1.知识目标

（1）了解PLC编程的经验法和梯形图设计法。

（2）熟悉S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法。

（3）熟悉STEP7-Micro/WIN32 V4.0 SP9编程软件的使用方法。

（4）熟悉电动机双重联锁正反转PLC控制的工作原理和程序设计方法。

2.技能目标

（1）练习PLC编程，能够正确运用经验法和梯形图法编制电动机双重联锁正反转PLC控制程序。

（2）能够独立完成电动机双重联锁正反转PLC控制线路的安装。

（3）能够按规定进行通电调试，当出现故障时，能根据设计要求独立检修，直至系统正常工作。

3.任务引入

电动机双重联锁正反转PLC控制：利用PLC实现电动机双重联锁正反转控制，其电气控制线路如图5-25所示。FU1～FU3为主控电路保险，FU4和FU5为控制电路保险。电动机只能处于正向旋转、反向旋转和停止三种运行状态的一种。当按下 SB1正转启动按钮时，交流接触器KM1得电驱动电动机正向启动运行；当按下SB2反转启动按钮时，交流接触器KM2得电驱动电动机反向启动运行；当按下停止按钮SB3时，流接触器KM1和KM2均失电使电动机停止运行；当电动机运行过载时，过载保护继电器FR自动切断电动机供电，使电动机停止运行。

图5-25　电动机双重联锁正反转电气控制线路图

图5-26　经验法实现红绿灯PLC控制梯形图

4.任务分析

根据任务要求，图5-25所示为三相笼型异步电动机正、反转控制线路，其中KM1、KM2分别为正、反转接触器，其主触点接线的相序不同，KM1按U—V—W相序接线，KM2按W—V—U相序接线，即U、W两相对调，所以当两个接触器分别工作时，电动机的旋转方向不一样，可实现电动机的可逆运转。

（1）自锁控制。正反转启动按钮SB1、SB2是并联的，当按下任一处启动按钮，对应接触器线圈都能通电，并且与启动按钮并联的接触器动合辅助触点得电，这样，即使启动按钮断开也能确保接触器线圈保持通电，维持电动机正常运行。

（2）互锁控制。两个接触器的动断辅助触点与正反转启动按钮的动断触点串入对方线圈，这样，在按下正转起动按钮SB1后，正转接触器KM1线圈通电，主触点闭合，电动机正转。与此同时，由于KM1的动断辅助触点与SB1的动断触点断开，从而切断了反转接触器KM2的线圈电路，使电动机只能正转。同理，在按下反转启动按钮SB2后，反转接触器KM2动作，也保证了正转接触器KM1的线圈电路不工作，使电动机只能反转。

（3）停止控制。当按下停止按钮 SB3时，电动机将停止运行。由于电动机正反运行状态互相独立，因而设计 PLC梯形图程序时可以采用典型的“自锁”和“互锁”控制电路，SB1、SB2、SB3与FR作为开关信号接至PLC输入端，需占用4个输入端，交流接触器KM1和KM2需占用2个输出端，主电动机采用继电接触器构成起停控制，而不需要PLC控制，故选用一台西门子公司的CPU222（14点：8入，6出）的PLC，即可满足本系统的控制要求。

5.预备知识

（1）经验法。

经验法是运用自己的或别人的经验进行设计，这里所说的经验，有的是自己的经验总结，有的可能是别人的设计经验，有的也可能是其他资料的典型程序，如启保停电路、脉冲发生电路、延时接通/断开电路、顺序控制电路等。这种方法没有规律可循，多数是在设计前先选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成自己的试验程序，并结合自己工程的情况，对这些试验程序进行重组、添加、删除、修改和反复调试，使之适合自己的工程要求，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系。要想使自己有更多的经验，熟练地使用经验法设计应用程序，就需要日积月累，善于总结。

例5-1：绿灯PLC控制：如图5-26所示，利用经验法实现红绿灯顺序显示控制功能，这里可以采用方波信号产生的控制方法，在控制程序中添加网络3和网络4，其中Q0.0和Q0.1分别控制红绿灯显示状态。

例5-2：送料小车往返运行PLC控制：按下启动按钮后小车从左往右运行，当碰到或5 s内没有碰到右边的右限位时，SQ2行程开关均自动停止；停止3 s，装料后接着左行，当碰到或5s内没有碰到左边的左限位时，SQ1行程开关均自动停止，停止3 s，卸料后自动右行。在中间过程，按下停止按钮，小车立即停止；按下右行或左行启动按钮后，小车继续运行。程序流程如图5-27所示，其中，S0.1表示右行S0.2表示位于右侧装料，S0.3表示左行，S0.4表示位于左侧卸料。

图5-27　运料小车运行及程序流程图

步骤一：设计法分析。根据控制要求，利用“小车往返运行 PLC控制”应用案例来设计运料小车往返运行PLC控制，实现有限位保护功能的小车自动往返运行。

步骤二：I/O分配及功能（见表5-1）。

表5-1　I/O分配及功能（例5-3）

步骤三：梯形图编制。编制梯形图程序，如图5-28所示。

图5-28　运料小车往返运行PLC控制梯形图程序

（2）梯形图法。

梯形图法是用梯形图语言将经过验证的继电器接触器控制电路转换成 PLC梯形图于熟悉继电器控制的人来说，梯形图法是最方便的一种编程方法。

例5-3：笼型异步电动机串电阻减压起动PLC控制：利用PLC实现笼型异步电动机串电阻减压启动，其继电器电气控制线路如图 5-29所示。按下启动按钮 SB1后，电动机转子接触器KM1得电，电动机经串联起动电阻R进行减压启动；同时定时器KT开始定时，定时时间为5 s。5 s后短路接触器KM2得电，将启动电阻R短路，电动机全速运行。停止按钮 SB2按下后，电动机停止运行。该系统具有热继电器FR，可进行过载保护。

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图5-29　笼型异步电动机串电阻减压起动PLC电气控制线路图

步骤一：I/O分配及功能。I/O分配及功能见表5-2。

表5-2　I/O分配及功能（例5-3）

步骤二：梯形图程序编制。笼型异步电动机串电阻减压起动 PLC控制梯形图程序如图5-30所示。

图5-30　笼型异步电动机串电阻减压启动PLC控制梯形图程序

6.任务实施

（1）设备配置。

① 1台S7-200 CPU222 PLC。

② 1台电动机，2个交流接触器，1个过载保护继电器。

③ 1台装有STEP7-Micro/WIN32 V4.0SP9编程软件的计算机。

④ 1根PC/PPI电缆。

⑤ 连接导线若干。

（2）I/O口分配及功能。

I/O分配及功能见表5-3。

表5-3　I/O分配及功能（正负转控制电路）

（3）PLC接线图。

在断电情况下，连接好PC/PPI电缆及PLC外围电路接线，如图5-31所示。

图5-31　电动机双重联锁正反转PLC控制外围电路接线图

（4）编写梯形图程序。

根据任务要求，采用自锁与互锁 PLC程序结构，编制满足控制要求的梯形图程序，如图5-32所示。

图5-32　电动机双重联锁正反转PLC控制梯形图程序

（5）调试检修。

① 调试。

学生在教师的现场监护下进行通电调试，验证系统是否符合设计要求。

◆ 编写梯形图程序，编译后将梯形图程序下载到PLC中。

◆ 电动机未启动时，若按下 SB1，电动机启动，进行正转，若按下 SB2，电动机启动，进行反转。

◆ 电动机正转时，若按下 SB1，电动机继续正转，若按下 SB2，电动机切换进行反转；反转时，若按下SB2，电动机继续反转，若按下SB1，电动机切换进行正转。

◆ 无论电动机处于何种运行状态，若按下SB3或电动机过载导致FR切断，则电动机停止运行。

② 检修。

如果出现故障，学生应独立完成检修调试，直至系统能够正常工作。

◆ 检查线路连接是否正确。

◆ 检查梯形图程序中自锁、互锁电路的使用是否正确。