《PLC控制技术》-项目二装调时序逻辑控制电路

【项目需求】工业生产的各个领域，无论是过程控制系统还是电气控制系统。都有大量的开关量和模拟量信号。开关量又称为数字量，如电动机的启停、阀门的开闭、电子元件的置位与复位、按钮及位置检测开关的状态和定时器及计数器的状态等；模拟量又称为连续量，如温度流量、压力和液位等。实现电气控制系统的各种控制功能就要按定的逻辑规则对这些信号进行处理。【项目工作场景】电机在现代工业领域中应用极其广泛，可以说，有电能应用的场合都会有它的身影。与内燃机和蒸汽机相比，电机的运行效率要高得多;并且电能比其他能源传输更方便、费用更廉价，此外电能还具有清洁无污、容易控制等特点。电机有很多种，三相异步电动机由于结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优点，在所有的电动机中应用最为广泛，需求量最大。本项目从三相异步电机的控制入手，设计了三相异步电动机连续运行、正反转、Y—△减压起动等PLC控制电路，通过装调这些控制电路来了解PLC的基本应用，掌握PLC控制电路的设计、编程、调试过程。【方案设计】用PLC对三相异步电动机控制电路进行控制，控制过程主要分为硬件接线和软件程序编写、调试两部分，硬件接线主要是按三相异步电动机控制电路的工作原理进行分析，确定PLC控制的输入输出点，并绘制接线图，按照接线图完成实物接线；软件编程主要是利用PLC编程软件，根据控制要求编写控制程序及程序的下载调试等。【相关知识和技能】1、理解PLC程序设计的方法及基本原则2、掌握西门子S7-200可编程序控制器基本指令的指令格式和使用方法3、理解辅助继电器M的定义、作用、分类以及编号；掌握通用辅助继电器、特殊辅助继电器的元件编号及编程方法。4、理解定时器、计数器的定义、作用、特点、分类以及使用方法。5、了解常用三相交流异步电动机的工作过程、控制方法。6、了解CA6140型车床的工作过程任务1装调三相交流异步电动机运行控制电路【任务目标】1、三相异步电动机连续运行控制线路的设计、绘制、安装、调试与故障排查能力；2、通过实际应用例子的学习，熟悉常用指令；3、整体控制系统的调试、评价能力。【任务分析】要完成本任务，首先需要对PLC的基础知识有一定的了解，掌握PLC的工作原理、组成结构及运行方式等，其次需要了解某一型号PLC的相关知识，掌握其内部资源及接线端子的情况，明确电路连接方法，最后根据控制电路的要求，确定输入/输出点数并合理分配对应至PLC的软元件，绘制出接线图，按照接线图完成PLC控制系统的硬件安装并进行调试。任务1装调三相交流异步电动机运行控制电路【知识准备】1.梯形图语言编程主要特点及格式（1）梯形图按行从上至下编写，每一行从左至右顺序编写（2）梯形图左、右边垂直线分别称为起始母线和终止母线（3）梯形图中的触点有两种，即常开触点和常闭触点，同一标记的触点可以反复使用，次数不限。【知识准备】2.逻辑取及线圈驱动指令（1）LD（Load）：取指令。用于网络块逻辑运算开始的常开触点与母线的连接。（2）LDN（LoadNot）：取反指令。用于网络块逻辑运算开始的常闭触点与母线的连接。（3）=（Out）：线圈驱动指令。任务1装调三相交流异步电动机运行控制电路【知识准备】3.触点串联指令（1）A（And）：与指令。用于单个常开触点的串联连接。（2）AN(AndNot)：与反指令。用于单个常闭触点的串联连接。任务1装调三相交流异步电动机运行控制电路【知识准备】4.触点并联指令（1）O（Or）：或指令。用于单个常开触点的并联连接。（2）ON(OrNot)：或反指令。用于单个常闭触点的并联连接。任务1装调三相交流异步电动机运行控制电路【知识准备】5.串联电路块的并联连接指令两个以上触点串联形成的支路叫串联电路块。OLD（OrLoad）：或块指令。用于串联电路块的并联连接。任务1装调三相交流异步电动机运行控制电路【知识准备】6.并联电路块的串联连接指令两条以上支路并联形成的电路叫并联电路块。ALD（AndLoad）：与块指令。用于并联电路块的串联连接。任务1装调三相交流异步电动机运行控制电路【任务实施】1.分析系统控制要求（1）分析实验所需元件及设备：启动按钮、停止按钮、热继电器、接触器、PLC（2）选择实验元件及设备按钮SB1（绿色）、按钮SB2（红色）、接触器KM、西门子PLC(S7-200系列)（3）明确系统控制要求：给启动信号，电机连续运转；给停止信号，电机停止运转；给过载信号，电机停止运转；任务1装调三相交流异步电动机运行控制电路【任务实施】2.列出PLC控制I/O地址分配表输入功能输出功能I0.0SB1（启动）Q0.0KM（线圈）I0.1SB2（停止）

任务1装调三相交流异步电动机运行控制电路【任务实施】3.画PLC外部接线图4.硬件连接技巧①：分部接线技巧②：先指定每个回路电流的参考方向，顺着回路电流的参考方向接线。5.检查、通电检查接线有无电源短路、漏接、错接，无误后通电。6.编程（1）新建项目；（2）画梯形图；（3）保存项目；（4）编译；（5）下载；（6）运行程序7.系统调试（1）开始程序状态监控，观察梯形图中软元件的状态和能流。（2）打开状态表，观察软元件的值（3）修改和完善程序任务1装调三相交流异步电动机运行控制电路【任务总结】序号考核内容考核要求评分标准配分得分1电路设计1.根据给定的控制要求，列出PLC控制I/O口（输入/输出）元件地址分配表；2.绘制PLC控制I/O口（输入/输出）接线图；3.设计梯形图；1．输入输出地址遗漏或搞错，每处扣3分2．梯形图表达不正确或画法不规范，每处扣3分3．接线图表达不正确或画法不规范，每处扣3分4．指令有错，每条扣5分20

2安装与接线按PLC控制I/O口（输入/输出）接线图在模拟配线板正确安装，元件在配线板上布置要合理，安装要准确紧固，配线导线要紧固、美观1．元件布置不整齐、不合理，每只扣3分2．元件安装不牢固、安装元件时漏装固定螺丝，每只扣3分3．损坏元件扣5分4．布线不美观，每根扣2分5．接点松动、露铜过长、反圈、压绝缘层，标记线号不清楚、遗漏或误标，每处扣2分6．损伤导线绝缘或线心，每根扣2分7．未按PLC控制I/O（输入/输出）接线图接线，每处扣4分30

3程序输入、调试及结果答辩1.熟练操作PLC编程软件，能正确地将所编写的程序下载至PLC2.按照被控设备的动作要求进行模拟调试，达到设计要求3.程序运行结果正确、表述清楚，答辩正确1．不能熟练使用编程软件，扣5分2．不会熟练进行模拟调试，扣10分3．1次试车不成功扣10分，2次试车不成功扣20分4．对运行结果表述不清楚者扣10分30

4工具、仪表使用1.熟练掌握电工常用工具的使用方法和技巧2.熟练使用万用表等仪器表工具使用不当扣5分工具使用不熟练扣3分仪表使用不正确每次扣5分仪表使用不熟练扣3分10

5安全文明生产1.遵守安全生产法规2.遵守实训室使用规定违反安全生产法规或实训室使用规定每项扣3分10

备注

合计100

老师签字年

月

日任务1装调三相交流异步电动机运行控制电路任务2装调三相交流异步电动机正反转控制电路【任务目标】1.三相异步电动机正、反转运行控制线路的设计、绘制、安装、调试与故障排查能力；2.整体控制系统的调试、评价能力。【任务分析】要完成本任务，首先需要对PLC的基础知识有一定的了解，掌握PLC的工作原理、组成结构及运行方式等，其次需要了解某一型号PLC的相关知识，掌握其内部资源及接线端子的情况，明确电路连接方法，最后根据控制电路的要求，确定输入/输出点数并合理分配对应至PLC的软元件，绘制出接线图，按照接线图完成PLC控制系统的硬件安装并进行调试。任务2装调三相交流异步电动机正反转控制电路【知识准备】1.置位和复位指令（1）S，置位指令将位存储区的指定位（位bit）开始的N个同类存储器位置位。用法： S bit, N例： S Q0.0, 1（2）R，复位指令将位存储区的指定位（位bit）开始的N个同类存储器位复位。用法： R bit, N例： R Q0.2, 3任务2装调三相交流异步电动机正反转控制电路【知识准备】2.立即指令立即指令是为了提高PLC对输入/输出的响应速度而设置的，它不受PLC循环扫描工作方式的影响，允许对输入输出点进行快速直接存取。（1）立即触点指令（立即取、取反、或、或反、与、与反）（2）=I，立即输出指令（3）SI，立即置位指令（4）RI，立即复位指令任务2装调三相交流异步电动机正反转控制电路【知识准备】3．脉冲生成指令脉冲生成指令为EU(EdgeUp)、ED(EdgeDown)。任务2装调三相交流异步电动机正反转控制电路【知识准备】4.逻辑堆栈操作指令S7-200系列PLC使用一个9层堆栈来处理所有逻辑操作。堆栈是一组能够存储和取出数据的暂存单元，其特点是“先进后出”。每一次进行入栈操作，新值放入栈顶，栈底值丢失；每一次进行出栈操作，栈顶值弹出，栈底值补进随机数。逻辑堆栈指令主要用来完成对触点进行的复杂连接。(1)栈装载与指令：ALD

(2)栈装载或指令：OLD(3)逻辑入栈指令：LPS(4)逻辑出栈指令：LPP

(5)逻辑读栈指令：LRD任务2装调三相交流异步电动机正反转控制电路【知识准备】4.逻辑堆栈操作指令LPS、LRD、LPP指令使用举例1任务2装调三相交流异步电动机正反转控制电路【知识准备】4.逻辑堆栈操作指令LPS、LRD、LPP指令使用举例2任务2装调三相交流异步电动机正反转控制电路【知识准备】4.逻辑堆栈操作指令LPS、LRD、LPP指令使用举例3任务2装调三相交流异步电动机正反转控制电路【任务实施】1.分析系统控制要求（1）分析实验所需元件及设备：正向启动按钮、反向启动按钮、停止按钮、热继电器、接触器、PLC（2）选择实验元件及设备按钮SBF（绿色）、按钮SBR（绿色）、按钮SBP（红色）、接触器KMF、接触器KMR、热继电器FR、西门子PLC(S7-200系列)（3）明确系统控制要求：①给正向启动信号，电机正向连续运转；②给反向启动信号，电机反向连续运转；③给停止信号，电机停止运转；④给过载信号，电机停止运转；任务2装调三相交流异步电动机正反转控制电路【任务实施】2.画I/O分配表输入功能输出功能I0.0SBF（正转启动）Q0.1KMF（正转接触器）I0.1SBR（反转启动）Q0.2KMR（反转接触器）I0.2SBP（停止）

I0.3FR（热继电器）

任务2装调三相交流异步电动机正反转控制电路【任务实施】3.画PLC外部接线图4.硬件连接5.检查、通电6.编程7.系统调试任务3装调三相交流异步电动机Y/△降压启动控制电路【任务目标】1．掌握PLC定时器的使用方法2．掌握三相异步电动机Y-△降压启动的程序编写的方法3．掌握三相异步电动机Y-降压启动的PLC控制线路安装调试方法【任务分析】由于交流电动机直接启动时电流达到额定值的4～7倍，电动机功率越大，电网电压波动率也越大，对电动机及机械设备的危害也越大。因此对容量较大的电动机采用减压启动来限制启动电流，Y/△降压启动是常见的启动方法，基本控制线路如图所示，它是根据启动过程中的时间变化而利用时间继电器来控制Y/△切换的。【知识准备】1.定时器指令介绍定时器是PLC中最常用的编程元件之一，其功能与继电器控制系统中的时间继电器相同，起到延时的作用。与时间继电器不同的是定时器有无数对常开常闭触点供用户编程使用。其结构主要由一个12位当前值寄存器（用来存储当前值）、一个16位预置值寄存器（用来存储预置值）和1位状态位（反映其触点的状态）组成。S7-200的CPU22X系列的PLC共有256个定时器，均为增量型定时器，用于实现时间控制，定时器编号范围为T0～T255。如果按照工作方式分类，可分成接通延时型定时器（TON）、断开延时型定时器（TOF）、有记忆接通延时型定时器（TONR）3种。如果按照时基分类，又可分为1ms时基、10ms时基和100ms时基3种。定时器的定时精度及编号如表2-3-1所示，定时器指令的格式及功能详见表2-3-2。任务3装调三相交流异步电动机Y/△降压启动控制电路【知识准备】1.定时器指令介绍任务3装调三相交流异步电动机Y/△降压启动控制电路定时器类型精度等级/ms最大当前值/s定时器编号TON/TOF132.767T32，T9610327.67T33～T36，T97～T1001003276.7T37～T63，T101～T255TONR132.767T0，T6410327.67T1～T4，T65～T681003276.7T5～T31，T69～T95类型梯形图语句表指令功能接通延时定时器（On-DelayTimer）TONTxxx，PT使能输入端接通时，当前值从0开始加1计时，当前值等于设定值时，定时器状态位为ON，当前值连续计数到32767。使能输入断开，定时器自动复位，即定时器状态位为OFF，当前值为0。断开延时定时器（OFF-DelayTimer）TOFTxxx，PT使能输入接通时，定时器状态位为ON，当前值清零。当使能输入断开时，定时器当前值从0开始加1计数，当前值等于设定值时，定时器状态位为OFF，并停止计数，当前值保持不变。有记忆接通延时定时器（RetentiveON-DelayTimer）TONRTxxx，PT使能输入接通时，当前值从0开始加1计时。使能输入断开，定时器位和当前值保持不变。使能输入再次接通时，当前值从上次的保持值继续计数，当累计当前值达到设定值时，定时器状态位为ON，当前值连续计数到32767。表2-3-1定时器的定时精度及编号表表2-3-2定时器指令的格式及功能表【知识准备】2.指令说明(1)定时器的时基。定时器有1ms时基、10ms时基和100ms时基3种时基。不同的时基标准，定时精度、定时范围和定时器刷新的方式不同。延时时间＝设定值×时基，时基越大，延时范围就越大，但精度也就越低。(2)定时器的编号。定时器的编号包含两方面信息，即定时器状态位和定时器当前值。(3)定时器的刷新方式。定时器的时基不同，其刷新方式也不同。(4)正确使用定时器。在PLC的应用中，经常使用定时器的自复位功能，即利用定时器自己的动断触点使定时器复位。这里需要注意，要使用定时器的自复位功能，必须考虑定时器的刷新方式。一般情况下，100ms时基的定时器常采用自复位逻辑，而1ms和10ms时基的定时器不可采用自复位逻辑。任务3装调三相交流异步电动机Y/△降压启动控制电路【知识准备】3.应用举例（1）通电延时定时器应用实例。（2）断电延时定时器应用实例。（3）有记忆接通延时定时器应用实例。任务3装调三相交流异步电动机Y/△降压启动控制电路【任务实施】1.控制要求Y-Δ降压启动控制电路的主电路和时序图如图所示，图（a）为主电路图，图（b）为Y-Δ降压启动控制电路的时序图。要求按下启动按钮SB2时，KM3接通，后KM1接通，定时器计时，电动机星形启动，经过时间T1，KM3断开，KM2接通，电动机处于三角形运行，按下停止按钮SB1，KM1、KM2断开，电动机停止。任务3装调三相交流异步电动机Y/△降压启动控制电路【任务实施】2.PLC的选型系统有启动、停止、热继电器三个输入，均为开关量。该系统中有输出信号3个，其中KM1为电源接触器，KM2为三角形接触器，KM3为星形接触器。所以控制系统可选用CPU224AC/DC/RLY，14个输入点、10个输出点，满足控制要求，而且还有一定的余量。3、Y-Δ降压启动控制电路PLC控制的I/O分配任务3装调三相交流异步电动机Y/△降压启动控制电路输入信号输出信号名称符号地址名称符号地址停止按钮SB1I0.0电机电源接触器KM1Q0.0启动按钮SB2I0.1Y型运行接触器KM2Q0.1热继电器FRI0.2Δ型运行接触器KM3Q0.2【任务实施】4.Y-Δ降压启动PLC控制电路硬件接线图用PLC进行控制的Y-Δ降压启动控制电路接线图如图所示，由于KM2和KM3不允许同时接通，所以接了电气互锁。任务3装调三相交流异步电动机Y/△降压启动控制电路【任务实施】5.程序设计Y-Δ降压启动控制电路PLC控制梯形图及指令语句表如图所示。6.线路安装线路安装按照先主后辅，而且一定要套线号。线路安装完后用电阻法检查是否有短路性故障。7.通电试车

线路安装检查完后，用PPI电缆计算机与PLC进行连接，将程序下载到PLC，运行试车，如有问题，检查排除故障。任务3装调三相交流异步电动机Y/△降压启动控制电路任务4装调传送带驱动电机控制电路【任务目标】1．了解传送带控制装置的工作过程及控制方式；2．掌握传送带驱动电机控制电路的程序编写的方法3．掌握传送带驱动电机控制电路的PLC控制线路安装调试方法【任务分析】如图2-4-1所示为一种典型的传送带控制装置，其工作过程为：按下启动按钮（I0.0=1），运货车到位（I0.2=1），传送带（由Q0.0控制）开始传送工件。件数检测仪在没有工件通过时，I0.1=1；当有工件经过时，I0.1=0。当件数检测仪检测到3个工件时，推板机（由Q0.1控制）推动工件到运货车，此时传送带停止传送。当工件推到运货车上后（行程可以由时间控制）推板机返回，计数器复位，准备重新计数。只有当下一辆运货车到位，并且按下启动按钮后，传送带和推板机才能重新开始工作。【知识准备】1.计数器指令的格式及功能计数器指令用来累计输入脉冲的数量。S7-200的普通计数器有3种：增计数器CTU、减计数器CTD和增减计数器CTUD，共计256个，可根据实际编程的需要，选择不同类型的计数器指令。这些计数器指令的编号范围是C0～C255，每个计数器编号只能使用一次。计数器指令的格式如表所示。任务4装调传送带驱动电机控制电路类型梯形图LAD语句表增计数器CTU（CounterUp）CTUCxxx，PV减计数器CTD（CounterDown）CTDCxxx，PV增/减计数器CTUD（CounterUp/Down）CTUDCxxx，PV【知识准备】2.指令说明(1)增计数器指令中，CU为加计数脉冲输入端，R为复位输入端，PV为设定值输入端。当加计数脉冲输入端（CU）有一个计数脉冲的上升沿（由OFF到ON）信号时，增计数器被启动，计数值加1，计数器作递增计数，计数至最大值32767时停止计数。当计数器的当前值等于或大于设定值（PV）时，该计数器位被置位（ON）。复位输入端（R）有效时，计数器被复位，计数器位为0，并且当前值被清零。也可用复位指令（R）复位计数器。(2)减计数器指令中，CD为减计数脉冲输入端，LD为装载端，PV为设定值输入端。当减计数脉冲输入端（CD）有一个计数脉冲的上升沿（由OFF到ON）信号时，减计数器被启动，计数器当前值从设定值开始减1计数，当前值减到0时，计数器状态位被置位（ON），复位输入端（R）有效时，计数器状态位被复位，计数器当前值为设定值。也可用复位指令（R）复位计数器。(3)增/减计数器指令中，CU为加计数脉冲输入端，CD为减计数脉冲输入端，R为复位输入端，PV为设定值输入端。执行增/减计数器指令时，只要当前值不小于设定值（PV）时，计数状态位被置位（ON），否则被复位（OFF）。复位输入（R）有效或执行复位指令时，计数器状态位复位且当前值清零。达到当前值最大值32767后，下一个CU输入上升沿将是计数值变为最小值（-32768）。同样达到最小值（-32768）后，下一个CD输入上升沿将使计数值变为最大值（32767）。任务4装调传送带驱动电机控制电路【知识准备】3.计数器指令的应用任务4装调传送带驱动电机控制电路（2）递减计数器应用示例（3）增/减计数器应用示例（1）递增计数器应用示例【知识准备】4.定时器指令和计数器指令的应用扩展(1)PLC延时范围的扩展。任务4装调传送带驱动电机控制电路①定时器的串级组合②定时器与计数器的串级组合【任务实施】1．根据控制要求分析输入信号与被控信号，列出PLC的I/O分配表如表所示。任务4装调传送带驱动电机控制电路输入量输出量启动按钮SB1I0.0传送带电机接触器KM1Q0.0件数检测仪SQ1I0.1推板机电机接触器KM2Q0.1运货车检测SQ2I0.2

【任务实施】2．根据PLC的I/O分配表确定的I/O数量，确定控制电路选用西门子S7-200CPU224AC/DC/RLYPLC，并绘制I/O硬件接线图，如图所示。任务4装调传送带驱动电机控制电路【任务实施】3.设计梯形图程序，如图所示。4．线路安装线路安装按照先主后辅，而且一定要套线号。线路安装完后用电阻法检查是否有短路性故障。5．通电试车 线路安装检查完后，用PPI电缆计算机与PLC进行连接，将程序下载到PLC