任务4 三相异步电动机的接触器联锁正、反转运行控制

4.1 任务目标

● 会描述三相异步电动机接触器联锁正、反转运行的继电器-接触器控制和PLC控制的工作过程。

● 掌握三菱PLC的电路块连接指令和多重输出指令。

● 会利用实训设备完成三相异步电动机接触器联锁正、反转运行两种控制电路的安装、调试和运行等，会判断并排除电路故障。

● 能辨别三相异步电动机接触器联锁正、反转运行的关键环节。

● 会利用所学指令编写PLC程序。

● 具有分析和解决问题的能力以及举一反三的能力；具有遵守规章制度、操作规范和生产安全的意识；有团队协作精神。

4.2 任务描述

三相异步电动机接触器联锁正、反转运行的要求：当按下正转起动按钮并松开时，电动机正转起动并保持连续运转，直到按下停止按钮或过载时，电动机才停止运转；当按下反转起动按钮并松开时，电动机反转起动并保持连续运转，直到按下停止按钮或过载时，电动机才停止运转。

4.3 任务实施

4.3.1 三相异步电动机接触器联锁正、反转运行的继电器-接触器控制

利用实训设备完成三相异步电动机接触器联锁正、反转运行的继电器-接触器控制电路的安装、调试、运行及故障排除。

1.三相异步电动机接触器联锁正、反转运行的继电器-接触器控制效果

2.绘制工程电路原理图

三相异步电动机接触器联锁正、反转运行的继电器-接触器控制电路原理图如图4-1所示。

3.选择元器件

1）编制器材明细表。该实训任务所需器材见表4-1。

2）器材质量检查与清点。

4.安装、敷设电路

1）绘制工程布局布线图。三相异步电动机接触器联锁正、反转运行继电器-接触器控制电路的工程布局布线图如图4-2所示。

2）安装、敷设电路。

3）通电检查及故障排除。

4）整理器材。

4.3.2 三相异步电动机接触器联锁正、反转运行的PLC控制

利用实训设备完成三相异步电动机接触器联锁正、反转运行的PLC控制电路的安装、编程、调试、运行及故障排除。

1.三相异步电动机接触器联锁正、反转运行的PLC控制效果

2. I/O分配

1）I/O分配表。根据三相异步电动机接触器联锁正、反转运行的PLC控制要求，若不考虑热继电器的过载保护做输入的情况下，则需要输入设备3个，即按钮；输出设备2个，即分别用来控制电动机正、反转的交流接触器。其I/O分配见表4-2。

2）硬件接线图。三相异步电动机接触器联锁正、反转运行PLC控制的硬件接线图如图4-3所示。

3.软件编程

1）基于“起保停”设计思想编程。基于“起保停”设计思想的三相异步电动机接触器联锁正、反转运行的PLC程序如图4-4所示。

2）基于“置位复位”设计思想编程。基于“置位复位”设计思想的三相异步电动机接触器联锁正、反转运行的PLC程序如图4-5所示。

3）基于“栈操作”设计思想编程。基于“栈操作”设计思想的三相异步电动机接触器联锁正、反转运行的PLC程序如图4-6所示。

4.工程调试

在断电状态下连接好电缆，将PLC运行模式选择开关拨到“STOP”位置，使用编程软件编程并下载到PLC中。启动电源，并将PLC运行模式选择开关拨到“RUN”位置进行观察。如果出现故障，学生应独立检修，直到排除故障。调试完成后整理器材。

4.4 任务知识点

4.4.1 三相异步电动机接触器联锁正、反转运行的继电器-接触器控制电路的工作原理

三相异步电动机接触器联锁正、反转运行的继电器-接触器控制电路原理图如图4-1所示，下面我们就正转控制和反转控制分别进行分析。

1.正转控制

合上电源开关QF，按下正转起动按钮SB2，正转控制电路接通，其工作过程如下。

2.反转控制

要使电动机改变转向（即由正转变为反转）时，应先按下停止按钮SB1，使正转控制电路分断，电动机停转，然后才能使电动机反转。这是因为反转控制回路中串联了正转接触器KM1的动断触头（又称互锁触头）。当KM1通电工作时，其动断触头是断开的，若这时直接按反转按钮SB3，反转接触器KM2是无法通电的，故电动机仍然处于正转状态。互锁的作用可以让两种相反状态不会同时运行，从而确保电路的安全可靠。当先按下停止按钮SB1时，电动机停转后，再按下反转按钮SB3，电动机才会反转。反转控制电路的工作过程如下。

4.4.2 三相异步电动机接触器联锁正、反转运行的PLC控制过程

介绍3种三相异步电动机接触器联锁正、反转运行PLC控制的方法，即基于“起保停”设计思想的PLC控制，基于“置位复位”设计思想的PLC控制，基于“栈操作”设计思想的PLC控制。三种方法的硬件接线图相同，如图4-3所示，只是PLC编写程序不同。

1.基于“起保停”设计思想的PLC控制

基于“起保停”设计思想的三相异步电动机接触器联锁正、反转运行的PLC控制程序如图4-4所示，其工作过程按正转控制和反转控制分别进行分析。

（1）正转控制

图4-3中，当合上电源开关QF，按下正转起动按钮SB2时，PLC的输入端子X001得电，图4-4程序中输入继电器X001的动合触头闭合，由于没有按下动合停止按钮SB1和反转动合起动按钮SB3，故与之相连的PLC输入端子未得电，因此程序中软元件X000和Y002的动合触头保持闭合状态，使其后的输出继电器Y001线圈吸合。Y001的线圈吸合，一方面使图4-3中PLC的输出端子Y001得电，驱动中间继电器KA1的线圈得电吸合，其动合触头闭合，使交流接触器KM1的线圈得电吸合，主电路中KM1的主触头闭合，电动机起动正向运转；另一方面，Y001的动合触头闭合形成自锁，当松开按钮SB2时，图4-3中PLC的输入端子X001虽然失电，但Y001的自锁使其线圈保持吸合，所以电动机持续正向运转；第三，图4-4程序中串联在Y002线圈行中的Y001动断触头断开形成互锁，此时若按下反转起动按钮SB3，Y002的线圈也不会吸合，从而保证电动机不会同时出现正、反转的情况。

图4-3中，当按下停止按钮SB1时，PLC的输入端子X000得电，图4-4程序中输入继电器X000的动断触头断开，使其后的输出继电器Y001线圈释放，从而使图4-3中PLC的输出端子Y001失电，使KA1和KM1的线圈失电释放，主电路中KM1的主触头断开，电动机随即停转。

（2）反转控制

反转控制与正转控制的工作过程完全类似，唯一不同的是主电路中交换了接入电动机的电源相序，从而实现了电动机的反向运转，故此处不再赘述。

2.基于“置位复位”设计思想的PLC控制

基于“置位复位”设计思想的三相异步电动机接触器联锁正、反转运行的PLC控制程序如图4-5所示，其工作过程按正转控制和反转控制分别进行分析。

（1）正转控制

图4-3中，当合上电源开关QF，按下正转起动按钮SB2时，PLC的输入端子X001得电，图4-5程序中输入继电器X001的动合触头闭合，执行置位操作，使输出继电器Y001的线圈吸合。Y001的线圈吸合，一方面使图4-3中PLC的输出端子Y001得电，从而驱动交流接触器KM1的线圈得电吸合，主电路中KM1的主触头闭合，电动机起动正向运转；另一方面，置位指令SET的功能就是让元件自保持为ON，所以当松开按钮SB2时，图4-3中PLC的输入端子X001虽然失电，但图4-5程序中Y001的线圈保持吸合，故电动机持续正向运转；第三，图4-5程序中，串联在Y002线圈行中的Y001动断触头断开形成互锁，同时其动合触头闭合，执行Y002的复位操作，都确保电动机不会反转。

图4-3中，当按下停止按钮SB1时，PLC的输入端子X000得电，图4-5程序中输入继电器X000的动合触头闭合，执行复位操作，输出继电器Y001的线圈释放，从而使图4-3中PLC的输出端子Y001失电，交流接触器KM1线圈失电释放，使主电路中KM1的主触头断开，电动机随即停转。

（2）反转控制

反转控制与正转控制的工作过程完全类似，唯一不同的是主电路中交换了接入电动机的电源相序，从而实现了电动机的反向，故此处不再赘述。

3.基于“栈操作”设计思想的PLC控制

基于“栈操作”设计思想的三相异步电动机接触器联锁正、反转运行的PLC控制程序如图4-6所示。

比较图4-6与图4-4可以看出，“栈操作”与“起保停”的设计思想是类似的。所不同的是，基于“起保停”设计思想的PLC控制，其正、反转是两条独立的逻辑行。而基于“栈操作”设计思想的PLC控制，其正、反转逻辑行在程序中与输入继电器X000有关。为了确保正、反转逻辑行的独立性，要求保存通过X000运算后的逻辑值，就需要使用进栈指令MPS保存程序运行的当前值，以供两条支路分别使用。当正转逻辑行执行结束后，需要使用出栈指令MPP，将之前保存的逻辑值弹出供反转逻辑行使用，确保相互不影响。除此之外，其正、反转的工作过程与“起保停”的思想完全一致。

4.4.3 PLC电路块连接指令（ANB，ORB）

1.指令符号

PLC电路块连接指令分别是ANB、ORB，见表4-3。

2.指令用法

电路块连接指令用法示例如图4-7所示。

1）ANB、ORB指令都没有操作元件，可以多次重复使用，但在连续使用ORB时，应限制在8次以下。

2）ANB指令是将并联电路块与前面的电路串联，相当于两个电路之间的串联连接。电路块的起始触头要使用LD或LDI指令，完成了电路块的内部连接后，用ANB指令将它与前面的电路串联。

3）ORB指令是将串联电路块与前面的电路并联，相当于两个电路之间的并联连接。电路块的起始触头要使用LD或LDI指令，完成了电路块的内部连接后，用ORB指令将它与前面的电路并联。

4.4.4 PLC多重输出电路指令（MPS，MRD，MPP）

1.指令符号

PLC多重输出电路指令是MPS、MRD、MPP，见表4-4。

2.指令用法

多重输出电路指令用法示例如图4-8所示。

1）FX系列PLC有11个存储中间运算结果的堆栈存储器，堆栈采用先进后出的数据存取方式。每使用1次MPS指令，当时的逻辑运算结果压入堆栈的第一层，堆栈中原来的数据依次向下一层推移。

2）MPS指令可将多重电路的公共触头或电路块先存储起来，以便后面的多重输出支路使用。多重输出电路的第一个支路前使用MPS进栈指令，中间支路前使用MRD读栈指令，最后一个支路前使用MPP出栈指令。

3）MRD指令读取存储在堆栈最上层（即电路分支处）的运算结果，将下一个触头强制性地连接到该点，读栈后堆栈内的数据不会上移或下移。

4）MPP指令弹出堆栈存储器的运算结果，首先将下一触头连接到该电路分支处，然后从堆栈中去掉分支点的运算结果。使用MPP指令时，堆栈中各层的数据向上移动一层，最上层的数据在弹出后从栈内消失。

5）MPS和MPP指令必须成对使用，也即以MPS开头，以MPP结尾。但MPS和MPP的使用不得多于11次。

3.连续输出

输出指令之后通过其他的触头再去驱动线圈，称为连续输出，如图4-9所示的辅助继电器M0线圈和输出继电器Y000线圈。多数人会想到这是两个逻辑行，需要用栈操作指令，但实际上M0只是执行了输出操作，没有进行其他逻辑运算，因此其分支点的值是不会发生改变的，故不需要栈操作指令。同时还需注意的是，这两个逻辑行又不是并联的关系，不能使用并联指令（并联指令只针对触头操作），只能按照各自独立的输出来执行。

把图4-9所示的M0和Y000所在行调换，如图4-10所示，这是一个多重输出电路，则需要使用栈操作指令。再比较图4-9和图4-10的指令表程序，显然，图4-10所用指令较多，因此不推荐此电路。只要按正确的顺序设计电路，就可以多次使用连续输出，但是因为图形编程器和打印机的功能有限制，所以连续输出的次数不超过24次。

4.5 知识点拓展

某工作台自动往返运行示意图如图4-11所示，其工作过程是：前进，到达A点时工作台的挡块压下行程开关SQ1，工作台即停止前进自动转为后退；后退到达B点时，工作台的挡块压下行程开关SQ2，工作台即停止后退自动转为前进，重复上述过程。设计其控制电路。

1.继电器-接触器控制

根据工作台自动往返运行要求，其继电器-接触器控制电路原理图如图4-12所示。图中SB1是停止按钮，SB2是正转前进起动按钮，SB3是反转后退起动按钮，SQ1和SQ2是复合行程开关。

2. PLC控制

（1）I/O分配

1）I/O分配表。根据工作台自动往返运行的PLC控制要求，需要输入设备5个，即3个按钮和2个行程开关；输出设备2个，即用来控制电动机正、反转运行的交流接触器。其I/O分配见表4-5。

2）硬件接线图。工作台自动往返运行PLC控制硬件接线图的主电路与图4-12相同，PLC的I/O接线图如图4-13所示。

（2）软件编程

工作台自动往返运行的PLC程序如图4-14所示。

4.6 任务延展

1.分别设计三相异步电动机按钮联锁正、反转运行的继电器-接触器控制电路和PLC控制电路。

2.写出图4-15所示梯形图的指令表程序。

3.写出图4-16所示梯形图的指令表程序。

4.画出图4-17所示指令表程序的梯形图程序。

5.画出图4-18所示指令表程序的梯形图程序。