可編程控制器技術(第三版)——任務三PLC實現電動機啟停控制主編何瓊任務三PLC實現電動機啟停控制任務目標任務描述任務實施任務檢查與評價知識鏈接鞏固與拓展

任務目標（1）掌握電動機的點動和連續控制電路。（2）掌握PLC在對象控制時，I/O點的確定，能實際正確接線。（3）熟悉PLC軟元件的應用，并掌握PLC的掃描工作過程。任務描述

任務內容圖3-1所示為繼電器接觸器實現電動機啟停的控制電路圖，現要求采用PLC來實現電動機的啟停控制。圖3-1電動機啟停的控制電路圖任務描述實施條件校內教學做一體化教室，PLC實訓裝置（含FX3U-48MR

PLC基本單元)，個人計算機（可以上網），電工常用工具若干，連接導線。任務實施步驟一

準備工作。步驟二讀懂電動機啟停控制的電氣線路圖。

圖3-1電動機啟停的控制電路圖任務實施幾點說明：

（1）自鎖觸頭：放開按鈕SB2，接觸器線圈失電，在起動按鈕SB2兩端并聯接觸器KM的輔助常開觸頭，以保證起動后，放開按鈕SB2，接觸器線圈仍處于通電狀態。這種自身觸頭的動閉保證自身線圈不失電的控制稱為自鎖控制，該觸頭稱為自鎖觸頭。（2）短路和過載保護

:電路中安裝熔斷器和熱繼電器，具有短路和過載保護的功能。接觸器自身具有欠壓保護作用，接觸器與按鈕配合使用，當突然斷電時，自鎖觸頭動斷，故再次來電時，電動機不會自行起動工作。該電路還具有欠壓和失壓保護的功能。任務實施步驟三設計PLC控制I/O分配表

PLC輸入輸出點I/O的分配情況如表3-1所示。類別元件I/O點編號備注輸入SB1X0停止按鈕SB2X1啟動按鈕FRX2熱繼電器常開觸點輸出KMY0接觸器表3-1輸入輸出I/O點分配表任務實施步驟四畫出I/O硬件接線圖圖3-2

PLC實現電動機啟停控制I/O硬件接線圖

請同學們思考并比較一下兩種控制的區別。編好的程序已寫入到PLC內部去了任務實施（1）在PLC的外接觸點中，大部分按鈕觸點均使用常開觸點，少數如（急停按鈕和過載保護觸點）使用常閉觸點，有關外接常閉觸點的使用，在后面單元中具體介紹。（2）PLC輸出端子允許的額定電壓為220V，因此需要將原線路圖中接觸器的線圈電壓由380V改為220V，以適應PLC的輸出端子需要。任務實施步驟五設計任務程序步驟六下載程序。步驟七運行程序，整體調試。步驟八整理技術文件。圖3-3電動機啟停控制梯形圖任務檢查與評價知識鏈接一、繼電器控制電路移植法

用PLC改造繼電器控制系統時，繼電器電路圖與梯形圖在表示方法和分析方法上有很多相似之處，因此可以根據繼電器電路圖設計梯形圖，即將繼電器電路轉換為具有相同功能的PLC外部接線硬件接線圖和梯形圖，這就是繼電器控制電路移植法設計梯形圖。知識鏈接繼電器控制電路移植法設計梯形圖設計步驟：1.了解和熟悉被控設備的工藝過程和機械的動作情況，根據繼電器電路圖的分析，掌握控制系統的工作原理。

2.確定PLC的輸入信號和輸出負載，畫出I/O分配表和PLC外部接線圖。3.確定與繼電器電路圖的中間繼電器、時間繼電器對應的梯形圖中的輔助繼電器M和定時器T的元件號。

4.根據上述對應關系畫出梯形圖。5.根據被控設備的工藝過程、機械的動作情況以及梯形圖編程的基本規則，優化梯形圖并寫出對應的指令表程序知識鏈接二、繼電器控制電路與梯形圖知識鏈接表3-3繼電器電路符號與梯形圖符號對照表符號名稱繼電器電路符號梯形圖符號常開觸點常閉觸點

線圈部分手工繪制的常見形式知識鏈接（1）梯形圖是按從上到下的順序繪制，兩側的豎線類似于繼電器電路圖的電源線，通常稱作母線（有的時候只畫左母線）。兩母線之間是內部繼電器常開、常閉觸點以及繼電器線圈或功能指令組成的一條條平行的邏輯行（或稱梯級），每個邏輯行必須以觸點與左母線連接開始，以線圈或功能指令與右母線連接結束。（2）繼電器電路圖中的左、右母線為電源線，中間各支路都加有電壓，當支路接通時，有電流流過支路上的觸點與線圈。而梯形圖的左、右母線并未加電壓，梯形圖中的支路接通時，并沒有真正的電流流動，只是為分析方便的一種假想的“電流”，且只能從左向右流動。知識鏈接（3）梯形圖中使用的各種器件（即軟元件），如輸入繼電器、輸出繼電器、定時器、計數器等，是按照繼電器電路圖中相應的名稱稱呼的，并不是真實的電器器件（即硬件繼電器）。梯形圖中的每個觸點和線圈均與PLC存儲器中元件映像寄存器的一個存儲單元相對應，若該存儲單元為“1”，則表示常開觸點閉合（即常閉觸點斷開）和線圈通電；若為“0”，則表示常開觸點斷開（即常閉觸點閉合）和線圈斷電。（4）梯形圖中輸入繼電器的狀態唯一地取決于對應輸入電路中輸入信號的通斷狀態，與程序的執行無關。因此，在梯形圖中輸入繼電器不能被程序驅動，即不能出現輸入繼電器的線圈。（5）梯形圖中輔助繼電器相當于繼電器電路圖中的中間繼電器，是用來保存運算的中間結果的，不對外驅動外部負載，外部負載只能由輸出繼電器來驅動。知識鏈接（6）梯形圖中各軟元件的觸點既可常開，又可常閉，其常開、常閉觸點的數量是無限的（也不會損壞），梯形圖程序設計時需要多少就使用多少，但PLC輸入、輸出繼電器的硬觸點是有限的，需要合理分配使用。（7）繼電器控制線路中，當電源接通時，線路中各繼電器都處于受制狀態，即該吸合的繼電器都同時吸合，不應吸合的繼電器都因受某種條件限制不能吸合；而在梯形圖的控制線路中，圖中各軟繼電器處于周期性循環掃描控制中，受同一條件制約的各個繼電器的動作次序決定于程序中控制這些繼電器的順序。（8）梯形圖修改方便，適應性強。繼電器控制電路一旦構成，其功能單一，修改困難。知識鏈接

編程元件是可編程控制器內部設置的具有各種功能的、能方便地執行控制過程邏輯關系的元器件。例如，輸入繼電器X、輸出繼電器Y、定時器T、計數器C、輔助繼電器M、狀態繼電器S、數據寄存器D、變址寄存器V/Z等。這些都并非實際的物理元件，是PLC的“軟元件”，對應的是計算機的存儲單元。

三菱FX2N系列PLC的編程元件的名稱由兩部分組成：前面是代表元件性質類型的英文字母，后面是代表元件序號的數字，以區別同一類元件的不同個體

。三、PLC軟元件X,Y,M知識鏈接圖3-4PLC控制系統示意圖

知識鏈接1.輸入繼電器XFX系列PLC的輸入繼電器采用八進制編號。FX2N系列PLC的輸入繼電器分配區間為X000～X267，共184點，FX3U系列PLC的輸入繼電器分配區間為X000～X367，共248點。輸入繼電器是PLC接收外部開關信號的元件。注意：輸入繼電器只能由外部信號驅動，而不能用程序或內部指令驅動。知識鏈接

在PLC的所有程序中基本上都用到輸入繼電器和輸出繼電器。其中，輸入繼電器用來表示一個任務的條件和要求。根據任務的復雜程度，條件的多少，合理安排輸入繼電器的數量，為實現整個案例提供基本保證。通常，一個輸入繼電器對應一個條件，各個輸入繼電器之間相互獨立。在梯形圖中，輸入繼電器X只有常開、常閉觸點的形式，不會出現線圈。在梯形圖中，輸入繼電器有無限多個的常開觸點和常閉觸點，可以多次使用。知識鏈接2.輸出繼電器Y輸出繼電器是PLC用來傳遞信號到外部負載負載的元件，每個輸出繼電器有一個外部輸出的常開觸點。FX系列PLC的輸出繼電器采用八進制編號。FX2N系列PLC的輸出繼電器分配區間為X000～X267，共184點，FX3U系列PLC的輸入繼電器分配區間為X000～X367，共248點。FX3UPLC輸入繼電器和輸出繼電器的總點數不超過384點。FX2NPLC的總點數不超過256點。知識鏈接

輸出繼電器與PLC的輸出端子相連，是PLC向外部負載發送信號的窗口。PLC的一個輸出端口對應一個輸出繼電器，PLC通過它驅動輸出負載或下一級電路，它反映了PLC程序執行的結果。輸出繼電器具有線圈和常開、常閉觸點三種形式，線圈表示程序運行的結果或要完成的任務。另外，輸出繼電器的狀態是隨機的，沒有掉電保持功能。知識鏈接

輔助繼電器是PLC的一種典型的機內軟元件，它不能直接接收外部的輸入信號，也不能直接驅動外部負載。它在PLC中的作用相當于繼電接觸器控制系統中的中間繼電器。輔助繼電器主要有以下三種類型：

輔助繼電器M

通用型輔助繼電器

掉電保持型輔助繼電器

特殊輔助繼電器3.輔助繼電器M知識鏈接

（1）一般型輔助繼電器

一般型輔助繼電器的主要用途是信號傳遞和放大，實現多路同時控制，起到中間轉換的作用。它具有線圈和觸點兩種形式，與輸出繼電器相似，其線圈只能由程序驅動，其觸點是內部觸點。FX3U系列PLC的一般型輔助繼電器的分配區間為M0～M499，共500點。

（2）掉電保持型輔助繼電器

掉電保持型輔助繼電器具有記憶功能，即PLC外部電源停電后，由機器內部鋰電池為某些特殊工作單元供電，將掉電保持型輔助繼電器在停電艙的狀態保存下來，PLC再通電時，這些輔助繼電器的狀態與停電前一樣。FX3U系列PLC的掉電保持型輔助繼電器的分配區間為M500～M7679，共7180點。知識鏈接

FX3U系列PLC為M500～M7679，共7180點，其中M500～M1023區間可以通過參數單元設置為一般輔助繼電器。此程序中，M500具有掉電保持功能

。即使停電后再來電，Y000仍為接通狀態。

。知識鏈接（3）特殊輔助繼電器M8000-M8255(256點)

①觸點利用型這種輔助繼電器在用戶程序中只使用其觸點，不能出現它們的線圈(線圈由PLC自行驅動)，這類元件常用作時基、狀態標志或專用控制出現在程序中。如：

M8000：PLC運行標志

M8002：初始脈沖

M8005：鋰電池電壓降低指示

M8011～M8014：10ms，100ms，1s和1min時鐘脈沖。

觸點利用型示意圖如下圖所示。知識鏈接

②

線圈利用型由用戶程序驅動其線圈，使PLC執行特定的操作，用戶不使用它們的觸點。如：

M8030的線圈通電后，“電池電壓降低”發光二級管熄滅

M8033的線圈通電時，PLC進入STOP狀態后，所有輸出繼電器的狀態保持不變

M8034的線圈通電時，禁止所有輸出

M8039的線圈通電時，PLC以D8039中指定的掃描時間工作知識鏈接

四、LD、LDI和OUT

基本邏輯指令是PLC最基礎的編程語言，掌握了基本邏輯指令也就初步掌握了PLC的使用方法。由于PLC生產廠家多，其梯形圖的形式有所不同，指令系統也不一樣。本教材以三菱FX系列PLC的基本邏輯指令為例，在不同的學習情境中，說明指令的含義、梯形圖與指令的對應關系。

LD，取指令，表示一個與輸入母線相連的常開接點指令，即常開接點邏輯運算起始。

LDI，取反指令，表示一個與輸入母線相連的常閉接點指令，即常閉接點邏輯運算起始。

OUT，線圈驅動指令，也叫輸出指令。知識鏈接梯形圖指令表知識鏈接OUT指令的連續輸出

OUT指令使用后，通過對其他線圈使用OUT指令稱為連續輸出。知識鏈接

實例一：門鈴電路控制要求：按下門鈴按鈕X0，門鈴Y0就發出音樂聲。

在工業控制中，這種工作方式也叫“點動”。在機床加工時的對刀、移動設備時的定位，“點動”這項功能經常要用到。知識鏈接

實例二：水位自動控制

控制要求：水位自動控制在生產、生活中應用很廣泛。控制水位的目的是為了防止水位過高而溢出。水位控制器通常是一只傳感器，在未到預定水位，傳感器的開關是閉合的，電路接通，水泵工作；當水位到達預定位置時，在傳感器斷開，水泵失電停止工作。傳感器開關X1，水泵電動機Y1。知識鏈接五、AND、ANIAND，與指令，用于單個常開觸點的串聯。ANI，與非指令，用于單個常閉觸點的串聯。梯形圖指令表知識鏈接

實例一：帶兩個鑰匙的安全鎖控制要求：為了安全起見，有些自動柜是必須由帶兩個帶鎖的開關同時閉合后才能開啟。X1、X2分別代表兩個帶鎖的開關觸點；Y0是開啟自動門的電動機。知識鏈接

實例二：與熱繼電器動斷觸點串聯，具有過載保護功能控制要求：X1是啟動電動機的開關，X0是熱繼電器的觸點；Y1是電動機。而當電動機過載時，X0動作，電動機自動停止。知識鏈接六OR、ORIOR，或指令，用于單個常開觸點的并聯。ORI，或非指令，用于單個常閉觸點的并聯。梯形圖指令表知識鏈接

實例一：簡單的帶自鎖的電路控制要求：帶自鎖的電路又稱為“啟保停”電路，啟動、停止、保持功能。知識鏈接在單人管理公共汽車上設有下車用的按鈕SB1、SB2、SB3。當乘客要下車時，只要按下任何一個按鈕，就會使駕駛室旁的指示燈SL亮，司機就會停車，事后司機再按下復位按鈕SB4使指示燈熄滅。試設計滿足這樣條件的梯形圖。知識鏈接SB1:X1SB2:X2SB3:X3SB4:X4SL:Y1參考程序：知識鏈接七、運行控制的實現程序執行階段內部處理階段通信操作階段輸入處理階段輸出處理階段：運行模式RUN停止模式STOP：循環掃描方式：PLC工作原理分析知識鏈接

RUN內部處理階段通信操作階段輸入處理階

段程序執行階段輸出處

理階

段

內部處理

通信操作

STOPPLC的工作模式運行RUN模式停止STOP模式PLC的工作方式循環掃描方式：知識鏈接(1)內部處理階段：檢查CPU模塊的硬件是否正常，復位監視定時器，以及完成一些其它內部工作。

(2)通信操作階段在此階段，PLC與一些智能模塊通信、響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內容等。

PLC的掃描工作過程分析知識鏈接(3)輸入處理階段也叫輸入采樣階段。CPU順序讀入所有輸入端子的通斷狀態，并將讀入的信息存入內存中所對應的映象寄存器。(4)程序執行階段按先上后下、先左后右的順序（跳轉指令除外），對梯形圖程序進行逐句掃描并根據各映像寄存器中的結果進行邏輯運算，運算結果再存入有關的映像寄存器中。(5)輸出處理階段將所有輸出映象寄存器中的Y寄存器的狀態，轉存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅動外部負載。

PLC的工作過程

知識鏈接圖3-11PLC執行程序的過程知識鏈接

（1）循環掃描的工作方式是PLC的一大特點