《机电设备装调工艺与技术》.电气分册-4

课题一可编程控制器

1.可编程控制器的定义可编程控制器(ProgrammbleController)简称PC或PLC。它是在电气控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。目前，PLC已被广泛地应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中，并成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制装置，其被公认为现代工业自动化的三大支柱(分别为PL住机器人、CAD/CAM)之一。返回下一页课题一可编程控制器2.可编程控制器的产生与发展在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，且应用广泛。但是继电器控制系统存在体积大，可靠性低，查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，且对生产工艺变化的适应性差。下一页返回上一页课题一可编程控制器在1968年，美国通用汽车公司(GM)为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，并实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器。它能做到尽可能地减少重新设计、更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。于是，就设想将计算机的功能强大、灵活、通用性好等优点，与电器控制系统的简单易懂、价格便宜等优点结合起来，并制成一种通用控制装置。这种控制装置采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。招标、开发、研制新一代工业控制器的十条技术指标如下:(1)编程简单，可在现场修改程序。上一页下一页返回课题一可编程控制器(2)维护方便，采用插件式结构。(3)可靠性高于继电器控制装置。(4)体积小于继电器控制柜。(5)价格可与继电器控制柜竞争。(6)可将数据直接送入计算机。(7)可直接用交流市电输入。(8)输出采用交流市电。能直接驱动电磁阀、交流接触器等。(9)通用性强。扩展时，原有系统只需很小的变更。(10)程序要能存储。存储器的容量可扩展到4KB上一页下一页返回课题一可编程控制器

3.PLC的特点与应用领域(1)PLC的特点。PLC技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特的优点。它较好地解决了工业领域中，普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等方面的问题。PLC主要有以下特点。①可靠性高，抗干扰能力强。可靠性高，抗干扰能力强是PLC最重要的特点之一。PLC的平均无故障时间可达几十万个小时。之所以有这么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和软件的如下抗干扰措施。上一页下一页返回课题一可编程控制器②编程简单，使用方便。目前，大多数PLC采用的编程语言是梯形图语言。它是一种面向生产、面向用户的编程语言;梯形图与电器控制线路图相似，因此具有形象、直观的特点，且被使用时，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员掌握;当生产流程需要改变时，程序可以现场被改变，因此它使用方便、灵活。同时，PLC编程器的操作和使用也很简单，这也是PLC获得普及和推广的主要原因之一。上一页下一页返回课题一可编程控制器③功能完善，通用性强。现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信联网等许多功能;同时，由于PLC产品达到了系列化、模块化，且有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，因此可以组成满足各种要求的控制系统。④设计、安装简单，维护方便。由于PLC用软件代替了传统电气控制系统的硬件，因此控制柜的设计、安装接线的工作量大为减少;由于PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，因此缩短了应用设计和调试周期;在维修方面，由于PLC的故障率极低，因此维修工作量很小，而且PLC具有很强的自诊断功能，如果出现故障，那么可根据PLC上的指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，因此维修极为方便。上一页下一页返回课题一可编程控制器⑤体积小，重量轻，能耗低。由于PLC采用了集成电路，即其结构紧凑、体积小、能耗低，因而是实现机电一体化的理想控制设备。(2)PLC的应用领域。目前，在国内外PLC已广泛应用于冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业。随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。从应用类型看，PLC的应用大致可归纳为以下几个方面。上一页下一页返回课题一可编程控制器①开关量逻辑控制。利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能，实现逻辑控制，并且其可以取代传统的继电器控制，并应用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等，例如机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。这是PLC最基本的应用，也是PLC最广泛的应用领域。②运动控制。大多数PLC都有拖动步进电机、伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。这一功能广泛用于各种机械设备，例如对各种机床、装配机械、机器人等，进行运动控制。上一页下一页返回课题一可编程控制器③过程控制。大、中型PLC都具有多路模拟量I/0模块和PID控制功能，且有的小型PLC也具有模拟量输入输出，所以PLC可实现模拟量控制;具有PID控制功能的PLC还可构成闭环控制，并用于过程控制。这一功能已广泛用于锅炉、反应堆、水处理、酿酒等的闭环位置控制和速度控制等方面。④数据处理。现代的PLC都具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表等功能，并可进行数据的采集、分析和处理;同时PLC可通过通信接口，将这些数据传送给其他智能装置，例如计算机数值控制(CNC)设备，并进行处理。上一页下一页返回课题一可编程控制器⑤通信联网。PLC的通信包括PLC与PLC,PLC与上位计算机、PLC与其他智能设备之间的通信。PLC系统与通用计算机可直接相连，或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络，以实现信息的交换。PLC系统可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，并满足工厂自动化(FA)系统发展的需要。(三)可编程控制器的循环扫描工作方式PLC在通电后，需要执行许多操作，但是在每一个瞬间，PLC只能执行一个操作;由于CPU的运算速度很快，从宏观上来看，这些操作似乎是同时完成的。这种分时操作的工作过程，称为扫描工作方式。上一页下一页返回课题一可编程控制器

1.自诊断PLC在通电后，首先执行系统内部的自诊断程序，以检查PLC各部件的操作是否正常，并将检查的结果显示给操作人员。自诊断的内容为I/0部分、存储器、CPU等。

2.与编程器计算机等通信在通信阶段，PLC检查是否有与编程器或计算机的通信请求。若有，则进行相应处理，例如接受由编程器送来的程序、命令和各种数据，并把要显示的状态、数据、出错信息等，发送给编程器进行显示。如果有与计算机的通信请求，也在这段时间完成数据的接收和发送任务。3.输入采样在这个阶段，PLC的中央处理器对各个输入端进行扫描，并将输入端的状态送到输入映像寄存器中，这就是输入采样阶段。上一页下一页返回课题一可编程控制器

4.执行用户程序中央处理器CPU将指令逐条调出，并执行，以对输入和原输出状态(这些状态统称为数据)进行“处理”，即按程序对数据进行逻辑、算术运算，再将正确的结果送到输出映像寄存器中，这就是程序执行阶段。在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变—输入信号变化了的状态，只会在下一个扫描周期的输入采样阶段被读入。上一页下一页返回课题一可编程控制器

5.输出刷新当PLC所有的指令执行完毕时，集中把输出映像寄存器的状态通过输出部件，并转换成被控设备所能接受的电压或者电流信号，以驱动被控设备，这就是输出刷新阶段。在输出处理阶段，CPU将输出映像寄存器的0/1状态，传送到输出锁存器。在梯形图中，当某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器位为“1”状态。当信号经输出模块隔离和功率放大后，在继电器型输出模块中，对应的硬件继电器的线圈通电，且其常开触点闭合，以使外部负载通电工作;若在梯形图中，输出继电器的线圈“断电”，则对应的输出映像寄存器为“0”状态。在输出处理阶段之后，在继电器型输出模块中，对应的硬件继电器的线圈断电，且其常开触点断开，因此外部负载断电，并停止工作。上一页下一页返回课题一可编程控制器(四)可编程控制器的基本输入/输出接口电路输入(Input)模块和输出(Output)模块，简称I/0模块，其是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。1.输入接口电路输入模块用来接收和采集输入信号;开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字泼码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等过来的开关量输入信号;模拟量渝入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流、电压信号。上一页下一页返回课题一可编程控制器

2.输出接口电路开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置等输出设备;模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。输出接口电路采用光电藕合电路，并将CPU处理完的信号转换成现场需要的强电信号输出，用以驱动执行元件(如接触器、电磁阀等外部设备)的通断电。输出接口电路共有继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型3种类型。上一页返回课题二交流电动机的典型PLC控制任务一三相异步交流电动机的启停控制(一)三相异步电动机启停控制继电器的电气原理电动机的启动控制、停止控制是电动机最常见的控制，如图4-2一1一1所示。

(二)PLC的基本逻辑指令基本逻辑指令是以位为单位的逻辑操作指令，并是构成继电器控制电路的基础。1.ST,ST/,OT指令(1)指令功能。①ST:开始逻辑运算指令。ST输入的触点作为A型(常开)触点。下一页返回课题二交流电动机的典型PLC控制②ST/:开始非逻辑运算指令。ST/输入的触点作为B型(常闭)触点。③OT:输出运算结果指令。OT将逻辑运算的结果输出到线圈。使用OT指令时，应注意以下几点:a.OT指令不能用于输入继电器X

b.线圈和输出类指令应放在梯形图的最右边。c.OT指令不能串联使用。当该指令连续使用时，相当于输出继电器并联在一起。d.对于某个输出继电器，只能用一次OT指令。否则，可编程控制器按出错对待，并提示双线圈输出。上一页下一页返回课题二交流电动机的典型PLC控制2.AN,AN/,OR,OR/触点的串、并联指令(1)指令功能。①AN:常开触点串联连接指令，并与串联触点进行逻辑“与”运算。②AN/:常闭触点串联连接指令，并与串联触点进行逻辑“与”运算。③OR:常开触点并联连接指令，并与并联的触点进行逻辑“或”运算。④OR/:常闭触点并联连接指令，并与并联的触点进行逻辑“或”运算。上一页下一页返回课题二交流电动机的典型PLC控制3.ANS,ORS电路块的串、并联指令(1)指令功能。①ANS:多触点电路块的串联连接指令，用于将多个逻辑块串联。②ORS:多触点电路块的并联连接指令，用于将多个逻辑块并联。

4.“/”取反指令与ED指令(1)指令功能。“/”取反指令在梯形图中用一条45。的短斜线来表示。它将执行该指令之前的运算结果取反。

ED指令为结束指令。ED将强制结束当前的扫描执行过程。若不写ED指令，则指令的执行将从用户程序存储器的第一步，执行到最后一步;若将ED指令放在程序结束处，则只执行第一步至ED这一步之间的程序，即使用ED指令，可缩短扫描周期。上一页下一页返回课题二交流电动机的典型PLC控制

5.DF上升沿微分指令和DF/下降沿微分指令(1)指令功能。当系统检测到输入触发信号的上升沿或下降沿时，仅将触点闭合一个扫描周期。DF和DF/指令的使用次数没有限制。只有在检测到触点的ON或OFF状态发生变化时，DF和DF/指令才会产生动作。因此，对于DF指令，若触点最初即为闭合，例如PLC模式进入运行模式或在运行模式下接通电源时，则不会产生输出;对于DF/指令，若触点最初即为闭合，例如PLC模式进入运行模式或在运行模式下接通电源时，则也不会产生输出。上一页下一页返回课题二交流电动机的典型PLC控制四、任务实施—用PLC实现三相异步电动机启停控制(1)确定PLC输入/输出地址表。在开始进行PLC控制程序编写前，首先应根据任务的控制要求，确定用到的PLC输入点、输出点的数量和地址。只有这步工作做好后，才能进行程序编写。

(2)编写梯形图控制程序。根据三相异步电动机启动控制要求，在硬件电路图中SB1和FR用了常闭触点，因此在编程时，SB1和FR应用常开触点。(3)打开PLC电源，下载并调试程序，使其符合控制要求(注意文件保存)。(4)做好程序内主要元件的标注，并记录程序。上一页下一页返回课题二交流电动机的典型PLC控制任务二采用PLC实现三相异步电动机正反转控制(1)确定PLC输入/输出地址分配表。(2)绘制PLC输入/输出接线图。(3)编写梯形图控制程序。(4)打开PLC电源，下载并调试程序，使其符合控制要求(注意文件保存)。(5)做好程序内主要元件的标注，并记录程序。(6)根据任务完成情况，完成任务评价表和实习报告。(7)根据各组任务评价表中所记录的问题，进行讨论和分析，找出最优方案。上一页下一页返回课题二交流电动机的典型PLC控制任务三三相交流异步电动机的丫一△降压启动控制1.定时器的指令类型提供4种不同定时精度的定时器。具体说明见表4-2-3-2。2.定时器的指令格式定时器的指令格式如图4一2一3一2所示。3.定时器的程序示例在示例中，当XO接通时，先将设定值寄存器SVS中的内容，装入经过值寄存器EVS中，然后每经过一个定时时钟0.1s,EVS中的内容做减1计数，直至EVS中内容为0。该定时器对应的常闭接点TS断开，常开接点TS闭合，驱动YO有输出。其后，定时器的常开角虫点保持接通。上一页下一页返回课题二交流电动机的典型PLC控制

4.定时器的使用说明(1)定时器指令是减计数型预置定时器。当定时器被启动后开始计时，若延时时间到，则相应的常开接点接通，常闭接点断开。(2)如果在定时器的工作期间，触发信号断开，则其运行中断，且定时器复位。上一页返回课题三

PLC在交通灯控制方面的应用1.数值比较指令的功能数值比较指令以触点形式出现在梯形图及指令表中，因而有“ST""AN""OR"3种基本形式。对于ST比较指令，当比较结果为真时，指令便能点接通。

2.数值比较指令使用说明(1)根据比较条件，将S1规定的单字数据与S2规定的单字数据进行比较。继电器的通断取决于比较结果。(2)当由索引修正值所指定的区域越限时，89007接通，并保持此状态，其错误地址传送到DT9017并保持。当索引修正值所指定的区域越限时，在89008接通一瞬间，错误地址传送到DT9018(3)在程序中，可连续使用多个AN比较指令。(4)OR比较指令从母线开始编程。在一个程序中，可连续使用多个OR比较指令。下一页返回课题三

PLC在交通灯控制方面的应用

(5)利用定时器经过值和比较指令，进行交通信号灯的控制，需要注意以下问题:①以交通信号灯一个工作周期所用时间，作为定时器的设定值。这样就可将各个信号灯的亮灭时间点，全部包含在内。②利用信号灯工作开始时的定时器经过值和工作结束时的定时器经过值，构成一个时间区间。当经过值小于某信号灯工作开始时的定时器经过值，并大于工作结束时的定时器经过值时，该信号灯就处于工作状态。③应注意:在定时器启动前，定时器的经过值为o;当定时器计时完成时，经过值也为0。所以直接用经过值等于0，来控制一个周期中的最后一步动作，有可能产生错误。④交通信号灯的工作过程实现循环的方法与任务一(采用定时器实现交通信号灯的控制)中的方法一致。上一页下一页返回课题三

PLC在交通灯控制方面的应用(6)系统调试。①根据控制要求，完成梯形图程序的编写，且输入至计算机，并下载到PLC中。②根据输入/输出接线图，进行电气线路连接。③在教师的现场指导下，进行通电调试，以验证系统功能是否符合控制要求。④如果出现故障，那么应根据故障现象进行检修，直至系统能够正常工作。上一页返回课题四VFO型变频器知识讲解变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电动机的变速运行的设备。其中，控制电路完成对主电路的控制;整流电路将交流电变换成直流电;直流中间电路对整流电路的输出，进行平滑滤波;逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU，以及一些相应的电路等。变频器调速是通过改变电动机定子绕组供电的频率，来达到调速的口的。下一页返回课题四VFO型变频器知识讲解变频器的分类方法有多种。按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器;按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器;按照工作原理分类，可以分为V/F控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等;按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。上一页下一页返回课题四VFO型变频器知识讲解1.VFO型变频器控制电路的总接线图VFO型变频器控制电路的接线方式如图4-4一1所示。2.VFO型变频器主电路的接线方式VFO型变频器主电路的接线方式如图4-4-2所示。3.VFO型变频器的操作面板及其使用说明VFO型变频器的操作面板如图4-4一3所示，其使用说明如表4-4一2所示。上一页下一页返回课题四VFO型变频器知识讲解参考变频器手册，并按要求设置参数，观察变频器的状态。1.设置参数时的注意事项(1)设置前应初始化。(2)最大频率不超过70Hz，基底频率应等于50Hz(3)输出频率为30Hz上一页下一页返回课题四VFO型变频器知识讲解