第二章 PLC2
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《西门子PLC高级项目应用》第2章 PLC的主从控制
素养目标 （1）倡导探索问题的精神； （2）培养学生解决问题的能力。
任务1 开放式用户通信-任务描述
本任务采用开放式用户通信方式实现上述项目要求，并完成以下工作： （1）分配IO、绘制控制电路接线图； （2）完成PLC接线； （3）正确编写PLC程序； （4）调试运行。
任务1 开放式用户通信-任务分析
任务2 S7协议通信-任务实施
一、 PLC的IO分配 PLC1的IO分配如下表：
地址 I0.0 I0.1 I0.2
输入
功能
外接元件
通电使能
SB1（绿色自保持按钮）
向左点动
SB2（绿色自复位按钮）
向右点动
SB3（红色自复位按钮）
地址 Q0.0 Q0.1 Q0.2
输出 功能 通电使能指示 向左运行指示 向右运行指示
任务2 S7协议通信-任务实施
三、 PLC编程 建立连接
任务2 S7协议通信-任务实施
三、 PLC编程 PLC1 程序编写
在PLC1端新建FC函数块， 然后在函数块中建立程 序。
任务2 S7协议通信-任务实施
三、 PLC编程 PLC1 程序编写
任务2 S7协议通信-任务实施
三、 PLC编程 PLC1 程序编写
能力目标 （1）会使用S7通信方式完成两台PLC的网络组态及参数配置； （2）会用S7通信方式通信方式完成两台S7-1200PLC间的通信程序的编写。
素养目标 （1）培养学生的举一反三地应变综合能力； （2）倡导爱国情怀。
任务2 S7协议通信-任务知识
一、S7协议 S7通信协议为西门子S7系列PLC内部集成的一种通信协议，该通信协议未公开，不能用于与第
台停止运动。
任务1 开放式用户通信-任务目标
任务1 开放式用户通信-任务描述
本任务采用开放式用户通信方式实现上述项目要求，并完成以下工作： （1）分配IO、绘制控制电路接线图； （2）完成PLC接线； （3）正确编写PLC程序； （4）调试运行。
任务1 开放式用户通信-任务分析
任务2 S7协议通信-任务实施
一、 PLC的IO分配 PLC1的IO分配如下表：
地址 I0.0 I0.1 I0.2
输入
功能
外接元件
通电使能
SB1（绿色自保持按钮）
向左点动
SB2（绿色自复位按钮）
向右点动
SB3（红色自复位按钮）
地址 Q0.0 Q0.1 Q0.2
输出 功能 通电使能指示 向左运行指示 向右运行指示
任务2 S7协议通信-任务实施
三、 PLC编程 建立连接
任务2 S7协议通信-任务实施
三、 PLC编程 PLC1 程序编写
在PLC1端新建FC函数块， 然后在函数块中建立程 序。
任务2 S7协议通信-任务实施
三、 PLC编程 PLC1 程序编写
任务2 S7协议通信-任务实施
三、 PLC编程 PLC1 程序编写
能力目标 （1）会使用S7通信方式完成两台PLC的网络组态及参数配置； （2）会用S7通信方式通信方式完成两台S7-1200PLC间的通信程序的编写。
素养目标 （1）培养学生的举一反三地应变综合能力； （2）倡导爱国情怀。
任务2 S7协议通信-任务知识
一、S7协议 S7通信协议为西门子S7系列PLC内部集成的一种通信协议，该通信协议未公开，不能用于与第
台停止运动。
任务1 开放式用户通信-任务目标
PLC2
机械设备电气自动控制
二、继-接控制电路基本环节 河海大学 机电工程学院
第2章 拖动系统基本控制电路
• 目的： 学习由电器元件组成的鼠笼式三相交流异 步电动机起、停，正反转，多点控制，多条件 控制电路的基本原理；降压起动控制电路；制 动控制电路；变极调速。绕线式异步电动机的 控制电路；电液控制技术；直流电动机基本控 制电路。 • 要求： 领会常用控制电路的设计思想，学会分析 基础电路的工作原理，熟记起停、正反转、两 地控制等电路的电路结构及特点，并要求能够 熟练画出这些电路。
多点控制、
定义： 多地控制电路设置多套起、 停按钮，分别安装在设备的多 个操作位置，故称多地控制。 特点： 起动按钮的常开触点并联， 停止按钮的常闭触点串联。 操作： 无论操作哪个启动按钮都可 以实现电动机的起动；操作任 意一个停止按钮都可以打断自 锁电路，使电动机停止运行。
多条件控制
• 电路用途： 多条件启动控制和多 条件停止控制电路，适 用于电路的多条件保护。 • 电路特点： 按钮或开关的常开触 点串联，常闭触点并联。 多个条件都满足（动作） 后，才可以起动或停止。
—>KT线圈通电延时—>KM3线圈断电－>KM2线圈通电自锁--M作 △接行。 —>KT线圈断电复位。
2.3.2 自耦补偿起动
① 降压原理：起动时电动机定子绕组接自耦变压器的次级，运行时电动机定子 绕组接三相交流电源，并将自耦变压器从电网切除。 ② 主电路：起动时，KM1主触点闭合，自耦变压器投入起动；运行时，KM2主触 点闭合，电动机接三相交流电源，KM1主触点断开，自耦变压器被切除。 讨论： KM2与KM1的控制要求； KM1主触点的容量。 ③ 控制电路：起动过程分析 按动SB2－>KM1线圈通电自锁－>电动机M自耦补偿起动； －>KT线圈通电延时-->KA线圈通电自锁－>KM1、KT线圈断电-->KM2线 圈通电－>电动机M全压运行。
二、继-接控制电路基本环节 河海大学 机电工程学院
第2章 拖动系统基本控制电路
• 目的： 学习由电器元件组成的鼠笼式三相交流异 步电动机起、停，正反转，多点控制，多条件 控制电路的基本原理；降压起动控制电路；制 动控制电路；变极调速。绕线式异步电动机的 控制电路；电液控制技术；直流电动机基本控 制电路。 • 要求： 领会常用控制电路的设计思想，学会分析 基础电路的工作原理，熟记起停、正反转、两 地控制等电路的电路结构及特点，并要求能够 熟练画出这些电路。
多点控制、
定义： 多地控制电路设置多套起、 停按钮，分别安装在设备的多 个操作位置，故称多地控制。 特点： 起动按钮的常开触点并联， 停止按钮的常闭触点串联。 操作： 无论操作哪个启动按钮都可 以实现电动机的起动；操作任 意一个停止按钮都可以打断自 锁电路，使电动机停止运行。
多条件控制
• 电路用途： 多条件启动控制和多 条件停止控制电路，适 用于电路的多条件保护。 • 电路特点： 按钮或开关的常开触 点串联，常闭触点并联。 多个条件都满足（动作） 后，才可以起动或停止。
—>KT线圈通电延时—>KM3线圈断电－>KM2线圈通电自锁--M作 △接行。 —>KT线圈断电复位。
2.3.2 自耦补偿起动
① 降压原理：起动时电动机定子绕组接自耦变压器的次级，运行时电动机定子 绕组接三相交流电源，并将自耦变压器从电网切除。 ② 主电路：起动时，KM1主触点闭合，自耦变压器投入起动；运行时，KM2主触 点闭合，电动机接三相交流电源，KM1主触点断开，自耦变压器被切除。 讨论： KM2与KM1的控制要求； KM1主触点的容量。 ③ 控制电路：起动过程分析 按动SB2－>KM1线圈通电自锁－>电动机M自耦补偿起动； －>KT线圈通电延时-->KA线圈通电自锁－>KM1、KT线圈断电-->KM2线 圈通电－>电动机M全压运行。
第二章 PLC的基本组成及工作原理
2.2 PLC的工作原理
继电器控制与 PLC控制的比较：
➢为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异， 考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在 100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小 于100ms。这样在对于I/O响应要求不高的场合， PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别 了。
2.1 PLC的基本组成
3)输入/输出模块
（1）输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生 的信号，转换成数字信号送入主机。
内内1
内
内
.
内
输入n
内
COM
2.1 PLC的基本组成
3)输入/输出模块
（2）输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以 驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电 器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。
并通过显示器显示出程序的内容和存储地址。 （ 2 ）检查、校验用户程序。 （ 3 ）接收现场数据。 （ 4 ）执行用户程序。 （ 5 ）故障诊断。
注意：PLC通常以字而不是以字节为单位存储和处理数 据。
描述PLC性能的几个术语
位：二进制的一位，仅有1、0 数字：4位二进制数构成一个数字 字节：2个数字或8位二进制数构成一个字节 字：两个字节构成一个字。
• 继电器输出特点：低速大功率， 用于用于直流、交流负载（隔离、功率放大）。
• 晶体管集电极输出特点：高速小功率， 用于直流负载。
• 双向可控硅（晶闸管的一种）输出特点：高速大功率， 用于交流负载。
2.1 PLC的基本组成
3)输入/输出模块-继电器输出
继电器输出
PLC
内
内
部
部
电
电J
PLC2
3．中间继电器
中间继电器实质上是电压继电器的一种，其主要用途是当其 他继电器的触点数或触点容量不够时，可借助中间继电器来扩大 它们的触点数或触点容量，起到中间转换的作用。
（二） 时间继电器
时间继电器是一种用来实现触点延时接通或断开 的控制电器，按其动作原理与构造不同，可分为电磁式、 空气阻尼式、电动式和晶休管式等类型 。 1．空气阻尼式时间继电器 是利用空气阻尼作用获得延时的，有通电延时和 断电延时两种类型 。 优点：结构简单、寿命长、价格低廉，还附有不延时 的 触点，所以应用较为广泛。 缺点：准确度低、延时误差大（士10％～士20％）， 因此在要求延时精度高的场合不宜采用。
一、低压断路器结构和工作原理
二、典型低压断路器简介
1.万能框架式断路器
用于低压配电网络中,分配电能和作为供电线路及电源设备 的过载、欠电压和短路保护。
2.塑料外壳式断路器
用于低压配电柜中，作配电线路、电动机、照明线路等设备的 电源开关和保护。
3.小型断路器
通常装于线路末端，对有关用电设备进行配电、控制和保护。
第六节
熔断器
熔断器是一种广泛应用的最简单有效的 保护电器，作短路和过电流保护。通常与被 保护电路串联，当电路短路或严重过电流时 快速自动熔断，切断电源电路。
2.熔断器的工作原理
熔断器最小熔化电流 熔断器熔化系数 熔断器截断电流
3.熔断器的技术参数
二、常用典型熔断器简介·
1. 插入式熔断器
四、功能表图
功能表图是一种用来全面描述控制 系统的控制过程、功能和特性的表图，它不仅 适用于电气控制系统，也可用于气动、液压和 机械等非电控制系统或系统的某些部分。 在功能表图中，把一个过程循环分 解成若干个清晰的连续的阶段，称为“步”。 步用矩形框表示，为便于识别，步必须加数字 标号。
plc2
B一、填空1、PLC的工作方式扫描工作方式。
2、PLC常用的编程语言有梯形图语言和语句表语言。
3、PLC的输出通常有直流开关量输出、交流开关量输出、继电器输出三种形式。
4、PLC控制系统中常用I/O点数来表征 PLC的控制规模。
5、C系列PLC中常用的智能模块有动态IO模块、模拟量模块温度传感模块、高速计数和位置控制等。
二、简答1、利用最基本指令编程时应注意哪些问题？解答：1、任何一个输出都不能直接连到母线，其前面至少有一个触点1)同一个位，作为输出只能使用一次，但作为触点可以无限制重复使用2)桥式电路在PLC中无法用指令编程，在设计梯形图程序时，不应出现桥式电路3)编程时，对于复杂逻辑关系的程序段，应按照先复杂后简单的顺序编程。
4）编程时注意指令的数据区。
2、高速计数模块有哪几种信号输入方式？解答：差分相位输入，脉冲+方向输入模式、增/减脉冲输入模式、递增模式3、简述由可编程序控制器构成的存储程序控制系统的组成。
解答：一般由三部分组成输入部分：他们直接接受操作台上的操作命令，或者是来自被操作对象上的各种信息，如按钮、开关、传感器等。
输出部分：他们用来接受程序执行结果的状态，以操作各种控制对象，如电动机、电磁阀、状态知识部件等。
控制部分：采用微处理器和存储器，执行按照被控对象的实际要求编制并存入程序存储器的程序，来完成控制任务。
4、简述PC与PLC互联的常用结构形式。
解答：1）利用rs232c电缆的单重通信网络2）利用RS232C和RS422电缆构成多重通讯网络3)利用光缆的多重通讯网络4）多层的多重通讯网络5、接线时如何有效防止噪声进入模拟量输入模块？解答：1）连接线采用双绞屏蔽电缆2)屏蔽线连接到COM端子上3)外部输入信号电缆与交流电源线分开，以避免交流电源线对信号的干扰4）模拟量输入模块电缆不应与主回路电缆、高压电缆、非PLC负载电缆捆扎在一起，并应该远离之。
三、转换1、由梯形图写出相应的语句表解答：LDNOT 00100AND 00101OR 00102LD 00103OR 00104LD 00105ANDNOT 00106ORNOT 00107AND LDOUT 010002、由梯形图写出相应的语句表解答：LDNOT 00100AND 00101OUT 01000LD 00102ANDNOT 01000ORNOT 00101OUT 01001LD 00103ANDNOT 00104OUTNOT 01002OUT 010033、由梯形图写出相应的语句表解答：LD 00003AND 00004OR 00002ANDNOT 00001AND HR0001OR 00000OUT 010004、由语句表画出相应的梯形图LD 00000ILLD 00002OUT 01000LD 00003OUT 01001LD 00001ILLD 00004OUT 01002LD 00005OUT 01003ILC解答：5、由语句表画出相应的梯形图LD 00100OUT 01000LD 00101OR 01000OR 00102AND 00103AND 00104OR 01001OUT 01001四、编程1、试编写一个程序，要求如下：按下“启动”按钮后，灯1亮，1秒后灯2亮，2秒后灯3亮，3秒后灯1灭，4秒后灯2灭，5秒后灯3灭，6秒后灯1亮……；按下“停止”按钮，各灯立即熄灭，再按“启动”按钮后，重新开始工作。
PLC第2章200
2．单次扫描：执行一次扫描后，自动回到STOP模式 3．多次扫描：执行完指定的扫描次数后，自动返回STOP模式。 4．在RUN模式下编辑用户程序
2.5 使用系统块设置PLC的参数 2.5.1 断电数据保持的设置与编程
1．S7-200保存数据的方法 RAM和EEPROM的作用 1) 用CPU中的超级电容器保存RAM中的V、M、T、C存储区数据（50h或 100h）。 2) 用可选的电池卡延长RAM保持信息的时间。 3) CPU模块掉电时，设置为保持的MB0～MB13自动地被保存在EEPROM中。 4) 数据块指定的V存储区的值下载后保存在EEPRM中。 5)使用EEPROM存储卡保存程序块、数据块、系统块、配方、数据记录和强 制值。 2．设置PLC断电后的数据保存方式 3．开机后数据的恢复 4．用程序将V存储器的数据复制到EEPROM LD I0.0 EU MOVW 50, SMW32 //指定V存储器的地址 MOVB 16#82, SMB31 //令SM31.7 = 1, 将VW50的值写入EEPROM 写入EEPROM的操作次数最少10万次，典型值为100万次。
1．仿真软件 不需要安装，不能模拟S7-200的全部指令和全部功能。 2．硬件设置 执行菜单命令“配置”→“CPU型号”，选择CPU的型号。 双击紧靠已配置的模块右侧的方框，可添加I/O扩展模块。 3．生成ASCII文本文件 在编程软件中打开编译成功的OB1，执行菜单命令“文件”→“导出”。 4．下载程序 5．模拟调试程序 如果用户程序中有仿真软件不支持的指令或功能，点击“运行”按钮后， “RUN”LED的状态不变。 用鼠标点击模块下面的小开关产生输入信号。 6．监控变量 单击工具栏上的“状态表”按钮，用出现的视图可以监视V、M、T、C等 内部变量的值。用二进制格式监视字节、字和双字，可以在一行中同时监视 多个位变量。
电气控制与PLC应用技术02第2版第二章习题答案
第二章习题与思考题参考答案1.电气图中，SB、SQ、FU、KM、KA、KT分别是什么电气元件的文字符号?答：SB-控制按钮；SQ-行程开关；FU-熔断器；KM-接触器；KA-中间继电器；KT-时间继电器。
2.说明“自锁”控制电路与“点动”控制电路的区别，“自锁”控制电路与“互锁”控制电路的区别。
答：依靠接触器自身辅助触点而使其线圈保持通电的现象称为自锁，起自锁作用的辅助触点称为自锁触点。
“一按（点）就动，一松（放）就停”的电路称为点动控制电路。
点动电路为“一按（点）就动，一松（放）就停”，不需要自锁触点，因短时工作，电路中可不设热继电器作过载保护；而自锁电路需要在起动按钮的两端并联自锁触点，在按下起动按钮并松开后，依靠自锁触点（接触器自身的辅助常开触点）接通电路，因电路工作时间较长，需要设热继电器作过载保护。
自锁是接触器（或其他电磁式电器）把自身常开辅助触点并接在起动按钮的两端，其作用是松开起动按钮后通过该常开辅助触点保持线圈通电。
互锁是把两个接触器的常闭辅助触点分别串接在对方接触器线圈的电路中以达到相互制约的作用。
即其中任一接触器线圈先通电吸合，另一接触器线圈就无法得电吸合。
3.什么叫减压起动?常用的减压起动方法有哪几种?答：减压起动：利用起动设备将电源电压适当降低后加到电机定子绕组上起动，以减小起动电流，待电机转速升高后再将电压恢复至额定值的起动方法称为降压起动。
笼型异步电动机常用的减压起动方法有：定子绕组串电阻减压起动、星-三角减压起动、自耦变压器减压起动、延边三角形减压起动和使用软起动器起动等方法。
绕线转子异步电动机减压起动方法主要有转子绕组串电阻减压起动方法。
4. 电动机在什么情况下应采用减压起动?定子绕组为星形联结的三相异步电动机能否用星-三角减压起动?为什么?答：当电动机容量大于10kW以上通常采用降压起动。
正常运行时定子绕组为三角形联结的笼型异步电动机，可采用星-三角减压起动方法来限制起动电流。
PLC2
（3）温度控制模块
将现场电动势或热电阻的模拟量信号转换为数 字信号，并完成热电偶的冷端补偿和热电阻的 非线性补偿等
四、编程器
用于输入、修改和调试程序，并可监视 程序的执行 PLC的编程器有哪几种？各有何主要特点？
简易编程器
体积小，携带方 便，但只能用指 令助记符编程， 适合小型PLC的 编程及现场调试
低档机：仅有开关运算、逻辑运算、定时和计数 中档机：具有开关量和模拟量控制、数字运算、 中断控制以及通信功能 高档机：具有开关量和模拟量控制、矩阵运算、 数据管理、通信联网等功能
四、按生产厂家分类
目前世界上能生产PLC的厂家较多，大致可以 分成美国、欧洲和日本三个流派。在中国市 场占有较大份额，较有影响的公司及产品有
LCD液晶 显示屏 工作方式 选择开关
键盘区
图形编程器
图形编程器功能强大，可用梯形图编程， 即可联机编程，也可脱机编程，还可监控 PLC的运行 计算机安装了PLC编程支持软件后，也具 有图形编程器的功能
五、电源模块
将交流电转换成直流电，向PLC内部 电路提供直流稳压电源 向外部提供直流24V的稳压，用于直 流信号输入电路及传感器的供电
交流信号输入形式
交流输 入电路
S IN C V1 R2 R1 ～ AC 110V COM PLC 内 部 电 路 输入指示 V2
输入单元为何需要设置光电隔离电路？
模拟量信号输入形式
模拟量输入 各种非电模拟量要先经过传感器或变 送器转换成直流电流或电压模拟量，然后 再输入PLC。PLC的模拟量输入电路一般要 求：电流型的直流4～20mA，电压型的直 流0～10V或1～5V等
二、PLC的循环扫描工作过程
扫描过程分为哪几个阶段？
PLC2培训教程
38
概述（编程器的功能）
编制用户程序；并具有显示、修改、插 入、复制、删除等编辑功能；能（双向） 传送应用程序。
对PLC的进行组态，设置相关参数。 监视PLC的运行过程 。 向PLC发出各种控制命令 。
2021/9/26
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LModsoft 编程器主菜单
2021/9/26
40
LModsoft 梯形图编辑器菜单 的功能及使用
2021/9/26
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数据块移动 布尔逻辑指令 数据矩阵位求反 数据矩阵位比较 数据矩阵位的检测与运算 COMM指令
2021/9/26
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继电器逻辑指令
2021/9/26
31
计数器指令
2021/9/26
32
定时器指令
2021/9/26
33
算术指令
2021/9/26
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移动寄存器与表
2021/9/26
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布尔逻辑指令
2021/9/26
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数据块移动指令
2021/9/26
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2.7 Modicon Micro PLC编程器 （Modsoft Lite）的使用
概述 LModsoft 编程器主菜单的功能及使用 LModsoft 梯形图编辑器菜单的功能及使
用
2021/9/26
2021/9/26
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分类
CPU311 CPU411 CPU512 CPU612
2021/9/26
4
编程器使用
MODSOFT Lite 编程软件采用下拉式菜单 进行操作
在线（ONLINE）和离线（OFFLINE）两 种工作方式
2021/9/26
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2.2 Modicon Micro PLC的外形结构
电气控制与plc二课后答案
(d)
可以实现正常起动和停止，为 得电优先型电路。 停止按钮直接与接触器线圈串 联，可修改为断电优先型电路。
第二章 电气控制电路基本环节
2-2 图示电气控制线路中有哪些错误或不妥当的地方， 请指出并改正。 按下按钮SB2，KM线圈通电， KM常开触点闭合，造成短路 故障。 KM常开触点应并联在启动按 钮SB2两端形成自锁。
第二章 电气控制电路基本环节
工作台A前进 KM1 后退 KM2 ; 工作台B前进 KM3 后退 KM4
SB SQ2 SQ4 SQ1 SQ3
SB SQ2
KM1 KM3 KM2 KM4
第二章 电气控制电路基本环节
SB SQ2 SQ4 SQ1 SQ3 SB SQ2
KM1 KM3 KM2 KM4
第二章 电气控制电路基本环节
第二章 电气控制电路基本环节
3-1 M1、M2均为笼型电动机，都可以直接起动，试按 下列要求设计主电路及控制电路。 1）M1先起动 ，30秒后，M2自动起动； 2）M2起动后，M1立即停车； 3）M2可以单独停车； 4）M1、M2均能点动。
第二章 电气控制电路基本环节
主电路：
第二章 电气控制电路基本环节
控制电路：
第二章 电气控制电路基本环节
3-2 某机车主轴和润滑泵分别由各自的笼型电动机拖动， 且都采用直接启动，控制要求如下： 1）主轴必须在润滑泵启动之后才可以启动； 2）主轴连续运转时为正向运行，但还可以进行正、反向 点动； 3）主轴先停车后，润滑泵才可以停； 4）设有短路、过载及失压保护。 试设计其主电路和控制电路。 分析： 润滑泵电动机 KM1 主轴电动机正转 KM2 反转 KM3
第二章 电气控制电路基本环节
3-8 化简图示的控制线路。
plc2
博学 求是 明德
发展趋势 国 内 外 状 况
品牌
博学 求是 明德
PLC的国内外状况 PLC的国内外状况
• 1969年美国研制出世界上第一台PLC以 后，日本、德国、法国等国相继研制了 各自的PLC。 • 70年代中期，PLC进入了实用化阶段。 • 70年代末和 80年代初，PLC进入了成熟 阶段。
博学 求是 明德
模块式
电源模块 底 板
CPU模块
IO模块
Power in a Small Package!!
博学 求是 明德
PLC的优点 PLC的优点
①可靠性高(平均无故障时间3--5万小时） ②编程简单 ③通用性强 ④体积小、结构紧凑、安装、维护方便
博学 求是 明德
PLC的缺点 PLC的缺点
• 主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是 开放的：如专用总线、专家通信网络及协议， I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不 相同。 • 编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语 言结构均不一致，因此各公司的 PLC互不兼容。 • SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为 基础，在Windows平台下，结合IEC1131－3 国际标准的新一代开放体系结构的PLC。
博学 求是 明德
PLC的国内外状况 PLC的国内外状况
• • • • 美国PLC发展得最快： 1984年有48家，生产150多种PLC； 1987年有63家，生产243种PLC； 1996年有70余家，生产近300种PLC。 著名厂家有A—B（Allen－Bradley）艾 伦一布拉德利公司，MODICON莫迪康 公司，GE－FSNUC公司，TI（Texas Instrument）德州仪器公司， WESTHOUSE Electric西屋电气公司， IPM（International Parallel Machines） 国际并行机器公司等。
PLC2
图2-14 PLC的等效工作电路
2. 可编程序控制器的工作过程
小型PLC的工作过程有两个显著特点:周期性顺序 扫描和集中批处理。 PLC上电后，就在系统程序的监控下，周而复始 地按固定顺序对系统内部的各种任务进行查询、 判断和执行，这个过程实质上是一个不断循环的 顺序扫描过程。 PLC的工作过程（周期性扫描过程）分为4个扫描 阶段。
数字量输入部件及接口
来自现场的主令元件、检测元件的信号经输入接口 进入到PLC。指令元件的信号是指由用户在控制键 盘(或控制台、操作台)上发出的控制信号(如开机、 关机、转换、调整、急停等信号)。检测元件的信号 是指用检测元件(如各种传感器、继电器的接点，限 位开关、行程开关等元件的触点)对生产过程中的参 数(如：压力、流量、温度、速度、位置、行程、电 流、电压等)进行检测时产生的信号。这些信号有的 是开关(或数字量)量，有的是模拟量，有的是直流 信号，有的是交流信号，要根据输入信号的类型选 择合适的输入接口。
1.PLC控制系统的等效工作电路 1.PLC控制系统的等效工作电路
PLC控制系统的等效工作电路可分为3部 分，即输入部分、内部控制电路和输出 部分。 输入部分就是采集输入信号，输出部分 就是系统的执行器件。这两部分与继电 器控制电路相同。内部控制电路是通过 编程方法实现的控制逻辑，用软件编程 代替继电器电路的功能。
图2-15 小型PLC的工作过程流程图
1）公共处理扫描阶段 公共处理包括PLC自检、执行来自外设命令、对 警戒时钟又称监视定时器或看门狗定时器WDT （Watch Dog Timer）清零等。 2）输入采用扫描阶段 这是第一个集中批处理过程。在当前的扫描周期 内，用户程序依据的输入信号的状态（ON或 OFF），均从输入映像寄存器中去读取，而不管 此时外部输入信号的状态是否变化。即使此时外 部输入信号的状态发生了变化，也只能在下一个 扫描周期的输入采样阶段去读取。
第二章 第二章可编程序控制器的结构和工作原理
第二章可编程序控制器的结构和工作原理2.1 可编程序控制器的组成与基本结构PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，从广义上讲，PLC 也是一种计算机系统，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的输入/输出接口，具有更适用于控制要求的编程语言，具有更适应于工业环境的抗干扰性能。
因此，PLC是一种工业控制用的专用计算机，它的实际组成与一般微型计算机系统基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。
一、可编程序控制器的硬件系统PLC的硬件系统由主机系统、输入/输出扩展环节及外部设备组成。
1. 主机系统图2.1 PLC结构示意图(1) 微处理器单元(Central Processing Unit，CPU)。
CPU是PLC的核心部分，它包括微处理器和控制接口电路。
微处理器是PLC的运算控制中心，由它实现逻辑运算，协调控制系统内部各部分的工作。
它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行的。
(2) 存储器。
存储器是PLC存放系统程序、用户程序和运行数据的单元。
它包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。
只读存储器(ROM)在使用过程中只能取出不能存储，而随机存取存储器(RAM)在使用过程中能随时取出和存储。
(3) 输入/输出模块单元。
PLC的对外功能主要是通过各类接口模块的外接线，实现对工业设备和生产过程的检测与控制。
通过各种输入/输出接口模块，PLC既可检测到所需的过程信息，又可将处理结果传送给外部过程，驱动各种执行机构，实现工业生产过程的控制。
通过输入模块单元，PLC能够得到生产过程的各种参数；通过输出模块单元，PLC能够把运算处理的结果送至工业过程现场的执行机构实现控制。
为适应工业过程现场对不同输入/输出信号的匹配要求，PLC配置了各种类型的输入/输出模块单元。
(4) I/O扩展接口。
I/O扩展接口是PLC主机为了扩展输入/输出点数和类型的部件，输入/输出扩展单元、远程输入/输出扩展单元、智能输入/输出单元等都通过它与主机相连。
零基础入门PLC工程师(基础篇)-第二章
响
出
应
模
输 出 信 号
区
块
详细组成 （FX3U系列）
可登录三菱电机自动化（中国）有限公司官网查看硬件手册了解详细情况
以下为实物图：
输入部分端子排
程序上传/下载
输出部分端子排
输入指示灯 运行状态指示灯
输出指示灯
三：PLC工作原理
工作方式： 第一阶段：输入扫描， PLC在执行程序之前，首先扫描输入端
一个PLC控制器由以下三部分组成：输入部 分 、逻辑处理部分 、 输出部分。
输入部分
继电器触点 按钮
感应器 真空表 行程开关
逻辑部分
输
输
入
CPU
出
单
存储器
单
元
电源
元
继电器触点 指示灯 电磁阀 接触器 脉冲输出
输出部分
工作流程图：
外
部 输 入 信 号
输 入 响
输 入
应
模
区
块ห้องสมุดไป่ตู้
用户编辑 程序处理
输 出
输
①② ③
① 代表输入和输出共计48点；高端型PLC一般为输入和输出对半分，则输入 24点，输出24点。基本型和简易型PLC一般输入输出不一致，可查看三菱自动 化官网FX系列选型手册。 ② “MT” 代表晶体管输出,“MR” 代表继电器输出
③ “D”代表24V电源供电，“E”代表220V电源供电
二： 组成部分
子，按顺序将所有输入信号读入寄存器-输入状态的输入响应寄 存器中。PLC在运行程序时，读取输入响应寄存器中的信息。而 且采样结果不会在本工作周期内改变，只有到下一个扫描阶段 才会改变。 第二阶段：PLC程序执行，PLC程序采用“顺序扫描（从上而下， 从左到右）不断循环”的方式进行工作的。这一点很重要，往 往很多程序上的问题找不出原因是和PLC扫描周期有关，后面将 会用程序进行具体讲解。 第三阶段：输出执行，当执行完用户所有程序后，PLC上将所有 程序结果传送至输出响应寄存器中然后反应至输出模块，驱动 外部设备。
第二章 PLC的基础知识
常用的功能模块有： 模拟量输入模块 模拟量输出模块 动态输入/输出模块 温度传感器模块 高速计数模块 PID模块 远程I/O模块 通讯模块
5．扩展口 扩展口是PLC的总线接口。主机与近程扩展机之 间利用扩展口相连接。 6．编程器 编程器是PLC最常用的外设，也是PLC中唯一不 需要通过功能模块而直接与总线相连接的外 设。
（1）直流开关量输入模块：
输入
滤 波
......
R1 DC 24V COM 图2-4 D 直流开关量输入模块原理图 C R2 T 滤 波
. . .
输 入 选 择 器
（2）交流开关量输入模块：
输入
滤 波 输 入 选 择 器
C AC 200~240V COM
R2 R3
......
滤
. . .
R1
T D 图2-5
2.3 可编程序控制器的扩展构成
在实际应用中，经常遇到仅用主机不能满足控 制要求的情况。例如，有的场合控制规律不 太复杂，但信号较多，这时仅用主机就可能 出现输入/输出点数不够用，而选用高档PLC 虽然输入/输出点数够用，但成本较高。在这 种情况下，应考虑采用主机带扩展机的方式。
2.3.1 近程扩展方式 当CPU主机上的I/O点数不能满足需要时，或组合式 PLC选用的模块较多在主机上安装不开时，可通过 扩展口进行近程扩展。
可编程序控制器构成的存储程序控制系统的 组成部分： 输入部分：它们直接接受来自操作台上的操 作命令，或来自被控对象上的各种状态信息， 如按钮、开关、传感器等。 输出部分：它们用来接受程序执行结果的状 态，以操作各种被控对象，如电动机、电磁 阀、状态指示部件等。 控制部分：采用微处理器和存储器，执行按 照被控对象的实际要求编制并存入程序存储 器的程序，来完成控制任务。
plc第2章2教学幻灯片
11
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0
1
1
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6
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7
通道号 绿色状态灯
1
1L
2
3
4
5
~
6 7
8
9
1N
11
2L
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~
16 17
18
19
20
2N
背板总线接口
21
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3L
23
24
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26 27
~
28
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30 3N
31
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4L
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35
36 37
~
38
39
40
4N
图2-6 交流32点数字量输入模块的内部电路及外部端子接线图
2020/8/13
控制科学与工程学院
17
DO接口电路（双向晶闸管或双向可控硅型）
1
光电耦合器
5V
双向晶闸管
高频滤波电路
压敏电阻
双向晶闸管输出型：每点最大带负载能力为0.5～1A，每4点 输出总电流不得大于1.6～4A。
双向晶闸管输出型的响应速度最快，从晶闸管门极驱动到双 向晶闸管导通的时间为1ms以下
2020/8/13
控制科学与工程学院
7
光电 隔离
汇点式
直流供电
直流16点数字量输入模板的端子接线图和框图
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（9）闪烁电路
当拨动开关将X0接通，启动脉冲发生器。延时2s 后Y0接通，再延时1s后Y0断开。这一过程周期性地重 复。Y0输出一系列脉冲信号，其周期为3s，脉宽为1s。
（10）延合延分电路
如图所示用X0控制Y0，当X0的常开触点接通后，T0 开始定时，10s后T0的常开触点接通，使Y0变为ON。X0 为ON时其常闭触点断开，使T1复位，X0变为OFF后T1开 始定时，5s后T1的常闭触点断开，使Y0变为OFF，T1也 被复位。Y0用起动、保持、停止电路来控制。
△ 多地控制电路
△ 延合延分电路 △ 常闭触点输入信号的处理
（1）启动、保持和停止电路
实现Y10的启动、保 持和停止的四种梯形图如 图所示。这些梯形图均能 实现启动、保持和停止的 功能。X0为启动信号， X1为停止信号。图a、c 是利用Y10 常开触点实 现自锁保持，而图b、d 是利用SET、RST指令实 现自锁保持。
（11）定时范围扩展电路
FX2N系列PLC定时器的最长定时时间为 3276.7s，如果需要更长的定时时间，可以采 用以下方法以获得较长延时时间。
多个定时器组合电路 定时器和计数器组合
多个定时器组合电路
如图所示。当X0接通，T0线圈得电并开始延时，延时 到T0常开触点闭合，又使T1线圈得电，并开始延时，当 定时器T1延时到，其常开触点闭合，再使T2线圈得电， 并开始延时，当定时器T2延时到，其常开触点闭合，才使 Y0接通。因此，从X0为ON开始到Y0接通共延时9000s。
定时器和计数器组合
当X1为ON时，T1开始定时， 0.6s后T1定时时间到，其常闭触点 断开，使它自己复位，复位后T1的 当前值变为0，同时它的常闭触点接 通，使它自己的线圈重新通电，又 开始定时。T1将这样周而复始地工 作，直至X1变为OFF。从分析中可 看出，最上面一行电路是一个脉冲 信号发生器，脉冲周期等于T1的设 定值。 产生的脉冲列送给C1计数，计满3 个数后，C1的当前值等于设定值， 它的常开触点闭合，Y0开始输出。
（4）根据上述对应关系画出梯形图。
2、案例
PLC控制的电动机正反转
（1）熟悉电动机的正反转控制电路
L1L2L3 QS
FU
SB2 SB1 KM1 SB3 KM2
FR
KM2
KM1
KM1
KM2
KM1 KM2
控制回路
FR
M 3∽
主回路
（2）PLC的 I/O点的确定与分配 电机正反转控制PLC的I/O点分配表
（7）集中与分散控制电路
在多台单机组成的自动线上， 有在总操作台上的集中控制和在 单机操作台上分散控制的联锁。 集中与分散控制的梯形图如图所 示。X2为选择开关，以其触点 为集中控制与分散控制的联锁触 点。当X2为ON时，为单机分散 起动控制；当X2为OFF时，为 集中总起动控制。在两种情况下， 单机和总操作台都可以发出停止 命令。
转换 有向线段 每一步所 完成的工 作
步
动作或命令 转换条件
使系统由前 级步进入下 一步的信号 称为转换条 件
步与动作
步——将系统的一个工作周期，按输出量的状态 变化，划分为若干个顺序相连的阶段，每个阶段叫做 步。 “步”—用编程元件（如辅助存储器M和状态继电 器S）表示。 与系统的初始状态对应的步叫“初始步”，用 双线方框表示。 当系统处于某一步所在的阶段时，该步处于活动 状态，称该步处于“活动步”。 步处于活动状态时，相应的动作被执行；处于不 活动状态时，相应的非存储型动作被停止执行。
PLC点名称 X0 X1 连接的外部设备 SB1 SB2 功能说明 停止命令 电机正转命令
X2
X3 Y0 Y1
SB3
FR常开 KM1 KM2
电机反转命令
电动机过载保护 控制电机正转 控制电机反转
（3）PLC控制电动机正反转外部接线图
SB1 SB2
PL C
KM1
X0
X1 X2
Y0
Y1 KM2
KM 2
1、使用步进梯形指令的编程方法
许多PLC都有专门用于编制顺序控制程序的步进 梯形指令及编程元件。 FX系列PLC的步进梯形指令简称为STL指令，FX 系列PLC还有一条使STL指令复位的RET指令。利用 这两条指令，可以很方便地编制顺序控制梯形图程序。 步进梯形指令STL只有与状态继电器S配合才具有 步进功能。S0~S9用于初始步，S10~S19用于自动返 回原点。使用STL指令的状态继电器的常开触点称为 STL触点，用符号表示，没有常闭的STL触点。
3、顺序控制设计法的设计基本步骤
（1）步的划分 （2）转换条件的确定 （3）顺序功能图的绘制 （4）梯形图的绘制
（1）步的划分
步是根据PLC输出量的状态划分的，只要 系统的输出量状态发生变化，系统就从原来 的步进入新的步。在每一步内PLC各输出量
状态均保持不变，但是相邻两步输出量总的
状态是不同的。
定时器和计数器组合定时演示
（12）常闭触点输入信号的处理
X0
X0 Y1
X1
Y1
X1
COM
X0
X0 Y1
X1
Y1
X1
COM
两个计数器组合
顺序循环接通程序
顺序延时接通程序
3、梯形图的经验设计法特点
经验设计法在一些典型电路的基础上，根据被控对 象对控制系统的具体要求，不断修改和完善梯形图，多 次反复调试和修改梯形图的设计方法。有以下特点：
类 别 初始状态 返回状态 一般状态
元件编号 S0 ～S9 S10 ～S19 S20～S499
个 数 10 10 480
用途及特点 用作SFC的初始状态 多运行模式控制当中，用作返回原点的状态 用作SFC的中间状态
掉电保持状 S50～S899 态 信号报警状 态 S900～S999
400 100
具有停电保持功能，用于停电恢复后需继续 执行的场合 用作报警元件使用
（2）转换条件的确定
转换条件是使系统从当前步进入下一 步的条件。常见的转换条件有按钮、行程
开关、定时器和计数器的触点的动作（通
/断）等。
（3）顺序功能图的绘制
顺序功能图主要有以下几种结构: 单序列结构 选择序列结构 并行序列结构 子步结构
3 d
5 4 e 5 单序列
d e f
6
9
11
m 11
起动、保持和停止电路
（2）电动机正反转控制
（3）多继电器线圈控制电路
下图是可以自锁的同时控制4个继电器线圈的 电路图。其中X0是起动按钮，X1是停止按钮。
（4）多地控制电路
下图是两个地方控制一个继电器线圈的程序。其中 X0和X1是一个地方的起动和停止控制按钮，X2和X3 是另一个地方的起动和停止控制按钮。
1、梯形图经验设计法的步骤
分解梯形图程序 输入信号逻辑组合 使用辅助元件和辅助触点 使用定时器和计数器 使用功能指令 画互锁条件 画保护条件
2、常用基本环节梯形图程序
△ 起动、保持和停止电路 △ 三相异步电动机正反转控制 电路 △ 多继电器线圈控制电路 △ 互锁控制电路 △ 顺序起动控制电路 △ 集中与分散控制电路 △ 自动与手动控制电路 △ 闪烁电路 △ 定时范围扩展电路
三、顺序控制设计法与顺序功能图 1、顺序控制
就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输
入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在
生产过程中各个执行机构自动地有顺序地进行操作。
顺序控制设计法思路
系统工艺过程
顺序功能图
梯形图
2、顺序功能图
是一种通用的技术语言。主要由步、有向连线、 转换、转换条件和动作（命令）组成。
（5）互锁控制电路
下图是3个输出线圈的互锁电路。其中X0、X1和X2是 起动按钮，X3是停止按钮。由于Y0、Y1、Y2每次只能有 一个接通，所以将Y0、Y1、Y2的常闭触点分别串联到其 它两个线圈的控制电路中。
（6）顺序起动控制电路
如图所示。Y0的常开触点串在Y1的控制回路中，Y1的接 通是以Y0的接通为条件。这样，只有Y0接通才允许Y1接通。 Y0关断后Y1也被关断停止，而且Y0接通条件下，Y1可以自 行接通和停止。X0、X2为起动按钮，X1、X3为停止按钮。
n
5
p
6
9
选择序列
5 e
6
9
11
d
6 9 11 5
并行序列
a 2.1 a 2 g b d
2.2 c
f
2.4
2.3
子步
d 2.5 g
（4）梯形图的绘制
根据顺序功能图，采用某种编程方式设计出梯形图。 常用的顺序控制梯形图设计方法有三种： 起－保－停电路设计法 以转换为中心设计法 步进顺控指令设计法
5、顺序功能图中转换实现的基本规则
（1） 转换实现的条件
△ 该转换所有的前级步都是活动步 △ 相应的转换条件得到满足
（2） 转换实现完成的操作
△ 使所有由有向连线与相应转换符号相连 的后续步都变为活动步； △ 使所有由有向连线与相应转换符号相连的前 级步都变为不活动步；
（3）顺序功能图绘制时的注意事项
SB3
KM1
FR
X3
2 20 V COM COM s
（4）程序编制
X1
Y0
Y1
X2
X0
X3
Y0
X2
Y1
Y0
X1
X0
X3 Y1
（5）注意事项
设计梯形图的基本原则 分离交织在一起的电路 中间单元的设置 复杂电路的等效 尽量减少PLC的输入和输出信号 软件互锁与硬件互锁 梯形图电路的优化设计 热继电器触点的处理
X3