课题二基本控制指令应用之任务3三相异步电动机Y降压启动控制.docx
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课题二基本控制指令应用之任务3三相异步电动机Y降压启动控制
课题二基本控制指令应用
任务3三相异步电动机Y－△降压启动控制
知识目标：
1．掌握主控指令MC、MRC的功能及应用，同时了解主控指令与多重输出指令的异同点。
2．掌握主控指令在PLC的软件系统及梯形图的编程原则。
能力目标：
1.会根据控制要求，能灵活地运用经验法，通过主控指令或多重输出指令实现三相异步电动机Y-△降压启动控制的梯形图程序设计。
2.能通过三菱GX-Developer编程软件，采用梯形图输入法或指令语句表输入法进行编程，并通过仿真软件采用软元件测试的方法，进行仿真；然后将仿真成功后的程序下载写入到事先接好外部接线的PLC中，完成控制系统的调试。
如图2-3-1所示是三相异步电动机Y—△降压启动的继电控制电路。
本次任务就是：
用PLC控制系统来实现如图2-3-1所示的三相交流异步电动机的Y—△降压启动控制，其控制的时序图如图2-3-2所示。
图2-3-1三相异步电动机Y—△降压启动的继电控制电路
图2-3-2三相异步电动机Y—△降压启动控制时序图
任务控制要求：
（1）能够用按钮控制三相交流异步电动机的Y-△降压启动和停止。
（2）具有短路保护和过载保护等必要的保护措施。
（3）利用PLC基本指令中的主控指令或多重输出指令来实现上述控制。
实施本任务教学所使用的实训设备及工具材料可参考表2-3-1所示。
表2-3-1实训设备及工具材料
序号
分类
名称
型号规格
数量
单位
备注
1
工具
电工常用工具
1
套
2
仪表
万用表
MF47型
1
块
3
设备
器材
编程计算机
要求机型：
IBMPC/AT（兼容）；CPU：
486以上；内存：
8兆或更高（推荐16兆以上）；显示器：
分辨率为800×600点，16色或更高
1
台
4
接口单元
采用FX-232AWC型RS-232/RS-422转换器（便携式）或FX-232AW型RS-232C/RS-422转换器（内置式），以及其他指定的转换器
1
套
5
通讯电缆
FX-422CAB型RS-422缆线（用于FX2，FX2C型PLC，0.3m）或FX-422CAB-150型RS-422缆线（用于FX2，FX2C型PLC，1.5m），以及其他指定的缆线
1
条
6
可编程序控制器
FX2N-48MR
1
台
7
安装配电盘
600*900mm
1
块
8
导轨
C45
0.3
米
9
空气断路器
Multi9C65ND20
1
只
10
熔断器
RT28-32
6
只
11
按钮
LA4-2H
1
只
12
接触器
CJ10-10或CJT1-10
3
只
13
接线端子
D-20
20
只
14
三相异步电动机
△接法，自定
1
台
15
消耗
材料
铜塑线
BV1/1.37mm2
10
米
主电路
16
铜塑线
BV1/1.13mm2
15
米
控制电路
17
软线
BVR7/0.75mm2
10
米
18
紧固件
M4*20螺杆
若干
只
19
M4*12螺杆
若干
只
20
Φ4平垫圈
若干
只
21
Φ4弹簧垫圈及Φ4螺母
若干
只
22
号码管
若干
米
23
号码笔
1
支
通过对如图2-3-1所示的继电器控制线路图和如图2-3-2所示的控制时序图分析，可知三相异步电动机的Y—△降压启动控制原理为：
启动时，首先合上总电源开关QF，按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈得电，其辅助常开触头闭合自锁，主触头闭合；接触器KM3和时间继电器KT线圈同时得电，辅助常闭触头断开联锁；主触头闭合，电动机Y形启动。
5S后，时间继电器KT的延时断开瞬时闭合常闭触头延时断开，接触器KM3线圈失电，其主触头断开，Y形启动结束。
而KM3辅助常闭触头复位，时间继电器KT的延时闭合瞬时断开常开触头延时闭合，接触器KM2线圈得电，KM2主触头闭合，其辅助常开触头闭合自锁，电动机△形运行；KM2辅助常闭触头断开联锁，时间继电器KT线圈失电，其延时断开瞬时闭合常闭触头复位为下次启动作准备。
需要停止时，按下停止按钮SB1即可。
在进行本次任务学习时，应首先了解实现本次任务PLC控制的主控指令的功能及应用，以及主控指令在PLC的软件系统及梯形图的编程原则。
然后根据控制要求，能灵活地运用经验法，按照梯形图的设计原则，运用主控指令将三相异步电动机Y—△降压启动的继电控制电路转换成梯形图。
同时通过三菱GX-Developer编程软件，采用梯形图输入法或指令表输入法，输入控制程序，并通过仿真软件采用软元件测试的方法，进行模拟仿真运行；最后将仿真成功后的程序下载，并写入到事先接好外部接线的PLC中，完成控制系统的调试。
一、主控移位和复位指令（MC、MRC）
在编程时常遇到具有主控点的电路，使用主控触点移位和复位指令往往会使编程简化。
1.指令的助记符和功能
主控移位和复位指令的助记符和功能如下表2-3-2所示。
表2-3-2主控移位和复位指令的助记符及功能
指令助记
符、名称
功能
可作用的软元件
程序步
MC（主控移位）
公共串联主控触点的连接
N（层次），Y，M（特殊M除外）
3
MCR（主控复位）
公共串联主控触点的清除
N（层次）
2
2.编程实例
在编程时，经常会遇到多个线圈同时受一个或一组触点控制，如果在每个线圈的控制电路中都串入同样的触点，将占用很多存储单元，如图2-3-3所示就是多个线圈受一个触点控制的普通编程方法。
MC和MCR指令可以解决这一问题。
使用主控指令的触点称为主控触点，它在梯形图中一般垂直使用，主控触点是控制某一段程序的总开关。
对图2-3-3中的控制程序可采用主控指令进行简化编程，简化后的梯形图和指令表如图2-3-4所示。
a）b）
图2-3-3多个线圈受一个触点控制的普通编程方法
a）梯形图b）指令表
图2-3-4MC、MCR指令编程
a）梯形图b）指令表
从如图2-3-4可知，当常开触点X001接通时，主控触点M0闭合，执行MC到MCR的指令，输出线圈Y001、Y002、Y003、Y004分别由X002、X003、X004、X005的通断来决定各自的输出状态。
而当常开触点X001断开时，主控触点M0断开，MC到MCR的指令之间的程序不执行，此时无论X002、X003、X004、X005是否通断，输出线圈Y001、Y002、Y003、Y004全部处于OFF状态。
输出线圈Y005不在主控范围内，所以其状态不受主控触点的限制，仅取决于X006的通断。
3.关于指令功能的说明
（1）当控制触点接通，执行主控MC指令，相对于母线（LD、LDI点）移到主控触点后，直接执行从MC到MCR之间的指令。
MCR令其返回原母线。
（2）当多次使用主控指令（但没有嵌套）时，可以通过改变Y、M地址号实行，通过常用的N0进行编程。
N0的使用次数没有限制。
（3）MC、MCR指令可以嵌套。
嵌套时，MC指令的嵌套级N的地址号从N0开始按顺序增大。
使用返回指令MCR时，嵌套级地址号顺次减少。
（4）MC指令里的继电器M（或Y）不能重复使用，如果重复使用会出现双重线圈的输出。
MC到MCR在程序中是成对出现的。
二、编程元件——定时器（T）
延时控制就是利用PLC的通用定时器和其他元器件构成各种时间控制，这是各类控制系统经常用到的功能。
如本任务中的星形启动的延时控制就是利用PLC的通用定时器和其他元器件构成的时间控制电路。
本次任务中只对通用定时器作简单的介绍，详细的内容将在下一任务“抢答器控制系统”中进行介绍。
PLC中的定时器（T）相当于继电器控制系统中的通电型时间继电器。
它是通过对一定周期的时钟脉冲计数实现定时的，时钟脉冲的周期有1ms、10ms、100ms三种，当所计脉冲个数达到设定值时触点动作，它可以提供无限对常开常闭延时触点。
设定值可用常数K或数据寄存器D来设置。
1.通用定时器的分类
100ms通用定时器（T0～T199）共200点，其中T192～T199为子程序和中断服务程序专用定时器。
这类定时器是对100ms时钟累积计数，设定值为1～32767，所以其定时范围为0.1～3276.7S。
10ms通用定时器（T200～T245）共46点，这类定时器是对10ms时钟累积计数，设定值为1～32767，所以其定时范围为0.01～327.67S。
2.通用定时器的动作原理
通用定时器的动作原理如图2-3-5所示。
当X000闭合，定时器T0线圈得电，开始延时，延时时间△t＝100ms×100＝10s到，定时器常开触点T0闭合，驱动Y000。
当X000断开，T0失电，Y000失电。
图2-3-5通用定时器动作原理
一、通过对本任务控制要求分析，分配输入点和输出点，写出I/O通道地址分配表
根据任务控制要求，可确定PLC需要2个输入点，3个输出点，其I/O通道分配表见表2-3-3所示。
表2-3-3I/O通道地址分配表
输入
输出
元件代号
作用
输入继电器
元件代号
作用
输出继电器
SB1
停止按钮
X000
KM1
正转控制
Y000
SB2
启动按钮
X001
KM2
三角形控制
Y001
KM3
星形控制
Y002
二、画出PLC接线图（I/O接线图）PLC接线图如图2-3-6所示。
图2-3-6Y-△降压启动控制I/O接线图
在Y-△降压启动的过程中要完成Y形到△形的切换，Y形启动和△形运行不能同时通电。
如果Y形和△形同时通电，会造成电源相间短路。
因此在设计Y-△降压启动控制I/O接线图时，由于PLC的扫描周期和接触器的动作时间不匹配，只在梯形图中加入“软继电器”的互锁会造成Y002虽然断开，可能接触器KM3还未断开，在没有外部硬件联锁的情况下，接触器KM2会得电动作，主触头闭合，会引起主电路电源相间短路；同理，在实际控制过程中，当接触器KM2或接触器KM3任何一个接触器的主触头熔焊时，由于没有外部硬件的联锁，只在梯形图中加入“软继电器”的互锁会造成主电路电源相间短路。
此外，还可以通过程序增加一个Y形断电后的延时控制再接通△形。
三、程序设计
在进行PLC控制系统的编程设计时，往往有多个设计方案，本次任务的编程设计也不例外，可以通过目前所学的相关基本指令进行设计，设计方案主要有以下三种。
1.采用块与指令及多重输出指令进行设计
编程思路：
用PLC控制系统对继电控制系统的改造，对于编程初学者来说，一般都是采用经验法，在原继电控制线路的基础上进行等效的变化。
采用块与指令及多重输出指令将原继电控制线路等效出的控制程序及指令表如图2-3-7所示。
图2-3-7采用块与指令及多重输出指令实现的Y-△降压启动控制程序
a）梯形图b）指令表
2.采用串、并联及输出指令进行设计
（1）Y-△降压启动电源控制程序的设计
编程思路：
从如图2-3-1所示的Y-△降压启动的继电控制电路原理和如图2-3-2所示的控制时序图分析可知，无论是Y形启动还是△形运行，接触器KM1（Y000）始终保持得电，因此，可以采用在任务1中所学的“启-保-停”电路进行接触器KM1（Y000）的控制设计，其控制程序如图2-3-8所示。
图2-3-8Y-△降压启动电源控制程序
（2）Y-△降压启动Y形启动控制程序的设计
编程思路：
由于Y形启动控制时，除了接触器KM1（Y000）得电外，还必须使接触器KM3（Y002）通电，因此可以通过Y000的辅助常开触头使Y002线圈获电，即将Y000的辅助常开触头与Y002线圈串联。
其控制程序如图2-3-9所示。
图2-3-9Y形启动控制程序
（3）Y-△降压启动的Y形启动延时控制程序的设计
编程思路：
由于Y形启动的延时时间为5s，因此可采用本任务所学的编程元件定时器T0的辅助常闭触头与Y002线圈串联进行延时控制编程设计，如图2-3-10所示。
值得一提的是，由于T0为100ms的通用定时器，因此在设置时间参数时应为K50。
图2-3-10Y形启动延时控制程序
（4）Y-△降压启动的△形运行控制程序的设计
编程思路：
当Y形启动结束后，通过定时器T0的辅助常开触头接通△形控制接触器KM2（Y001），由于△形运行时必须保证Y002断电，因此在Y形启动的支路中串联Y001的常闭触头；另外，为了保证在定时器T0断电后，使Y001线圈保持得电，用Y001的辅助常开触头与T0的辅助常开触头并联，实现Y001的自保持控制。
其控制程序如图2-3-11所示。
图2-3-11△形运行控制程序
（5）添加必要的联锁保护，完善控制程序
编程思路：
从如图2-3-11所示的程序可以看出，当按下停止按钮SB1（X000）时，无法使Y001断电，因此，必须在△形控制回路中串联X000的常闭触头,完善原来的程序，得出本任务采用串、并联及输出指令实现控制的程序，其控制程序及指令表如图2-3-12所示。
图2-3-12采用串、并联及输出指令实现的Y-△降压启动控制程序
a）梯形图b）指令表
3.采用主控指令进行设计
编程思路：
从如图2-3-1所示的Y-△降压启动的继电控制电路原理和如图2-3-2所示的控制时序图分析可知，无论是Y形启动还是△形运行，电源控制接触器KM1（Y000）起着主控的作用，KM2（Y001）、KM3（Y002）线圈的通断，都直接受到KM1（Y000）常开辅助触头的控制，因此，我们可将KM1（Y000）常开辅助触头作为主控触点。
根据主控指令的编程原则，采用主控指令进行设计的程序及指令表如图2-3-13所示。
图2-3-13采用主控指令实现的Y-△降压启动控制程序
a）梯形图b）指令表
通过对上述三种设计方案进行比较，不难看出采用块与指令及多重输出指令直接将继电控制线路等效转换成梯形图的程序较长，而直接采用串、并联指令及输出指令设计和采用主控指令设计的程序，表现出程序精短，思路清晰的特点。
另外，由于PLC控制系统与继电控制系统是两种的不同控制方式，不是所有的继电器控制线路都可以直接等效转换成梯形图，特别是较复杂的继电控制线路。
例如，如图2-3-14所示的Y-△降压启动控制线路就不能简单的直接等效转换成梯形图。
图2-3-14Y-△降压启动控制线路
如果将如图2-3-14所示的Y-△降压启动控制线路简单的直接等效转换成梯形图会出现什么情况？
四、程序输入及仿真运行
1.程序输入
启动MELSOFT系列GXDeveloper编程软件，首先创建新文件名，并命名为“主控指令实现Y-△降压启动控制”，选择PLC的类型为“FX2N”，运用前面任务所学的梯形图输入法或指令表输入法，输入图2-3-13所示的梯形图或指令表，其输入过程在此不再赘述,在此仅就主控指令的输入和定时器线圈输入做一介绍。
（1）主控指令的输入
在输入本程序的主控指令时，首先单击下拉菜单中的“
”图标，此时会弹出“梯形图输入”对话框，接着在对话框中输入主控指令“MCN0Y000”，如图2-3-15所示。
然后单击对话框中的“确定”即可完成指令的输入，如图2-3-16所示。
图2-3-15主控指令的输入
图2-3-16主控指令输入后的画面
在输入主控指令MCN0Y000时，应选择的是应用指令图标“
”，即〔MCN0Y000〕;不能使用线圈图标“
”，即（MCN0Y000）；否则将无法进行编程。
（2）定时器T0的输入
在输入定时器线圈时，首先单击下拉菜单中的“
”图标，此时会弹出“梯形图输入”对话框，接着在对话框中输入定时器线圈的助记符和时间常数“T0K50”，如图2-3-17所示。
然后点击对话框中的“确定”即可完成定时器的输入，如图2-3-18所示。
图2-3-17定时器T0线圈的输入
图2-3-18定时器输入后的画面
在输入定时器线圈时，应选择的是线圈图标“
”，不能使用应用指令图标“
”;否则将无法进行编程。
另外，在输入定时器线圈的助记符后，需按空格键后方可输入时间常数，并在时间常数前加“K”。
2.仿真运行
在前面任务中曾介绍了“梯形图逻辑测试”的仿真方法，当梯形图程序较为复杂时，采用该方法进行仿真监控不太直观，一般会采用“软元件测试法”进行仿真，其操作过程如下：
（1）首先单击下拉菜单中的“梯形图逻辑测试启动/结束”图标“
”，然后会出现如图2-3-19所示的画面。
图2-3-19启动仿真软件
（2）单击图2-3-19所示画面中“LADDERLOGICTESTTOOL”对话框中的“菜单起动”，会出现如图2-3-20所示的选择窗口。
然后选择并点击“继电器内存监视”，会出现如图2-3-21所示的画面。
图2-3-20继电器内存监视的选择
图2-3-21软元件的选择
（3）将光标选择到“位软元件窗口”并单击位软元件“X”，会出现如图2-3-22所示画面。
图2-3-22位软元件“X”的选择
（4）用上述同样的方法分别进行位软元件“Y”和字软元件“T”的选择，然后单击工具栏中的“
”，选择“并列表示”并单击，会出现如图2-3-23所示的位软元件“X”、“Y”、“T”的“并列表示”监控窗口。
图2-3-23位软元件“X”、“Y”、“T”的“并列表示”监控窗口
（5）Y形降压启动监控。
将鼠标移至图2-3-23所示的“X001”的位置并左键双击（相当于按下启动按钮SB2）；此时可观察到“X001”黄色的指示灯亮（说明按钮SB2已接通），同时“Y000”（接触器KM1）和“Y002”（接触器KM3）的黄色指示灯亮（说明此时电动机已Y形启动），定时器T0从0开始计时，如图2-3-24所示。
然后再双击“X001”，黄色的指示灯熄灭（说明按钮SB2已松开），“Y000”、“Y002”和“T0”黄色指示灯保持亮。
图2-3-24Y形降压启动监控画面
（6）△形运行监控。
当定时器T0计时5S（即当前值对于设定值50），Y002黄色指示灯熄灭（相当于接触器KM3断开），此时Y000和Y001的黄色指示灯亮（相当于接触器KM1和接触器KM2接通）电动机进入△形运行状态。
如图2-3-25所示。
图2-3-25△形全压运行监控画面
（7）停止控制监控。
当需要停止时，只要双击图2-3-25所示中的X000（相当于按下停止按钮SB1），此时Y000和Y001黄色指示灯熄灭，定时器T0的时间常数归0。
如图2-3-26所示。
然后再双击一次X000（相当于松开停止按钮SB1）回到初始状态，等待第二次启动。
图2-3-26停止控制监控画面
3.程序下载
（1）PLC与计算机连接。
使用专用通信电缆RS-232/RS422转换器将PLC的编程接口与计算机的COM1串口连接。
（2）程序写入。
首先接通系统电源，将PLC的RUN/STOP开关拨到“STOP”的位置，然后通过MELSOFT系列GXDeveloper软件中的“PLC”菜单的“在线”栏的“PLC写入”，就可以把仿真成功的程序写入的PLC中。
五、线路安装与调试
（1）根据如图2-3-6所示的PLC接线图（I/O接线图），画出三相异步电动机PLC控制系统的电气安装接线图，如图2-2-27所示。
然后按照以下安装电路的要求在如图2-3-28所示的模拟实物控制配线板上进行元件及线路安装。
（2）安装电路
1）检查元器件。
根据表2-3-1所示配齐元器件，检查元器件的规格是否符合要求，并用万用表检测元器件是否完好。
2）固定元器件。
固定好本项目任务所需元器件。
3）配线安装根据配线原则和工艺要求，进行配线安装。
4）自检。
对照接线图检查接线是否无误，再使用万用表检测电路的阻值是否与设计相符。
图2-3-27Y-△降压启动PLC控制系统接线图
图2-3-28Y-△降压启动PLC控制系统安装效果图
（3）通电调试
1）经自检无误后，在指导教师的指导下，方可通电调试。
2）首先接通系统电源开关QF2，将PLC的RUN/STOP开关拨到“RUN”的位置，然后通过计算机上的MELSOFT系列GXDeveloper软件中的“监控/测试”监视程序的运行情况，再按照表2-3-4所示进行操作，观察系统运行情况并做好记录。
如出现故障，应立即切断电源，分析原因、检查电路或梯形图，排除故障后，方可进行重新调试，直到系统功能调试成功为止。
表2-3-4程序调试步骤及运行情况记录表
操作步骤
操作内容
观察内容
观察结果
思考内容
第一步
将仿真成功后的程序下载到PLC后，合上断路器QS
“POWER”灯
理解PLC的工作过程
所有的“IN”灯
第二步
将RUN/STOP开关拨到“RUN”的位置
“RUN”灯
第三步
将RUN/STOP开关拨到“STOP”的位置
“RUN”灯
第四步
按下SB2
KM1、KM2和KM3的动作
第五步
按下SB1
在进行三相异步电动机Y-△降压启动控制的梯形图程序设计、上机编程、模拟仿真及线路安装与调试的过程中，时常会遇到如下问题：
问题：
在设计Y-△降压启动控制I/O接线图时，往往因在梯形图控制程序中设置了Y001（KM2）和Y002（KM3）的软元件互锁，而遗漏接触器KM2和KM3的接触器的外部联锁。
后果及原因：
在实际控制过程中，当接触器KM2或接触器KM3任何一个接触器的主触头熔焊时，由于没有外部硬件的联锁，只在梯形图中加入“软继电器”的互锁会造成主电路电源相间短路。
预防措施：
在设计Y-△降压启动控制I/O接线图时，为了防止接触器KM2或接触器KM3任何一个接触器的主触头因熔焊时，造成主电路电源相间短路，必须进行PLC输出端外部硬件联锁。
对任务实施的完成情况进行检查，并将结果填入表2-3-5所示评分表内。
表2-3-5评分标准
序号
主要内容
考核要求
评分标准
配分
扣分
得分
1
电路设计
根据任务，设计电路电气原理图，列出PLC控制I/O口（输入/输出）元件地址分配表，根据加工工艺，设计梯形图及PLC控制I/O口（输入/输出）接线图，
1.电气控制原理设计功能不全，每缺一项功能扣5分
2.电气控制原理设计错，扣20分
3.输入输出地址遗漏或搞错，每处扣5分
4.梯形图表达不正确或画法不规范每处扣1分
5.接线图表达不正确或画法不规范每处扣2分
70
2
程序输入及仿真调试
熟练正确地将所编程序输入PLC；按照被控设备的动作要求进行模似调试，达到设计要求
1.不会熟练操作PLC键盘输入指令扣2分
2.不会用删除、插入、修改、存盘等命令、每项扣2分
3.仿真试车不成功扣50分
3
安装与
接线
按PLC控制I/O口（输入/输出）接线图在模拟配线板正确安装，元件在配线板上布置要合理，安装要准确紧固，配线导线要紧固、美观，导线要进行线槽，导线要有端子标号
1.试机运行不正常扣20分
2.损坏元件扣5分
3.试机运行正常，但不按电气原理图接线，扣5分
4.布线不进行线槽，不美观，主电路、控制电路每根扣
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