可编程控制器技术（第三版）课件 任务三 PLC实现电动机启停控制

可编程控制器技术(第三版)——任务三PLC实现电动机启停控制主编何琼任务三PLC实现电动机启停控制任务目标任务描述任务实施任务检查与评价知识链接巩固与拓展

任务目标（1）掌握电动机的点动和连续控制电路。（2）掌握PLC在对象控制时，I/O点的确定，能实际正确接线。（3）熟悉PLC软元件的应用，并掌握PLC的扫描工作过程。任务描述

任务内容图3-1所示为继电器接触器实现电动机启停的控制电路图，现要求采用PLC来实现电动机的启停控制。图3-1电动机启停的控制电路图任务描述实施条件校内教学做一体化教室，PLC实训装置（含FX3U-48MR

PLC基本单元)，个人计算机（可以上网），电工常用工具若干，连接导线。任务实施步骤一

准备工作。步骤二读懂电动机启停控制的电气线路图。

图3-1电动机启停的控制电路图任务实施几点说明：

（1）自锁触头：放开按钮SB2，接触器线圈失电，在起动按钮SB2两端并联接触器KM的辅助常开触头，以保证起动后，放开按钮SB2，接触器线圈仍处于通电状态。这种自身触头的动闭保证自身线圈不失电的控制称为自锁控制，该触头称为自锁触头。（2）短路和过载保护

:电路中安装熔断器和热继电器，具有短路和过载保护的功能。接触器自身具有欠压保护作用，接触器与按钮配合使用，当突然断电时，自锁触头动断，故再次来电时，电动机不会自行起动工作。该电路还具有欠压和失压保护的功能。任务实施步骤三设计PLC控制I/O分配表

PLC输入输出点I/O的分配情况如表3-1所示。类别元件I/O点编号备注输入SB1X0停止按钮SB2X1启动按钮FRX2热继电器常开触点输出KMY0接触器表3-1输入输出I/O点分配表任务实施步骤四画出I/O硬件接线图图3-2

PLC实现电动机启停控制I/O硬件接线图

请同学们思考并比较一下两种控制的区别。编好的程序已写入到PLC内部去了任务实施（1）在PLC的外接触点中，大部分按钮触点均使用常开触点，少数如（急停按钮和过载保护触点）使用常闭触点，有关外接常闭触点的使用，在后面单元中具体介绍。（2）PLC输出端子允许的额定电压为220V，因此需要将原线路图中接触器的线圈电压由380V改为220V，以适应PLC的输出端子需要。任务实施步骤五设计任务程序步骤六下载程序。步骤七运行程序，整体调试。步骤八整理技术文件。图3-3电动机启停控制梯形图任务检查与评价知识链接一、继电器控制电路移植法

用PLC改造继电器控制系统时，继电器电路图与梯形图在表示方法和分析方法上有很多相似之处，因此可以根据继电器电路图设计梯形图，即将继电器电路转换为具有相同功能的PLC外部接线硬件接线图和梯形图，这就是继电器控制电路移植法设计梯形图。知识链接继电器控制电路移植法设计梯形图设计步骤：1.了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图的分析，掌握控制系统的工作原理。

2.确定PLC的输入信号和输出负载，画出I/O分配表和PLC外部接线图。3.确定与继电器电路图的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的辅助继电器M和定时器T的元件号。

4.根据上述对应关系画出梯形图。5.根据被控设备的工艺过程、机械的动作情况以及梯形图编程的基本规则，优化梯形图并写出对应的指令表程序知识链接二、继电器控制电路与梯形图知识链接表3-3继电器电路符号与梯形图符号对照表符号名称继电器电路符号梯形图符号常开触点常闭触点

线圈部分手工绘制的常见形式知识链接（1）梯形图是按从上到下的顺序绘制，两侧的竖线类似于继电器电路图的电源线，通常称作母线（有的时候只画左母线）。两母线之间是内部继电器常开、常闭触点以及继电器线圈或功能指令组成的一条条平行的逻辑行（或称梯级），每个逻辑行必须以触点与左母线连接开始，以线圈或功能指令与右母线连接结束。（2）继电器电路图中的左、右母线为电源线，中间各支路都加有电压，当支路接通时，有电流流过支路上的触点与线圈。而梯形图的左、右母线并未加电压，梯形图中的支路接通时，并没有真正的电流流动，只是为分析方便的一种假想的“电流”，且只能从左向右流动。知识链接（3）梯形图中使用的各种器件（即软元件），如输入继电器、输出继电器、定时器、计数器等，是按照继电器电路图中相应的名称称呼的，并不是真实的电器器件（即硬件继电器）。梯形图中的每个触点和线圈均与PLC存储器中元件映像寄存器的一个存储单元相对应，若该存储单元为“1”，则表示常开触点闭合（即常闭触点断开）和线圈通电；若为“0”，则表示常开触点断开（即常闭触点闭合）和线圈断电。（4）梯形图中输入继电器的状态唯一地取决于对应输入电路中输入信号的通断状态，与程序的执行无关。因此，在梯形图中输入继电器不能被程序驱动，即不能出现输入继电器的线圈。（5）梯形图中辅助继电器相当于继电器电路图中的中间继电器，是用来保存运算的中间结果的，不对外驱动外部负载，外部负载只能由输出继电器来驱动。知识链接（6）梯形图中各软元件的触点既可常开，又可常闭，其常开、常闭触点的数量是无限的（也不会损坏），梯形图程序设计时需要多少就使用多少，但PLC输入、输出继电器的硬触点是有限的，需要合理分配使用。（7）继电器控制线路中，当电源接通时，线路中各继电器都处于受制状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不应吸合的继电器都因受某种条件限制不能吸合；而在梯形图的控制线路中，图中各软继电器处于周期性循环扫描控制中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序中控制这些继电器的顺序。（8）梯形图修改方便，适应性强。继电器控制电路一旦构成，其功能单一，修改困难。知识链接

编程元件是可编程控制器内部设置的具有各种功能的、能方便地执行控制过程逻辑关系的元器件。例如，输入继电器X、输出继电器Y、定时器T、计数器C、辅助继电器M、状态继电器S、数据寄存器D、变址寄存器V/Z等。这些都并非实际的物理元件，是PLC的“软元件”，对应的是计算机的存储单元。

三菱FX2N系列PLC的编程元件的名称由两部分组成：前面是代表元件性质类型的英文字母，后面是代表元件序号的数字，以区别同一类元件的不同个体

。三、PLC软元件X,Y,M知识链接图3-4PLC控制系统示意图

知识链接1.输入继电器XFX系列PLC的输入继电器采用八进制编号。FX2N系列PLC的输入继电器分配区间为X000～X267，共184点，FX3U系列PLC的输入继电器分配区间为X000～X367，共248点。输入继电器是PLC接收外部开关信号的元件。注意：输入继电器只能由外部信号驱动，而不能用程序或内部指令驱动。知识链接

在PLC的所有程序中基本上都用到输入继电器和输出继电器。其中，输入继电器用来表示一个任务的条件和要求。根据任务的复杂程度，条件的多少，合理安排输入继电器的数量，为实现整个案例提供基本保证。通常，一个输入继电器对应一个条件，各个输入继电器之间相互独立。在梯形图中，输入继电器X只有常开、常闭触点的形式，不会出现线圈。在梯形图中，输入继电器有无限多个的常开触点和常闭触点，可以多次使用。知识链接2.输出继电器Y输出继电器是PLC用来传递信号到外部负载负载的元件，每个输出继电器有一个外部输出的常开触点。FX系列PLC的输出继电器采用八进制编号。FX2N系列PLC的输出继电器分配区间为X000～X267，共184点，FX3U系列PLC的输入继电器分配区间为X000～X367，共248点。FX3UPLC输入继电器和输出继电器的总点数不超过384点。FX2NPLC的总点数不超过256点。知识链接

输出继电器与PLC的输出端子相连，是PLC向外部负载发送信号的窗口。PLC的一个输出端口对应一个输出继电器，PLC通过它驱动输出负载或下一级电路，它反映了PLC程序执行的结果。输出继电器具有线圈和常开、常闭触点三种形式，线圈表示程序运行的结果或要完成的任务。另外，输出继电器的状态是随机的，没有掉电保持功能。知识链接

辅助继电器是PLC的一种典型的机内软元件，它不能直接接收外部的输入信号，也不能直接驱动外部负载。它在PLC中的作用相当于继电接触器控制系统中的中间继电器。辅助继电器主要有以下三种类型：

辅助继电器M

通用型辅助继电器

掉电保持型辅助继电器

特殊辅助继电器3.辅助继电器M知识链接

（1）一般型辅助继电器

一般型辅助继电器的主要用途是信号传递和放大，实现多路同时控制，起到中间转换的作用。它具有线圈和触点两种形式，与输出继电器相似，其线圈只能由程序驱动，其触点是内部触点。FX3U系列PLC的一般型辅助继电器的分配区间为M0～M499，共500点。

（2）掉电保持型辅助继电器

掉电保持型辅助继电器具有记忆功能，即PLC外部电源停电后，由机器内部锂电池为某些特殊工作单元供电，将掉电保持型辅助继电器在停电舱的状态保存下来，PLC再通电时，这些辅助继电器的状态与停电前一样。FX3U系列PLC的掉电保持型辅助继电器的分配区间为M500～M7679，共7180点。知识链接

FX3U系列PLC为M500～M7679，共7180点，其中M500～M1023区间可以通过参数单元设置为一般辅助继电器。此程序中，M500具有掉电保持功能

。即使停电后再来电，Y000仍为接通状态。

。知识链接（3）特殊辅助继电器M8000-M8255(256点)

①触点利用型这种辅助继电器在用户程序中只使用其触点，不能出现它们的线圈(线圈由PLC自行驱动)，这类元件常用作时基、状态标志或专用控制出现在程序中。如：

M8000：PLC运行标志

M8002：初始脉冲

M8005：锂电池电压降低指示

M8011～M8014：10ms，100ms，1s和1min时钟脉冲。

触点利用型示意图如下图所示。知识链接

②

线圈利用型由用户程序驱动其线圈，使PLC执行特定的操作，用户不使用它们的触点。如：

M8030的线圈通电后，“电池电压降低”发光二级管熄灭

M8033的线圈通电时，PLC进入STOP状态后，所有输出继电器的状态保持不变

M8034的线圈通电时，禁止所有输出

M8039的线圈通电时，PLC以D8039中指定的扫描时间工作知识链接

四、LD、LDI和OUT

基本逻辑指令是PLC最基础的编程语言，掌握了基本逻辑指令也就初步掌握了PLC的使用方法。由于PLC生产厂家多，其梯形图的形式有所不同，指令系统也不一样。本教材以三菱FX系列PLC的基本逻辑指令为例，在不同的学习情境中，说明指令的含义、梯形图与指令的对应关系。

LD，取指令，表示一个与输入母线相连的常开接点指令，即常开接点逻辑运算起始。

LDI，取反指令，表示一个与输入母线相连的常闭接点指令，即常闭接点逻辑运算起始。

OUT，线圈驱动指令，也叫输出指令。知识链接梯形图指令表知识链接OUT指令的连续输出

OUT指令使用后，通过对其他线圈使用OUT指令称为连续输出。知识链接

实例一：门铃电路控制要求：按下门铃按钮X0，门铃Y0就发出音乐声。

在工业控制中，这种工作方式也叫“点动”。在机床加工时的对刀、移动设备时的定位，“点动”这项功能经常要用到。知识链接

实例二：水位自动控制

控制要求：水位自动控制在生产、生活中应用很广泛。控制水位的目的是为了防止水位过高而溢出。水位控制器通常是一只传感器，在未到预定水位，传感器的开关是闭合的，电路接通，水泵工作；当水位到达预定位置时，在传感器断开，水泵失电停止工作。传感器开关X1，水泵电动机Y1。知识链接五、AND、ANIAND，与指令，用于单个常开触点的串联。ANI，与非指令，用于单个常闭触点的串联。梯形图指令表知识链接

实例一：带两个钥匙的安全锁控制要求：为了安全起见，有些自动柜是必须由带两个带锁的开关同时闭合后才能开启。X1、X2分别代表两个带锁的开关触点；Y0是开启自动门的电动机。知识链接

实例二：与热继电器动断触点串联，具有过载保护功能控制要求：X1是启动电动机的开关，X0是热继电器的触点；Y1是电动机。而当电动机过载时，X0动作，电动机自动停止。知识链接六OR、ORIOR，或指令，用于单个常开触点的并联。ORI，或非指令，用于单个常闭触点的并联。梯形图指令表知识链接

实例一：简单的带自锁的电路控制要求：带自锁的电路又称为“启保停”电路，启动、停止、保持功能。知识链接在单人管理公共汽车上设有下车用的按钮SB1、SB2、SB3。当乘客要下车时，只要按下任何一个按钮，就会使驾驶室旁的指示灯SL亮，司机就会停车，事后司机再按下复位按钮SB4使指示灯熄灭。试设计满足这样条件的梯形图。知识链接SB1:X1SB2:X2SB3:X3SB4:X4SL:Y1参考程序：知识链接七、运行控制的实现程序执行阶段内部处理阶段通信操作阶段输入处理阶段输出处理阶段：运行模式RUN停止模式STOP：循环扫描方式：PLC工作原理分析知识链接

RUN内部处理阶段通信操作阶段输入处理阶

段程序执行阶段输出处

理阶

段

内部处理

通信操作

STOPPLC的工作模式运行RUN模式停止STOP模式PLC的工作方式循环扫描方式：知识链接(1)内部处理阶段：检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器，以及完成一些其它内部工作。

(2)通信操作阶段在此阶段，PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等。

PLC的扫描工作过程分析知识链接(3)输入处理阶段也叫输入采样阶段。CPU顺序读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。(4)程序执行阶段按先上后下、先左后右的顺序（跳转指令除外），对梯形图程序进行逐句扫描并根据各映像寄存器中的结果进行逻辑运算，运算结果再存入有关的映像寄存器中。(5)输出处理阶段将所有输出映象寄存器中的Y寄存器的状态，转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。

PLC的工作过程

知识链接图3-11PLC执行程序的过程知识链接

（1）循环扫描的工作方式是PLC的一大特点