任务5 三相异步电动机计数循环接触器联锁正、反转运行的PLC控制

5.1 任务目标

● 会描述三相异步电动机计数循环接触器联锁正、反转运行PLC控制的工作过程。

● 掌握三菱PLC的软元件之定时器和计数器以及脉冲相关指令。

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

● 会利用定时器和计数器编写PLC程序。

● 具有分析和解决问题的能力以及逻辑思维能力；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。

5.2 任务描述

三相异步电动机计数循环接触器联锁正、反转运行的要求：按下起动按钮，电动机自动进行正、反转运行，即电动机正转5s，停3s，再自动反转5s，停3s，如此循环5个周期后，整个系统自动停止。电路运行中，也可按停止按钮使系统随时停止。

5.3 任务实施

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

1.三相异步电动机计数循环接触器联锁正、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计数循环接触器联锁正、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2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5-1。

2）硬件接线图。三相异步电动机计数循环接触器联锁正、反转运行PLC控制的硬件接线图如图5-1所示。

3.软件编程

三相异步电动机计数循环接触器联锁正、反转运行的PLC程序如图5-2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。

5.4 任务知识点

5.4.1 三相异步电动机计数循环接触器联锁正、反转运行的PLC控制过程

三相异步电动机计数循环接触器联锁正、反转运行的PLC控制硬件接线图如图5-1所示，PLC程序如图5-2所示。PLC控制过程是：图5-1中，当合上电源开关QF，按下起动按钮SB1并松开时，PLC的输入端子X000得电，图5-2梯形图程序中输入继电器X000的动合触头闭合，驱动辅助继电器M0的线圈吸合，其动合触头闭合；同时，X000闭合瞬间，计数器复位清零。

M0触头的闭合，使其线圈持续吸合形成自锁。一方面驱动定时器T0、T1、T2、T3的线圈同时吸合并开始计时；另一方面驱动输出继电器Y001的线圈吸合，从而使图5-1中PLC的输出端子Y001得电，驱动中间继电器KA1和交流接触器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。

图5-2中，当T0计时达到5s时，串联在Y001逻辑行的动断触头T0断开并保持，Y001的线圈释放，图5-1中输出端子Y001失电，电动机停止正向运转。图5-2中，当T1计时达到8s时，串联在Y002逻辑行的动合触头T1闭合并保持，驱动输出继电器Y002的线圈吸合，从而使图5-1中PLC的输出端子Y002得电，驱动中间继电器KA2和交流接触器KM2的线圈得电吸合，主电路中KM2的主触头闭合，电动机起动反向运转。当图5-2中T2计时达到13s时，串联在Y002逻辑行的动断触头T2断开并保持，Y002的线圈释放，图5-1中输出端子Y002失电，电动机停止反向运转。当图5-2中T3计时达到16s时，其动合触头闭合，计数器C0的值加1；同时，其动断触头断开，所有的定时器线圈释放，相应定时器的触头恢复初始状态，到下一个循环周期到来后，重新开始计时运行。即每次循环，电动机正转5s，停止3s，再反转5s，又停止3s，实现了电动机正、反转的自动运行。

图5-2中，每循环执行一次，计数器C0的值加1，当其值为5时，串联在辅助继电器M0线圈逻辑行的计数器的动断触头C0断开，M0线圈释放，其所有动合触头恢复断开状态，所有的定时器和输出继电器的线圈释放，系统停止运行。系统运行中，任何时候按下停止按钮SB2，M0的线圈都会释放，系统停止运行。

5.4.2 PLC软元件之定时器（T）

1.定时器的分类及功能

定时器在PLC中的作用相当于1个时间继电器，它有1个设定值寄存器（1个字长）、1个当前值寄存器（1个字长）和无数个触头（1个位），其含义如图5-3所示。

FX_3U系列PLC定时器的分类及功能见表5-2。设定值可以用常数K（或H）来表示，其表示方法及范围是K0～K32767（或H0～H0FFFF）（16位定时器最高位为符号位）；也可以用数据寄存器D的内容作为设定值。当前值寄存器分别用T0～T511表示。触头可以是动合触头也可以是动断触头，当前计数值与设定值相等时，触头就动作，即动合触头闭合、动断触头断开。

2.定时器的应用

（1）得电延时闭合

得电延时闭合的示例如图5-4所示。当输入端子X000得电时，输入继电器X000闭合，辅助继电器M0的线圈吸合并形成自锁，同时定时器T0的线圈吸合开始计脉冲数，当计数20次即2s后，T0的动合触头闭合，驱动Y000的线圈吸合。当输入端子X002得电后，输入继电器X002断开，M0、T0和Y000的线圈全部释放。

（2）失电延时断开

失电延时断开的示例如图5-5所示。当输入继电器X000闭合时，辅助继电器M0的线圈吸合。一方面，M0的动合触头闭合形成自锁使M0保持吸合，同时也驱动输出继电器Y000的线圈吸合并形成自锁；另一方面，M0的动断触头断开，定时器T1的线圈处于释放状态，即此时不计脉冲数。当输入继电器X001断开时，M0的线圈释放，其触头恢复初始状态，即动合触头断开、动断触头闭合。由于Y000的自锁，使Y000的线圈继续保持吸合，同时定时器T1的线圈吸合并开始计脉冲数，当计数100次即10s后，T1的动断触头才断开，从而使Y000和T1的线圈释放。

（3）定时器分段计时和累计计时

在顺序控制电路中，一般多个继电器线圈的吸合是有先后时间顺序的，可以采用分段延时和累计延时两种方法来实现。如3盏灯Y001、Y002和Y003每隔2s依次点亮，其PLC程序如图5-6所示。

5.4.3 PLC软元件之计数器（C）

1.计数器的分类及功能

计数器有1个设定值寄存器、1个当前值寄存器和无数个触头，其含义如图5-7所示。

FX_3U系列PLC计数器的分类及功能见表5-3。设定值寄存器可以用常数K（或H）来表示，也可以用数据寄存器D的内容作为设定值。当前值寄存器分别用C0～C255表示。触头可以是动合触头也可以是动断触头，当前计数值与设定值相等时，触头就动作。

计数器分为内部信号计数器（简称内部计数器）和外部高速计数器（简称高速计数器）。内部计数器是用来对PLC的内部元件（X、Y、M、S、T和C）提供的信号进行计数，计数脉冲为ON或OFF的持续时间应大于PLC的扫描周期，其响应频率通常小于几十赫兹。高速计数器适用于高速记录PLC输入端的外部输入信号，它的运行建立在中断的基础上，意味着事件的触发与扫描时间无关。

2.计数器的应用

通常计数器使用时有3个要素，如图5-8所示。一是对计数器的初值清零，二是给计数器赋脉冲值，三是确定到计数脉冲值后需要执行的动作。

计数器应用示例如图5-9所示。当输入继电器X003的闭合脉冲到来时，执行复位操作，即计数器C0清零，为准确计数做准备。输入继电器X004是脉冲信号，每来一个脉冲，C0的值就加1，直到脉冲数达到6个，计数值与设定值相等时，则计数器C0的动合触头闭合，驱动输出继电器Y000的线圈吸合并一直保持。当X003的闭合脉冲再次到来时，C0被重新复位，Y000的线圈释放。

3.计数频率

计数器最高计数频率受两个因素限制，一是各个输入端的响应速度，主要是受硬件的限制；二是全部高速计数器的处理时间，这是高速计数器计数频率受限制的主要因素。因为高速计数器操作是采用中断方式，故计数器用得越少，则可计数频率就越高。如果某些计数器用比较低的频率计数，则其他计数器可用较高的频率计数。

5.4.4 PLC的脉冲相关指令（LDP/LDF，ANDP/ANDF，ORP/ORF，PLS/PLF）

1.脉冲式触头指令

（1）指令符号

PLC脉冲式触头指令分别是LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP和ORF，见表5-4，所有脉冲式触头指令均为动合触头，只有在脉冲到来的一个扫描周期内才闭合。

（2）指令用法

脉冲式触头指令用法示例如图5-10所示。

1）LDP、ANDP、ORP指令是用来做上升沿检测的触头指令，触头的中间有一个向上的箭头，对应的触头仅在指定软元件的上升沿时接通一个扫描周期。LDF、ANDF、ORF指令是用来做下降沿检测的触头指令，触头的中间有一个向下的箭头，对应的触头仅在指定软元件的下降沿时接通一个扫描周期。

2）当输入继电器X002的上升沿或X003的下降沿到来一个扫描周期内，输出继电器Y000的线圈才吸合。当输入继电器X000的下降沿和X001的上升沿同时到来一个扫描周期内，辅助继电器M1的线圈才吸合。

2.脉冲输出指令

（1）指令符号

PLC脉冲输出指令是PLS和PLF，见表5-5。

（2）指令用法

脉冲输出指令用法示例如图5-11所示。

1）当输入继电器X000的动合触头由断开变为闭合的一个扫描周期内，即X000的上升沿到来时，辅助继电器M0的线圈吸合，其动合触头闭合，执行置位操作，即输出继电器Y000的线圈吸合并自保持；当下一个扫描周期到来时，M0的线圈立即释放。

2）当输入继电器X001的动合触头由闭合变为断开的一个扫描周期内，即X001的下降沿到来时，辅助继电器M1的线圈吸合，其动合触头闭合，执行复位操作，即输出继电器Y000的线圈释放并自保持；当下一个扫描周期到来时，M1的线圈立即释放。

5.5 知识点拓展

5.5.1 定时器的延时扩展

FX系列P LC定时器的延时都有一个最大值，如100ms的定时器最大延时为3276.7s。若工程中所需要的延时大于选定的定时器的最大值，则可采用多个定时器接力延时，或用计数器配合定时器来获得较长时间的延时，如图5-12所示。

5.5.2 计数器接力计数

FX系列PLC的16位计数器的最大值计数次数是32767。若工程中所需要的计数次数大于计数器的最大值，则可以采用32位计数器，也可以采用计数器的设定值之和接力计数，还可以采用计数器的设定值相乘计数，从而获得较大的计数次数，如图5-13所示。

5.5.3 振荡电路及应用

振荡电路可以产生特定的通断时序脉冲，一般应用在脉冲信号源或闪光报警电路中。

1.定时器振荡电路

定时器组成的振荡电路通常有3种形式，分别如图5-14~图5-16所示，若改变定时器的设定值，可以调整输出脉冲的宽度。

2.二分频程序

要将1个频率为f的方波转换为频率为f/2的方波，其梯形图程序及时序图如图5-17所示。

5.6 任务延展

1.写出图5-18所示梯形图的指令表程序。

2.设计PLC控制方案实现以下功能：3盏灯每隔3s逐一点亮，全部点亮5s后又从第一盏灯开始循环逐一点亮，按下停止按钮时全部熄灭。要求：画出I/O分配表和PLC的I/O接线图，编写梯形图程序或指令表程序。

3.设计PLC控制方案实现以下功能：3盏灯每隔5s轮流（每次只亮一盏灯）循环点亮，如此循环5次后全部熄灭，任何时候按下停止按钮系统停止运行。要求：画出I/O分配表和PLC的I/O接线图，编写梯形图程序或指令表程序。

4.设计PLC控制方案实现以下功能：洗手间小便池在有人使用时，光电开关X000为ON，此时冲水控制系统使电磁阀Y000为ON，冲水2s，4s后电磁阀又为ON，又冲水2s，使用者离开时再冲水3s。

5.设计PLC控制方案实现以下功能：某生产线用光电感应开关X001检测传送带上通过的产品，有产品通过时X001为ON，如果连续10s内没有产品通过，则发出灯光报警信号；如果连续20s内没有产品通过，则灯光报警的同时发出声音报警信号；用X000输入端的开关解除报警信号。