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1、商丘工学院毕业论文（设计）题目：PLC的三相鼠笼式异步电动机星-三角换接控制院 系： 机械工程学院 专 业： 机电一体化 班 级： 10 机电二班 学生姓名： 李彬彬 指导教师： 陈乾辉 成 绩： 2012年 11 月内容摘要 可编程序控制器(PLC，Programmable IJo画c Controller)是一种专 为在工业环境下应用而设计的数字运算操作控制系统。 它采用一种可 编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算，它以顺序控制为主，回 路调节为辅能完成逻辑判断、定时、记忆和算术运算等功能。PLC 的生产厂家和型号、种类繁多不同型号自成体系，有不同的程序语 言和使用方法本文采用三菱FX系
2、列PLC为例，分析PLC在三相异步电 机星一三角形”降压启动控制中的应用本文是根据三菱FX系列PLC的特点，分析了三相异步电动机的星一三角形”降压启动工作原理及硬件配置，介绍了采用PLC进行继电器控制系统改造的基本方法，结合实际应用总结PLC应用系统设计的一般步骤。分析了PLC在三相异步电动机的星一三角形”降压启动控制中的应用，并从梯形图语言、指令表语言以及电气原理图三个方面加以说明。关键词：PLC；降压启动；继电器控制系统；三相异步电机；电气原理图目 录第一章 可编程控制器的介绍51.1 可编程控制器的产生51.2 可编程控制器的发展71.3 可编程控制器的用途81.4 可编程控制器的性能特
3、点9第二章 PLC的工作原理和编程2.1 PLC的工作原理112.2 PLC的编程语言122.3PLC的接入方式122.4 PLC编程13第三章 可编程控制器的基本指令介绍16第四章 程序设计和实现17 4.1 定子回路串电阻降压起动和反接制 4.2 采用PLC实现鼠笼式异步电动器起、制动控制 4.3 PLC与继电器接触器控制系统的比较结束语21参考文献22 第一章 可编程控制器的介绍1.1可编程控制器的产生早期工业控制中采用的继电器控制系统属于固定接线的逻辑控制系统，控制系统的结构随功能的不同而不一样。如果控制要求有所改变，就必须相应地改变硬接线结构，对于复杂的控制系统就相当麻烦。此外，机械
4、电气式器件本身的不足影响了控制系统的各种性能，无法适应现代工业发展的需要。20世纪60年代，电子技术的发展推动了控制电路的电子化，晶体管等无触点器件的应用促进了控制装置的小型化和可靠性的提高。60年代中期，小型计算机被应用到过程控制领域，大大提高了控制系统的性能。但当时计算机价格昂贵，编程很不方便，输入/输出信号与工业现场不兼容，因而没能在工业控制中得到推广和应用。20世纪60年代末期，西方工业国家出现经济大萧条，作为工业龙头的汽车工业受到沉重的打击。美国通用汽车公司（General Motors Corporation,GM）为了在激烈的市场竞争中战胜对手，摆脱困境，制定出多种、小批量、不断
5、推出新车型来吸引顾客的战略。但原有的控制系统由继电器和接触器等组成，灵活性差，不能满足生产工艺不断更新的需要。当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器盘，在保留了继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的时间响应快、控制精度高、可靠性好、控制程序、可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质与功能。这一设想提出后，1968年，GM为了改善汽车生产设备的传统控制方式，提出了以下10条招标的技术指标。1、编程简单方便，可在现场修改程序。2、硬件维护方便，采用插件式结构。3、可靠性药要高于继电器控制系统。4、体积小于继电器控制系统。5、可
6、将数据直接送入管理计算机。6、成本可与继电器控制系统竞争。7、输入可以是AC115V。8、输出在AC115V、2A以上，能直接驱动电磁阀和接触器等。9、扩展时，原有系统只需要很小的改动。10、用户程序存储器的容量至少可扩展到4KB。1969年，美国数字设备公司（DEC）开发研制成第一台能满足上述要求的PLC样机，型号为PDP-14，投入通用汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果。这种新型的工业控制装置以其简单易懂、操作方便、可靠性高、使用灵活、体积小、寿命长等一系列优点很快就推广到其他工业领域，从此开创了PLC的新纪元。在可编程控制器的早期设计中虽然采用了计算机的设计思想，但只能进行逻辑
7、（开关量）的控制，主要用于顺序控制，所以被称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。第一台PLC具有模块化、可扩充、可重编程及用于工业环境的特性。这些控制器易于安装，占用空间小，可重复使用。尽管控制器编程有些琐碎，但它具有公共的工厂标准梯形图编程语言，这样使得不熟悉计算机的人也能方便的使用它。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，微处理器被广泛应用于PLC的设计中，使PLC的功能增强，速度加快，体积减少，成本下降，可靠性提高，更多地具有了计算机的功能。除了常规的逻辑控制功能外，PLC还具有模拟量处理、数据运算、运动控制、PID(Propor
8、tional-Integral-Differential)控制和网络通信等功能，易于实现柔性制造系统(Flexible Manufacturing System，FMS)，因而与机器人及计算机辅助设计/制造(Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing，CAD/CAM)一起并称为现代控制的三大支柱。此外，可编程控制器在设计中还借鉴了计算机的高级语言，给实际应用带来了方便。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会(National Electrical Manufacturers Association，NEMA)经过调查，将其正式命名
9、为Programmable Controller，简称PC，并给PC作了如下定义。 “PC是一个数字式的电子装置。它使用了可编程的记忆体存储指令，用来执行诸如逻辑、顺序、定时、计数与运算等功能，并通过数字或模拟的输入/输出模块控制各种机械或工作过程。一部数字电子计算机若是从事执行PC的功能，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。” 由于PC容易与个人计算机(Personal Computer)的缩写相混淆，因而人们仍沿用PLC作为可编程控制器的简称。总之，可编程控制器是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器并不针对某
10、一具体工业应用。在实际应用时，其硬件应根据具体需要进行选配，软件则根据实际的控制要求或生产工艺流程进行设计。 1.2可编程控制器的发展1.PLC的发展与计算机技术、微电子技术、自动控制技术、数字通信技术、网络技术等密切相关。这些高新技术的发展推动了PLC的发展，而PLC得发展又对这些高新技术提出了更高的要求，促进了它们的发展。虽然PLC应用的时间不长，但随着微处理器的出现，大规模和超大规模的集成电路技术的迅速发展和数字通信技术的不断进步，PLC也取得了迅速的发展。其发展过程大致可分3个阶段。 1) 第一代PLC(20世纪60年代末70年代中期) 早期的PLC作为继电器控制系统的替代物，其主要功
11、能只是执行原先由继电器完成的顺序控制和定时/计数控制等任务。PLC在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O(Input/Output)接口电路上作了改进，以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。PLC在软件上吸取了广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的特点，形成了特有的编程语言梯形图(Ladder Diagram)，并一直沿用至今。其优点是简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指示，能重复使用等。 2) 第二代PLC(20世纪70年代中期80年代后期) 20世纪70年代，微处理器的出现使
12、PLC发生了巨大的变化。各个PLC厂商先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，使PLC的功能大大增强。在软件方面，除了原有功能外，还增加了算术运算、数据传送和处理、通信、自诊断等功能。在硬件方面，除了原有的开关量I/O(Input/Output，输入/输出)以外，还增加了模拟量I/O、远程I/O和各种特殊功能模块，如高速计数模块、PID模块、定位控制模块和通信模块等。同时扩大了存储器容量和各类继电器的数量，并提供一定数量的数据寄存器，进一步增强了PLC的功能。 3) 第三代PLC(20世纪80年代后期至今) 20世纪80年代后期，
13、随着超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的价格大幅度的下降，各种PLC采用的微处理器的性能普遍提高。为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂家还开发了专用芯片，PLC的软硬件功能进一步得到加强，PLC已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其他设备通信，生成报表，调度产生，可诊断自身故障及机器故障。这些改进使PLC符合今天对高质量高产出的要求。尽管PLC功能越来越强，但他仍然保留了先前的简单与易于使用的特点(PLC实物图2-1)图2-1 三种常见的PLC1.3 可编程控制器的用途PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置,使其应用受到限制。但近年来由于微处理器芯片及有关元件价格大大
14、下降,使PLC的成本下降,同时又由于PLC的功能大大增强,使PLC 的应用越来越广泛,广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业。PLC的应用通常可分为五种类型：（1）顺序控制 这是PLC应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控制。PLC可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。（2）运动控制 PLC制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模版。在多数情况下，PLC把扫描目标位置的数据送给模版块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。每
15、个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。相对来说，位置控制模块比计算机数值控制（CNC）装置体积更小，价格更低，速度更快，操作方便。（3）闭环过程控制 PLC能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模块的提供使PLC具有闭环控制功能,即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当过程控制中某一个变量出现偏差时,PID控制算法会计算出正确的输出,把变量保持在设定值上。（4）数据处理 在机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算机数值控制（CNC）设备紧密结合的趋向。著名的日本FAN
16、UC公司推出的Systen10、11、12系列，已将CNC控制功能作为PLC的一部分。为了实现PLC和CNC设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件。通过窗口软件，用户可以独自编程，由PLC送至CNC设备使用。美国GE公司的CNC设备新机种也同样使用了具有数据处理的PLC。预计今后几年CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。（5）通信和联网 为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（FMS）及集散控制系统（DCS）等发展的需要，必须发展PLC之间，PLC和上级计算机之间的通信功能。作为实时控制系统，不仅PLC数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电故障时的对策
17、。1.4可编程控制器(PLC)的性能特点 (1)硬件的可靠性PLC是在工业环境的恶劣条件下应用而设计的，一个设计良好的PLC能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固，简化安装，使它易于抗振动冲击，对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施，而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。例如，在输入/输出电路中都采用了光电隔离措施，做到电浮空，既方便接地，用提高了抗干扰性能；各个I/O端口都除采用了常规模拟器滤波以外，还加上了数字滤波；内部采用了电磁屏蔽措施，防止辐射干扰；采用了较先进的
18、电源电路，以防止由电源回路串入的干扰信号；采用了较合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。由于PLC本身具有很高的可靠性，所以发生故障的部位大多集中在输入/输出的部件上，以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁电机等外围装置上。(2) 编程简单，使用方便用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，目前打多数PLC均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气
19、技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。这种面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这是微不足道的。(3) 接线简单，通用性好PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与PLC输出端子连接。接线简单、工作最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的“接线网络”，这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使PLC具有很高的经济效益。用于连接
20、现场设备的硬件接口实际上是PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于是用。(4)可连接为控制网络系统PLC可连成功能很强的网络系统。网络可分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为00m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，传输速率为1M10Mbps，传输距离为000m，网上结点可达1024个。这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。(5) 易于安装，便于维护PLC安装简单而且功能有效，其相对小的体积使之能安装
21、在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方，在从继电器系统改换到PLC系统的情况下，PLC小的模块结构使之能安装在继电器附近并将连线向已有接线端，其实改换很方便，只要将输入/输出设备连向接线端即可。在大型安装中，长距离输入/输出站点安放在最优地点。长距离站通过同轴电缆获双扭线连向CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，长距离子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由PLC制造商预先连好线，这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装时间。从一开始，PLC便以易维护作为设计目标。由于几乎所有器件都是固态的，维护时只需更换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，就能指示器是否正常工
22、作，借助于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF，还可写编程指令来报告故障。PLC的这些及其他特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。一旦安装后，其作用立即显现，其收益也马上实现，向其他智能设备一样,PLC的潜在优点还取决于应用时的创造性。 第二章PLC的工作原理和编程2.1 PLC的工作原理PLC具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。PLC则采用循环扫描工作方式。在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而不断循环。每一个循环称为一个扫描周期。一个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指
23、令两个阶段。所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。这实际是将存入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O(输出) 刷新”。由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出队输入产生了响应。反之，若在本次I/O刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。扫描周期的长短主要取决于这几个因数，二是每条指令
24、占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短。对于慢速控制系统，响应速度常常不是主要的，故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，这一问题就需慎重考虑。应对响应时间作出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。2.2 PLC的编程语言PLC提供了较完整的编程语言，以适应PLC在工业环境中的应用。利用编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序
25、，这相当于设计和改变继电器的硬接线线路，这就是所谓的“可编程序”。程序由编程器送到PLC内部的存储器中，它也能方便地读出、检查与修改。PLC提供的编程语言通常由三种：梯形图、功能图、及布尔逻辑编程。梯形图(Ladder Programming)是应用最广的，梯形图编程有时称为继电器梯形图逻辑图编程。它使用的最广是因为它和以往的继电器控制线路很接近。梯形图是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的，它与电气操作原理相呼应。它的最大优点是形象、直观和实用，为广大电气技术人员所熟知。PLC的梯形图与电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。PLC
26、的梯形图使用的时内部继电器、定时器/计数器，都是由软件实现的，其主要特点为使用方便、修改灵活。功能图编程（Function Chart Programming）是一种较新的编程方法。它的作用使用功能图来表达一个顺序控制过程。布尔逻辑编程(Boolean Logic Programming)包括“与”（AND）、或(OR)、非(NOT)以及定时器、计数器、触发器等。每一种编程方法都有它的优点和缺点，根据每一种特殊的控制要求，根据编程者的熟练程度正确合理应用编程方法。2.3 PLC的接入方式电力线通信技术，英文简称PLC，是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。该技术是把载有信息的高频加载
27、于电流，然后用电线传输，接受信息的调制解调器再把高频从电流中分离出来，并传送到计算机或电话上，以实现信息传递。该技术在不需要重新布线的基础上，在现有电线上实现数据、语音和视频等多业务的承载，也就是实现四网合一。终端用户只要插上电源插头，就可以实现因特网接入。PLC利用1.6M到30M频带范围传输信号。在发送时，利用GMSK或OFDM调制技术将用户数据进行调制，然后在电力线上进行传输；在接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调，就可得到原通信信号。目前可达到的通信速率依具体设备不同在4.5M45M之间。PLC设备分为局端和调制解调器，局端负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络的连接。
28、在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的Internet。 2.4 PLC编程2.4.1 PLC执行用户程序的过程根据PLC的工作流程,设PLC的输入数据为X,输出数据为Y。在用户程序第n次扫描执行时,其输入数据是第n-1扫描的I/O刷新阶段读取的Xn-1；执行用户程序过程中,元件映像寄存器中的数据既有第n-1次扫描存入的数据Y n-1,也有第n次执行程序的中间结果。第n次扫描I/O数据是Yn。以OMRON PLC为例，如图3.2所示给出PLC执行用户程序的过程示意图。执行第一个梯级时, PLC从输入映像寄存器中读取输入端
29、00000的状态,设其为1则输入继电器00000的状态。再读出输入端00001的状态,设其为0,则输入继电器的00001的状态为0。再由常开触点和常闭触点00000和常闭触点00001的状态运算出继电器01000当当前的状态是1。若此前的状态是0，要改写与其对应的元件映像寄存器的状态向下继续执行第二个梯级,从元件映像寄存器中读出继电器01000的状态1（前一步存入的）,所以常开触点为01000为1，继电器010001的状态是1。若此前01001的状态是0，则要改写与其对应的元件映像寄存器的状态。本次扫描刷新时元件映像寄存器中存的内容是继电器为,继电器为1。PLC执行用户程序的过程示意图由上述分
30、析可得出,执行用户程序过程的特点是：1）在执行用户程序的过程中,输入映像寄存器的状态保持不变,一直保存到下一次I/O刷新之前。2)元件映像寄存器的内容随程序的执行而改变,前一步的运算结果随即可作为下一步的运算条件,与输入映像寄存器不同。3）不同于继电器控制,PLC执行程序是按由上而下、自左向右的顺序进行的。所以不同梯级中的继电器线圈及其触点的状态不可能同时发生改变。2.4.2 梯形图的表示绘制梯形图时,我们首先要用符号表示出各种元素如常开触点、常闭触点、输出、并联常开、并联常闭等。整个梯形图指令由若干个梯级组成,每个梯级又是一个或几个输入元件和一个输出元件组成，输出元件应出现在梯级的最右边,输
31、入元件出现在输出元件的左边。我们在编MFC程序中,经常要用到一些资源,如位图、对话框、光标、字符串表、菜单、工具栏等,每种资源都有其特定的ID样我们在用位图这种资源时就可以利用其具有特定ID这个特性区分识别各个位图。如2-3图所示 ,很显然,计算机绘制图形都是位图格式的,它只能按要求画出图形中的直线、圆、矩形等元素,而不知道各个图形元素之间的逻辑关系,但是在绘制梯形图的时候,各个图形元素之间都是由一定的逻辑关系组成的,最简单的问题就是如果计算机不能识别各个元素的话,它如何知道在哪两个图形元素之间画连接线？为了解决这个问题,我们将梯形图元素“放在”个个小单位区域中,每一个图形元素在单位区域中的相
32、对位置都是统一固定的,这样每一个单位区域连接的时候,就能解决连线连接的问题。这样我们将每一个图形元素事先绘制在每一个单位区域中,然后在绘制梯级的时候,将每一个单位区域连接起来就可以了。可以这样说我们绘制的梯形图是绘制的每一个包含各种图形元素的单元区域,在图一中,我们可以清楚地看到,每一个图形元素被分别放在单元区域中,而每一单元区域又组成了整个梯级。 梯形图简图其实,抛开梯形图的图像表象,我们可以发现梯形图中每个元件其实都有一个共同的属性,该属性可以用一个四元组表示元件类型,所在位置,名称。其中,元件类型表示元件的种类,如常开触点!常闭触点、输出触点、定时器、计数器等要表示所在位置我们可以将整个
33、梯形图看成一个平面,再将这个平面划分成一个网格矩阵,使用元件在网格矩阵中的行列就可以表示名称也是元件的一个必要属性,因为它代表硬件中的具体地址。2.4.3 梯形图的编程规则梯形图语言作为一种标准PLC编程语言，在编制时必须遵循一定的规则，具体如下:(1)梯形图的每一行指令都在母线右边开始画起。(2)输出指令不能直接跟母线连接。(3)触点应在水平线上，不能在垂直分支上，且应遵循自左至右、自上而下的原则。(4)不包含触点的分支应放在垂直方向，不可放在水平位置，以便于识别触点的组合和对输出线圈的控制路径。(5)在有几个串联回路相并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图的最上面;而在有几个并联回路
34、相串联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面。(6)不能将触点画在输出线圈的右边，线圈仅能画在同一行中所有触点的最右边。第三章 可编程控制器的基本指令介绍 现以三菱FX2N为例介绍FX系列PLC的指令系统，FX系列PLC共有27条基本逻辑指令，有127条功能指令。仅用基本逻辑指令就可以编制出开关量控制系统的用户程序。下面介绍三相鼠笼式异步电动机的启动PLC控制系统中用到的基本逻辑指令。三菱PLC的基本指令LD 以常开触点开始一次逻辑运算的指令，作用是将一个常开触点接到母线上。另外，在分支接点处也可使用。LD指令能够操作的元件为X,Y,M,T,C和S.LDI 以常闭触点开始一次逻辑运算的指
35、令，作用是将一个常闭触点接到母线上。另外，在分支接点处也可使用。LDI指令能够操作的元件为X,Y,M,T,C和S。OUT 输出指令，将运算结果输出到之指定的继电器，是驱动线圈的输出指令。OUT指令能够操作的元件为Y,M,T,C和S。AND 与指令。用于一个常开触点同另一个触点的串联连接。ANI 与非指令。用于一个常闭触点同另一个触点的串联连接。OR 或指令。用于一个常开触点同另一个触点的并联连接。ORI 或非指令。用于一个常闭触点同另一个触点的并联连接。第四章 程序设计和实现4.1 定子回路串电阻降压起动和反接制 如图1所示，此控制电路含三个接触器和一个中间继电器线圈，12个触点。起动时，KM
36、2、KM3线圈均处于断开状态，按下起动按钮SB1，KM1线圈通电并自锁，电动机串电阻减压起动。当电动机转速上升到某一定值时(此值为速度继电器KS1的整定值，可调节，如调至100r/min时动作)，速度继电器KS1的常开触点闭和，中间继电器KA通电并自锁，KA的常开触点接通接触器线圈KM3，KM3的主触点在主电路中短接定子电阻R，电动机转速上升至给定值时投入稳定运行。制动时，按下停机按钮SB2，KM1线圈断电，其主触点断开三相电源;控制电路中常开触点断开，KM3失电，限流电阻串入;常闭触点闭合，接通反接制动接触器KM2，对调两相电源相序，电动机处于反接制动状态。当转速下降至某一定值时(比如100
37、r/min),KS1常开触点断开KA，继而断开KM2，电动机失电，迅速停机。图1 继电器接触器控制系统这种传统的继电器接触器控制方式控制逻辑清晰，采用机电合一的组合方式便于普通机类或电类技术人员维修，但由于使用的电气元件体积大、触点多、故障率大，因此，运行的可靠性较低。随着PLC技术的发展，使用PLC进行电机的运行控制已成为必然趋势。4.2 采用PLC实现鼠笼式异步电动器起、制动控制可编程序控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，自60年代末，美国首先研制和使用可编程控制器以后，世界各国特别是日本和联邦德国也相继开发了各自的PLC(programmable logic contro
38、ller)，因此，与传统的继电器接触器控制系统相比较，笔者认为采用PLC实现鼠笼式异步电动机起制动控制是最明智的选择。下面就是笔者设计的采用PLC实现的鼠笼式异步电动机起制动控制电路的接线图、梯形图和指令程序，如图2和图3所示。图2 PLC控制的输入输出接线图图3 PLC控制的梯形图PLC控制逻辑与传统的继电器接触器控制系统基本一致，其工作过程如下:起动时，按下起动按钮SB1,X400常开触点闭合，Y430线圈接通并自锁，KM1线圈接通，主触头吸合，电动机串入限流电阻R开始起动，同时Y430的两对常开触点闭合，当电动机转速上升到某一定值时，KS1的常开触点闭合，X402常开触点闭合，M100线
39、圈接通并自锁，M100的一对常开触点接通Y432的线圈，KM3线圈有电主触头吸合，短接起动电阻，电机转速上升至给定值时投入稳定运行。制动时，按下停机按钮SB2，X401常开触点断开Y430线圈，使KM1失电释放，而Y430的常闭触点接通Y431线圈，制动用的接触器KM2线圈通电，对调两相电源的相序，电动机处于反接制动状态。与此同时，Y430的常开触点断开Y432的线圈，KM3失电释放，串入电阻R限制制动电流。当电动机转速迅速下降至某一定值时，KS1常开触点断开，X402常开触点断开M100的线圈，M100的常开触点断开Y431线圈，KM2失电释放，电动机很快停下来。过载时，热继电器FR常开触点
40、闭合，X403的两对常闭触点断开Y430和M110的线圈，从而使KM1或KM2失电释放，起到过载保护作用。上述控制过程指令程序如下:4.3 PLC与继电器接触器控制系统的比较通过对鼠笼式异步电动机起制动的传统控制方法和PLC控制方法的比较，从某种意义上看，PLC控制是从继电器接触器控制发展而来的。两者既有相似性又有很多不同处。4.3.1 二种方案的不同点(1)PLC内部大部分采用“软”逻辑继电器接触器控制全部用硬器件、硬触点和“硬”线连接，为全硬件控制;PLC内部大部分采用“软”电器、“软”接点和“软”线连接，为软件控制;(2) PLC控制系统结构紧凑继电器接触器控制系统使用电器多，体积大且故
41、障率大;PLC控制系统结构紧凑，使用电器少，体积小;(3) PLC内部全为“软接点”动作快电器接触器控制全为机械式触点，动作慢，弧光放电严重;PLC内部全为“软接点”动作快;(4) PLC控制功能改变极其方便继电器接触器控制功能改变，需拆线接线乃至更换元器件，比较麻烦;PLC控制功能改变，一般只需修改程序便可，极其方便;(5) PLC控制系统制造周期短PLC控制系统由于结构简单紧凑，基本为软件控制，因此设计、施工与调试比继电器接触器控制系统周期短。此外，由于PLC技术是计算机控制的基础上发展而来，因此，它的软硬件设置上有着传统的继电器接触器控制无法比拟的优势，工作可靠性极高。4.3.2 PLC
42、方案的设计要点(1) 设置滤波 在PLC中一般都在输入输出接口处设置形滤波器，它不仅可滤除来自外界的高频干扰，而且还可减少内部模块之间信号的相互干扰;(2) 设有隔离 在PLC系统中CPU和各I/O回路(主要指数字口)几乎都设有光耦合器作隔离，以防止干扰或可能损坏CPU等;(3) 设置屏蔽 屏蔽有两类:一类是对变压器采取磁场和电场的双重屏蔽，这时要用既导磁又导电的材料作为屏蔽层;另一类是对CPU和编程器等模块仅作电磁场的屏蔽，此时可用导电的金属材料作屏蔽层;(4) 采用模块式结构PLC通常采用积木式结构，这便于用户检修和更换模板，同时在各模板上都设有故障检测电路，并用相应的指示器标志它的状态，
43、使用户能迅速确定故障的位置;(5) 设有联锁功能PLC中个各输出通道之间设有联锁功能。以防止各被控对象之间误动作可能造成的事故;(6) 设置环境检测和诊断电路这部分电路负责对PLC的运行环境(例如电网电压、工作温度、环境的湿度等)进行检测，同时也完成对PLC中各模块工作状态的监测。这部分电路往往是与软件相配合工作的，以实现故障自动诊断和预报;(7) 设置Watchdog电路PLC中的这种电路是专门监视PLC运行进程是否按预定的顺序进行，如果PLC中发生故障或用户程序区受损，则因CPU不能按预定顺序(预定时间间隔)工作而报警;(8) PLC的输入、输出控制简单PLC是以扫描方式进行工作的，即PL
44、C对信号的输入、数据的处理和控制信号的输出，分别在一个扫描周期内的不同时间间隔里，以批处理方式进行，这不仅使用户编程简单、不易出错，而且也使PLC的工作不易受到外界干扰的影响;同时PLC所处理的数据比较稳定，从而减少了处理中的错误;另外，PLC的输入、输出的控制较简单，不容易产生由于时序不合适而造成的问题。结束语先分析继电器控制系统的控制要求，将检测元件、控制元件(如按钮等)合理安排接入PLC的输入口。然后将被控器件(如接触器线圈、电磁阀线圈)接入PLC的输出与继电一接触器系统对应，选择PLC中功能相同的器件。按接点与器件关系设计出梯形图参考文献：（1）电机、拖动与控制沈阳工业大学 曹承志主编 机械工业出版社 （2）电器与PLC控制技术张万忠 刘明芹主编 化学工业出版社（3）PLC基础及应用廖常初 机械工业出版社 2004（4）三菱FX/O系列PLC应用技术龚仲华 史建成，孙毅 人民邮电出版社 2006（5）电气控制与PLC应用陈建明 电子工业出版社 2006