中国地质大学长城学院2013届毕业设计
电源 编程器 通信接口 CPU 存储器
输入模块 输出模块
输入装置 图3 PLC的结构图
输出装置 3.4 PLC的工作原理
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（1） 输入处理 输入处理又名输入采样，在输入采样阶段，PLC以扫描工作方式依次对输入状态进行采样，并存入被刷新的输入映像寄存器中。输入处理结束后，即使输入状态发生变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只有在大于一个扫描周期的输入处理阶段才能读入信息。
（2） 程序执行阶段 根据PLC程序扫描原则，遵循先左后右，先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。当遇到程序跳转指令时，根据跳转条件决定程序是否跳转。当程序指令中涉及到输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出当前状态，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映像寄存器中。对于元件映像寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。
（3） 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映像区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时才是PLC的真正输出。
3.5 PLC的接线设计
将起动按钮SB2、停止按钮SB1和热继电器FIR的辅助触点一端分别接到PLC的输入模块上的输入端子I0.0、I0.1、I0.2，另一端经24V直流电源接人公共端COM。在输出模块中，相线L经熔断器接输出公共端COM，接触器KM1、KM2、KM3一端分别接到PLC的输出模块上的输出端子I0.0、I0.1、I0.2，另一端接中性线N，如图4所示
第 7 页 共 22 页
中国地质大学长城学院2013届毕业设计
图4 PLC控制的输入输出接线图
3.6I/O地址分配表
因PLC的类型不同，为方便接线和编程，上述符号地址必须转换为实际地址，建立I/O地址分配表，图4的I/O地址分配表见表1）。
表1 I/O地址分配表
输入文件 起动按钮 停止按钮
符号 SB2 SB1
输入地址 I0.0 I0.1
输出元件 主接触器 △起动接触器 Y起动接触器
符号 KM1 KM2 KM3
输出地址 Q0.0 Q0.1 Q0.2
3.7分析继电接触器控制
Y-△起动 三相鼠笼式异步电动机全压直接起动时．起动电流是正常工作电流的3—7倍。当电动机功率较大时，起动电流会对电网造成冲击。为了限制起动电流过大．对于正常运转时定子绕组作三角形连接的电动机，起动时先使定子绕组接成星形，电动机开始转动．待电动机达到一定转速时。把定子绕组改成三角形连接，使电动机正常运行。 1．继电器输入输出分配表如表2所示
表2 输入／输出分配表
控制开关 KM1 KM2 KM3 KT SB2 SB1
用途
交流接触器电机总电源控制 交流接触器三角形连接 交流接触器星形连接 时间继电器延时自动转换
起动按钮起动控制 停止按钮停止控制
第 8 页 共 22 页
中国地质大学长城学院2013届毕业设计
2．电机起动的控制要求及动作结果
三相鼠笼式异步电动机的Y-△起动控制电路控制要求。能够用按钮控制电动机的起动：电动机起动时定子绕组接成星形，延时5s后，电动机的定子绕组换接成三角形；具有必要的保护措施，KM2与KM3不能同时吸合．否则将产生电源短路。
采用继电器控制的Y-△起动控制动作结果。起动后成星形时KM1、KM3得电，KM2失电。经过延时后成三角形时KM1、KM2得电，KM3失电。
图5 继电器控制的星三角减压起动控制图
3.8主电路图与常规控制线路控制流程
（1）合上空气开关QF引入三相电源。
（2）按下起动按钮SB2，交流接触器KM1线圈回路通电吸合并通过自己的辅助常开触点自锁，其主触头闭合接通电动机三相电源，时间继电器KT线圈也通电吸合并开始计时，交流接触器KM3线圈通过时间继电器的延时断开接点通电吸合，KM3的主触头闭合将电动机的尾端连接，电动机定子绕组成Y形连接，这是电动机在Y形接法下起动。
（3）当时间继电器KT整定时间到时后，其延时常开触点打开，交流接触器KM3线圈回路断电，主触点打开定子绕组尾端的接线，KM3的辅助常闭触点闭合为KM2线圈的通电做好准备。
（4）时间继电器KT动作使，其延时常开触点闭合，接通KM2线圈回路，使得KM2通电吸合并通过自己的辅助常开触点自锁，KM2主触头闭合将定子绕组接成三角形，电动机在△接法下运行。
（5）线路中的互锁环节有：KM2常闭触点接入KM3线圈回路。KM3常闭触点接入KM2线圈回路。
电机星三角起动运行的常规电路见上图为一个比较典型的电路。原理简述：先是KM3
第 9 页 共 22 页
中国地质大学长城学院2013届毕业设计
得电，将电机绕组接成星形，继之KM1得电，两只接触器的得电，使电机进入星接起动阶段；由延时继电器KT1控制起动时间的长短，当延时时间到时，KM3失电，同时KM2得电。KM1与KM2将电机绕组接成三角形，进入正常运行阶段。KT用作时间调节和星/角切换控制，KM3和KM2有触点互锁控制，严禁其同时接通造成对电源的短路。
第 10 页 共 22 页
中国地质大学长城学院2013届毕业设计
4系统软件的选择与设计
4.1S7－200 PLC的介绍
S7－200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等[7]。
（1） S7－200系列PLC的特点 ① 结构紧凑；② 先进的程序结构，扩展性良好；③ 灵活方便的寻址方法；④ 功能强大、使用方便的编程软件；⑤ 简化复杂编程任务的向导功能；⑥ 强大的通信功能；⑦ 品种丰富的配套人机界面；⑧ 有竞争力的价格；⑨完善的网上支持服务；成为当代各种小型控制工程的理想控制器[8]。
（2） S7－200PLC硬件介绍
S7－200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、文本显示器等[9]。
4.2基本功能
STEP 7－Micro/WIN为用户创建程序提供了便捷的工作环境，丰富的编程向导，提高了软件的易用性；同时还有一些工具性的功能，例如用户程序的文档管理和加密等。此外，还可以用软件设置PLC的工作方式、参数和运行监控等[11]。
软件功能的实现可以在联机工作方式（在线方式）下进行。此时，有编程软件的计算机与PLC连接，允许两者之间直接通信，可针对相连的PLC进行操作，如上装和下载用户程序和组态数据等[12]。
部分功能的实现也可以在离线工作方式下进行。此时，有编程软件的计算机与PLC断开连接，所有的程序和参数存放在硬盘上，等联机后再下载到PLC中[13]。
4.3编程语言
本设计使用了梯形图编程语言，梯形图是PLC使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程[14]。
4.4程序设计
第 11 页 共 22 页