任务描述：
图1.1所示是三相交流异步电动机点动的继电控制线路，启动时，合上自动开关QA0，主电路引入三相电源。按下启动按钮SF2，交流接触器QA1线圈通电，其主触点闭合，电动机接通电源启动。这样当松开启动按钮SF2后，接触器QA1线圈断电，其主触点断开，电动机停止。这种依靠接触器本身主触点使其线圈通断电的现象称作点动。在电力拖动控制中，通常是用继电器来实现的，现在来学习用PLC实现对三相异步电动机正转点动的控制。
PLC是一种以逻辑和顺序方式控制机器动作的控制器。
1．控制要求
（1）能够利用基本的驱动指令编程实现三相交流异步电动机的点动控制。
（2）能够掌握绘制PLC的外部接线图。
2．继电器的控制电气原理图
继电器控制的三相交流异步电动机点动继电控制电气原理图如图1.1所示。
图1.1 三相异步电动机点动继电控制线路
学习目标：
（一）专业能力目标
1、简单了解可编程控制器及其与继电接触器控制的区别。
2、掌握西门子S7-200系列PLC的基本指令。
3、掌握编程软件Step7-Micro/Win SP9的基本使用方法。
4、了解认识PLC的硬件接线图与I/O分配表。
5、掌握基本PLC控制系统的安装、调试等操作过程。
（二）方法能力目标
1. 具有获取、分析、类比、归纳新知识的能力。
2. 具有自学能力、理解能力和表达能力。
3. 具有根据设计方案动手实施的能力。
（三）社会能力目标
1. 具有良好的职业道德和一丝不苟的敬业精神。
2. 具有良好的团队意识和互助协作能力。
知识拓展：
一、什么是可编程控制器？它与继电接触器控制有什么的区别？
1、可编程控制器的定义：可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC。 PLC 是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用可编程存储器，用来存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其相关设备都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计。
2、PLC与继电接触器控制的区别
（1）组成器件不同
继电接触器控制系统是由许多硬件继电器、接触器组成的，而PLC 控制系统则 是由许多“软继电器”组成的。传统的继电接触器控制系统由于用了大量的机械触点， 因物理性能疲劳、尘埃的隔离性及电弧的影响使系统的可靠性大大降低，而PLC 控 制系统采用无机械触点的微电子技术，复杂的控制由PLC 控制系统内部的运算器完 成，故寿命长，可靠性高。
（2）触点数量不同
继电接触器的触点数较少，一般只有4～8对；而“软继电器”可供编程的触点数有无限对。
（3）控制方法不同
继电接触器控制系统是通过元件之间的硬接线来实现的，其控制功能是固定的。 PLC控制功能是通过软件编程来实现的，只要改变程序，功能即可改变。
（4）工作方式不同
在继电接触器控制电路中，当电源接通时，电路中各继电器都处于受制约状态。 在PLC 控制系统中，各“软继电器”都处于周期性循环扫描接通中，每个“软继电 器”受制约接通的时间是短暂的。
二、梯形图
在PLC应用中，最重要的是用PLC的编程语言来编写用户程序，以实现控制目的。PLC编程语言是多种多样的，但最主要的两种类型为：① 采用字符表达方式的编程语言，如语句表等；② 采用图形符号表达方式的编程语言，如梯形图等。
表1.1中的梯形图就是三相异步电机点动控制线路梯形图。
梯形图中有两个PLC的基本指令，分别是LD、OUT。
（1）指令功能
a）LD（取指令）。逻辑运算开始指令，用于与左母线连接的常开触点。
b）OUT（输出指令）。驱动线圈的输出指令，将运算结果输出到指定的继电器。
表1.1 梯形图与指令表
（2）程序逻辑运算功能
a）能流概念
在梯形图的设计过程中引入能流概念，有助于理解程序逻辑。能流是一个虚构的概念“电流”，梯形图中左边的垂直线称为左母线（起始母线），右边的垂直线成为右母线（终止母线），而能流的流动方向是从左母线流至右母线。可以将左母线近似为电路中的正极，右母线近似为负极，这样能流（“电流”）则从正极经过各种中间环节流入负极。
b）程序逻辑运算方向
PLC采用循环顺序扫描的工作方式。在一个周期内，CPU从主程序第一条语句开始，按从左到右、从上到下的顺序扫描到最后一条语句（包括中间出现的中断服务程序），每个周期结束后后回到第一条语句开始下一周期的扫描。
三、三相交流异步电动机的点动控制线路中主要元器件的功能
三相交流异步电动机的点动控制线路中主要元器件的功能如表1.2所示。
表1.2 元器件功能表
四、绘制PLC
硬件接线图
绘制PLC硬件接线图如图1.2所示。
图1.2 三相异步电机点动控制PLC硬件接线图
任务实施：
一、安装
1．工具、仪表及器材如表1.3所示。
（1）工具：螺丝刀、剥线钳、尖嘴钳等。
（2）仪表：万用表1只。
（3）器材选择（填写器材清单，此清单按此标准并根据实际电路由学生自己制作）。
表1.3 工具、仪表及器材清单
| 序号 | 名称 | 型号 | 数量 | 作用 |
| 1 | PLC | 西门子CPU226 | 1台 | 控制 |
| 2 | 计算机 | XP或WIN7 | 1台 | 编写程序和监控 |
| 3 | 按钮 | 常开 | 1个 | 起动输入 |
| 4 | 接触器 | 1个 | 驱动电机 | |
| 5 | 三相异步电机 | 1台 | 被控对象 | |
| 6 | 通信电缆 | 1根 | 下载监控调试程序 | |
| 7 | 断路器 | 三相四线 | 1个 | 电压开关 |
| 8 | 熔断器 | 4个 | 保护 |
2．绘制元件布置图。
元件经检查合格后根据绘制好的元件布置图在控制板上安装电气元件，如图1.6所示。
电器安装应牢固，并符合工艺要求，并根据接线图接线。
二、输入/输出点分配
输入/输出点分配如表1.4所示。
表1.4 I/O分配表
| 输 入 | 输 出 | |||||
| 输入元件 | 作用 | PLC输入继电器 | 输出元件 | 作用 | PLC输出继电器 | |
| SB | 起动按钮 | I0.0 | KM | 交流接触器 | Q0.0 | |
三、程序的编写与输入
编程软件为用户编辑和监控应用程序提供了良好的编程环境。在计算机中安装西门子
S7-200系列PLC编程软件V4.0 STEP7-Micro/Win SP9。桌面上显示图标如图1.4所示。
图1.4 STEP7 Micro/WIN 编程软件
（1）双击计算机屏幕上的STEP7 Micro/WIN图标，进入西门子S7-200PLC编程软件界面，如图1.5所示。
图1.5 STEP7 Micro/WIN编程软件界面
（2）编写新的程序，用鼠标把程序指令拖拽到程序编辑区域，如图1.6所示。
图1.6 选择梯形图指令
（3）S7-200的梯形图不用在程序最后使用“结束”指令。
图1.7 梯形图的编辑
（4）S7-200PLC的RS-485的通信口可与计算机的RS-232串行口通过PC/PPI电缆进行连接，如图1.8和图1.9所示。
图1.8 通信端口图1.9 S7-200PLC(CPU226DC/DC/DC)
(5)点击“通信”功能，如图1.10所示。
图1.10 使用“通信”功能
（6）在图1.11中双击刷新，查找联机PLC。
图1.11 查找与编程联机的S7-200PLC
（6）找到连接到计算机的PLC后，点击“确认”按钮，如图1.12。
图1.12 确认联机的PLC
（7）然后点击“下载”，出现程序下载对话框，如图1.13和图1.14所示。
图1.13 点击程序下载工具按钮
图1.14 程序下载对话框
（8）下载程序前，软件提示将PLC置于“STOP”状态，下载完成后，软件提示将PLC重新置于“RUN”状态，如图1.15和图1.16所示。
图1.15 将PLC置为“STOP” 图1.16 将PLC置为“RUN”
（9）点击在线工具按钮，使STEP7-Micro/WIN软件处于在线监控状态，如图1.17所示。
图1.17 在线监控模式
当SB按钮按下时，对应的I0.0触点被接通，同时Q0.0得电，可以通过在线监控状态观察I0.0和Q0.0的变化，其中蓝色表示已经接通，通过在线监控模式监控各输入和输出的状态可以理解PLC的工作原理和调试程序，如图1.18所示。
图1.18 在线监控-程序状态
四、程序调试
程序输入完毕后进行自检，并使用万用表检查线路。要求确保无误后才允许通电调试。
按表1.5所示的步骤进行，并填写观察结果。
表1.5 程序调试步骤
| 操作步骤 | 操作内容 | 观察内容 | 记录观察结果 | 思考内容 | |
| 第一步 | 将程序下载到PLC后，RUN | KM的动作 | RUN运行 | ||
| 第二步 | 按下SB | KM吸合 | 理解PLC的工作过程 | ||
| 第三步 | 松开SB | KM断电 | |||
| 操作要求 | 安全教育 | ||||
| 难题待解 | |||||
五、故障排除
(1)调试过程中若出现软件/硬件的错误/故障，应根据具体情况进行排除。分别从主电路、
控制电路、通信线路、PLC参数等方面考虑排故。
（2）根据要求填写表1.6所示的故障处理表。
表1.6 故障处理表
| 姓名 | 学号 | 设 备 编 号 | |||
| 设备名称 | 故障时间 | ||||
| 故障现象及现场调查 | 原因分析 | ||||
| 实施维修计划 | |||||
| 原因总结 | |||||
| 1 | |||||
| 2 | |||||
| 处理结果 | |||||
| 问题点 | 处理方法 | 效果 | |||
| 1 | |||||
| 2 | |||||
注：故障排除时均使用该表格进行故障记录。
六、任务验收
程序调试成功后，根据验收要求进行任务验收，填写表1.7所示的任务验收表。
| 序号 | 主要内容 | 考核要求 | 评分标准 | 配分 | 扣分 | 得分 | |
| 1 | 元件安装 | 1.按图纸的要求，正确使用工具和仪表，熟练安装电气元器件2.元件在配电板上布置要合理，安装要准确、紧固 | 1.元件布置不整齐、不匀称、不合理，每处扣 2 分 2.元件安装不牢固、漏装螺钉，每处扣 2 分3.损坏元件或设备，每次扣 10 分 | 20 | |||
| 2 | 程序编写 | 1、指令应用是否合理；2、是否按照提意要求编程；3.I/O分配是否合理； | 1.选用导线不合理，每处扣 5 分2.不按原理图配线，每处扣5分3.指令使用错误，每处扣 5 分6.I/O分配扣10 分 | 40 | |||
| 3 | 通电调试 | 配线正确，通电试验正常 | 1.输入输出状态不对，每处扣 5 分2.通电运行不正常，扣30分 | 30 | |||
| 4 | 安全与文明生产 | 遵守国家相关专业安全文明生产规程 | 违反安全文明生产规程，扣5～10分 | 10 | |||
| 备注 | 合计 | 100 | |||||
| 考评员签字 | 年 月 日 | ||||||
表1.7 任务验收表
七、安全注意事项
本实践训练要接触到强电电路，安装与接线错误及操作不当会损坏设备，危及人的生命 安全，必须严肃认真、格外注意实践训练中的设备和人身安全。
1）强电电路的实践训练，必须在指导老师检查后方可通电试车；
2）强电电路的安装与接线要穿戴好必要的保护措施（绝缘鞋及绝缘手套等）；
3）强电电路的安装与接线及调试要养成单手作业的习惯；
4）掌握必要的故障下的自救和抢救方法。
思考：
任务练习：用PLC实现对三相异步电机的连续运行控制线路，并加上停止按钮。
第一步：列出输入/输出分配表。
第二步：画出PLC控制系统原理图。
第三步：设计控制程序并调试，按照提示步骤进行操作。
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