任务三 三相异步电动机星形/三角形降压启动的PLC控制安装与调试

【任务目的】

通过星形/三角形（/△）降压启动的继电 —接触控制线路向PLC控制实现的过渡，强化梯形图的程序结构、设计要求的认知。

理解和掌握串联块并联、并联块串联的逻辑关系，掌握块串联ANB指令、块并联ORB指令用法；进一步掌握联锁的实现方法和定时器运用方法。

结合星形/三角形控制任务，熟悉PLC程序中多重输出结构及多重输出指令的用法。

定子绕组三角形接法的大容量三相异步电动机的启动电流较大，为避免启动电流过大导致对电网电压的影响，常采取电动机启动时定子绕组采用星形接法降压启动，随转速上升接近额定转速时自动切换成三角形接法实现全压运行。实现星形/三角形换接启动继电接触控制线路如图2-3-1所示。按下启动按钮SB1时，接触器KM 、线圈通电，电动机星形接法启动，同时时间继电器线圈通电开始计时；电动机转速上升接近额定转速时，时间继电器KT的延时动断触点切断 线圈，KT动合触点接通KM △线圈，三相异步电动机定子绕组改变为三角形接法实现全压运行。

知识链接四 块逻辑运算与多重输出形式的编程

在程序设计中，常会遇到运用前面所介绍的基本指令解决起来相对比较麻烦的逻辑运算，如“阅读与拓展一”中所示梯形图的逻辑，三菱FX系列PLC在处理此类运算时涉及块逻辑运算的概念及处理方法。

指令链接七：并联块串联指令ANB

并联块串联指令ANB，该指令属于不带操作对象的指令。

指令格式、操作对象及功能说明如下：

把梯形图中支路的并联形式称为并联回路块，并联回路块与前面回路块或触点进行串接的形式称为梯形图中的块串联。块串联反映的是块间的逻辑与功能，用ANB指令进行编程。

并联块串联梯形图及块串联指令ANB的用法示例如图2-3-2所示，相对应指令表分别参见STL 2-3-1和STL 2-3-2。

图2-3-2（a）中的X000与Y000常开触点、X001常闭触点与M0常开触点分别构成了两个并联回路块，两个回路块间形成串联关系，用指令表STL2-3-1步序号0～4的相关指令来解释两个回路块间这种串联关系。T0的常闭触点与前面块串联部分仅构成触点ANI T0 “与非”运算。图2-3-2（b）中的M1尽管只是一个常开触点，但X001与Y001常开触点构成并联回路，该回路与前面的M1构成并联块间的串联关系。若将前后顺序颠倒，回路实现的逻辑功能并没有变化，但并联块串联的结构被改变，所对应的基本指令及所占步数均减少了，在编程或转换指令表时需要注意这种逻辑结构的优化。对于回路块的定义通过起始触点来体现，回路块特征起始触点前面已介绍过用取指令LD或取反指令LDI（含后续LDP、LDF等指令）进行编程。

指令链接八：串联块并联指令ORB

串联块并联指令ORB和ANB指令一样为不带操作对象的指令。两个以上的触点串联连接的电路为串联回路块，将串联回路块进行并联使用时实现块相或功能，这种块相或功能通过指令ORB编程实现。

指令格式、操作对象及功能说明如下：

串联块并联梯形图及块相或指令的用法示例如图2-3-3所示，相对应指令表分别参见STL 2-3-3和STL 2-3-4。

图2-3-3（a）中的X000常开触点与X001常闭触点、Y000与M0常开触点分别构成了两个串联回路块，两个串联回路块间形成的是并联形式，结合指令表STL2-3-3步序号0～4步的相关指令用法解释这种并连接法。图2-3-3（b）中X001常开触点支路，常开触点M1、Y001构成串联块支路，构成图示的串联块并联的结构形式，指令表表述形式及ORB用法参见指令表STL2-3-4。该梯形图上、下支路调整后也会出现指令用法的变化，但仅限于含单个触点的支路结构。

指令链接九：多重输出指令MPS、MPD及MPP

多重输出指令包含三条指令：

（1）MPS（MEMORY-PUSH）为进栈指令，用于将当前的操作结果存储到栈。

（2）MRD（MEMORY-READ）为读栈指令，用于读出执行MPS存储的操作结果。

（3）MPP（MEMORY-POP）为出栈指令，用于清除栈内由MPS所存储的操作结果。

MPS、MRD、MPP指令格式、操作对象及功能说明如下：

如图2-3-4所示的梯形图为一个多重分支输出的梯形图程序，明确了所涉及指令MPP、MRD、MPP的用法、执行的顺序。对应的指令表参见STL 2-3-5。

如图2-3-4所示梯形图中有三条分支路输出，三条支路产生输出均是以X000闭合为前提条件，通过MPS将X000条件信息存放进一个称为“栈”寄存器的特殊存储单元，第一路输出Y000的其他条件X001直接与“栈”信息相“与”；执行到第二路输出Y002，通过MRD读取“栈”中信息与X002相“与”从面判定输出的有无。当执行到最后一路输出时，一方面要读取该“栈”信息用于与该支路输出条件逻辑判断；另一方面将该“栈”中信息清除为其他多重分支操作留下存储空间。其操作顺序先执行进栈MPS、后执行出栈MPP，中间进行读栈MRD，可进行多次读栈。相关“栈”操作的知识在阅读与拓展中再进一步探讨。

专业技能培养与训练 星形/三角形降压启动PLC控制电路的设备安装与调试

任务阐述：本控制任务是结合继电—接触控制线路典型电路之一——三相异步电动机星形/三角形换接启动控制，采用继电—接触控制线路的逻辑变换方法，实现向PLC控制的转化，并完成该控制任务的电气设备的安装与设备调试。

设备清单参见表2-3-1。

一、星形/三角形换接启动控制线路的等效转换

相比较前面所介绍的电路，星形/三角形换接控制电路略显复杂，但等效变换方法基本相同。结合控制器件连接位置、相互关系和控制功能及PLC触点无限次使用特点，首先分别将KM△常闭触点、FR常闭触点及停车按钮SB2拆解到各条控制支路，将图2-3-5（a）的星形/三角形控制电路转换成图2-3-5（b）的形式。进一步将启动按钮与实现线路自锁的KM辅助常开触点并联部分拆解到各条支路中，通过转换后可得出如图2-3-6所示的等效电路。将熔断器去除，相线、零线分别对应梯形图的左、右母线。

严格意义上，规范的继电—接触控制线路原理图中各控制支路的排列遵循依工作先后按自左而右的顺序，转化梯形图时也需考虑到PLC串行工作方式对动作先后顺序的影响，故转换过程中应尽最大限度地保持原来动作顺序。

二、PLC控制梯形图的实现

星形/三角形降压启动的PLC控制I/O端口地址分配参见表2-3-2。

本控制任务定时器T0用于实现自动切换控制功能，其时间的设定根据星形启动到电动机接近额定转速所需时间。

结合图2-3-6和PLC的I/O端口的设置，按常开、常闭触点、输出继电器对应转化，KT用定时器T0替换，画出如图2-3-7所示的控制梯形图，该梯形图的指令表参见STL 2-3-6。

针对上述星形/三角形控制梯形图特征，可结合多重输出指令简化为如图2-3-8（a）所示。为能体现PLC梯形图的简洁性，借助辅助继电器M0作用，可进一步转换梯形图如图2-3-8（b）所示。

三、PLC控制电路

根据PLC的I/O端口定义及该控制任务中对星形/三角形控制顺序要求，可画出星形/三角形降压换接启动的PLC控制连接图如图2-3-9所示。该控制任务除程序联锁措施外，在输出端同时对KM△ 、 采用外部电气联锁措施。

四、设备安装与调试训练

（1）结合实训任务要求，根据设备清单表，选取元器件并进行必要的检查、检测，确保设备、器件性能、参数符合实训要求。

（2）根据PLC的安装要求、星形/三角形换接启动主电路及安装基板规格，设计元器件布局并画出元件布局图、主电路安装接线图、PLC控制连接图。

（3）按工艺规范要求进行PLC及配套元件安装，并按先PLC控制电路、星形/三角形换接启动主电路的安装顺序进行线路连接。

（4）仔细检查上述电路并重点检查电气联锁措施，将PLC功能切换开关置于“STOP”位置，接通PLC电源。编辑如图2-3-7所示的控制梯形图，完成程序检查、转换编译、传输。

（5）试根据控制任务的要求合理设计调试方案，在监控状态下按程序、设备调试的方法，进行程序、设备调试，以检验PLC控制功能的实现。设备调试过程中注意观察启动过程中接触器KM 、 及KM△动作情况。

（6）试分别编辑如图2-3-8所示梯形图，并进行设备调试；以验证两种多重输出控制程序的功能，加强对多重输出的MPS、MPD、MPP指令用法的认识。

思考与训练：

（1）根据任务二中双重联锁正反转控制电路梯形图，试结合多重输出结构及指令用法进行梯形图的改写，并列写指令表，结合软件编辑进行验证。

（2）机床电气设备中一般均设置有急停开关，用于在人身安全受到威胁、设备异常故障时采取紧急停车措施。而PLC应用电路中急停功能的实现要求是PLC的输出立即停止，但控制设备PLC设备不能断电。试结合星形/三角形控制任务探讨急停措施的实现方法，画出梯形图及PLC控制接线图。

阅读与拓展三 多重输出指令与“栈”概念

以图2-3-4所示梯形图为例，进一步研究多重输出指令中“栈”操作执行的物理过程。FX2N系列PLC内部设置了11个按自上而下排列存储区，专门用于存储运算的中间结果，称为“栈存储器”（简称“堆栈”），栈存储器的排列如图2-3-10所示。执行图2-3-4所示的梯形图，当程序执行MPS进栈操作指令时，先将连接点X000的接通状态信息送入堆栈的最上面第一层存储，而将原存放于第一层的数据向下移到堆栈的第二层，第二层下移到第三层……各层依次下移，如图2-3-10（a）、（b）所示。当执行MRD读栈指令时，读取栈存储器中最上层的新数据（X000的闭合状态），而此时的栈内数据不移动、保持不变，如图2-3-10（c）、（d）所示。当执行到MPP出栈指令时，最上层数据（X000闭合状态信息）被读取且向外移出，而栈内其余各存储单元数据则依进栈的相反顺序向上一层各移动一次，最上层随MPP读出数据并从栈内消失（显然MPP兼具读栈MRD功能）。栈操作的示意图如图2-3-10（e）、（f）所示。

MPS、MPD、MPP均属于不带软继电器的指令。栈操作特点是数据的“先进后出”。MPS和MPP必须成对使用，但连续使用次数应少于11次，在栈操作中MRD不受次数限制。

在多重输出指令编程时，需要注意以下几种形式：

（1）多重输出编程中串并联触点、串并联回路块逻辑运算的处理。如图2-3-11所示的梯形图中有第一路输出中常闭触点M0与Y000的并联回路块与“栈”形成回路块串联；第二路输出中T0、X001及Y001、M1构成的串联块并联相或运算再与“栈”形成块串联。该多重输出程序对应的块逻辑运算指令、用法参见指令表STL 2-3-7。

（2）多重输出的并行分支运用。

在PLC梯形图的多重输出结构中，若出现连续使用MPS（两MPS指令间没有出现出栈MPP指令）则称为多分支结构，如图2-3-12所示的位置①、②连续两次使用MPS指令则称为两分支……以此类推。如图2-3-13所示尽管两次用到多重输出指令MPS，但仍然属一分支电路，其M10、M11工作状态信息两次均只存储于栈存储器的最上层。

如图2-3-12所示的多重输出的多分支结构梯形图所对应指令表，参见STL 2-3-8。

结合如图2-3-12所示的梯形图，分析堆栈存储器“进栈”、“读栈”、“出栈”的工作方式，当执行程序中进栈操作①MPS指令时，将M0状态信息“1”先存放于第一层；当执行进栈操作②MPS指令时，M0状态信息被向下推入第二层；而此时存放于第一层的信息是M0、T0相反的与结果信息。当顺序执行到紧邻的MPP，读出的是第一层信息并移出该存储单元，相应的第二层数据M0状态信息上升回到第一层，随后MRD、MPP则对应此时数据进行，即“先进后出”。

练一练：在GX Developer环境下分别编辑如图2-3-14所示的梯形图，结合梯形图形式与指令表对应比较：图2-3-14（a）中位置①、②处指令用法区别及输出方式；图2-3-14（a）中位置②与图2-3-14（b）中位置③处梯形图的区别与指令用法。

图2-3-14（a）中位置①属于纵接输出形式，不属于多重输出形式无须进行“栈”操作；而位置②则属于多重输出结构，需要在该处进行指令MPS的“进栈”操作，Y002输出同样需“出栈（含读栈）”。相比较图2-3-14（a）中位置②与图2-3-14（b）中位置③区别在于将同一回路中两输出线圈Y001、Y002的控制支路上下位置颠倒，颠倒后图2-3-14（b）位置③则变成为并行输出形式，指令表执行步数相应减少，带来的PLC扫描周期缩短。这种变化若用于工程控制上，其实际意义是控制的精度得到提高，所以，程序的简洁、精练与否是编程能力、运用水平的高低的体现。

为进一步分清多重输出与非多重输出的结构区别，试编辑比较图2-3-15中三种梯形图。观察对应指令表，比较梯形图的输出方式及指令的用法。

显然，这三种梯形图形式上相近，但结构不同，如图2-3-15（a）所示为并行输出形式，如图2-3-15（b）所示为纵接输出结构形式，如图2-3-15（c）所示为多重输出结构形式。