PLC反接制动控制系统设计实现

■应知点:

了解PLC程序设计的方法——移植法。

■应会点:

掌握应用PLC实现电动机反接制动控制系统的设计、安装、调试。

一、任务简述

电动机反接制动控制系统也可以用PLC实现对其的控制，而且效果好，线路简单，运行稳定。

二、相关知识

PLC程序设计方法——移植法是根据继电器电路图设计PLC梯形图的方法。

PLC使用与继电器电路图极为相似的梯形图语言。如果用PLC改造继电器控制系统，根据继电器电路图来设计梯形图是一条捷径。这是因为原有的继电器控制系统经过长时间的使用和考验，已经被证明能完成系统要求的控制功能，而继电器电路图又与梯形图有很多相似之处，因此可以将继电器电路图“翻译”成梯形图，即用PLC的外部硬件接线图和梯形图代替继电器系统，这种设计方法一般不需要改动控制面板，保持了系统原有的外部特性，使得操作人员不用改变长期形成的操作习惯。

1.基本方法

继电器电路图是一个纯粹的硬件电路图。将它改为PLC控制时，需要用PLC的外部接线图和梯形图来等效继电器电路图。可以将PLC想象成是一个控制箱，其外部接线图描述了这个控制箱的外部接线，梯形图是这个控制箱的内部“线路图”，梯形图中的输入位和输出位是这个控制箱与外部世界联系的“接口继电器”，这样就可以用分析继电器电路图的方法来分析PLC控制系统，在分析梯形图时可以将输入位的触点想象成对应的外部输入器件的触点，将输出位的线圈想象成对应的外部负载的线圈。外部负载的线圈除了受梯形图的控制外，还能受外部触点的控制。

将继电器电路图转换成为功能相同的PLC的外部接线图和梯形图的步骤如下。

(1)了解和熟悉被控设备的工作原理、工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理。

(2)确定PLC的输入信号和输出负载。继电器电路图中的交流接触器和电磁阀等执行机构如果用PLC的输出位来控制，它们的线圈在PLC的输出端。按钮操作开关、行程开关和接近开关等提供PLC的数字量输入信号，继电器电路图中的中间继电器和时间继电器的功能，用PLC内部的存储器和定时器来完成，它们与PLC的输入位、输出位无关。

(3)选择PLC的型号，根据系统所需要的功能和规模选择CPU模块、电源模块及数字量输入和输出模块，对硬件进行组态，确定输入、输出模块在机架中的安装位置及其起始地址。

(4)确定PLC各数字量输入信号与输出负载对应的输入位和输出位的地址，画出PLC的外部接线图。各输入和输出在梯形图中的地址取决于它们的模块的起始地址和模块中的接线端子号。

(5)确定与继电器电路图中的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的存储器和定时器、计数器的地址。

(6)根据上述的对应关系画出梯形图。

2.注意事项

根据继电器电路图设计PLC的外部接线图和梯形图时应注意以下问题。

(1)应遵守梯形图语言中的语法规定。由于工作原理不同，梯形图不能照搬继电器电路中的某些处理方法。例如，在继电器电路中，触点可以放在线圈的两侧，但是在梯形图中，线圈必须放在电路的最右边。

(2)适当地分离继电器电路图中的某些电路。设计继电器电路图时的一个基本原则是尽量减少图中使用的触点个数，因为这意味着成本的节约，但是这往往会使某些线圈的控制电路交织在一起。在设计梯形图时首要的问题是设计的思路要清楚。设计出的梯形图容易阅读和理解，并不在意是否多用几个触点，因为这不会增加硬件的成本，只是在输入程序时需要多花一点时间。

(3)尽量减少PLC的输入和输出点。

PLC的价格与I/O点数有关，因此输入、输出信号的点数是降低硬件费用的主要措施。在PLC的外部输入电路中，各输入端可以接常开触点或是常闭触点，也可以接触点组成的串并联电路。PLC不能识别外部电路的结构和触点类型，只能识别外部电路的通断。

(4)时间继电器的处理。

时间继电器除了有延时动作的触点外，还有在线圈通电瞬间接通的瞬动触点。在梯形图中，可以在定时器的线圈两端并联存储器的线圈，它的触点相当于定时器的瞬动触点。

(5)设置中间单元。

在梯形图中，若多个线圈都受某一触点串并联电路的控制，为了简化电路，在梯形图中可以设置中间单元，即用该电路来控制某存储器，在各线圈的控制电路中使用其常开触点。这种中间元件类似于继电器电路中的中间继电器。

(6)设立外部互锁电路。

控制异步电动机正反转的交流接触器如果同时动作，会造成三相电源短路。为了防止出现这样的事故，应在PLC外部设置硬件互锁电路。

(7)外部负载的额定电压。

PLC双向晶闸管输出模块一般只能驱动额定电压220 V AC的负载，如果系统原来的交流接触器的线圈电压为380 V，则应换成220 V的线圈，或是设置外部中间继电器。

三、应用实施

(一)反接制动的PLC程序编制

1.控制要求

图5－6所示为任务一的反接制动主电路和控制电路，请将反接制动的控制过程改用PLC控制。

2.PLC的选型

从继电器控制系统图可知，该系统有启动按按、停止按按、速度继电器、热继电器4个输入，均为开关量。该系统中有输出信号2个，其中KM1为电源接触器，KM2为反接制动接触器，所以控制系统可选用CPU221－10 AC/DC/RLY，I/O点数为10点，满足控制要求，而且还有一定的余量。

3.反接制动控制电路PLC控制的I/O分配

反接制动控制电路的输入有启动按钮、停止按钮、速度继电器和热继电器，输出有电源接触器和反接制动接触器，PLC的输入/输出点分配表，如表5－2所示。

表5－2　反接制动控制电路PLC的输入/输出点分配表(www.xing528.com)

4.硬件接线图

应用PLC实现电动机反接制动控制系统硬件接线如图5－9所示。为了防止短路，在KM1、KM2接了电气互锁。

图5－9　PLC实现电动机反接制动控制系统硬件接线

图5－10　反接制动梯形图

5.程序设计

采用移植法编写程序，由图5－6，根据I/O对应关系，FR的动断用I0.3的动断代替，SB2用I0.0代替，SB1用I0.1代替，KS用I0.2代替，KM1用Q0.0代替，KM2用Q0.1代替，再将块电路放前面，获得如图5－10所示的梯形图。

按下SB2，I0.0接通，Q0.0得电自锁，KM1吸合，电动机正转，当速度达到120 r/min时，KS闭合，I0.2接通，为反接制动作准备；当按下停止按钮时，I0.1接通，Q0.0断开，KM1失电，正转停止，KM2接通，处于反接制动状态，当速度降到低于100 r/min时，I0.2断开，反接制动停止。

6.线路安装

线路安装按照先主后辅的顺序，而且一定要套线号。线路安装完后用电阻法检查是否有短路性故障。

7.通电试车

检查完后将程序下载到PLC，运行试车，如有问题，则检查排除故障。

(二)可逆运行反接制动的PLC程序编制

将图5－7所示的继电器控制可逆运行反接制动控制线路改为PLC控制。

1.PLC的选型

从继电器控制系统图可知，该系统有正转按钮、反转按钮、停止按钮、正转速度继电器、反转速度继电器、热继电器6个输入，均为开关量。该系统中有输出信号3个，其中KM1为正转接触器，KM2为反转接触器，KM3为制动电阻短接继电器，所以控制系统可选用CPU221－10 AC/DC/RLY，I/O点数为10点，满足控制要求，而且还有一定的余量。

2.反接制动控制电路PLC控制的I/O分配

反接制动控制电路的输入有启动按钮、停止按钮、速度继电器和热继电器，输出有电源接触器和反接制动接触器，PLC的输入/输出点分配表，如表5－3所示。

表5－3　反接制动控制电路PLC的输入/输出点分配表

3.硬件接线图

PLC控制可逆运行反接制动硬件接线如图5－11所示。

图5－11　PLC控制可逆运行反接制动硬件接线

4.程序设计

采用移植法编写程序，由图5－6，根据I/O对应关系和编程规则，获得如图5－12所示的梯形图。

图5－12　PLC控制可逆运行反接制动梯形图

四、操作技能考评

通过对本任务相关知识的了解和应用操作实施，对本任务实际掌握情况进行操作技能考评，具体考核要求和考核标准如表5－4所示。

表5－4　任务操作技能考核要求和考核标准

教学小结

1.移植法是根据继电器电路图设计PLC梯形图的方法，是根据继电器控制电路图与梯形图有很多相似之处，将继电器电路图“翻译”成梯形图的方法，但要满足编程规则，这种方法简单、便捷、实用。

2.PLC控制的电动机反接制动控制系统具有效果好、线路简单、运行稳定的特点。

思考与练习

1.继电器电路中的时间继电器与PLC的定时器有什么区别?

2.继电器电路中的中间继电器与PLC的辅助继电器有什么区别?

3.继电器电路图转换成为PLC的外部接线图和梯形图有哪些步骤?