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1、04 任务四 PLC实现电动机正反转控制可编程控制器技术可编程控制器技术( (第二版第二版) )任务四 PLC实现电动机正反转控制主编 何琼 2019年5月22日任务四任务四 PLC实现电动机正反转控制实现电动机正反转控制任务目标任务目标任务描述任务描述任务实施任务实施任务检查与评价任务检查与评价知识链接知识链接动手做一做动手做一做 任务目标任务目标（1 1）掌握电动机的正反转控制电路）掌握电动机的正反转控制电路 。（2 2）用）用PLCPLC进行对象控制时，进行对象控制时，I/OI/O点的确定，能实际点的确定，能实际正确接线正确接线 。（3 3）学会用控制电路移植法设计梯形图，并熟悉）学会用
2、控制电路移植法设计梯形图，并熟悉PLCPLC的编程的编程规则规则和技巧和技巧 。 生产生产设备常常要求具有上下、左右、前后灯正反方向设备常常要求具有上下、左右、前后灯正反方向的运动，如机床工作台的前进与后退、机床主轴的正转与的运动，如机床工作台的前进与后退、机床主轴的正转与反转、升降机的上升与下降等，这些都要求电动机能实现反转、升降机的上升与下降等，这些都要求电动机能实现正反转控制。电动机正反转的实现方法，改变通入电动机正反转控制。电动机正反转的实现方法，改变通入电动机定子绕组的三相电源相序，即把接入电动机的三相电源进定子绕组的三相电源相序，即把接入电动机的三相电源进线中的任意两根对调，电动机
3、即从正转变为反转。如线中的任意两根对调，电动机即从正转变为反转。如图图4-14-1为继电器为继电器- -接触器实现电动机正反转控制电路图，现要求采接触器实现电动机正反转控制电路图，现要求采用用PLCPLC来实现电动机正反转控制。来实现电动机正反转控制。任务描述任务描述图4-14-1 电动机正反转控制电气原理图任务描述任务描述 图4-24-2 电动机正反转控制电路工作过程演示任务描述任务描述几点说明：几点说明： 互互锁控制锁控制：为保证电动机正反转控制可靠工作，在控：为保证电动机正反转控制可靠工作，在控制电路中，将制电路中，将KM1KM1、KM2KM2正反转接触器的动断触点串接在对方正反转接触器
4、的动断触点串接在对方线圈电路中，形成相互制约的控制，这种相互制约关系称为线圈电路中，形成相互制约的控制，这种相互制约关系称为互锁控制。互锁控制用于互锁控制。互锁控制用于“当要求甲接触器工作时乙接触器当要求甲接触器工作时乙接触器不能工作，而乙接触器工作时甲接触器不能工作不能工作，而乙接触器工作时甲接触器不能工作”的场所的场所 。 双重双重互锁互锁 : :在电路中还增设了启动按钮的互锁，构成在电路中还增设了启动按钮的互锁，构成具有具有电气、按钮互锁电气、按钮互锁（也称（也称机械互锁机械互锁）的控制电路，该电路）的控制电路，该电路的优点是正反转可以直接切换，不必再去按停止按钮，从而的优点是正反转可以
5、直接切换，不必再去按停止按钮，从而使操作变得方便使操作变得方便 。任务任务实施实施步骤步骤一一 准备工作准备工作 通电通电检查实训装置是否正常，检查检查实训装置是否正常，检查PLCPLC与计算机的连接与计算机的连接是否正常，置是否正常，置PLCPLC于于“STOP”STOP”状态状态。步骤二步骤二 读读懂电动机正反转控制的电气线路图懂电动机正反转控制的电气线路图步骤三步骤三 设计设计PLCPLC控制控制I/OI/O分配表分配表PLCPLC输入输出点输入输出点I/OI/O的分配情况如的分配情况如表表4-14-1所示。所示。表4-14-1 电动机正反转控制PLCPLC控制I/OI/O分配表任务任务
6、实施实施关于关于硬连锁硬连锁：在：在PLCPLC的输的输出规范与外部配线要求中，出规范与外部配线要求中，特别强调，对于同时接通特别强调，对于同时接通有危险的正反转接触器等有危险的正反转接触器等负载，除了用负载，除了用PLCPLC内部程内部程序连锁之外，还一定要有序连锁之外，还一定要有PLCPLC的外部连锁。在工程的外部连锁。在工程上，有时把上，有时把PLCPLC内部程序内部程序连锁称为软连锁，把连锁称为软连锁，把PLCPLC外部连锁称为硬连锁外部连锁称为硬连锁 。 步骤四步骤四 画出画出I/OI/O硬件硬件接线图接线图根据根据I/OI/O分配表，得到如分配表，得到如图图4-34-3所所示的示的
7、I/OI/O硬件接线图。硬件接线图。PLCPLC实现电动机正反转控制实现电动机正反转控制图4-34-3 PLCPLC的I/OI/O硬件接线图几点说明：几点说明： 任务任务实施实施步骤五步骤五 设计设计任务程序任务程序PLCPLC实现电动机正反转控制梯形图如实现电动机正反转控制梯形图如图图4-44-4所所示。示。 图4-44-4 电动机正反转控制梯形图任务任务实施实施 虽然在梯形图中已经有了虽然在梯形图中已经有了软继电器的互锁触点软继电器的互锁触点，但在外部，但在外部硬件输出电路中还必须使用硬件输出电路中还必须使用KM1KM1和和 KM2KM2的动断触点进行硬互锁。的动断触点进行硬互锁。因为因为
8、PLCPLC内部软继电器互锁只相差一个扫描周期，而外部硬件内部软继电器互锁只相差一个扫描周期，而外部硬件接触器触点的断开时间往往大于一个扫描周期，来不及响应。接触器触点的断开时间往往大于一个扫描周期，来不及响应。例如例如Y1Y1虽然断开，可能虽然断开，可能KM1KM1的触点还未断开，在没有外部硬件的触点还未断开，在没有外部硬件互锁的情况下，互锁的情况下，KM2KM2的触点可能接通，引起主电路短路。因此的触点可能接通，引起主电路短路。因此必须采用软硬件必须采用软硬件双重互锁双重互锁。几点说明：几点说明： 任务任务实施实施步骤六步骤六 下载程序下载程序 打开打开编程软件编程软件GX Works2G
9、X Works2，正确将程序输入并下载到，正确将程序输入并下载到PLCPLC。步骤七步骤七 运行程序，整体调试。运行程序，整体调试。 将将PLCPLC的运行方式置于的运行方式置于“RUN”RUN”位置。小组成员按下位置。小组成员按下SB0SB0、SB1SB1和和SB2SB2观察电动机的运行情况，并记下运行结果。观察电动机的运行情况，并记下运行结果。步骤八步骤八 整理技术文件整理技术文件任务任务实施实施一级指标一级指标比例比例二级指标二级指标比例比例得分得分电路设计及接线电路设计及接线20%20%1.I/O1.I/O地址分配地址分配5%5% 2.2.设计硬件接线图设计硬件接线图5%5% 3.3.
10、元件的选择元件的选择5%5% 4.4.接线情况接线情况5%5% 程序设计与输入程序设计与输入40%40%1.1.程序设计程序设计20%20% 2.2.指令的使用指令的使用5%5% 3.3.编程软件使用编程软件使用5%5% 4.4.程序程序输入与下载输入与下载10%10% 系统整体系统整体运行调试运行调试30%30%1.1.正确通电正确通电5%5% 2.2.系统模拟调试系统模拟调试10%10% 3.3.故障排除故障排除15%15% 职业素养与职业规范职业素养与职业规范10%10%1.1.设备操作规范性设备操作规范性2%2% 2.2.材料利用效率，接线材料利用效率，接线及材料损耗及材料损耗2%2%
11、 3.3.工具、仪器、仪表使工具、仪器、仪表使用情况用情况2%2% 4.4.现场安全、文明情况现场安全、文明情况2%2% 5.5.团队分工协作情况团队分工协作情况2%2% 总计总计100%100% 任务检查与评价任务检查与评价（1 1） 自锁与互锁自锁与互锁 在在PLCPLC控制程序的设计中，经常要对脉冲输入信号或者是控制程序的设计中，经常要对脉冲输入信号或者是点动按钮输入信号进行保持，这时常采用自锁电路。要注意点动按钮输入信号进行保持，这时常采用自锁电路。要注意的是，自锁电路必须有解锁设计，一般在并联之后采用某一的是，自锁电路必须有解锁设计，一般在并联之后采用某一动断触点作为解锁条件。动断触
12、点作为解锁条件。 图4-54-5 自锁电路举例分析 1 1） 自锁的应用自锁的应用知识链接知识链接2 2）互锁的应用互锁的应用互锁电路，有时也叫优先电路互锁电路，有时也叫优先电路图4-6 4-6 优先电路举例说明知识链接知识链接优先电路还可变成这样：优先电路还可变成这样：互锁互锁自锁自锁自锁自锁图4-7 4-7 优先电路另一种形式知识链接知识链接（2 2）梯形图编程规则梯形图编程规则 1 1） 线圈不能重复使用线圈不能重复使用图4-8 4-8 线圈不能重复使用的梯形图知识链接知识链接2 2） 线圈线圈右边无触点右边无触点 梯形图梯形图中每一逻辑行从左到右排列，以触点与左母线连接中每一逻辑行从左
13、到右排列，以触点与左母线连接开始，以线圈、功能指令与右母线（可允许省略右母线）连开始，以线圈、功能指令与右母线（可允许省略右母线）连接结束。接结束。图4-9 4-9 线圈右边无触点的梯形图知识链接知识链接触点触点E E被画在垂直线上，便很难正确识别它与其他触点的被画在垂直线上，便很难正确识别它与其他触点的关系，也难判断通过触点关系，也难判断通过触点E E对输出线圈的控制方向对输出线圈的控制方向YABECD3 3）对桥渡回路不能编程序对桥渡回路不能编程序触点应画在水平线上，不能画在垂直线上触点应画在水平线上，不能画在垂直线上 。图4-10 4-10 触点水平不垂直的梯形图知识链接知识链接图4-1
14、1 4-11 桥渡电路变换举例知识链接知识链接4 4）触点触点可并可串无限制可并可串无限制 触点触点可用于串行电路，也可用于并行电路，且使用次可用于串行电路，也可用于并行电路，且使用次数不受限制，所有输出继电器也都可以作为辅助继电器使数不受限制，所有输出继电器也都可以作为辅助继电器使用。用。 5 5）多多个线圈可并联输出个线圈可并联输出 两两个或两个以上的个或两个以上的线圈可以并联输出，但线圈可以并联输出，但不能串联输出。不能串联输出。 图4-12 4-12 多个线圈并联输出的梯形图知识链接知识链接 1 1）串联电路串联电路块的并联指令（块的并联指令（ORBORB）两个或两个以上的接点串联连接
15、的电路叫串联电路块。串联电两个或两个以上的接点串联连接的电路叫串联电路块。串联电路块并联连接时，分支开始用路块并联连接时，分支开始用LDLD、LDILDI指令，分支结果用指令，分支结果用ORBORB指指令。令。ORBORB指令有时也简称为指令有时也简称为或块指令或块指令。 ORBORB指令的使用方法有指令的使用方法有两种两种：一种是在要并联的每个串联电：一种是在要并联的每个串联电路块后加路块后加ORBORB指令；另一种是集中使用指令；另一种是集中使用ORBORB指令。对于前者分散指令。对于前者分散使用使用ORBORB指令时，并联电路块的个数没有限制；但对于后者集指令时，并联电路块的个数没有限制
16、；但对于后者集中使用中使用ORBORB指令时，这种电路块并联的个数指令时，这种电路块并联的个数不能超过不能超过8 8个个。 （3 3）ORBORB与与ANBANB指令指令知识链接知识链接梯形图梯形图指令表指令表LD X000AND X001LDI X002AND X003ORBLD X004ANI X005ORBOUT Y000图4-13 4-13 ORBORB的梯形图与指令表1 1知识链接知识链接梯形图梯形图指令表指令表LD X000AND X001LDI X002AND X003LD X004ANI X005ORBORBOUT Y000图4-14 4-14 ORBORB的梯形图与指令表2
17、2知识链接知识链接2 2）并联电路并联电路块的串联连接指令块的串联连接指令ANBANB 两个或两个以上接点并联的电路称为并联电路块。分支两个或两个以上接点并联的电路称为并联电路块。分支的起点用的起点用LDLD、LDILDI指令，并联电路块结束后，使用指令，并联电路块结束后，使用ANBANB指令与前指令与前面电路串联。面电路串联。ANBANB指令也简称指令也简称与块指令与块指令。图4-15 ANB4-15 ANB的梯形图与指令表知识链接知识链接 与与ORBORB指令相似，指令相似，ANBANB指令指令分散分散使用时，次数不限；如果使用时，次数不限；如果连续使用，则使用次数不能超过连续使用，则使用
18、次数不能超过8 8次。次。 在在具体编写程序时，特别是在对程序步数有严格要气的场具体编写程序时，特别是在对程序步数有严格要气的场合，建议通过调整软元件的位置，少用或尽量不要合，建议通过调整软元件的位置，少用或尽量不要ANBANB、ORBORB指令，指令，以达到以达到减少程序步数减少程序步数的目的。的目的。 简化简化程序的技巧程序的技巧1 1：在串联电路左右位置可调时，应将：在串联电路左右位置可调时，应将单个触点放在右边单个触点放在右边 。 简化简化程序的技巧程序的技巧2 2：并联电路上下位置可调，应将：并联电路上下位置可调，应将单个单个触点的支路放下面触点的支路放下面 。几点说明：几点说明：知
19、识链接知识链接串联电路左右位置可调，应将单个触点放在右边（串联电路左右位置可调，应将单个触点放在右边（串左原则串左原则）。）。 X001X001 X002X002X004X004ANBANBX001X001X002X002X004X004不优化不优化 优化优化 图4-16 4-16 串联电路优化知识链接知识链接 并联电路并联电路上下位置可调，应将单个触点的支路放下面（上下位置可调，应将单个触点的支路放下面（多上多上原则原则）。）。 X001X001X002X002X004X004ORBORBX001X001X004X004X002X002不优化不优化 优化优化 图4-17 4-17 并联电路优
20、化知识链接知识链接LD X000AND X001LDI M0AND M1ORBOR X002LD X003ORI M2ANBOR M3ANI X004OUT Y000例：梯形图例：梯形图与指令表的转换与指令表的转换图4-18 ORB4-18 ORB、ANBANB指令的应用知识链接知识链接（4 4）MPS,MRDMPS,MRD和和MPP MPP MPS MPS 、MRDMRD和和 MPPMPP这组栈操作指令在具有多重输出的梯形图这组栈操作指令在具有多重输出的梯形图中使用。在编程时需要将中使用。在编程时需要将中间运算结果存储时中间运算结果存储时，就可以使用栈，就可以使用栈操作指令。操作指令。 1
21、1）MPSMPS：进栈进栈指令，将数据压入栈顶，用在回来开始指令，将数据压入栈顶，用在回来开始分支的地方。分支的地方。 2 2）MRDMRD：读栈指令，读取栈数据。用在：读栈指令，读取栈数据。用在MPSMPS下继续的分下继续的分支，表示分支的继续。支，表示分支的继续。 3 3）MPPMPP：出栈指令，取出栈顶的数据。用在最后分：出栈指令，取出栈顶的数据。用在最后分支的地方，表示分支的结束支的地方，表示分支的结束 。知识链接知识链接 FXFX系列系列PLCPLC有有1111个栈存储器，有个栈存储器，有1111个专门的存储器构成。个专门的存储器构成。采用采用先进后出数据存取方式。先进后出数据存取方
22、式。123.1011MRDMRD总是读取最上层的堆栈，总是读取最上层的堆栈，操作时不影响堆栈的数据操作时不影响堆栈的数据MPSMPS将数据压入堆栈将数据压入堆栈MPPMPP将数据从最上的一层堆栈弹出将数据从最上的一层堆栈弹出注意：多重电路的第一个支路前使用注意：多重电路的第一个支路前使用MPSMPS指令，中间支路指令，中间支路前使用前使用MRDMRD指令，最后一个支路前使用指令，最后一个支路前使用MPPMPP指令。指令。知识链接知识链接LD X001LD X001MPSMPSAND M100AND M100OUT Y001OUT Y001MRDMRDAND M101AND M101OUT Y0
23、02OUT Y002MPPMPPAND M102AND M102OUT Y003OUT Y003梯形图梯形图指令表指令表图4-18 4-18 一层栈示例知识链接知识链接 1 1）MPSMPS、MRDMRD、MPPMPP指令无编程元件。指令无编程元件。 2 2）MPSMPS、MPPMPP指令必须成对出现，可以嵌套使用。由于受到指令必须成对出现，可以嵌套使用。由于受到栈存储器栈存储器数量的限制，连续使用不能超过数量的限制，连续使用不能超过1111次，否则数据丢次，否则数据丢失失 。 3 3）MRDMRD指令在程序中可以使用，也可以不使用，使用次数指令在程序中可以使用，也可以不使用，使用次数可重可重
24、 复，不限制复，不限制 。几点说明：几点说明：图4-19 4-19 没有使用MRDMRD指令的梯形图和指令表知识链接知识链接 4 4）简化程序的技巧：如果分支后直接输出，作为特例，）简化程序的技巧：如果分支后直接输出，作为特例，不不作分支作分支处理，而直接当作输出，第二条支路作为串联处理，处理，而直接当作输出，第二条支路作为串联处理，直接使用直接使用ANDAND指令指令 。图4-20 4-20 简化前的梯形图和指令表图4-21 4-21 简化后的梯形图指令表 知识链接知识链接 5 5）栈操作指令仅在语句表中。）栈操作指令仅在语句表中。 图4-22 4-22 二层栈示例梯形图及指令表 知识链接知
25、识链接（5 5）MCMC与与MCRMCR指令指令MCMC：主控指令主控指令，用于公共触点串联连接，用于公共触点串联连接，3 3个程序步个程序步 。 MCRMCR：主主控复位指令控复位指令，2 2个程序步个程序步 1 1）MCMC、MCRMCR指令的编程元件为指令的编程元件为Y Y、M M（不允许使用特殊辅助继（不允许使用特殊辅助继 电器）；电器）；2 2）MCMC指令后用指令后用LD/LDILD/LDI指令指令，表示建立，表示建立子母线子母线，MCRMCR使母线返使母线返 回到回到MCMC指令调用前的位置。指令调用前的位置。3 3）MCMC、MCRMCR指令成对出现指令成对出现，缺一不可，否则
26、母线的位置错乱，缺一不可，否则母线的位置错乱 导致程序出错。导致程序出错。4 4）MCMC、MCRMCR指令的编程元件指令的编程元件Y Y、M M称为主控节点，该节点是控称为主控节点，该节点是控制一组电路的总开关，制一组电路的总开关，接通时接通时，MCMC、MCRMCR之间的语句得以执行之间的语句得以执行；断开时，断开时，MCMC、MCRMCR之间的语句被跳过之间的语句被跳过。5 5）MCMC、MCRMCR指令可以嵌套使用，嵌套层次最多指令可以嵌套使用，嵌套层次最多8 8级，为级，为N0N0N7 N7 知识链接知识链接语句表程序语句表程序0 LD X0000 LD X0001 MC N0 31
27、 MC N0 3个步长个步长 M100 M100 主控节点主控节点4 LD X0014 LD X0015 OUT Y0015 OUT Y0016 LD X0036 LD X0037 OUT Y0027 OUT Y0028 MCR N0 28 MCR N0 2个步长，个步长， N0N0：嵌套：嵌套0 0级级 1010X000=1X000=1时执行时执行4-74-7步指令，步指令，X000=0X000=0时，时，跳至执行第跳至执行第1010步指令步指令478许多线圈受一个或一组触点控制，为了节约存储空间，采用许多线圈受一个或一组触点控制，为了节约存储空间，采用主控触点主控触点图4-23 MC4-2
28、3 MC、MCRMCR一级嵌套 知识链接知识链接图4-24 4-24 编程时的梯形图格式 图4-25 4-25 程序转换后的格式 知识链接知识链接图4-26 4-26 X0X0、X1X1、X3X3为ONON时程序执行监视图 知识链接知识链接图4-27 4-27 X0X0为OFFOFF，X1X1、X3X3为ONON时程序的执行监视图 知识链接知识链接（6 6）INV,NOPINV,NOP和和ENDENDMCRMCR：取反指令取反指令。其功能是将。其功能是将INVINV指令执行之前的结果取反。指令执行之前的结果取反。无无操作元件，指令为操作元件，指令为1 1个程序步长个程序步长。不能不能直接与母线
29、连接，该指令前面一定有其他逻辑运算指直接与母线连接，该指令前面一定有其他逻辑运算指令令梯形图。梯形图。1 1）INVINV指令指令几点说明：几点说明：图4-28 INV4-28 INV指令 知识链接知识链接NOPNOP：空操作空操作指令指令 。 ENDEND：结束结束指令。指令。 （1 1）NOPNOP、ENDEND指令无编程元件，指令无编程元件，1 1个程序步个程序步。 （2 2）PLCPLC执行程序时从执行程序时从0 0步扫描到步扫描到ENDEND指令为止，后面的程指令为止，后面的程序不执行序不执行。 （3 3）ENDEND指令不是指令不是PLCPLC的停止指令，而是程序结束指令的停止指令
30、，而是程序结束指令。在。在调试调试程序程序使用时，具有任意设置程序断点的作用使用时，具有任意设置程序断点的作用。 （4 4）NOPNOP指令用在普通指令之间，指令用在普通指令之间，PLCPLC无视其存在继续工作无视其存在继续工作。也也可用可用在调试程序时，可以作为记号使用，在程序调试完毕在调试程序时，可以作为记号使用，在程序调试完毕后后应删除应删除。2 2）NOP,ENDNOP,END指令指令几点说明：几点说明：知识链接知识链接 画出图（画出图（a a）中）中M0M0的波形图，交换上下两行位置后图（的波形图，交换上下两行位置后图（b b），），M0M0的波形有什么变化，讨论结果。的波形有什么变化，讨论结果。 图4-29 4-29 动手做一做图 （a a）（b b）动手做一做动手做一做谢 谢！