電工技術(shù) 第7章 電器控制及plc可編程序控制器

1、第一節(jié) 概述,電器：對電能的生產(chǎn)、輸送、分配與應(yīng)用起著控制、調(diào)節(jié)、檢測和保護作用，在電力輸配電系統(tǒng)和電力拖動自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛,可編程序控制器（PLC）是計算機技術(shù)與繼電器、接觸器控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其輸入、輸出與低壓電器密切相關(guān)。,電器元件本身朝著新的領(lǐng)域擴展,電器元件性能提高 新型電器元件產(chǎn)生 機、電、儀一體化電器元件實現(xiàn) 電器元件應(yīng)用范圍擴展,有些電器元件有其特殊性,以繼電器、接觸器為基

2、礎(chǔ)的電氣控制技術(shù)具有相當(dāng)重要的地位,掌握繼電接觸器控制技術(shù)也是學(xué)習(xí)和掌握PLC應(yīng)用技術(shù)必需的基礎(chǔ),PLC定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時／計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，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(guān)設(shè)備都應(yīng)按易于與工業(yè)控制器系統(tǒng)聯(lián)成一個整體和易于擴充其功能的原則進行設(shè)計。,第二

3、節(jié) 常用低壓電器一、電器元件的分類：,按工作電壓等級分類: ? 高壓電器：AC1200V、DC1500V及以上電路中的電器。 ? 低壓電器：AC1200V、DC1500V以下電路中的電器。按動作原理分類： ? 手動電器：通過人的操作發(fā)出動作指令的電器。 ? 自動電器：產(chǎn)生電磁吸力而自動完成動作指令的電器。按用途分類： ? 控制電器：用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器。 ? 配電電器：用于電能的輸送和分配的電器。 ? 主

4、令電器：用于自動控制系統(tǒng)中發(fā)送動作指令的電器。 ? 保護電器：用于保護電路及用電設(shè)備的電器。 ? 執(zhí)行電器：用于完成某種動作或傳送功能的電器。,1、開關(guān),用來接通或斷開電路的電器叫開關(guān)，開關(guān)有刀開關(guān)，按鈕、行程開關(guān)和組合開關(guān)等。,a）刀開關(guān) b）組合開關(guān),,d) 按鈕剖面圖,按鈕常用于接通和斷開控制電路。,按鈕的外形圖和結(jié)構(gòu)如圖所示。,按鈕開關(guān)的外形和符號,c) 按鈕開關(guān)外形,行程開關(guān)： 用于檢測

5、工作機械的位置，發(fā)出命令以控制其運動方向或行程長短的控制電器。機械結(jié)構(gòu)的接觸式有觸點行程開關(guān)： 移動物體碰撞行程開關(guān)的操動頭，使行程開關(guān)的常開觸點接通和常閉觸點分?jǐn)唷?2、交流接觸器,電力拖動和自動控制系統(tǒng)中使用量大，涉及面廣的一種低壓自動控制電器，用來頻繁地接通和分?jǐn)嘟弧⒅绷髦骰芈泛痛笕萘靠刂齐娐贰?1-主觸點 2-常閉輔助觸點 3-常開輔助觸點 4-動鐵心 5

6、-線圈 6-靜鐵心 7-滅弧罩 8-彈簧,電磁接觸器結(jié)構(gòu)示意圖,,電磁機構(gòu)：將電磁能轉(zhuǎn)換成機械能，產(chǎn)生電磁吸力帶動觸點動作.,觸點：接觸器的執(zhí)行元件，用來接通或斷開被控制電路。,滅弧裝置：熄滅觸點分?jǐn)嚯娏魉查g觸點之間氣隙中產(chǎn)生的電弧。,其它：包括釋放彈簧機構(gòu)、支架與底座等。,,動鐵心（銜鐵）靜鐵心電磁線圈,,按所控制電路 ? 主觸點 ? 輔助觸點按原始狀態(tài) ? 常開觸點 ?

7、常閉觸點,,滅弧罩滅弧柵磁吹滅弧裝置,接觸器根據(jù)電磁原理工作： 當(dāng)電磁線圈通電后，線圈電流產(chǎn)生磁場，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動觸點動作，使常閉觸點斷開，常開觸點閉合，兩者是聯(lián)動的。當(dāng)線圈斷電時，電磁力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸點復(fù)原，即常開觸點斷開，常閉觸點閉合。,電磁接觸器工作原理,接觸器分類：交流接觸器：線圈通以交流電，主觸點接通、切斷交流主電路。 直流接觸器：線圈通以直流電，主觸點接

8、通、切斷直流主電路。接觸器的觸點分類： 接觸器的觸點有主觸點和輔助觸點之分。主觸點能通過較大電流，接在電動機的主電路中，較大容量的主觸點通常都有滅弧裝置。輔助觸點只能通過較小的電流，只接在控制電路中。一般主觸點都是常開的，有三對或四對，輔助觸點有常開的也有常閉的，它的數(shù)目多少不等。 在選用接觸器時，應(yīng)注意線圈的額定電壓、觸點的額定電流以及觸點的數(shù)量。,3、 繼電器,用于控制與保護電路中作信號轉(zhuǎn)換用的電器。具有輸入電

9、路（感應(yīng)元件）和輸出電路（執(zhí)行元件），當(dāng)感應(yīng)元件中的輸入量（如電流、電壓、溫度、壓力等）變化到某一定值時繼電器動作，執(zhí)行元件便接通和斷開控制回路。繼電器用于控制電路，流過觸點的電流小，一般不需要滅弧裝置。,常用繼電器：電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器、時間繼電器、熱繼電器以及溫度、壓力、計數(shù)、頻率繼電器等。,,,中間繼電器：本質(zhì)上是一種電壓繼電器，工作原理與接觸器相同。觸點系統(tǒng)中沒有主、輔觸點之分，觸點容量相同。小容量的接觸

10、器： 電動機額定電流不超過5A的電氣控制系統(tǒng)，可代替接觸器來控制。中間繼電器的作用： 當(dāng)電壓或電流繼電器觸點容量不夠時，可借助中間繼電器來控制，用中間繼電器作為執(zhí)行元件，這時中間繼電器被當(dāng)作一級放大器用。 觸點數(shù)量較多，能夠?qū)⒁粋€輸入信號變成多個輸出信號。當(dāng)其他繼電器或接觸器觸點數(shù)量不夠時，可利用中間繼電器來切換多條控制電路。,圖7-3 中間繼電器示意圖,時間繼電器： 繼電器感應(yīng)元件接受外界信號后，經(jīng)過

11、設(shè)定的延時時間才使執(zhí)行部分動作的繼電器。類型：通電延時、斷電延時、帶瞬動觸點通電（斷電）延時觸點：常開延時閉合、常閉延時斷開、常開延時斷開、常閉延時閉合 分類： 空氣阻尼式： 電動式： 電子式：,熱繼電器： 專門用來對連續(xù)運行的電動機進行過載及斷相保護，防止電動機過熱而燒毀的保護電器。,熱繼電器結(jié)構(gòu)圖,,組成及工作原理： 由雙金屬片、加熱元件、動作機構(gòu)、觸點系統(tǒng)、整定調(diào)整裝置及手動復(fù)位裝置等組成。

12、 雙金屬片為溫度檢測元件，由兩種膨脹系數(shù)不同的金屬片壓焊而成，它被加熱元件加熱后，因兩層金屬片伸長率不同而彎曲。 加熱元件串接在電動機定子繞組中，電動機正常運行時，熱元件產(chǎn)生的熱量不會使觸點系統(tǒng)動作；當(dāng)電動機過載，流過熱元件的電流加大，經(jīng)過一定的時間，熱元件產(chǎn)生的熱量使雙金屬片的彎曲程度超過一定值，通過導(dǎo)板推動熱繼電器的觸點動作（常開觸點閉合，常閉觸點斷開）。 通常用其常閉觸點與接觸器線圈電路串聯(lián)，切斷接觸器線圈電流，

13、使電動機主電路失電。 故障排除后，手動復(fù)位熱繼電器觸點可以重新接通控制電路。,6、 熔斷器,用于供電線路和電氣設(shè)備的短路保護的保護電器。結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉。熔體：熔斷器的核心，通常用低熔點的鉛錫合金、鋅、銅、銀的絲狀或片狀材料制成，新型的熔體通常設(shè)計成滅弧柵狀和具有變截面片狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)通過熔斷器的電流超過一定數(shù)值并經(jīng)過一定的時間后，電流在熔體上產(chǎn)生的熱量使熔體某處熔化而切斷電路，從而保護了電路和設(shè)備。外殼：安裝熔體。

14、,熔斷器的保護特性（安－秒）曲線,流過熔體的電流越大，熔斷所需的時間越短。熔體的額定電流IfN是熔體長期工作而不致熔斷的電流。,結(jié)構(gòu)形式：插入式螺旋式有填料密封管式無填料密封管式,,第三節(jié) 異步電動機繼電接觸器控制電路,(a)開關(guān)直接控制熔斷器FU：短路保護開關(guān)Q：閘刀開關(guān)、鐵殼開關(guān)等。Q選電動機保護用斷路器，可實現(xiàn)過載保護，可不用熔斷器FU。適用于不頻繁起動的小容量電動機，不能遠(yuǎn)距離、自動控制。,1、直接起動控制

15、電路,一、起動、停止控制電路,(b)按鈕、接觸器控制熔斷器FU：短路保護開關(guān)Q：分?jǐn)嚯娫矗ㄍ希?。熱繼電器FR：過載保護合Q，按下SB2，KM線圈得電，主觸點閉合，電動機通電起動；自鎖觸點KM閉合，松開SB2，KM線圈繼續(xù)得電，保證電動機工作。按SB1，KM線圈斷電，主觸點斷開，電動機停止，輔助觸點斷開解除自鎖。失壓、欠壓保護：意外斷電或電源電壓跌落太大時，接觸器釋放，自鎖解除。電源電壓恢復(fù)正常后，電動機不會自動投入工作。

16、,,2、降壓起動控制電路：,星--三角變換減壓起動：全壓工作時為三角形接法的電動機，起動時將其定子繞組接成星形，降低電動機的繞組相電壓，進而限制起動電流。當(dāng)反映起動過程結(jié)束的定時器發(fā)出指令時再將電動機的定子繞組改接成三角形接法實現(xiàn)全壓工作。定子串電阻或電抗器減壓起動：電動機起動時在三相定子電路中串接電阻可降低繞組電壓，以限制起動電流；起動后再將電阻短路，電動機即可在全壓下運行。這種起動方式由于不受電動機接線方式的限制，設(shè)備簡單，因而

17、得到廣泛應(yīng)用。在機械設(shè)備做點動調(diào)整時也常采用這種限流方法以減輕對電網(wǎng)的沖擊。自耦變壓器減壓起動延邊三角形減壓起動,星--三角變換減壓起動控制電路：KM1、KM2、KM3、KT,主電路(a)：KM2與KM3的主觸點同時閉合，會造成電源短路，控制電路 必須能夠避免這種情況發(fā)生。 控制電路(b) ：時間繼電器KT的延時動斷觸點和延時動合觸點似乎不會使

18、 KM3和KM2的線圈同時得電，但是，接觸器的吸合時間和 釋放時間的離散性使得電路的工作狀態(tài)存在不確定性。,控制電路(b)不確定性 ：存在電磁時間常數(shù)和機械時間常數(shù)，繼電器和接觸器從線圈得電或失電到觸點完成動作需要時間，即吸合時間和釋放時間（繼電器：十幾到幾十ms，接觸器：幾十到數(shù)百ms）。假設(shè)KM2吸合時間是15ms，KM3釋放時間是25ms，時間繼電器KT的延時動斷觸點和延時動

19、合觸點同時動作，星--三角變換時，KM3和KM2的主觸點有約10ms的時間同時接通。,控制電路(c) ：改進控制電路(b)，避免短路，節(jié)約電能將KM3的動斷輔助觸點串聯(lián)在KM2的線圈控制電路中，只有當(dāng)KM3的銜鐵及觸點釋放完畢（動斷輔助觸點接通）后才允許KM2得電。將KM2的動斷輔助觸點串聯(lián)在KM3的線圈控制電路中，只有當(dāng)KM2的銜鐵及觸點釋放完畢（動斷輔助觸點接通）后才允許KM3得電，保證電路工作可靠。起動完成后時間繼電器KT已

20、無得電的必要，將KM2的動斷輔助觸點串聯(lián)在KT的線圈控制電路中， KT斷電，節(jié)約能源。,二、正、反轉(zhuǎn)控制電路1、電動機正反轉(zhuǎn)控制電路,定子三相繞組電源任意兩相對調(diào)，改變定子電源相序，可改變電動機轉(zhuǎn)動方向。,a) 控制電路1 b) 控制電路2 c) 控制電路3 三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路,主電路KM1和KM2分別閉合，定子繞組兩相電源對調(diào)，電動機轉(zhuǎn)向不同。,控制電路(a)：相互獨立的

21、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)起動控制電路；按下SB2，正轉(zhuǎn)接觸器KM1得電工作；按下SB3，反轉(zhuǎn)接觸器KM2得電工作；按下SB2、SB3，KM1與KM2同時工作，兩相電源短路，,控制電路(b)：接觸器的動斷輔助觸點相互串聯(lián)在對方的控制回路；一方工作時切斷另一方的控制回路，使另一方的起動按鈕失去作用；正、反轉(zhuǎn)接觸器互鎖，避免了同時接通造成主電路短路。正、反轉(zhuǎn)切換的過程中間要經(jīng)過“?！?，操作不方便。,控制電路(c)：復(fù)合按鈕SB2、SB3直接

22、實現(xiàn)由正轉(zhuǎn)變成反轉(zhuǎn)；復(fù)合按鈕聯(lián)鎖。接觸器輔助動斷觸點互鎖必不可少：負(fù)載短路或大電流的長期作用接觸器的主觸點被強烈的電弧“燒焊”在一起，或者接觸器的動作機構(gòu)失靈，使銜鐵卡住總是處在吸合狀態(tài)，這都可能使主觸點不能斷開，這時如果另一接觸器線圈通電動作，主觸點正常閉合就會造成電源短路事故。主觸點與輔助觸點在機械上動作一致，互鎖動斷觸點將另一接觸器線圈電路切斷，避免短路。,2、正反轉(zhuǎn)自動循環(huán)控制電路：,行程開關(guān)（ST1、ST3） （ST2、S

23、T4） 自動控制 電機正反轉(zhuǎn),正反轉(zhuǎn)自動循環(huán)控制電路工作過程：,按下正向起動按鈕SB2，接觸器KM1得電動作并自鎖，電動機正轉(zhuǎn)使工作臺前進。運行到ST2位置，撞塊壓下ST2，ST2動斷觸點使KM1斷電，ST2的動合觸點使KM2得電動作并自鎖，電動機反轉(zhuǎn)使工作臺后退。工作臺運動到右端點撞塊壓下ST1時，KM2斷電，KM1又得電動作，電動機又正轉(zhuǎn)使工作臺前進，這樣一直循環(huán)。SB1為停止按鈕。SB2與SB3為不同方向的復(fù)

24、合起動按鈕，改變工作臺方向時，不按停止按鈕可直接操作。限位開關(guān)ST3、ST4限位保護作用：ST3與ST4安裝在極限位置，由于某種故障，工作臺到達ST1（或ST2）位置，未能切斷KM1（或KM2），工作臺將繼續(xù)移動到極限位置，壓下ST3（或ST4），此時最終把控制回路斷開，使電動機停止，避免工作臺由于越出允許位置所導(dǎo)致的事故。,行程控制：用行程開關(guān)按照機械運動部件的位置或位置的變化所進行的 控制，

25、稱作按行程原則的自動控制。,,三、電動機制動控制電路,電動機制動，迅速停車或準(zhǔn)確定位。機械制動：機械抱閘、液壓或氣壓制動電氣制動：反接制動、能耗制動、電容制動等，實質(zhì)是產(chǎn)生反向制動轉(zhuǎn)矩。,能耗制動控制電路,主電路,(a),(b),能耗制動控制電路：三相籠型異步電動機切斷三相電源的同時，定子繞組接通直流電源，轉(zhuǎn)子原來儲存的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，消耗在轉(zhuǎn)子回路的電阻上，轉(zhuǎn)速為零時再將其切除。主電路：變壓器TC和整流器VR提供制動直流電源

26、，KM2為制動接觸器。控制電路(a)：手動控制：停車時按下SB1按鈕，制動結(jié)束時放開。 電路簡單，操作不便?？刂齐娐?b)：根據(jù)電動機帶負(fù)載制動過程時間長短設(shè)定時間繼電器KT的 定時值，實現(xiàn)制動過程的自動控制。能耗制動控制電路特點：制動作用強弱與通入直流電流的大小和電動機的轉(zhuǎn)速有關(guān)，在同樣的轉(zhuǎn)速下電流越大制動作用越強

27、，電流一定時轉(zhuǎn)速越高制動力矩越大。一般取直流電流為電動機空載電流的3～4倍，過大會使定子過熱?？烧{(diào)節(jié)整流器輸出端的可變電阻RP，得到合適的制動電流。,反接制動控制電路：停車時，首先切換電動機定子繞組三相電源相序，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反的轉(zhuǎn)矩，因而起制動作用。電動機的轉(zhuǎn)速下降接近零時，及時斷開電動機的反接電源。,反接制動控制電路,主電路,(a),(b),控制電路(a)：電動機運行后速度繼電器BV的動合觸點已閉合，為制動

28、 做好準(zhǔn)備，串聯(lián)KM1的動斷觸點限制BV對系統(tǒng)的干擾。 存在問題：停車期間，用手轉(zhuǎn)動機床主軸調(diào)整工件，速度繼電器的轉(zhuǎn)子 隨著轉(zhuǎn)動，一旦達到速度繼電器動作值，接觸器KM2得電， 電動機接通電源發(fā)生制動作用，不利于調(diào)整。 控制電路(b)：復(fù)合停止按鈕SB1動合觸點上并聯(lián)KM2的自鎖觸點。用手

29、 轉(zhuǎn)動電動機軸時，不按停止按鈕SB1，KM2就不會得電， 電動機也就不會反接于電源。反接制動電流約為起動電流的兩倍，主電路制動回路中串入限流電阻R，防止制動時對電網(wǎng)的沖擊和電動機繞組過熱。電動機容量較小且制動不是很頻繁的正反轉(zhuǎn)控制電路中，為簡化電路，可以不加限流電阻。,能耗制動：制動準(zhǔn)確、平穩(wěn)、能量消耗小。制動力較弱，需要直流電源。

30、反接制動：制動顯著，有沖擊，能量消耗較大。,第四節(jié) PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理,PLC的主要功能有開關(guān)邏輯控制、定時/計數(shù)控制、步進控制、數(shù)據(jù)處理（包括數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運算和邏輯運算等操作）、過程控制、運動控制、通信聯(lián)網(wǎng)、監(jiān)控、數(shù)字量與模擬量的轉(zhuǎn)換等。,PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但其結(jié)構(gòu)和工作原理則大同小異，一般由主機、輸入/輸出接口、電源、編程器、擴展接口和外圍設(shè)備接口等幾個主要部分構(gòu)成，如圖所示

31、。如果把PLC看作一個系統(tǒng)，外圍的各種開關(guān)信號或模擬信號均為輸入變量，它們經(jīng)輸入接口寄存到PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲器中，而后經(jīng)邏輯運算或數(shù)據(jù)處理以輸出變量的形式送到輸出接口，從而控制輸出設(shè)備。,,PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,1. 主機,主機部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器,系統(tǒng)程序存儲器：主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序。系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改。,用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器：主要存

32、放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果。,內(nèi)部存儲器有兩類：一類是系統(tǒng)程序存儲器，另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器,2. 輸入/輸出(I/O)接口,輸入接口用于接收輸入設(shè)備（如：按鈕、行程開關(guān)、傳感器等）的控制信號。,輸出接口用于將經(jīng)主機處理過的結(jié)果通過輸出電路去驅(qū)動輸出設(shè)備（如:接觸器、電磁閥、指示燈等）。,3. 電源,電源指為CPU、存儲器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配備的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源。,4. 編程器,編程器是PLC

33、很重要的外部設(shè)備，它主要由鍵盤、顯示器組成。利用編程器可檢查、修改、調(diào)試用戶程序和在線監(jiān)視PLC工作狀況。現(xiàn)在許多PLC采用和計算機聯(lián)接，并利用專用的工具軟件進行編程或監(jiān)控。,6. 外部設(shè)備接口,I/O擴展接口用于將擴充外部輸入/輸出端子數(shù)擴展單元與基本單元（即主機）聯(lián)接在一起。,5. 輸入輸出擴展接口,此接口可將編程器、打印機、條形碼掃描儀等外部設(shè)備與主機相連。,2、 PLC的工作原理,PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的工作方式，

34、這個過程可分為輸入采樣，程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段，整個過程掃描并執(zhí)行一次所需的時間稱為掃描周期。,輸入采樣,程序執(zhí)行,輸出刷新,1. 輸入采樣階段,PLC在輸入采樣階段，以掃描方式順序讀入所有輸入端的通/斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)，并將此狀態(tài)存入輸入狀態(tài)寄存器，即輸入刷新。接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入。,2. 程序執(zhí)行階段,PLC在執(zhí)行階

35、段，按先左后右，先上后下的步序，執(zhí)行程序指令。其過程如下：從輸入狀態(tài)寄存器和其它元件狀態(tài)寄存器中讀出有關(guān)元件的通/斷狀態(tài)，并根據(jù)用戶程序進行邏輯運算，運算結(jié)果再存入有關(guān)的狀態(tài)寄存器中。,3. 輸出刷新階段,在所有指令執(zhí)行完畢后，將各物理繼電器對應(yīng)的輸出狀態(tài)寄存器的通/斷狀態(tài)，在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出寄存器，去控制各物理繼電器的通/斷，這才是PLC的實際輸出。,由PLC的工作過程可見， 在PLC的程序執(zhí)行階段，即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)

36、寄存器的內(nèi)容也不會立即改變，要等到下一個周期輸入處理階段才能改變。暫存在輸出狀態(tài)寄存器中的輸出信號，等到一個循環(huán)周期結(jié)束，CPU集中將這些輸出信號全部輸出給輸出鎖存器，這才成為實際的CPU輸出。因此全部輸入、輸出狀態(tài)的改變就需要一個掃描周期，換言之，輸入、輸出的狀態(tài)保持一個掃描周期。,三、 可編程控制器的主要技術(shù)性能,2. 用戶程序存儲容量,用來衡量PLC所能存儲用戶程序的多少。,3. 掃描速度,指掃描1000步用戶程序所需的時間，以

37、ms/千步為單位。,4. 指令系統(tǒng)條數(shù),指PLC具有的基本指令和高級指令的種類和數(shù)量。種類數(shù)量越多，軟件功能越強。,5. 編程元件的種類和數(shù)量,編程元件指：輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器、狀態(tài)寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及指針等。其種類和數(shù)量是衡量PLC的一個指標(biāo)。,FX2N-48MR編程元件的編號范圍與功能說明,四、 PLC的主要特點,(1) 可靠性高，抗干擾能力強。由于采用大規(guī)模集成電路和微處理器，使系統(tǒng)器件數(shù)大大減少，

38、并且在硬件的設(shè)計和制造的過程中采取了一系列隔離和抗干擾措施，使它能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，具有很高的可靠性。,(2) 編程簡單，使用方便。 PLC采用軟件編制程序來實現(xiàn)控制要求。編程時使用的各種編程元件，都可以提供無數(shù)個常開觸點和常閉觸點。使編程方便、組合靈活。同時使整個控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)大為簡單，只須在外部端子上接上相應(yīng)的輸入輸出信號線即可。,(3) 體積小，質(zhì)量輕，功耗低,第五節(jié) PLC的程序設(shè)計基礎(chǔ),PLC的程序有系統(tǒng)程序和用戶程序

39、兩種。系統(tǒng)程序類似微機的操作系統(tǒng)，用戶不能更改。用戶程序是用戶根據(jù)控制要求，利用PLC廠家提供的程序編制語言編寫的應(yīng)用程序。因此，程序設(shè)計就是編制用戶程序。,一、 PLC的編程語言,PLC的操作是依其程序操作進行的，而程序是用程序語言表達的，并且表達的方式多種多樣，不同的生產(chǎn)廠家，不同的機種，采用的表達方式不同，但基本上可歸納為：,1. 梯形圖,是在繼電控制系統(tǒng)電氣原理圖基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一種圖形語言。它繼承了繼電器接點、線圈、串聯(lián)、并

40、聯(lián)等術(shù)語和類似的圖形符號，具有形象、直觀、實用的特點，不需學(xué)習(xí)計算機專業(yè)知識，電氣技術(shù)人員使用最方便。梯形圖中通常用 、 圖形符號分別表示PLC編程元件的常開和常閉觸點(或稱接點)；用 表示它們的線圈。梯形圖中編程元件的種類用圖形符號及標(biāo)注的字母或數(shù)字加以區(qū)別。,,,,例：用PLC組成電機起?？刂齐娐?下圖是用PLC控制的籠型電動機直接起動(其繼電接觸器控制電路見右圖的梯形圖。圖中X001和X00

41、2分別表示PLC輸入繼電器的常閉和常開觸點，它們分別與右圖中的停止按鈕SB1和起動按鈕SB2相對應(yīng)。Y001表示輸出繼電器的線圈和常開觸點它與圖中的接觸器KM相對應(yīng)。,常閉接點,將控制電路轉(zhuǎn)化為梯形圖，編制控制程序,Y001,,X002,,,,X001,如：按SB0，則X002存儲單元為“1”則其常開接點閉合，線圈通電，電機轉(zhuǎn)動。,注意：這些接點或線圈并不是真實的物理繼電器接點或線圈，而是在軟件編程中使用的編程元件，每個編程元件與存儲器

42、中的一個存儲單元相對應(yīng)，該存儲單元為“1”則表示梯形圖中常開閉合, 常閉斷開，線圈通電。,[ ],Y001,如：按SB1，則X001存儲單元為“1”則其常閉接點斷開，線圈斷電，電機停車。,,,輸出繼電器(線圈),常開接點,2. 語句表語言,這種編程語言與匯編語言類似，不同的廠家其語句表有所不同，這里以日本三菱可編程控制器為例，對上述電機起、停控制進行編程（即將梯形圖轉(zhuǎn)換成語句表語言）。,注意：按梯形圖從左到右，從上到下的順序編程

43、。,梯形圖和助記符語言是PLC中最常用的編程語言，學(xué)習(xí)中應(yīng)注意以下概念：,(1) 梯形圖中的繼電器并不一定是物理繼電器，而是PLC存儲器的一個存儲單元。每個繼電器或輸入接點各為存儲器中的一位，相應(yīng)位為“1”態(tài)，表示繼電器線圈通電或常開觸頭閉合，或常閉觸頭斷開。,(3) 梯形圖中流過的電流不是物理電流，而是概念電流，是程序執(zhí)行的形象表示方式。,(2) 梯形圖按從左到右、自上而下的顧序排列。每一邏輯行(或稱梯級)起始于左母線，然后是觸點

44、的串、并聯(lián)接，最后是線圈與右母線相聯(lián)。,(4) 輸入繼電器用于接收外部輸入信號[例如上圖中，按下起動按鈕SB2時，輸入繼電器接通，其常開觸點X002就閉合]，而不能由PLC內(nèi)部其他繼電器的觸點來驅(qū)動。因此梯形圖中只出現(xiàn)輸入繼電器的觸點，而不出現(xiàn)其線圈。輸出繼電器輸出程序執(zhí)行結(jié)果給外部輸出設(shè)備。當(dāng)梯形圖中的輸出繼電器線圈接通時，就有信號輸出，但不是直接驅(qū)動輸出設(shè)備，而要通過輸出接口的繼電器、晶體管或晶閘管才能實現(xiàn)。,(5)梯形圖中的繼電器

45、接點在編寫用戶程序時（即作為邏輯接點）可根據(jù)需要在梯形圖中反復(fù)使用，沒有數(shù)量限制，既可用常開也可用常閉。,(6)只有PLC中的物理繼電器才能驅(qū)動實際負(fù)載，其它繼電器只能作為一種邏輯來使用，故稱為“軟繼電器”。,二、PLC的編程原則和方法,1. 編程原則,（1）PLC編程元件的觸點在編程過程中可以無限次使用，每個繼電器的線圈在梯形圖中只能出現(xiàn)一次，它的觸點可以使用無數(shù)次。,（2）梯形圖的每一邏輯行皆起始于左母線，終止于右母線。線圈總是處

46、于最右邊，且不能直接與左邊母線相連。,,,（3）編制梯形圖時，應(yīng)盡量做到“上重下輕、左重右輕”。,,不合理,合理,（4）兩個或兩個以上的線圈可以并聯(lián)，但不可以串聯(lián)。,（5）在梯形圖中應(yīng)避免將觸點畫在垂直線上，這種橋式梯形圖無法用指令語句編程，應(yīng)改畫成能夠編程的形式。,,（6）應(yīng)避免同一繼電器線圈在程序中重復(fù)輸出，否則將引起誤操作。,,(7) 外圍輸入設(shè)備常閉觸點的處理：,為了使梯形圖和繼電接觸器控制電路一一對應(yīng)，PLC輸入設(shè)備的觸點應(yīng)盡

47、可能地接成常開形式。 此外，熱繼電器FR的觸點只能接成常閉的，通常不作為PLC的輸入信號，而將其直接通斷接觸器線圈。,,,,a) 繼電接觸器控制電路,c) PLC的外部接線圖2,2. 程序設(shè)計方法,(1)確定I/O點數(shù)及分配,今以圖7-8籠型電動機正反轉(zhuǎn)控制電路為例來介紹用PLC控制的編程方法。,停止按鈕SB1、正轉(zhuǎn)起動按鈕SB2、反轉(zhuǎn)起動按鈕SB3這三個外部按鈕須接在PLC的三個輸入端子上，可分別分配為X0，X1，X2來接

48、收輸入信號，正轉(zhuǎn)接觸器線圈KM1和反轉(zhuǎn)接觸器線圈KM2須接在兩個輸出端子上,可分別分配為Y1和Y2。共需用5個I/O點，如表所示。,外部接線如圖7-19所示。按下SB2，電動機正轉(zhuǎn)；按下SB3，則反轉(zhuǎn)。在正轉(zhuǎn)時如要求反轉(zhuǎn)，必須先按下SB1。自鎖和互鎖觸點由內(nèi)部的“軟”觸點實現(xiàn)，不占用I/O點。,圖7-19 電動機正反轉(zhuǎn)控制的外部接線圖,(2) 編制梯形圖和指令語句表本例的梯形圖和指令語句表如圖7-20所示。,,FX2N系列PLC編程

49、元件的分類及編號,代表功能的字母。如輸入繼電器用“X”表示、輸出繼電器用“Y”表示。數(shù)字，數(shù)字為該類器件的序號。 FX2N系列PLC中輸入、輸出繼電器的序號為八進制，其余為十進制。,編程元件的基本特征,編程元件和繼電接觸器的元件類似、具有線圈和常開常閉觸點 。當(dāng)線圈披選中（通電）時，常開觸點閉合，常閉觸點斷開，當(dāng)線圈失 去選中 件時，常閉接通，常開斷開。 可編程序控制器的編程元件可以有無數(shù)多個常開、常閉觸點 。

50、,編程元件的功能和作用,數(shù)值的處理 ：,十進制數(shù)(K),1) 定時器和計數(shù)器的設(shè)定值（K常數(shù)）。2) 輔助繼電器（M）、定時器（T）、計數(shù)器 （C）、狀態(tài)器等的編號（軟元件編號）。3) 指定應(yīng)用指令操作數(shù)中的數(shù)值與指令動作（K常數(shù)）。,三、 FX2N系列PLC的主要編程元件,輸入輸出繼電器 （FX2N系列輸入、輸出繼電器總點數(shù)不能超過256點。）,輸出端子是PLC向外部負(fù)載發(fā)送信號的窗口,輸入端子是PLC從外部開關(guān)接

51、受信號的窗口,輔助繼電器,這類輔助繼電器的線圈與輸出繼電器一樣有無數(shù)的電子常開和常閉觸點該觸點不能直接驅(qū)動外部負(fù)載，外部負(fù)載的驅(qū)動要通過輸出繼電器進行如果在PLC運行過程中停電，輸出繼電器及一般用輔助繼電器都斷開。 再運行時，除了輸入條件為ON（接通）的情況以外，都為斷開狀態(tài) 。分為一般用（M0～M499）、停電保持用（M500～M3071）和特殊用途 （M8000～M8255）輔助繼電器。FX2N系列PLC內(nèi)的一般用輔助繼

52、電器和部分停電保持用輔助繼電器 （M500～M1023 ）特殊輔助繼電器 分為觸點利用型特殊輔助繼電器和線圈驅(qū)動型特殊輔助繼電器 。,狀態(tài)器,一般用（S0～S499）停電保持用（S500～S899）報警器用（ S900～S999）,S0～S9一般用于步進梯形圖的初始狀態(tài)，S10～S19一般用作返回原點的狀態(tài),,,,,定時器,定時器相當(dāng)于繼電器系統(tǒng)中的時間繼電器，可在程序中用于延時控制。 定時器累計PLC內(nèi)1ms、10

53、ms、100ms等的時鐘脈沖，當(dāng)達到所定的設(shè)定值時，輸出觸點動作。,FX2N系列PLC的定時器（T）有以下4種類型：,100ms定時器： T0～T199，200點。定時范圍：0.1～3276.7s；10ms定時器： T200～T245，46點。定時范圍：0.01～327.67s；1ms累積型定時器：T246～T249，4點，執(zhí)行中斷保持。 定時范圍：0.001～32.767s；100

54、ms累積型定時器：T250～T255，6點，定時中斷保持， 定時范圍：0.1～3276.7s,FX2N系列PLC定時器設(shè)定值可以采用程序存儲器內(nèi)的常數(shù)（K）直接指定，也可以用數(shù)據(jù)寄存器（D）的內(nèi)容間接指定。使用數(shù)據(jù)寄存器設(shè)定定時器設(shè)定值時，一般使用具有掉電保持功能的數(shù)據(jù)寄存器，這樣在斷電時不會丟失數(shù)據(jù)。,計數(shù)器 （C） 內(nèi)部信號計數(shù)器：是對機內(nèi)的元件的信號計數(shù) 也稱普通計數(shù)器 外部信

55、號計數(shù)器 ：對機器的外部信號進行計數(shù) 16位增計數(shù)器（一般用：C0～C99；停電保持用：C100～C199 16 位計數(shù)器其設(shè)定值在K1～K32767范圍內(nèi)有效。設(shè)定值K0與K1意義相 同， 均在第一次計數(shù)時，其觸點動作。如果PLC斷電，恢復(fù)電源后，計 數(shù)器可按上一次數(shù)值累計計數(shù)。,數(shù)據(jù)寄存器,數(shù)據(jù)寄存器是存儲數(shù)值數(shù)據(jù)的軟元件，可以處理各種數(shù)值數(shù)據(jù)。類型:,一般用：D0～D199，200點，通過

56、參數(shù)設(shè)定可以變更為停電保持型。停電保持用：D200～D511，312點，通過參數(shù)設(shè)定可以變?yōu)榉峭ｋ姳３中?。停電保持專用：D512～D7999，7488點，無法變更其停電保持特性。根據(jù)參數(shù)設(shè)定可以將D1000以后的數(shù)據(jù)寄存器以500點為單位設(shè)置文件寄存器。特殊用：D8000～D8255，256點。變址寄存器 ：V0～V7，Z0～Z7，16點。,指針 分支用指針（P）:分支用指針的編號為P0～P127，用作程序跳轉(zhuǎn)和子程

57、 序調(diào)用的編號，其中P63專門用于結(jié)束跳轉(zhuǎn)。 中斷用指針（I）:中斷用指針與應(yīng)用指令FNC03（IRET）中斷返回、FNC04 （EI）開中斷和FNC03（DI）關(guān)中斷一起使用有一下三類： 輸入中斷用：與輸入X000～X005對應(yīng)編號為I00□～I50□，6點。 定時器中斷：編號為I6□□、I

58、7□□、I8□□，3點 計數(shù)器中斷：編號為I010～I060，6點。,四 FX2N系列PLC的指令系統(tǒng),FX2N系列PLC有基本指令27條；步進梯形指令2條；應(yīng)用指令128種，298條。本節(jié)介紹其基本順控指令。,LD、LDI、OUT指令,,,,,LD、LDI指令分別用于將常開、常閉觸點連接到母線上.OUT指令是對輸出繼電器、輔助繼電器、狀態(tài)器、定時器、計數(shù)器的線圈驅(qū)動指令。,LD、LDI、OUT指令的使用,AND、AN

59、I指令,AND、ANI指令分別用于單個常開、常閉觸點的串聯(lián)，串聯(lián)觸點的數(shù)量不受限制，該指令可以連續(xù)多次使用。,AND、ANI指令的應(yīng)用,,OR、ORI指令,OR、ORI指令分別用于單個常開、常閉觸點的并聯(lián)，并聯(lián)觸點的數(shù)量不受限制，該指令可以連續(xù)多次使用。,OR、ORI指令的應(yīng)用,ORB、ANB指令,,,,若有多個串聯(lián)回路塊按順序與前面的回路并聯(lián)時，對每個回路塊使用ORB指令，則對并聯(lián)的回路個數(shù)沒有限制。 若成批使用ORB指令并聯(lián)

60、連接多個串聯(lián)回路塊時，由于LD、LDI指令的重復(fù)次數(shù)限制在8次以下，因此這種情況下并聯(lián)的回路個數(shù)限制在8個以下。,ORB指令的應(yīng)用,ANB指令的應(yīng)用,若有多個并聯(lián)回路塊按順序與前面的回路串聯(lián)時，對每個回路塊使用ANB指令，則對串聯(lián)的回路個數(shù)沒有限制。 若成批使用ANB指令串聯(lián)連接多個并聯(lián)回路塊時，由于LD、LDI指令的重復(fù)次數(shù)限制在8次以下，因此這種情況下串聯(lián)的回路個數(shù)限制在8個以下。,,LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP

61、、ORF指令,LDP、ANDP、ORP指令是進行上升沿檢出的觸點指令，僅在指定位元件的上升沿時（OFF→ON變化時）接通一個掃描周期。 LDF、ANDF、ORF指令是進行下降沿檢出的觸點指令，僅在指定位元件的下降沿時（ON→OFF變化時）接通一個掃描周期。,X000～X002由OFF→ON變化或由ON→OFF變化時，M0或M1僅接通一個掃描周期。需要指出的是這些指令的功能有時與脈沖指令的功能相同，另外，在將輔助繼電器M指定為這些

62、指令的軟元件時，軟元件編號范圍不同，會造成動作上的差異。,MPS、MRD、MPP指令,MPS指令：將此時刻的運算結(jié)果送入堆棧存儲 。MPP指令：各數(shù)據(jù)按順序向上移動，將最上端的數(shù)據(jù)讀出，同時該數(shù)據(jù)就 從堆棧中消失。MRD指令：是讀出最上端所存數(shù)據(jù)的專用指令，堆棧內(nèi)的數(shù)據(jù)不發(fā)生移動。 MPS指令與MPP指令必須成對使用，連續(xù)使用的次數(shù)應(yīng)小于11。,,一段堆棧與ANB、ORB指令并用,MC、MCR指令,,MC為主

63、控指令，用于公共串聯(lián)觸點的連接， MCR為主控復(fù)位指令，即MC的復(fù)位指令。,,,應(yīng)用主控觸點可以解決若在每個線圈的控制電路中都串入同樣的觸點，將多占存儲單元。 它在梯形圖中與一般的觸點垂直。它們是與母線相連的常開觸點，是控制一組電路的總開關(guān)。MC、MCR指令的使用如右圖。,INV指令,其功能是將INV指令執(zhí)行之前的運算結(jié)果取反，不需要指定軟元件號,,在梯形圖中，只能在能輸入AND或ANI、ANDP、ANDF指令步的相同位

64、置處，才可編寫INV指令，而不能像LD、LDI、LDP、LDF那樣與母線直接相 連，也不能像OR、ORI、ORP、ORF指令那樣單獨使用。,PLS、PLF指令,使用PLS指令時，僅在驅(qū)動輸入為ON的一個掃描周期內(nèi)，軟元件Y、M動作。 使用PLF指令時，僅在驅(qū)動輸入為OFF的一個掃描周期內(nèi)，軟元件Y、M動作。,指令的應(yīng)用PLS、PLF,,,SET、RST指令,SET為置位指令，使操作保持；RST為復(fù)位指令，使操作保持復(fù)位

65、。,,RST指令一個重要的用途是對計數(shù)器復(fù)位,右圖中，X000一旦接通后，即使它再斷開，Y000仍繼續(xù)動作，X001接通時，即使它再斷開，Y000仍保持不被驅(qū)動。對于M、S也是一樣。 對于同一軟元件。SET、RST可多次使用，順序也隨意，但最后執(zhí)行的有效。 使數(shù)據(jù)寄存器（D）、變址寄存器（V、Z）的內(nèi)容清零，也可使用RST指令，與用常數(shù)K0傳送指令的結(jié)果一樣。,NOP、END指令:,NOP為空操作指令 在程序中加入NOP指令

66、，有利于修改或增加程序時，減小程序步號的變化，但是程序要求有余量。 END為程序結(jié)束指令,,第六節(jié) PLC應(yīng)用舉例,,PLC應(yīng)用控制系統(tǒng)設(shè)計流程框圖,一、三相異步電動機星－三角換接起動、正反轉(zhuǎn)、點動控制,,1. 輸入/輸出分配及硬件接線 下圖為輸入/輸出分配及硬件接線圖，輸入端全用常開觸點表示，當(dāng)它們閉合時，梯形圖中對應(yīng)的常開觸點閉合，常閉觸點打開。,2. 設(shè)計梯形圖梯形圖如下圖所示。為便于編程梯形圖對原控制電路作了少許修

67、改。,3. 編制指令語句表,二、保持電路,,當(dāng)X000接通一下，輔助繼電器M500接通并保持，Y000有輸出。停電后再通電，Y000仍有輸出，只有X001接通，其常閉觸點斷開，才能使M500自保持清除，使Y000無輸出。,三、延時斷開電路,,輸入X000＝ON時，Y000=ON，并且輸出Y000的觸點自鎖保持接通，輸入X000＝OFF后，啟動內(nèi)部定時器T0，定時5s后，定時器觸點閉合，輸出Y000斷開。,四、振蕩電路,當(dāng)輸入X000接

68、通時，輸出Y000閃爍，接通與斷開交替運行，接通時間為1s由定時器T0設(shè)定，斷開時間為2s由定時器T1設(shè)定。,小 結(jié),主要介紹了常用開關(guān)電器、主令電器、接觸器和繼電器的用途、基本結(jié)構(gòu)及其主要參數(shù)、型號示例等。查閱產(chǎn)品樣本及電工手冊，根據(jù)使用條件、技術(shù)參數(shù)正確選用各種電器。保護電器（如熱繼電器、熔斷器、斷路器等）及某些控制電器（如時間繼電器、溫度繼電器等）的使用，除了要根據(jù)保護要求、控制要求正確選用電器類型外，還要根據(jù)被保護