1、第三章 开关量控制装置及应用第一节 继电器逻辑控制原理及实例一、常用控制电器及符号二、继电器原理线路图绘制的一般原则三、典型应用线路图3-1 报警线路图3-2 联锁控制电路图3-3 顺序启动线路图3-4备用电源自动投入电路图3-5 电动门控制电路图3-6高压用电动机控制电路第二节 可编程序控制器定义和应用综述一、可编程控制器的特点二、可编程序控制器的分类三、编程语言四、编程工具第三章 开关量控制装置及应用第三节 可编程序控制器工作过程和I/O接线图3-7PLC的构成框图一、可编程序控制器的工作过程图3-8PLC扫描过程图3-9PLC用户程序工作过程二、可编程序控制器的I/O接线图3-10 直流
2、输入电路图3-11 继电器输出单元三、可编程序控制器的I/O接口的抗干扰设计图3-12 输入漏电流的处理图3-13 输出漏电流的处理图3-14 输出冲击电流的处理图3-15 感性负载的浪涌抑制器图3-16 输出负载的抗干扰第三章 开关量控制装置及应用第四节 可编程序控制器的软件及编程语言一、梯形图（Ladder diagram）图3-17继电器逻辑图（a）和梯形图（b）二、语句表（Instruction list）与图3-17对应的语句表编程语言：三、功能模块图（Function block diagram）图3-18功能模块图示例图3-19 功能块图的不同图例四、顺序功能图语言（Sequen
3、tial function chart）图3-20顺序功能图示例五、结构文本（Structured text）步序指令符号元件号步序指令符号元件号1LDX14OUTY12ORY15LDIX33ANIX2（与非）6OUTY2第三章 开关量控制装置及应用第五节 可编程序控制器的梯形图编程和实例一、梯形图语言图3-21梯形图的构成和规则图3-22梯形图的实例二、梯形图的基本要求表3-2接点的特性表3-3线圈的特性图3-23计时的表示方式三、梯形图的顺序控制功能图3-24线圈记忆的方法表3-4 顺序运算功能表3-5 数值运算功能表3-6 逻辑运算功能表3-7 数据处理运算功能表3-8 程序控制功能第三
4、章 开关量控制装置及应用第五节 可编程序控制器的梯形图编程和实例四、梯形图的标准五、与继电器电路图的比较图3-25移位寄存器图3-26把梯形图看作继电器回路图六、梯形图的缺点七、应用实例图3-27 PLC设计应用步骤图3-28 燃油炉示意图图3-29 启动过程流程图3-30 停止和异常状态监视流程图3-31 水位超限保护框图 表3-10 I/O点编号的分配图3-32 SFC与STL指令图3-33 采用步进指令编制的程序第三章 开关量控制装置及应用第六节 顺序功能图结构及应用一、SFC的思考方法图3-34 典型自动化系统框图二、应用规则和结构图3-35SFC的基本图形图3-36单序列结构图3-3
5、7选择结构表3-11多分支和并行结构的规则图3-38当型循环结构图3-39直到型循环结构图3-40层次化图3-41重复使用同一序列图3-42宏观化图3-43并行分割三、应用实例图3-44SFC表达示例图3-45SFC表达管理进程示例第三章 开关量控制装置及应用第七节 顺序功能图结构及应用一、采用具有保持功能 指令或闩锁继电器指令的编程方法图3-46 采用具有保持功能的指令实现带循环的单序列图3-47 采用具有保持功能的指令实现带循环的选择序列图3-48 采用具有保持功能的指令实现带循环的并行序列二、采用辅助继电器代替S状态寄存器的编程方法图3-49 采用辅助继电器实现带循环的单序列图3-50
6、采用辅助继电器实现带循环的选择序列图3-51 采用辅助继电器实现带循环的并行序列三、采用辅助继电器代替S状态寄存器的方法实现带循环的并行序列图3-52 采用以转换条件为依据实现带循环的单序列图3-53 采用以转换条件为依据实现带循环的选择序列图3-54 采用以转换条件为依据实现带循环的并行序列四、采用移位寄存器的编程方法图3-55 采用移位寄存器的方法实现带循环的单序列图3-1 报警线路1KA1X11KA1HLX22KA11KA22KA23KA13KA22KA2HL2SB1SB3KAHA图3-2 联锁控制电路M2M12#输料皮带1#输料皮带1FU1KM35 M1FRM11FR1KM11KM2S
7、B1SB2FU2KM24 M2FRM22FR2KM14SB3SB1KM22KMQ图3-3 顺序启动线路1FU1KM24 M1FR1MYV2SB1SB2FU2KM1-3 M2FR1SP1KA1HL1KM2KM1KM11FRP1KA2IKA12SP2KA2HLP2KA12KA22FR2M图3-4 备用电源自动投入电路1FU1KM132FU2KM131QK2QK2KM41KM1KM42KM1#电源2#电源至用电设备图3-5电动门控制电路 MK5K4K3QK2K1S7S5S3S6S4T闭锁K4K3K3K2K4K1闭锁K3K4K5L1 L2 L3NS3HRS8K3K4S4HGK1S1自动启动K7K2S2
8、自动停止K8K6S3S4S5S6S4K6故障信号故障信号Q电动机保护开关（自动控制开关）；M三相交流电机；HR红色信号灯；HG绿色信号灯；T降压变压器；S1、S2开阀、关阀按钮；S3、S4开阀和关阀到位行程开关；S5、S6开阀和关阀方向力矩开关；S7温度开关；K1、K2开阀和关阀中间继电器；K3、K4开阀和关阀接触器；K5热继电器；K6延时继电器；K7、K8开阀和关阀的自动/手动切换继电器的转换触点；AB图3-6 高压用电动机控制电路保护回路Q1.3K4K5.2(V)K5.3S1K1K2K6.3HGR1K6.4闪光信号K6.5K6.6HRR2K3S2S3K5.4Q1.2Q1.4K5.1(I)K
9、8S2S1K2K3K6.8K6.1K6.2K6.7K7Q1.5Q1高压用控制电动机油断路器；Q1.1断路器 Q1的合闸线圈（图中未画出）；Q1.2断路器 Q1的分闸线圈；Q1.3、Q1.4、Q1.5表明断路器 Q1状态的动开或动闭触电；S1、S2手动合闸、分闸双联按钮；S3就地事故按钮；K1联锁合闸按钮；K2、K3程控装置来合闸、分闸双联触电；K4合闸接触器；K5.1、K5.2防跳跃继电器 K5的电流线圈和电压线圈；K5.3、K5.4防跳跃继电器 K5的触点；K6.1、K6.2双位继电器 K6的启动线圈和复归线圈；K6.3K6.8双位继电器 K6的触点；K7事故继电器；K8联锁分闸触点；HR红
10、色信号灯；HG绿色信号灯；R1、R2不动作限流电阻图3-7 PLC的构成框图输入接口中央处理单元存储器输出接口编程单元地址总线控制总线数据总线电源单元SQ开关或传感器继电器触点行程开关模拟量输入指示灯电磁装置电动机其它执行装置或接触器 M图3-8 PLC扫描过程内部处理通信操作输入处理程序执行输出处理停止运行图3-9 PLC用户程序工作过程输入端子输出端子输入映像寄存器输出映像寄存器输出锁存电路X1Y1X2Y1X3Y2输入采样程序执行输出刷新读读读写图3-10 直流输入电路CCOMLEDR2R1内部电路PLC24VDC图3-11 继电器输出单元COMLEDR输出锁存器PLC负载内部电路图3-1
11、2 输入漏电流的处理传感器输入电源PLC泄放电阻R图3-13 输出漏电流的处理负载电源PLCCOMOUT泄放电阻R负载图3-14 输出冲击电流的处理负载电源PLCCOMOUT负载电源PLCCOMOUT泄放电阻R泄放电阻R(a)(b)图3-15 感性负载的浪涌抑制器INCOM二极管PLCOUTCOMPLCLDC 输入L浪涌抑制器交流负载：继电器接点或双向可控硅输出OUTCOMPLCL直流负载：继电器接点或晶体管输出二极管(a)(b)(c)图3-16 输出负载的抗干扰负载负载交流电源时：C：0.5F20%,min耐压：最小1500VR：5030%,0.5w直流电源时：选择一个二极管，其击穿电压和额
12、定电流取决于负载(a)(b)1KA1KA1S1S2SQ2KMX1X2Y1Y2X3Y1图3-17 继电器逻辑图（a）和梯形图（b）图3-18 功能模块图示例X1X2X3Y1Y2图3-19 功能块图的不同图例&AND=ORNOT与门电路或门电路非门电路图3-20 顺序功能图示例步1步2步3动作（或命令）1动作（或命令）2转换条件1转换条件2图3-21 梯形图的构成和规则1线圈24356213456左母线左（Power Rail）右母线右（Power Rail）处理由上而下Power的流向上下两方向均可以Power的流向 单方向I1Q1I5Q2I7I12I2I3I6I10I8I13I4I11I9Q3
13、接点、线、线圈的粗线部表示 ON状态图3-22 梯形图的实例表3-2 触点的特性类型符号动作a接点b接点正方向变化检测接点负方向变化检测接点XXXPXNa接点ONOFFX10ON10OFFb接点X1100接点右接点右T1100接点右接点右T注：T：控制周期变化检测接点用于记忆接点左侧的状态表3-3 线圈的特性图3-23 计时图3-24 记忆I1Q1I2I5I6Q1I3I4起动停止运行I3I4I5I6I1I2I3I4Q1SQ1R运行停止运行起动（a）通常的线圈记忆（b）复位、置位线圈记忆表3-4 顺序运算功能顺序运算功能内容1逻辑运算信号与、或、非及串行、并行的执行2输出把逻辑运算结果送到外部输
14、出或内存3置位与复位只在信号变化时把输出置位（开）、复位（关）4移位把ON、OFF信号顺序送到移位寄存器5脉冲（微分）检测信号的上升沿、下降沿变化6主控制程序的块切换7计时根据计时器计时8计数由计数器记录信号变化的次数表3-5 数值运算功能数值运算功能内容1四则运算加减乘除的固定小数点或浮点小数的运算2加、减指定运算对象的内容加 1或减13函数运算三角函数、对数、开方运算4PID运算模拟量数值化的比例（P）、积分（I）、微分（D）运算5求补运算二进制的正负数间的符号变换6比较运算判定数值间的大于、小于、等于7常数产生产生二进制数、十六进制数、BCD码8码制变换二进制数和 BCD码变换图3-25
15、 移位寄存器图3-26 把梯形图看作继电器回路图时2100634175891011101图3-27 PLC设计应用步骤符合设计要求？确定控制任务和设计要求PC机型的选择控制流程的设计安装、配线等软件设计及调试联机调试交付使用调整软、硬件是否图3-28 燃油炉示意图图3-29 启动过程流程步0燃油预热启动启动1min定时器步1蒸汽压力未超限水位正常（水位低于高限，水位高于低限）鼓风机送风点子火（启动点火变压器）步21min定时器到点母火（瓦斯阀打开）子火关闭步310s定时器到1母火关闭步4点火结束启动开始D=5s喷油（喷油泵打开）启动10s定时器步0燃油预热停止喷油停止步1停止或蒸汽压力超限或水
16、位超过上限或水位低于下限停鼓风机送风步220s定时器到步31停炉结束点火结束启动20s定时器图3-30 停止和异常状态监视流程水位低启动结束水位高ANDAND关闭排水阀打开进水阀打开排水阀关闭进水阀图3-31 水位超限保护框图表3-10 I/O点编号的分配输入设备输入点编号输出设备输出点编号启动按钮X0燃油预热器接触器Y0停止按钮X1鼓风机接触器Y1蒸汽压力开关X2点火变压器接触器Y2水位上限开关X3瓦斯阀Y3水位下限开关X4喷油泵接触器Y4S22S23Y2STL S22OUT Y2LD X2SET S23STL S23LDSTLS22Y2S23X2X2SETS23图3-32 SFC与STL指
17、令X0S1SETS1S3T0=1minX2X3X4SETY0TOSETS2S2SETY1SETY2SETY3T1=5sT1SETY4T2=10sT2SETS3RSTY2RSTY3SETS4T3=20sT3SETS5X1S4X2X3X4RSTY4RSTY0S5RSTY1SETS6X3S4Y6Y5X4S4Y5Y6图3-33 采用步进指令编制的程序控制装置控制对象（机械、传感器、传动装置）操作者指令原材料指令报告报警产品图3-34 典型自动化系统框图*启动电机 M并保持打开阀门N*初始步*表示步名a&b步*表示步名转换条件转换有向连线动作S1图3-35 SFC的基本图形03c命令A04d命令B命令A
18、命令B(a)(b)图3-36 单序列结构ABp真假命令 B(a)(b)05060708命令 Aeefgh图3-37 选择结构例规则91012ef12多分支选择结构开始 用水平线下连接多个转换，表示选择开始 转换上的数字 1，2表示转换条件成立时的优先度，无数字时左侧优先 选择的分支具有唯一性111314hj多分支选择结构结束 几个分支会合到一个公共序列，用与需要重新组合的分支相同数量的转换符号表示。多个转换只允许标在水平线之上151618b171920d并行结构开始 双重水平线上有唯一一个转换，表示并行顺序的最初步同步开始 以下的步独立动作并行结构结束 双重水平线下有唯一一个转换 双重水平线上
19、的并行顺序的最后步全部激活后，双重水平线下的唯一转换条件满足时，表示以上几个序列同时同步停止，并行步结束。表3-11 多分支和并行结构的规则pA真假0910命令Aeeij(a)(b)08图3-38 当型循环结构Ap假真1112eek命令A(a)(b)图3-39 直到型循环结构S2S3S1S4S5S32S33S31S34S35S332S333S331S334S337S335S336abdcadbc图3-40 层次化07X42序列344256X42序列344235413442.任务终止命令H命令K“任务终止”1X07+X56图3-41 重复使用同一序列小车行走控制小车行走控制启动按钮开关一进到位开
20、关二进到位开关后退到位开关BOOLBOOLBOOLBOOLTIME一退到位停止时间小车行走马达 MC（前进/停止）小车行走马达 MC（后退/停止）BOOLBOOL图3-42 宏观化S2S3S1S4S7S5S6自动顺序运转停止处理启动异常处理运转模式顺序正常停止异常停止恢复恢复循环运转开始图3-43 并行分割准备第1步第2步第3步第4步第5步PBLS11LS12TLS13LS12前进到位后退到位定时器前进到位后退到位 前进MC1驱动前进MC1驱动后退MC2驱动后退MC2驱动启动定时器LS12LS11LS13前进（a）（b）图3-44 SFC 表达示例25.00初期工程第1工程第4工程第7工程第1
21、1工程第13工程开工.吊装完成.到施工期限 炉架构建吊装锅炉组合件吊装限期25天限期20天.吊装完成.到施工期限锅炉受热面安装限期30天.安装完成.到施工期限.安装完成.到施工期限.酸洗完成.到施工期限锅炉酸洗管路安装限期40天锅炉酸洗限期5天第14工程.已恢复.到施工期限锅炉酸洗管路恢复限期20天第15工程.冲管完成.到施工期限点火冲管限期7天第16工程.已恢复.到施工期限冲管后恢复限期7天结束工程第3工程汽机房吊装限期30天.吊装完成.到施工期限第5工程汽机基础限期20天.基础完成.到施工期限第6工程汽机安装限期90天.安装完成.到施工期限.吊装完成.到施工期限第2工程除氧煤仓间构件吊装限
22、期45天第9工程.酸洗完成.到施工期限锅炉辅机安装限期45天第10工程.试转成功.到期限锅炉辅机设备试转限期30天结束工程结束工程结束工程进度标志进度标志第12工程.安装完成.到施工期限四大管道安装限期60天结束工程结束工程第8工程.安装完成.到施工期限除氧器安装、除氧器给水管安装限期60天完工工程标尺工程标尺进度标尺进度标尺图3-45 SFC 表达管理进程示例图3-46 采用具有保持功能的指令实现带循环的单序列KEEPKEEP01001253152000120003 002032000301002200022000200202200032000220003KEEP20002200010020
23、120001200022000301002010012000100201002020020325315图3-47 采用具有保持功能的指令实现带循环的选择序列KEEPKEEPKEEP01201253152000020003 0020520001200020120220001200000020120003200000020220003200012000220002KEEP200032000100203200020020420000012032000320001200030120301201002010020300205253152000201202200000020200204图3-48 采用具有
24、保持功能的指令实现带循环的并行序列KEEPKEEPKEEP01201253152000020005 0020620002200050120220001200000020020004200002000120002KEEP2000120000002002000100203KEEP20003KEEP200042000200204200052000300205200052000220003200042000501205200012000301201002000020300205253152000201202200000020420004200050020601205图3-49 采用辅助继电器实现带循环
25、的单序列SETSETSETM0M1M0RSTM2Y1M8002M0X1M1X2SETRSTY2X3M2M1M0M1M2Y2Y1M0X1X2X3M8002图3-50 采用辅助继电器实现带循环的选择序列M0RSTM1SETRSTY2X4M2M0M3SETM1M0X1SETM0M8002SETM2X2Y1SETM3X3Y3SETM0X5RSTM1RSTM2M3M1M3Y3Y1X1X3X5M8002M2Y2M0X2X4图3-51 采用辅助继电器实现带循环的并行序列M0RSTM1SETRSTY2X4M2M0M4SETM1M0X0SETM0M8002SETM2Y1SETM3X3M3M2M1SETM5X5Y
26、5SETM0X6RSTRSTM4M4M5M1M3X0X3X5M8002M2Y2X4M4M5X6Y5Y1M0M3RSTRSTM4M1M2M3图3-52 采用以转换条件为依据实现带循环的单序列SSSM0M1M0RM2Y2M8002M0X1M1X2SRY1X3M2M1M0RM2M1M2M1M2Y2Y1M0X1X2X3M8002图3-53 采用以转换条件为依据实现带循环的选择序列SSSM0M1M0RM3Y2M8002M0X1M1X3SRY1X5M3M1M0RM3M1M2SM2X2RM0SX4M2M3RM2M3Y3M1M3Y3Y1X1X3X5M8002M2Y2M0X2X4图3-54 采用以转换条件为依据
27、实现带循环的并行序列SSSM0M1M2SM3Y2M8002M0X0M1X3SRY1X4M2M1M4RM2M1M2M0RSRM3X5RM4M3M4M5SX6M5M0RM5M5Y5M1M3X0X3X5M8002M2Y2X4M4M5X6Y5Y1M0图3-55 采用移位寄存器的方法实现带循环的单序列Y3OUTRSTSFTY1Y2X0M1M2 M3M4M0X1X2X3X4M3M2M1M1M2M3M0M15M1M2Y2Y1M0X1X2X3M3X4Y3X0微型机OMRON 公司的SP系列小型机OMRON 公司的CPM1A、CQM 系列松下公司的FP1 系列中型机OMRON 公司的C200H西门子公司的S7-
28、300大型机OMRON公司的公司的C1000H松下公司的松下公司的FP3COMRON 公司的公司的2000H超大型机美国美国GE公司的909070机，其点数可达机，其点数可达2400024000点，另外还有8000路的模拟量。超小型PLCSPLC/uPLC 3入3出干接点式交流输入式双极型晶体管式晶闸管式被控对象对控制的要求：如图所示，送料小车在限位开关X4处装料，20s后装料结束，开始右行，碰到X3后停下来卸料，25s后左行，碰到X4后又停下来装料，这样不停地循环工作，直到按下停止按钮X2。按钮X0和X1分别用来启动小车右行和左行。梯形图分析：设小车在启动时是空车，按下左行启动按钮X1，Y1
29、得电，小车开始左行，碰到左限位开关时，X4的常闭触点断开，使Y1失电，小车停止左行。X4的常开触点接通，使Y2和T0的线圈得电，开始装料和延时。20s后T0被复位。对右行和卸料过程的分析与上面的基本相同。如果小车正在运行时按停止按钮X2，小车将停止运动，系统停止工作。表3-6 逻辑运算功能序号逻辑运算功能内容1AND数据对应位间的逻辑与2OR数据对应位间的逻辑或3Exclusive OR(XOR)数据对应间的异或数据不一致的检测4异或非数据对应间的异或的否定数据一致的检测5NOT数据各位的1和0的非表3-7 数据处理运算功能序号功能内容1传送把运算对象的内容（数据）传送给其他运算对象?根据传送
30、地点的不同，有输出、保存、设定等?数据群的一次传送，同一数据的一次传送，1、0反转的否定传送2转移把数据群一次性向旧标号或者新编号移动3交换输入数据间两个数据的交换4检索从数据群检索具有指定数据内容的对象编号，运算对象个数5计数记录数据中“1”的个数6译码把数值变换成位码7编码把位码变换成数值8置位、复位把位码变换成数值9分离使字数据变成4位一组的独立数据10结合使4位一组的数据结合成16位数据11FIFO先入先出，寄存器的读出和写入12移位字数据中位信息的左右移动13旋转字数据群的一次性左右移动14码交换英文数据的ASCII码变换及其逆变换表3-8 程序控制功能序号功能内容1转移把程序的执行
31、移到指定的步骤编号2条件转移如果条件成立，则把程序的执行移往指定的步骤编号3调用子程序、返回转移到子程序，处理结束后返回4调用微机程序调用微处理器的机器语言程序5循环在指定的程序区间按指定次数反复执行6切换主程序、子程序的切换7中断的许可与禁止中断许可与禁止的指令8结束宣告程序结束，进行内部处理逻辑函数与梯形图：逻辑函数与梯形图：工作原理：工作原理：按下启动按钮SB2,KM1、KM3、KT通电并自保，电动机接成Y型启动，2s后，KT动作，使KM3断电，KM2通电吸合，电动机接成型运行。按下停止按钮、SB1，电动机停止运行。继电器控制电路：继电器控制电路：梯形图：I/O分配：SB1：I0.0 S
32、B2：I0.1KM1：Q0.0 KM2：Q0.1KM3：Q0.2FR:I0.2简化后的梯形图：简化后的梯形图：I/O 分配：分配：按照梯形图语言中的语法规定简化和修改梯形图。为了简化电路，当多个线圈都受到某一串联电路控制时，可在梯形图中设置该电路控制的存储器的位，如M0.0。步进电机的工作原理：步进电机的工作原理：步进电机控制主要有三个重要参数，即转速、转过的角度和转向。由于步进电机的转动是由输入脉冲信号控制，所以转速是由输入脉冲信号的频率决定，而转过的角度由输入脉冲信号的脉冲个数决定。转向由环形分配器的输出通过步进电机A、B、C相绕组来控制，环形分配器通过控制各相绕组通电的相序来控制步电机转
33、向。当CON0，正转时步进机A、B、C相线圈的通电相序为：AAB B BC C CA A当CON1，反转时各相线圈通电相序为：A AC C CB B BA A环形分配器输出除决定于复位信号RESET外，还决定于输出端QA、QB、QC的历史状态及控制信号EN使能信号、CON正反转控制信号和输入脉冲信号。其真值表如表3-12所示。CON1（正转）0（反转）ENCLKABCABC100100110111010010101011011101000111101011100100表3-12 真值表PLC IN代号PLC OUT代号X0CLKY0QAX1ENY1QBX2RESETY2QcX3CON表3-13 PLC输入/输出元件地址分配表梯形图工作原理简单分析：梯形图工作原理简单分析：设初始状态为RESET有效。X2常开触点闭合，Y0输出为“1”状态，Y1、Y2为“0”状态，RESET无效后，上述三输出状态各自保持原状态。CON0（X3=0），当EN（X1=1）有效，且有输入脉冲信号CLK（X0）输入，CLK（X0）上升沿到来，M0辅助继电器常开触点闭合一个扫描周期。在此期间，各输出继电器状态自保持失效，Y0输出保持为“1”状态，Y1输出由“0”变“1”，Y2输出状态为“0”。一个扫描周期过后，M0常开触点断开，常闭触点闭合，各输出继电器状态恢复自保持，等待下一个输入脉冲信号上升沿的到来。
