用PLC實現(xiàn)電動機(jī)全壓起動電氣控制系統(tǒng)

1、按圖接線，這條說是最高準(zhǔn)則也不為過。首先，在接線之前就必須先仔細(xì)閱讀圖紙，充分領(lǐng)會設(shè)計者的意圖，而不是根據(jù)個人所謂豐富經(jīng)驗接線，如果發(fā)現(xiàn)不明之處或者矛盾之處應(yīng)該第一時間與設(shè)計師聯(lián)系確認(rèn)，直到無誤后，接線施工。

2、接線順序要清晰明了，流程簡單具有可檢查性。這一條在實際中能做到的很少，基本都是線頭一接，盒子一蓋完事。

3、多多學(xué)習(xí)接線技巧,善于靈活運用專業(yè)工具。例如：

Q：【我們在做plc柜時，接線板和接線端子很多，處理不好會有松動、毛刺等現(xiàn)象，是直接剝?nèi)ゾ€皮壓入，還是使用插針，還是粘錫?！?br /> A: ——單芯線剝皮后直接壓入，多芯線用冷壓端子，不建議搪錫；

Q:【PLC的擴(kuò)展模塊比較多時，公共端和供電端的接線是如何處理的，是通過每個PLC模塊上的端子直接并聯(lián)至下一個模塊上，還是接至端子上，在端子排上短接呢？】

A: ——我們在現(xiàn)場維護(hù)設(shè)備，希望供電電源在端子上分配短接后分別引入用戶點（用線號管或在端子上做好標(biāo)記指明去處），這樣直觀明了，相互之間影響小，不希望從一點并到另一點，不希望一個端子下接兩根以上的線。對于電源端子排，喜歡使用帶保險的端子或端子上下之間可以斷開連接的那種，查找短路故障時非常方便。

01 PLC內(nèi)外部電路

1外部電路接線

圖1是電動機(jī)全壓起動控制的接觸器電氣控制線路，控制邏輯由交流接觸器KM線圈、指示燈HL1、HL2、熱繼電器常閉觸頭FR、停止按鈕SB2、起動按鈕SB1及接觸器常開輔助觸頭KM通過導(dǎo)線連接實現(xiàn)。
合上QS后按下起動按鈕SB1，則線圈KM通電并自鎖，接通指示燈HL1所在支路的輔助觸頭KM及主電路中的主觸頭， HL1亮、電動機(jī)M起動；按下停止按鈕SB2，則線圈KM斷電，指示燈HL1滅，M停轉(zhuǎn)。

圖1 電動機(jī)全壓起動電氣控制線路

圖2是采用SIEMENS的一款S7系列PLC實現(xiàn)電動機(jī)全壓起動控制的外部接線圖。主電路保持不變，熱繼電器常閉觸頭FR、停止按鈕SB2、起動按鈕 SB1等作為PLC的輸入設(shè)備接在PLC的輸入接口上，而交流接觸器KM線圈、指示燈HL1、HL2等作為PLC的輸出設(shè)備接在PLC的輸出接口上。按制邏輯通過執(zhí)行按照電動機(jī)全壓控制要求編寫并存入程序存儲器內(nèi)的用戶程序?qū)崿F(xiàn)。

圖2 電動機(jī)全壓起動PLC控制接線圖

a)主電路 b)I/O實際接線圖

2建立內(nèi)部I/O映像區(qū)

在PLC存儲器內(nèi)開辟了I/O映像存儲區(qū)，用于存放I/O信號的狀態(tài)，分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器，此外PLC其它編程元件也有相對應(yīng)的映像存儲器，稱為元件映像寄存器。

I/O映像區(qū)的大小由PLC的系統(tǒng)程序確定，對于系統(tǒng)的每一個輸入點總有一個輸入映像區(qū)的某一位與之相對應(yīng)，對于系統(tǒng)的每一個輸出點也都有輸出映像區(qū)的某一位與之相對應(yīng)，且系統(tǒng)的輸入輸出點的編址號與I/O映像區(qū)的映像寄存器地址號也對應(yīng)。

PLC工作時，將采集到的輸入信號狀態(tài)存放在輸入映像區(qū)對應(yīng)的位上，運算結(jié)果存放到輸出映像區(qū)對應(yīng)的位上，PLC在執(zhí)行用戶程序時所需描述輸入繼電器的等效觸頭或輸出繼電器的等效觸頭、等效線圈狀態(tài)的數(shù)據(jù)取用于I/O映像區(qū)，而不直接與外部設(shè)備發(fā)生關(guān)系。

I/O映像區(qū)的建立使PLC工作時只和內(nèi)存有關(guān)地址單元內(nèi)所存的狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)生關(guān)系，而系統(tǒng)輸出也只是給內(nèi)存某一地址單元設(shè)定一個狀態(tài)數(shù)據(jù)。這樣不僅加快了程序執(zhí)行速度，而且使控制系統(tǒng)與外界隔開，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

3內(nèi)部等效電路

圖3是PLC的內(nèi)部等效電路，以其中的起動按鈕SB1為例，其接入接口I0.0與輸入映像區(qū)的一個觸發(fā)器I0.0相連接，當(dāng)SB1接通時，觸發(fā)器 I0.0就被觸發(fā)為“1”狀態(tài)，而這個“1”狀態(tài)可被用戶程序直接引用為I0.0觸頭的狀態(tài)，此時I0.0觸頭與SB1的通斷狀態(tài)相同，則SB1接通，I0.0觸頭狀態(tài)為“1”，反之SB1斷開，I0.0觸頭狀態(tài)為“0”，由于I0.0觸發(fā)器功能與繼電器線圈相同且不用硬連接線，所以I0.0觸發(fā)器等效為PLC內(nèi)部的一個I0.0軟繼電器線圈，直接引用I0.0線圈狀態(tài)的I0.0觸頭就等效為一個受I0.0線圈控制的常開觸頭（或稱為動合觸頭）。

圖3 PLC內(nèi)部等效電路

同理，停止按鈕SB2與PLC內(nèi)部的一個軟繼電器線圈I0.1相連接，SB2閉合，I0.1線圈的狀態(tài)為“1”，反之為“0”，而繼電器線圈I0.1的狀態(tài)被用戶程序取反后引用為I0.1觸頭的狀態(tài)，所以I0.1等效為一個受I0.1線圈控制的常閉觸頭（或稱動斷觸頭）。而輸出觸頭Q0.0、Q0.1則是PLC內(nèi)部繼電器的物理常開觸頭，一旦閉合，外部相應(yīng)的KM線圈、指示燈HL1就會接通。PLC輸出端有輸出電源用的公共接口COM。

03

PLC控制系統(tǒng)

用PLC實現(xiàn)電動機(jī)全壓起動電氣控制系統(tǒng)，其主電路基本保持不變，而用PLC替代電氣控制線路。

1PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成

圖4是電動機(jī)全壓起動的PLC控制系統(tǒng)基本構(gòu)成圖，可將之分成輸入電路、內(nèi)部控制電路和輸出電路三個部分。

圖4 PLC控制系統(tǒng)基本構(gòu)成框圖

輸入電路

輸入電路的作用是將輸入控制信號送入PLC，輸入設(shè)備為按鈕SB1、SB2及FR常閉觸頭。外部輸入的控制信號經(jīng)PLC輸入到對應(yīng)的一個輸入繼電器，輸入繼電器可提供任意多個常開觸頭和常閉觸頭，供PLC內(nèi)容控制電路編程使用。

輸出電路

輸出電路的作用是將PLC的輸出控制信號轉(zhuǎn)換為能夠驅(qū)動KM線圈和HL1指示燈的信號。PLC內(nèi)部控制電路中有許多輸出繼電器，每個輸出繼電器除了 PLC內(nèi)部控制電路提供編程用的常開觸頭和常閉觸頭外，還為輸出電路提供一個常開觸頭與輸出端口相連，該觸頭稱為內(nèi)部硬觸頭，是一個內(nèi)部物理常開觸頭。通過該觸頭驅(qū)動外部的KM線圈和HL1指示燈等負(fù)載，而KM線圈再通過主電路中KM主觸頭去控制電動機(jī)M的起動與停止。驅(qū)動負(fù)載的電源由外電部電源提供，PLC的輸出端口中還有輸出電源用的COM公共端。

內(nèi)部控制電路

內(nèi)部控制電路由按照被控電動機(jī)實際控制要求編寫的用戶程序形成，其作用是按照用戶程序規(guī)定的邏輯關(guān)系，對輸入、輸出信號的狀態(tài)進(jìn)行計算、處理和判斷，然后得到相應(yīng)的輸出控制信號，通過控制信號驅(qū)動輸出設(shè)備：電動機(jī)M、指示燈HL1等。

用戶程序通過個人計算機(jī)通信或編程器輸入等方式，把程序語句全部寫到PLC的用戶程序存儲器中。用戶程序的修改只需通過編程器等設(shè)備改變存儲器中的某些語句，不會改變控制器內(nèi)部接線，實現(xiàn)了控制的靈活性。

2PLC控制梯形圖

梯形圖是一種將PLC內(nèi)部等效成由許多內(nèi)部繼電器的線圈、常開觸頭、常閉觸頭或功能程序塊等組成的等效控制線路。圖5是PLC梯形圖常用的等效控制元件符號。

圖5 梯形圖常用等效控制元件符號

a)線圈 b)常開觸頭 c)常閉觸頭

圖6是電動機(jī)全壓起動的PLC控制梯形圖，由FR常閉觸頭、SB2常閉按鈕、KM常開輔助觸頭與SB1常開按鈕的并聯(lián)單元、KM線圈等零件對應(yīng)的等效控制元件符號串聯(lián)而成。電動機(jī)全壓起動控制梯形在形式上類似于接觸器電氣控制線路圖，但也與電氣控制線路圖存在許多差異。

圖6 電動機(jī)全壓起動控制梯形圖

梯形圖中繼電器元件物理結(jié)構(gòu)不同于電氣元件

PLC梯形圖中的線圈、觸頭只是功能上與電氣元件的線圈、觸頭等效。梯形圖中的線圈、觸頭在物理意義上只是輸入、輸出存儲器中的一個存儲位，與電氣元件的物理結(jié)構(gòu)不同。

梯形圖中繼電器元件的通斷狀態(tài)不同于電氣元件

梯形圖中繼電器元件的通斷狀態(tài)與相應(yīng)存儲位上的保存的數(shù)據(jù)相關(guān)，如果該存儲位的數(shù)據(jù)為“1”，則該元件處于“通”狀態(tài)，如果該位數(shù)據(jù)為“0”，則表示處于“斷”狀態(tài)。與電氣元件實際的通斷狀態(tài)不同。

梯形圖中繼電器元件狀態(tài)切換過程不同于電氣元件

梯形圖中繼電器元件的狀態(tài)切換只是PLC對存儲位的狀態(tài)數(shù)據(jù)的操作，如果PLC對常開觸頭等效的存儲位數(shù)據(jù)賦值為“1”，就完成動合操作過程，同樣如對常閉觸頭等效的存儲位數(shù)據(jù)賦值為“0”，就可完成動斷操作過程，切換操作過程沒有時間延時。而電氣元件線圈、觸頭進(jìn)行動合或動斷切換時，必定有時間延時，且一般要經(jīng)過先斷開后閉合的操作過程。

梯形圖中繼電器所屬觸頭數(shù)量與電氣元件不同

如果PLC 從輸入繼電器I0.0相應(yīng)的存儲位中取出了位數(shù)據(jù)“0”，將之存入另一個存儲器中的一個存儲位，被存入的存儲位就成了受I0.0繼電器控制的一個常開觸頭，被存入的數(shù)據(jù)為“0”；如在取出位數(shù)據(jù)“0”之后先進(jìn)行取反操作，再存入一個存儲器的一個存儲位，則該位存入的數(shù)據(jù)為“1”，該存儲位就成了受繼電器 I0.0控制的一個常閉觸頭。

只要PLC內(nèi)部存儲器足夠多，這種位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移操作就可無限次進(jìn)行，而每進(jìn)行一次操作，就可產(chǎn)生一個梯形圖中的繼電器觸頭，由此可見，梯形圖中繼電器觸頭原則上可以無限次反復(fù)使用。

但是PLC內(nèi)部的線圈通常只能引用一次，如需重復(fù)使用同一地址編號的線圈應(yīng)慎之又慎。與PLC不同的是電氣元件中觸頭數(shù)量是有限的。

梯形圖每一行畫法規(guī)則為從左母線開始，經(jīng)過觸頭和線圈（或功能方框），終止于右母線。一般并聯(lián)單元畫在每行的左側(cè)、輸出線圈則畫在右側(cè)，其余串聯(lián)元件畫在中間。

審核編輯：郭婷