S7-200SMART-编程思路之翻译设计法案例

延边三角形减压启动

设计过程:

①了解原系统的工艺要求，熟悉继电器电路图;延边三角形启动是一种特殊的减压启动方法，其电动机为9个头的感应电动机，控制原理如图4-11所示。在图中，合上空气断路器 QF，当按下启动按钮SB3或SB4时，接触器KM1、KM3线圈吸合，其指示灯点亮，电动机为延边三角形减压启动;在KM1、KM3吸合的同时，KT线圈也吸合延时，延时时间到，KT常闭触点断开，KM3线圈断电，其指示灯熄灭，KT常开触点闭合，KM2线圈得电，其指示灯点亮，电动机角接运行。确定I/O点数，并画出外部接线图，I/O分配如表4-4所示，外部接线图，如图4-12所示。

将继电器电路翻译成梯形图并化简，示意图如图4-13所示，最终程序如图4-14

所示。

案例考察点

a.PLC 输入点的节省。遇到两地控制及其类似问题，可将停止按钮SB1与SB2串联，将启动SB3与SB4并联后，与PLC相连，各自只占用1个输入点。

b.PLC输出点的节省。指示灯HR1~HR3实际上可以单独占1个输出点，为了节省输出点分别将指示灯与各自的接触器线圈并联，只占1个输出点。

c.输入信号常闭点的处理。前面介绍的梯形图的设计方法，假设的前提是输入信号由常开触点提供，但在实际中，有些信号只能由常闭触点提供，如热继电器常闭点FR。在继电器电路中，常闭FR与接触器线圈串联，FR受热断开，接触器线圈失电。

若将图4-12中接在PLC输入端I0.0处FR的常开触点改为常闭触点，FR未受热时，它为闭合状态，梯形图中I0.0常开点应闭合。显然在图4-13应该是常开触点I0.0与线圈Q0.0串联，而不是常闭触点I0.0与线圈Q0.0串联。这样继电器电路图中的FR触点与梯形图中的FR触点类型恰好相反，给电路分析带来不便。为了使梯形图与继电器电路中的触点类型一致，在编程时建议尽量使用常开触点作为输入信号。如果某信号为常闭触点输入时，可按全部为常开触点来设计梯形图，这样可将继电器电路图直接翻译为梯形图，然后将梯形图中外接常闭触点的输入位常开变常闭，常闭变常开。如本例所示，外部接线图中FR改为常开，那么梯形图中与之对应的I0.0为常闭，这样继电器电路图恰好能直接翻译为梯形图。

重点提示:

将继电器控制改为PLC控制，主电路不变，将继电器控制电路改由PLC控制即可。

PLC与继电器控制三相异步电动机的应用和区别

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文|探长

编辑|史家小探长

前言

三相异步电动机的应用几乎涵盖了农业生产和人类生活各个领域，在这些应用领域中，三相异步电动机常常运行在恶劣的环境下，导致产生过流、短路、断相、绝缘老化 等事故。

对于应用于大型工业设备重要场合高压电动机、大功率电动机来说，一旦发生故障所造成的损失无法估量。

长期以来，PLC 始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。

进入20世纪80年代，由于计算机技术和微电子技术的迅速发展，极大的推动了PLC的发展，使的PLC的功能日益增强。PLC是一种固态电子装置 ，它利用已存入的程序来控制机器的运行或工艺的工序。

PLC通过输入/输出装置 发出控制信号和接受输入信号。由于PLC综合了计算机和自动化技术，所以它发展日新月异，大大超出其出现时的技术水平。

它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理 等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。

PLC与继电器控制的区别

1.控制方式

继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成低定的逻辑控制 。

PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称软接线。

2.控制速度

继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。

3.延时控制

继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。PLC用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。

PLC的工作原理

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新 三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

1.输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样 结束后，转入用户程序执行 和输出刷新 阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O象中相单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

2.用户程序执行阶段在用户程序执行阶段

PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下 的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，

然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化 ，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，

其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用:相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

在程序执行的过程中如果使用立即I/O 指令则可以直接存取/O 点。即使用I/O 指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O 模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。

3.输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设 。这时，才是PLC的真正输出。

PLC的应用

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为几类。

1.开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

2.模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位 和速度 等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

3.运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配督来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯 等场合。

4.过程控制过程

控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节 是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制 等场合有非常广泛的应用。

5.数据处理

现代PLC具有数学运算、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作 等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

6.通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与北它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

三相异步电动机正反转的PLC控制

因为三相异步电动机的转动方向是由旋转磁场的方向决定的，而旋转磁场的转向取决于定子绕组中通入三相电流的相序。

因此，要改变三相异步电动机的转动方向非常容易，只要将电动机三相供电电源中的任意两相对调 ，这时接到电动机定子绕组的电流相序被改变，旋转磁场的方向也被改变，电动机就实现了反转。

在没有按下停止按钮SB3且热维电器FR没有动作的情况下，X000和X003触点均为闭合状态。此时按下正向起动按钮SB1，输入继电器X001动合触点闭合，输出继电器Y000线圈得电并自锁，接触器KM1得电吸合，电动机正转;与此同时，Y000的动触点断开Y001线圈的驱动回路.KM2不能吸合，实现了电气互锁。

按下反向起动按钮SB2时，X002动合触点闭合，Y001线圈得电并自锁，接触器KM2得电吸合，电动机反转;与此同时，Y001的动断触点断开Y000线圈的驱动回路，KM1不能吸合，实现电气互锁。

停机时按下按钮SB3，X000动断触点断开;过载时热继电器FR动作，X003触点断开，这两种情况都使得Y000、Y001线圈失电，进而使KM1、KM2失电释放，电动机停转。

三相异步电动机的反接制动控制

在生产过程中，有些设备电动机断电后由于惯性作用，停机时间拖得过长，导致生产率降低，还会造成停机位置不准确，工作不安全。为了缩短辅助工作时间、提高生产率和获得准确的停机位置，必须对电动机采取有效的制动措施。

停机制动有两种类型:

一是电磁铁操纵机械进行制动的电磁机械制动

二是电气制动 ，即电动机产生一个与转子原来的转动方向相反的转矩来进行制动。常用的电气制动有反接制动和能耗制动。

反接制动就是通过改变异步电动机定子绕组中三相电源相序，产生一个与转子惯性转动方向相反的反向起动转矩而进行制动停转的。反接制动的关键在于将电动机三相电源相序进行切换 ，且当转速接近于零时，能自动将电源断开。

结论

三相异步电动机的PLC控制系统，主要以三相异步电机的减压起动、正反转、反接制动 为主要研究对象，使用PLC对他们进行自动控制。在减压起动中，异步电动机的丫-A的起动方式，一般容量小于10KV的电动机常用直接起动。

有时为了减小起动是对机械设备的冲击，对介许直接起动的电动机也采用减压起动，其方法还有定子绕组串电阻、延边三角形和自耦变压器起动等。但以上几种减压起动方式一般只用于空载或轻载起动。在大型设备中，多台电动机拖动的设备上，常需要电动机按先后顺序工作。

参考文献

[1]凌云.《显示驱动器及其在PLC中的应用》，2003

[2]张桂香.《电气控制与PLC应用》，2003

[3]王成福.《PLC在多路温度采集显示系统中的应用》，2003

[3]张桂苓.《浅谈现代PLC的优势特点》，2003

[5]李丹,杨素英.《可编程序控制器通用数据采集方法的研究》，200

[6]齐晓慧,董海瑞《自动控制原理虚拟实验研究》，2006

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