转按钮X002，因Y000的动断触点闭合，故Y001导通，反转接触器KM2线圈得电，实现电动机反转。同样，在反转状态要实现正转，都需要先按下停止按钮。图1-26接触器互锁正反转控制线路梯形图和指令表

(2)绘制双重互锁正反转控制线路梯形图。为了克服以上缺点，我们在上面的程序中分别加上正转启动按钮X001和反转启动按钮X002的动断触点就可以在正转情况下直接实现反转，或反转时直接切换到正转。梯形图请读者自行完成。

(3)绘制具有过载保护及报警控制的线路梯形图。①任务要求：设计电动机过载保护程序，要求电动机过载时能自动停止运转，同时发出10秒钟的声光报警信号(以电动机只需正转为例)。

注意：如果热继电器属于自动复位型，则其触点提供的过载信号必须通过输入电路提供给PLC，借助梯形图程序实现过载保护；如果属于手动复位型，则其动断触点可以接在PLC的输出电路中，也可以接在输入电路中。②输入和输出地址分配表见表1-14。③ PLC接线图如图1-27所示。④程序设计。采用PLC控制的梯形图如图1-28所示。电动机的连续运转控制采用SETY001指令，按下SB1，X001动合触点闭合，使Y001通电自锁，KM1得电，电动机运行。电动机的停止控制采用RSTY001指令，按下SB2，X002动合触点闭合或热继电器动作(X000动断触点闭合)均可使Y001失电，导致接触器KM1失电，电动机停车。表1-14输入和输出地址分配表图1-27PLC接线图图1-28电动机的连续运转控制梯形图和指令表当电动机正常工作时，热继电器动断触点FR闭合，使得输入继电器X000线圈得电，因而X000动合触点闭合，动断触点断开。X000动合触点闭合时，由于没有下降沿，不执行“PLFM0”，因此Y000、T0线圈不能得电，处于断开状态；又因为X000动断触点断开时，没有上升沿脉冲，不执行“PLSM1”指令，所以Y002、M1线圈不能得电，处于断开状态。当过载时，热继电器动断触点FR断开，使得输入继电器X000线圈失电，因而X000动合触点断开，动断触点闭合。动合触点断开瞬间，产生一个下降沿脉冲，“PLFM0”指令使M0线圈得电一个扫描周期，M0动合触点闭合一个扫描周期，使Y000、T0线圈同时得电，Y000线圈得电后，使Y000动合触点闭合自锁，接通报警灯。与此同时，X000动断触点闭合瞬间，产生一个上升沿脉冲，“PLSM1”指令使M1线圈得电一个扫描周期，M1动合触点闭合一个扫描周期，使Y002线圈得电，Y002动合触点闭合自锁，接通报警铃，发出报警声音。当T0线圈得电10 s后，其动断触点T0断开，使Y000、T0、Y002同时失电，声光报警均停止。1.2.2三相异步电动机的星形/三角形降压启动控制

1．继电接触式星形/三角形降压启动控制电路在启动时，三相交流异步电动机的定子绕组首先接成星形(Y)，待转速上升到接近额定转速时，再将定子绕组的接线换成三角形(△)，电动机便进入全电压正常运行状态。图1-29(a)、(b)为继电器-接触器实现的Y/△降压启动控制电路。图1-29异步电动机Y/△降压启动控制电路该电路是根据启动过程中的时间变化，利用时间继电器来控制Y/△的换接的。由图1-29(a)可知，工作时，首先合上刀开关QS，当接触器KM1及KM3接通时，电动机Y形启动。当接触器KM1及KM2接通时，电动机△形运行。图1-29(b)为控制电路，其工作过程简单分析如图1-30所示。线路中KM2和KM3的常闭触点构成电气互锁，保证电动机绕组只能接成一种形式，即Y形或△形，以防止同时连接成Y形及△形而造成电源短路。图1-30控制电路的工作过程

2．用PLC控制的星形/三角形降压启动电路

【相关知识5】PLC的基本指令

Ⅰ.多重输出(MPS、MRD、MPP)指令

MPS、MRD、MPP指令的功能、电路表示等如表1-15所示。这组指令分别为进栈、读栈、出栈指令，用于多重输出电路，可将连续点先存储，用于连接后面的电路，如图1-31所示。在FX2N系列可编程序控制器中有11个用来存储运算的中间结果的存储区域，被称为栈存储器。使用一次MPS指令，便将此刻的运算结果送入堆栈的第一层，而将原存于第一层的数据移到堆栈的下一层。使用MPP指令，各数据顺次向上一层移动，最上层的数据被读出，同时该数据就从堆栈内消失。表1-15MPS、MRD、MPP指令的功能、电路表示图1-31PLC接线图

MRD指令用来读出最上层的最新数据，此时堆栈内的数据不移动。

MPS、MRD、MPP指令都是不带软元件的指令。

MPS、MPP必须成对使用，而且连续使用应少于11次。以下给出了几个堆栈的实例。

【例】一层堆栈见图1-32。

【例】二层堆栈见图1-33。图1-32一层堆栈图1-33二层堆栈

Ⅱ.编程技巧利用PLC进行程序编制时，为了减少指令条数，节省内存和提高运行速度，应掌握以下编程技巧。

(1)把串联触点多的电路编在上方，如图1-34所示。可见，最佳形式为减少使用OBR指令或多重输出指令等。

(2)并联触点多的电路放在左边，如图1-35所示。可见，最佳形式为减少使用ANB指令。

(3)对于多重输出电路，最好将串联接点多的电路放在下边，如图1-36所示，可以不使用MPS、MPP指令等。

(4)如果电路复杂，采用ANB、ORB等指令实现比较困难，则可以重复使用一些触点改成等效电路，再进行编程，如图1-37所示。图1-34编程技巧(1)举例图1-35编程技巧(2)举例图1-36编程技巧(3)举例图1-37编程技巧(4)举例

1)硬件配置与接线图1-38输入/输出接线图用PLC实现的Y/△降压启动电路所需的硬件及输入/输出端口分配如图1-38所示。注意，用PLC实现的Y/△降压启动电路与继电器控制的Y/△降压启动电路的不同之处就在于：在元器件的选用上，PLC取代了Y/△降压启动电路中的时间继电器KT。请思考，PLC的市场价格是KT的十几倍甚至几十倍，这样的取代是否合理？有关这个问题的阐述，将留在继电器控制系统与可编程序控制器系统的特点比较部分中加以说明。在明确了控制电路的输入/输出元件后，可列出PLC外部I/O信号与PLC的I/O端地址编号对照表。PLC的输入/输出端口地址分配表见表1-16。图1-38输入/输出接线图表1-16PLC的输入/输出端口地址分配表

2)软件设计本项目的重点任务之一是把继电器-接触器控制电路“翻译”成梯形图，这是电路改造过程中最为关键的一步。对照图1-29(b)所示的Y/△控制电路“翻译”的可编程控制的梯形图如图1-39所示。结合PLC的输入/输出接线图，分析可知梯形图的工作过程如下：按下启动按钮SB2时，输入继电器X001的常开触点闭合，并通过输出继电器Y000动合触点自锁，输出继电器Y000接通，接触器KM1得电吸合，接着Y001接通，接触器KM3得电吸合，电动机在Y形接线方式下启动；同时定时器T0开始计时，延时8秒后T0动作,使Y001断开，Y001断开后，KM3失电，互锁解除，使输出继电器Y002接通，接触器KM2得电，电动机在△形接线方式下运行。图1-39Y/△控制电路与梯形图和指令表若使电动机停止工作，则可按下SB1按钮或过载保护(FR)动作，输入继电器触点X002或X000将断开。不论电动机在启动或运行情况下，都可使主控接点Y000～Y002断开，电动机停止运行。

【拓展知识1】FX2系列可编程序控制器的技术指标

FX2系列可编程序控制器的技术指标包括一般技术指标、输入技术指标、输出技术指标、电源技术指标和性能技术指标，分别如表1-17～表1-21所示。表1-17FX2的一般技术指标表1-18FX2的输入技术指标表1-19FX2的输出技术指标注：①当外接电源电压小于等于24 V时，尽量保持5 mA以上的电流。②响应时间0.2 ms是在条件为24 V200 mA时，实际所需时间为电路切断负载电流到电流为0的时间，可用并接续流二极管的方法改善响应时间。若希望响应时间短于0.5 ms，则应保证电源为24 V60 mA。表1-20FX2的电源技术指标表1-21FX2的性能技术指标*模块3T68镗床的PLC改造1.3.1T68镗床控制电路

镗床是冷加工中使用比较普遍的设备，它主要用于加工精度、光洁度要求较高的孔以及各孔间距离要求较为精确的零件(如一些箱体零件)，属于精密机床。T68镗床是应用最广泛的一种，其原控制电路为继电器控制，接触触点多，线路复杂，故障多，操作人员维修任务较大。针对这种情况，我们用PLC控制改造其继电器控制电路，克服了以上缺点，降低了设备故障率，提高了设备使用效率，运行效果良好。图1-40所示为T68卧式镗床继电器控制系统的电路图。图1-40T68卧式镗床继电器控制系统的电路图

1．主电路分析电源经低压断路器QS引入，M1为主电动机，由接触器KM1、KM2控制其正、反转，KM3控制M1低速运转(定子绕组接成三角形，为4极)，KM4、KM5控制M1高速运转(定子绕组接成双星形，为2极)，KM3控制M1反接制动限流电阻。M2为快速移动电动机，由KM6、KM7控制其正反转。热继电器FR用作M1过载保护，M2为短时运行，不需过载保护。

2．控制电路分析由控制变压器TC供给110 V控制电路电压。

1) M1主电动机的点动控制主电动机正反转接触器KM1、KM2和正反转点动按钮SB3、SB4组成M1电动机正反转控制电路。点动时，M1三相绕组接成三角形且串入电阻R实现低速点动。以正向点动为例，合上电源开关QS，按下SB3按钮，KM1线圈通电，主触头接通三相正相序电源，KM1(4-14)闭合，KM6线圈通电，电动机M1三相绕组接成三角形，串入电阻R低速启动。由于KM1、KM6此时都不能自锁，因此为点动，当松开SB3按钮时，KM1、KM6相继断电，M1断电而停车。反向点动由SB4、KM2和KM6控制。

2) M1电动机正反转控制

M1电动机正反转启动按钮SB1、SB2操作，由中间继电器KA1、KA2及正反转接触器KM1、KM2，并配合接触器KM3、KM6、KM7、KM8来完成M1电动机的可逆运行控制。

M1电动机启动前，主轴变速，进给变速均已完成，即主轴变速与进给变速手柄置于推合位置，此时行程开关SQ1、SQ3被压下，触头SQ1(10-11)、SQ3(5-10)闭合。当选择M1低速运行时，将主轴速度选择手柄置于“低速”挡位，此时经速度选择手柄联动机构使高低速行程开关SQ处于释放状态，其触头SQ(12-13)断开。按下SB1，KA1通电并自锁，触头KA1(11-12)闭合，使KM3通电吸合；触头KM3(5-18)与KA1(15-18)闭合使KM1线圈通电吸合，触头KM1(4-14)闭合又使KM6线圈通电。于是，M1电动机定子绕组接成三角形，接入正相序三相交流电源全电压启动低速正向运行。反向低速启动SB2、KA2、KM3、KM2和KM6的控制过程与正向低速运行类似，此处不再复述。

3) M1电动机高低速的转换控制行程开关SQ是高低速的转换开关，即SQ的状态决定M1是在三角形接线下运行还是在双星形接线下运行。SQ的状态由主轴孔盘变速机构机械控制，高速时SQ被压动，低速时SQ不被压动。下面以正向高速启动为例来说明高低速转换控制过程。将主轴速度选择手柄置于“高速”挡，SQ被压动，触头SQ(12-13)闭合。按下SB1按钮，KA1线圈通电并自锁，相继使KM3、KM1和KM6通电吸合，控制M1电动机低速正向启动运行；在KM3线圈通电的同时KT线圈通电吸合，待KT延时时间到来，触头KT(14-21)断开使KM6线圈断电释放，触头KT(14-23)闭合使KM7、KM8线圈通电吸合，这样使M1定子由三角形接法自动换接成双星形接法，M1自动由低速变高速运行。由此可知，主电动机在高速挡为两级启动控制，以减少电动机高速挡启动时的冲击电流。反向高速挡启动运行是由SB2、KA2、KM3、KT、KM2、KM6、KM7和KM8控制的，其控制过程与正向高速启动运行类似。

4) M1电动机的停车制动控制由SB6停止按钮、KS速度继电器、KM1和KM2组成了正反向反接制动控制电路。下面仍以M1电动机正向运行时的停车反接制动为例加以说明。若M1为正向低速运行，即由按钮SB1操作，则由KA1、KM3、KM1和KM6控制使M1运转。欲停车时，按下停止按钮SB6，使KA1、KA3、KM1和KM6相继断电释放。由于电动机M1正转时速度继电器KS-1(14-19)触头闭合，所以按下SB6后使KM2线圈通电并自锁，使KM6线圈仍通电吸合。此时M1定子绕组仍接成三角形，并串入限流电阻R进行反接制动，当速度降至KS复位时，KS-1(14-19)断开，使KM2和KM6断电释放，反接制动结束。若M1为正向高速运行，即在KA1、KM3、KM1、KM7、KM8的控制下使M1运转，则欲停车时，按下SB6按钮，使KA1、KM3、KM1、KT、KM7、KM8线圈相继断电，于是KM2和KM6通电吸合，此时M1定子绕组接成三角形，并串入不对称电阻R反接制动。

M1电机的反向高速或低速运行时的反接制动与正向的类似，都是M1定子绕组接成三角形接法，串入限流电阻R，由速度继电器控制。

5)主轴及进给变速控制

T68卧式镗床的主轴变速与进给变速可在停车时进行，也可在运行中进行。变速时将变速手柄拉出，转动变速盘，选好速度后，再将变速手柄推回。拉出变速手柄时，相应的变速行程开关不受压；推回变速手柄时，相应的变速行程开关压下。SQ1、SQ2为主轴变速用行程开关。SQ3、SQ4为进给变速用行程开关。

(1)停车变速。由SQ1～SQ4、KT、KM1、KM2和KM6组成主轴和进给变速时的低速脉动控制，以便齿轮顺利啮合。下面以主轴变速为例加以说明。因为进给运动未进行变速，所以进给变速手柄处于推回状态，进给变速开关SQ3、SQ4均为受压状态，触头SQ3(4-14)断开，SQ4(17-15)断开。主轴变速时，拉出主轴变速手柄，主轴变速形成开关SQ1、SQ2不受压，此时触头SQ1(4-14)、SQ2(17-15)由断开状态变为接通状态，使KM1通电并自锁，同时也使KM6通电吸合，则M1串入电阻R低速正向启动。当电动机转速达到140 r/min左右时，KS-1(14-17)常闭触头断开，KS-1(14-19)常开触头闭合，使KM1线圈断电释放，而KM2通电吸合，且KM6仍通电吸合，于是，M1进行反接制动；当转速降到100 r/min时，速度继电器KS释放，触头复原KS-1(14-17)常闭触头由断开变为接通，KS-1(14-19)常开触头由接通变为断开，使KM2断开释放，KM1通电吸合，KM6仍通电吸合，M1又正向低速启动。由上述分析可知，当主轴变速手柄拉出时，M1正向低速启动，而后又制动为缓慢脉动转动，以便于齿轮啮合。当主轴变速完成将主轴变速手柄推回原位时，主轴变速开关SQ1、SQ2压下，使SQ1、SQ2常闭触头断开，SQ1常开触头闭合，则低速脉动转动停止。进给变速时的低速脉动转动与主轴变速时类同，但此时起作用的是进给变速开关SQ3和SQ4。

(2)运行中变速控制。主轴或进给变速可以在停车状态下进行，也可以在运行中进行。下面以M1电动机向高速运行中的主轴变速为例，说明运行中变速的控制过程。

M1电动机在KA1、KM3、KT、KM1、KM7和KM8的控制下高速运行。要进行主轴变速，欲拉出主轴变速手柄，主轴变速开关SQ1、SQ2不再受压，此时SQ1(10-11)触头由接通变为断开，SQ1(4-14)、SQ2(17-15)触头由断开变为接通，则KM3、KT线圈断开释放，KM1断开释放，KM2通电吸合，KM7、KM8断电释放，KM6通电吸合。于是M1定子绕组接为三角形连接，串入限流电阻R进行正向低速反接制动，使M1转速迅速下降，当转速下降到速度继电器KS释放转速时，又由KS控制M1进行正向低速脉动转动，以利于齿轮啮合。待推回主轴变速手柄时，SQ1、SQ2行程开关压下，SQ1常开触头由断开变为接通状态。此时KM3、KT和KM1、KM6通电吸合，M1先正向低速(三角形连接)启动，而后在时间继电器KT的控制下自动转为高速运行。由上述可知，所谓运行中变速，是指机床拖动系统在运行中可拉出变速手柄进行变速，而机床电气控制系统可使电动机接入电气制动，制动后又控制电动机低速脉动旋转，以利于齿轮啮合。待变速完成后，推回变速手柄又能自动启动运转。

6)快速移动控制主轴箱、工作台或主轴的快速移动由快速手柄操作并联动SQ7、SQ8行程开关，控制接触器KM4或KM5，进而控制快速移动电动机M2正反转来实现快速移动。将快速手柄扳在中间位置，SQ7、SQ8均不被压下，M2电动机停转。若将快速手柄扳到正向位置，则SQ7压下，KM4线圈通电吸合，M2正转，使相应部件正向快速移动。反之，若将快速手柄扳到反向位置，则SQ8压下，KM5线圈通电吸合，M2反转，使相应部件获得反向快速移动。

7)联锁保护环节分析

T68卧式镗床电气控制电路具有完善的联锁与保护环节。

(1)主轴箱或工作台与主轴机动进给联锁。为了防止在工作台或主轴箱机动进给时出现将主轴或平旋盘刀具溜板也扳到机动进给的误操作，安装了与工作台、主轴箱进给操作手柄有机械联动的行程开关SQ5，在主轴箱上安装了与主轴进给手柄、平旋盘刀具溜板进给手柄有机械联动的行程开关SQ6。若工作台或主轴的操纵手柄扳在机动进给时，压下SQ5，其常闭触头SQ5(3-4)断开；当主轴或平旋盘刀具溜板进给操作手柄扳在机动进给时，压下SQ6，其常闭触头SQ6(3-4)断开。所以，当这两个进给操作手柄中的任一个扳在机动进给位置时，电动机M1和M2都可启动运行。但若两个进给操作手柄同时扳在机动进给位置，则SQ5、SQ6常闭触头都断开，切断了控制电路电源，电动机M1、M2无法启动，这也就避免了误操作造成事故的危险，实现了联锁保护作用。

(2) M1电动机正反转控制、高低速控制、M2电动机的正反转控制均设有互锁控制环节。

(3)熔断器FU1～FU4实现短路保护；热继电器FR实现M1过载保护；电路采用按钮、接触器或继电器构成的自锁环节，具有欠电压与零电压保护作用。1.3.2用PLC实现T68镗床电路的控制

1．改造方案的确定

(1)原镗床的工艺加工方法不变。

(2)在保留主电路的原有元件的基础上，不改变原控制系统的电气操作方法。

(3)电气控制系统控制元件(包括按钮、行程开关、热继电器、接触器)的作用与原电气线路相同。

(4)主轴和进给启动、制动、低速、高速和变速冲动的操作方法不变。

(5)主电路、照明电路和指示电路同原电路不变，将控制电路的功能改为PLC实现。

2．硬件配置与接线

1)输入/输出点的分配输入/输出设备和PLC的输入/输出端子分配见表1-22。

2) PLC的电气接线图输入/输出设备与PLC的接线如图1-41所示。

3．软件设计

【相关知识6】PLC的相关指令介绍

Ⅰ.主控及主控复位(MC、MCR)指令的使用方法主控及主控复位指令的使用方法如表1-23所示。

MC(MasterControl)：主控指令或公共触点串联连接指令，用于表示主控区的开始。MC指令只能用于输出继电器Y和辅助继电器M(不包括特殊辅助继电器)。表1-22输入/输出设备和PLC的输入/输出端子分配一览表图1-41输入/输出设备与PLC的接线表1-23主控和主控复位指令助记符及功能

MCR(MasterControlReset)：主控指令MC的复位指令，用来表示主控区的结束。在编程时，经常会遇到许多线圈同时受一个或一组触点控制的情况，如果在每个线圈的控制电路中都串入同样的触点，则将占用很多存储单元，主控指令可以解决这一问题。使用主控指令的触点称为主控触点，它在梯形图中与一般的触点垂直。主控触点是控制一组电路的总开关。与主控触点相连的触点必须用LD或LDI指令。换句话说，执行MC指令后，母线移到主控触点的后面去了，MCR使左侧母线(LD点)回到原来的位置。

Ⅱ.指令说明

(1)输入接通时执行MC与MCR之间的指令。输入断开时，跳过主控指令控制的梯形图电路。这时MC/MCR之间的梯形图电路中积算定时器、计数器、置位、复位指令驱动元件保持断开前的状态不变。非积算定时器、OUT指令驱动元件均变成OFF状态。

(2)执行MC指令后，母线移至MC触点以后，返回键必须用MCR。MC与MCR必须成对使用。

(3) MC与MCR只能针对软元件Y、M。使用不同的Y、M元件时，可以多次使用MC指令，但是不能用同一软元件编号，否则就与OUT指令一样成为双线圈输出。

(4)在MC指令内再次使用MC指令时，嵌套级N的编号应顺次增大。

Ⅲ.指令仿真及物理意义在实际的控制中，有时要用一个或一组按键或开关控制许多设备，此指令就是专门解决这类问题而设置的。

【例】无嵌套级主控指令编程实例，如图1-42所示。图1-42中X000的常开触点接通时，执行从MC到MCR之间的指令。MC指令的输入电路X000断开时，不执行上述区间的指令，其中的积算定时器、计数器及用复位／置位(SET/RST)指令驱动的元件保持其当时的状态。其余的元件被复位，非积算定时器和用OUT指令驱动的元件变为OFF。图1-42主控指令应用程序在MC指令区内使用MC指令称为嵌套(见图1-43)。MC和MCR指令中包含嵌套的层数为N0～N7，N0为最高层，N7为最低层。在没有嵌套结构时，通常用N0编程，N0的使用次数没有限制。在有嵌套时，MCR指令将同时复位低的嵌套层，例如指令“