电气控制与PLC应用复习提纲.docx

“电气控制与PLC应用”复习提纲“电气控制与PLC应用”复习提纲一、题型和分数分布（1）考试形式：开卷考试（2）题型：l 一、填空题 (每题 2 分，共 20 分)l 二、单项选择题(每题 2 分，共 20 分) l 三、判断题 (每题 1 分，共 10 分)l 四、简答题 (每题 10 分，共 40 分)l 五、设计与编程题 (每题 10 分，共 10 分)二、复习材料和顺序最重要的是综合练习题、综合练习题解答以及本复习提纲。先看综合练习题、综合练习题解答和 “电气控制与PLC应用”复习提纲。如果有时间，可以看看实时指导课教案（上课用的PPT）、教材和网上课程空间中的文字材料。考试之前把工作做好，该看的看，该准备的准备。三、各章的复习要点第1章 常用低压电器1电气控制的概念电气控制是以各类电动机或其他执行电器为动力的传动装置与系统为对象，以实现生产过程自动化的控制。2. 电气控制在工业自动化中的地位现在PLC、CADCAM和工业机器人被誉为现代工业生产自动化的三大支柱，在工业自动控制领域占有十分重要的地位。3. 电气控制系统的概念电气控制系统是由电气设备和电气元件按照一定的控制要求连接而成的控制系统。4. 电器的分类电器的种类繁多、功能多样、结构各异，工作原理也不相同。常用的分类有以下几种。A 按工作电压等级分类(1)高压电器。工作电压在AC l200V、DC 1500V以上电路中的电器，如高压断路器、高压隔离开关等。(2)低压电器。工作电压在AC l200V、DC 1500V及以下的电器，如接触器、控制器、按钮等。B 按动作原理分(1)手动电器。 需要人工直接操作次啊能完成指令任务的电器称为手动电器，如刀开关，转换开关、控制按钮等。(2)自动电器。 不需要人工操作，而是按照电的或非电的信号自动完成指令任务的电器，如自动开关、接触器、继电器等。C 按用途分类(1)控制电器。用于各种控制电路和控制系统的电器，要求具有一定通断能力、操作频率高、电器机械寿命长，如接触器、继电器等。(2)保护电器。用于对控制线路和电气设备实施保护的电器，要求有一定通断能力、可靠性高、反应灵敏，如熔断器、热继电器等。(3)主令电器。用于自动控制系统中发送控制指令的电器，要求操作频率高、抗冲击能力强、电器机械寿命长，如按钮、行程开关、万能转换开关等。(4)配电电器。用于电能的输送和分配的电器，要求分断能力强，限流效果好、定性能及热稳定性能好，如断路器、隔离开关、刀开关等。(5)执行电器。用于执行某种动作或传送功能的电器，如电磁铁等。电磁式低压电器基本结构D 按工作原理分类(1)电磁式电器。根据电磁感应原理来工作的电器，如接触器、电磁式继电器等；电磁式电器在低压电器中占有十分重要的地位，在电气控制系统中的应用最为普遍。(2)非电量控制电器。靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器，如温度继电器、速度继电器、热继电器、按钮等。5. 低压断路器的组成低压断路器主要由3个基本部分组成，即触点、灭弧系统和各种脱扣器。脱扣器包括电流脱扣器、失压（欠压）脱扣器、热脱扣器、分励脱扣器、操作机构和自由脱扣机构。6. 接触器的基本组成接触器主要由以下4部分组成：A 电磁机构：将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作。B 触点系统：接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。C 灭弧装置：熄灭触点分断电流瞬间触点之间气隙中产生的电弧。 D 其它：包括释放弹簧机构、支架与底座等。7. 交流接触器工作原理线圈加额定电压，铁芯中产生磁通，因此在衔铁气隙处产生吸力，使衔铁产生吸合动作，常闭触头断开，常开触头闭合；线圈电压消失，吸力消失，衔铁在释放弹簧作用下打开，触头恢复常态。8. 接触器的选择A 交流接触器的选择主要根据主电器的电压和电流来选择。B 根据负载性质选择接触器类型C 额定电压应大于或等于主电路工作电压D 额定电流应大于或等于被控电路的额定电流，对于电动机负载，还应根据其裕兴方式适当增加或减小。E 吸引线圈的额定电压和频率要与所在控制电路的选用电压和频率相一致。9. 继电器的种类A 电磁式继电器输入信号是电压或电流的继电器称为电磁式继电器。(1)电压继电器。触点的动作与线圈电压的大小有关的继电器称作电压继电器。(2)电流继电器。触点的动作与线圈电流的大小有关的继电器称作电流继电器。(3)中间继电器。中间继电器实质上是一种电压继电器，但它的触点数量较多，容量较大,在电路中起信号传递、放大、切换和逻辑控制等作用，主要用于增加触点数量，实现逻辑控制B 时间继电器继电器输入信号输入后，经过一定的延时，才有输出信号的继电器称为时间继电器。(1)通电延时继电器。接收输入信号后延迟一定时间，输出信号才发生变化；当输入信号消失后，输出信号瞬时复原。(2)断电延时继电器。接收输入信号时，瞬时产生相应的输出信号；当输入信号消失后，延迟一定的时间，输出信号才复原。C 热继电器热继电器是利用电流的热效应原理以及发热元件的热膨胀原理设计的一种保护电器。由于发热元件具有热惯性，所以热继电器在电路中不能用作瞬时过载保护，更不能用于短路保护。热继电器的用途为长期过载保护。D 速度继电器速度继电器主要是用来反映电动机等旋转机械的转速和转向变化的继电器。E 液位继电器液位继电器是根据液体液面高低来使触头动作的继电器。第2章 电气控制线路基础1. 电气控制系统图电气控制线路是由许多电器元件按照一定的要求和规律连接而成的。将电气控制系统中各电器元件及它们之间的连接线路用一定的图形表达出来，这种图形就是电气控制系统图，一般包括电气原理图、电器布置图和电气安装接线图三种。2. 常用电气图的图形符号、文字符号和接线端子标记A 图形符号图形符号通常用于图样或其它文件，用以表示一个设备或概念的图形、标记或字符。电气控制系统图中的图形符号必须按国家标准绘制。B 文字符号文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号。文字符号适用于电气技术领域中技术文件的编制，也可表示在电气设备、装置和元件上或其近旁以标明它们的名称、功能、状态和特征。C线路和三相设备各接线端子的标记线路采用字母、数字、符号及其组合标记。三相交流电源相线采用 L1、L2、L3标记，中性线采用N标记。电源开关之后的三相交流电源主电路分别按U、V、W顺序标记。分级三相交流电源主电路采用三相文字代号U、V、W的前边加上阿拉伯数字1、2、3等来标记，如1U、1V、1W；2U、2V、2W等。各电动机分支电路各接点标记，采用三相文字代号后面加数字来表示，数字中的个位数表示电动机代号，十位数表示该支路各接点的代号，从上到下按数字大小顺序标记。如U11表示M1电动机第一相得第一个接点代号，U21为第一相的第二个接点代号，依此类推。电动机绕组首端分别用U、V、W标记，末端分别用U、V、W标记，双绕组的中点用U、V、W标记。控制电路采用阿拉伯数字编号，一般由三位或三位以下的数字组成。标记方法按“等电位”原则进行。在垂直绘制的电路中，标号顺序一般由上而下编号，凡是被线圈、绕组、触点或电阻、电容元件所间隔的线路，都应标以不同的线路标记3. 电气原理图电气原理图用图形和文字符号表示电路中各个电器元件的连接关系和电气工作原理，它并不反映电器元件的实际大小和安装位置。电气原理图一般分为主电路和辅助电路两部分。主电路是电气控制线电路中强电流通过部分，由电机等负载和其相连的电气元件（如刀开关、熔断器、热继电器的热元件、接触器的主触点等）组成。辅助电路就是控制线路中除主电路以外的部分，其流过的电流较小。辅助电路包括控制电路、信号电路、照明电路和保护电路等，由按钮、接触器和继电器的线圈及辅助触点、照明灯、信号灯等电气元件组成。4. 电器元件布置图电器元件布置图是控制线路或者电气原理图中相应的电器元件的实际安装位置图，在生产和维护过程中使用该图作为依据。该图需要绘制出各种安装尺寸和公差，并且依据电器元件的外形尺寸按比例绘制，在绘制过程中必须严格按照产品手册标准来绘制，以利于加工和安装等工作，同时需要绘制出适当的接线端子板和插接件，并按一定的顺序标出进出线的接线号。5. 电气元件接线图电器元件接线图主要用于电器的安装接线、线路检查、线路维修和故障处理，通常接线图与电气原理图和元件布置图一起使用。该图需标明各个项目的相对位置和代号，端子号、导线号和类型、截面面积等内容。图中的各个项目，包括元器件、部件、组件、配套设备等，均采用简化图表示，但在其旁需标注代号。6. 基本控制线路的常用控制环节任何一个复杂的控制电路，仔细分析后就会发现，它们总是由一些最基本的控制环节组成。因此，掌握了这些基本环节，在组成复杂的电气控制系统时，只需要按设备环境及设备要求合理选择不同的基本环节，再对基本环节进行有机地组合和完善即可。常用的控制环节包括：点动控制、连续运转控制、自锁控制、互锁控制、异地控制、顺序控制、行程控制、时间控制、速度控制等。7. 点动控制线路8. 自锁控制线路9. 三相异步电动机正反停的主电路和控制电路10. 三相异步电动机两地起动的主电路和控制电路11. 电动机控制系统常用的保护环节(1)短路保护 使用熔断器和自动空气开关(2)过载保护 使用热继电器(3)过电流保护 使用过电流继电器(4)零压和欠压保护 使用自锁回路和欠电压继电器(5)弱磁保护 使用欠电流继电器(6)断相保护 使用断相保护热继电器、电压继电器、电流继电器、固态断相保护器(7)电机智能综合保护 智能综合保护装置第3章 典型生产机械电气控制线路分析1. 电气控制系统分析的任务、资料和技术文件电气控制线路分析的任务是通过对各种技术资料的分析来掌握电气控制线路的工作原理、技术指标、使用方法、维护要求等。主要涉及的技术资料包括：l 设备说明书 l 电气控制原理图 l 电气设备的总装接线图 l 电器元件布置图与接线图2. 电气原理图分析的一般步骤(1)分析主电路；(2)分析控制电路(3)分析辅助电路(4)分析联锁与保护环节(5)分析特殊控制环节(6)总体检查3. C650卧式车床电气控制线路分析(1)卧式车床是一种应用极为广泛的金属切削加工机床，主要用来加工各种回转表面、螺纹和端面，并可通过尾架进行钻孔、铰孔和攻螺纹等切削加工。(2)电力拖动及控制会要求主电动机MA1完成主轴主运动和溜板箱进给运动的驱动，电动机采用直接启动的方式启动，可正反两个方向旋转，并可进行正反两个旋转方向的电气停车制动。为加工调整方便，还应具有点动功能。电动机MA2拖动冷却泵，在加工时提供切削液，采用直接启动及停止方式，并且为连续工作状态。主电动机和冷却泵电动机应具有必要的短路和过载保护。快速移动电动机MA3拖动刀架快速移动。可根据使用需要随时手动控制启停。应具有安全的局部照明装置。(3) C650型卧式车床使用反接制动方式进行停车制动第4章 可编程控制器概述1. PLC的概念PLC即可编程逻辑控制器，简称可编程控制器。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。2.PLC的分类 (1)按输入/输出点数分类可编程控制器用于对外部设备的控制，外部信号的输入、PLC的运算结果的输出都要通过PLC输入/输出端子来进行接线，输入/输出端子的数目之和被称作PLC的输入/输出点数，简称I/O点数。由I/O点数的多少可将PLC的I/O点数分成小型、中型和大型。 小型PLC的I/O点数小于256点，以开关量控制为主，具有体积小、价格低的优点。可用于开关量的控制、定时/计数的控制、顺序控制及少量模拟量的控制场合，代替继电器-接触器控制在单机或小规模生产过程中使用。中型PLC的I/O点数在2561024之间，功能比较丰富，兼有开关量和模拟量的控制能力，适用于较复杂系统的逻辑控制和闭环过程的控制。大型PLC的I/O点数在1024点以上。用于大规模过程控制，集散式控制和工厂自动化网络。(2)按结构形式分类 按结构形式可分为整体式结构和模块式结构。整体式结构：将CPU、存储器、输入/输出端子、指示灯等组成部分集中于一体，安装在印刷电路板上，并连同电源一起装在一个机壳内，形成一个整体，通常称为主机或基本单元。如西门子S7-200系列，OMRON的C20P，三菱的F1系列 。标准模块式结构化PLC ：各种模块相互独立，并安装在固定的机架（导轨）上，构成一个完整的PLC应用系统。如：西门子S7-300、S7-400系列。3. PLC的特点PLC具有如下特点：l 编程简单l 控制灵活l 功能强，可扩展性好，性价比高l 可维护性好l 可靠性高l 体积小、能耗低4. PLC的主要组成部分及各部分的作用PLC 主要由CPU、存储器、输入/输出单元、电源部分组成。CPU 是可编程控制器的核心，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。存储器用于系统程序、用户程序和工作数据。输入单元用来接收生产过程中的各种信号，输出模块用来输出可编程控制器运算后得出的控制信息，控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器。电源是为PLC 提供工作电源和外部输入元件提供电源。5. PLC的工作原理PLC是一种工业计算机，其工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，CPU采用分时操作方式来处理各项任务，即每一时刻只能处理一件事情，程序的执行是按照顺序依次执行。这种分时操作过程称为PLC对程序的扫描。扫描一次所用的时间称为扫描周期。PLC的扫描工作过程大致可以分为三个阶段：即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。6. PLC的编程语言IEC61131-3为PLC制定了5种PLC的标准编程语言，其中有三种图形语言即梯形图（LAD-Ladder Diagram）、功能块图（FBD-Function Block Diagram）、顺序功能图（SFC-Sequential Function Chart）；两种文本语言，即指令表(IL-Instruction List)和结构化文本 (ST-Structured Text)。第5章 S7-300 PLC的硬件与组态1. S7-300 PLC的系统组成SIMATIC S7-300系列PLC是模块化结构设计，根据应用对象的不同，可选用不同型号和不同数量的模块，并可以将这些模块安装在同一机架(导轨)或多个机架上。S7-300由多种模块部件组成，包括导轨(Rack)、电源模块(PS)、CPU模块、接口模块(IM)、输入输出模块(SM)。它通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其他S7PLC相连。各种模块能以不同方式组合在一起，从而可使控制系统设计更加灵活、满足不同的应用需求。2. S7-300 PLC的信号模块(SM)的功能和种类信号模块是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。信号模块包括数字量（或开关量）输入（DI）模块、数字量输出（DO）模块、数字量输入/输出(DI/DO)模块、模拟量输入（AI）模块、模拟量输出(AO)模块和模拟量输入输出/模块(AI/AO)。3. S7-300的I/O模块的地址分配S7-300的信号模块的地址范围与模块所在的机架号和槽号有关，模块内各I/O点的位地址或通道地址与信号线接在模块上的哪个端子有关。(1)S7-300数字量模块地址的确定(2)S7-300模拟量模块地址的确定4. STEP 7编程软件的功能STEP 7是西门子工业软件的一部分，用于对整个控制系统（包括PLC、远程I/O、HMI、驱动装置和通信网络等）进行组态、编程和监控。STEP 7的主要功能有：l 组态硬件，即在机架中放置模块，为模块分配地址和设置模块参数。l 组态通信系统，即定义通信伙伴和连接特性。l 使用编程语言编写用户程序。l 下载和调试（离线方式或在线方式）用户程序、启动、维护、文件建档、运行和诊断等功能。第6章 S7-300 PLC的指令系统与应用1. STEP 7 的数据类型数据类型决定数据的属性，在STEP 7中，数据类型分为三大类：基本数据类型、复杂数据类型、参数类型。a) 基本数据类型b) 复杂数据类型l 数组（ARRAY） l 结构（STRUCT） l 字符串（STRING） l 日期和时间（DATE_AND_TIME） l 用户定义的数据类型(UDT) l 功能块类型（FB、SFB） c) 参数类型 参数类型是一种用于逻辑块（FB、FC）之间传递参数的数据类型，主要有以下几种：l TIMER（定时器）和COUNTER（计数器）。l BLOCK（块）：指定一个块用作输入和输出，实参应为同类型的块。l POINTER（指针）：6字节指针类型，用来传递DB的块号和数据地址。l ANY：10字节指针类型，用来传递DB块号、数据地址、数据数量以及数据类型。 2. S7-300的指令格式(1) 指令的组成a) 语句指令 指令组成：操作码 + 操作数u 操作码定义要执行的功能；u 操作数为执行该操作所需要的信息,由标识符和参数组成;u 有些语句指令不带操作数，它们操作的对象是唯一的; b) 梯形逻辑指令u 梯形逻辑指令用图形元素表示PLC要完成操作u 其操作码是用图素表示的，该图素形象表明CPU做什么u 其操作数的表示方法与语句指令相同(2) 操作数a) 操作数的组成b) 操作数的表示3. 寻址方式操作数是指令的操作或运算对象。所谓寻址方式是指令得到操作数的方式，可以直接给出或间接给出。STEP7指令操作对象的有：常数；S7状态字中的状态位；S7的各种寄存器、数据块；功能块FB，FC和系统功能块SFB，SFC；S7的各存储区中的单元。S7有四种寻址方式：立即寻址、存储器直接寻址、存储器间接寻址和寄存器间接寻址。(1) 立即寻址这是对常数或常量的寻址方式。操作数本身直接包含在指令中。 (2) 直接寻址包括对寄存器和存储器的直接寻址。在直接寻址的指令中，直接给出操作数的存储单元地址。(3) 存储器间接寻址在存储器间接寻址的指令中，给出一个存储器(必须是表4.1中的存储器)，该存储器的内容是操作数所在存储单元的地址，该地址又被称为地址指针。存储器间接寻址方式的优点是，当程序执行时，能改变操作数的存储器地址，这对程序中的循环尤为重要。(4) 寄存器间接寻址在S7中有两个地址寄存器，它们是AR1和AR2。通过地址寄存器，可以对各存储区的存储器内容实现寄存器间接寻址。地址寄存器的内容加上偏移量形成地址指针，该指针指向数值所在的存储单元4. 在S7-300中，编程元件为1状态时，表示常开触点接通，常闭触点断开。5. 掌握教材中介绍的常用指令的功能和用法（参见教材）第7章 S7-300 PLC程序设计方法1. S7 CPU中的程序S7 CPU原则上运行两种不同的程序：系统程序和用户程序。系统程序是协调PLC内部事务的程序，与控制对象特定的任务无关，在从经销商购买CPU硬件的时候，CPU里面本身就包含了系统程序。系统程序完成PLC的启动/停止、I/O映像区的更新、用户程序的调用、中断的响应、错误及通信处理等任务。用户程序需要用户使用STEP 7编程软件编写程序，然后下载到CPU中，可以完成需要的特定控制任务。2. （2）用户程序结构STEP 7 用户程序一般有以下3种结构：线性程序（线性编程）、分部式程序（分部编程、分块编程） 、结构化程序（结构化编程或模块化编程）(1)线性程序（线性编程）所谓线性程序结构，就是将整个用户程序连续放置在一个循环程序块（OB1）中，块中的程序按顺序执行，CPU通过反复执行OB1来实现自动化控制任务。这种结构和PLC所代替的硬接线继电器控制类似，CPU逐条地处理指令。事实上所有的程序都可以用线性结构实现，不过，线性结构一般适用于相对简单的程序编写。(2)分部式程序（分部编程、分块编程）所谓分部程序，就是将整个程序按任务分成若干个部分，并分别放置在不同的功能（FC）、功能块（FB）及组织块中，在一个块中可以进一步分解成段。在组织块OB1中包含按顺序调用其他块的指令，并控制程序执行。在分部程序中，既无数据交换，也不存在重复利用的程序代码。功能（FC）和功能块（FB）不传递也不接收参数，分部程序结构的编程效率比线性程序有所提高，程序测试也较方便，对程序员的要求也不太高。对不太复杂的控制程序可考虑采用这种程序结构。 (3)结构化程序（结构化编程或模块化编程）所谓结构化程序，就是处理复杂自动