山西西门子S7-200SMARTPLC模块代理经销商

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用PLC代替继电器的电动机制动控制的设计

    由于惯性的作用，电动机从切断电源到完全停止转动总要经过一段时间，影响了劳动效率。在实际生产中，为了实现快速、准确地停车，缩短时间，提高生产效率，对要求停转的电动机强迫其迅速停车，必须采取制动措施。制动的方法分为机械制动和电气制动两种。机械制动有电磁抱闸制动、电磁离合器制动等，电气制动有反接制动、能耗制动等。下面以反接制动为例来说明。

    (1)继电器控制结构

    图5-29中，按下正向启动按钮SB2，中间继电器KA1的线圈得电，KA1的常开触点闭合并自锁，同时正向接触器KM1得电，主触点闭合，电动机正向启动。在刚启动时未达到速度继电器KV的动作转速，常开触点KV-Z未闭合，中间继电器KA3失电，KM3也处于断电状态，电阻R串在线路中限制启动电流。转速升高后，速度继电器动作，常开触点KV-Z闭合，KM3线圈得电，其主触点短接电阻R，电动机启动结束。

    按下停止按钮SB1（此时电动机正向转动），中间继电器KA1的线圈失电，KA1的常开触点断开接触器KM3的线圈，电阻R再次串在电动机定子结构限制电流。同时，KM1的线圈失电，切断电动机三相电源。此时，电动机转速仍然较高，常开触点KV-Z仍闭合，中间继电器KA3线圈也还处于得电状态，在KM1线圈失电的同时又使KM2线圈得电，主触点将电动机电源反接，电动机反接制动，定子结构一直串有电阻R以限制制动电流。当转速接近0时，速度继电器的常开触点KV-Z断开，KA3和KM2的线圈失电，制动过程结束，电动机停转。

    按下反向启动按钮SB3，如果电机正处于正转运行状态，反向按钮SB3同时切断KA1和KM1的线圈，然后中间继电器KA2的线圈得电，KA2的常开触点闭合并自锁，同时反向接触器KM2的线圈得电，主触点闭合，电动机反向启动。在刚启动时未达到速度继电器KV的动作转速，常开触点KV-F未闭合，中间继电器KA4失电，KM3也处于断电状态，因而电阻R串在线路中限制启动电流。当转速升高后，速度继电器动作，常开触点KV-F闭合，KM3线圈得电，其主触点短接电阻R，电动机启动结束。
   电动机全压启动的控制线路简单，但其启动电流很大，一般为额定电流的6～7倍，而过大的启动电流会降低电动机寿命，同时使得变压器副边电压大幅度下降，导致电动机本身的启动转矩减小，甚至导致电动机无法正常启动，所以对大容量电动机必须进行降压启动控制。根据电动机工作方式的不同需要采用不同的方法实现，常用的有自耦调压器降压启动、串电阻降压启动和Y-△降压启动等方法。以上是以Y-△降压启动为例来说明。

    (1)继电器控制电路

    工作原理如图5-28所示，按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈得电并自锁，KM3线圈得电，其常开主触点闭合，电动机接入电源，并以Y接法开始运行。同时时间继电器KT线圈得电，经过延时后，其常闭触点断开，切断KM3线圈的电源，使得KM3失电，常开触点断开，常闭触点闭合。KT的常开触点闭合，接触器KM2线圈得电，KM2主触点闭合，使得电动机由Y接法切换为△接法运行。

    (2) PLC控制程序设计

    I/O分配见表5-3，梯形图和指令表见表5-4。

    表5-3    PLC控制I/O分配表

在逻辑运算中，经常需要一些辅助继电器，它的功能与传统继电器控制线路中的中间继电器相同。辅助继电器与外部没有任何联系，它在PLC中没有输入／输出端子与之对应，因此它的触点不能驱动外部负载。

    每个辅助继电器对应数据存储区的一个基本单元，它可以由所有编程元件的触点（包括它自己的触点）来驱动。它的触点同样可以无限次使用。借助于辅助继电器的编程（编码地址如表2-1所示），可使输入／输出之间建立复杂的逻辑关系和联锁关系，以满足不同的控制要求。在S7-200中，有时也称辅助继电器为位存储区的内部标志位(marker)，所以辅助继电器一般以位为单位使用；并采用“字节．位”的编址方式，每1位相当于1个中间继电器，S7-200的CPU22X系列辅助继电器的数量为256个(32，256)。辅助继电器也可以按字节、字、双字为单位，作存储数据用。建议用户存储数据时使用变量寄存器V。

   S7-200的辅助继电器分为一般辅助继电器和特殊辅助继电器。一般辅助继电器用M表示，主要是起到中间过渡或辅助作用，不能和输入信号或负载相连，每一位辅助继电器有线圈和触点，触点有常开和常闭（），触点可以用无限多次。对辅助继电器可以是位操作(M0.0)、字节操作(BM0)、字操作(MW0)和双字操作(DM0)。一般辅助继电器还有断电保持型，PLC断电时，能保持断电前的状态。断电保持型和非断电保持型的范围可以通过软件相互转换。

表2-1    一般辅助继电器的编码地址

    辅助继电器停电保持和非停电保持的应用如图2-3和图2-4所示。

    上述的两个程序中I0.0、I0.1为输入信号，M14.0为断电保持型的辅助继电器，M0.0为非断电保持型的辅助继电器，Q0.0为输出继电器。正常工作时，I0.0接通，图2-3和图2-4中的M14.0、M0.0得电，驱动输出继电器Q0.0工作，并且都有自锁；当按下停止按钮I0.1时，M14.0、M0.0失电，输出继电器Q0.0停止工作，两程序的运行情况一样。

    两者的区别在于程序在运行过程中系统突然断电后，两程序的运行情况就不一致了。当两程序在运行过程中系统断电时，由于图2-3中M14.0具有停电保持功能，所以停电后M14.0及其辅助线圈能保持当前的状态，M14.0的辅助线圈保持接通，当系统再次来电时，程序接着运行；但是在图2-4中，由于M0.0是非停电保持的，所以当运行过程中系统断电时，M0.0及其辅助线圈失电断开，这样当系统再次来电时，图2-4不会直接接着运行工作，而需要重新启动才能运行。

输出继电器就是PLC存储系统中的输出映像寄存器。通过输出继电器，将PLC的存储系统与外部输出端子（输出点）建立起明确对应的连接关系。S7-200的输出继电器也是以字节为单位的寄存器，它的每1位对应1个数字量输出点，如同输入继电器一样，也采用“字节．位”的编址方法，采用8进制，因此不存在“8、9”这样的数值。输出继电器的状态可以由输入继电器的触点、其他内部器件的触点，以及它自己的触点来驱动，即它完全是由编程的方式决定其状态。

   输出继电器接外部各种负载，如各种继电器、接触器线圈、电磁阀、指示灯等。有线圈和触点（常开和常闭），触点可以用无限多次。输出继电器也可以是位操作、字节操作、字操作和双字操作。

   输出继电器一般有一个PLC上的输出端子与之对应。当通过程序使输出继电器线圈通电时，PLC上的输出端开关闭合，它可以作为控制外部负载的开关信号，同时在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。

    西门子S7-200的输出继电器用“Q”来表示，共128个点，有16行8列，如图2-2所示，其操作及用法与输入继电器类似。

输入继电器就是PLC的存储系统中的输入映像寄存器。它的作用是接收来自现场的控制按钮、行程开关及各种传感器等的输入信号。通过输入继电器，将PLC的存储系统与外部输入端子（输入点）建立起明确对应的连接关系，它的每1位对应1个数字量输入点。

    输入继电器一般都有一个PLC的输入端子与之对应，只有触点（常开和常闭没有线圈。这些触点可以在编程时任意使用，并且使用次数不受限制。对这些触点可以是位操作、字节操作、字操作和双字操作。外部的开关信号闭合，则输入继电器的线圈得电，在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。

   在每个扫描周期的开始，PLC对各个输入点进行采样，并把采样值送到输入映像寄存器。PLC在接下来的本周期各阶段不再改变输入映像寄存器中的值，直到下一个扫描周期的输入采样阶段。

    PLC输入映像寄存器的实际输入点数不能超过这个数量，未用的输入映像区可作其他编程元件使用，如可以作通用辅助继电器或数据寄存器，但这只有在寄存器的整个字节的所有位都未占用的情况下才可另作他用，否则会出现错误的执行结果。

   西门子S7-200的输入继电器是用“I”来表示。共128个点，有16行8列，如图2-1所示。

   前面讲过，它可以对位操作，也可以对字节、字和双字进行操作。在图2-1中，对位操作如I2.4，其中“I”指输入继电器，“2”指第3行，“4”指第5列，即第3行与第5列相交的点，为一位，是Z小的存储单元；对字节操作如IB0（数字0），指行全部的8位，就构成了一个字节，IB3则指第4行全部的8位；以此类推，对字操作如第1、2两行全部共16位构成一个字IW0；对双字操作如第1、2、3、4共4行全部32位构成一个双字ID0。

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