電氣控制與PLC項目教程（第二版） 課件 項目一 電動機典型控制電路的安裝與調試-1

任務1工作臺自動往返循環(huán)PLC控制

學習目標：1．基本知識⑴了解PLC的結構和工作原理；⑵掌握PLC梯形圖編程語言的結構；⑶掌握PLC輸入輸出繼電器的功能及使用方法；⑷熟悉PLC基本編程指令。2．技能⑴會進行PLC系統(tǒng)基本配置及其外部接線。⑵會操作三菱FX系列PLC編程軟件。

一、任務描述工作臺在行程開關SQ1和SQ2之間自動往復運行工作。工作臺可以在任意位置向任一方向啟動運行，在任何位置，均可按停止按鈕使其停車，再次啟動后，重復上述動作。工作臺自動循環(huán)往復運行控制對實際生產非常實用，是常用的生產設備，如機床的工作臺。它運行正常與否，對生產影響很大，該控制系統(tǒng)具有簡單可靠等優(yōu)點。用PLC程序實現(xiàn)工作臺自動循環(huán)往復運行控制，具有程序設計簡易、方便、可靠性高等特點。二、知識準備1．PLC基本結構PLC以微處理器為核心,其結構組成主要包括中央處理單元（CPU）、存儲器、I/O接口電路、電源、I/O擴展接口、外部設備接口等，PLC外形如圖4-2所示。編程接線插座邊上有內置RUN/STOP開關。其內部采用總線結構進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。外部的各種信號送入PLC的輸入接口，在PLC內部進行邏輯運算或數(shù)據(jù)處理，最后以輸出變量的形式經輸出接口，驅動輸出設備進行各種控制。按結構分類，PLC可分為整體式和機架模塊式2種單元式結構模塊式結構①整體式：整體式結構的PLC是將中央處理器、存儲器、電源部件、輸入和輸出部件集中配置在一起，②機架模塊式：機架模塊式PLC是將各部分單獨的模塊分開，如CPU模塊、電源模塊、輸入模塊、輸出模塊等。PLC的主要功能和應用1．順序邏輯控制2．運動控制3．定時和計數(shù)控制4．模擬量控制5．數(shù)據(jù)處理6．通信和聯(lián)網2.工作原理PLC采用循環(huán)掃描的工作方式。從第一條指令開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序，直至遇到結束符，完成一次掃描，然后再返回第一條指令，開始新一輪掃描，這樣周而復始地反復進行。PLC每進行一次掃描循環(huán)所用的時間稱為掃描周期。通常一個掃描周期約為幾十毫秒。影響掃描周期的主要因素：一是CPU執(zhí)行指令的速度；二是執(zhí)行每條指令所占用的時間；三是程序中指令條數(shù)的多少。在PLC的一個掃描周期中主要有輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出處理三個階段。外部設備現(xiàn)場用戶輸出設備微處理器（CPU）運算器控制器輸出部件輸入部件系統(tǒng)存儲器用戶存儲器I/O擴展接口通訊及編程接口編程設備計算機打印機等傳感器按鈕、開關現(xiàn)場信號電磁閥中間繼電器執(zhí)行器現(xiàn)場用戶輸入設備擴展設備擴展單元通訊模塊功能模塊電源變換器～110V/220V市電PLC基本單元PLC系統(tǒng)結構示意圖PLC的工作過程示意圖工作方式——周期循環(huán)掃描工作過程——自診斷、輸入采樣、程序掃描、輸出刷新幾個階段。掃描周期

T=自檢時間+讀入一點時間×輸入點數(shù)+程序步數(shù)×運算速度+輸出一點時間×輸出點數(shù)。3．梯形圖PLC，即可編程序控制器（ProgrammableLogicController），常用編程語言為梯形圖，屬圖形編程語言，與繼電器接觸器控制電路的形式非常相似，形象直觀，易于理解，是目前最常用的PLC編程語言。4．輸入繼電器X輸入接口電路由光電耦合器和輸入電路組成，光電耦合輸入電路的作用是隔離輸入信號，防止現(xiàn)場的強電干擾進入微機。各種PLC的輸入電路基本相同，輸入電路通常有直流輸入、交流輸入兩種基本類型。采用單向二極管光電耦合器的直流輸入電路。采用雙向二極管光電耦合器的輸入電路即可用于直流輸入也可用于交流輸入。輸入繼電器用于PLC接收外界的輸入信號。輸入繼電器不能用程序驅動，只能由輸入信號驅動。輸入繼電器的地址編號采用八進制，符號為X，編號范圍為X0－X267。5．輸出繼電器Y輸出接口電路有繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型三種。其中繼電器輸出型為有觸點的輸出，可用于直流或低頻交流負載；晶體管輸出型和晶閘管輸出型都是無觸點的輸出，前者適用于高速、小功率直流負載，后者適用于高速、大功率交流負載。常用輸出輸出接口電路繼電器輸出型和晶體管輸出型。輸出繼電器的功能用于供PLC將程序執(zhí)行結果傳送給外部負載。輸出繼電器只能用程序驅動。輸出繼電器地址編號采用八進制，符號為Y

，編號范圍為Y0－Y267。繼電器輸出型晶體管輸出型6．輸入輸出點工作說明在PLC控制中，輸入繼電器X的線圈是虛擬的，并不真實存在，無論是在PLC實物上，還是在PLC梯形圖中都是看不見的，是想象中的，我們想象有這么個線圈。一旦外部控制點閉合，如按鈕、行程開關等，虛擬線圈得電，用于梯形圖程序控制的輸入繼電器X的常開點閉合，常閉點斷開。而且在梯形圖程序中使用的輸入繼電器的常開點及常閉點的數(shù)量不受限制。在梯形圖程序中其它繼電器的常開點及常閉點使用數(shù)量同樣不受限制，這給梯形圖程序設計帶來極大的方便。當梯形圖中輸出繼電器的線圈Y得電時，除梯形圖中的輸出繼電器的常開點閉合和常閉點斷開外，輸出繼電器的線圈Y控制的外部觸點接通，外部控制燈點亮或外部接觸器線圈得電。PLC外部控制觸點是真實存在的，或是繼電器的點，或是晶體管的CE結。7．FX系列PLC基本指令1）LD/LDI取/取反指令功能：單個常開/常閉觸點與母線（左母線、分支母線等）相連接。操作元件：X、Y、M、T、C、S。2）OUT驅動線圈（輸出）指令功能：驅動線圈。操作元件：Y、M、T、C、S。3）AND/ANI與/與反指令功能：串聯(lián)單個常開/常閉觸點。4）OR/ORI或/或反指令。功能：并聯(lián)單個常開/常閉觸點。5）END結束指令放在全部程序結束處，程序運行時執(zhí)行第一步至END之間的程序。三、任務實現(xiàn)1.I/O分配輸入：X000----SB1正向起動按鈕X001----SB2反向起動按鈕X002----SB3停止按鈕X003----SQ1正向換向行程開關X004----SQ2反向換向行程開關X005----SQ3、SQ4正反向限位行程開關X006----FR熱繼電器輸出：Y000----KM1正轉接觸器Y001----KM2反轉接觸器

2.畫出PLC的I/O接線圖PLC取代的是繼電接觸器的控制電路，不是主電路，本書后面將省略主電路。3.編制工作臺自動循環(huán)往復運行PLC控制的梯形圖程序

5.程序調試（調試時注意觀察程序內軟元件的變化）

步驟0：未啟動狀態(tài)。（開關狀態(tài)：向上閉合，向下斷開，以下同）步驟1：按下正向啟動按鈕SB1，電動機正向啟動運行。步驟2：松開啟動按鈕SB1，電動機保持正向運行。步驟3：合上正向換向開關SQ1，電動機反轉。步驟4：斷開正向換向開關SQ1，電動機反轉運行。注意：每次完成換向后，換向開關恢復原位。步驟5：合上正向換向開關SQ2，電動機正轉。步驟6：斷開正向換向開關SQ2，電動機正轉運行。注意：每次完成換向后換向開關恢復原位，通斷SQ1、SQ2開關可控制往返運行。步驟7：按下停止按鈕SB3，或合上熱繼電器FR，電動機停止運行。步驟8：斷開SQ3或SQ4，X005常開點斷開，電動機停止運行。任務2三相異步電動機星-三角啟動PLC控制

學習目標：

1．基本知識⑴掌握定時器(T)的用法；⑵熟悉塊、堆棧操作等PLC基本編程指令。

2．技能⑴會用定時器編制出星-三角降壓起動控制梯形圖程序；⑵能繪制出PLC接線圖；⑶會根據(jù)PLC接線圖連接線。一、任務描述繼電器─接觸器控制系統(tǒng)，具有電氣元件較多、電路復雜、可靠性差、電氣故障頻繁等缺點。用PLC控制取代繼電器─接觸器控制，可使系統(tǒng)操作維護方便，降低設備故障率。本任務用PLC的基本指令和定時器實現(xiàn)Y—△啟動控制，從中掌握PLC定時器的用法。二、知識準備定時器定時器用于定時操作，起延時接通和斷開電路的作用。定時器就是對PLC中的1ms、10ms、100ms等時鐘脈沖進行加法計算，當驅動線圈的信號接通時，當前值開始計時，當計算結果達到設定值時，相應的定時器軟元件就動作。定時器結構由地址編號線圈、內部觸點、設定值寄存器(字)或當前值寄存器(字)組成。定時器地址編號采用十進制，符號為字母Ｔ。設定值等于計時脈沖的個數(shù)，用常數(shù)K設定（1－32767）。分為通用型定時器和累計型定時器。1.通用型定時器通用型定時器的特點是不具備斷電的保持功能，即當輸入電路斷開或停電時定時器復位。1）100ms通用定時器（T0～T199）共200點，其中T192～T199為子程序和中斷服務程序專用定時器。2）10ms通用定時器（T200～T245）共46點。3）1ms通用定時器（T256～T511）共256點。2.累計型定時器在定時過程中如果斷電或定時器線圈OFF，積算定時器將保持當前的計數(shù)值（當前值），通電或定時器線圈ON后繼續(xù)累積，即其當前值具有保持功能，只有將積算定時器復位，當前值才變?yōu)?。1）1ms積算定時器（T246～T249）共4點。2）100ms積算定時器（T250～T255）共6點。3．FX系列PLC的基本指令1）ANB與塊指令功能：串聯(lián)一個并聯(lián)電路塊，無操作元件。2）ORB或塊指令功能：并聯(lián)一個串聯(lián)電路塊，無操作元件。3）多重輸出指令（堆棧操作指令）MPS/MRD/MPPPLC中有11個堆棧存儲器，用于存儲中間結果。堆棧存儲器的操作規(guī)則：先進棧的后出棧，后進棧的先出棧。MPS———進棧指令數(shù)據(jù)壓入堆棧的最上面一層，棧內原有的數(shù)據(jù)依次下移一層。MRD———讀棧指令用于讀出最上層的數(shù)據(jù)，棧中各層內容不發(fā)生變化。MPP———出棧指令彈出最上層的數(shù)據(jù)，其它各層的內容依次上移一層。

三、任務實現(xiàn)1.I/O分配輸入：X000-----SB1停止按鈕X001-----SB2起動按鈕X002-----FR熱繼電器輸出：Y000-----KM1電源接觸器Y001-----KM2Y連接接觸器，Y002-----KM3△連接接觸器2.畫出電動機星—三角啟動控制的PLC的I/O接線圖電動機星—三角啟動控制的PLC的I/O接線圖。3.編寫電動機星—三角啟動控制的PLC程序根據(jù)繼電器接觸器電氣原理圖設計PLC梯形圖可以作為PLC程序設計的入門方法。由Y-△繼電接觸器控制線路轉化的PLC梯形圖程序。分析方法可參照Y-△繼電接觸器控制線路的分析方法。根據(jù)工作原理設計的電動機Y-△形降壓啟動控制PLC梯形圖程序。5.程序調試步驟0：未啟動狀態(tài)。（開關狀態(tài)：向上閉合，向下斷開，以下同）步驟1：按下啟動按鈕SB2，KM1、KM2得電，電動機星型啟動。步驟2：延時到，KM1、KM3得電，KM2失電，電動機△型運行。步驟3：按下停止按鈕SB1，KM1、KM3失電，電動機停止運行。步驟4：閉合FR，也可使KM1、KM3失電，電動機停止運行，相當于電動機過載。任務3電動機的正反向運動及3次循環(huán)控制

學習目標：

1．基本知識⑴掌握FX系列PLC計數(shù)器的功能特點、地址編號和編程應用；

⑵掌握定時與計數(shù)結合使用的設計技巧；⑶

掌握基本指令SET、RST的功能和用法。

2．技能⑴會用PLC計數(shù)器指令和基本指令SET、RST解決實際控制問題。⑵能繪制出PLC接線圖；⑶會根據(jù)PLC接線圖連接線。一、任務描述電動機正轉5s反轉3s，反復3次后自動結束。從這些要求看出，電動機需要正反兩方向運行，兩個方向之間用時間進行控制和銜接，每次正轉5s反轉3s為一個小周期，連續(xù)三個周期后自動結束。這需要用到PLC的定時控制和計數(shù)控制。本任務用PLC的定時器和計數(shù)器指令實現(xiàn)電動機的正反向運動及3次循環(huán)自動控制，從中掌握PLC計數(shù)器的用法。二、知識準備1.PLC的計數(shù)器C計數(shù)器的功能是對內部元件X、Y、M、S、T、C的信號進行計數(shù)。計數(shù)器的結構由線圈、觸點、設定值寄存器、當前值寄存器構成。計數(shù)器地址編號采用十進制，符號為字母C，計數(shù)器地址編號為C0～C255。計數(shù)器設定值等于計數(shù)脈沖的個數(shù)，用常數(shù)K設定。通用加計數(shù)器：C0～C99(100點)；設定值區(qū)間為K1～K32767。通用型16位加計數(shù)器計數(shù)過程如圖4-34所示。2.指令學習SET：置位指令；RST：復位指令。功能：SET使操作元件置位（接通并自保），RST使操作元件復位。注意：當SET和RST信號同時接通時，RST指令有效。SET/RST與OUT指令比較三、任務實現(xiàn)1.I/0分配輸入：X000-----SB1起動按鈕X001-----SB2停止按鈕X002-----FR熱繼電器輸出：Y000-----KM1正轉接觸器Y001-----KM2反轉接觸器，2.電動機正反轉并循環(huán)3次控制PLC接線圖

3.編寫電動機正反轉控制并循環(huán)3次的梯形圖程序

5.程序調試

步驟0：未啟動狀態(tài)。步驟1：按下啟動按鈕，KM1得電，電動機正轉。步驟2：五秒后，KM2得電，電動機自動反轉。步驟3：三秒后，KM1得電，電動機再次正轉。步驟4：五秒后，KM2得電，電動機再次反轉。步驟5：三秒后，KM1得電，電動機第三次正轉。步驟6：五秒后，KM2得電，電動機第三次反轉。步驟7：三秒后，KM2失電，電動機自動停止運行。步驟8：如再次運行電動機，需先按下復位按鈕，否則只運行一輪便自動停止。任務4多種液體自動混合裝置的PLC控制

學習目標：1．基本知識⑴掌握輔助繼電器（M）的功能與用法；⑵了解梯形圖的編程規(guī)則；⑶掌握控制系統(tǒng)自動循環(huán)的方法和按下停止按鈕工作處理完畢后才停止的方法。2．技能⑴會編制PLC的自動循環(huán)控制和按下停止按鈕工作處理完畢后才停止程序；⑵能繪制出PLC接線圖；⑶會根據(jù)PLC接線圖連接線。一、任務描述初始狀態(tài)容器是空的，按下啟動按鈕，開始下列操作：⑴電磁閥Y1閉合（Y1=ON），開始注入液體A，至液面高度為SL3（SL3=ON）時，停止注入液體A（Y1=OFF），同時開啟液體B電磁閥Y2（Y2=ON）注入液體B，當液面高度為SL2（SL2=ON）時，停止注入液體B（Y2=OFF），同時開啟液體C電磁閥Y3（Y3=ON）注入液體C，當液面高度為SL1（SL1=ON）時，停止注入液體C（Y3=OFF）。⑵停止液體C注入后，開啟攪拌機M（M=ON），拌混合時間為30s。⑶停止攪拌后加熱器EH開始加熱（EH=ON）。當混合液溫度達到某一指定值時，溫度傳感器ST動作（ST=ON），加熱器H停止加熱（H=OFF）。⑷開始放出混合液體（Y4=ON），至液體高度降為L3后，再經5s停止放出（Y4=OFF）。停止操作。按下停止鍵后，系統(tǒng)并不立即停止工作，而是完成整體工作回到初始狀態(tài)，只是不再循環(huán)。輔助繼電器（M）由內部軟元件的觸點驅動,常開和常閉觸點使用次數(shù)不限，但不能直接驅動外部負載,采用十進制編號。通用輔助繼電器M0～M499（500點）掉電保持輔助繼電器M500～M1023（524點）特殊輔助繼電器M8000～M8255（256點）只能利用其觸點的特殊輔助繼電器可驅動線圈的特殊輔助繼電器通用輔助繼電器與掉電保持用輔助繼電器的比例，可通過外設設定參數(shù)進行調整。1．FX系列PLC的內部編程元件―――輔助繼電器(M)二、知識準備只能利用其觸點的特殊輔助繼電器M8000：運行監(jiān)控用，PLC運行時M8000接通。M8002：僅在運行開始瞬間接通的初始脈沖特殊輔助繼電器。M8012：產生100ms時鐘脈沖的特殊輔助繼電器?？沈寗泳€圈的特殊輔助繼電器M8030：鯉電池電壓指示燈特殊繼電器。M8033：PLC停止時輸出保持特殊輔助繼電器。M8034：止全部輸出特殊輔助繼電器。M8039：時掃描特殊輔助繼電器。觸點只能與左母線相連，不能與右母線相連；線圈只能與右母線相連，不能直接與左母線相連，右母線可以省略；線圈可以并聯(lián)，不能串聯(lián)連接；應盡量避免雙線圈輸出。2.梯形圖的編程規(guī)則

并聯(lián)電路上下位置可調，應將單個觸點的支路放下面。0LDX41LDX12ANDX23ORB4OUTY00LDX11ANDX22ORX23OUTY0X1Y0X4X2好！不好！X1Y0X2X4ORB串聯(lián)電路左右位置可調，應將單個觸點放在右邊。0LDX11LDX22ORX43ANB4OUTY00LDX21ORX42ANDX13OUTY0X1Y0X2X4好！不好！X1Y0X2X4ANB雙線圈輸出的處理X1Y0X2Y0X4Y0……X1Y0X2X4線圈并聯(lián)電路中，應將單個線圈放在上邊。X1Y0X2Y1

0LDX11MPS2ANDX23

OUTY04MPP5OUTY1

0LDX11OUTY12ANDX23

OUTY0好！不好！X2Y0X1Y1MPSMPP橋形電路的化簡方法：找出每條輸出路徑進行并聯(lián)X1Y0X2X4X3X5X1X1X4X5X3Y0X2X5X3另外，在設計梯形圖時輸入繼電器的觸點狀態(tài)最好按輸入設備全部為常開進行設計更為合適，不易出錯。建議用戶盡可能用輸入設備的常開觸點與PLC輸入端連接，如果某些信號只能用常閉輸入，可先按輸入設備為常開來設計，然后將梯形圖中對應的輸入繼電器觸點取反（常開改成常閉、常閉改成常開）。

脈沖輸出指令PLS/PLF（上升沿/下降沿微分指令）

指令的作用PLS(Pulse)：上升沿微分輸出指令PLF：下降沿微分輸出指令指令的說明指令只能用于編程元件Y和MPLS為信號上升沿（OFF→ON）接通一個掃描周期。PLF為信號下降沿（ON→OFF）接通一個掃描周期。3.指令學習

脈沖輸出指令PLS/PLF（上升沿/下降沿微分指令）

PLSM0X0SETY0M0PLFM1RSTY0M1X1X0X1M0M1Y0另外，脈沖輸出觸點，使該觸點具有接通一個掃描周期的功能。三、任務實現(xiàn)1.I/O地址分配輸入：X000------起動按鈕SB1；X001------停止按鈕SB2；X002------SL1液位計接點K1；X003------SL2液位計接點K2；X004------SL3液位計接點K3；X005------溫度計接點T。輸出：Y000------YV1電磁閥控制；Y001------YV2電磁閥控制；Y002------YV3電磁閥控制；Y003------YV4電磁閥控制；Y004------攪拌電動機控制KM1；Y005------電爐控制控制KM2。2.多種液體自動混合PLC接線圖

3.編寫多種液體自動混合PLC梯形圖程序

5.程序調試

步驟0：未啟動狀態(tài)。（開關狀態(tài)：向上閉合，向下斷開，以下同）步驟1：按下啟動按鈕SB1，X000接通，Y000得電，YV1電磁閥得電打開，加入液體A。步驟2：液體加到SL3高度，合上SL3開關，X004常閉點斷開，Y000失電，電磁閥YV1失電關閉，停止加入液體A。X004常開點接通，Y001得電，YV2電磁閥得電打開，加入液體B。步驟3：液體加到SL2高度，合上SL2開關，X003常閉點斷開，Y001失電，電磁閥YV2失電關閉，停止加入液體B。X003常開點接通，Y002得電，電磁閥YV3得電打開，加入液體C。步驟4：液體加到SL1高度，合上SL1開關，X002常閉點斷開，Y002失電，電磁閥YV3失電關閉，停止加入液體。X002常開點接通，Y004得電，電機控制接觸器KM1線圈得電，電機工作開始攪拌。步驟5：攪拌時間到，T0常閉點斷開，Y004失電，電機停止攪拌。T0常開點接通，Y005得電，電爐控制接觸器KM2得電，電爐開始加熱。步驟6：電爐加熱溫度到，溫度計T動作，X005常閉點斷開，Y005失電，電爐停止加熱。X005常開點接通，Y003得電，打開電磁閥YV4，放出混合液體。步驟7：液體放出，液面逐漸降低，降到SL1高度，斷開SL1。步驟8：液面逐漸降低，降到SL2高度，斷開SL2。步驟9：液面逐漸降低，降到SL3高度，斷開SL3，X004常閉點閉合，接通殘余液體放出時間控制T1。同時溫度計斷開T。YV4繼續(xù)打開，放出殘余液體。步驟10：放出殘余液體時間到，T1常閉點斷開Y003，關閉電磁閥YV4。T1常開點畢業(yè)，接通Y000，打開電磁閥YV1，開始新一輪循環(huán)。注意：系統(tǒng)工作中的任何時間按下停止按鈕SB2，系統(tǒng)并不立即停止，而是繼續(xù)工作，直到關閉YV4后結束本輪工作才停止，不再循環(huán)。任務5進庫物品的統(tǒng)計監(jiān)控

學習目標：

1．基本知識⑴掌握雙向計數(shù)器的功能與用法。

2．技能⑴