工作任务1:电动机单向启动、停止的PLC控制

官方工学老师·20 页·深入(追求细节与边界)·0 次浏览·2 天前
PLC控制电动机梯形图启停控制

电动机单向启动、停止的PLC控制

从接线到梯形图,再到调试边界与异常处理全流程

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PLC控制电动机梯形图启停控制

电动机单向启动、停止的PLC控制

从接线到梯形图,再到调试边界与异常处理全流程

1第 1 页 · 电动机单向启动、停止的PLC控制

什么是PLC

工厂里要控制一台电机,传统做法是接一堆继电器——线路密密麻麻,改个逻辑就得重新接线。PLC 就是为了解决这个痛点诞生的。

可编程逻辑控制器
用程序代替硬接线,改逻辑只需改代码
工业级控制设备
耐高温、抗振动、扛电磁干扰,车间里稳定运行
输入→程序→输出
扫描外部信号,按逻辑运算,再驱动执行器动作
替代继电器柜
一个 PLC 顶几十个继电器,布线和改造大幅简化
人大脑指挥手脚对应 →PLC 控制设备

输入=五官采集,程序=大脑判断,输出=手脚执行

2第 2 页 · 什么是PLC

PLC的硬件组成

从中心向外看:PLC 硬件由四大模块组成,每模块下分两个子功能。动画高亮处即当前讲解对象。

图解渲染中…
a1运算器+控制器,统一调度各模块b1存放厂家固件,断电不丢失,用户不可改c2光电耦合器隔离,保护 CPU 免受现场干扰d1驱动接触器、继电器等执行元件
3第 3 页 · PLC的硬件组成

PLC的工作周期

PLC 按箭头方向循环扫描,三个阶段周而复始,核心是中间两张「映像表」。

图解渲染中…
a2输入映像表:存放本周期读入的全部输入状态c1输出映像表:暂存程序运算后待输出的结果
4第 4 页 · PLC的工作周期

指令系统概述

上一页我们看到PLC在一个扫描周期里逐条执行用户程序——这些「一条条」就是指令。一条指令到底长什么样?不同指令又怎么归类?

指令的构成
用户程序的最小单元,由操作码和操作数两部分拼成
操作码 Opcode
规定执行何种操作,如 LD(取)、OUT(输出)、AND(与)
操作数 Operand
参与运算的数据或元件地址,如 X0、Y0、M10、K100
指令的分类
基本指令、步进指令、功能(应用)指令——按功能强弱划分
做菜菜谱对应 →PLC指令

「炒 鸡蛋」=动作(炒)对食材;「LD X0」=操作码(LD)对元件地址

指令=操作码+操作数\text{指令} = \text{操作码} + \text{操作数}
5第 5 页 · 指令系统概述

基本逻辑指令

AND/OR/NOT逻辑运算指令的功能与用法

基本逻辑指令
AND/OR/NOT逻辑运算指令的功能与用法
6第 6 页 · 基本逻辑指令

触点与线圈指令

图中按层级展示梯形图两大元件:触点和线圈,并下钻到通断电行为。顺着箭头向下看即可。

图解渲染中…
C1对应LD指令,直接读取输入位状态C2对应LDI指令,读取后做取反运算C3对应OUT指令,将结果写入输出位
7第 7 页 · 触点与线圈指令

定时器指令

前面学的触点和线圈只能做'立刻通、立刻断'的事。但工业现场经常需要'按下启动按钮后等 5 秒再让电机转'——这种'等一会儿再动作'的需求,就要靠定时器。

TON 的定义
输入 ON 后开始计时,累计值达到预设值时输出才转为 ON。
三个端口
IN:启动条件;PT:设定时间;ET:当前已计时值。
通电延时特性
输出比输入晚 ON,延迟时间恰好等于 PT。
中断即归零
计时未到 PT 时 IN 一旦断开,ET 立刻清零,Q 不会 ON。
输出保持性
Q 一旦 ON,只要 IN 仍 ON,Q 不会自行复位为 OFF。
厨房煮蛋计时器对应 →TON 通电延时定时器

按下旋钮=IN ON;时间到铃响=Q ON;中途关火=ET 清零,蛋永远煮不熟。

Q=IN(ETPT)Q = IN \land (ET \geq PT)
8第 8 页 · 定时器指令

从继电器到PLC

走进老车间的电气柜,密密麻麻的继电器像蜘蛛网。设备每加一个功能,电工就要在柜子里多接几根线。PLC的出现,把这张'蜘蛛网'变成了'程序代码'。

触点繁多
一个启停功能可能用到数十个继电器,柜内接线密集
接线即逻辑
控制逻辑固化在导线中,改功能必须重新布线
机械寿命有限
触点电寿命约10万次级,长期运行故障率高
程序替代接线
PLC用软逻辑替代硬连线,改动只改程序,硬件几乎不动
老式电话人工交换台对应 →继电器控制系统的硬连线

接线员插拔线就像继电器硬连线;PLC相当于程控交换机,改逻辑只在程序里

9第 9 页 · 从继电器到PLC

启停控制要求

继电器自锁靠辅助触点让线圈持续带电。换成PLC,同样的自保持效果靠什么输入信号触发?先把启动、停止这两个最基本信号的定义与互锁逻辑讲清楚。

启动按钮 SB1
常开点动;按下闭合给PLC一瞬时高电平,松开即消失
停止按钮 SB2
常闭点动;常态保持闭合,按下时断开产生低电平脉冲
信号定义惯例
启动用常开、停止用常闭——停止按钮断线即停机,遵循失效安全
停止优先互锁
启动与停止同时按下时电机必须停;用常闭SB2实现按下即封锁启动
燃气灶点火对应 →启动条件与停止优先

开气阀+按旋钮=启动条件互锁;点火失败自动关气=停止优先;熄火保护=失效安全

启动允许=SB1SB2\text{启动允许} = SB_1 \cdot \overline{SB_2}
10第 10 页 · 启停控制要求

I/O地址分配

plaintext

为启停控制分配输入输出地址:启动/停止按钮作输入,接触器作输出。

代码高亮加载中…

X 是输入区、Y 是输出区,每个地址对应一个真实器件;LD/OR/ANI/OUT 把这些点串成启停逻辑,完成从物理接线到程序扫描的映射。

11第 11 页 · I/O地址分配

梯形图程序结构

两条支路看电流走向——启动与自锁并联,再与停止串联,构成自锁回路。

图解渲染中…
a5KM辅助常开触点,闭合后形成自锁支路a9SB2常闭触点断开,切断整条干路
12第 12 页 · 梯形图程序结构

指令表程序

text

把上一页的梯形图翻译成文本,就是指令表(STL)。这是 PLC 一个扫描周期里要执行的那段核心逻辑。

代码高亮加载中…

LD 取常开、ANI 取常闭、OR 实现自锁:每条指令都对应梯形图里的一个触点或线圈,从左母线向右逐条执行。

13第 13 页 · 指令表程序

PLC外部接线图

看PLC外部接线图:左半输入回路(按钮进PLC),右半输出回路(PLC到接触器)。

图解渲染中…
a2停止按钮常闭,按下时X0失电a3启动按钮常开,按下时X1得电b1光耦隔离现场与PLC内部电路c2输出公共端,回接电源负极
14第 14 页 · PLC外部接线图

硬件接线步骤

按先电源、后输入、再输出的顺序接线,每一步顺序都不可颠倒。

1
接入电源
将220V交流电接入PLC的L、N电源端子,为整个控制系统供电
2
输入接线
把启动按钮SB1、停止按钮SB2分别接到输入端子X0、X1
3
输出接线
把接触器KM的线圈接到输出端子Y0,由PLC驱动KM吸合
4
通电前核对
对照接线图逐点检查端子,防止短路、错接或漏接
15第 15 页 · 硬件接线步骤

程序编辑与下载

梯形图画完不会自己动,这一页把它装进PLC并跑起来,共五步。

1
启动编程软件
新建工程并选择与实际PLC型号完全一致的系列
2
输入控制程序
按I/O地址分配表,在编辑区录入梯形图
3
编译检查
软件扫描语法错误、双线圈等逻辑问题
4
连接PLC
用编程电缆建立PC与PLC的通信链路
5
下载运行
将程序写入PLC并切换到RUN模式
16第 16 页 · 程序编辑与下载

系统调试与运行

调试分五步走:先连机监控观察,再必要时在线修,最后强制测、实机验。

1
切换在线监控
把PLC切到RUN或监控模式,编程软件实时读出梯形图各元件当前状态
2
观察运行状态
看触点是否按动作通断、线圈得电与否、定时器当前值是否与预期一致
3
在线修改程序
监控状态下直接编辑梯形图,确认后自动写回PLC,省去停机重传的步骤
4
强制I/O测试
软件里手动强制输入输出点的通断,模拟按钮动作来检验逻辑分支
5
实机通电验证
解除所有强制,按下实际启停按钮,观察电机转向、接触器动作与设计是否一致
17第 17 页 · 系统调试与运行

常见故障与排查

系统刚调好时一切正常,运行几天后突然按钮没反应了——别急着怀疑 PLC 坏了。故障排查的关键是先定位「在哪一段」,再逐层往里查。

三层定位
先分清是输入侧、PLC 本体、还是输出侧的故障
输入侧三查
按钮机械动作、接线通断、传感器供电是否正常
输出侧三查
看输出指示灯、查接线、量接触器线圈电压
指示灯判界
输入灯不亮=外部问题;输入亮输出不亮=程序或输出点坏
程序回查
地址是否对应、常开常闭是否取反、逻辑是否互锁
看医生问诊对应 →PLC 故障排查

先问症状定位部位,再从外到内深入,不会一来就拆 PLC

18第 18 页 · 常见故障与排查

核心要点回顾

PLC控制电动机启停的完整知识链路

核心要点回顾
PLC控制电动机启停的完整知识链路
19第 19 页 · 核心要点回顾

课后思考

先合上书想一会儿,再对照参考答案核对思路。

1PLC为什么要采用循环扫描,而不是像继电器那样并行执行?

参考答案因为CPU只能顺序执行程序,扫描周期换来的是布线灵活、易修改。毫秒级延迟对一般工业控制可忽略,却是PLC取代继电器的根本原因。

2若增加过载保护信号,梯形图和I/O分配应如何调整?

参考答案在输入端加一个热继电器常闭触点,串入停止逻辑支路;过载时切断输出线圈,自锁结构保持不变即可。

3这套启停程序能直接扩展为正反转控制吗?会引入什么新风险?

参考答案不能直接复用。正反转必须互锁,否则两个接触器同时吸合将造成电源短路;程序互锁与硬件互锁缺一不可。

20第 20 页 · 课后思考