配套课件-可编程序控制器应用教程(第二版)1.ppt

1、 可编程序控制器应用教程（第二版）第1章 工厂电气控制初步 1.1 工厂常用电器 1.2基本控制电路 1.3控制系统实例 本章主要内容：l核心是掌握继电器、接触器、按钮开关等常规控制电器的动作执行特点，由此对一般继电接触控制电路进行熟练分析和设计。l l工厂常用电器工厂常用电器l l基本控制电路基本控制电路l l控制系统实例控制系统实例返回本章首页返回本章首页1.1 工厂常用电器 1.1.1工厂电器基本知识 1.1.2工厂常用电器 1.1.3电气图形 返回本章首页返回本章首页1.1.1工厂电器基本知识 1.分类（1）按适用的电压范围分类 分为低压电器和高压电器。（2）低压电器按所控制的对象分类

2、 根据其控制的对象分为低压配电电器和低压控制电器。（3）按所起作用分类 依据电器所起的作用可分为控制电器和保护电器。（4）按动作性质分类 依据电器的动作性质可分为自动控制电器和非自动控制电器。1.1.2 工厂常用电器 下面分别以控制按钮和接触器为例介绍手动电器和自动电器的结构和工作原理。（1）按钮 按钮是手动控制电器的一种，用来发出信号和接通或断开控制电路。图1.1是按钮的结构示意图和图文符号，图（a）中1、2是动断（常闭）触点，3，4是动合（常开）触点，5是复位弹簧，6是按钮帽。图（b）为图文符号。SBSB3412243156（a）结构示意 （b）图文符号图图1.1 按钮按钮（2）万能转换开

3、关 图1.5是LW6型万能转换开关的图形符号和触点合断表。图形符号中有6 个回路，3个挡位连线下有圆圈“o”的，表示这条电路是接通的。在触点合断表中用“”表示被接通的电路，空格表示转换开关在该位置时此路是断开的。图图1.2万能转换开关万能转换开关123456触点号12 3 4 5 6 2.自动控制电器（1）接触器（2）电磁式继电器 （3）时间继电器 （4）热继电器 （5）速度继电器（1）接触器 l 结构及工作原理 接触器是利用电磁吸力的原理工作的，主要由电磁机构和触头系统组成。电磁机构通常包括吸引线圈、铁心和衔铁三部分。图1.2为接触器的结构示意图与图文符号，（a）图中，1、2，3、4是静触点

4、，5、6是动触点，7、8是吸引线圈，9、10分别是动、静铁心，11是弹簧。（b）图中，1、2之间是常闭触点，3、4之间是常开触点，7、8之间是线圈。1234567891011KMKMKM341278（a）结构示意 （b）图文符号图图1.3 接触器接触器电磁铁特点 根据吸引线圈通电电流的性质分类，电磁铁分为直流电磁铁和交流电磁铁。通常采用短路环来解决交流电磁铁的振动问题。短路环的示意图如图1.3所示，其中1为短路环，2为铁心。短路环起到磁通分相的作用，把极面上的交变磁通分成两个交变磁通，并且使这两个磁通之间产生相位差，那么它们所产生的吸力间也有一个相位差，这样，两部分吸力就不会同时达到零值，当然

5、合成后的吸力就不会有零值的时刻，如果使合成后的吸力在任一时刻都大于弹簧拉力，就消除了振动。12图图1.4短路环短路环 灭弧 常用的灭弧方法有：拉长电弧、冷却电弧和将电弧分段。对于电弧较弱的接触器，只采用灭弧罩即可。电弧较强的接触器，常采用灭弧栅熄弧。图1.4是灭弧栅的机构图。图中1是灭弧室，2和5分别为动、静触点，3 为金属栅片，4为电弧。灭弧栅是数片钢片制成的栅状装置，当触点断开发生电弧时，电弧进入栅片内，被分割为数段，迅速熄灭。15432图图1.5灭弧栅灭弧栅返回本节返回本节继电器1）电磁式继电器。在控制系统中，使用最多的是电磁式继电器。电磁式继电器的结构和工作原理与电磁式接触器相类似，也

6、是由电磁系统、触头系统和释放弹簧等组成的。不过由于继电器用于控制电路，流过触头的电流比较小（一般5A以下），因此不需要灭弧装置。常用的电磁式继电器有电压继电器、中间继电器和电流继电器。电压继电器和电流继电器通过监测所接电路的电压和电流完成对电路电压和电流的保护与控制。其中过压（流）继电器用于电路过电压（流）保护；欠压（流）继电器用于电路欠电压（流）保护，零压继电器则用于电路的失压保护。中间继电器是一种传递中间信号的电磁式继电器，可以用于放大中间信号，也可以将一个信号转换成多个信号从而增加触点的数目。中间继电器实质上是一种电压继电器。它的特点是触头数量较多（可达8对），触头容量较大（5A10A）

7、，动作灵敏，在电路中起增加触头数量和起中间放大作用。由于中间继电器只要求线圈电压为零时能可靠释放，对动作参数无要求，故中间继电器没有调节装置。2）时间继电器 图1.6为空气阻尼式通电延时型时间继电器的结构示意图和图文符号。它是利用空气阻尼的原理来获得延时的。主要由电磁系统、气室及触点系统组成。工作原理：在图1.6（a）中当线圈11通电时，电磁力克服弹簧14的反作用拉力而迅速将衔铁向上吸合，衔铁13带动杠杆15立即使1、2常闭触点分断，3、4常开触点闭合。1234567891011121314151617181920212223KTKTKT5678910（a）结构示意 （b）图文符号图图1.6空

8、气阻尼通电延时型时间继电器空气阻尼通电延时型时间继电器 热继电器的测量元件通常采用双金属片，由两种具有不同线膨胀系数的金属碾压而成。主动层采用膨胀系数较高的铁镍铬合金，被动层采用膨胀系数很小的铁镍合金。当双金属片受热后将向被动层方向弯曲，当弯曲到一定程度时，通过动作机构使触点动作。如图1.7所示，（a）图是热继电器的结构中感受部分的示意图，（b）图为图文符号。在图1-7（a）中发热元件2通电发热后，主双金属片1受热向左弯曲，推动导板3向左推动执行机构发生一定的运动。电流越大，执行机构的运动幅度也越大。当电流大到一定程度时，执行机构发生跃变，即触点发生动作从而切断主电路。3）速度继电器 速度继电

9、器用来感受转速。它的感受部分主要包括转子和定子两大部分，执行机构是触头系统。当被控电机转动时，带动继电器转子以同样速度旋转而产生电磁转矩，使定子克服外界反作用力转动一定角度，转速越高角度越大。当转速高于设定值时，速度继电器的触点发生动作，当速度小于这一设定值时，触点又复原。速度继电器常用于电机的降压起动和反接制动，其图文符号如图1.8所示。nKVnKVKV图图1.7速度继电器图文符号速度继电器图文符号4）固态继电器。固态继电器（SSR）是采用半导体元件组装而成的一种无触点开关。由于没有机械部件，因此具有开关速度快、工作频率高、重量轻、使用寿命长、噪声低和动作可靠等优点。固态继电器不仅在许多自动

10、化装置中代替了常规电磁式继电器，而且广泛应用于数字程控装置、调温装置、数据处理系统及计算机输入/输出接口等电路，尤其适用于动作频繁、防爆耐潮和耐腐蚀等特殊场合。固态继电器有两个输入端、两个输出端。当控制输入端无信号时，其主电路输出呈阻断状态；当输入端施加控制信号时，主电路输出端呈导通状态。固态继电器中的光电器件利用信号光电耦合方式消除了控制回路与负载之间的电磁关系，实现了输入与输出之间的电气隔离。（3）位置开关位置开关又称行程开关或限位开关，它的作用是将机械位移转变为电信号，使电动机运行状态发生改变，从而控制机械运动或实现安全保护。位置开关包括：行程开关、限位开关、微动开关和接近开关等。根据生

11、产机械的行程发出命令以控制其运行方向或行程长短的电器称为行程开关。若将行程开关安装于生产机械行程终点处，以限制其行程，则称为限位开关或终点开关。接近开关是一种非接触式的行程开关，通过感应头与被测物体间介质能量的变化来获取信号，当生产机械接近它到一定距离范围之内时，它就能发出信号，以控制生产机械的位置或进行计数。接近开关的应用已超出一般行程控制和限位保护的范畴，可用于高速计数、测速、液面控制、检测金属体的存在、检测零件尺寸以及无触点按钮等场合。即使用作一般行程开关，其定位精度、操作频率、使用寿命及对恶劣环境的适应能力也比机械行程开关高。行程开关在结构上可以分为直动式、滚动式、微动式和非接触式4种

12、。图1.8所示为直动式形程开关的结构原理图和图文符号。（a）图中，1为顶杆，2为弹簧，3为常闭触点，4为触头弹簧，5为常开触点。（b）图中，3为常闭触点，5为常开触点。图1.8 直动式行程开关（a）结构示意 （b）图文符号3.保护电器 保护电器包括热继电器、熔断器、电磁脱扣器等。热继电器是利用电流的热效应来切断电路的保护电器，它在控制电路中，用作电动机的过载保护，既能保证电动机不超过容许的过载，有可以最大限度地保证电动机的过载能力。当然，首先要保证电动机的正常起动。返回本节返回本节321KRKRKR（a）感受部分结构示意 （b）图文符号图图1.9热继电器热继电器1.1.3电气图形 1.文字符号

13、 2.2.端子标记 3.3.电气图形 1.文字符号 表表1.1字母符号含义字母符号含义 2.端子标记 电气图中各电器的接线端子用规定的字母数字符号标记。按国家标准GB402683电器接线端子的识别和用字母数字符号标志接线端子的通则规定：三相交流电源的引入线用L1、L2、L3、N、PE标记。直流系统电源正、负极、中间线分别用L+、L与M标记。三相动力电器的引出线分别按U、V、W顺序标记。3.电气图形 常用的电气图有系统图、框图、电路图、位置图和接线图等。通常，系统图用于描述系统或成套装置，如图1.9所示。框图用于描述分系统或设备。国家标准GB6988.386电气制图 系统图和框图中，具体规定了绘

14、制系统图和框图的方法，并阐述了它的用途。总控制系统液压动力系统钢板存储冷却水供应系统压缩空气系统轧钢机配电系统电源进线材料进入图图1.10系统图系统图 位置图用来表示成套装置、设备中各个项目位置的一种图。例如，图1.10为某工厂电器位置图，图中详细地绘制出了电气设备中每个电器元件的相对位置，图中各电器元件的文字代号必须与相关电路图中电器元件的代号相同。FU1FU2KMFRTCFU3FU4线槽50505050320360图图1.11位置图位置图 接线图是电气装备进行施工配线、敷线和校线工作时所应依据的图样之一。它必须符合电器装备的电路图的要求，并清晰地表示出各个电器元件和装备的相对安装与敷设位置

15、，以及它们之间的电连接关系。它是检修和查找故障时所需的技术文件，如图1.11所示。在国家标准GB6988.586电气制图 接线图和接线表中详细规定了编制接线图的规则。QSMM8078ELSB305121U12SB2SB1HLPEXT30.75mm2 50.75mm2 31mm2 Q132.5mm2 32.5mm2 图图1.12接线图接线图返回本节返回本节1.2基本控制电路 1.2.1直接起动控制电路 1.2.2降压起动 1.2.3电机的制动 1.2.4电机的调速 1.2.5顺序控制 返回本章首页返回本章首页1.2.1直接起动控制电路 1.单向旋转 2.2.可逆转动 3.3.点动控制 4.4.自

16、动往返运动 1.单向旋转 三相笼型电动机单向旋转可用开关或接触器控制，图1.13为接触器控制电路。接触器控制电路图中，Q为开关，FU1、FU2为主电路与控制电路的熔断器，KM为接触器，KR为热继电器，SB1、SB2分别为起动按钮与停止按钮，M为笼型感应电动机。L1L2L3QMFU1KMKRPEFU2SB1KMSB2KMKRFU2UVW图图1.13单向旋转单向旋转 其中的保护环节为：1）短路保护。2）过载保护。3）欠压保护。2.可逆转动 在实际生产中常需要运动部件实现正反两个方向的运动，这就要求拖动电动机能做正反两方向的运转。从电机原理可知，改变电动机三相电源相序即可改变电动机旋转方向。电动机的

17、常用可逆旋转控制电路如图1.14所示。L1L2L3QMFU1KM1PEKM2FU2SB1KM1SB2KM2SB1KM1SB2KM2SB3KRFU2KM1KM2图图1.14可逆旋转可逆旋转3.点动控制 生产过程中，不仅要求生产机械运动部件连续运动，还需要点动控制。图1.15为电动机点动控制电路。图中的控制电路既可实现点动控制，又可实现连续运转。SB3为连续运转的停止按钮，SB1为连续运转起动按钮，SB2为点动起动按钮。L1L2L3QMFU1KMPEUVWKRFU2SB1KMSB3KMFU2SB2SB2KR图图1.15点动控制电路点动控制电路4.自动往返运动 在实际生产中，常常要求生产机械的运动部

18、件能实现自动往返。因为有行程限制，所以常用行程开关做控制元件来控制电动机的正反转。图1.16为电动机往返运行的可逆旋转控制电路。图中KM1、KM2分别为电动机正、反转接触器，SQ1为反向转正向行程开关，SQ2为正向转反向行程开关，SQ3、SQ4分别为正向、反向极限保护用限位开关。返回本节返回本节L1L2L3QMFU1KM1PEKM2KRFU2SB1SB2KM1KM1FU2KM1SQ1SB2SB1KM2KM2KM2SQ2KRSB3SQ2SQ3SQ1SQ4图图1.16往返运行往返运行1.2.2降压起动 1.自耦变压器起动法 图1.16是采用自动控制自耦变压器降压起动的控制电路。是由交流接触器、热继

19、电器、时间继电器、按钮和自耦变压器等元件组成。图中KM1为正常运转接触器，KM2为降压起动接触器，KA为起动中间继电器，KT为降压起动时间继电器。图图1.17自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动L1L2L3QMFU1KM1PEKM2KRFU2SB1KRTKM1KM2FU2KM2KAKM2SB2KTKTKAKAKAKM1123456789 2.Y-D起动法 凡是正常运行时三相定子绕组接成三角形运转的三相笼型感应电动机，都可采用Y-D降压起动。起动时，定子绕组先接成Y联结，接入三相交流电源，起动电流下降到全压起动时的1/3，对于Y系列电动机直接起动时起动电流为额定电流IN的5.57倍。当转速接近额

20、定转速时，将电动机定子绕组改成D联结，电动机进入正常运行。这种方法简便、经济，可用在操作较频繁的场合，但其起动转矩只有全压起动时的1/3，Y系列电动机起动转矩为额定转矩的1.42.2倍。图1.18为用于13kW以上电动机的起动电路，由三个接触器和一个时间继电器构成。图图1.18Y-D起动起动返回本节返回本节L1L2L3QMFU1KM1PEU1V1W1KM2KRKM1FU2SB1KM1W2U2V2KM3KM3KM2KTKRKM2KM3KM1KTKTSB2123456789FU2.1.2.3电机的制动 图1.22为电动机单向旋转电机反接制动控制电路。当电动机转速接近零时应迅速切断三相电源，否则电动

21、机将反向起动。为此采用速度继电器来检测电动机的转速变化，并将速度继电器调整在n130r/min时触点动作，而当nKM1SB1KM2KVKM1SB2KM1SB2KM2KRFU2KV1.2.4电机的调速 图1.20是D-YY反转向方案变极调速电动机接线方法及控制电路。它是通过改变定子绕组的半相绕组电流方向来实现变极的。将三相绕组的首尾端依次相接，构成一个封闭三角形，从首端引出线接电源，中间抽头悬空着，构成D联结。若将三个首尾端相接构成一个中性点N，而将各绕组中间抽头接电源，构成YY联结。使每相的两个半相绕组并联，从而使其中一个半相绕组电流方向反了，于是电动机极对数减小一半，即pD=2pYY。图图1

22、.20 电机变极调速电机变极调速(a)返回本节返回本节L1L2L3U1V1W1U3V3W3U2V2W3L1L2L3U3V3W3U1U2V1V2W1W2（a）电机接线方法）电机接线方法L1L2L3QMFU1KM1PEKM2KM3U1 V1 W1U3 V3 W3FU2SB1KTKM2KM1KM1KTKTKM3KM1KTSB2KM3KM2KM1KM3KM2FU2（b）控制电路图图1.20 电机变极调速电机变极调速(b)1.2.5顺序控制 顺序控制是指以预先规定好的时间或条件为依据，按预先规定好的动作次序，对控制过程各阶段顺序地进行自动控制。图1.21是顺序控制原理图，其中G1G4分别表示第一至第四程

23、序的执行电路，可根据每一程序的具体要求设计，K1K4分别表示G1G4程序执行完成时发出的控制信号，SB5、SB6分别为起动和停止按钮。图图1.21 顺序控制原理图顺序控制原理图返回本节返回本节SB5SB6KM5KM1KM2G1KM1K1KM1KM2KM3G2KM2K2KM2KM3KM4G3KM3K3KM3KM4KM5G4KM4K4KM4KM5KM51.3数学辅助分析法 1.用继电接触控制线路表示逻辑代数的基本运算2.逻辑函数与继电接触控制线路图 1.用继电接触控制线路表示逻辑代数的基本运算 （1）“与”运算（逻辑乘）逻辑代数中运算符号“”或“”读作“与”。“与”运算的真值表如表1.2所示。表表

24、1.2与运算与运算 实现逻辑乘的器件叫做“与”门，它的逻辑符号如图1.22（a）所示，图1.22（b）显示出了继电控制线路中“与”运算的实例，它表示触点的串联。若规定触点接通为“1”，断开为“0”，线圈通电为“1”，断电为“0”，则可以写出KMKA1KA2，只有触点KA1、KA2均接通，接触器线圈KM能通电。ABJKA1KA2KM（a）逻辑符号）逻辑符号 （b）控制线路实例）控制线路实例图图1.22 逻辑逻辑“与与”（2）“或”运算（逻辑加）逻辑代数中运算符号“+”读作“或”。“或”运算的真值表如表1.3所示。表表1.3或运算或运算实现逻辑乘的器件叫做“或”门，它的逻辑符号如图1.23（a）所

25、示，图1.23（b）显示出了继电控制线路中“或”运算的实例，它表示触点的并联，可写成KMKA1+KA2，当触点KA1或KA2接通，或者KA1和KA2多接通时，接触器线圈都可通电。图图1.23 逻辑逻辑“或或”+ABJKA1KA1KM（a）逻辑符号）逻辑符号 （b）控制线路实例）控制线路实例（3）“非”运算（逻辑非）逻辑代数中“非”运算的符号用变量上面的短横线表示，读作“非”。“非”运算的真值表如表1.4所示。它表示了事物相互矛盾的两个对立面之间的关系。这种规律的因果规律称为“非”逻辑关系。表表1.4 非运算非运算 实现逻辑“非”的器件叫做“非”门，它的逻辑符号如图1.24（a）所示，图1.24

26、（b）示出了继电控制线路中“非”运算的实例，通常称KA为原变量，为反变量，它们是一个变量的两种形式，如同一个继电器的一对常开、常闭触点，在向各自相补的状态切换时同步动作。图（b）中，触点KA的取值与线圈KM的取值相同，而KM1与继电器的常闭触点的取值相同，所以，故实现了非运算。AJKA1KMKMFKM1（a）逻辑符号 （b）控制线路实例图图1.24 逻辑逻辑“非非”2.逻辑函数与继电接触控制线路图 （1）逻辑函数 （2）逻辑图和继电接触控制线路图 由继电接触控制线路图写出逻辑函数 由逻辑函数画出继电接触控制线路 图1.25（a）为一个最简单的起-保-停线路，接触器线圈是串接在由触点构成的网络上

27、，然后与电源相接，是一个串联电路。它的逻辑函数是：图1.25（b）为图（a）的反演电路，实现的逻辑功能完全相同，接触器线圈与触点网络并联，所以图（b）是并联电路。图中所接的电阻R是限流电阻，防止电源短路。原理是通过开关网络使线圈的两端短接（线圈不通电）或不予短接（线圈通电），来控制线圈。所以串联电路是直接控制原理，并联电路是旁路控制原理。图图1.25 串联和并联继电接触控制线路串联和并联继电接触控制线路返回本节返回本节SB1SB2KMKMRKMSB2SB1KM（a）（b）1.4控制系统实例 1.4.1主轴和进给电动机的控制 1.4.2 快速移动 1.4.3工作台或主轴箱与主轴机动进给联锁 返回

28、本章首页返回本章首页下面以镗床下面以镗床为例，分析为例，分析其控制线路其控制线路的应用和控的应用和控制系统的组制系统的组成。图成。图1.26为为镗床电气控镗床电气控制原理图。制原理图。图图1.26T68镗床控制原理图镗床控制原理图L1L2L3FU1MKSMnnQKM1KM2FU2KM3RRKM3KRKM4KM5KM5KM6KM7TELFU4Q1XSXPHLSQ5SQ6SBSB1FU3FRKA1KA1KA2SB2KA1KA2KA2SQ3SQ1KM3KA1KA2KTSQKVSB3KM2KM1KVSQ4SQ2KM3SB4KM1KM2KVKM1KM2KT1KM5KM4KM4KM5KM6KM7KM7KM

29、6KT1SQ7SQ8SQ9SQ10SQ9SQ1012n.1.4.1主轴和进给电动机的控制 1.M1电动机的正反转控制 2.高速与低速的转换 3.3M1电动机的停车制动 4.4点动控制 5.5主轴及进给变速控制 6.（1）停车变速 7.（2）运行中变速 返回本节返回本节1.4.2 快速移动 主轴、工作台和主轴箱的快速移动，由快速手柄并联动行程开关SQ9、SQ10，控制接触器KM6、KM7，从而控制M2 快速移动电动机来实现的。快速手柄扳到中间位置，SQ9、SQ10不被压下，M2 电动机停止转动；扳到正向位置，SQ10接通，SQ9断开，KM6通电，M2电动机正转；扳到反向位置，SQ9接通，SQ10

30、断开，KM7通电，M2 电动机反转。返回本节返回本节1.4.3工作台或主轴箱与主轴机动进给联锁 为防止主轴箱或工作台机动进给时出现将花盘刀架或主轴扳到机动进给的误操作，一般都安装一个行程开关SQ5以便与主轴箱和工作台操纵手柄有机械联动，另外在主轴箱上再设置一个行程开关SQ6以便与主轴进给手柄和花盘刀架进给手柄有机械联动。如果主轴箱或工作台的操纵手柄在机动进给时，SQ5断开，此时若将花盘刀架或主轴进给手柄也扳到机动进给位置，SQ6也断开，这样切断了控制电路的来源，所以M1电动机停转，同时，M2电动机也无法开动，从而起到联锁保护的作用。返回本节返回本节THANK YOU VERY MUCH！本章到

31、此结束，谢谢您的光临！返回本章首页返回本章首页结结 束放映束放映第2章可编程序控制器概论 2.1PLC的发展、分类及应用 2.2结构和工作原理 2.3技术性能指标 2.4编程语言 本章内容包括：l PLC的发展、分类及应用 l 结构及工作原理 l 主要技术性能指标 l 常用编程语言返回本章首页返回本章首页2.1PLC的发展、分类及应用 2.1.1产生 2.1.2发展 2.1.3特点 2.1.4分类 2.1.5应用 返回本章首页返回本章首页2.1.1产生 可编程序逻辑控制器PLC产生于1969年，最初只具备逻辑控制、定时、计数等功能，主要是用来取代继电接触器控制。现在所说的可编程序控制器PC（P

32、rogrammable Controller）是1980年以来，美、日、德等国由先前的可编程序逻辑控制器PLC进一步发展而来。1985年，国际电工委员会IEC对可编程序控制器作了如下规定：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。返回本节返回本节2.1.2发展 1.发展及现状 2.发展趋势（1）与计算机联系密切（2）发展多样化（3）模块化（4）网络与通信能力增强（5）多样化与标准化（6）工业软件发展迅速 返回本节返回本节2.1.3特点 1.可靠性高 2.功能强大 3.简单方便 返回本节返回本节2.1.4分类 1.从结构上 可编程序控制器从结构上可分为整体式和模块式。

33、2.从规模上 按PLC的输入输出点数可分为小型、中型和大型。返回本节返回本节2.1.5应用 1.工业 1）开关量控制，如逻辑、定时、计数、顺序等；2）模拟量控制，部分PLC或功能模块具有PID控制功能，可实现过程控制；3）监控，用PLC可构成数据采集和处理的监控系统；4）建立工业网络，为适应复杂的控制任务且节省资源，可采用单级网络或多级分布式控制系统。2.其他行业 可编程序控制器在其他行业的应用也日益广泛：在国防和民用，如建筑，环保，家用电器等。返回本节返回本节2.2结构和工作原理 2.2.1结构 2.2.2工作原理 返回本章首页返回本章首页2.2.1结构 PLC专为工业场合设计，采用了典型的

34、计算机结构，主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。图2.1为一典型PLC结构简图。图图2.1结构简图结构简图CPU存储器电源部分输入单元输出单元编程器或其他设备按钮接触器电磁阀指示灯行程开关继电器触点1.中央处理单元 中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片上。CPU的主要功能：1）从存储器中读取指令 2）执行指令 3）顺序取指令 4）处理中断 2.存储器 1）只读存储器 2）随机存储器RAM 3.输入输出单元 （1）输入接口电路 （2）输出接口电路 通常PLC的输入类型可以是直流、交流和交直流。输入电路的电源可由外部供给，有的

35、也可由PLC内部提供。图2.2和图2.3分别为一种型号PLC的直流和交流输入接口电路的电路图，采用的是外接电源。图2.2描述了一个输入点的接口电路。其输入电路的一次电路与二次电路用光耦合器相连，当行程开关闭合时，输入电路和一次电路接通，上面的发光管用于对外显示，同时光耦合器中的发光管使三极管导通，信号进入内部电路，此输入点对应的位由0变为1。即输入映像寄存器的对应位由0变为1。图图2.2 直流输入电路图直流输入电路图内部电路COM输入1输入 n图图2.3交流输入电路图交流输入电路图返回本节返回本节内部电路COM输入1输入n.（2）输出接口电路。输出电路有继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型

36、3种。继电器输出型的工作原理如图2.4（a）所示，当内部电路的状态为1时，使继电器线圈通电，产生电磁吸力，触点闭合，负载得电，同时点亮LED，表示该路输出点有输出；当内部电路的状态为0时，继电器线圈断电，触点断开，负载断电，同时LED熄灭，表示该路输出点无输出。继电器输出型属于有触点输出方式，响应速度慢、动作频率低，适用于低频大功率直流或交流负载。晶体管输出型的工作原理如图2.4（b）所示，当内部电路的状态为1时，光电耦合器导通，使晶体管饱和导通，负载得电，同时点亮LED，表示该路输出点有输出；当内部电路的状态为0时，光电耦合器断开，大功率晶体管截止，负载失电，LED熄灭，表示该路输出点无输出

37、。晶体管输出型属于无触点输出方式，响应速度快、动作频率高，只适用于高频小功率直流负载。（a）（b）（c）图2.4 PLC输出接口电路2.2.2工作原理 1.循环扫描 PLC采用循环扫描工作方式，这个工作过程一般包括五个阶段：内部处理、与编程器等的通信处理、输入扫描、用户程序执行、输出处理，其工作过程如图2.5所示。图2.5中当PLC方式开关置于RUN（运行）时，执行所有阶段；当方式开关置于STOP（停止）时，不执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对PLC联机或离线编程。图图2.5 工作原理图工作原理图内部处理通信处理输入扫描执行用户程序输出处理RUN 方式？否是开 始按钮接触器按钮输入电路输

38、入映像寄存器输出映像寄存器输出电路（）程序执行图2.6 程序执行原理图（2）工作特点。PLC的工作方式的特点为集中采样和集中输出。集中采样：在一个扫描周期中，对输入状态的采样只在输入处理阶段进行。当PLC进入程序处理阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样。集中输出：在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从输出映像寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其他阶段里输出状态一直保存在输出映像寄存器中。集中采样和集中输出的循环扫描工作方式使得PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系

39、统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。但同时也会导致PLC输入输出响应滞后，降低系统的响应速度。2.与计算机的异同 相同点：（1）基本结构相同 （2）程序执行原理相同 不同点：两者的不同点主要体现在工作方式上。3.与继电接触器的异同 相同点：图形结构和逻辑关系相同。不同点：（1）实现原理不同（2）工作方式不同返回本节返回本节2.3技术性能指标 1.外形尺寸 2.输入输出点数 3.机器字长 4.速度 5.指令系统 6.存储器容量 7.扩展性 8.通信功能 返回本章首页返回本章首页2.4编程语言 1.梯形图 2.语句表 3.逻辑符号图 4.高级语言 返回本章首页返回本章首页THANK YOU VER

40、Y MUCH！本章到此结束，谢谢您的光临！返回本章首页返回本章首页结束放映结束放映第3章S7-200可编程序控制器 3.1S系列PLC发展概述 3.2S7-200 PLC系统组成 3.3 编程元件及程序知识 3.4相关设备 3.5工业软件 本章学习目的 本章以西门子公司生产的S7-200系列小型可编程序控制器为例，介绍具体型号的PLC，内容包括：l S系列PLC发展概述 l S7-200 可编程序控制器的系统组成 l 编程元件及程序知识 l 相关设备 l 常用工业软件返回本章首页3.1S系列PLC发展概述 德国的西门子（SIEMENS）公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商，生产的SIMATIC

41、可编程序控制器在欧洲处于领先地位。其第一代可编程序控制器是1975年投放市场的SIMATIC S3系列的控制系统。在1979年，微处理器技术被应用到可编程序控制器中，产生了SIMATIC S5系列，取代了S3系列，之后在20世纪末又推出了S7系列产品。最新的SIMATIC产品为SIMATIC S7、M7和C7等几大系列。返回本章首页3.2S7-200 PLC系统组成 3.2.1系统基本构成 3.2.2主机结构 3.2.3工作方式 3.2.4特殊功能模块 3.2.5 输入输出扩展 3.2.6输入输出组态配置 返回本章首页 从CPU模块的功能来看，SIMATIC S7-200系列小型可编程序控制器

42、发展至今，大致经历了两代：第一代产品其CPU模块为CPU 21X，主机都可进行扩展，它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU 212，CPU 214，CPU 215和CPU 216，对第一代PLC产品不再作具体介绍。第二代产品其CPU模块为CPU 22X，是在21世纪初投放市场的，速度快，具有较强的通信能力。它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU 221，CPU 222，CPU 224和CPU 226，除CPU 221之外，其他都可加扩展模块。3.2.1系统基本构成 SIMATIC S7-200系统由硬件和工业软件两大部分构成，如图3.1所示。EM1扩展模块EM2扩展模块EMn扩展模块T

43、D200文本显示器TP系列触摸屏通信及网络设备计算机工业软件CPU主 机其他设备图3.1S7-200 PLC系统组成 系统基本构成 1.硬件（1）基本单元 （2）扩展单元 （3）特殊功能模块 （4）相关设备 2.工业软件 工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序、文档及其规则的总和，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几大类构成。返回本节3.2.2主机结构 1.各CPU介绍及I/O系统（1）主机外形SIMATIC S7-200系统CPU 22X系列PLC主机（CPU模块）的外形如图3.2所示：图3.2S7-200主机外形状态显示通信口顶部端子盖电 源及输出端子前

44、盖 方式开关、电位器、扩展I/O连接底部端子盖输入端子、传感器电源存储器卡（2）基本结构特点输出信号类型电源输出 基本I/O 存储安全 高速反应 模拟电位器 实时时钟 输入输出可扩展性 4种CPU各有晶体管输出和8继电器输出两种类型，具有不同电源电压和控制电压。各类型的型号如表3.2所示。表3.2CPU型号 2.存储系统（1）存储系统（2）存储器及使用（3）存储安全 图3.3存储系统个人计算机存储器卡用户程序CPU 组态V 存储器M 存储器用户程序CPU 组态V 存储器M 存储器定时器和计数器当前值CPURAMEPROM表3.3存储容量（2）存储器及使用 上装和下装用户程序 定义存储器保持范围

45、 用程序永久保存数据 存储器卡的使用（3）存储安全1）主机CPU模块内部配备的EEPROM，上装程序时，可自动装入并永久保存用户程序、数据和CPU的组态数据。2）用户可以用程序将存储在RAM中的数据备份到EEPROM存储器。3）主机CPU提供一个超级电容器，可使RAM中的程序和数据在断电后保持几天之久。4）CPU提供一个可选的电池卡，可在断电后超级电容器中的电量完全耗尽时，继续为内部RAM存储器供电，以延长数据所存的时间。5）可选的存储器卡可使用户像使用计算机磁盘一样来方便地备份和装载程序和数据。返回本节3.2.3 工作方式 工作方式 1）STOP方式 2）RUN方式 改变CPU工作方式的方法

46、 1）用PLC上的方式开关来手动切换，方式开关有3个挡位。2）用STEP 7-Micro/Win32编程软件，应首先把主机的方式开关置于TERM或RUN位置，然后在此软件平台用鼠标单击STOP和RUN方式按钮即可。3）在用户程序中用指令由RUN方式转换到STOP方式，前提是程序逻辑允许中断程序的执行。3.2.4 特殊功能模块（1）数字量扩展模块（2）模拟量扩展模块（3）热电偶、热电阻模块（4）通信扩展模块1.设备连接 图3.7I/O扩展示意图(a)面板安装 (b)标准导轨安装 3.2.5输入输出扩展输入输出扩展 输入输出扩展 实例1输入输出扩展方案设计（1）扩展点数计算。CPU 224主机有1

47、4点数字输入，10点数字数出，没有模拟量输入和数出点。因此：需要扩展的数字输入点数 24-1410需要扩展的数字输出点数 20-1010需要扩展的模拟输入点数 6-06需要扩展的模拟输出点数 2-02（2）硬件组态方案设计。本系统可有多种不同模块的选取组合，以下是可能应用的两种方案。方案1：EM221(8I)2；EM222(8O)2；EM231(4AI)2；EM232(2AO)1方案2：EM221(8I)1；EM222(8O)1；EM223(4I4O)1；EM235(4AI1AO)22方案验证PLC的扩展能力是有限的，限制PLC扩展能力的因素包括：CPU允许的最多扩展模块数。映像寄存器的数量。

48、CPU为扩展模块所能提供的最大电流和每种扩展模块消耗的电流。即PLC主机连接的扩展模块的数量不能超过该主机允许的扩展模块数量；扩展模块点数之和不能超过主机输入和输出映像寄存器的总数；所有扩展模块消耗的电流不能超过CPU所能提供的电流。在根据需要扩展的输入输出点确定了扩展模块组合方案后，必须对方案进行验证，以确保扩展方案不会超出PLC主机的扩展能力。下面以方案2为例介绍验证方法。CPU 224可以扩展7个模块，方案2中的扩展模块的总数为5个，符合要求。CPU 224有数字量映像寄存器数量为256，输入模拟量映像寄存器为32，输出模拟量映像寄存器为32，方案2中扩展模块点数之和远小于主机输入输出映

49、像寄存器之和，符合要求。CPU 22X可连接的各扩展模块消耗5VDC电流如表3.7所示。扩展模块编号扩展模块型号模块消耗电流（mA）1EM 221 DI8DC24V302EM 222 DO8DC24V503EM 222 DO8继电器404EM 223 DI4/DO4DC24V405EM 223 DI4/DO4DC24V/继电器406EM 223 DI8/DO8DC24V807EM 223 DI8/DO8DC24V/继电器808EM 223 DI16/DO16DC24V1609EM 223 DI16/DO16DC24V/继电器15010EM 231 AI412位2011EM 231 AI4热电耦

50、6012EM 231 AI4RTD6013EM 232 AQ212位2014EM 235 AI4/AQ1123015EM 277 PROFIBUS-DP150各CPU所能提供的最大5VDC电流如表3.6所示。CPU型号221222224226最大扩展电流(mA)03406601000表3.6 CPU提供的电流方案2中扩展模块消耗的电流之和301+501+401+302 180mA，没有超过CPU 224允许的660mA驱动电流，满足要求。3扩展设备的连接进行I/O扩展时，可以在CPU右边依次连接多个扩展模块，在不同模块组合方案中，各模块在I/O链中的位置排列方式也可以有多种，图3.8所示为方案