張行松

(黃岡師范學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 黃州 438000)

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可逆電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器的PLC程序分析與設(shè)計(jì)

張行松

(黃岡師范學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 黃州 438000)

首先對(duì)基于西門子 S7-200系列 PLC的示例程序進(jìn)行分析，確定程序的輸入/輸出地址分配、控制要求及功能，然后再用“借鑒法”，設(shè)計(jì)出具有相同功能的基于FX2N系列PLC的控制程序。這是一種編程方法，也是一種學(xué)習(xí)研究方法，更是一種解決實(shí)際問題的有效方法。如果用于教學(xué)，還能提高學(xué)生的多種能力，增強(qiáng)教學(xué)效果。

可逆電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器；可編程控制器；程序設(shè)計(jì)

在《SIMATIC S7-200 可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè)》中，有個(gè)編程示例:可逆電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器電路[1]。下面就對(duì)這個(gè)示例程序進(jìn)行分析，一是想學(xué)習(xí)其編程經(jīng)驗(yàn)，二是想了解其編程思路和原理，三是想知道其控制功能，四是想對(duì)其進(jìn)行仿真，五是想借鑒其編程思路，設(shè)計(jì)出適合我校學(xué)生實(shí)驗(yàn)的FX系列PLC的控制程序。下面就談一下具體的做法。

1 示例程序的分析

要想學(xué)習(xí)借鑒示例程序的編程思路和原理，先必須將示例程序研究透徹，并確認(rèn)程序是正確、有效的。為此，這里用仿真軟件做驗(yàn)證。

1.1 列出示例程序I/O分配表

根據(jù)該程序中敘述的文字和例圖、注釋等，可列出S7-200“可逆電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器”輸入/輸出地址分配[2]表，如表1所示。

表1 S7-200“可逆電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器”I/O地址分配表

注：設(shè)電動(dòng)機(jī)左轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)。

1.2 對(duì)示例程序進(jìn)行具體分析

該程序共分為10段：

第1段：互鎖。其作用是防止誤操作和限制電動(dòng)機(jī)在強(qiáng)制等待時(shí)間內(nèi)起動(dòng)。

第2段：解除互鎖。如果正反轉(zhuǎn)的起動(dòng)開關(guān)都是斷開狀態(tài)(即原位，未操作的初始狀態(tài))，并且強(qiáng)制等待時(shí)間已溢出(表明電動(dòng)機(jī)已經(jīng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)了)，則解除互鎖。只有在解除互鎖的狀態(tài)下進(jìn)行正確的操作，電動(dòng)機(jī)才可能起動(dòng)。

第3段：正轉(zhuǎn)使能。它是電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)起動(dòng)的一些必要條件。

第4段：反轉(zhuǎn)使能。它是電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)起動(dòng)的一些必要條件。

第5段：正轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)起動(dòng)，點(diǎn)亮正轉(zhuǎn)指示燈。

第6段：反轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)起動(dòng)，點(diǎn)亮反轉(zhuǎn)指示燈。

第7段：停機(jī)指示。點(diǎn)亮停機(jī)指示燈。

第8段：設(shè)停機(jī)狀態(tài)。若停機(jī)(Q0.2由0變1，上升沿)，則檢測(cè)上升沿，將停機(jī)狀態(tài)置位。

第9段：設(shè)強(qiáng)制等待時(shí)間。若為停機(jī)狀態(tài)，裝載重啟前等待時(shí)間(設(shè)為5 s)。若超過等待時(shí)間，則將停機(jī)狀態(tài)復(fù)位，使等待定時(shí)器清零。

第10段：強(qiáng)制等待狀態(tài)指示。在停機(jī)狀態(tài)中，用指示燈閃爍來表示強(qiáng)制等待狀態(tài)。

1.3 明確示例程序的功能和控制要求

根據(jù)對(duì)示例程序的分析，可知其功能是，控制可雙向運(yùn)轉(zhuǎn)的、可直接起動(dòng)的小功率三相交流感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)直接起動(dòng)。其控制要求可歸納如下：

(1)在PLC的輸入端，設(shè)有三個(gè)點(diǎn)動(dòng)開關(guān)，其功能分別是：正轉(zhuǎn)起動(dòng)開關(guān)、反轉(zhuǎn)起動(dòng)開關(guān)和停機(jī)開關(guān)。但應(yīng)注意：起動(dòng)開關(guān)用常開觸點(diǎn)接入電路，停機(jī)開關(guān)用常閉觸點(diǎn)接入電路。

(2)在PLC的輸入端，還接入了電動(dòng)機(jī)電路斷路器(自動(dòng)開關(guān)[3])的觸點(diǎn)，這是一個(gè)常開觸點(diǎn)，這個(gè)觸點(diǎn)在斷路器合閘時(shí)是接通的，在斷路器未合閘或跳閘時(shí)是斷開的。因?yàn)楫?dāng)該斷路器合閘時(shí)，電動(dòng)機(jī)才有可能通電起動(dòng)，當(dāng)該斷路器未合閘或故障(如短路、過載、欠電壓[3]、失電壓)跳閘時(shí)，電動(dòng)機(jī)就不能起動(dòng)或斷電停機(jī)。利用這個(gè)觸點(diǎn)還能起到“失壓保護(hù)”作用，防止在突然停電后又恢復(fù)供電時(shí)，出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的自行起動(dòng)現(xiàn)象。

(3)在PLC的輸出端，接有六個(gè)負(fù)載，它們分別是：電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)起動(dòng)器，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)起動(dòng)器，電動(dòng)機(jī)停機(jī)指示燈，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)指示燈，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)指示燈和停機(jī)強(qiáng)制等待指示燈。

(4)如果PLC輸入端的三個(gè)點(diǎn)動(dòng)開關(guān)都在原位，且斷路器處于合閘位置，且停機(jī)等待時(shí)間已溢出，那么，這時(shí)接通正轉(zhuǎn)起動(dòng)開關(guān)，可使電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，同時(shí)正轉(zhuǎn)指示燈亮。

(5)如果PLC輸入端的三個(gè)點(diǎn)動(dòng)開關(guān)都在原位，且斷路器處于合閘位置，且停機(jī)等待時(shí)間已溢出，那么，這時(shí)接通反轉(zhuǎn)起動(dòng)開關(guān)，可使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，同時(shí)反轉(zhuǎn)指示燈亮。

(6)無論電動(dòng)機(jī)處于何種運(yùn)行狀態(tài)，只要將停機(jī)開關(guān)斷開，電動(dòng)機(jī)立即斷電停機(jī)。同時(shí)，停機(jī)指示燈亮(平光)，停車強(qiáng)制等待指示燈亮(閃爍，5 s后熄滅)。

(7)無論電動(dòng)機(jī)處于何種運(yùn)行狀態(tài)，只要出現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)起動(dòng)開關(guān)同時(shí)閉合的誤操作情況，電動(dòng)機(jī)立即斷電停機(jī)。同時(shí)，停機(jī)指示燈亮(平光)，停車強(qiáng)制等待指示燈亮(閃爍，5 s后熄滅)。

(8)在強(qiáng)制等待時(shí)間內(nèi)，電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)。

(9)程序具有對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行失壓保護(hù)的功能。

1.4 對(duì)示例程序仿真的情況

打開STEP 7-MicroWIN SMART 編程軟件，在視圖菜單下選擇語(yǔ)句表程序編輯器(STL)，錄入如表2所示的示例程序語(yǔ)句表。復(fù)制要仿真的程序，再打開S7-200漢化版.exe 仿真軟件，配置好CPU型號(hào)，如CPU 224XP，然后點(diǎn)擊菜單“程序”-“粘貼程序塊”，這時(shí)，STEP 7-MicroWIN SMART 編程軟件中STL程序，就被粘貼到S7-200漢化版.exe 仿真軟件中了。點(diǎn)擊“PLC”-“運(yùn)行”(或工具欄上的綠色三角按鈕)，程序就開始模擬運(yùn)行了，這樣就可以進(jìn)行仿真調(diào)試了。

表2 示例程序語(yǔ)句表

通過仿真，筆者發(fā)現(xiàn)該示例程序有一處錯(cuò)誤，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)運(yùn)行。本文已將其糾正過來了。另外，筆者還發(fā)現(xiàn)，該示例程序并不是最簡(jiǎn)短的程序，還可以進(jìn)一步優(yōu)化。當(dāng)然，該示例程序作者那種“邏輯嚴(yán)謹(jǐn)、注釋詳細(xì)”的編程風(fēng)格還是值得推崇的。

2 FX系列PLC實(shí)驗(yàn)程序的設(shè)計(jì)

上面通過對(duì)示例程序的分析，已經(jīng)得到了I/O地址分配表，也知道了程序的控制要求及功能。接下來就是先改寫I/O分配表，再根據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系改寫并優(yōu)化程序的指令表，最后進(jìn)行仿真驗(yàn)證就成了。

2.1 改寫I/O分配表

改寫I/O分配表，如表3所示。

表3 FX2N[4]“可逆電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器”I/O分配表

2.2 改寫并優(yōu)化程序的指令表

改寫并優(yōu)化程序的指令表，如表4所示。

表4 改寫并優(yōu)化程序FX2N[4]的指令表

3 結(jié)論

(1)從分析“示例程序”到設(shè)計(jì)“實(shí)驗(yàn)程序”是一種學(xué)習(xí)借鑒的程序設(shè)計(jì)方法，也是一種研究的方法，更是一種解決實(shí)際問題的有效方法。比如，在某生產(chǎn)線上原來使用的某進(jìn)口PLC，因故不能繼續(xù)使用，而市面上又買不到相同的產(chǎn)品，并且，這個(gè)問題如果解決不了就得停產(chǎn)。怎么辦？最快、最有效的辦法是新買一臺(tái)PLC，按照原來的控制要求把程序編好，來替換原來的PLC。

(2)從分析“示例程序”到設(shè)計(jì)“實(shí)驗(yàn)程序”先后要進(jìn)行兩次仿真：第一次仿真是為了確認(rèn)“示例程序”的正確性，并確定其功能和控制要求；所用的仿真軟件應(yīng)和“示例程序”的指令系統(tǒng)一致。第二次仿真是為了驗(yàn)證新設(shè)計(jì)的“實(shí)驗(yàn)程序”的功能是否和原來的“示例程序”的功能相同；所用的仿真軟件應(yīng)和“實(shí)驗(yàn)程序”的指令系統(tǒng)一致。

(3)從分析“示例程序”到設(shè)計(jì)“實(shí)驗(yàn)程序”還可以作為“雙PLC(兩種不同指令系統(tǒng)的PLC)”或“多PLC”的一種教學(xué)模式。這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，思維能力、實(shí)際動(dòng)手能力、以及對(duì)各種不同的PLC的認(rèn)知能力和上手能力都有好處。筆者相信，這個(gè)課題一定會(huì)引起更多PLC愛好者和更多致力于發(fā)展國(guó)產(chǎn)PLC的有志之士的關(guān)注。

[1] SIMATIC．S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè) 03/2000 版本02．西門子公司，1999.

[2] 殷洪義．可編程序控制器選擇、設(shè)計(jì)與維護(hù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003．

[3] 何煥山.工廠電氣控制設(shè)備[M].北京:高等教育出版社，1999.

[4] 廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

(李鑫)

Analysis and design of reversing motor starter PLC program

ZHANG Xing-song

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Huanggang Normal University, Huangzhou 438000, Hubei, China)

First, based on Siemens S7-200 series PLC sample, we carried on the programming analysis, determining program I/O address assignment, control requirements and functions. Then we employed “reference method” to design a control program based on FX2N series PLC with the same function as the sample program. This is not only a kind of programming method, but also a kind of study method, and much more a kind of effective method to solve practical problems. If used in teaching, it can improve the students' various abilities and strengthen teaching effect.

reversing motor starter; PLC;programming

G712；TM571.2

A

1003-8078(2014)03-0039-03

2013-10-20 doi 10.3969/j.issn.1003-8078.2014.03.09

張行松 ，男 ，湖北黃梅人 ，副教授，研究方向?yàn)殡姎饪刂萍夹g(shù)。