用PLC实现三相异步电动机的正反转控制实训教学探讨

文/冯春楠

摘 要：继电接触器控制电路虽然应用很广，但存在触点使用寿命短、体积大、接线繁杂等缺点，特别是因为它采用固定接线方式，一旦控制要求有所变动，就得重新设计安装，通用性和灵活性较差。本文分析提出，采用PLC（可编程控制器）控制克服以上缺点，特别是在复杂的控制以及控制要求有所变动的控制中，其通用性和灵活性较为优越。

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关键词 ：三相异步电动机正反转 PLC控制 实训教学

一、PLC系统

PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储程序，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和输出，控制各种类型的机械或生产过程。用PLC实现电路的控制，主要包括对电路的控制要求进行分析、确定输入/输出点数及其地址分配、进行主电路及PLC接线、进行程序设计、对程序进行仿真调试和带负荷调试运行这几个步骤。

二、用PLC实现三相异步电动机的正反转控制实训教学探讨（以三菱公司的FX2N为例）

1.分析电路控制要求

按下正转启动按钮，电动机获电正转；按下停机按钮，不管当前是正转还是反转，电动机均断开电源停止运转；按下反转启动按钮，电动机获电反转。也就是说，正转启动按钮控制电动机正转运行，反转启动按钮控制电动机反转运行，停机按钮控制电动机停机。

2.确定输入/输出（I/O）点数及其地址分配

（1）确定输入点数及其地址分配。确定输入点数及其地址分配即为确定输入信号的个数及其对应的输入继电器的地址分配。PLC的每一个输入点及其对应的输入电路，都等效为一个输入继电器，而每一个输入继电器都有若干个常开和常闭触点，供编程使用。根据以上对“三相异步电动机的正反转控制”电路的分析控制要求，共有三个输入信号，分别由正转启动按钮开关、停机按钮开关、反转启动按钮开关输入，根据控制要求分析，分别对应着三个输入点，即三个相对应地址输入继电器。

（2）确定输出点数及其地址分配。确定输出点数及其地址分配即为确定输出信号的个数及其对应的输出继电器的地址分配。输出继电器用来将PLC内部信号输出传送给外部负载，用以驱动外部负载做出相应的动作。根据以上对“三相异步电动机的正反转控制”电路的分析控制要求，共有两个输出点，对应着两个相对应地址的输出继电器，分别用来控制正转运行和反转运行。

3.进行主电路及PLC接线

进行主电路接线就是根据控制要求，把电源开关、熔断器、控制正反转的交流接触器主触点、热继电器的热元件、实现正反转的三相异步电动机进行线路上的连接。

进行PLC接线就是根据控制要求把PLC与按钮开关、熔断器、电源、交流接触器线圈及其辅助触点、热继电器的常闭触点进行连接，即对PLC的输入、输出端及电源进行线路上的连接。一句话，进行主电路及PLC接线就是进行硬件上的连接。

连接时要注意元件安装符合安装工艺要求，线路布局合理避免交错，导线与接线柱的连接要注意安全可靠，符合布线及导线连接工艺标准。

当按钮开关向PLC输入运行（正转、停止或反转）指令时，PLC按用户程序的控制要求，对输入信号进行处理，并根据处理结果驱动相应输出执行器件交流接触器线圈获电，对应的交流接触器主触点闭合，电动机按用户要求实现（正转、停止或反转）相对应动作运行。

4.进行程序设计

进行程序设计可通过三菱PLC编程软件“GX Developer”进行。在PLC中常用的编程方法有梯形图法和指令表法两种。用PLC内部各类等效继电器的线圈和触点的图形符号，按照一定原理构成的图形就叫梯形图。应用梯形图进行编程时，只要按梯形图逻辑顺序输入到计算机中去，计算机就可自动将梯形图转换成指令表及PLC能接受的机器语言，存入并执行。所以利用梯形图法进行编程时，首先要根据电路控制要求及输入/输出（I/O）点数及其地址分配表画出控制电路的梯形图，然后通过计算机输入即可。

指令表类似于计算机汇编语言的形式，用指令的助记符来进行编程，通过编程器按照指令表的指令顺序逐条写入到PLC中，不需经过翻译可直接运行。所以，在采用指令表法进行编程时首先要根据电路控制要求写出由多个指令语句组成的相对应电路控制功能的程序列表，然后再通过编程器输入PLC中。

采用指令表法进行编程首先要理解、记住PLC中各软元件所对应的基本指令，再根据电路控制功能编写出相应的指令表。对于中职学生来说，由于理解、记忆能力比较差，而记各个基本指令又比较枯燥无味，提不起学习兴趣，所以通常采用梯形图法进行编程。梯形图法基本上沿用电气控制图的形式，采用的符号也大致相同，所以学生学习兴趣较高，学习效果较好。

5.软件仿真调试

程序编写好后，利用PLC编程软件“GX Developer”中的软元件测试功能分别对正转、反转、停机控制进行仿真测试。在仿真测试中执行正转（反转或停机）指令时各软元件能按预定目标进行动作，实现相应的正转（反转或停机）运行，说明程序编写成功，可进行下一个步骤的操作；如果执行正转（反转或停机）指令时各软元件不能按预定目标进行动作，无法实现相应的正转（反转或停机）运行，说明编写好的程序存在一定的问题，必须重新修改程序，再进行仿真测试，测试成功后才能进行下一步的操作。

6.带负荷调试

PLC程序进行仿真调试没问题后，首先要把程序从电脑写入到PLC中，然后才能进行带负荷调试。带负荷调试也就是对硬件进行通电调试。通电调试前，必须先检查电路连接是否正确才能进行。

调试时，要分别进行正转、停机、反转调试。调试过程中，有可能由于主电路接线中的电源开关、熔断器、控制正反转的交流接触器主触点、热继电器的热元件、实现正反转的三相异步电动机中某处或多处出现接线错误而无法实现电路控制预期正转（停机或反转）运行；也有可能是由于PLC与按钮开关、熔断器、电源、交流接触器线圈及其辅助触点、热继电器的常闭触点接线中出现接线错误而在调试中无法实现预期正转（停机或反转）运行；还有可能是由于接线工艺达不到要求而在调试中无法实现预期正转（停机或反转）运行，如接线松动。

如出现调试不成功时，必须要根据故障现象对硬件接线相应部分进行反复检查，排查出故障原因，然后重新进行接线，直到正转、停机、反转调试均能成功按预期目标运行为止。

三、小结

正反转控制电路由于比较简单，在实际应用中没必要采用PLC控制，一般多采用继电接触器控制，但是对于中职学生PLC课程实训教学，是必不可少的一个课题，因为该电路在实际应用中比较普遍，动作要点清晰、明确，梯形图较直观，学生容易接受、理解、掌握。通过该课题的实训，学生对其他的控制电路同样就懂得进行电路的控制要求进行分析、确定输入/输出点数及其地址分配、进行主电路及PLC接线、进行程序设计、对程序进行仿真调试和带负荷调试运行这六个步骤一步步地进行，很容易就能找到运用PLC进行电路设计的方法。

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参考文献：

[1]邵展图.电工学(第五版)[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2011.

[2]王淑玲.PLC基础与实训[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2010.

[3]王伟.可编程序控制器的使用和维护[M].北京:化学工业出版社,2015.

[4]肖峰,贺哲荣.PLC编程100例[M].北京:中国电力出版社,2015.

（作者单位：广西玉林高级技工学校）