电气控制与可编程控制技术

1、 1、电气控制电路中通常有 短路保护 、 过载保护 、 欠电压保护 以及 零电压保护 等。 2、PLC循环扫描工作方式的三个阶段输入处理阶段 、程序执行阶段、输出刷新阶段。 3、电器的控制作用就是 手动 或 自动 地接通。 4、电气制动有反接制动、能耗制动、回馈制动等。 5、笼型异步电动机常用的制动方式有 机械制动 和 电气制动 。 6、FX2N系列步进指令有两条，其指令助记符是 STL 步进接点指令 和 RET 步进返回指令 。 7、PLC常用的编程语言有 梯形图 、 指令表 和功能图。 8、电气控制图一般分为 主电路 和 辅助电路 两部分 9、试举出两种主令电器：按钮、行程开关。 10、状

2、态转移图编程的三要素 状态指令 _、 状态元件 _、 状态 _。 11、FX2N系列PLC由基本单元、 扩展单元 、 扩展模块 及 特殊功能单元 构成。 12、电气控制电路中通常用的保护有 短路保护 、 过载保护 、欠电压保护以及零电压保护等。 13、F1-40MR是F1系列PLC的基本单元（基本单元，扩展单元），40表示其具有 40个输入输出点 14、电气原理图一般分为 主电路 和 辅助电路 两个部分。 15、阅读电气线路图的方法主要有两种： 查线读图法 和 逻辑代数法 。 16、热继电器是对电动机进行 过载 保护的电器 。简答题 1 1、按下列逻辑表达式画出它所表征的电路图。按下列逻辑表达

3、式画出它所表征的电路图。 KM = SBKA1 + KM（KA1 + KA2）FR 答：某水泵由三相鼠笼式异步电动机拖动，采用直接启动，要求两处都能控制启、停，设计主电路与控制电路。 参考答案2 2、在如图所示的功能指令表形式中，在如图所示的功能指令表形式中，X0、(D)、(P)、D10、D14分别表示什么？该指令有什么功能？程序为几步？分别表示什么？该指令有什么功能？程序为几步？ 答：X0、(D)、(P)、D10、D14分别表示，执行条件、32位运算、脉冲执行、（D11，D10）-（D13，D12）（D15，D14），指令的功能是32位减法指令，程序为13步。 3 3、简述、简述PLCPLC

4、的输入继电器、输出继电器、定时器及计数器的用途。的输入继电器、输出继电器、定时器及计数器的用途。 答：输入端是PLC接收外部开关信号的端口,与内部输入继电器之间是采用光电绝缘电子继电器连接的，有无数个常开、常闭触点，可以无限次使用，但输入继电器不能用程序来驱动。 输出端是PLC向外部负载发送信号的端口，与内部输出继电器（如继电器、双向晶闸管、晶体管）连接，输出继电器也有无数个常开、常闭触点，可以无限次使用。 定时器相当于继电器电路中的时间继电器，可在程序中用于延时控制。 计数器在程序中用作计数控制 参见书P2244 4、说明说明FX2N-64MR型号的型号的PLC中中FX2N、64、M、R的含

5、义。的含义。 答：FXON表示的意思是PLC的系列号 64表示的意思是I/O点数之和（I/O总的点数） M表示的意思是PLC主单元 R表示的意思是PLC输出方式继电器输出 5、下列电路为三相笼型电机单向旋转连续控制电路，接通电源，下列电路为三相笼型电机单向旋转连续控制电路，接通电源，当按下启动按钮当按下启动按钮SB2时，交流接触器时，交流接触器KM不工作，试分析故障原因。不工作，试分析故障原因。 答：1、熔断器FU1、FU2烧毁或接触不良；2、按钮SB1、SB2损坏或触点接触不良；3、热继电器FR故障或常闭触点断开；4、交流接触器故障；5、线路故障。 6 6、简述的基本单元、扩展单元和扩展模块

6、的用途。简述的基本单元、扩展单元和扩展模块的用途。 答:基本单元（Basic Unit）包括CPU、存储器、输入输出口及电源，是PLC的主要部分。 扩展单元（Extension Unit）是用于增加I/O点数的装置，内部设有电源。 扩展模块（Extension Module）用于增加I/O点数及改变I/O比例，内部无电源，由基本单元或扩展单元供电。因扩展单元及扩展模块无CPU，因此必须与基本单元一起使用。 7、可编程控制器和一般的计算机系统相比，、可编程控制器和一般的计算机系统相比，PLC有哪些特点？有哪些特点？ 答：可编程控制器和一般的计算机系统相比，PLC有如下特点（一）可靠性高，抗干扰能

7、力强（二）配套齐全，功能完善，适用性强（三）易学易用，深受工程技术人员欢迎（四）系统设计周期短,维护方便,改造容易（五）体积小，重量轻，能耗低 8 8、试比较交流接触器与中间继电器的相同及不同之处，并说明试比较交流接触器与中间继电器的相同及不同之处，并说明如果采用如果采用PLC控制，还需要中间继电器吗，为什么？控制，还需要中间继电器吗，为什么？ 答：中间继电器实质上是电压继电器，只是触头数量多（一般答：中间继电器实质上是电压继电器，只是触头数量多（一般有有8对），容量也大，起到中间放大（触头数目和电流容量）的作对），容量也大，起到中间放大（触头数目和电流容量）的作用。交流接触器的触头用于分断或

8、接通电路。交流接触器一般有用。交流接触器的触头用于分断或接通电路。交流接触器一般有3对主触头，对主触头，2对辅助触头。由此可知中间继电器和交流接触器的工对辅助触头。由此可知中间继电器和交流接触器的工作原理相同，只是触头数量不同，中间继电器的作用是将一个输入作原理相同，只是触头数量不同，中间继电器的作用是将一个输入信号变成多个输出信号或将信号放大信号变成多个输出信号或将信号放大,主要用于完成控制要求的信号主要用于完成控制要求的信号传递，交流接触器的传递，交流接触器的3对主触头电流容量大主要用于工作设备。对主触头电流容量大主要用于工作设备。如果采用如果采用PLC控制，不需要中间继电器，因为控制，不

9、需要中间继电器，因为PLC控制的输入继控制的输入继电器，有无数个常开、常闭触点，可以无限次使用，输出继电器也电器，有无数个常开、常闭触点，可以无限次使用，输出继电器也有无数个常开、常闭触点，可以无限次使用。有无数个常开、常闭触点，可以无限次使用。一、梯形图的结构规则一、梯形图的结构规则 梯形图作为一种编程语言，绘制时有一定的规则。在编辑梯形图时，要注意以下几点。 （1）梯形图的各种符号，要以左母线为起点，右母线为终点（可允许省略右母线）从左向右分行绘出。每一行起始的触点群构成该行梯形图的 “执行条件”，与右母线连接的应是输出线圈、功能指令，不能是触点。一行写完，自上而下依次再写下一行。注意，触

10、点不能接在线圈的右边，如图6-54（a）所示；线圈也不能直接与左母线连接，必须通过触点连接，如图6-54（b） 所示。 （a）不正确正确（b）不正确正确图6-54 规则（1）说明 （2）触点应画在水平线上，不能画在垂直分支线上。例如，在图6-55（a）中触点E被画在垂直线上，便很难正确识别它与其它触点的关系，也难于判断通过触点E对输出线圈的控制方向。因此，应根据信号单向自左至右、自上而下流动的原则和对输出线圈F的几种可能控制路径画成如图6-55（b）所示的形式。 (a)桥式电路（b）双信号流向电路图6-55 规则（2）说明：桥式梯形图改成双信号流向的梯形图 （3）不包含触点的分支应放在垂直方向

11、，不可水平方向设置，以便于识别触点的组合和对输出线圈的控制路径，如图6-56。 图6-56 规则（3）说明 （4）如果有几个电路块并联时，应将触点最多的支路块放在最上面。若有几个支路块串联时，应将并联支路多的尽量靠近左母线。这样可以使编制的程序简洁明，指令语句减少。如图6-57所示。图6-57 规则（4）说明 （5）遇到不可编程的梯形图时，可根据信号流向对原梯形图重新编排，以便于正确进行编程。图6-58中举了几个实例，将不可编程梯形图重新编排成了可编程的梯形图。图6-58 重排电路举例 下图中垂直分支线上有触点，现改为垂直分支线无触点的形式下图中垂直分支线上有触点，现改为垂直分支线无触点的形式

12、, ,并写出对应梯形图的指今表并写出对应梯形图的指今表。（注意图中的。（注意图中的1 15 5用用X001X001X005X005表示表示, ,输出用输出用Y000Y000表示）表示）指出下图中梯形图的规则错误，并改为可满足要求的梯形图结构规指出下图中梯形图的规则错误，并改为可满足要求的梯形图结构规则图。则图。 答：不包含触点的分支应放在垂直方向，不可水平方向设置，以便于识别触点的组合和对输出线圈的控制路径。 继电器控制的行程开关控制的电动机正、反转自动循环控制线路如继电器控制的行程开关控制的电动机正、反转自动循环控制线路如下图所示，试用如下图所示的下图所示，试用如下图所示的PLCPLC端口接

13、线图，完成继电器控制的端口接线图，完成继电器控制的行程开关控制的电动机正、反转自动循环控制线路梯形图的设计。行程开关控制的电动机正、反转自动循环控制线路梯形图的设计。 二、三相异步电动机可逆运转控制：互锁环节二、三相异步电动机可逆运转控制：互锁环节 在上例的基础上，如希望实现三相异步电机可逆运转。只需增加一个反转控制按钮和一个反转接触器KM2即可。PLC的端子分配与及梯形图见图662。梯形图设计可以这样考虑，选二套启保停电路，一个用于正转，（通过Y000驱动正转接触器KM1），一个用于反转（通过Y001驱动反转接触器KM2）。考虑正反转二个接触器不能同时接通，在二个接触器的驱动支路中分别串入对

14、方接触器的常闭触点（如Y000支路串入Y001常闭触点; Y001支路串入图6-62 三相异步电机可逆运转控制 Y000常闭触点），这样当正转方向的驱动组件Y000接通时，反转方向的驱动组件Y001就不能同时接通。这种二个线圈回路中互串对方常闭触点的结构形式叫做“互锁”或“联锁”。 FX-TRN-BEG-C的初级挑战的初级挑战D5继电器控制的电动机正反转控制如下图所示，试用如下图所示的继电器控制的电动机正反转控制如下图所示，试用如下图所示的PLCPLC端口接线图，完成继电器控制的电动机正反转控制梯形图的设端口接线图，完成继电器控制的电动机正反转控制梯形图的设计。计。参考答案：参考答案： 可编程

15、控制器的工作原理与计算机的工作原理基本上是一致的，可以简单地表述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。 但PLC的工作方式与个人计算机有所不同，PLC是在确定了工作任务，装入了专用程序后成为一种专用机，采用循环扫描的工作方式，系统工作任务管理及应用程序执行都是以循环扫描方式完成的。现叙述如下。 PLC系统正常工作时要完成如下的任务： 1.计算机内部各工作单元的调度、监控; 2. 计算机与外部设备间的通讯； 3.用户程序所要完成的工作。 这些工作都是分时完成的。每项工作又都包含着许多具体的工作，以用户程序的完成来说又可分为以下三个阶段。画出三相异步电动机即可点动又可连续运行的电气控

16、制线路，并将控制线路的功能改由PLC控制，并写出梯形图程序。 参考答案：1、输入处理阶段 也称输入采样阶段。在这个阶段中，可编程序控制器读入输入口的状态，并将它们存放在输入数据暂存区中。 在输入处理阶段之后，即使输入口状态有变化，输入数据暂存区中的内容也不变，直到下一个周期的输入处理阶段，才读入这种变化。 2、程序执行阶段 在这个阶段中，PLC根据本次读入的输入数据，依用户程序的顺序逐条执行用户程序。执行的结果均存储在输出状态暂存区中。3、输出处理阶段 也叫输出刷新阶段。这是一个程序执行周期的最后阶段。PLC将本次用户程序的执行结果一次性地从输出状态暂存区送到各个输出口，对输出状态进行刷新。

17、以上三个阶段是分时完成的。为了连续地完成PLC所承担的工作，系统必须周而复始地依一定的顺序完成这一系列的具体工作。这种这种工作方式叫做循环扫描工作方式。工作方式叫做循环扫描工作方式。二、扫描周期及二、扫描周期及PLC的两种工作状态的两种工作状态 PLC有两种基本的工作状态，即运行(RUN)状态和停止(STOP)状态。运行状态是执行应用程序的状态。停止状态一般用于程序的编制与修改。图5-15给出了运行和停止两种状态PLC不同的扫描过程。由图可知，在这两个不同的工作状态中，扫描过程所要完成的任务是不尽相同的。图5-15 扫描过程示意图 PLC在RUN工作状态时，执行一次图5-15所示的扫描操作所需

18、的时间称为扫描周期，其典型值为1100ms。以OMRON公司C系列的P型机为例，其内部处理时间为1.26ms；执行编程器等外部设备命令所需的时间为12ms（未接外部设备时该时间为零）；输入、输出处理的执行时间小于1ms。指令执行所需的时间与用户程序的长短，指令的种类和CPU执行速度有很大关系，PLC厂家一般给出每执行1K（1K1024）条基本逻辑指令所需的时间（以ms为单位）。某些厂家在说明书中还给出了执行各种指令所需的时间。一般说来，一个扫描过程中，执行指令的时间占了绝大部分。 输入输出滞后时间又称为系统响应时间输入输出滞后时间又称为系统响应时间，是指是指PLCPLC外外部输入信号发生变化的

19、时刻起至它控制的有关外部输出信部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻止之间的时间间隔号发生变化的时刻止之间的时间间隔。它由。它由输入电路的滤输入电路的滤波时间、输出模块的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞波时间、输出模块的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间后时间三部分所组成。三部分所组成。 输入模块采用输入模块采用RCRC滤波滤波, , 其典型值为其典型值为10ms10ms左右。左右。 输出模块的滞后时间与输出所用的开关元件的类型有输出模块的滞后时间与输出所用的开关元件的类型有关：关： 若是继电器型输出电路，负载被接通时的滞后时间约若是继电器型输出电路，负载被接通

20、时的滞后时间约为为1ms1ms，负载由导通到断开时的最大滞后时间为，负载由导通到断开时的最大滞后时间为10ms10ms； 晶体管型输出电路的滞后时间一般在晶体管型输出电路的滞后时间一般在1ms1ms左右，因此左右，因此开关频率高。开关频率高。 扫描工作方式引起的滞后时间可用图扫描工作方式引起的滞后时间可用图5-165-16来说明：来说明： 输入信号在第一个扫描周期的输入处理阶段之后才输入信号在第一个扫描周期的输入处理阶段之后才出现出现，所以在第一个扫描周期内各数据锁存器均为，所以在第一个扫描周期内各数据锁存器均为“0”0”状态。状态。 在第二个扫描周期的输入处理阶段，输入继电器在第二个扫描周期

21、的输入处理阶段，输入继电器X000X000的输入锁存器变为的输入锁存器变为“1”1”状态。在程序执行阶段，状态。在程序执行阶段，由梯形图可知，由梯形图可知，Y001,Y002Y001,Y002依次接通，它们的输出锁存依次接通，它们的输出锁存器都变为器都变为“1”1”状态。状态。 在第三个扫描周期的程序执行阶段，由于在第三个扫描周期的程序执行阶段，由于Y001Y001的接通的接通使使Y000Y000接通。接通。Y000Y000的输出锁存器驱动负载接通，的输出锁存器驱动负载接通，响应延迟响应延迟最长可达两个多扫描周期。最长可达两个多扫描周期。 若交换梯形图中第一行和第二行的位置，若交换梯形图中第一

22、行和第二行的位置，Y000Y000的延迟的延迟时间将减少一个扫描周期，时间将减少一个扫描周期，可见延迟时间可以使用程序优可见延迟时间可以使用程序优化的方法减少。化的方法减少。 PLCPLC总的响应延迟时间一般只有数十毫秒总的响应延迟时间一般只有数十毫秒图5-16 PLC的输入/输出延迟 读读读读输出输出读读读读读读写写写写写写写写 PLC工作状态：工作状态： 运行运行( (RUN) )状态，状态， 执行应用程序。执行应用程序。 停止停止( (STOP) )状态，状态， 编制与修改程序。编制与修改程序。 PLC执行一次扫描执行一次扫描 操作所需的时间操作所需的时间 称为扫描周期。称为扫描周期。

23、典型值典型值1100ms。 其中大部分时间其中大部分时间 用于完成用户程序用于完成用户程序 的三个阶段。的三个阶段。 PLC输入输出滞后时间又称为系统响应时间。输入输出滞后时间又称为系统响应时间。 它由输入电路的滤波时间、输出模块的滞后时间和它由输入电路的滤波时间、输出模块的滞后时间和 因扫描工作方式产生的滞后时间三部分所组成。因扫描工作方式产生的滞后时间三部分所组成。 响应延迟时间只有数十毫秒，对一般控制系统影响不大。响应延迟时间只有数十毫秒，对一般控制系统影响不大。扫描工作方式产生的滞后扫描工作方式产生的滞后PLCPLC控制的梯形图和输入如图所示，试画出控制的梯形图和输入如图所示，试画出M

24、103M103 、M104M104和和M205M205的输的输出波形。出波形。 参考答案：参考答案： PLCPLC控制的梯形图和输入如图所示，试画出控制的梯形图和输入如图所示，试画出T10T10和和Y10Y10的输出波形。的输出波形。 二、语句表程序的编辑规则二、语句表程序的编辑规则 在许多场合需要将绘好的梯形图列写出指令语句表程序。根据梯形图上的符号及符号间的相互关系正确地选取指令及注意正确的表达顺序是很重要的。 （1）利用PLC基本指令对梯形图编程时，必须要按信号单方向从左到右、自上而下的流向原则进行编写。图6-59阐明了所示梯形图的编程顺序。 （2）在处理较复杂的触点结构时，如触点块的串

25、联并联或堆栈相关指令，指令表的表达顺序为：先写出参与因素的内容，再表达参与因素的关系。 X X0 00 01 1 X X0 00 02 2M M1 10 01 1 M M1 10 02 2Y Y0 00 01 1X X0 00 03 3 X X0 00 04 4X X0 00 05 5 X X0 00 06 6Y001X X0 00 07 7Y002X X0 01 10 0(a)目标电路(a)X X0 00 01 1 X X0 00 02 2LD X001AND X002(c)Y Y0 00 01 1OR Y001(e)LD X005AND X006X X0 00 05 5 X X0 00 0

26、6 6(b)LD M101AND M102M M1 10 01 1 M M1 10 02 2ORB(d)AND X003AND X004X X0 00 03 3 X X0 00 04 4(f)OR X007X X0 00 07 7ANB(g)Y001Y002X X0 00 08 8OUT Y001ANI X010OUT Y002(b) 梯形图分块逐块编程语句步 指令 元素 说明 0 LD X001 1 AND X002 2 LD M101 3 AND M102 4 ORB 5 OR Y001 6 AND X003 7 AND X004 8 LD X005 9 AND X006 10 OR X0

27、07 11 ANB 12 OUT Y001 13 ANI X010 14 OUT Y002(c) 语句表程序图6-59 梯形图的编程顺序 三、双线圈输出问题三、双线圈输出问题 在梯形图中，线圈前边的触点代表线圈输出的条件，线圈代表输出。在同一程序中，某个线圈的输出条件可能非常复杂，但应是惟一且可集中表达的。由PLC的操作系统引出的梯形图编绘法则规定，一个线圈在梯形图中只能出现一次。如果在同一程序中同一组件的线圈使用两次或多次，称为双线圈输出。PLC程序对这种情况的出现，扫描执行的原则规定是：前面的输出无效，最后一次输出才是有效的。但是，作为这种事件的特例：同一程序的两个绝不会同时执行的程序段中

28、可以有相同的输出线圈。如图6-60所示图6-60 双线圈输出的程序分析 写出下图所示梯形图对应的指令表。写出下图所示梯形图对应的指令表。试用试用PLC设计满足下图所示波形的程序。设计满足下图所示波形的程序。 参见参见4343演示演示参考答案参考答案有两台三相异步电动机有两台三相异步电动机M1和和M2，要求，要求:(1)M1启动后，启动后，M2才能启才能启动；动；(2)M1停止后停止后M2延时延时30秒后才能停止；秒后才能停止；(3)M2能点动调整。能点动调整。设设Y000和和Y001实现电机实现电机M1和和M2的运行控制，起动、停上及点的运行控制，起动、停上及点动由动由X000，X001和和X

29、002实现，试编程实现该电路的控制程序。实现，试编程实现该电路的控制程序。 参考答案气压成型机控制。要求：开始时，冲头处在最高位置（气压成型机控制。要求：开始时，冲头处在最高位置（SQ1闭合）。闭合）。按下启动按钮按下启动按钮SB1，电磁阀，电磁阀YV1得电，冲头向下运动，触到行程开得电，冲头向下运动，触到行程开关关SQ2时，时，YV1失电，加工失电，加工5秒时间。秒时间。5秒后，电磁阀秒后，电磁阀YV2得电，冲得电，冲头向上运动，直到触到行程开关头向上运动，直到触到行程开关SQ1时，冲头停止。按下停车按钮时，冲头停止。按下停车按钮SB2，要求立即停车。启动信号，要求立即停车。启动信号SB1(

30、X0)，停车信号，停车信号SB2(X1)，SQ1（X2），），SQ2（X3），），YV1（Y0），），YV2（Y1）。）。 参考答案参见45演示试用试用PLC设计满足下图所示波形的程序。设计满足下图所示波形的程序。 参考答案三、二台电机延时启动的基本环节三、二台电机延时启动的基本环节 二台异步电动机，一台启动10s后第二台启动，运行后能同时停止。欲实现这一功能，给二台电机供电的二个交流接触器要用PLC的二个输出口。由于是二台电机延时启动，同时停车，用一个启动按钮和一个停止按钮就够了，但延时需一个定时器。梯形图的设计可以依以下顺序进行:首先绘二台电机独立的启保停电路，第一台电机使用启动按钮启动，

31、第二台电机使用定时器的常开触点延时启动，二台电机均使用同一停止按钮，然后再解决定时器的工作问题。由于第一台电机启动10s后第二台电机启动，因此第一台电机启动是计时起点，因而要将定时器的线圈并接在第一台电机的输出线圈上。本例的PLC端子分配与接线情况与图6-62（a）相同，梯形图绘于图6-63中。图6-62 三相异步电机可逆运转控制 图6-63两台异步电机延时启动控制 FX-TRN-BEG-C的初级挑战的初级挑战D4【例3】三台电机的循环启停运转控制三台电机接于Y001、Y002、Y003。要求它们相隔5s启动，各运行10s停止。并循环。根据以上要求。绘出电机工作时序图如图6-70所示。 5S5

32、S5S5SY001Y002Y003X001C0C1C2C3图6-70 三台电机控制时序图 分析时序图，不难发现输出Y001、Y002、Y003的控制逻辑和间隔5s一个的“时间点”有关，每个“时间点”都有电机启停。因而用程序建立这些“时间点”是程序设计的关键。因本例时间间隔相等，“时间点”的建立可借助振荡电路及计数器。设X001为电机运行开始的时刻。让定时器T1实现振荡。再用计数器C0、C1、C2、C3做为一个循环过程中的时间点。循环功能借助C3对全部计数器的复位实现。“时间点”建立之后，用这些点来表示输出的状态就十分容易了。 设计好的梯形图如图6-71所示 。图6-71 三台电机控制梯形图 FX-TRN-BEG-C的初级挑战的初级挑战D6 若图自动往返的继电器若图自动往返的继电器-接触器控制电路改用接触器控制电路改用PC控