三菱PLC编程实例的教学设计_广州菱控

三菱 PLC 编程实例的教学设计

庄汉清

（福建化工学校，福建 厦门 361022）

摘 要：本文通过用三菱 PLC 编程的方法实现对一台三相异步电动机的星三角降压起动控制的实例，

叙述如何从传统的低压电器接触控制系统的控制方式变换成由三菱PLC 程序的控制方式，并通过程序 的分解与组合的教学设计，融入了三菱PLC 编程的思路，巧妙地综合应用了三菱 PLC 的基本指令，在 完成基本控制的前提下扩展了控制功能。

关键词：三菱PLC；编程；教学设计；星三角降压起动；功能模块；扩展功能

电机的自动控制系统是《电工技术》课程中很 重要的教学内容之一，其自动控制系统采用的是低 压电器的控制方式，而在《电机与控制》课程中用 较大的篇幅叙述了用三菱 PLC 编程软件来控制电 动机的各种运行。

1 PLC 的概述

可编程逻辑控制器简称为PLC（Ｐrogrammable Logical Controller），它是微机技术与继电接触器常 规控制概念相结合的产物，即采用了微型计算机的 基本结构和工作原理，融合继电接触控制的概念构 成的一种新型电控器。

在可编程控制器问世以前，工业控制领域中是 由继电器控制占主导地位的。继电器控制对生产工 艺多变的系统的适应性差，一旦生产任务或工艺发 生变化时，就必须重新设计，并改变硬件结构。

PLC 是实现电机一体化的重要手段，它既能将 传统的机械产品改造成为机电一体化新一代的产 品，又适应于生产过程控制。PLC 不仅充分发挥了 计算机的优点，可以满足各种工业生产过程自动控 制的要求，同时又兼顾了一般电气操作人员的技术 水平和习惯，采用梯形图或流态流程图等编程方 式，使PLC 的使用始终保持大众化的优点。其功能 有条件控制、定时控制、计数控制、步进控制、数 据处理、通信和联网、对控制系统的监控等等。

下面就以一台三相异步电动机星三角自动降 压起动控制为例，说明PLC 编程方法的教学过程。

2 范例

试用三菱 PLC 控制一台三相异步电动机的

Y—

∆

2.1 起动

按下起动按钮SB2，电动机接通电源起动后延 时 10s 进入全压运行状态，与此同时全压指示灯 HL2 点亮；

2.2 快速停止

在任何情况下只要按下快速停止按钮SB1，电 动机就能惯性停车；

2.3 一键模式

一个按钮开关SB4 实现两个慢速停止模式，不 按时默认为第一种模式（模式指示灯HL4 不亮）、

按下时自动切换到第二种模式（此时模式指示灯 HL4 点亮）；若再次按下时又回到第一种模式，以 此类推；电动机起动之前，一键模式有效，电动机 起动后一键模式无效；

2.4 慢速停止

选择第一种慢速停止模式时，按下慢速停止按

钮SB3，其慢速停止指示灯HL3 点亮，同时电动机

在10s 后自动停车，指示灯 HL3 并熄灭；当选择第 二种慢速停止模式时，按下慢速停止按钮SB3，电 动机在慢速停止指示灯HL3 闪灭 4 次后自动停车，

指示灯 HL3 闪灭也同时停止。指示灯 HL3 的闪灭 规律是，亮2s，灭 2s 。

试根据上述要求编写PLC 的梯形图程序，并画 接线图。

3 教学过程设计

在《电机与控制》课程里讲述了用PLC 程序控 制图一电路的方法。为此，我们将通过以上实例来

教学改革

阐述PLC 的编程方法，并对照传统的低压电器接触 控制系统。

把范例中提出的要求分解为基本功能，即起停 控制和延时控制、计数控制、模式切换控制（或称 一键控制）等扩展功能。其教学过程设计如下：

3.1 起停控制（基本功能）线路原理分析

如图一，当按下起动按钮 SB2 时，时间继电 器线圈得电，开始计时，与此同时由于时间继电器 常闭延时断开触点处于闭合状态，所以交流接触器 KM2 线圈得电，三相绕组作星形连接，为起动做准

备。接触器 KM2 的辅助常开触点紧接着闭合，交 流接触器KM1 的线圈得电，并且由接触器 KM1 的 辅助常开触点起自动保持（也称自锁），实现了电 动机的星形连接的降压起动阶段。

当时间继电器设定的时间（比如10s）一到，

时间继电器延时断开触点 KT 断开， 交流接触器 KM2 线圈失电，其辅助常闭触点恢复闭合，交流接 触器 KM3 线圈得电，实现了从星形联接的降压起 动到三角形联接的全压运行的控制过程。

图二 电动机星三角降压起动控制 PLC 梯形图程序

图三 电动机起停一键控制 PLC 梯形图程序 图四 路灯延时触模开关控制 PLC 梯形图程序

当按下停止按钮 SB1 时，电动机立即停止转 动。

在低压电器接触控制系统中，使用了时间继电 器 KT，起延时控制作用；使用了常闭触点的互锁 功S 能，防止两个交流接触器同时得电而造成电源 的相间短路。

3.2 基本功能的 PLC 梯形图程序

根据图一电路原理图可以编写 PLC 梯形图程 序（图二）。在程序中使用了时间继电器T0,与接触 器控制电路对照：

（1）时间继电器 T0 的延时时间可根据需要进 行设定，操作方便；

（2）三个继电器 Y000、Y001、Y002 通电顺 序不同，但若要调整也非常方便；

（3）程序图中仍然保持线圈的互锁关系，以 防三相电源相间短路。

3.3 一键切换模式功能

所谓一键切换模式，是指只需一个按钮开关就 可以改变电动机的多种控制方式，包括电动机的正 转、反转、停止或延时控制等。显然，这种控制方 式在传统的低压电器接触控制系统是根本无法实 现的，而采用PLC 控制，情况就大不相同了。我们 以一个按键同时控制一台电动机的运行与停止为 例说明。

以上梯形图程序中，使用了两个计数功能C0、

C1 及其复位功能。不难看出，当控制按钮（常开型 按钮）处于最初状态，即图中X001＝“0”时，输出 继电器Y000＝“0”，这时表明电动机停止转动；当 按一次控制按钮，即图中X001＝“1”时，计数器 C0 计数到，输出继电器Y000＝“1”，这时表明电动机 起动。若继续按下控制按钮，即第二次，此时计数 器C1 计数到，C0、C1 立即复位，使输出继电器断 电，即Y000＝“0”，电动机停止转动。因此，连续 按下控制按钮时，电动机将在起动与停止两个状态 中来回变化。

根据以上的分析，我们将发现，若使用多个计 数器，就可以用一个按钮实现一台电动机的起动、

停止、延时或多台电动机的顺序控制功能。

3.4 延时控制功能

延时控制是指当按下控制按钮时，电动机要经 过一段时间（由时间继电器设定）才能从一个状态 过渡到另一个状态，实现状态的转移。这里的状态 转移可以指从起动到停止、从低速到高速或其它，

等等。

我们以路灯延时控制、报警器控制为例来说明 时间继电器及计数器的功能。在延时控制过程中，

用指示灯的亮或闪灭，既直观又有实际使用价值。

3.4.1 路灯延时触摸开关电路

根据图四所示的程序，当手触及到触摸开关，

即程序中的X001=“1”时，输出继电器得电，即 Y000

＝“1”，表明路灯亮；与此同时，时间继电器开始计 时，当延时时间 10s 到，立即切断使输出继电器 Y000＝“0”，路灯熄灭。

此程序还有一个特点，就是当手不断触及触摸 开关，延时时间以最后一次触摸开始计时，与触摸 次数无关。

3.4.2 报警器控制电路

报警器控制是指，当手或物触及到开关时，报 警器的蜂鸣器马上响，同时警报指示灯开始闪灭，

延时一段时间或指示灯闪烁若干次后，报警停止工 作。

在图五的梯形图程序中，使用两个时间继电器 T0、T1 分别控制指示灯的亮与不亮的工作时间，

而闪灭次数则由计数器C0 来控制，当计数次数到，

报警工作（蜂鸣器与指示灯）立即停止。

3.5 三相异步电动机星三角降压起动全功能控制 PLC 梯形图程序的构成

我们已经把范例中所要求的问题分解成几个 知识点，并用几个典型的例子一一加以说明。在我 们理解并掌握了这几个知识点的编程方法和特点 后，我们就可以进行程序模块之间的组合。

程序模块的组合，既不是机械式的“相加”，也 不是简单的“与”、“或”、“非”逻辑关系。在进行程 序模块组合时，在保留各程序的主要功能和特点的 同时，要考虑到功能模块之间的顺序关系，也就是 时序控制关系。下面分析本文范例中的PLC 程序的 工作原理。

3.5.1 梯形图程序的特点

整个梯形图程序（图六所示）在结构上可分为 四个功能模块，即最基本的起停控制（主模块）、

一键切换模式控制、延时停止控制一、延时停止控 制二（扩展模块）。控制一与控制二的区别只在于 延时显示方式不同而已，控制一所对应指示灯一直 显“亮”；控制二所对应指示灯显“闪灭”。

3.5.2 程序中各功能模块之间的衔接配合 3.5.2.1 第一功能模块的修改

第一功能模块称为基本的起停控制功能模块，

是整个程序中最核心的模块，在完成基本功能的同

时也要考虑到模块之间的配合。电机的起动与停止 控制与原电路图一是相同的，但是要考虑到延时停 止具有两种不同方式，因此在原程序的基础上添加 两个闭合的触点 T1 和 C2，它与原来的触点 X000 是“与逻辑”关系。第一种延时模式中的时间继电器 T1 计时时间到，TI 闭合点断开，电动机实现了延 时停止；第二种延时模式中的计数器C2，计数一到，

闭合触点断开，电机也就停止转动了。

另一方面，考虑到范例中要求当电机进入三角 形全压运行时要有显示，所以在输出继电器 Y002 中并联输出另一继电器，即输出继电器 Y003。当 Y002＝Y003＝“1”时，指示灯 HL2 亮。

3.5.2.2 第二功能模块的修改

第二功能模块称为一键切换模式，除了保留原 来最基本功能外，还要根据范例中的具体要求，也 就是模式的切换只在电动机工作之前有效，电动机 工作后模式切换无效。

需要修改的地方是，在程序中X003 后再串联 一个闭合触点 Y000，只要电动机在工作中，闭合 触点Y000 就断开，此时闭合 X003 触点无效，满

足范例中的要求。

3.5.2.3 第三功能模块的修改

第三功能模块称为延时停止方式一。修改时，

在原程序的基础上，添加Y005 的闭合触点。

3.5.2.4 第四功能模块的修改

第四功能模块称为延时方式二。修改时，一方 面要考虑到与模式切换的关系，所以程序中增加了 Y005 断开触点；另一方面也要考虑到两种延时的 显示方式不同，即第一种方式时，指示灯HL3 一直 亮；第二种方式时，指示灯HL3 为闪灭。所以在原 程序的基础上增加了输出继电器Y004。

3.5.3 I/O 地址分配表 3.5.4 PLC 外部接线图

根据本文范例的要求，接线如图所示。接线时 注意：

（1）输入信号不能接电源或接地；

（2）输出信号的公共端必须接相线 L，C0M 端必须接零线N；

（3）热继电器 FR 的过热保护。其常闭触点有 两种不同的接法（图中未画出）：

I/O 地址分配表

输入信号 输出信号

名称 代号 输入点编号 名称 代号 输出点编号

停止按钮 SB1 X000 接触器 KM1 Y000

起动按钮 SB2 X001 接触器 KM2 Y001

延时停按钮 SB3 X002 接触器 KM3 Y002

模式按钮 SB4 X003 指示灯 HL2 Y003

指示灯 HL3 Y004

指示灯 HL4 Y005

第一种接法是，在输出端公共部分串接热继电 器的常闭触点。当电动机出现过载、断相、欠压、

三相不平衡等因素引起电流过大，FR 的常闭触点 自动断开，从而使电机断电得到保护；第二种接法 是，在输入端接入 FR 的常闭触点，但此时控制程 序要作适当修改，即在停止控制的 X000 串联一个 常开触点，如X004 用于表示热继电器的常闭触点 FR。同样电机出现故障时引起电机电流过大，热继 电器的常闭点会自动断开，使控制电路停止工作。

比较以上两种不同接法，不难看出，第一种接法，

FR 出现在输出电路部分，当电机出现故障时，FR 能起到保护作用，但PLC 程序照样继续运行；第二 种接法，FR 出现在输入部分，当电机出现故障时，

FR 也能起到保护电机的作用，所不同的是，PLC 此时也跟着停止工作。

4 结束语

笔者尝试用这种教学方法进行 PLC 教学，学 生受益非浅。在PLC 编程中要注意几个问题：

（1）PLC 的基本指令和功能要理解并熟练掌 握；

（2）把程序分解成若干程序模块，进行分段

编程；

（3）编程时要尽量考虑实际问题，切合实际，

具有工程上的意义；

（4）在电动机的星三角降起动电路中，交流 接触器 KM2、KM3 必须互锁。因为由于计算机在 执行程序时，其扫描速度远远超过接触器的切换速 度。因此，除了程序中有逻辑互锁外，物理器件也 必须有互锁。否则会导致两个交流接触器同时得 电，从而造成电源相间短路。

（5）对所编写的程序要反复推敲，上机调试，

使程序更优化。

参考文献

[1] 徐介武．电工学．化学工业出版社，

[2] 屈义襄．电工技术基础．化学工业出版社，

[3] 陈定明．电机与控制．高等教育出版社，

[4] 张方庆，肖功明．可编程控制器技术及应用．电 子工业出版社，

（上接第103 页）

品使用气相色谱/质谱(GQMS)，配有吹脱捕集 装置，装有有捕集柱，捕集柱、25mL 吹脱管和进 样器。色谱柱：DB-624 石英毛细管色谱柱；载气：

高纯氮气；吹脱捕集条件：吹脱时间8min，捕集温 度35℃，解析温度 150℃，解析时间 6min，烘烤温 度220℃，烘烤时间 25min，吹脱气体为高纯氮气，

吹脱流速为40ml/min。GC 条件：程序升温，40℃

保持1min，以每 4℃/min 的速度升到 100℃并保持 6min；再以每 10℃/min 的速度升到 200℃并保持 5min。进样口温度：100℃，检测器温度:220℃，质 谱传输线为260℃。载气：高纯 N2。离子源：El；

离子源温度：200℃；接口温度：220℃；离子化能 量：70Ev。

取适量VOCs 混合标样，用空白水配制浓度为 1.0、2.0、5.0、10.0 解留 L 的混和标溶准溶液，分 别进样，记录出峰保留时间和峰高，制作校正曲线，

要求 RF 的 RSD%<25%。将浓度为 5.00μg/L 的 VOCs 混合标准溶液分别进行七次平行测定，由测 定结果计算标准偏差、回收率和方法的检测限。

3.3 有机氯农药的分析方法

使用气相色谱-微池电子捕获监测器(GC-μ ECD)分析样品中的有机氯农药组分。色谱柱：HP-5

毛细管色谱柱；载气:高纯氮气 GC 条件:程序升温。

始温85℃，保持 2min;然后第一阶升温以 15℃/min 升至160℃；第二阶升温以 5℃/min 升至 275℃，再 保持 5min。进样口温度：250℃。进样口采用恒流 模式，流速 2.0mL/min，线速度 50cm/sec，无分流 进样1μL；对应检测器温度:300℃。

回收率试验以超纯水为介质，有机氯农药混合 标样加标配制浓度为10ng/L 的水样，并加入回收率 指示物 TMX 和十氯联苯以控制整个流程的回收 率，剧烈振荡然后放置过夜。按照与实际样品相同 的处理方法处理后再用GC-ECD 分析，做四次平行 实验。

参考文献

[1] 许宜平，张铁山，黄圣彪，马梅，王子健．某 自来水厂水源多环芳烃污染分析[J]．安全与环 境学报，2004；(06)：

[2] 王桂山，仲兆庆，王福涛．PAH(多环芳烃)的危 害及产生的途径[J]．山东环境，2001；(02) ： [3] 白清云．农产品中环境污染物的控制标准与食

物安全体系[J]．农业环境保护，2000；(04)：