学习活动三 三相交流异步电机Y-Δ 降压启动PLC控制设计与实施

任务一 相关基础理论知识

一、PLC软元件

（一）辅助继电器（M）

a）由内部软元件的触点驱动，常开和常闭触点使用次数不限，但不能直接驱动外部负载，采用十进制编号。

b）通用辅助继电器M0～M499（500点）。

c）掉电保持辅助继电器M500～M1023（524点）。

d）特殊辅助继电器M8000～M8255（256点）。

i．只能利用其触点的特殊辅助继电器：

M8000：运行监控用，PLC运行时M8000接通。

M8002：仅在运行开始瞬间接通的初始脉冲特殊辅助继电器。

M8012：产生100 ms时钟脉冲的特殊辅助继电器。

ii．可驱动线圈的特殊辅助继电器：

M8030：锂电池电压指示灯特殊继电器。

M8033:PLC停止时输出保持特殊辅助继电器。

M8034：禁止全部输出特殊辅助继电器。

M8039：定时扫描特殊辅助继电器。

e）通用辅助继电器与掉电保持用辅助继电器的比例，可通过外设设定参数进行调整。

（二）状态（S）

a）状态是对工序步进型控制进行简易编程的内部软元件，采用十进制编号。与步进指令STL配合使用。

b）状态有无数个常开触点与常闭触点，编程时可随意使用。

c）状态不用于步进阶梯指令时，可做辅助继电器使用。

d）状态同样有通用和掉电保持用状态，其比例分配可由外设设定。

e）状态有5种类型。

i．初始状态S0～S9共10点。

ii．回零状态S10～S19共10点。

iii．通用状态S20～S499共480点。

iv．保持状态S500～S899共400点。

v．报警用状态S900～S999共100点。

（三）定时器（T）

a）定时器实际是内部脉冲计数器，可对内部1 ms、10 ms和100 ms时钟脉冲进行加计数，当达到用户设定值时，触点动作。

b）定时器可以用用户程序存储器内的常数k或H作为设定值，也可以用数据寄存器D的内容作为设定值。

c）普通定时器（T0～T245）。

i.100 ms定时器T0～T199共200点，设定范围0.1～3276.7 s。

ii.10 ms定时器T200～T245共46点，设定范围0.01～327.67 s。

d）积算定时器（T246～T255）。

i.1 ms定时器T246～T249共4点，设定范围0.001～32.767 s。

ii.100 ms定时器T250～T255共6点，设定范围为0.1～3276.7 s。

表1.2 FX2N系列PLC的定时器

图1.33普通定时器工作原理图

（四）计数器（C）

计数器可分为通用计数器和高速计数器。

1.16位通用加计数器，C0～C199共200点，设定值：1～32767。设定值K0与K1含义相同，即在第一次计数时，其输出触点动作。

16位加计数器有两种类型：一是通用型：C0～C99共100点。二是断电保持型：C100～C199共100点。

2. 32位通用加/减计数器，C200～C234共135点，设定值：- 2147483648～+2147483647。

3．高速计数器C235～C255共21点，共享PLC上6个高速计数器输入（X0～X5）。高速计数器按中断原则运行。

图1.34计数器工作原理图

（五）数据寄存器（D）

1．数据寄存器主要用于存储参数和工作数据。

2．每一个数据寄存器都存放16位二进制数，其最高位为符号位，0为正数，1为负数。

3．可以将两个数据寄存器合并为一个数据寄存器，存放32位数据，最高位仍为符号位。

4．通用数据寄存器D0～D199共200点。只要不写入其他数据，已写入的数据不会变化。但是PLC状态由运行→停止时，全部数据均清零。

5．断电保持数据寄存器D200～D511共312点，只要不改写，原有数据不会丢失。

6．特殊数据寄存器D8000～D8255共256点，这些数据寄存器用于监视PLC中各种元件的运行方式。

7．文件寄存器D1000～D2999共2000点。

二、基本指令

（一）ORB指令

ORB：串联电路块并联连接指令。

指令的说明：

1．串联电路块：两个或以上的触点串联而成的电路块。

2．将串联电路块并联时用ORB指令。

3. ORB指令不带元件号（相当于触点间的垂直连线）。

4．每个串联电路块的起点都要用LD或LDI指令，电路块后面用ORB指令。

图1.35 ORB指令练习梯形图

（二）ANB指令

ANB：并联电路块串联连接指令。

指令的说明：

1．并联电路块：两个或以上的触点串联而成的电路。

2．将并联电路块与前面的电路串联时用ANB指令。

3．使用ANB指令前，应先完成并联电路块内部的连接。

4．并联电路块中各支路的起点使用LD或LDI指令。

5. ANB指令相当于两个电路块之间的串联连线。

图1.36 ANB指令练习梯形图

（三）MPS、MRD、MPP指令

1．指令的作用

（1）MPS：进栈指令。

（2）MRD：读栈指令。

（3）MPP：出栈指令。

2．指令的说明

（1）MPS、MRD、MPP指令无编程元件。

（2）MPS、MPP指令成对出现，可以嵌套。

（3）MRD指令可有可无，也可有两个或两个以上。

3．梯形图（一层栈例）

图1.37堆栈指令练习梯形图

（四）MC、MCR指令

1．指令的作用

（1）MC：主控指令（公共触点串联）。

（2）MCR：主控复位指令。

2．指令的说明

（1）MC、MCR指令的编程元件：Y、M。

（2）MC、MCR指令成对出现，缺一不可。

（3）MC指令后用LD/LDI指令，表示建立子母线。

3．指令的梯形图

图1.38主控指令练习梯形图

（五）SET、RST指令

1．指令的作用

（1）SET：置位指令（接通并保持）。

（2）RST：复位指令。

2．指令的说明

（1）SET指令的编程元件：Y、M、S。

（2）RST指令的编程元件：Y、M、S、T、C、D。

（3）RST指令具有优先级。

3．指令的梯形图

图1.39 SET、RST指令练习梯形图

图1.40输入、输出信号波形图

4．积分计数器、定时器复位

图1.41复位练习梯形图

（六）PLF、PLS指令

1．指令的作用

（1）PLS：上升沿微分输出指令。

（2）PLF：下降沿微分输出指令。

2．指令的说明

（1）指令只能用于编程元件Y和M。

（2）PLS为信号上升沿，（OFF→ON）接通一个扫描周期。

（3）PLF为信号下降沿，（ON→OFF）接通一个扫描周期。

3．指令的梯形图

图1.42 PLF、PLS指令练习梯形图

图1.43 PLF、PLS指令练习波形图

三、编程的技巧

1．并联电路上下位置可调，应将单个触点的支路放下面，如图1.44所示

图1.44编程技巧练习梯形图及指令表1

2．串联电路左右位置可调，应将单个触点放在右边

图1.45编程技巧练习梯形图及指令表2

3．线圈并联电路中，应将单个线圈放在上边

图1.46编程技巧练习梯形图及指令表3

4．双线圈输出的处理

图1.47编程技巧练习梯形图及指令表4

任务二 Y-Δ降压启动PLC控制

一、设计目的

1．能够根据功能要求选择PLC的类型，以及根据I/O点的要求选择该类PLC的型号。

2．根据所选的PLC类型，掌握该PLC的编程软件，并能够利用该软件绘制设计课题的梯形图。

3．根据绘制的梯形图，编写完整的程序清单。根据I/O点的定义，绘制PLC外部电气接线图。

二、设计要求与内容

（一）控制要求

对于较大容量的交流电动机，可采用Y-Δ降压启动。电动机开始启动时为Y形，延时一定时间后，自动切换到电动机△形连接运行。Y-Δ转换由两个接触器完成，由PLC的输出点控制。由于PLC的执行速度快，外部交流接触器动作速度慢，因此在外电路上必须考虑互锁，防止瞬间短路事故发生。

（二）画出系统动作流程图

设计外部输入、输出点（I/O）；画出PLC外部接线图；设计完整梯形图；写出完整的软件程序。

（三）主要设计内容

1．电机主电路图。

2. I/O地址分配表。

3．系统的PLC外部接线图。

4．完整梯形图。

5．完整的软件程序。

（四）整体方案设计步骤

表1.3 PLC控制整体方案设计步骤

三、系统总体设计方案

（一）电机主电路图及其控制电路

图1.48电机主电路图及其控制电路

（二）I/O地址分配表

表1.4 I/O地址分配表

（三）I/O接线图

图1.49 PLC的I/O接线图

（四）梯形图

1．应用翻译法直接得到的梯形图

图1.50翻译法设计梯形图

2．优化后的梯形图

图1.51优化后的梯形图

（五）指令表

四、Y-Δ 降压启动PLC控制系统安装

1．通过本项目的实训和操作，能够正确编制、输入和传输Y-Δ降压启动PLC控制程序。

2．能够独立完成模拟三相异步电动机Y-Δ降压启动PLC控制线路的安装。

3．按规定进行通电调试，出现故障时，应能根据设计要求独立检修，直至系统正常工作。

五、调试步骤

1．检查PLC程序；2．检查控制回路；3．检查主电路；4．带电动机运行。

思考题

1．辅助继电器M分为哪几种类型？

2．辅助继电器M8002有什么作用？

3．状态S分为哪几种类型？

4. FX系列PLC的定时器可对内部哪几种时钟脉冲进行计数？

5.16位计数器有哪几种类型？