電器與PLC控制技術

1、目錄第一章：常用低壓電器 1.1 概述 1.1.1 電器的分類 1.1.2 電器的作用 1.2 電磁式電器結構及工作原理 1.2.1 電磁機構原理 1.2.3 電弧的產(chǎn)生及滅弧方法1.3 接觸器的結構及原理1.4 電磁式繼電器1.4.1 電磁式繼電器的結構與特性 1.4.3 電壓繼電器 1.4.3 電流繼電器1.4.4 時間繼電器1.4.5 中間繼電器1.7主令電器1.7.1 控制按鈕1.7.2 行程開關1.8低壓開關1.8.2熔斷器 1.8.3熱繼電器1.8.4低壓斷路器 1.x習題及思考題第二章：繼電器接觸器控制系統(tǒng)2.1 電氣控制線路及繪制原則、圖形符號2.2 繼電器接觸器控制電路組成的

2、單元電路2.3 三相異步電動機的啟動控制2.3.1 星-三角形啟動電路2.4電氣控制電路的讀圖方法2.5電動機控制電路中常用的保護環(huán)節(jié)2.6習題及思考題第四章：可編程控制器概述4.1可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展可編程控制器（PLC）的用途可編程控制器（PLC）的特點4.2可編程控制器的分類及特點可編程控制器的分類PLC各組成部分及其作用PLC的性能指標 4.x習題及思考題第五章：可編程控制器的結構和工作原理5.2可編程控制器的資源與編程語言可編程控制器的編程語言5.3可編程控制器的工作原理及運行方式可編程控制器的工作過程可編程控制器的輸入/輸出過程5.4習題及思考題第六章：S7-200系列可編程控

3、制器資源及配置6.3編程軟元件及尋址6.4S7-200的指令系統(tǒng)6.x習題及思考題第七章：S7-200及PLC基本指令及經(jīng)驗編程法7.1S7-200系列可編程控制器基本指令觸點及線圈指令7.1.2 邏輯堆棧指令定時器指令 計數(shù)器指令7.2梯形圖及語句表的結構規(guī)則第八章：8.2順序功能圖的主要概念、基本類型及編程順序功能圖的主要概念順序功能圖的類型第九章：9.3傳送比較類指令傳送類指令 比較指令9.4數(shù)學運算類指令及應用9.5數(shù)據(jù)處理類指令第十一章：11.1S7-200EM235模擬量工作單元11.x習題及思考題第十二章：12.1S7-200系列PLC支持的通信協(xié)議12.x習題及思考題總復習：

4、試題第1章 常用低壓電器1.1概述低壓電器指工作在直流1200V，交流1000V額定電壓以下的電路中，時限對電路或沸點對象的切換、控制、檢測、保護、交換和調節(jié)的電器。1.1.1 電器的分類 電器的用途廣泛，功能多樣，種類繁多，結構各異，工作原理也各有不同。電器有多種分類方法：按工作電壓的等級可分為高壓電器和低壓電器；按動作原理可分為手動電器和自動電器；按工作原理可分為電磁式電器和非電量控制電器；按用途可分為以下幾類。1） 低壓配電電器用于供電系統(tǒng)中進行電能的輸送和分配的電器。2） 低壓控制電器用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器。3） 低壓主令電器用于發(fā)送控制指令的電器。*4） 低壓保護電器對于電

5、路和用電設備進行保護的電器。5） 低壓執(zhí)行電器用于完成某種動作和傳動功能的電器。1.1.2 電器的作用電器是構成控制系統(tǒng)的最基本元件，它的性能將直接影響控制系統(tǒng)能否正常工作。 電器的主要作用如下。1.2 電磁式電器結構及工作原理1.2.1 電磁機構原理 1電磁機構 電磁機構由線圈、鐵心和銜鐵組成，主要作用是通過電磁感應原理將電能轉換成機械能，帶動觸頭動作，用于接通和分斷負荷電流的電磁式電器。 直動式電磁機構多用于交流接觸器、繼電器中。銜鐵沿棱角轉動的拍合式電磁機構廣泛應用于直流電器中。銜鐵沿軸轉動的拍合式電磁機構的鐵心形狀有E形和U 形兩種，多用于觸頭容量大的交流電器中。電磁機構可分為直動式和

6、拍合式兩種，如圖1.1 及圖1.2所示。在圖1.2中，拍合式又分為銜鐵沿棱角轉動和銜鐵沿軸轉動兩種。 圖1.1直動式 圖1.2 拍合式電磁式電器分為直流和交流兩類，都是利用電磁鐵的原理而制成。 2吸引線圈 吸引線圈的作用是將電能轉換為磁能。按通入電流種類不同可分為直流型線圈和交流型線圈。1.2.3 電弧的產(chǎn)生及滅弧方法 一、電器的觸頭 觸頭是電磁式電器的執(zhí)行部分，起接通或斷開電路的作用。觸頭的結構形式很多，按其所控制的電路可分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于接通或斷開主電路，允許通過較大的電流；輔助觸頭用于接通或斷開控制電路，只能通過較小的電流。 電磁式電器觸頭在線圈未通電狀態(tài)時有常開(或動合)

7、和常閉(或動斷)兩種狀態(tài)，分別稱為常開(或動合)觸頭和常閉(或動斷)觸頭。通電后，常開(或動合)觸頭閉合，常閉(或動斷)斷開。觸頭的結構主要有如圖1.7 所示的幾種形式。（1） 橋式觸頭（2） 指形觸頭 圖1.7（a）橋式觸頭 圖1.7（a）指形觸頭觸頭的接觸形式有點接觸、線接觸和面接觸3種，如圖1.8所示。 點接觸 線接觸 面接觸圖1.8 觸頭的接觸形式二、滅弧原理1常用的滅弧原理1）迅速拉大電弧長度而降低單位長度電弧的電壓2）冷卻2.常用的滅弧方法1）電動力滅弧2）磁吹滅弧3）柵片滅弧4）窄縫滅弧1.3 接觸器的結構及原理1. 交流接觸器的結構圖1.13為交流接觸器結構示意圖，交流接觸器有

8、4個部分組成：電磁結構、觸頭系統(tǒng)、滅弧轉置和其他輔助部件。（1）電磁機構 電磁機構有線圈，鐵芯和銜鐵組成，用作產(chǎn)生電磁吸引，帶動觸頭動作。 （2）觸頭系統(tǒng) 觸頭分為主觸頭和輔助觸頭。圖1.132. 電磁式接觸器的工作原理當線圈得電后，在鐵心中產(chǎn)生磁通及電磁吸力，銜鐵在電磁吸力的作用下吸向鐵心，同時帶動動觸頭移動，使常閉觸頭打開，常開觸頭閉合。當線圈失電或線圈兩端電壓顯著降低時，電磁吸力小于彈簧反力，使得銜鐵釋放，觸頭機構復位，斷開電路或解除互鎖。直流接觸器的結構和工作原理與交流接觸器基本相同，接觸器的圖形符號如圖1.14所示，文字符號為KM。圖 1.14 接觸器的圖形符號 圖示為主觸點交流接觸

9、器一般有主觸點和輔助觸點之分，主觸點是用來接通和斷開低壓電氣設備主電源回路中的，相對來說觸點容量較大。而輔助觸點則是用在控制回路中，有常開和常閉之分，由于控制回路中的電流相對要小，因此相對于主觸點來說其容量要小許多。 注意：繪制電器原理圖時，要區(qū)分主輔觸點畫法的不同。1.4 電磁式繼電器繼電器是一種通過監(jiān)測各種電量或非電量信號，接通或斷開小電流控制電路的電器。 繼電器的種類很多，根據(jù)不同分類方法，主要有以下分類。 (1)按用途分為控制繼電器、保護繼電器。 (2)按動作原理分為電磁式繼電器、感應式繼電器、熱繼電器、機械式繼電器、電動式繼電器、電子繼電器。 (3)按輸入信號分為電壓繼電器、電流繼電

10、器、時間繼電器、速度繼電器、壓力繼電器、溫度繼電器。 (4)按動作時間分為瞬時繼電器、延時繼電器。一般來說，繼電器通過測量環(huán)節(jié)輸入外部信號(如電壓、電流等電量或溫度、壓力。速度等非電量)并傳遞給中間機構，將它與整定值(即設定值)進行比較，當達到整定值時(過量或欠量)，中間機構就使執(zhí)行機構產(chǎn)生輸出動作，從而閉合或分斷電路，達到控制電路的目的。在控制系統(tǒng)中，使用最多的是電磁式繼電器。1.4.1 電磁式繼電器的結構與特性1結構與工作原理電磁式繼電器的結構和工作原理與電磁式接觸器相似，也是由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)和釋放彈簧等組成，電磁式繼電器原理如圖l.16 所示。由于繼電器用于控制電路，流過觸頭的電流比

11、較小(一般5A 以下)，故不需要滅弧裝置。電磁式繼電器的圖形、文字符號如圖l.17所示。常用的電磁式繼電器有電壓繼電器、中間繼電器和電流繼電器。圖 1.17 中間繼電器圖形符號（接觸器輔助觸點）1.4.2 電壓繼電器 觸點的動作與線圈的電壓大小有關的繼電器稱為電壓繼電器。它可用于電力拖動系統(tǒng)的電壓保護和控制，使用時電壓繼電器的線圈與負載并聯(lián)。 1過電壓繼電器2欠電壓繼電器在電路中用作欠壓保護。當電路中的電器設備在額定電壓下正常工作時，欠電壓繼電器的銜鐵處于吸和狀態(tài)；如果電路出現(xiàn)電壓降低至線圈的釋放電壓時，銜鐵由吸和狀態(tài)轉為釋放狀態(tài)，同時分段與它相連的電路，實現(xiàn)欠壓保護。1.4.3 電流繼電器

12、觸點的動作與線圈的電流大小有關的繼電器叫做電流繼電器，使用時電流繼電器的線圈要與負載串聯(lián)。1 過電流繼電器2欠電流繼電器1.4.4 時間繼電器（KT） 從得到輸入信號（即線圈通電或斷電）開始，經(jīng)過一定的延時后才輸出信號（延時觸點）的繼電器，稱為時間繼電器。時間繼電器分為通電延時型和斷電延時型。通電延時型當接受輸入信號后延時一定時間，輸出信號才發(fā)生變化；當輸入信號消失后，輸出幸好瞬時復原。斷電延時型當接受輸入信號，瞬時產(chǎn)生響應的輸出信號；當輸入信號小時候，延時一定的實踐，輸出信號才復原。1. 直流電磁式時間繼電器2. 空氣阻尼式時間繼電器空氣阻尼式時間繼電器利用空氣阻尼原理達到延時的目的。它由電

13、磁機構、延時機構和觸電組成。時間繼電器的圖形符號、文字符號如圖1.25所示。圖1.25 時間繼電器的文字符號及圖形符號1.4.5 中間繼電器（KA）中間繼電器實際上是一種電壓繼電器。他的特點是觸頭數(shù)量較多（可達8對），觸頭容量較大(5A10A)，動作靈敏，在電路中起增加觸頭數(shù)量和起中間放大作用。圖1.26 中間繼電器的符號1.7主令電器 主令電器用來閉合和斷開控制電路，用以控制電力拖動系統(tǒng)中電動機的啟動、停車、制動以及調速等。主令電器可直接或通過電磁式電器間接作用于控制電路。在控制電路中，由于它是一種專門發(fā)布命令的電器，故稱為主令電器。主令電器不允許分合主電路。主令電器應用十分廣泛，種類也繁多

14、，常用的有控制按鈕、行程開關、接近開關、萬能轉換開關、主令控制器及其他主令電器，如腳踏開關、到順開關、緊急開關、鈕子開關等。1.7.1 控制按鈕（SB）控制按鈕簡稱按鈕，是一種結構簡單，使用廣泛的手動主令電器，它可以與接觸器或繼電器配合，在控制電路中對電動機實現(xiàn)遠距離自動控制，用于實現(xiàn)控制電路的電氣連鎖?？刂瓢粹o的圖形符號和文字符號如圖1.36 所示。圖 1.36 控制按鈕的圖形符號和文字符號按觸點形式分(1) 動合按鈕外力未作用時(手未按下)，觸點是斷開的，外力作用時，觸點閉合，但外力消失后，在復位彈簧作用下自動恢復到原來的斷開狀態(tài)。(2) 動斷按鈕外力未作用時(手未按下)，觸點是閉合的，外

15、力作用時，觸點斷開，但外力消失后，在復位彈簧作用下自動恢復到原來的閉合狀態(tài)。(3) 復合按鈕既有動合按鈕，又有動斷按鈕的按鈕組，稱為復合按鈕。按下復合按鈕時，所有的觸點都改變狀態(tài)，即動合觸點要閉合，動斷觸點要斷開。但是，這兩對觸點的變化是有先后次序的，按下按鈕時，動斷觸點先斷開，動合觸點后閉合；松開按鈕時，動合觸點先復位(斷開)，動斷觸點后復位(閉合)。1.7.2 行程開關（SQ） 根據(jù)生產(chǎn)機械的行程發(fā)出命令以控制其運行方向或行程長短的主令電器稱為行程開關。若將行程開關安裝于生產(chǎn)機械行程終點處，以限制其行程，則稱為限位開關或終點開關。行程開關廣泛應用于各類機床和起重機械的控制，以限制這些機械的

16、行程。行程開關的觸點在電路圖中的圖形和文字符號如圖1.40所示。圖1.40 行程開關的圖形及符號低壓開關（QS）低壓開關也稱低壓隔離器。以刀開關為例，它是低壓電器中結構比較簡單、應用較廣的一類手動電器，主要用于隔離電源，也可用來非頻繁地接通和分斷容量較小的低壓配電電器。開關由熔絲、出道，觸點座，操作手柄和底座構成。不可帶負荷分閘。1.8.1熔斷器（FU）熔斷器是一種簡單而有效的保護電器，在電路中主要起短路保護作用。當電路正常工作時，熔斷器熔體允許長期通過1.2倍的額定電流而不熔斷。當電路發(fā)生短路或電流過超過1.2額定電流時，熔體熔斷切斷電路。熔斷器的選擇依據(jù)：負載的保護特性和短路電流的大小。熱

17、繼電器（FR）一、熱繼電器的作用及分類熱繼電器利用電流的熱效應原理對連續(xù)運行的電動機進行過載和斷相保護，可防止因過熱而損壞電動機的絕緣材料。由于熱繼電器中發(fā)熱元件有熱慣性，在電路中不能做瞬時過載保護，更不能做短路保護。因此，它不同于過電流繼電器和熔斷器。二、熱繼電器的保護特性和工作原理熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸頭三部分組成。熱繼電器中產(chǎn)生熱效應的發(fā)熱元件應串接于電動機繞組電路中，這樣，熱繼電器便能直接反映電動機的過載電流。但其觸點應接在控制電路中，其觸點一般有常開和常閉兩種。作過載保護用時常使用常閉觸點串聯(lián)在控制電路中。雙金屬片是熱繼電器的感測元件。（a）發(fā)熱元件 （b）常閉觸點低壓斷

18、路器（QA）低壓斷路器過去稱為自動空氣開關，為了與IEC標準一致，故改用此名。它是一種既有手動開關作用，又能進行自動失壓、欠壓、過載和短路保護的電器，應用極為廣泛。低壓斷路器過去稱空氣開關、自動開關。對線路、電源設備及電機等實行保護，具有過載、短路、欠電壓等保護功能。1.x習題及思考題判斷題：【題】安裝刀開關時，刀開關在合閘狀態(tài)下手柄應該向上，不能倒裝和平裝，以防止閘刀松動落下時誤合閘。 （ ）答案：【題】交流接觸器在滅弧裝置損壞的情況下也可以使用。 （ ） 答案：×5.低壓斷路器又稱為自動空氣開關。（ ）答案：填空題：【題】常用的主令電器有_、_、_和_等。答案：控制按鈕、行程開關

19、、接近開關、萬能轉換開關【題】交流接觸器主要由_、_和_組成。答案：觸頭系統(tǒng)、電磁機構、滅弧裝置【題】交流接觸器的觸點系統(tǒng)分為_和_，_用來直接接通和分斷交流主電路和控制電路。答案：主觸點、輔助觸點、主觸點【題】接觸器用于遠距離頻繁地接通或斷開交直流_及大容量控制電路的一種自動開關電器。答案：主電路【題】熱繼電器是利用_原理來工作的保護電器，它在電路中主要用作是對三相異步電動機起_作用。 答案：電流的熱效應、過載和斷相保護【題】熱繼電器有多種結構形式，最常用的是_結構，即由兩種不同膨脹系數(shù)的金屬片用機械碾壓而成，一端固定，另一端為自由端。答案：雙金屬片【題】時間繼電器是指_一種控制電器。答案：

20、用來實現(xiàn)觸點延時接通或延時斷開的控制簡答：【題】低壓電器按用途分為哪幾類？答案：低壓配電電器、電壓控制電器、低壓主令電器、低壓保護電器、低壓執(zhí)行電器第二章 繼電器接觸器控制系統(tǒng)2.1 電氣控制線路及繪制原則、圖形符號常用電氣控制系統(tǒng)圖紙有三種：電器原理圖、電器元件布置圖、安裝接線圖。其中后兩種為工藝圖紙。電器控制系統(tǒng)圖紙是根據(jù)國家標準，用規(guī)定圖形符號及畫法繪制的。一、常用的電器圖形符號 二、電器原理圖電器原理圖一般分為主電路和輔助電路兩部分。主電路是電器控制線路中強電流通過的部分，有電機及其相連的電器元件組成。輔助電路包括控制電路、照明電路、信號電路及保護電路等。輔助電路中通過的電流比較小。電

21、氣原理圖的繪制原則1. 圖中所有元件應使用國家統(tǒng)一標準的圖形符號。2. 主電路用粗實線繪制在圖面左邊或上方，輔助電路繪制在圖面右邊或下方3. 圖中同一元件的各個部分可以不繪制在一起，但必須使用同一文字符號4. 所有電器的可動部分均以自然狀態(tài)繪制5. 圖中盡量減少線條和避免線條交叉6. 層次分明，元件及觸點安排合理2.2繼電器接觸器控制電路組成的單元電路單元電路指其接線規(guī)律或技巧可以在各類電路中反復使用的基本電路。一、自鎖和互鎖自鎖和互鎖統(tǒng)稱為電器的連鎖控制。靠接觸器本身觸點保持電路通電的現(xiàn)象稱為自鎖。通常在控制系統(tǒng)中，將兩個接觸器的常閉觸電串聯(lián)在對方的工作線圈電路中，構成相互制約關系稱為互鎖。

22、利用接觸器（或繼電器）常閉觸點的互鎖稱為電器互鎖。自鎖電器原理圖互鎖電器原理圖二、電動及連續(xù)運行所謂點動，即手動按下按鈕時，電動機運轉工作；手動松開按鈕時，電動機停止工作。連續(xù)運轉即要求電動機長時間連續(xù)運行，從電機控制角度說即為長動控制。三、多地連鎖控制有些電氣設備，如大型機床、起重運輸機等，為了操作方便，常要求能在多個地點對同一臺電動機實現(xiàn)控制(如要求即可在現(xiàn)場控制運轉狀態(tài)，又可在控制室或其他遠程場合控制運轉狀態(tài))。這種控制方法叫做多地控制。四、順序控制實際在生產(chǎn)中，有些設備潺潺要求按一定的順序實現(xiàn)多臺電動機的啟動和停止。順序起?？刂齐娐罚许樞騿?，同時停止控制電路；有順序啟動，順序停止控

23、制電路。五、自動循環(huán)在某些電氣設備中，有些是通過設備自動往復循環(huán)工作的，例如造紙自動噴水管左右擺動噴水就是通過電動機的正、反轉實現(xiàn)自動往復循環(huán)的。2.3 三相異步電動機的啟動控制2.3.1 星-三角形啟動電路 在供電變壓器容量足夠大時，小容量籠型電動機可直接啟動。直接啟動的優(yōu)點是電氣設備少，線路簡單。實際的直接啟動電路一般采用空氣開關直接啟動控制，如圖2.17 所示。對于容量大的電動機來說，由于啟動電流大，會引起較大的電網(wǎng)壓降，所以必須采用減壓啟動的方法，以限制啟動電流。減壓啟動雖然可以減小啟動電流，但也降低轉矩，因此僅適用于空載或輕載啟動。三相籠型電動機的減壓啟動方法有定子繞組串電阻(或電抗

24、器)啟動、自耦變壓器減壓啟動、星-三角形減壓啟動、延邊三角啟動等。（注意：這里說的容量指的是電動機的視在功率。）控制線路按時間原則實現(xiàn)控制。啟動時將電動機定子繞組聯(lián)結成星形，加在電動機每相繞組上的電壓為額定電壓的13，從而減小了啟動電流。待啟動后按預先整定的時間把電動機換成三角聯(lián)結，使電動機在額定電壓下運行?？刂凭€路如圖2.18 所示。串電阻降壓啟動電路自耦變壓器降壓啟動電路2.4電氣控制電路的讀圖方法2.5電動機控制電路中常用的保護環(huán)節(jié)一、短路保護熔斷器的熔體本身就是測量和執(zhí)行元件。二、過電流保護用作過電流保護的過電流繼電器的動作值一般為啟動電流的1.2倍。三、熱保護通常用的最多的是熱繼電器

25、。四、零壓和欠電壓保護無、弱磁保護六、超速保護離心開關或測速發(fā)電機2.6習題及思考題【題】自動空氣開關的電氣符號是：（ ）A.SB B.QF C.FR D. FU答案：B【題】在機床電氣控制系統(tǒng)中，短路保護用_元件；過載保護用_元件；過電流保護用_元件。 答案：熔斷器、熱繼電器、過電流繼電器【題】機床中最常見的降壓起動方法有_、_和自耦變壓器（補償器）降壓啟動三種。答案：Y-變換啟動、定子繞組串電阻【題】電磁式電壓繼電器線圈_在電路上，用于反映電路電壓大小答案：并聯(lián)【題】電磁式電流繼電器線圈串接在電路中，用于反映電路_的大小。答案：電流【題】機床電氣控制系統(tǒng)是由許多電氣元件按照一定要求聯(lián)接而成

26、，實現(xiàn)對機床的電氣自動控制。為了便于對控制系統(tǒng)進行設計、分析研究、安裝調試、使用和維護，需要將電氣元件及其相互聯(lián)接，用國家規(guī)定的_、_和圖形表示出來。這種圖就是電氣控制系統(tǒng)圖。電氣控制系統(tǒng)圖一般有三種：_、_、_ 。答案：文字、符號；電器原理圖、電器元件布置圖、安裝接線圖簡答題：【題】試述“自鎖”、“互鎖”的含義？并舉例說明各自的作用答案：自鎖：利用接觸器自身常開觸點來維持接觸器連續(xù)通電。電動機的連續(xù)運轉控制。 互鎖：利用接觸器或繼電器的常閉觸點，在一條支路通電時保證另一條支路斷電。電動機的正反轉控制。第4章：可編程控制器概述4.1可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展 可編程控制器縮寫為PLC（

27、Programmable logic controller）。國際電工委員會(IEC)頒布的PLC 的定義為：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計。它采用可編程的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出來控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計?？傊?，可編程控制器是專為工業(yè)環(huán)境應用而設計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅動能力。但可編程控制器并不針對某一具體工業(yè)應用。在實際應用時，其硬件應

28、根據(jù)具體需要進行選配，軟件則根據(jù)實際的控制要求或生產(chǎn)工藝流程進行設計。 1969年，美國數(shù)字設備公司研制出了第一臺可編程控制器。4.1.1可編程控制器（PLC）的用途1） 數(shù)字量邏輯控制2） 運動控制3） 過程控制4） 數(shù)據(jù)處理5） 通信聯(lián)網(wǎng)可編程控制器（PLC）的特點1）可靠性高，抗干擾能力強2）配套齊全，適應性強，應用靈活3）編程方便，易于使用4）功能強，拓展能力強，性價比高5）PLC控制系統(tǒng)設計、安裝、調試方便6）維修方便，維修工作量小7）PLC體積小、能耗低，易于實現(xiàn)機電一體化。4.2可編程控制器的分類及特點可編程控制器的分類 PLC分類方法有多種，按規(guī)模(即I/O點數(shù))可分為大、中、

29、小型，按結構可分為整體式和組合式。在實際應用中通常都按I/O點數(shù)來分類。1. 根據(jù)I/O點數(shù)分類I/O 點數(shù)表明PLC 可以從外部接收多少輸入量和向外部輸出多少個輸出量，即PLC 的I/O 端子數(shù)。一般來說，點數(shù)多的PLC 功能較強。I/O 點總數(shù)在256 點以下的PLC 稱為小型PLC。I/O 點數(shù)在256 點1024 點之間的PLC 為中型PLC。I/O 點數(shù)在1024 點以上的PLC 為大型PLC。2. 根據(jù)結構分類從結構形式上分，PLC 可分為整體式和模塊式兩類。一般小型PLC 多為整體式結構。小型PLC 的CPU、電源、I/O 單元等都集中配置在一起。有些產(chǎn)品則全部裝在一塊電路板上，

30、結構緊湊，體積小，重量輕，容易裝配在設備的內部，適合于設備的單機控制。整體式PLC 的缺點是主機的I/O點數(shù)固定，使用不夠靈活，維修也不夠方便。模塊式PLC 的各個部分以單獨的模塊分開設置，如CPU 模塊、電源模塊、輸入模塊、輸出模塊及其他高性能模塊等。一般大、中型PLC 多為模塊式結構。模塊式PLC 通常由機架底板聯(lián)結各模塊(也有的PLC 為串行連接，沒有底板)，底板上有若干插座。使用時將各種模塊直接插入機架底板即可。這種結構的PLC 配置靈活，裝配方便，易于擴展，可根據(jù)控制要求靈活配置各種模塊，構成各種功能不同的控制系統(tǒng)。模塊式PLC 的缺點是結構較復雜，價格較高。PLC各組成部分及其作用

31、1.中央處理器（CPU）2.存儲器3.輸入輸出接口4.電源5.拓展接口6.通信接口7.編程工具PLC的性能指標PLC的性能指標是反映PLC 性能高低的一些相關的技術指標，主要包括I/O 點數(shù)、處理速度(掃描時間)、存儲器容量、定時器/計數(shù)器及其他輔助繼電器的種類和數(shù)量、各種運算處理能力等。下面予以簡要介紹。1. I/O點數(shù)PLC 的規(guī)模一般以I/O 點數(shù)(輸入/輸出點數(shù))表示，即輸入/輸出繼電器的數(shù)量。這也是在實際應用中最關心的一個技術指標。按輸入/輸出的點數(shù)一般分為小型、中型和大型3種。通常一體式的主機都帶有一定數(shù)量的輸入和輸出繼電器，如果不能滿足需求，還可以用相應的擴展模塊進行擴展，增加I

32、/O點數(shù)。2.處理速度PLC 的處理速度一般用基本指令的執(zhí)行時間來衡量，一般取決于所采用的CPU 的性能。早期的PLC 一般為1s左右，現(xiàn)在的速度則快得多，如西門子的S7-200 系列PLC 的執(zhí)行速度為0.8s，歐姆龍的CPM2A 系列PLC 達到0.64s，1000 步基本指令的運算只需要640s，大型PLC 的工作速度則更高。因此，PLC 的處理速度可以滿足絕大多數(shù)的工業(yè)控制要求。3.存儲器容量在 PLC 應用系統(tǒng)中，存儲器容量是指保存用戶程序的存儲器大小，一般以“步”為單位。1步為1 條基本指令占用的存儲空間，即兩個字節(jié)。小型PLC 一般只有幾K步到幾十K 步，大型PLC 則能達到幾百

33、K 步。西門子S7-200 系列PLC 的存儲容量為2K8K，選配相應的存儲卡則可以擴展到幾十K。4.定時/計數(shù)器的點數(shù)和精度定時器、計數(shù)器的點數(shù)和精度從一個方面反映了PLC 的性能（精度控制）。早期定時器的單位時鐘一般為100ms，最大時限(最大定時時間)大多為3276s。為了滿足高精度的控制要求，時鐘精度不斷提高，如三菱FX2N系列PLC 和西門子S7-200 系列PLC 的定時器有1ms、10ms和100ms 三種，而松下FP 系列PLC 的定時器則有1ms、10ms、100ms 和1s4 種，可以滿足各種不同精度的定時控制要求。5.處理數(shù)據(jù)的范圍PLC處理的數(shù)值為16位二進制數(shù)，對應的

34、十進制數(shù)范圍是09999或32 76832 767。但在高精度的控制要求中，處理的數(shù)值為32 位，范圍是2 147 483 6482 147 483 647。在過程控制等應用中，為了實現(xiàn)高精度運算，必須采用浮點運算?，F(xiàn)在新型的PLC 都支持浮點數(shù)的處理，可以滿足更高的控制要求。6.指令種類及條數(shù)指令系統(tǒng)是衡量PLC 軟件功能高低的主要指標。PLC 的指令系統(tǒng)一般分為基本指令和高級指令(也叫功能指令或應用指令)兩大類。基本指令都大同小異，相對比較穩(wěn)定。高級指令則隨PLC 的發(fā)展而越來越多，功能也越強。PLC具有的指令種類及條數(shù)越多，則其軟件功能越強，編程就越靈活，越方便。另外，各種智能模塊的多少

35、、功能的強弱也是說明PLC技術水平高低的一個重要標志。智能模塊越多，功能就越強，系統(tǒng)配置和軟件開發(fā)也就越靈活，越方便。4.x習題及思考題【題】按PLC物理結構形式的不同，可分為_和組合式兩類。答案：整體式【題】PLC的基本結構由_、存儲器、輸入輸出接口、電源、擴展接口、通信接口、編程工具、智能I/O接口、智能單元等組成。答案：中央處理器簡答題：【題】簡述可編程序控制器的應用范圍。答案：可編程控制器的應用范圍有：數(shù)字邏輯控制，運動控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)。【題】簡述PLC的結構組成。答案：PLC由：中央處理器、存儲器、輸入輸出接口、電源、拓展接口、通信接口和編程工具組成。第5章：可編程

36、控制器的結構和工作原理5.2可編程控制器的資源與編程語言 PLC 都提供了各種類型的繼電器，一般都稱為“軟繼電器”，以供系統(tǒng)軟件設計中編程使用。常用的有輸入繼電器、輸出繼電器、內部繼電器(分為通用和專用兩種)、定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器(分為通用和專用等類型)等。這些編程用的繼電器的工作線圈沒有工作電壓等級、功耗大小和電磁慣性等問題。其觸點沒有數(shù)量限制，沒有機械磨損和電蝕等問題。在不同的指令操作下，其工作狀態(tài)可以無記憶，也可以有記憶，還可以作脈沖數(shù)字元件使用。 1. 輸入繼電器PLC的輸入繼電器是接受外部開關信號的窗口。PLC 內部與輸入端子連接的輸入繼電器是用光電耦合器隔離的電子繼電器，編號

37、與接線端子編號一致2輸出繼電器PLC 的輸出繼電器是向外部負載輸出信號的窗口，也是通過光電耦合器隔離后接外部負載的。3. 內部繼電器PLC中有很多內部繼電器，其線圈與輸出繼電器一樣，由PLC 內各軟元件的觸點驅動。4. 定時器PLC 中的定時器根據(jù)時鐘脈沖的累積計時。當所計時間達到設定值時，其輸出觸點動作。5. 計數(shù)器PLC中的計數(shù)器一般是16 位減法計數(shù)器，都有兩個輸入，一個用于計數(shù)，一個用于復位。每6. 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器不能使用線圈或觸點，而是以字存儲單元的形式使用，用于存放各種數(shù)據(jù)。可編程控制器的編程語言國際電工委員會制訂的5 種標準編程語言，其中PLC廠商提供的編程語言通常有三種，

38、梯形圖（LAD）、指令表(STL)、順序功能圖(SFC)。1.梯形圖梯形圖語言是PLC 中應用程序設計的一種標準語言，也是在實際設計中最常用的一種語言。因與繼電器電路很相似，具有直觀易懂的特點，很容易被熟悉繼電器控制的電氣人員所掌握，特別適合于數(shù)字邏輯控制，但不適于編寫控制功能復雜的大型程序。梯形圖是一種圖形化的編程語言，沿用了傳統(tǒng)的電氣控制原理圖中的繼電器觸點、線圈、串聯(lián)和并聯(lián)等術語和一些圖形符號構成，左右的豎線稱為左右母線。在程序中，最左邊是主信號流，信號流總是從左向右流動的。梯形圖由觸點、線圈和指令框等構成。觸點代表邏輯輸入條件，線圈代表邏輯運算結果，指令框用來表示定時器、計數(shù)器或數(shù)學運

39、算等功能指令。梯形圖中的觸點只有常開和常閉兩種，觸點可以是PLC 外部開關連接的輸入繼電器的觸點，也可以是PLC 內部繼電器的觸點或內部定時器、計數(shù)器等的觸點。梯形圖中的觸點可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)，不能串聯(lián)。內部繼電器、定時器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負載，只能作為中間結果供CPU 內部使用。PLC 是按循環(huán)掃描的方式處理控制任務，沿梯形圖先后順序執(zhí)行。在同一掃描周期中的結果存儲在輸出狀態(tài)暫存器中，所以輸出點的值在用戶程序中可以當作條件使用。2.指令表指令表是一種類似于計算機匯編語言的一種文本編程語言，即用特定的助記符來表示某種邏輯運算關系。一般由多條語句組成一個程序段。指

40、令表適合于經(jīng)驗豐富的程序員使用，可以實現(xiàn)某些梯形圖不易實現(xiàn)的功能。一條典型指令往往由兩部分組成，一部分是由幾個容易記憶的字符來代表可編程控制器的某種操作功能，稱為助記符，另一部分為操作數(shù)或是操作數(shù)的地址。3.順序功能圖順序功能圖也是一種圖形化的編程語言，用來編寫順序控制的程序(如機械手控制程序)。在進行程序設計時，工藝過程被劃分為若干個順序出現(xiàn)的步，每步中包括控制輸出的動作，從一步到另一步的轉換由轉換條件來控制，特別適合于生產(chǎn)制造過程。4. 功能塊圖功能塊圖使用類似于布爾代數(shù)的圖形邏輯符號來表示控制邏輯，一些復雜的功能用指令框表示，適合于有數(shù)字電路基礎的編程人員使用。功能塊圖采用類似于數(shù)字電路

41、中邏輯門的形式來表示邏輯運算關系。一般一個運算框表示一個功能。運算框的左側為邏輯運算的輸入變量，右側為輸出變量。輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運算，方框用“導線”連在一起。5.3可編程控制器的工作原理及運行方式 PLC的工作方式是循環(huán)掃描?？删幊炭刂破鞯墓ぷ鬟^程PLC的運行狀態(tài)與運行框圖第一部分是上電處理。第二部分是掃描過程。第三部分是出錯處理。PLC 掃描工作的第一步是輸入采樣階段，通過輸入接口把所有輸入端的信號狀態(tài)讀入緩沖區(qū)，即刷新輸入信號的原有狀態(tài)。第二步程序執(zhí)行階段，根據(jù)本周期輸入信號的狀態(tài)和上周期輸出信號的狀態(tài)，對用戶程序逐條進行運算處理，將結果送到輸出緩沖區(qū)。第三階段輸出刷行階段，

42、將輸出緩沖區(qū)各輸出點的狀態(tài)通過輸出接口電路全部送到PLC的輸出端子。PLC 周期性地循環(huán)執(zhí)行上述3 個步驟，這種工作方式稱為循環(huán)掃描的工作方式。每一次循環(huán)的時間稱為一個掃描周期。一個掃描周期中除了執(zhí)行指令外，還有I/O 刷新、故障診斷和通信等操作，如圖5.3 所示。掃描周期是PLC 的重要參數(shù)之一，它反映PLC 對輸入信號的靈敏度或滯后程度。通常工業(yè)控制要求PLC 的掃描周期在6ms30ms 以下。圖5.3 PLC工作流程圖可編程控制器的輸入/輸出過程當PLC投入運行后，在系統(tǒng)監(jiān)控程序的控制下，其工作過程一般主要包括3個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新3 個階段。完成上述3 個階段稱作

43、一個掃描周期。在整個運行期間，PLC 的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述3 個階段。1.輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O 緩沖區(qū)中相應的單元內。輸入采樣結束后，系統(tǒng)轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使外部的輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，輸入緩沖區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，輸入信號均被有效采集。2.程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序。在掃描每一條指令時，又總是按先左后右、先上后下的順

44、序進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新該繼電器在系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該繼電器在I/O 緩沖區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該指令所規(guī)定的特殊功能操作。因此，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入繼電器在I/O 緩沖區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而輸出繼電器和其他軟元件在I/O 緩沖區(qū)或系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化。并且，排在上面的指令，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的指令起作用。相反，排在下面的指令，其被刷新的線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。3.輸出刷新階段在用戶程序掃描結束后，PLC 就進入輸出

45、刷新階段。在此期間，CPU 按照輸出緩沖區(qū)中對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅動相應的外設。這時才是PLC的真正輸出，如圖5.4 所示。圖5.4 PLC 的輸入和輸出過程5.3.3PLC的主要性能指標 PLC的主要性能指標有一下幾項1） 存儲容量用戶程序存儲的容量。該容量決定了PLC可以容納的用戶程序的長度，一般以字節(jié)為單位來計算。也有的PLC用存放用戶指令條數(shù)來表示容量。2） 輸入/輸出點數(shù)I/O點數(shù)越多，外部可接入的輸入器件和輸出器件就越多，控制規(guī)模就越大。3） 掃描速度掃描速度指PLC執(zhí)行程序的數(shù)度。4） 編程指令的種類和數(shù)量編程指令種類及條數(shù)越多，PLC功能越強，處

46、理能力控制能力越強。5） 拓展能力大部分PLC可以用I/O拓展單元進行I/O點數(shù)的拓展，許多PLC可以使用各種功能模塊進行功能拓展。6） 智能（功能）單元的數(shù)量智能單元種類的多少和功能的強弱是衡量PLC產(chǎn)品水平的一個重要指標。5.4習題及思考題填空題：【題】下列對PLC輸入繼電器的描述正確的是：（ ）A、輸入繼電器的線圈只能由外部信號來驅動B、輸入繼電器的線圈只能由程序來驅動 C、輸入繼電器的線圈既可以由外部信號來驅動又可以由程序來驅動答案：A判斷題：【題】PLC的輸出繼電器的線圈不能由程序驅動，只能由外部信號驅動（ ）答案：×【題】PLC常用的編程語言有：_、指令表、順序功能圖。答

47、案：梯形圖【題】PLC是通過一種周期掃描工作方式來完成控制的，每個周期包括，PLC的每一個掃描過程分為三個階段，分別是：_、_和_。 答案：輸入采樣階段、程序掃描階段、輸出刷新階段?！绢}】語句表指令的每條語句由_和_部分組成。答案：助記符、操作數(shù)【題】在PLC的存儲器中，設置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為_和_。答案：輸入映像寄存器、輸出映像寄存器簡答題：【題】可編程控制器主要性能指標有那些？各指標的意義是什么？答案：可編程控制器的特點有：第六章：S7-200系列可編程控制器資源及配置6.3編程軟元件及尋址PLC的編程軟元件，實質上是由系統(tǒng)軟件富裕了各種功能的存儲器單

48、元，是PLC編程的重要資源。他們依功能不同做了分區(qū)，并用不同的字母標志，每個單元都有唯一的地址。1.輸入繼電器I輸入繼電器和PLC的輸入段子相連，是專設的輸入過程映像寄存器。2.輸出繼電器Q輸出寄存器是PLC向外部負載發(fā)出控制命令的串口，是專設的輸出過程映像寄存器。3.內部標志位M內部標志位，又成存儲區(qū)，在邏輯運算中用作存儲中間操作信息的元件。4.特殊標志位SM特殊標志為是用戶與系統(tǒng)程序之間的截面，除了為用戶提供一些特殊的控制功能及系統(tǒng)信息外，用戶可通過對特殊標志位的設定選擇系統(tǒng)的功能。特殊標志位可分為只讀區(qū)及可讀/寫區(qū)兩大部分，只讀區(qū)特殊標志位，用戶只能利用其觸點。舉例如下。SM0.0 RU

49、N監(jiān)控，PLC在RUN狀態(tài)時，SM0.0總為1.SM0.1 初始化脈沖，PLC由STOP轉為RUN時，SM0.1 ON一個掃描周期SM0.4 分脈沖，占空比為50%，周期為1min的脈沖串。SM0.5 秒脈沖，占空比為50%，筑起為1min的脈沖串。5.定時器PLC中的時間繼電器，定時器的設定值由程序賦予。每個定時器都有一個16位的但前值寄存器及一個狀態(tài)位。6.計數(shù)器普通計數(shù)器用于對頻率低于掃描頻率的信號計數(shù)。他有一個16位（bit）的當前值寄存器及一個狀態(tài)為。7.高速寄存器HC其數(shù)據(jù)為32位（bit）8.9.累加器ACS7-200CPU提供4個32位累加器，累加器常用作數(shù)據(jù)處理的執(zhí)行器件。1

50、0.11.12.模擬量輸入/輸出模擬量經(jīng)A/D、D/A轉換，在PLC外為模擬量，在PLC內為數(shù)字量。模擬量輸入輸出元件為模擬量輸入輸出的專用存儲單元。三、尋址方式1.直接尋址（1）位尋址 位尋址也叫字節(jié)位尋址，一個字節(jié)占有8個位。字節(jié)位尋址一般用來表示“開關量”或“邏輯量”位數(shù)據(jù)的類型為BOOL型。（2）字節(jié)尋址 一個字節(jié)占8位，字節(jié)表示VB（3）字尋址 一個字占兩個字節(jié)，字標識符號VW（4）雙字尋址 含有四個字節(jié)，雙字標識符號VD這里要注意的是，“VB100”是最高有效字節(jié)，而且存放單元不可重復使用。2.間接尋址 存儲單元中也可以是一個地址，稱為間接尋址。6.4S7-200的指令系統(tǒng)表6-1

51、3 S7-200CPU的SIMATIC指令集簡表布爾指令LDLDILDNLDNI裝載(開始的常開觸點)立即裝載取反后裝載（開始的常閉觸點）取反后立即裝載AAIANANI與（串聯(lián)的常開觸點）立即與取反后與（串聯(lián)的常閉觸點）取反后立即與OOIONONI或（并聯(lián)的常開觸點）立即或取反后或（并聯(lián)的常閉觸點）取反后立即或NOT值取反EUED上升沿檢測下降沿檢測=I賦值（線圈）立即賦值SRSIRI置位一個區(qū)域復位一個區(qū)域立即置位一個區(qū)域立即復位一個區(qū)域ALDOLD電路塊串聯(lián)電路快并聯(lián)TONTOFTONR通電延時定時器斷電延時定時器保持型通電延時定時器6.x習題及思考題選擇題：【題】用于驅動線圈的指令是：（

52、 ） A. LD B. AND C. OR D. OUT答案：D填空題：【題】PLC運行的第一個掃描周期為ON的特殊存儲器位是 。答案：SM0.1【題】高速計數(shù)器定義指令的操作碼是_。答案：HC7.1S7-200系列可編程控制器基本指令基本指令也稱邏輯控制指令是PLC中最常用的指令，是構成梯形圖及語句表的基本成分?；局噶钜卜Q邏輯控制指令是PLC中最基本最常用的指令，是構成梯形圖及語句表的基本成分。線圈指令含線圈輸出指令、立即輸出指令及置位復位、立即置位復位指令等。而置位具有保持功能。在某掃描走起中置位發(fā)生后，不經(jīng)復位指令處理，即使原置位條件失去，輸出也將保持。指令指令功能輸出=立即輸出=I置位與復位S將從指定位置開始的N各點置位R將從指定位置開始的N各點復位SET指令稱為“置位指令”，其功能是驅動線圈，使其具有自鎖功能，維持接通狀態(tài)。置位指令的操作元件為輸出繼電器Y、輔助繼電器M和狀態(tài)繼電器S。7.1.1觸點及線圈指令觸點及線圈是梯形圖最基本元素。立即觸點可以不受掃描周期的音響，及時地反映輸入狀態(tài)的變化。取反指令改變能流輸入的狀態(tài)。也就是說，當?shù)竭_取反指令的能流為1時，經(jīng)過取反指令后能流則為0。當?shù)竭_取反指令的能流為0時，經(jīng)過取反指令后能流則為1。正跳變指令（EU）可用來檢測有0到1的正跳變。負跳變指令（EU）可用來檢測有1到0的負跳變，正、